ПІДВИЩЕННЯ ДИНАМІЧНОЇ СТАБІЛЬНОСТІ ТА ЕФЕКТИВНОСТІ ГІБРИДНИХ НАСОСНИХ СИСТЕМ ЗА ДОПОМОГОЮ АЛГОРИТМІВ MPPT

Олексій Бондарук; Алла Босак

doi:10.20535/1813-5420.3.2025.339790

Автор(и)

Олексій Бондарук Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0001-3031-3644
Алла Босак Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0000-0003-0545-9980

DOI:

https://doi.org/10.20535/1813-5420.3.2025.339790

Ключові слова:

гібридна система, насосна установка, алгоритми MPPT, динамічне моделювання, управління енергією

Анотація

У представленому дослідженні проаналізовано динамічну поведінку гібридної енергетичної системи (PV-BESS-Grid), розробленої для забезпечення надійного живлення критичних навантажень, зокрема насосних агрегатів. Система інтегрує фотоелектричний масив, акумуляторний накопичувач енергії та підключення до централізованої електромережі, що є ключовим для підвищення енергетичної стійкості в умовах нестабільного централізованого постачання. Центральним аспектом даної роботи є порівняльний аналіз та кількісна оцінка ефективності двох фундаментальних алгоритмів відстеження точки максимальної потужності (MPPT): класичного Perturb & Observe (P&O) та вдосконаленого Incremental Conductance (INC). Методологія базується на комплексному динамічному моделюванні в середовищі MATLAB/Simulink, що відтворює роботу системи за трьома характерними сценаріями: автономна денна генерація, нічний режим роботи від батареї та гібридний режим з підтримкою від мережі. Результати підтверджують здатність гібридної топології підтримувати виняткову стабільність напруги на шині постійного струму (в межах 620–640 В) та забезпечувати безшовний перехід між джерелами енергії. Дослідження кількісно доводить, що вибір MPPT-алгоритму має вирішальний вплив не лише на енергетичну ефективність системи (яка для INC оцінюється на 1–3% вищою), але й на її загальну стабільність, надійність та довговічність компонентів. Робота обґрунтовує доцільність застосування алгоритму Incremental Conductance як критично важливого елемента при проектуванні робастних гібридних систем для застосувань, що вимагають гарантованого та якісного електропостачання.

Посилання

Voznyak, O. M., Shtuts, A. A., & Bulyga, A. I. Research on the operation of the electromechanical system of an autonomous photovoltaic pumping station. Technika, Energetika, Transport APC. 2023. No. 2 (121). P. 139-148. DOI: 10.37128/2520-6168-2023-2-15.

Bosak, A. V., Bodnaruk, O. Yu., Dubovik, V. G., & Kulakovsky, L. Ya. Hybrid approach to tracking the maximum power point in photovoltaic systems. Vindovlena Energetika . 2025. No. 2 (81). P. 114-125. https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.2(81).114-125.

Yakushkin, T., Ershov, R. ., & Stepenko, S. Comparative analysis of topologies and algorithms for maximum power point trackers in photovoltaic systems. Technical Sciences and Technologies. 2023. No. 2 (32). P. 321–339. https://doi.org/10.25140/2411-5363-2023-2(32)-321-339 4. Sadick, A. (2023). Maximum power point tracking simulation for photovoltaic systems using perturb and observe algorithm. https://doi.org/10.5772/intechopen.111632.

Jalal, D., & Niroomand, M. (2021). Optimization methods of MPPT parameters for PV systems: review, classification, and comparison. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy, 9(2), 225−236. https://doi.org/10.35833/MPCE.2019.000379.

Bodnaruk, O. Yu., Bosak A. V. Comprehensive assessment of the use of photovoltaic stations to power pumps in multi-story buildings. System Research in Energy. 2025. No. 2 (82). P. 77-90. https://doi.org/10.15407/srenergy2025.02.077.

Chellakhi, A., El Beid, S., Abouelmahjoub, Y. et al. An Enhanced Incremental Conductance MPPT Approach for PV Power Optimization: A Simulation and Experimental Study. Arab J Sci Eng 49, 16045–16064 (2024). https://doi.org/10.1007/s13369-024-08804-1.

Mustafa Sacid Endiz. Design and implementation of microcontroller-based solar charge controller using modified incremental conductance MPPT algorithm. Journal of Radiation Research and Applied Sciences. Volume 17. Issue 2. 2024.100938.ISSN 1687-8507. https://doi.org/10.1016/j.jrras.2024.100938.

M. H. H. Yahaya, A. A. A. Samat, S. M. Muhamad, M. N. A. N. Azari, M. A. M. Idin and M. M. Jumidali, "Optimizing Photovoltaic Systems with an Incremental Conductance Algorithm," 2024 IEEE 14th International Conference on Control System, Computing and Engineering (ICCSCE), Penang, Malaysia, 2024, pp. 237-242. doi: 10.1109/ICCSCE61582.2024.10696783.

Çakmak, F., Aydoğmuş, Z., & Tür, M. R. (2023). Analysis of Open Circuit Voltage MPPT Method with Analytical Analysis with Perturb and Observe (P&O) MPPT Method in PV Systems. Electric Power Components and Systems, 52(9), 1528–1542. https://doi.org/10.1080/15325008.2023.2296958.

Djilali, A.B., Bounadja, E., Yahdou, A. et al. Enhanced variable step sizes perturb and observe MPPT control to reduce energy loss in photovoltaic systems. Sci Rep 15, 11700 (2025). https://doi.org/10.1038/s41598-025-95309-y.

Benjia Li, Zhongbing Liu, Yaling Wu, Pengcheng Wang, Ruimiao Liu, Ling Zhang. Review on photovoltaic with battery energy storage system for power supply to buildings: Challenges and opportunities. Journal of Energy Storage.Volume 61. 2023. 106763. ISSN 2352-152X. https://doi.org/10.1016/j.est.2023.106763.