Integrated renewable energy system using High Gain Interleaved Boost Converter with Modified Cheetah Optimization Based Adaptive PI-Controller

Abstract

This study introduces an innovative strategy to boost the uptake of Electric Vehicles (EVs) while curbing greenhouse gas emissions. Addressing the primary limitation of EVs - their reliance on energy storage - entails integrating a high-performance brushless DC (BLDC) motor renowned for its swift dynamic response and efficiency. The main objective of the study is to merge Photovoltaic (PV) energy generation with a bidirectional grid connection for powering the BLDC motor effectively. This objective is achieved by the introduction of a High Gain Interleaved Boost Converter (HGIBC) for enhancing voltage-gain ratio and system adaptability of the PV system. A novel Modified Cheetah Optimization (MCO)-based Proportional Integral (PI) controller ensures precise control signal generation for the converter. The AC supply to the motor is facilitated by a 3-phase Voltage Source Inverter (VSI), with speed regulation achieved through a PI controller. Simultaneously, the Bidirectional single phase grid augmented with an adaptive PI controller and a battery system with bidirectional converter distribute power supply to the BLDC motor fed EV during in sufficient power supply from PV system due to its ecological changes. Moreover, to validate the importance of proposed system, MATLAB/Simulink is utilized. The most important results are the proposed HGIBC exhibits a higher voltage gain when compared to other existing Boost converters and generates an increased efficiency of 97%. Also, with the optimized PI controller a steady converter output of 1000V is achieved at 0.35s which indicates a reduced settling time. Also, the proposed work generates a reduced simulation THD value of 1.21%. The significance of the obtained results lies in the delivering of high converter efficiency, improved power quality and reliable performance of BLDC motor system.

Acest studiu introduce o strategie inovatoare pentru a stimula absorbția vehiculelor electrice (EVs), reducând în același timp emisiile de gaze cu efect de seră. Abordarea limitării primare a vehiculelor electrice - dependența lor de stocarea energiei - implică integrarea unui motor DC fără perii de înaltă performanță (BLDC), renumit pentru răspunsul său dinamic rapid și eficiența. Obiectivul principal al studiului este de a îmbina generarea de energie fotovoltaică (PV) cu o conexiune bidirecțională la rețea pentru alimentarea eficientă a motorului BLDC. Acest obiectiv este atins prin introducerea unui High Gain Interleaved Boost Converter (HGIBC) pentru îmbunătățirea raportului de creștere a tensiunii și a adaptabilității sistemului PV. Un nou controler Proportional Integral (PI) bazat pe Optimizarea Ghepardului Modificat (MCO) asigură generarea precisă a semnalului de control pentru convertor. Alimentarea prin curent alternativ a motorului este facilitată de un invertor de sursă de tensiune trifazat (VSI), cu reglarea vitezei realizată printr-un controler PI. Simultan, rețeaua bidirecțională monofazată, mărită cu un controler PI adaptiv și un sistem de baterii cu convertor bidirecțional, distribuie alimentarea cu energie către motorul BLDC alimentat EV în timpul unei surse de energie suficientă din sistemul fotovoltaic datorită schimbărilor sale ecologice. Mai mult, pentru a valida importanța sistemului propus, se utilizează MATLAB/Simulink. Cele mai importante rezultate sunt că HGIBC propus prezintă un câștig de tensiune mai mare în comparație cu alte convertoare Boost existente și generează o eficiență crescută de 97%. De asemenea, cu controlerul PI optimizat, se obține o ieșire constantă a convertorului de 1000 V la 0.35 s, ceea ce indică un timp de așezare redus. De asemenea, lucrarea propusă generează o valoare THD de simulare redusă de 1.21%. Semnificația rezultatelor obținute constă în furnizarea de eficiență ridicată a convertorului, calitate îmbunătățită a puterii și performanță fiabilă a sistemului de motor BLDC.

В этом исследовании представлена инновационная стратегия по стимулированию внедрения электромобилей (ЭМ) при одновременном сокращении выбросов парниковых газов. Устранение основного ограничения ЭМ — их зависимости от накопления энергии — влечет за собой интеграцию высокопроизводительного бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC), известного своим быстрым динамическим откликом и эффективностью. Основная цель исследования — объединить фотоэлектрическую (PV) генерацию энергии с двунаправленным сетевым соединением для эффективного питания двигателя BLDC. Эта цель достигается путем внедрения преобразователя с высоким коэффициентом усиления (HGIBC) для повышения коэффициента усиления напряжения и системной адаптивности фотоэлектрической системы. Новый пропорционально-интегральный (ПИ) контроллер на основе модифицированной оптимизации Cheetah (MCO) обеспечивает точную генерацию управляющего сигнала для преобразователя. Подача переменного тока на двигатель осуществляется с помощью 3-фазного инвертора напряжения (VSI), а регулировка скорости осуществляется с помощью ПИ-контроллера. Одновременно двунаправленная однофазная сеть, дополненная адаптивным ПИ-регулятором и аккумуляторной системой с двунаправленным преобразователем, распределяет электропитание на двигатель BLDC, питаемый EV, при недостаточном электропитании от фотоэлектрической системы из-за ее экологических изменений. Более того, для подтверждения важности предлагаемой системы используется MATLAB/Simulink. Наиболее важными результатами являются то, что предлагаемый HGIBC демонстрирует более высокий коэффициент усиления напряжения по сравнению с другими существующими повышающими преобразователями и генерирует повышенную эффективность 97%. Кроме того, с оптимизированным ПИ-регулятором устойчивый выход преобразователя 1000 В достигается за 0.35 с, что указывает на сокращенное время установления. Кроме того, предлагаемая работа генерирует сокращенное значение THD моделирования 1.21%. Значимость полученных результатов заключается в обеспечении высокой эффективности преобразователя, улучшенного качества электроэнергии и надежной работы системы двигателя BLDC.