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Type: Dissertação
Title: Extração dos parâmetros do modelo fotovoltaico de um diodo através de um método metaheurístico baseado no algoritmo do morcego
Author: Deotti, Lucas Meirelles Pires
First Advisor: Pereira, José Luiz Rezende
Referee Member: Silva Junior, Ivo Chaves da
Referee Member: Freitas Filho, Walmir de
Resumo: Este trabalho apresenta uma nova metodologia para extração dos parâmetros do modelo de um diodo via dados experimentais da curva característica que descreve o comportamento elétrico de um gerador fotovoltaico operando em regime permanente. Tendo em vista a natureza contínua, multidimensional, restrita, não-linear e multimodal, do problema de otimização tipicamente formulado para realização desta tarefa, uma nova técnica de otimização metaheurística fundamentalmente baseada no algoritmo de morcego, foi especialmente desenvolvida para a sua resolução. Esta técnica, a qual foi denominada pela expressão em inglês, Lévy flight directional bat algorithm (LDBA), congrega recursos trazidos por uma versão modificada do algoritmo do morcego, os quais, permitem realizar uma intensificação mais eficiente no processo de busca da solução ótima, habilitando tratar de maneira conveniente com as discrepantes ordens de grandeza normalmente verificadas entre os valores assumidos pelos parâmetros do modelo fotovoltaico de um diodo. Adicionalmente a estes recursos, uma estratégia de randomização inspirada no voo de Lévy e um processo de tratamento dinâmico dos limites de valores assumidos pelos parâmetros, são ineditamente incorporados a esta técnica com intuito de melhorar a sua capacidade de exploração do espaço de solução do problema. A validação desta técnica metaheurística desenvolvida é realizada a partir da aplicação do modelo fotovoltaico de um diodo na representação do comportamento elétrico de três dispositivos de geração fotovoltaica comumente adotados por trabalhos correlatos. Em um primeiro momento, uma análise é especificamente realizada com intuito de averiguar a real pertinência dos instrumentos de diversificação incorporados ao LDBA. Já em um segundo momento, uma análise comparativa da qualidade das soluções retornadas por esta técnica desenvolvida, bem como o seu desempenho computacional, é realizada tomando como base os resultados reportados na literatura para outras destacadas técnicas metaheurísticas tradicionais, modificadas e híbridas. Embora seja investigada há décadas, a extração dos parâmetros do modelo de um diodo, a partir de dados experimentais, ainda hoje é uma questão em aberto no setor fotovoltaico, sendo inclusive, um dos temas de pesquisa mais atrativos e fundamentais para o seu desenvolvimento. Dessa forma, a principal contribuição deste trabalho é a proposição de uma nova ferramenta que permita a efetiva e confiável realização desta tarefa.
Abstract: This work presents a novel methodology for extracting the one-diode model parameters via experimental data from the characteristic curve in which the photovoltaic generator electrical behavior at steady state is described. Since the optimization problem typically formulated to accomplish this task is continuous, multidimensional, constrained, nonlinear and multimodal in nature, a new metaheuristic optimization technique, fundamentally based on the bat algorithm, has been proposed. This technique, which was named Lévy flight directional bat algorithm (LDBA), gather features brought by a modified version of the bat algorithm, which allow performing a more efficient intensification in the searching process for the optimal solution, enabling to handle it conveniently with the discrepant magnitude orders normally observed between the values assumed by the one-diode model parameters. In addition to these features, a randomization strategy inspired by the Lévy flight and a dynamic procedure for correcting any solution found which violates the established parameters bounds, are incorporated in an innovative way to this technique in order to improve its ability to exploit the solution space problem. The validation of proposed metaheuristic technique is performed from the application of the one-diode model in the representation of the electrical behavior of three photovoltaic generation devices commonly adopted in the literature. Firstly, an analysis is performed specifically to ascertain the real relevance of exploiting the features incorporated into the LDBA. Secondly, a comparative analysis of the solutions quality obtained from this developed technique, as well as its computational performance with existing methods in the literature is presented. Although the parameters extraction of the one-diode model via experimental data has been investigated for decades, it is still an open problem in the photovoltaic industry, being one of the most attractive and fundamental research themes for investigation. Thus, the main contribution of this work is the proposition of a new tool which allows the effective and reliable accomplishment of this task.
Keywords: Modelagem de geradores fotovoltaicos
Modelo de um diodo
Estimação de parâmetros.
Dados experimentais
Método metaheurístico
Photovoltaic modeling
One-diode model
Parameters extraction
Experimental data
Metaheuristic method
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/11331
Issue Date: 27-Aug-2019
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