Diseño y simulación de un sistema MPPT basado en algoritmos de machine learning para autogeneración a pequeña escala fotovoltaica mediante un sistema embebido Raspberry Pi.

Fecha

Autor corporativo

Título de la revista

ISSN de la revista

Título del volumen

Editor

Universidad Distrital Francisco José de Caldas

Compartir

Altmetric

Resumen

An MPPT emulation and control system is presented, the objective of which was to design and simulate, using Raspberry Pi and MATLAB/Simulink, an emulated photovoltaic generator and a conversion stage connectable to a microgrid, posing as a central question how to implement maximum power point tracking in an embedded and simulation environment. The problem addressed was the variability of irradiance and the computational and sampling limitations that hinder real-time control and MPP identification under dynamic conditions. The objectives were to emulate the behavior of the PV generator on Raspberry Pi, model the conversion stage in MATLAB, select and train a machine learning algorithm for MPPT, and validate the Pi–MATLAB integration. These were achieved by implementing the diode model in Python on Raspberry Pi, simulating a buck-type DC–DC converter, a three-phase inverter, and a battery system in Simulink, and serial communication between the Pi and MATLAB for validation. For control, different MPPT methods were compared; the selected algorithm was ANFIS+IC, which was trained on 1 million data points and showed the best combination of accuracy and convergence time, achieving a reported median accuracy of 99.995%. In conclusion, the work demonstrates the feasibility of using Raspberry Pi as a model emulator/executor and of integrating advanced MPPT algorithms with MATLAB for small-scale applications.

Descripción

Se presenta un sistema de emulación y control MPPT cuyo objetivo fue diseñar y simular, con Raspberry Pi y MATLAB/Simulink, un generador fotovoltaico emulado y una etapa de conversión conectable a una microrred, planteando como pregunta central cómo implementar seguimiento de punto máximo de potencia en un entorno embebido y de simulación. El problema abordado fue la variabilidad de la irradiancia y las limitaciones de cómputo y muestreo que dificultan el control en tiempo real y la identificación del MPP bajo condiciones dinámicas. Los objetivos fueron emular el comportamiento del generador PV en Raspberry Pi, modelar la etapa de conversión en MATLAB, seleccionar y entrenar un algoritmo de machine learning para MPPT y validar la integración Pi–MATLAB; estos se cumplieron mediante la implementación del modelo de diodo en Python sobre Raspberry Pi, la simulación de un convertidor DC–DC tipo buck, un inversor trifásico y un sistema de baterías en Simulink, y la comunicación serial entre la Pi y MATLAB para validación. Para el control se compararon diferentes métodos MPPT; El algoritmo seleccionado fue ANFIS+IC, el cual fue entrenado 1 millón de datos y mostró la mejor combinación de precisión y tiempo de convergencia, alcanzando una mediana de precisión reportada de 99.995%. Como conclusiones, el trabajo demuestra la viabilidad de usar Raspberry Pi como emulador/ejecutor de modelos y de integrar algoritmos avanzados de MPPT con MATLAB para aplicaciones a pequeña escala.

Palabras clave

MPPT, Aprendizaje supervisado, ANFIS, Raspberry Pi, Sistema fotovoltaico, Microrred

Materias

Ingeniería Electrónica -- Tesis y disertaciones académicas , Raspberry Pi (Ordenador) Programación , Aprendizaje automático (Inteligencia artificial) , Sistemas embebidos , Generación de energía fotovoltaica

Citación