Predictive Control of induction motor drive for PV array water pumping under varying environmental conditions

Abstract

Against the backdrop of growing global demand for sustainable energy solutions, photovoltaic systems have emerged as one of the most effective approaches for meeting electricity needs particularly in rural and remote communities. Among their most vital applications are solarpowered water pumping systems, which serve critical agricultural irrigation and potable water supply functions. These systems predominantly employ induction motors due to their proven reliability and operational efficiency. However, their solar-dependent operation presents distinct technical challenges stemming from continuous environmental variability, particularly fluctuations in solar irradiance and ambient temperature that directly impact photovoltaic output power characteristics. To address these challenges, this study proposes the implementation of Predictive Torque Control (PTC) as an intelligent, advanced control strategy for induction motor drives. This model-based predictive control approach leverages precise mathematical II modeling to forecast system behavior and optimize real-time control actions, making it particularly suitable for nonlinear systems operating under variable conditions. The research comprehensively analyzes the system's dynamic performance across diverse climatic scenarios, demonstrating how intelligent control integration specifically PTC enhances operational efficiency while ensuring rapid adaptation to environmental transients. Key findings highlight the control strategy's capability to maintain stable performance despite photovoltaic power fluctuations.في ظل التزايد المستمر في الطلب على مصادر الطاقة المستدامة، أصبحت أنظمة الطاقة الشمسية من بين الحلول الأكثر فاعلية لتلبية احتياجات المجتمعات من الكهرباء، خاصة في المناطق الريفية والنائية. ومن أبرز التطبيقات الحيوية للطاقة الشمسية، أنظمة ضخ المياه، التي تُستخدم لأغراض الزراعة وتوفير مياه الشر ب. تُستخدم المحركات الحثي ة في هذه الأنظمة نظرًا لكفاءتها العالية وموثوقيتها، إلا أن تشغيلها بالاعتماد على الطاقة الشمسية يواجه تحديات تقنية نتيجة التقلبات البيئية المستمرة مثل الإشعاع الشمسي ودرجة الحرارة، مما يسبب تغيرًا في القدرة الخارجة من الألواح الكهروضوئية. لمعالجة هذه التحديات، تقترح هذه الدراسة كحل ذكي ومتطور للتحكم في " Predictive Torque Control" (PTC) تطبيق التحكم التنبؤي النموذجي قيادة المحرك الحثي، بهدف تحقيق أداء مستقر وكفء تحت ظروف تشغيل متغيرة. يعتمد هذا النوع من التحكم على نماذج رياضية دقيقة للتنبؤ بسلوك النظام واختيار أفضل إجراء في كل لحظة زمنية، مما يجعله مثاليًا للأنظمة غير الخطية. تتناول الدراسة تحليل الأداء الديناميكي للنظام تحت ظروف مناخية مختلفة، وتوضح كيف يُسهم دمج تقنيات في تحسين الكفاءة التشغيلية والتكيف السريع مع التغيرات البيئية. PTC التحكم الذكية مثل