I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   2 J u n e   201 8 ,   p p .   77 5 - 7 8 3   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i2 . pp 7 7 5 - 7 8 3           775       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   M o d el i n g  an d S i m ul a ti o o f Gr i d C o nne cted Hy bri d E ner g y   Sy s tem  and i ts  F a ul t  A na l y s i s     Su j it   K u m a B h uy a n 1 P ra ka s h K u m a H o t a 2 B ha g a ba t   P a nd a 3   1 ,3 S c h o o o f   El e c tri c a S c ien c e s,  KIIT   Un iv e rsit y ,   In d ia   2 D e p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   V e e S u re n d ra   S a Un iv e rsity   o f   T e c h n o lo g y ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Des   08 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ja n   0 9 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A p r   10 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e re p re se n ts  a   h y b rid   e n e rg y   s y ste m   (HES c o n sistin g   o p h o to v o lt a ic  ( P V ),   S o li d   Ox id e   F u e Ce ll   (S OFC ),   e lec tro ly z e s y s tem   a n d   a   sto ra g e   tan k .   In   t h is  p ro p o se d   sy ste m   a   f u e c e ll   c o n tro ll e is  u se d   w h e re   a   P ID  c o n tr o ll e is  u ti l ize d   to   c o n t ro t h e   f lo w   o f   h y d ro g e n   (H 2 th ro u g h   t h e   v a lv e   to   th e   S OFC  to   f u lf il th e   lo a d   re q u irem e n t.   In   th is  m o d e a   su p e rv i so ry   c o n tro ll e is  u se d   t o   re g u late   th e   w h o le  sy ste m   a c c o rd in g   to   lo a d   re q u irem e n t.   S o ,   w h e n   P p o w e is  m o re   th a n   lo a d   re q u irem e n t,   th e n   P p o w e f u lf il th e   re q u ired   lo a d   d e m a n d   a w e ll   a th e   e x tra  p o w e o f   P is  u ti li z e d   to   g e n e ra te  th e   h y d ro g e n   (H 2 b y   th e   h e lp   o f   e lec tro ly z e r,   fu rth e t h is   h y d ro g e n   is  u se d   a a   f u e o f   S O F C.   A lso ,   i n   t h is  p ro p o se d   m o d e d if f e re n t   ty p e o f   f a u lt a re   c o n sid e re d   a n d   v e rif ied   th e ir  e f f e c o n   t h e   lo a d   a w e ll   a s   in   d istri b u ti o n   n e tw o rk .   T h e   c o m p u ter   sim u lati o n a re   d o n e   f o th e   p u r p o se   tec h n o l o g y   a n d   v e rif ied   it e ffe c ti v e n e ss .   He n c e   th e   a p p r o p ri a te  re su lt s     a re   o b tain e d .   K ey w o r d :   El e c tro ly z e r   G rid   P V   m o d e l   S o li d   o x i d e   f u e c e ll   (S OFC)   S to ra g e   tan k     Co p y rig h ©   201 8   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   All  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   S u j it Ku m ar   B h u y a n ,   Sch o o l o f   E lectr ical  E n g g   E n g in ee r in g ,   KI I T   Un iv er s i t y ,     B h u b an e s w ar ,   I n d ia .   E m ail:  s u j ee t.k u m ar 8 4 @ g m ail . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   R en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   ( R E Ss )   p r o v id es  cl ea n   en er g y   s o u r ce s   w h ic h   is   p o llu tio n   f r ee ,   also   R E Ss   ar e   en v ir o n m e n tall y   f r ie n d l y .   T h ese  r en e w ab le  e n er g y   s o u r ce s   ar co s f r ee   an d   co n ti n u o u s   ac co r d in g   to   [ 1 ] [ 2 ] .   H.  Ya n g ,   e a l.   [3 ]   d escr ib es  ab o u v ar io u s   R E S s   co n s is ts   o f   w i n d   e n er g y   s o u r ce s   ( W E Ss ) ,   p h o to v o ltaic   en er g y   s y s te m   ( P V) ,   w av e n er g y   s o u r ce s   an d   m icr o - tu r b in es,  th ese  ar u s ed   in   h y b r id   en er g y   s y s te m s   ( HE Ss )   an d   also   ap p li ca b le  in   m i cr o - g r id   s y s te m T h ese  R E s tr u ct u r es   ar n o o p er ated   p r o p er ly   d u to   th e   v ar io u s   h az ar d o u s   co n d itio n s   ( s o lar   r ad iatio n ,   tem p er at u r e,   w i n d   s p ee d ) .   Hen ce   n u m er o u s   s o lu tio n s   ar f o u n d   o u to   s o lv th e s p r o b lem s .   Hen ce   s to r ag s y s te m s   ar th b est  s o lu tio n   f o r   th m it ig at io n   o f   th e f f ec o f   s o lar ,   w in d   an d   o th er   r en e w a b le  s o u r ce s .   Sto r ag s y s te m s   ar u s ed   to   s to r th en er g y ,   also   i m p r o v es  p o w er   q u alit y .   I is   co n v e n ie n to   k e ep   m o r th a n   o n s to r ag s y s t e m   to   m i n i m ize  t h v ar iatio n   o f   p o w er   as  w ell  as   th s to r ag s y s te m s   p r o v id h ig h   e n er g y   d en s i t y   [4 ] ,   [ 5 ] .   H y b r id   E n er g y   S y s te m s   ( HE Ss )   u s es  B atter y   B an k   ( B B s )   an d   s to r ag s y s te m s   e f f icien tl y ,   b u t h li f ti m d u r a tio n s   o f   th e s b atter ies  d ec r ea s e   ac co r d in g   to   it s   ch a r g i n g   an d   d is ch ar g i n g   p er io d s   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Hen ce   an   alter n a tiv s ec o n d ar y   e n er g y   s o u r ce s   is   r eq u ir ed   w h ich   ca n   r ep lace   th b atter y   b an k   as  w ell  a s   i n cr ea s t h e f f icie n c y   o f   H y b r id   E n er g y   S y s te m s   ( HE Ss ) .   So   f u el   ce lls   ar u s ed   n o w   a   d a y s ,   t h e s f u el  ce ll s   ar co m b i n w it h   e lectr o l y ze r   an d   g iv e s   p o w er   s u p p ly   co n ti n u o u s l y   to   th lo ad   g i v e n   i n   [ 8 ] ,   [ 9 ] . H en ce   t h h y b r id   en er g y   s y s te m   ( HE S s )   co n s i s ts   o f   P V ,   w i n d   en er g y   ( W T )   an d   f u e ce ll  ( FC )   co m b in w i th   th elec tr o l y ze r   g i v es  t h b etter   en er g y   m an a g e m e n s tr ateg ies  a n d   m o r e   ef f ec tiv i n   p r ac tice  f o r   th r eq u i r e m e n o f   h i g h er   en er g y   an d   t h u s es  o f   DC   lo ad s   ar m o r p r o m is in g   in   to d ay s   w o r ld   s u c h   a s   t h e y   ar u s ed   i n   co m m er cial  , r esid en tia an d   i n d u s tr ial  b u ild in g s .   So ,   th ese   lo ad s   ar e   D C   d o m in a ted   in   th m ea n   ti m [ 1 0 ] .   Hen ce   th AC   g r id s   ar u s ed   to   s u p p l y   th ese  D C   lo ad s .   So ,   DC /DC   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 J u n e   2 0 1 8   :   7 7 5 - 7 8 3   776   AC /D C   co n v er ter s   ar u s ed   m o r i n   t h n ea r er   d ay s .   So ,   th co s o f   th s y s te m   is   in c r ea s ed   an d   g i v es  t h e   ad d itio n al  lo s s e s .   So ,   t h s y s t e m   e f f icie n c y   is   r ed u ce d .   A   H E co n tai n i n g   an   i n d iv id u al  AC   g r id   as  w e ll  as   a   DC   g r id ,   w h ich   ca n   o v er co m e   th p r o b lem   t h at  t h DC   lo ad s   ar co n n ec ted   to   th DC   g r i d   g iv e n   in   [ 1 1 ] - [ 13 an d   AC   ar co n n ec ted   to   t h A C   g r id .   Hen ce   b id ir ec t io n al   co n v er ter s   ar e   u s ed   in   DC   a s   w ell  a s     AC   g r id s   [ 1 4 ] .   T h liter atu r co n s is t s   o f   P s y s te m ,   S OF C ,   elec tr o l y ze r   an d   s to r ag ta n k   w h ich   ar s i m u la ted   w it h   ea ch   o th er ,   latter   th is   co m b i n atio n   co n n ec ted   th g r id .   A d v an ta g e   o f   T h is   tech n o lo g y   g i v es  b etter   p er f o r m a n ce s   to   th DC   as  well  as  A C   g r id s .   Hen ce   h y b r i d   en er g y   s y s te m   in cr ea s e s   th q u alit y   o f   p o w er   m an a g e m e n o f   t h g r id .   T h is   ar ticle  co n clu d ed   o v er all  d esc r ip tio n   as  w ell  as  p r o v id es  th e   in f o r m atio n   ab o u t   th p r o p o s ed   tech n o lo g y .   Det ai led   m o d eli n g   an d   co n tr o llin g   s tr ateg y   o f   th s y s te m   eq u i p m e n t s   ar g iv e n .   Fu r t h er   th p r o p o s ed   tech n o lo g y   i s   v er if ied   f o r   its   p er f o r m an ce s   a n d   ef f ec ti v e n es s   u n d er   th s i m u latio n   co n s is tin g   o f   s ev er al  s i tu at io n s .       2.   E XP L A NAT I O O F   G R I CO NN E C T E H YB RID G E NE R AT I O SYS T E M   Fig u r e   1   s h o w s   t h p r o p o s ed   m o d el  w h ic h   co n s is ts   o f   P s y s t e m   w it h   t h m ax i m u m   p o w er   p o in t   tr ac k er   ( MP PT )   in ter f ac in g   with   t h D C /D C   co n v er ter   ( b o o s co n v er ter )   to   in cr ea s t h D C   v o lta g e.   D C / A C   co n v er ter s   ( I n v er ter s )   ar u s e d   to   co n v er DC   to   A C ,   w h e n   DC   v o lta g o f   P w i th   M P PT  h av in g   b o o s co n v er ter   ( Vp v _ b o o s t)   is   ap p lied   to   th is .   E n er g y   co m i n g   f r o m   t h s u n   d ep en d s   ac co r d in g   to   t h v ar io u s   w ea t h er   co n d itio n s .   s o ,   th s o l ar   r ad iatio n   is   n o t c o n s ta n t i n   ev er y   p er io d ,   it m a y   b w ea k   o r   s tr o n g   o r   ab s en t.   So ,   th in teg r atio n   o f   SOF C   in   th HE Ss   m ak e s   th HE Ss   m o r s u s ta i n ab le.   W h en   t h P o w er   g en er atio n   i s   g r ea ter   th a n   t h r eq u ir ed   a m o u n t,  th e n   t h e   elec tr o l y ze r   co m e   to   t h f r o n to   ta k e x ce s s   g en er ated   p o w er   an d   co n v er t s   th e   w ater   i n   to   h y d r o g e n   a n d   o x y g e n   b y   elec tr o l y s is   p r o ce s s .   Sto r ag tan k   s to r es th i s   h y d r o g en   i n   co m p r ess ed   f o r m   a n d   u s ed   as a   f u e l o f   SOF C .   H y b r id   E n er g y   S y s te m   ( HE S)  d ev elo p s   p o w er   m a n a g e m e n t stra te g y ,   w h ic h   ca n   d ec r ea s e   th e f f ec t   o f   d aily   o r   s ea s o n al  v ar iatio n s   d u to   th d if f er en cli m at ic   co n d itio n s .   Hen ce   HE p r o v id es  b etter   o u tp u t   p o w er ,   w h ic h   ca n   f u l f ill  t h r eq u ir e m e n o f   p o w er .   I n   t h is   p r o p o s ed   tech n o lo g y   d i f f er en t   t y p es  o f   f au lts   ar e   g iv e n ,   h e n ce   t h s tab ilit y   a n d   p er f o r m a n ce s   o f   th HE S is   a n al y ze d .           Fig u r e   1 H y b r id   s y s te m   co n n ec ted   to   g r id   ( p r o p o s ed   m o d el )       3.   P H O T O VO L T A I ( P V)   SY ST E M     T h P s y s te m   m a th e m at ica m o d el  i s   r ep r esen ted   i n   [ 1 5 ]   an d   th m a x i m u m   a m o u n o f   p o w er   ca n   b w i th d r a w n   f r o m   P ar r ay   w it h   th h elp   o f   MPPT ;   th en   DC /DC   co n v er ter   ( b o o s co n v er ter )   ar u s ed   to   b o o s t u p   th v o lta g lev el  a n d   co n n ec ted   to   th D C / AC   in v er ter .   T h en   th P s y s te m   i s   d esi g n ed   b y   co n s id er in g   ( 1 )   w it h   th h elp   u p   M A T L A B /SI MU L I N K   s o f t w ar an d   T ab le  1   s h o w s   t h s p ec if ic atio n s   o f   t h p h o to v o ltaic  ( P V)   ar r ay .      =  ln [   + ]      ( 1 )     P ar am ete r s   ar co n s id er ed   f o r   d esig n in g   of   t h P s y s te m   s u ch   as ,   I 0   i s   t h r ev er s s at u r ati o n   c u r r en t   o f   P m o d el   in   [ A ] I SC   is   t h s h o rt - c ir cu it  P ce ll  cu r r e n i n   [ A ] ,   I PV /I ph  is   t h o u tp u t   cu r r en o f   P m o d el   in   [ A ] ,   k   is   t h b o ltz m a n n s   co n s tan i n   [ J / o K] ,   is   th co m p letio n   o r   id ea lity   f ac to r ,   q   is   th elec tr o n   ch ar g in   [ C ] R P   in   t h e   p ar all el  r esis ta n ce   o f   th P m o d el   in   [ ] ,   R S   in   th s er ies  r esis tan ce   o f   P m o d el   in   [ ] , N S   i s   th n o.   o f   ce lls   ar co n n ec ted   in   s er ies   i n   s tr i n g   o f   th P m o d el N P   is   th n o .   o f   p ar all el  s tr in g s ,   T   is   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f G r id   C o n n ec ted   Hyb r id   E n erg y   S ystem    ( S u jit K u ma r   B h u ya n )   777   te m p er atu r i n   [ K] V PV   is   t h ter m i n al  v o lta g e   o f   t h P m o d el   in   v o lt  i n   [ V] V MP   is   t h m ax i m u m   p o w er   o f   th e   PV   ce ll   in   v o lt   in   [ V] ,   VO C   is   t h o p en - cir c u i v o ltag o f   th P ce ll i n   v o lt i n   [ V]       T ab le  1 .   Sp ec if icatio n s   o f   P h o to v o ltaic  ( P V)   A R R A Y   S p e c i f i c a t i o n   Va l u e   N o .   o f   se r i e s c o n n e c t e d   P V   c e l l   96   N o .   o f   M o d u l e s i n   p a r a l l e l   66   N o .   o f   M o d u l e s i n   se r i e s   05   O p e n   c i r c u i t   v o l t a g e   ( V OC )   6 4 . 2   V   S h o r t   c i r c u i t   c u r r e n t   ( I SC )   5 . 9 6   A   M a x i m u m   P o w e r   o f   P V   c e l l   3 0 5 W   T e mp e r a t u r e ( T)   25   I r r a d i a n c e   1 0 0 0       4.   M O DE L L I N G   AND  S I M UL AT I O O F   E L E CT RO L Y Z E R   W ater   is   d ec o m p o s ed   in to   t w o   p ar ts ,   o n i s   h y d r o g e n   ( H 2 )   an d   an o th er   o n e   is   o x y g e n ,   b y   el ec tr o ly s i s   p r o ce s s   w h e n   elec tr ic  c u r r en t   is   f lo w in g   t h r o u g h   th e lectr o ly ze r ,   w h ic h   co n ta in s   t w o   i n d iv id u al  elec tr o d es  [ 16 ] .   T h eq u atio n   o f   elec tr o l y s is   o f   w ater   i s   r ep r esen ted   b elo w :     2 ( ) +         = 2 ( ) + 1 2 2 ( )   (2 )     P ar am eter s   ar u s ed   to   d esi g n   elec tr o l y ze r   m o d el  s u c h   as,  i e   is   t h c u r r e n o f   a n   elec tr o l y z e r   in   [ A ] n c   is   t h n o .   o f   elec tr o l y ze r   ce lls   co n n ec ted   in   s er ies,  nH 2   is   th h y d r o g e n   g e n er atio n   i n   m o les  p er   s ec o n d   i n   th e   [ m o l s 1 ] F   is   t h f ar ad a y   co n s ta n t in   t h e   [ C   k m o l 1 ] η F   i s   th Far ad a y   e f f icie n c y .     Gen er atio n   o f   h y d r o g en   o f   a n   elec tr o l y ze r   is   d ir ec tl y   p r o p o r tio n al  to   th elec tr ic  cu r r en t,  w h ic h   i s   r elate d   to   th F ar ad ay s   la w ,   is   g iv e n   b elo w   [ 1 6 ].   T h el ec t r o l y ze r   m o d el  is   s i m u late d   w ith   t h h elp   o f   s i m u li n k   b y   u s i n g   ( 3 )   an d   ( 4 ) .      2 = 2    (3 )     T h r atio   b et w ee n   h y d r o g e n   g en er atio n s   b y   t h h elp   elec t r o ly ze r   to   th e   ac tu al   v a lu e   is   g i v en   a s   Far ad ay   e f f icie n c y .     ƞ  = 96 . 5 ( 0 . 09 75 . 5 2 )   ( 4 )       5.   M O DE L L I N G   AND  S I M UL AT I O O F   S T O RA G E   T A NK   E lectr o ly ze r   is   u s ed   to   g en er at th h y d r o g e n   b y   th h elp   o f   elec tr o l y s i s   p r o ce s s th en   t h is   h y d r o g e n   is   u s ed   as  t h i n p u f u el  o f   SO FC .   So   SOF C   co n s u m es  t h r eq u ir ed   am o u n h y d r o g en   ac c o r d in g   to   th p o w er   r eq u ir e m en t.  T h r est  am o u n o f   h y d r o g e n   is   s to r ed   in   t h s t o r ag tan k   a f ter   th u s o f   h y d r o g en   as  f u el  to   SOFC ,   w h ic h   is   t h d if f er en ce   o f   th g e n er ated   h y d r o g en   a n d   th r eq u ir ed   h y d r o g en   u s ed   b y   SOF C .   T h h y d r o g e n   s to r ag tan k   s to r es  th h y d r o g e n   in   co m p r ess ed   m a n n er   eith er   it  is   s to r ed   i n   liq u id   o r   g as s es  m an n er .   Fro m   ( 5 )   is   u s ed   f o r   s i m u latio n   a n d   d esig n   o f   h y d r o g en   s to r a g tan k   ac co r d in g   to   [ 1 6 ].      =  2  2   (5 )     P ar am eter s   ar u s ed   to   d esig n   th Sto r ag T an k   s u ch   as ,   Z   is   th e   p r ess u r co m p r ess ib i lit y   f ac to r ,   NH is   t h a m o u n o f   h y d r o g e n   s to r ed   i n   t h s to r a g e   ta n k   in   m o les   p er   s ec o n d   i n   t h e   [ k m o s 1 ] MH 2   is   th e   H y d r o g en   m o lar   m a s s   in   [ k g   k m o l 1 ] Tb   is   o p er atin g   te m p er atu r in   [ o K] P bi   is   th s to r a g e   tan k   p r ess u r at   in itial   s ta g i n   [ P a] ,   P b   is   th e   s to r ag ta n k   p r ess u r i n   [ P a] ,   R   is   t h R y d b er g /U n i v er s al   g as   co n s ta n t   in   [ J   ( k m o o K)   1 ] ,   V b   i s   th s to r ag tan k   v o lu m i n   [ m 3 ].       6.   DE T AI L E M O DE L L I N G   O F   SO F C   P ar am eter s   ar u s ed   to   d ev e lo p   m at h e m a tical  m o d el  o f   t h e   s o lid   o x id f u el  ce l ( SOF C ) ,   w h ich   is   s h o w n   b elo w   ac co r d in g   to   [ 1 7 ]   s u ch   as,  B   an d   C   is   th a ctiv atio n   v o ltag co n s ta n ts   i n   SOFC   s y s te m   i n   [V ] CV   is   t h co n v er s io n   f ac to r   in   [ Hy d r o g en   ( km o h ) Methen   ( km o h ) ] E 0   is   th n o r m al  n o   lo ad   v o ltag i n   [ V] E   is   t h n er n s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 J u n e   2 0 1 8   :   7 7 5 - 7 8 3   778   i m m ed iate  v o lta g i n   [ V] F   is   th Far ad a y s   co n s ta n i n   [ C   ( k m o l - 1 )] I FC   is   t h f ee d b ac k   cu r r en o f   SOF C   in   [ A ] k 1   i s   t h g ai n   o f   P I   ( p r o p o r ti o n al - i n te g r al) ,   K an   is   th a n o d v alv co n s ta n t i n   [ k mol   kg ( a tm   s ) 1 ] K r   is   th m o d eli n g   co n s ta n t i n   [ k m o l S A - 1 ] K H2O   is   t h m o lar   co n s tan t o f   w a ter   v al v i n   [ k m o l ( at m   s - 1 )] K H2   i s   t h e   m o lar   co n s ta n o f   h y d r o g en   v alv i n   [ k m o ( at m   s - 1 )] K O2   is   t h m o lar   co n s tan o f   o x y g en   v al v i n   [ k m o ( at m   s - 1 )] M H2   is   t h h y d r o g e n   m o lar   m a s s   i n   [ k g   k m o l - 1 ] P H2O   is   th w ater   f r ac tio n a p r ess u r in   [ at m ] P H2   is   th h y d r o g e n   f r ac tio n al  p r ess u r in   [ at m ] P O2   is   t h o x y g en   f r ac tio n a p r ess u r i n   [ at m ] N 0   is   t h n o .   o f   f u e ce lls   ar i n   s er ie s   in   s ta ck q H2   is   t h m o lar   f lo w   o f   h y d r o g e n   i n   [ k m o ls - 1 ] q m ethane   i s   th m et h a n f lo r ate  in   [ k m o l s - 1 ] q O2   in   t h e   in p u m o lar   f lo w   o f   o x y g e n ,   [ k m o ls - 1 ] q H2 in     is   th e   i n p u f lo w   o f   h y d r o g en   i n   [ k m o ls - 1 ] q H2 0 ut   is   t h e   h y d r o g en   o u tp u f lo w   i n   [ k m o ls - 1 ] q H2 r   is   t h h y d r o g en   f lo w   a m o u n t h at  r ea cts  in   [ K m o ls - 1 ] q H2 r eq   is   th h y d r o g e n   f lo w   a m o u n t t h at  m ee t s   lo ad   ch a n g in   [ k m o l s - 1 ] R   i s   t h r y d b er g   ( Un i v er s al)   g as  co n s ta n t   in   [ ( 1 at m )   ( k m o K)   1 ] R int   i s   t h i n ter n al   r esis ta n ce   o f   SOF C   i n   [ ] T   is   th ab s o lu t e   te m p er atu r i n   [ K] U   i s   th e   u t ilizatio n   r ate , V an   is   t h v o lu m e   o f   th e   an o d i n   [m 3 ] V cell   is   t h e   SO FC   d o u tp u t   v o ltag e   in   [ V] τ 1   ,   τ 2   is  th e   r ef o r m er   ti m e   co n s ta n t s   i n   [ s ] τ 3   is   t h P I   co n tr o ller   ti m co n s ta n in   [ s ] τ H2 in   t h e   h y d r o g e n   ti m co n s ta n t,  [ s ] τ H2 O   is   th e   w ater   ti m co n s ta n i n   [ s ] τ O2   is   th e   o x y g e n   ti m co n s ta n t   in   [ s ] Z act   is   th ac ti v atio n   o v er   v o lta g i n   [ V] Z oh m ic   i s   th o h m ic  o v er   v o ltag i n   [ V] .   T h r at io   b et w ee n   t h m o lar   f l o w s   o f   h y d r o g e n   th r o u g h   th v alv to   th h y d r o g e n   p ar tial  p r ess u r e   i n   ch an n el  ca n   b g iv e n   as  [ 1 7 ].     2 2 =  2 = 2   (6 )     M o lar   f lo w   o f   h y d r o g e n   is   ca lcu lated   b y   tak i n g   th d er iv ati v e   o f   t h p ar tial   p r ess u r e,   w h i ch   s h o ws   th p er f ec t g a s   eq u atio n   as   g iv en   i n   [ 1 7 ].      2 =   ( 2  2  2 )   (7 )     R elatio n s h ip   b et w ee n   h y d r o g en   f lo w   a n d   SOF C   cu r r en d eter m i n es  t h r ate  o f   r ea cted   h y d r o g e n   f lo w   ac co r d in g   to   [ 1 7 ].     2 = 0  2  = 2    (8 )     T h p ar tial  p r ess u r e   o f   h y d r o g en   ca n   b e   d eter m i n ed   b y   co n s id er in g   t h L ap lace   tr an s f o r m   o f   ( 6 ) - ( 8 )   as [ 1 6 ].     2 = 1 2 1 + 2 ( 2  2  )   (9 )     W h er e ,   2 =  2    ( 1 0 )     I n   th i s   m an n er   o x y g e n   p ar tia p r ess u r e   a n d   w a ter   p ar tial  p r ess u r ca n   b d eter m in ed T h o u tp u t   v o ltag e   o f   th f u el  ce ll  ca n   b e   o b tain ed   b y   co n s id er i n g   th e   s u m m ati o n   o f   th r ee   f ac to r s th ese  ar act iv atio n   o v er v o ltag o f   th a n o d an d   ca th o d e,   Ner n s p o ten tial   an d   o h m ic  o v er v o lta g o f   in ter n al  r e s is ta n ce     as g i v en   i n   [ 1 7 ].       = + ƞ  + ƞ                               ( 11 )     W h er e ,   ƞ =  (  )   ( 1 2 )     A nd   ƞ =    ( 1 3 )     So ,   Ner n s t i n s ta n ta n eo u s   v o lta g can   b d eter m i n ed   as  g i v e n   in   [ 1 7 ].     = [ +  2   [ 2 2 2 ] ]   ( 1 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f G r id   C o n n ec ted   Hyb r id   E n erg y   S ystem    ( S u jit K u ma r   B h u ya n )   779   T h e   h y d r o g e n   ac t s   as   f u el   o f   S OF C   p o w er   p la n w h ic h   ca n   ab le  to   f u lf ill  t h p o wer   d e m an d   ac co r d in g   to   its   r eq u ir em e n t.  Hen ce   th s u p p l y   o f   h y d r o g e n   is   co n ti n u o u s   f o r   th s tac k   o p er atio n   o f   SOFC .   T he   m o d el  o f   t h r ef o r m er   ca n   b ex p r ess ed   as  [ 1 7 ].     2   =  1 2 2 + ( 1 + 2 ) + 1   ( 1 5 )     A   PI co n tr o l ler   is   u s ed   to   co n tr o th f lo w   o f   h y d r o g e n   ac co r d in g   to   th r eq u ir em e n o f   o u tp u p o w er   o f   SOF C   s y s te m .   SO FC   o u tp u c u r r en i s   ta k e n   as   a   in p u t   of   t h e   SOF C   to   o b tain   t h f ee d b ac k   co n tr o l   [ 1 7 ],   g iv en   b y     2 =  2      ( 1 6 )     T h av ail ab le  h y d r o g e n   o f   th r ef o r m er   i s   u s ed   to   co n tr o th f lo w   o f   m et h an by   t h h elp   o f   P I   co n tr o ller   [ 1 7 ],   w h ic h   ca n   b d eter m in ed   as s h o w n   b elo w .     = ( 1 + 1 3 ) (  2  2  )     ( 17)     By   co n s id er in g   t h ab o v p ar a m eter s   5   KW   SO FC   m o d el  i s   o b tain ed   as  g iv e n   i n   T ab le  2 .   A   SOF C   b r ief   m o d el  is   r ep r esen ted   in   s i m u li n k   a s   g i v e n   in   [ 1 8 ].   T h r ee   5   KW   SOFC   ar u s ed   in   t h i s   p r o p o s ed   s y s te m .       T ab le  2 .   Sp ec if icatio n s   o f   S O FC   to   d esig n   t h m at h e m at ical   m o d el   S p e c i f i c a t i o n s   Va l u e   A c t i v a t i o n   v o l t a g e   c o n st a n t   ( B )   0 . 0 4 7 7 7   [ A - 1 ]   A c t i v a t i o n   v o l t a g e   c o n st a n t   ( C )   0 . 0 1 3 6   [ V ]   C o n v e r si o n   f a c t o r   ( C V )   2   F a r a d a y s c o n st a n t   ( F )   9 6   4 8 4   6 0 0   [ C k mo l - 1 ]   F C   sy st e m i n t e r n a l   r e si st a n c e   ( R i n t )   0 . 2 6 6 6 4   [ ]   F C   a b so l u t e   t e m p e r a t u r e   ( T )   3 4 3   [ K ]   H y d r o g e n   t i me   c o n s t a n t   ( τ H2 )                       3 . 3 7   [ s]   H y d r o g e n   v a l v e   c o n st a n t   ( K H2 )   4 . 2 2   x 1 0 - 5   [ k mo l   ( s a t m) - 1 ]   H y d r o g e n o x y g e n   f l o w   r a t i o ( r H 2O   1 . 1 6 8   K r   c o n st a n t   = N 0 / 4 F   2 . 2 8 0 2   x   1 0 - 7   [ k mo l   ( s A ) - 1   L i n e   r e a c t a n c e   ( X )   0 : 0 8 0 9   [ ]   M e t h a n e   r e f e r e n c e   si g n a l   ( Q m e t hr e f   )   0 . 0 0 0 0 1 5   [ k mo l   s - 1 ]   N o   l o a d   v o l t a g e   ( E o )   1 . 1 8   [ V ]   N u mb e r   o f   c e l l s (N o )   88   N u mb e r   o f   st a c k s (N S )   1   O x y g e n   t i me   c o n st a n t   ( τ O2 )   6 . 7 4   [ s]   O x y g e n   v a l v e   c o n st a n t ,   ( k O2 )   2 . 1 1   x 1 0 - 5   [ k mo l   ( s a t m) - 1 ]   P I   g a i n   c o n s t a n t   ( k 1 )   0 . 2 5   R e f o r me r   t i me   c o n st a n t   ( τ 1   ,   τ 2 , τ 3 )   1 5   [ s]   U n i v e r sal   g a s c o n s t a n t   ( R )   8 3 1 4 . 4 7   [ J k mo l K - 1 ]   U t i l i z a t i o n   f a c t o r   ( U )   0 . 8   W a t e r   t i me   c o n s t a n t   ( τ H2 O )   1 8 . 4 1 8   [ s ]   W a t e r   v a l v e   c o n st a n t   ( K H 2O )   7 . 7 1 6   10 - 6   [ k mo l   ( s a t m) 1 ]       7.   I NT E RNA L   S T RUC T UR E   O F   H YB RID E NE R G SYS T E M   Fig u r e   2   g iv e s   th i n f o r m atio n   ab o u th b lo ck   d iag r a m   o f   H y b r id   E n er g y   S y s te m   ( HE S),   w h ich   i s   r ep r esen ted   in   Fi g u r e   1 .   B y   u s in g   t h MP P T   in   th P s y s te m   m a x i m u m   a m o u n o f   p o w er   ca n   b tr ac k ed T h en   th P p o w er   is   u s ed   to   m a n a g th p o w er   d em a n d   o f   th lo ad   as  w e ll  as  th r est  am o u n o f   P p o w er   is   u tili ze d   to   co n v er th e   w at er   in   to   h y d r o g en   an d   o x y g en   w i th   th h elp   o f   e lectr o l y ze r   b y   th e l ec tr o l y s is   p r o ce s s   an d   th is   g e n er ated   h y d r o g en   is   u s ed   as  th i n p u f u el  o f   th SOF C   s h o w n   i n   F i g u r e   2 ( b ) .   T h DC /DC   co n v er te r   is   co n n ec ted   to   P V   s y s te m   w ith   MP P T   to   in cr ea s th v o ltag o f   P s y s te m   ( Vp v _ b o o s t ) .   T h is   DC /D C   co n v er ter   is   tr ig g er ed   b y   t h g a te  p u ls w h ic h   is   g e n er ate d   f r o m   t h MP PT   as  s h o w n   in   F ig u r e   2 ( a ) Ag ai n ,   an o t h er   DC /D C   co n v e r ter   ( b o o s co n v er ter )   is   co n n e cted   to   th SOF C   to   in cr ea s t h v o lta g le v el  o th SO FC   v o ltag a s   s h o w n   i n   F ig u r e   2 ( b ) .   T h P V   s y s te m   an d   SOF C   b o o s co n v er ter   ar c o n n e cted   to   co m m o n   D C   b u s .   Hen ce   t h DC   v o lta g e   o f   th co m m o n   DC   b u s   is   s u p p lied   to   DC /A C   co n v er ter   ( I n v er ter ) .   So ,   th DC   v o lta g is   co n v er ted   to   AC   v o ltag b y   th h e lp   o f   DC / AC   co n v er ter   s h o w n   i n   F i g u r e   2 ( a ) .   T h en   th o u tp u o f   t h DC / AC   co n v er ter   is   co n n ec ted   to   g r id .   T o   s y n c h r o n ize  th g r id   w ith   h y b r id   en er g y   s y s te m   ( HE S)  v o ltag s o u r ce   in v er ter   ( VSC )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 J u n e   2 0 1 8   :   7 7 5 - 7 8 3   780   is   u s ed   an d   DC / AC   co n v er t e r   is   tr ig g er ed   b y   th g ate  p u ls p r o v id ed   b y   th VSC   c o n tr o ller   as  s h o w n     in   F i g u r e   2 ( a ) .   VSC   co n tr o ller   is   u s ed   to   s y n ch r o n iz t h HE v o ltag to   th g r id   v o ltag e.   He n ce   g r id   v o ltag an d   f r eq u en c y   ar e   u tili ze d   f o r   th e   DC / AC   co n v er ter   o p er atio n . VSC   i s   t h c o m b in a tio n   o f   t w o   ca s ca d ed   co n tr o lo o p ,   o n is   v o ltag co n tr o ller   o f   DC   li n k   an d   an o t h er   o n is   in ter n a l c u r r en t lo o p .   a.   V o lta g co n tr o l ler o f D C - lin k   T h d esire d   v alu o f   ac ti v p o w er   i s   co n tr o lled   b y   DC - li n k   v o ltag e.   T h i d *   i s   t h o u tp u cu r r en o f   D C - li n k   P I   co n tr o ller   an d   it is   u s e d   as th r ef er en ce   c u r r en t o r   ac tiv cu r r e n t c o n tr o ller   s h o w n   in   F i g u r e   2 ( c ) .   b.   I n tern a l c u r r en lo o p   T h d   co n tr o l   ( Sy n c h r o n o u s   R e f er en ce   Fra m e)   is   u s ed   f o r   tr an s f o r m atio n   o f   g r id   v o lta g ( V a ,   V b V c )   an d   g r id   cu r r en ( i a ,   i b ,   i c )   to   d q   r ef er en ce   f r a m w h ic h   r o tates  s y n ch r o n o u s l y   alo n g   w ith   g r id   v o ltag e.   W ith   th h elp   o f   d   q   co n tr o l ler ,   th DC   v a lu es  ar o b t ain ed   b y   co n tr o lli n g   th v ar iab les.  So ,   f o r   th e   d esig n in g   a n d   co n tr o llin g   p u r p o s es  DC   v al u e s   ar ea s ier   th an   A C   v al u es.  P h ase  a n g le  o f   th g r id   v o lta g is   d er iv ed   b y   u s i n g   th e   P L L   ( P h ase  L o ck   L o o p ) .   P L L   a ls o   u s e d   f o r   tr an s f o r m a tio n   o f   ab c dq   an d   also   u s ed   f o r   s y n ch r o n izatio n   o f   g r id   v o lta g an d   co n tr o lled   cu r r en t.  T h p h ase  a n g le   is   d er iv ed   f r o m   th g r id   v o lta g b y   u s i n g   th P L L   tech n iq u e.   T h v alu o f   r ef er en ce   r ea cti v cu r r en ( i q * )   i s   tak e n   as  ze r o   as  s h o w n   i n   F i g u r e   2 ( c ) So ,   p o w er   f ac to r   ( p f )   is   m ai n tai n ed   as  o n ( Un it y ) .   T h o u tp u t   v o lta g es   ( V d * ,   V q * )   i s   p r o v id ed   b y   t h P I   co n tr o ller   an d   th ese  o u tp u v o ltag es  ar u s ed   as  t h in p u to   th P W g en er ato r ,   w h ic h   p r o d u ce   p u ls es  an d   g iv e n   to   th D C / AC   co n v er ter   to   tr ig g er   [ 1 9 ].   Fro m   th F i g u r 2 ( b ) ,   DC / DC   co n v er ter   ( b u ck   co n v er ter )   is   co n n ec ted   to   th elec tr o ly ze r .   So ,   th ex tr a m o u n o f   p o w er   o f   th e   P V   s y s te m   is   s e n d   to   th elec tr o ly ze r   th r o u g h   th i s   b u ck   c o n v er ter .   Fro m   th elec tr o l y ze r   h y d r o g en   an d   o x y g e n   i s   e x tr ac ted   f r o m   t h w a ter   an d   t h h y d r o g e n   i s   u s ed   as  t h i n p u f u el  o f   SOFC .   T h h y d r o g en   r eq u ir em en o f   t h SOF C   d ep en d s   u p o n   th lo ad   r eq u ir e m en t.   Sto r ag tan k   s to r es  t h e   r est  a m o u n o f   h y d r o g e n ,   w h ich   is   t h d if f er e n ce   b et w ee n   th g e n er ated   h y d r o g e n   o f   a n   elec tr o l y ze r   an d   r eq u ir ed   h y d r o g en   o f   th S OF C .   T he   b lo ck   d iag r a m   o f   t h e   f u el   ce ll  co n tr o ller   is   s h o w n   i n   Fig u r 2 ( d ) .   Vo ltag ( Vso f c_ b o o s t )   o f   th e   b o o s co n v er ter ,   w h ic h   is   co n n ec ted   to   th SOFC ,   is   ap p lied   to   th P I D   co n tr o ller .   T h en   th v alv is   r eg u lated   b y   th e   P I co n tr o ller   ac co r d i n g   to   t h lo ad   r eq u ir e m e n t.  So ,   th v alv e   is   d ec id ed   to   t a k t h r eq u ir ed   a m o u n t   o f   h y d r o g e n   t h r o u g h   it  a n d   s u p p lied   to   th SOFC .   P I co n tr o ller   r eg u lates  t h v al v ac c o r d in g   to   th lo ad .   T h v alu es  ar d ec id ed   b y   th h elp   o f   s elf   tu n m o d o f   th P I co n t r o ller ,   w h ic h   ar ap p lie d   in   PID   co n tr o ller   ( P =0 . 0 0 0 1 3 3 1 7 ,   I =3 . 3 9 2 5 2 2 7 e - 05 ,   D= - 6 . 2 5 4 2 5 4 1 7 2 8 7 0 e - 05 ).           ( a )   B lo ck   d iag r am   o f   h y b r id   e n er g y   s y s te m   ( HE S)       ( c )   B lo ck   d iag r am   r ep r esen tati o n   o f   v o ltag s o u r ce   in v er ter   ( VSC )         ( b )   B l o ck   d iag r a m   r ep r esen tat i o n   o f   h y d r o g en   f lo w   f r o m   elec tr o l y ze r   to   SOFC       ( d )   B l o ck   d iag r a m   r ep r esen tat i o n   o f   f u el  ce ll c o n tr o ller     Fig u r e   2 .   A   d etailed   s tr u c tu r o f   HE S       8.   F AULT   A N AL YSI S O F   T H E   P RO P O SE S YST E M   Var io u s   t y p es  o f   f a u lt  s u c h   a s   s y m m etr ical   f a u lt   ( L i n to   li n to   lin e   f au lt   o r   L L L   f a u lt,  L i n to   li n to   lin to   g r o u n d   f au lt  o r   L L L f au lt)  an d   u n s y m m etr ical  f a u lt  ( L in to   g r o u n d   f a u lt  o r   L f au lt,  L i n to   li n e   f au lt  o r   L L   f a u lt,  L i n to   lin to   g r o u n d   f a u lt  o r   L L f a u lt)  o cc u r s   in   t h d is tr ib u tio n   n et w o r k   o r   at  th lo a s id w h ic h   a f f ec ts   t h s u p p l y   v o ltag e,   c u r r en al s o   af f ec ts   t h s y s te m   p er f o r m an ce s   ac co r d in g   to   [ 2 0 ] ,   [ 21 ] Hen ce   th p r o p o s ed   s y s te m   i s   v er if ied   u n d er   th e s v ar io u s   f a u lt c o n d itio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f G r id   C o n n ec ted   Hyb r id   E n erg y   S ystem    ( S u jit K u ma r   B h u ya n )   781   So ,   f au lt  a n al y s i s   is   p er f o r m e d   o n   h y b r id   en er g y   s y s te m   c o n n ec ted   to   g r id   in   M A T L AB /Si m u l i n k   en v ir o n m e n a s   s h o w n   in   F i g u r e   1 ,   h e n ce   t h b eh a v io r   o f   th p r o p o s ed   s y s te m   is   a n al y ze d   d u r in g   t h e   h ea lt h ier   co n d itio n   a n d   also   th co n d itio n   w h e n   f au lt  o cc u r s   in   t h p r o p o s ed   s y s te m .   I n   th i s   p r o p o s ed   s y s te m   b o th   s y m m etr ical  as  w el l   as u n s y m m e tr ical  f a u lt a r g i v e n   a n d   th eir   ef f ec t s   ar an al y ze d .       9.   O P E RAT I O NAL  CO NT RO L   ST RAT E G O F   H YB RI E NE RG SYS T E M   Op er atio n al  co n tr o s tr ateg y   ( OC S)  o r   s u p er v is o r y   co n tr o s tr ateg y   ( S C S)  o f   th h y b r id   en er g y   s y s te m   i s   n ec ess ar y   to   r eg u l ate  th h y b r i d   en er g y   s y s te m   as  w e ll  as  th l o ad   d em an d   ac co r d in g   to   th eir   ef f ec tiv e n e s s .   Hen ce   o p er atio n al  co n tr o s tr ateg y   co n tai n s   th f o u r   p o s s ib le  w a y s   to   r eg u late  b o th   th lo ad   d em a n d   an d   O C S.   a.   W h en   L o ad   d e m an d   ( P lo ad )   i s   s m aller   th a n   th P p o w er   ( P p v )   [ P p v   <   P lo ad ] ,   at   th at  tim th r eq u ir ed   a m o u n t o f   P p o w er   i s   u s ed   t o   f u lf i ll t h r eq u ir ed   lo ad .   T h en   t h e x tr P p o w er   i s   u s ed   f o r   elec tr o ly s is   p r o ce s s   o f   th elec tr o l y ze r ,   w h er t w o   b asic e le m en ts   s u c h   as   h y d r o g e n   an d   o x y g en   ar d er iv ed   f r o m   t h e   w ater .   Hen ce   th e   g e n er ated   h y d r o g e n   is   k ep in   s to r ag tan k later   th i s   h y d r o g e n   is   u s ed   as  a   f u el  o f   SOFC   b y   f lo w i n g   th r o u g h   th v alv e.   b.   W h en   L o ad   d e m a n d   ( P lo ad )   i s   g r ea ter   t h an   P p o w er   ( P p v )   [ P lo ad   Pp v ] ,   at  th at  ti m to   f u lf ill  t h e   r eq u ir ed   am o u n lo ad ,   th er is   n o   s u f f icie n P p o w er   is   av ailab le.   So ,   th ex tr a m o u n p o w er   is   n ee d ed   f o r   th r eq u ir ed   lo ad ,   w h ic h   is   p r o v id ed   b y   t h SO F C .   c.   W h en   th L o ad   d em a n d   ( P lo ad )   is   eq u al  to   th P p o w er   ( Pp v )   [ P lo ad   P p v ] ,   at  th at  ti m th lo ad   co n s u m e s   th to tal  a v ailab le  P p o w er .   Hen ce   th elec tr o l y z er   is   n o t su p p lied   f r o m   P s y s te m .   d.   W h en   g e n er ated   P p o w er   ( P p v )   is   ze r o   [ Pp v   0 ] ,   at  th at  ti m e,   th er is   n o   s u p p l y   a v ail ab le  f r o m   t h P s y s te m .   Hen ce   SOF C   is   u s ed   t o   f u lf ill t h lo ad   r eq u ir e m e n t.     I n   th i s   m an n er   th f o u r   p o s s ib l w a y s   ar f i n d   o u f o r   t h o p er atio n al  co n tr o s tr ate g y   to   r e g u la te  th e   w h o le  s y s te m .       10.   SI M UL AT I O R E S UL T AND  DIS CUSS I O NS   T h e   p r o p o s ed   s y s te m   ( P V/ SO FC / E lectr o l y ze r /St o r ag ta n k )   is   d esig n ed   b y   u s i n g   t h e   s o f t w ar MA T L A B /S i m u li n k ,   also   d if f er en t si m u latio n   is   d o n an d   v er if ied   ac co r d in g   to   th s y s te m   p er f o r m a n ce s .   Fig ur e   3 shows t he hy dr og en  g ene r a t i o and   f l ow   of   hy dr og en  t o   t h e   SO FC a l so i t f l ow   i s   cont r ol l ed  by   t he  PI D   cont r ol l er   t h r oug t he  v al v e.  So,   F i g ur e   3 ( a )   s ho w t he  hy d r og en  g ene r at i on   by   t he  e l e ct r ol y z er .   Fig ur e   3 ( b )   shows  t he  r equ i r em ent   of   hy dr og en  f l ow   t t he  S O FC   ac cor d i ng   t o   t he  Loa dem and  t hr o ug t he  v al v e,  w hi ch  i co nt r ol l ed  by   t he  PI D   cont r ol l e r H enc t he  PI D   cont r o l l e r   o ut pu t  i s   sh ow n i F i g ur e   3 ( c ) .  T h ou t pu t   v ol t ag of   SO FC  ( V sof c)   i s  appl i ed   t o   D C / D C   conv er t e r   ( B o o st   conv er t er )   as   sh ow i F i g ur e   2 ( b ) w her t he  v ol t ag V so f c   i i n cr e as e t o   V so f c_b oos t   ( V o l t ag of   b oost   conv er t er   conne ct ed  t SO FC   t i ncr ea s t he  v ol t a g V so f c )   as   shown in  F i g ur e 3 ( d ) .             ( a )   H 2   g en er atio n   b y   elec tr o l y ze r     ( c )   PID   co n tr o ller   o u tp u t           ( b )   H 2   f lo w   to   th S OFC .     ( d )   Ou tp u t v o lta g o f   boos t c o n v er ter   co n n ec ted   to   SOFC     Fig u r 3 .   H 2   f lo w   to   SOF C   an d   b o o s t v o ltag o f   DC - D C   co n v er ter   co n n ec ted   to   SOF C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 J u n e   2 0 1 8   :   7 7 5 - 7 8 3   782   Fig u r e   4   s h o w s   th v o lta g an d   cu r r en w a v f o r m   o f   th h y b r id   en er g y   s y s te m   ( HE S)  o n   t h e   h ea lt h ier   co n d itio n .   B u F i g u r e   5   s h o w s   t h v o ltag a n d   c u r r en w av e f o r m   o f   HE o n   L - f a u lt  co n d it io n B ef o r f au lt  o cc u r s ,   th v o lta g es  o f   HE ar r e m ain ed   co n s ta n b u o n   th o cc u r r en ce   o f   L - f a u lt  at  t h e   d u r atio n   o f   0 . 3   to   0 . 4   s ec ,   th e n   t h v o ltag e   o f   f a u lted   p h a s e   is   eq u a to   ze r o   an d   o t h er   p h ases   ar i n   n o r m al   co n d itio n .   W h en   t h f a u lt  is   r e m o v ed   at  0 . 4   s ec ,   th v o ltag o f   f au lted   p h ase  i s   s ettled   t o   its   n o r m al  v al u af ter   0 . 4   s ec .   Du r in g   th f a u lt   th cu r r en ts   o f   t h f au lted   p h ase s   ar in cr ea s ed .   W h en   th f au lt  is   r e m o v ed th en   t h c u r r en ts   co m to   th eir   o r ig in al  v alu e s .   I n   t h is   m an n e r   o th er   f au lt s   o f   HE S c a n   b d eter m i n ed .             Fig u r 4 .   Vo ltag an d   cu r r en t w a v e f o r m s   o f   h y b r id   en er g y   s y s te m   ( HE S )     Fig u r 5 .   V o ltag an d   cu r r en t w a v e f o r m s   o f   HE d u r in g   L - f a u lt       Fig u r e   6   g iv es  th w av e f o r m   o f   v o ltag e,   cu r r en an d   p o w er   o f   3 Ø  lo ad   h av in g   th ca p ac ity   o f   ac ti v e   p o w er   ( P )   = 8 0 0 0 W ,   in d u ctiv p o w er   ( Q L )   =2 0 0 0 VA R   a n d   ca p ac itiv p o w er   ( Q C )   =1 0 0 VAR.   Fig u r e   s h o w s   t h s y m m etr i ca f a u lt  a s   w ell  a s   u n s y m m et r ical  f a u lt.  Fro m   th e s F i g u r e s   it  ca n   b s ee n   b ef o r t h f a u lt  o cc u r s   t h v o ltag e,   c u r r en a n d   p o w er   w a v f o r m s   ar w it h   t h eir   ap p r o p r iate   v alu es   b u w h e n   th f a u lt  o cc u r s   h av in g   th d u r atio n   b et w ee n   0 . 3   s e to   0 . 4   s ec   at  th at  tim t h v o ltag e,   cu r r en an d   p o w er   w av f o r m s   o f   th e   f a u l ted   p h ase  ar eq u al  to   ze r o .   Af ter   t h f au lt  is   r e m o v ed   at   th ti m o f   0 . 4   s ec ,   th en   th co r r esp o n d in g   v o lta g e,   cu r r en a n d   p o w er   w a v e   f o r m s .   I n   th is   m an n er   o th er   f au lts   o f   3 Ø  lo ad     ca n   b d eter m in ed .             Fig u r e   6 .   Vo ltag e,   cu r r en t a n d   p o w er   w a v e f o r m s   o f   3 - p h ase  lo ad     Fig u r e   7 .   Vo ltag e ,   cu r r en t a n d   p o w er   w a v e f o r m s   o f   3 - ø   lo ad   u n d er   L - f au lt       11.   CO NCLU SI O N   Fro m   t h is   p ap er   d etailed   m o d el  o f   h y b r id   e n er g y   s y s te m   co m b in atio n   o f   P V/FC /Ele c tr o ly ze r   a n d   s to r ag tan k   is   d eter m i n ed .   T h s y s te m   co n f i g u r at io n   an d   th ch ar ac ter is tic s   o f   th d if f er en co m p o n en t s   ar v er if ied   as  w el as  th p o w er   m an a g e m e n s tr ate g y   a n d   o v e r all  co n tr o s tr ateg ies  o f   th s y s te m   ar g i v e n .   I n   th is   p r o p o s e d   s y s te m   t h P ce ll  is   th m a in   g e n er ati n g   s o u r ce   an d   u s ed   to   f u l f ill  th e   lo ad   r eq u ir em e n t.   E x ce s s   p o w er   o f   P is   u s ed   f o r   th p r o d u ctio n   o f   h y d r o g e n   f r o m   t h elec tr o l y ze r .   W h en   t h P p o w er   is   n o t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f G r id   C o n n ec ted   Hyb r id   E n erg y   S ystem    ( S u jit K u ma r   B h u ya n )   783   s u f f ic ie n to   f u l f ill  t h lo ad   r e q u ir e m e n at  th at  ti m S OF C   is   u s ed   to   f u l f il th r eq u ir e d   lo ad   b y   tak i n g   t h e   h y d r o g e n   as  f u el;  also ,   t h am o u n o f   f u el  f lo w   t h r o u g h   t h v alv i s   co n s u m ed   b y   t h S OFC   is   d eter m in ed   b y   t h P I co n tr o ller .   Dif f er en t y p e s   o f   f au lt  an al y s is   ar co n s id er ed   o n   th p r o p o s ed   s y s te m   a n d   v er if ied   th ef f ec ts   d u e   to   th e s f a u lt s .   A g a in ,   t h p e r f o r m an ce s   o f   th e   s y s te m   ar e   v er i f ied   b y   t h h elp   o f   s i m u latio n s   a d if f er en t   co n d itio n s .   F u r th er ,   t h o b tain ed   r esu lt s   ar co n f o r m ed   an d   p r o v id th s atis f ac to r y   p er f o r m a n ce s .   A   b etter   p o w er   m a n a g e m e n a s   w ell  a s   co n tr o s tr ateg y   ar u s ed   f o r   f u lf i ll m en t   o f   t h t h lo ad   r eq u ir e m e n u n d er   th e   v ar io u s   cr itica l a n d   u n f av o r ab l s itu at io n s .   I n   th is   p r o p o s ed   s y s te m   th h y b r id   en er g y   s y s te m   is   co n n ec ted   to   th g r id   w ith   t h h el p   o f   VSC   w h ic h   g i v es t h b et ter   r esu l ts   as  w e ll a s   b etter   p er f o r m an ce s       RE F E R E NC E S   [1 ]   S.   T a m a lo u z t,   e a l . " P e rf o rm a n c e s   a n a l y sis  o f   WT - DFI G   w it h   P V   a n d   f u e c e ll   h y b rid   p o w e so u rc e sy ste m   a ss o c iate d   w it h   h y d ro g e n   sto ra g e   h y b rid   e n e rg y   s y ste m , "   In ter n a ti o n a J o u r n a o Hy d ro g e n   E n e r gy v o l.   41 ,   p p .   2 1 0 0 6 - 2 1 0 2 1 ,   2 0 1 6 .   [2 ]   Y.  Bo u z e lata ,   e a l. " Ex p lo ra ti o n   o f   o p ti m a d e sig n   a n d   p e rf o rm a n c e   o f   a   H y b rid   w in d -   so lar  e n e rg y   s y ste m , "   In ter n a t io n a J o u rn a o Hy d r o g e n   En e rg y v o l.   41 p p .   4 9 7 - 5 1 1 ,   2 0 1 6 .   [3 ]   H.  Ya n g ,   e a l . " A   n o v e o p ti m iza ti o n   si z in g   m o d e f o h y b rid   so lar - w in d   p o w e r   g e n e ra ti o n   sy st e m , "   J o u rn a o f   S o l a r E n e rg y v o l.   81 ,   p p .   76 - 84 ,   2 0 0 7 .   [4 ]   A .   Et x e b e rria " Co m p a riso n   o f   t h re e   to p o l o g ies   a n d   c o n tro ls   o f   a   h y b rid   e n e rg y   sto ra g e   s y ste m   f o m icro g rid s , "   En e rg y   Co n v e rs io n   M a n a g e me n t ,   v o l.   54 ,   p p .   1 1 3 - 1 2 1 ,   2 0 1 2 .   [5 ]   S.  T a m a lo u z t,   e a l. " A   d o u b ly   fe d   in d u c ti o n   g e n e ra to r   w in d   tu rb i n e   a n d   f u e c e ll   h y b rid   p o w e so u rc e s y ste m   f o r   m icro - g rid   a p p li c a ti o n s , "   3 rd   I n ter n a ti o n a l   C o n fer e n c e   o n   Co n tro E n g in e e rin g   &   In fo rm a ti o n   T e c h n o l o g y T le m c e n ,   A lg e r ia,  p p .   25 - 27 ,   M a y   2015 .   [6 ]   N.   A .   A h m e d ,   e a l. " De v e lo p m e n o f   a n   e ff icie n u ti li ty   in tera c ti v e   c o m b in e d   w in d / p h o to v o l taic /f u e c e ll   p o w e r   s y ste m   w it h   M P P T   a n d   DC   b u v o lt a g e   re g u latio n , "   El e c trica Po we S y ste Res e a rc h v o l.   81 ,     p p .   1 0 9 6 - 1 1 0 6 ,   2 0 1 1 .   [7 ]   A.   M a le k a n d   A .   As k a r z a d e h ,   " Co m p a ra ti v e   stu d y   o f   a rti f icia i n te ll ig e n c e   tec h n iq u e f o siz in g   o f   a   h y d ro g e n -   b a se d   sta n d a lo n e   p h o to v o l taic /w in d   h y b rid   s y ste m , "   In ter n a ti o n a J o u rn a o Hy d ro g e n   En e rg y v o l.   39 ,     pp.   9 9 7 3 - 9 9 8 4 2 0 1 4 .   [8 ]   S.  Ob a ra ,   e t   a l . ,   " Eco n o m ic  e ff i c ien c y   o f   a   re n e wa b le  e n e rg y   in d e p e n d e n t   m icro g rid   w it h   e n e rg y   sto ra g e   b y   a   so d iu m - su lf u b a tt e ry   o o rg a n ic  c h e m ica h y d rid e , "   In ter n a l   J o u rn a l   o Hy d r o g e n   En e rg y v o l.   38   p p .   8 8 8 8 - 8 9 0 2 ,   2 0 1 3 .   [9 ]   R.   S a rrias - M e n a ,   e a l. ,   " El e c tro l y z e r   m o d e ls  f o rh y d ro g e n   p ro d u c ti o n   f ro m   w in d   e n e rg y   S y ste m s , "   In ter n a ti o n a J o u rn a o Hy d ro g e n   E n e rg y v ol 40 p p .   2 9 2 7 - 2 9 3 8 ,   2 0 1 5 .   [1 0 ]   X .   L iu ,   e a l. ,   " A   h y b rid   A C/DC  m icro - g rid   a n d   it c o o rd i n a ti o n   C o n tr o l " IEE E   T r a n sa c ti o n   o n   S m a rt  Gr id v o l.   2 p p .   2 7 8 - 286 ,   2 0 1 1 .   [1 1 ]   H.  M il a nda ,   e a l. " L o a d   c o n t ro o f   a   w in d - h y d ro g e n   sta n d - a lo n e   p o w e s y ste m , "   In ter n a ti o n a l   J o u rn a o f   Hy d ro g e n   E n e rg y v o l .   31 p p .   1 2 1 5 - 1 2 3 5 ,   2 0 0 6 .   [1 2 ]   C.   W a n g   a n d   M .   Ha sh e m   Ne h rir " P o w e m a n a g e m e n o f   a   sta n d a lo n e   w in d /p h o t o v o lt a ic/f u e c e ll   En e rg y   s y ste m " IE E T ra n sa c ti o n   En e rg y   C o n v e rs io n v o l.   23 p p .   9 5 7 - 9 6 7 ,   2 0 0 8 .   [1 3 ]   N.  S a m r a t ,   e a l. ,   " M o d e li n g ,   c o n tro l,   a n d   sim u latio n   o f   b a tt e r y   sto ra g e   p h o to v o lt a ic - w a v e   e n e rg y   h y b rid   re n e w a b le   p o w e g e n e ra ti o n   sy ste m f o islan d   e lec tri f ica ti o n   i n   M a lay sia , "   S c ien c e   W o rld   J o u r n a l v o l.   21 ,   p p .   1 - 2 ,   2 0 1 4   [1 4 ]   A .   Na d e rip o u r,   e a l. " A   Ne w   Co m p e n sa ti o n   Co n t ro S trate g y   fo G rid - Co n n e c ted   W in d   T u r b in e   a n d   F u e Ce ll   In v e rters   in   a   M icro g rid , "   In ter n a ti o n a J o u rn a o P o we El e c tro n i c s a n d   Dr ive   S y ste m v o l. 8 ,   p p .   2 7 2 - 2 7 8 ,   2 0 1 7 .   [1 5 ]   M.   A b d u lk a d ir,   e t   a l. " M o d e li n g   a n d   S im u latio n   o f   a   S o lar   P h o to v o lt a ic   S y ste m ,   Its   Dy n a m i c s   a n d   T ra n sie n t   Ch a ra c teristics   in   L A BV IEW , "   In ter n a ti o n a J o u rn a o P o we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m ,   v o l.   3 ,     p p .   1 8 5 - 192 2 0 1 3 .   [1 6 ]   O.  C.   On a r ,   e a l. " Dy n a m i c   m o d e li n g ,   d e sig n   a n d   sim u latio n   o f   a   w in d /f u e c e ll /u lt ra -   c a p a c it o r - b a se d   h y b rid   p o w e g e n e ra ti o n   sy ste m , "   J o u rn a o Po we S o u rc e s v o l.   1 6 1 p p .   7 0 7 7 2 2 ,   2 0 0 6 .   [1 7 ]   M.  Uz u n o g lu   a n d   O.C.   On a r " S tatic  V A c o m p e n sa to b a se d   re a c ti v e   p o w e m a n a g e m e n f o r   S OFC  p o w e r   p lan ts , "   In ter n a ti o n a J o u rn a o Hy d ro g e n   E n e rg y v o l .   33 p p .   2 3 6 7 2 3 7 8 ,   2 0 0 8 .   [1 8 ]   G .   K.  Ba y ra k   a n d   M .   Ce b e c i,   " G rid   c o n n e c ted   f u e c e ll   a n d   P V   h y b rid   P o w e g e n e ra ti n g   s y ste m   d e si g n   w it h   M a tl a b   S im u li n k , "   In ter n a ti o n a J o u rn a o Hy d ro g e n   E n e rg y v o l .   39 p p .   8 8 0 3 - 8 8 1 2 ,   2 0 1 4 .   [1 9 ]   M .   G .   M o l in a   a n d   E .   J.   Esp e jo " M o d e li n g   a n d   sim u latio n   o f   g rid - c o n n e c ted   p h o t o v o lt a ic  e n e rg y   c o n v e rsio n   s y ste m s , "   In ter n a ti o n a J o u r n a l   o Hy d ro g e n   En e rg y v o l.   39 p p .   8 7 0 2 8 7 0 7 ,   2 0 1 4 .   [2 0 ]   P .   K.   Ho ta,   e t   a l. " F a u lt   a n a ly sis  o f   g rid   c o n n e c ted   p h o t o v o lt a ic  sy ste m , "   Am e ric a n   Jo u r n a o f   El e c t rica P o w e a n d   En e rg y   S y ste m s v o l.   5 ,   p p .   3 5 - 4 4 ,   2 0 1 6 .   [2 1 ]   A .   M o h a p a tra   a n d   B .   K.   P a n ig r a h i " De tailed   A n a ly sis  o f   G rid   Co n n e c ted   d istr ib u ted   G e n e ra ti o n   Ba se d   Hy b rid   S y st e m   u n d e Dif f e r e n F a u lt   Co n d it i o n s " In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n   C o mp u ta t io n   o Po we r,  En e rg y ,   In fo rm a t io n   a n d   Co mm u n ica ti o n   ( ICCPE IC) ,   Ch e n n a i,   I n d i a ,   p p .   3 1 0 - 3 1 4 ,   Oc t   2 0 1 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.