In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  1, Mar ch 20 19,  p p.  463~ 4 7 8   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 1.pp 4 63- 47 8           463     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   NSGA-II and MOPSO based optimi zation for sizi n g of hybrid  PV/win d/b a ttery en ergy storage system       Mo h a ma d  Izdi n   Hlal 1 , V i g n a  K.  Ramach and a ramu rt h y a 2 , S an jee v ik u m ar Pad man a b a n 3 ,    Ham i d R eza Kab o l i 4 , A ref Pou rye k ta 5 ,   T u a n   A b   R a s h id  b in   T u a n   A b du l l a h 6   1,   2 ,   5 In sti t ute  of P ow er  E n g i n eering,   D ep artm ent   of  Elect rical P o w er  Engin eerin g,   C oll e ge  o f   En g i neerin g  ,   U n iv ersi ti  Ten aga N a sio n al, M a lay s i a   3 Depart m e nt  o f E n erg y   T echno lo gy ,   A a l bo rg  U n i versity ,  D e nm ark  4 U M  P ower Energ y D e di cated  A dv anced  Cent r e   (UMPED AC) ,   W i s m a   R &D ,  Uni vers ity   of  M alaya  (UM ) ,   M a lay s i a   6 Institute of Ene r gy P o l icy and R e search (IEPRe), Univers iti  Ten aga N a sio n al, M a lay s i a       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   Re ce i v e d  Ju l  3 1,  201 8  Re vise d S e p 19,  201 8   A c c e pte d   N ov 3,  201 8       Th is   p ap er  p re sen t s   a  S t and - alo n e  H y b r id  R en ewab le  E n e rgy   S y st e m  (S HRES)  a s   a n  altern ati v e  to   f ossil  f u el  b ased   g en erat ors .   T h e   Ph otov o lta ic   (P V)  p an els  and  w i n d   t urbi nes  (WT)  a re  d es ig ned   f o r  th e  M a l a ys i an   l o w   wi nd   s peed  c on di ti ons  w it h  ba t t e r y  En ergy   S t o ra ge  ( BES )   t o   prov i d e  electri c  po wer  to   t he  l o a d .   T h e   a p p rop r iat e   s iz i ng  of   each  c om p o n e n t   w as   accom p lis hed   us i n g   N o n - dominat ed  S ort i n g   G enetic  A lgo r it h m   ( NS G A-II)   a n d  M u lt i- O b j e c t iv e   P a r t i c le   S w a rm   O ptimi zat ion   (MOPSO)  t echniq ues.   T h e   op timized  h ybrid  s y s t e m   w a s  ex am i n ed  i n  MATLAB  usin g   two  cas e   s tudies  to   f i nd  th e  o p tim u m   numb e r  o f   P V  pan e ls,   wi n d   t urb i nes   s y ste m   a nd   B ES  th at  m inimi z es   t h e   L oss   of   P ower  S up pl y  P r ob abi lit y  (LPS P )   a nd   Cost   o f  En ergy   ( CO E ) .  T h e  hyb rid  p o w e r  sy st e m   w as  c o nnect ed  t o  th e  A C   b us   t o   in ves t i g ate  th e  sy st e m   p erf o rmance  i n   s up pl y i ng   a   r u r al  s ettlem en t.  R eal   weat her  dat a   a t   the  lo catio n  o f   i nteres t  was   uti l i z e d   i n  t h is  p aper.   T h e  resul t s   o b t a i n e d  f r o m   t h e   t w o   s c e n a r i o s   w e r e  u s e d   t o  c o m p a r e  t h e  s u i t a b i l ity  o f   the   NSG A -II  and  MO PSO  m e thod s .   T he  N SGA -II  m e t h od  i s   show n  to  b e  mo re  accur a t e   w h e rea s   t he  M O P SO  m etho d  is   f as t e r  i n   e x ecut i n g   t he  o p timi zati on.  Hen ce,  b ot h  th es e  m e tho d s  can   b e  u s ed   f o r   t echno -econ o m i c  op tim izati o n   of  SHRES.   K eyw ord s :   Cost of ene r gy   H ybri d  r enew a b l e  e ner gy  system  Loss o f   pow er  s upp l y   pro b ab i lit y    MOPS O   Mu lt i ob jec t i v e s   N SG A _ II   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Mo ham a d I z di n H l al,     Inst i t u t e  of P o w er  E ngineer i n g,  D e p a r tm ent of  E lec t ric a l  P ow er  Engine eri ng,    Col l e g e   of  E n g i ne er in g , U niv e rsit i   Tena ga  N a s i o na l,    Jala n  IK RA M - U N I TEN, 43 0 00 K a ja ng,  M a l ay sia.   Em ail:  moha ma di z d i n h l a l @ y aho o . c om       1.   I N TR OD U C TI O N   I n   r e cent  year s,  t he   i ncre as i ng  c onc ern  on   t he  d e p let i on   o f  fo s sil  fue l   a nd  g l oba l  w a rm ing  ha s   ca t a lyz e d   t he  g row t h  of  r en ew a b l e   e nerg y   so urce s  d u e   to  t he i r   p r o mi si ng  e c o nomic   a nd   e n v iron m e nt a l   bene f i t s   [ 1],   [2 ].  W in d  tu r b in e s   a n d   s olar  p h o t ovo l t ai c  ar e  com monl y  use d   i n  t h e  rene w a ble   ene r gy  sy stem   t o   sup p l y   p ow e r   t o  c ons um ers  i n   t he  r em o t e   re gio n s  be cau se   t he re  i s  n o   f u e l  c o st   i n vol ve d,   e a s y  to  i ns t a ll   a n d   are   also  n o n -po l lu tin g.   N ev e r the l ess,  d e s ign i ng  a  rene wable  e n e rgy   sys t em   c an  b e   a  c h a l len g e .   Thus,   k n o w l e dg e   o f   a l l   a sp ect s  th at  i n f l u en ce s  sy st em  p e r fo rman c e   a n d   c om po nen t   s iz in g  is  a   p re co nd i tio n   for  a n   a c c u r a t e  S H R E S  d e s i g n .   L a r g e  f l u c t u a t i o n s  i n   c l i m a t i c  a n d  m e t e o rolo gic a l   c on d i t i ons   c ause  i n t erm i t t e n cy  o f  rene w a ble  e n e r gy  s ourc e s.  M a l ays i a  w h i c h  l i es  c l o se   t o   t h e   e qua to r   h a s  sea s o n a l   w i nd  s p ee d  a n d   doe s  no t   have   a   c ompr ehen si ve  w ind   assessme n t  [3].   T his  prob l e m   ca n  pra c ti call y   b e  o v erc o me   by  us in g  bat t er y   ene r g y   s tora ge   s ys tem   [ 4 ].  T he y  de si g n   a nd   o p t i m iza t io n  m e t h o d s   a re   i mp or t a nt   a s p e c t s   f or   S H R ES   t o  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     46 3 –  47 8   46 4 g u a ra n t ee   s up pl y   rel i a bi li ty   a nd   s ecu rit y ,  a nd  a l so   t o   e n su re   m a x i m um   u ti li za tio n of  P V   p a nel s ,  w i n d   t ur bi nes   and  ba t t e r y e n e r gy  stora g e,  base d  o n the  l o a d  profile  [5] , [6].   The r e  a r e  seve ral  me th odo lo gie s   t h a t  u t il i z e  trad it iona l   o p t i mi za tio n  m e th o d s  to  d es i gn  a   t e c h n o - ec onom ic  h y b rid  e n erg y   s ys te m   based  on  th e  Loss  o f  P o w e r  S uppl y   P robabili ty  ( LPS P )   [7]-[9 ] .   A   c o m mon  draw back   o f  t h ese   o p tim i z a t io n  me th od s  i s   t he   l ow   c alc u la t i o n   e ffi c i e n cy,  the r efor e  con s um in g  e x cessi ve  c e n t ral   p r o c e ssi ng   unit   ti me.  In   a d d it i o n ,   t he   o pti m i z at io n  met ho ds  c a n n o t  fi n d   t he  b es t  com p r o mi se  p o i nt   betw ee n  the  o b jec tiv e  f u nct i ons.   O n   t he  o t h er   h a nd,  A rtif i c ia l  In te l lige n ce  (A I)   m e t ho ds  a re  a b l e  t o   a c h ie ve   all  th e  co nditio n s ,   su ch   a s  LPSP  an d   C O E.   A u t ho rs  i n   [1 0 ] -[ 12 ]  p r es en t e d   a  me t h odo lo gy   t o   ca l c ul a t e   t h e  op tim al  n umbe r  of  P V   panels ,  w i nd  ge ne rat i on,  a nd  ba t t e r y   using   g e n e tic   a lg ori t hm   a ppr oa ch  by  ca l c u l a t i n g   LPSP  an d   s y stem   c o s t.  I n   [ 1 3 ] ,   A I   m eth o d s   su ch   a s  the  No n - do m i n at ed   S o r t i ng   G e n et i c   A l g o r i t h m   (N SGA - II)  and  Mult i- O b jective  P a rticle  S warm   O ptim ization  ( M OP SO )   wer e   use d   t o  pro duc e  a  P a r e t o -op t i m al   so l u t i o n   i n  a  si n g le   s im ula t i on  ru n.  S e v era l   a u t h o r s   h a v e   stu d i e d   t h e   h yb ri d   opt i m iz at ion   s y st e m   u si ng  NSGA- II.  I n   20 17 ,  M o sl e m   Y o u s e f i  e t   a l .   [ 14 ]  used   N SG A- II  a l g o r ithm  a n d  HO M E R  sof t ware   t o  f i nd   t h e   rob u st  p ro ject  d e s ig n  o f   S H R ES   b y   t h e   var y in g  e n gine   l oa ds  w i t h   o pt im al  A nn ua l  Ene r gy  Rec o ver y   ( A E R)  and  t o ta l  c o s t   o f  t h e  sys t em .  Mu ch  a tten t io n  w a s  pa id  t o  di sc us s  S H RE S   a nd  Ba tter y   E nerg y  S t ora g e  ( B ES )  si z i n g .   R ef e r e n c e   [ 1 5 ]   d i s c u sse d   th e   e c onomi c   a p p r o ach   o f  mu lt i -o pt imiz at ion  of  a   s t a nda l one  h y b ri d  P V -  Wi n d   –   B a tter y   a n d   d i e se l  ge nera t o r   sy st em   t hrou g h   t he   a pp lic at ion  of  m ult i -o b j ec ti ve  u sin g   N S G A _ II  me tho d .   The   e c on omic  bene f its inc lude  t he  m inim iz at i o n  o f  pow er  gener a tio n cos t  a nd   m aximiz in g th e   usef ul   life  o f   t h e   b a t ter y ,  inc l ud i ng  th e   l i fe  l o ss,  f ue l,  e nv iro n me nt a l ,  a nd  m a i n t e na nce   cos t .  In  a ddi t i o n ,  i t   h as   con s i d ere d  t he  l i f e t im e  char acte r istic s  of lea d - ac i d   b a tter i es.    Ce  S han g   e t  a l .  [1 6]  f oc use d   o n  the   ba tte ry  e nerg y  st or a g e  sy st em   s i z in g  in   s t a nd- alo n e  hy br id   pow er   s y s tem   to   g uara n t ee  r e lia b ili t y   a n d   m in i m ize   the   lev e lize d  c o s t   o f  ene r g y   u sin g   N S G A _ II   m e t hod.   I n   reference  [ 17],  tec h no-econom i cal   o p t imiza t i o n  for  H R ES   w a s   a pp l i e d   u si ng  N S G A II  m e tho d   t o  ana l yz e  the   trade - o ff  be tw een  t hre e   c on flict i ng  ob j e c t iv es:  tot a l  c o st,   aut o n o m y  leve l ,   a nd  w a ste d   e n e rgy  r a te.   H o w e ver ,   the  o p tim al  s i z in g  of  t he   s ystem   com p one nt s  w a s  n o t  c ons ide r ed.   T he   h y b ri d  s o l a r / w i nd  sy stem   w ith  t h e   traditiona l   foss il  fue l -fired  gene rat o rs  w as  d escr i b e d   i n  [1 8 ] .   W h i l e   t wo   o b j ecti v es   t h a t   co nt roll ed   t h e   N SGA - II  pr ocedure   w a s  pro p o sed   t o   m in imiz e  the  cos t   a n d   e m i s s io n.  T o  a c h i e v e  t h e  b e s t   c o m p r o m i s e  s o l u t i o n ,   t h e   Fu zz y   p r io rit y   r an k i ng   h as   u se d .   T h e   p ap er  p re se n t ed   e f f ec t u ali ty  o f  th e  alg o ri thm  fo r   e v alua t i n g   t h r ou gh   so l v i ng  c o s t   a nd  em issi o n   d i s pa tch  iss u e  w i t h ou t   c ons ide r in g  t h e  pow e r   g e n era t i o n,  f or  c ompa rison  rea s on s   and   r e su lts  w e r e   com p ar ed  w it h  m e t h od s  c o nta i ned   in  t he   lite rat u r e.  R eferen c e   [1 9 ]   p re se nt e d   s mal l   h y b r i d   rene w a ble  s y s t em   d e p e n d s   on  the   c o st  a nd  e nvir onm enta l  cr ite ria   u si n g   NS GA_ II   t echn i q u e ,  wi t h   t w o   in t e grate d   e ne rgy  st ora g e  u n i t s  from   ba tte ry  b an ks  a n d   h y d r o ge n   s tora ge   s ys tem   com b i n ed.   H e nce ,   minim i z e d  the   CO E  and  gre e nh o u se  g as  e m i ssi on  ( C O 2 ) . The  m a in  c o n t ri but io n  of  t h i s  w o rk  w as  t h a t   t h e   com p u tin g  of t ota l  gre en h ous e ga s em issi o n s  a cc ordi n g   t o l i fe  c yc le  a na l y sis of  e a c h  sys t e m ’ s c o mpone nt.     Ma ny   r e s ear ch ers  ha ve   i n v es ti ga ted  t h e   hy bri d   s ys tem   usi ng  MO P S O  met h od .  Au tho r s  i n   [ 20 ]  p r e s ent e d  t h e  op ti mi zati o n   o f   a n   o f f - g r i d   hybri d   m i c ro -g ri d   sy s te m  t o   d e t er m i ne  t he  o p t i m al  s i z i ng  in  t w e lve   Swed i s h  re gi on s.  T h e   o pt i m a l   d e s i g n   was  se l e c t ed   a ft e r   r u nni ng   t h e  m u lti-o b j ec ti ve  o ptim i z a t io n  me tho d   t o   d e t e rmin e   t h e  t r ad e - of f  b e t w ee n   th e  th re e  o b j e ct iv e s :   LP SP,  C OE ,   and  the  e n vi r onme n ta l   i m pac t   ( C O 2).   A  hy bri d   r enew a b le  e ner g y  s y st em   w i t h  m u lt i- stor age  sy stem   c on fi g u r at io n  for  bu il d i ngs  i n  Ca na da  t ha t  a d o p t s  the  MO P S O   m e t h o d   w as  p ro pos ed  i n  [ 2 1]  f or  o p t i m a l   e c o nomic  oper a t i o n   i n  o r d e r  t o   m i n i m i z e  t h e  t o t a l  N e t   P r esent  Cost  ( N P C)  a nd  CO 2.  R efe r enc e   [ 22]  p ro p o se d  t h e  des i gn  of  a   s ta nd- al o n e  h y b ri d   ge nera tin g   system  to de t e r mine   t h e  op tim um si z i n g   of the   n um b e r and t ype   o f  P V   p a nels ,   w i n d  t ur b i ne s ,  ba t te r y   b a n k,  as   w e ll a s   die s el   g e n er at o r s  loc a t i o n  us ing   MO P S O   m e t h od.   T he   s i z ing   w a s  d o n e  b a se d  o n   a   o ne- y ear   d a t a   to  m inim iz e   the cost   a nd emission.   The   N S G A -II  a nd  MO P S O  are   the  mode rn  r andom   o p t i m iza t i o n  m e tho d s  t h at   a re  a b l e  to   f i n d  Pa reto.  H e nce,  b o t h  the s e   m e th o d s  are   a p p lie d  to  d es ig n  the   S H R ES   a nd   t o   mi ni mi z e   t h e   m ul ti -obj ect iv es  suc h   a s  LP S P   a nd  CO E.  T h i s  pa per  presen ts  a   c om par a t i ve   e va lua t ion  of  t he  p erform ance  o f  NSG A -II   a nd  MO P S O   t o   d et e r mine   t he  o pt im al  s izi n g  o f   S H R ES   u sin g   P are t o  o p t i m iza tio n.  I n  orde r  to   d e t e r m i n e   t he  b e s t  com b i n a t i o n  o f   e ne rg y  so urce s  and  t o   e ns u r e   their  sea m l e ss  i n t e gr at i o n  i n t o   t he  d is tri but i on  s y s t e m   t o  be   a t   the   o p tima l   s i z e,  t he  num bers   o f  P V   p a n e l s,   W T  sys t em ,  and  ba t t er i e s  ar e   use d   a s  the   de ci sio n   v ar ia ble s   t o  minim i z e   t he  L P S P   a nd  CO E.   T he  r e s t   of   t he   p a p er  i s  orga niz e d   a s  fol l o w s .  A   brie f  o v e r v i ew   o f  hy bri d   WT /P V   mode ls  a n d   B ES   i s  prese n t e d   i n   S ec tio n  2.   T he   o p t ima l   c on fig u ra tio n  of  t he   s t a nd-a l o n e  h ybr id   syste m   i s  e x p l aine d  in  S ec ti on  3.  T he   c o m pa rati ve  a n a l y se s  of  t h e   s i m ul a t ion  ar e  d i sc usse d  in  S ecti o n  4,   fo l l ow e d  by  th e   c o n c l u si on i n  S ec t i on  5.       2.   PO WER CIR C U I T OF  T HE (S H RES )   I n   o rde r   t o   pre d i c t  t h e  S H RE S   pe rform a nc e ,   t he  e nerg y  so urc e s  n e e d   t o  be   p ra ct ical l y   d es ig ne d  to   me et  t he  l oa d   de ma n d .  A t   t he   s am e  t i m e ,  the   p o w e r  o b ta i n ab le  f r o m   a   hyb ri d  rene wa b l e  s y st e m   h as  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       NSG A -II  and  MO PSO   base d  opt im i z a t io n f o r siz i n g   o f   hy br id PV /wi n d / b a ttery ...   ( M oha m ad Izdi n H l a l )  46 5 sign ifica n t  fluc tua t ions  d ue   t o   w e a t he r  c o n d i ti ons  a nd  he nc e ,   t he   c ons ta n t   l o a d  dem a n d   m ay  n ot  b e   me t.  T o  miti ga te  t h i s  is sue ,   a   b at ter y   b a n k  c a n   b e  inte gra t ed  t o  the   hy bri d   s yste m.   H ow ever ,  the  hig h   c os t  of  b a tter i es  is  a n  issue   in  r ene w able  e ne rgy  s y s t em s.  T h u s,  o pt imiz ing   t h e  s i z e   o f  t h e  P V - W T - B E S  s y s t e m   b e c o m e s   essen tia l.  T he s e   c o n tri b ut ion s   r educ e  the  ca pi ta l  c o st   a n d   i ncr e a se  t he  c hanc e s   o f  i n ve stm e n t   i n  rene w a ble  ene r g y   p l a n t   i n s t a ll a tio n.  T he r e fore,   the   op t i ma l  c o mb ina t i o n   o f  rene w a bl e  p o w e r  resour c e s  w ith  a p p r o pria te  stor age  siz i n g ,   as  p ro po sed  i n   t h i s  w o rk,   w ill  gi ve  a   v it a l   c on tri b uti on  fo r   the  fu ture   e c o n o m i c  feas ib i l i t y  o f   suc h  pla n t s,  t h u s  ma king  t h e de sig n   m ore   a t tra c t i ve f or in v e st o rs.     2.1.    Win d   tu r b in e   mod e lin g  Th e  wind   i s   cha r ac t e ri ze d   by   i ts  s p e e d   a nd   d i r e c t i o n   and   i s   a f f ect e d   b y   fa ct o r s,  s u c h   as  g eo g r ap hi c  pos it io n,  m eteoro lo g i ca l   fac t ors  and  he ig ht  a bo ve  g r oun d  l e ve l.   W in d  t u r b ine   rea c ts  t o  t h e  w i n d ,   capt u rin g   a   part of i t s  ki ne tic  e ne r gy  a n d  s w itc hi n g   i t  in t o   u sab l e  e n e r g y .   T he  o u t pu t po w e r  of  w in d  tu rbi n e  i s  de t er mine d   as  a   f unc t i on  of  t he   r ate d   w i n d  sp e e d  ( V r ) ,   t he  c ut- i n  w i nd  s p ee d  ( V ci )  and  t h e  c u t- out  w i n d  spee d   ( V co )  ac cord in g t o  th e   f ol l o w i ng  (1):        P WT   =         0                                                                                                                                                                                                                                                                                  (1 )     Where,  P WT   i s  t h e   outp u t   p o w er  by  w i nd   t urbi ne,     i s  t h e  ra ted  w i n d   pow e r ,  V  i s   t h e   w i n d   speed,    ,     an d      repr esen t  the  cut- in  w in d  spe e d,   nomina l   w in d  speed,   and  cu t-o u t  w i n d   s p e ed   respe c t i ve l y .  T h e  tur b i n e  c u t-in   s pe ed   i s  sma l l,   w h i c h   e n h a n c es   t h e   e f f e c t i v e   op era t i on  of   t h e   s y s t e m   e v en  un der  low   w i n d  spee d  [2 0 ] - [2 3].     2.2.   S olar  P V   arr a y mod e l i n g   S o lar  pane l s   a r e   d ef i n e d   a s  a   gro up  of  c e l l s   c on nec t e d   i n  p a ra l l e l   a n d  se ri es  t o  ge ne rate   t he   r eq u i red   elec tr ical   p owe r   b ased   o n  m e t e oro l o g i cal   f a c t ors  s u c h   a s  so lar  r a dia t io n  a n d   tem p era t ure .   T he   c urre n t   m ode l   use d  to  pred ic t the   o u t pu t  po w e r  of a  P V m o d u le c an be   e xpr esse d  thro ug h  the   fo l l ow in g (2)   and  (3)  [24]:     P PV   = P V ST C     1      .                                            ( 2)     = T a + (0. 0256  * G).                                  ( 3)    Whe r e,   P V ST C   i s  t h e  n o m i na l   pow e r   i n  ( k W),  G   i s   t he   g l o bal  s o lar   ra di a tio n  (kW/m2) ,     i s   t h e   so l a r r a diat i on un der   S T C (10 0 0 / m 2 ),   T C  is the   tem p era t u r e of P V   c e ll,    =  2 5  C ° ,    is t h e PV tem pera tu r e   c o eff i ci ent ,  3 .7 * 10   (1/ Ċ ) a nd T a  is the  surrou n d i n g tem p era t ur e.    2.3.    Batt ery  s tora ge  mod elin g  T h e   ty p i c a l  b a tt e r i e s   th a t   a r e   u s e d   f o r   h y b r id   e n e r g y   s y s t e m   i n  a r e a s  o f   l o w   w i n d   s p e e d  a n d   in t e rm i t te nt   s o l ar  r adia t i o n   c o n d iti on s  ar e  t h e  l e ad-a c i d   a n d   l i t h i um -ba s e d   b at terie s [ 25] .  Com m onl y,  bot h  the s e  ba t t e r ies  ar e  em ploye d  i n   m ost   la rge- sc ale  e n erg y   s t o ra ge   p ro j e c t s   b e c a us e  of   t h e i r   l o w   c ost ,   l on g   li fe   spa n ,  an d dura b i l i t y ,   in   a d d i t i o n   t o  the i r   c omm e rc ial  a v a i la bi l it y  [ 26].  Me m b rane   b ase d   l ea d  a c i d  bat t er ie s  a r e   als o   a vai l a b le   i n  the   m a rket  p re sent l y .   Ba t t e r y  stor age  is   s iz e d   t o   m ee t   t h e  l o ad  d e m a nd  du ri ng   a   s h o rt ag e   or  in t e rrup t ion  of  r ene w able  e n e rgy  so urc e ,   usua ll y  r e fe rre d  to  a s   A u t onomo u s   D a y s  (AD).  R e g u l a rly ,   AD  i s   take n t o  be o n e   t o  t hree   d a y s a c c ord i n g   t o (4).   T ypica lly ba t te ry  c apa c i t y de si gn  de pe nd s  o n   t he   l oad an d A D .   Th us, ba t t e r y  c apac i t y  can  b e  calc u la t e d usi ng  the f o l l owi n g   eq ua t i on :     C B  =  ( E L * AD) /  (DOD*  μ bat  * μ inv )                                                          4)     Where,  C B   i s  th e  b a t t e ry   c ap ac i t y ,   E L   i s  the   l o a d   d em an d,  D O D   i s  the  de pt h  of  d isc h ar g e ,  μ ba t   is   t h e   e ffi c i en cy   o f   ba t t e r y   a nd   μ inv  is  t he  i nver t e r   e ff i c ie nc y.   I t   is   n o t e w or th y  th a t ,   t h e   pr ece d i n g  e x p r essi on  i s   o n l y   use d   w he n  t h e   hy bri d   P V / W T   s yste m  is  u n a ble   to  s u p p l y  the  r e q u i re d   e n e r gy   [ 20 ].  T he  h yb rid   PV / W T  a n d   bat t ery  sys t em   i s  f o rm u l a t e d   a s  a  m u lti- ob je ct ive   o p t i m i z a t i o n  pr ob le m   to  i m p ro ve   t he  t ec h n o -ec onom i c   perform ance  si m ulta ne ou sl y.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     46 3 –  47 8   46 6 2.4.    Hyb r id  e n ergy  man a ge men t  syste m  Th e  u n cert a inty   o f   re newa ble   e n e r gy   s up pl i e s   (E RE )   is  t he  m a i n  li m i ta tio n  of  h ybr i d   r ene w ab le  ene r g y   p l a n t s.   T her e fore ,  a n   e ner g y  ma nag e m e nt  s trate g y   is  r e q u i r ed  t o  com p lem e nt  t h e   e xc ha nge  o f  p o w e r   f r o m   t h e   g en era t in g   sou r ce s  a n d  t h e  l o a d   u nd er  v a r i a ble   wea t h e r   c on dit i o n s.  I t  i s   c a l cu la te d  us ing  t h e     fo l l ow i n g  (5)  a nd ( 6 ):      ∆ Enet   ( t )  =  E RE  (t) –  E L   (t)                                                                                          ( 5)       (t) = N WT *  E WT   (t) + N PV   *  E PV  ( t )                                              ( 6 )    Whe r e,   ∆ En e t   i s  th e   n e t   en ergy  o f   S HR ES,  N WT   i s  t h e  nu mbe r   o f  wind   t u r bi n e s,  N PV   i s  t h e  n u m b er  o f  PV  p an el,  E WT   i s  t h e  e n er gy  gene ra te d   b y   t he   w ind  t u rb in es,  E PV   i s   t h e   en ergy   g e n e r at ed   f ro m  th e  PV  p an el s,  and  E L  (t)  i s  the   load  d em a nd  a t  ho u r  ( t ) w h ere (t)  equals o n e   hour.   T h e   f o l l o w i n g  c a s e s  a r e  t a k e n  i n t o   a c c o u n t   i n   t h i s  a r t i c l e ,   t o   sim u la t e   a n  ener g y   m ana g em en t  stra te gy,  a s   dep i c t ed  i n  F i g u re . 1:    a.   Whe n   t he  g e n e r ated  p ow er  i s  hi g h er   t ha n  t h e   l o a d   d e m a n d,  t he   s u rp lu s  pow er  i s  e m ploy ed  t o  c h arge   t h e   bat t ery  ba n k .  b.   Whe n   t he  g ene r ated  p ow er   i s  hi ghe r  t h a n   t he   l oad   de ma nd  a n d   t h e   s ta te  o f  ch ar ge  o f  t h e   ba tt e r y  ban k   i s   fu l l , the  surp l u s   e ne rgy is c o n s um ed  i n  a  du mp  l oa d.   c.   Whe n   t he  g ene r ated  e ner g y  is   l ow e r   t ha n  t h e   l o ad   d e m a n d,  t h e   b a tte ry  b a n k  is  d i s cha r ge d   t o   s uffi c i e n tl y  sup p l y   t he  l oa d   d e ma nd.        F i gur e 1.  F lo w c har t   o f t h e   h y b ri d e n e r gy s y s t em       3.   OPTIMAL C O NFIGURATIO N  OF TH E   S T A ND- ALO N E   H Y BRID SY S T E M    O n c e   t he  h y b r i d  c o mpo n e n t  spec i f i c a t i o ns  h a v e  be en  d e t er mined,   tw o  case s   w i l l  be  i nve st i g ate d   base d  o n   m u l t i -o bjec tive   o p t imiza t i o n  u s i ng  N S G A - I I   a n d   M O P S O   m e t h o d s.  I n  t h e  first  ca se,  the   hy bri d   syste m   w ill  c o ns i s t  o f   P V   pa nel s ,  WT,   an d   bat t ery  ba nk,  w hi l e   t he  s ec ond  ca se  c o n sis t s  of  P V   pane ls  a n d   bat t ery  ba nk  on ly.   The  fo llow i ng  tw o  s u b-sec tio ns  i llu stra t e   t h e  de fini t i o n s  o f   t he   o b j ec t i ve  f u n c ti on s     i n  d et ail .     3.1 .    R e liabi lit y   anal ys is    Th ere   are   t w o   ap p r o a c h es  t o  d e t e rmi n e  t h e  l o ng -t erm  p e rforman c e   o f   LP S P   i n   a  s t a nd-a l one   h y b ri d  syste m ,   nam e ly,  c h ro no l ogic a l  me t hod  a nd  pro b ab i list i c  te c h n i qu e s   [ 2 7 ] .  Th e   c h ro nol o g i c al   m et hod   i s  mo re   com m on  an d  a ccur a te,  espec i a lly  t o  de t e rm ine   t h e  e n erg y   p r o duce d  from   the  ba t t er y  an d  t h e  com p ut a tio na l  ti m e  is ty p i c a l l y  large r t h a n  t h a t o f  pro ba bi l i stic mo d e l s.  It  i s  com mon i n  t he chro n o l o gi c a l m ode ls t o pe rform   a   on e - y e a r   s i m u l a t i on  wit h   a   o n e -h ou r  t i m e  s t ep .  Co mpu t ati on  ti me  i s  e s pe ci a l l y   n ec e ssary   b ec a u s e   t hi s  ki nd  o f   m od e l   i s  gen e ral l y   u s e d   fo r  co mp on e n t   si z e   op ti mi z a t i on   t h a t   r e q ui re s  se vera l   i t e r ati ons.  H e nc e ,   t he   chro no l o g i ca l  me thod  is  u til iz ed  i n  th is  p a p er.   The  LPS P   i s  de f in e d   a s  t h e  p r o b a bil ity   o f   un me t   lo ad   o v e r  t h e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       NSG A -II  and  MO PSO   base d  opt im i z a t io n f o r siz i n g   o f   hy br id PV /wi n d / b a ttery ...   ( M oha m ad Izdi n H l a l )  46 7 t o t a l   en ergy   p ro du c e d   [2 6 ] ,  a s   m en t i on e d   i n  t h e  fi rs t   obj e c ti v e .   The   unm et   l oa d  c a n  be  c a l c u la te d  by  ut i liz in g  the de fici t p o w e r   betw e e n the   loa d  a n d  so u rce s  in S H RES thro ug h   t he f ollowing (7)  [ 3 ]  :    LP SP =       ∑                ∗  ∑                                           ( 7)    3.2.    Ec on omi c   a n a ly si s   COE  i s   d efi n e d   a s the  ave r ag e  cost pe r  ki l o watt-h o u r ( $ / k Wh) of  ele c t ric a l  ener g y  prod u ce d b y  t he   hy bri d  ene rg y sys t em  [24 ] ,   w hi c h  c an be   a c h ie ve d  vi a   the  fo l l ow in g e q ua tio ns :     COE  =        ( CR F   *  TAC )  / E L                                                                                                               ( 8)                                                                         CR F =                                                                                                                         ( 9)    Where ,   CRF  i s   the  ca pita l   re cover y   f a c t or,   whic h  ca lcu l a t es   t he   p r e sen t   v a l ue  o f  s y s t em   c ompo ne nts  by  c onsi d er in g   t h e   in tere st  r ates  ( i  =  ap pr ox im ated  a s  6% )   a n d   pro j ec t   li fe   s pa n  (T=  2 0   y e a rs  i n  our  c ase).   TA C is th e  tot al an n u al ize d  c os t i n  $.   The   to tal a n n u a liz ed c os t   i s  t h e   s u m   o f  th e   an nu al iz e d  c api t a l   co st   ( CC ),  opera tio n  and  m a inte na nc e  cos t   ( C O& M )  an d   r e plac em ent c o st  ( C R ).     TAC  =   C C  +   C O& M  +   C R                                      ( 10)    C C  =  ( N PV *P PV *C PV ) + ( ( N WT *P WT *C WT )  +  (C WT *N WT *2 0 / 10 0))  + (N B *C b *C B )  +   (N INV *C IN V )  +   (C REG_PV   +  C RE G _ WT ).                                                                                        ( 11 )    Where,  C PV ,  C WT ,  a nd  C b ,   a r e  PV  p an el   u nit - p r i c e ,   W T  u n i t-  p r i ce ,  a nd  ba tt e r y  un it-pr i ce   re sp ec ti v e ly .  A l so ,  C IN V ,  C REG _ PV ,  a n d   C REG _ WT   a re   i nvert e r   u n it  price,   r egula t or  o f  P V   p rice ,  and  regu la tor  of  WT price  re s p e cti v e l y. In  a d dit i o n , N INV  i s   t h e   num ber of i n v e r ters   an d  eq u a l  2  as   w el l  as  t h e   c o s t  of  th e   w i n d   tow e r es tima t e d  as  2 0 % of t h e  sys tem   c a p i ta l c o st.   T h e  C O& M  ta ke n a s   1 % of t he  t o t a l  c os t as ear l i e r  s up por te d   [2 8].   F o r the  Replace me nt   C o s t,  e xpre ssed i n  ( 16) a nd (17).    C R  =  C RE P   *  SFF (i, P R _ LF )                                                               ( 12)    C REP  =   i r  *   ( ( N B  *  C RB )  +  ( N IN V  * C R. I N V )  +   ( N RE G _ P V   *  C R _ RE G _ PV )   + ( N REG_ W T   *  C R _ REG _ W T ) )               ( 1 3 )     Where   S F F   e xpressed  a s   t he   s ink i ng  fu n d   f actor,   P R_ L F   i s   l ifes pa n  o f   c om po ne nt s  (bat ter y ,   in verter ,  a n d  re gu l a to rs).  C RB ,  C RIN V ,  C R_REG _ PV ,  a nd  C R _ REG-W T   a r e  t h e   r e p l a c e m e n t  c o s t   o f  t h e  b a t t e r y ,   i n v e r t e r ,   P V   regu la tor  and  WT r egu l a t or r espec t i v e l y.   Wh ile  N REG_P V   is  t he   num be r  of  v o lta ge   r egu l a t or  a n d   e qua l  1,   N REG _ W T   is  t he   n um ber  of  W T   regu la tor  and  e qua l 1.  Where a s  the  s ink i ng f und  fac t o r  is c l a r i fie d   b y   the f o l l ow i n g e qua t i on :        The refore,   the   sin k i n g fu nd  fac t or  is c l a r i f ie d by  t h e f o ll ow i ng  eq u a t i on :          SF F   ( i ,   P R_LF ) =    _                                                                           ( 14)    3.3.   S olu t ion   me th od olo gy  MOP S O  and  N S G A -II  algor ithms  wor k   b y  creat i ng  n ew  r eli a bl e  s o lu t i o ns.   H o w e ve r,  t heir  w or k i n g   me cha n ism   diffe r s.  T able1  sh o w s  the d i ffere nces  b e t wee n  t he  t wo   a l gor it hm s.       Tab l e  1.  D i f fer e nce   be t w e e n   N S G A -II  a nd MO P S O  algori t hms   NS GA _II  M O P S O  S e l e ct i o n ,   c r o s s o v e r ,   a n d   m u t a ti o n   a r e   u s e d   d u r in g   each   ge n e r a tion.   T hos e   individ u a l s  or   c hrom oso m e s   a r e   c om bi n e d  t o   c r ea t e  c hildr e n   m o de l.  Pa r tic l e   posit ions  a r e   a f f ec t e d  b y   t h e ir  s e l f- da t a   a nd  info rm a t ion  sha r ing  am ong  sw a r m   m e m b e r .   It  u se s  tw o  e quations:   v e lo c ity   a nd  positi on.  G r e a t  a t  finding  th e  globa l  opti m u m  solution.   C a p a b l e  of  findin g   the  l o ca l  opti m u m   M o r e   c o m ple x   due   t o  m u ta t i on   a nd  c r ossove r;  t a k e s   e xtra   t i m e   co m p a r ed  t o   MOP S O .   F a s t   a n d   e a s y   t o   i m p l emen t  as   o n l y  a  f e w  p a r a met e r s   n eed   ad j u s t men t .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     46 3 –  47 8   46 8 In  r ecent   year s,   t he  i mplem e ntat ion  of   N S G A -II  and  MOP S O  al gor i t h m s  b a s e d  o n   G A   a n d   P S O  a r e  t h e   fore mos t   t ec h n iq ues  a d op t e d  for  gl oba l  o p t i miza t i o n   i n  va rious  fie l ds,   s u ch  a s  busi n ess,   e ng i n eer ing,   a nd  i n   stoc has t i c   n a t u r e  of  r enew a b l e   e ne rgy  ap p lic ati ons  [ 1] .  In  t h i s   s tu d y ,  the  N S GA -I I  and  MO P S O  me thod s  a r e   ut iliz e d   t o   s i z e   the   s t a nd-al o n e   h ybr id  P V / w i n d   s ys tem s   a n d   t he se   m et ho ds  a re   s how n  t o   b e   bet t er  t ha n  the   sing le- o bj e c t i v e   m e thod s suc h   a s hy brid  g e n etic  a lg ori t hm  ( G A )  o r  p art i cl e swar m o p t i m i z at io n   (PSO ) .     3.3. 1. Op t imal  con figu r a tion  b ased  on   NS GA _II a l g o r i th m  I n  20 0 2 , D eb p rop o sed t h e us e of N S G A - I I   a lgor it hm [2 9],   in w hic h   t h e   po pul a t io n   i s  d ist r i b ut ed  i nt o   sever a l  n on-d o m ina t i o n   le ve l s   a nd  eac h  s o lut i o n   i s   a ssig n e d  a   fi t n ess  e q ual   to  its  n o n -dom ina t i o n  lev e l .   T h e   alg o ri t h m  can be  sum m a rize d   a s   f oll o ws [1 9 ] :    a.   In the  first  ste p ,  the req ue s t e d  in p u t da ta are  pro vi de d.  Th i s  data  i n v o l ve s t h e spe c i f ica t i o ns of  t h e hy bri d   syste m   ( hourl y   r a d i a tio n,  t e m pera t u r e   a n d   w ind  s p ee d)   a nd  a l so  loa d   d em and,   d a t a  to  c om pu t e   t h e   tech n i ca l   and  e c on om ic f unc t i ons  a nd da t a  t o   a s se ss  t he c on stra in t   si tu at ion s .  b.   U pper   and  low e r bou nd  o f  the   numbe r of P V-WT  a nd  BES   c.   The  e n e r g y   out pu t  of  P V   and   w i n d   t ur bi ne  a r e   c a l c u l a ted   thr oug h   t he  P V   a n d   w i n d   m o d e l s   b y  usi n g  (1 - 3).  The  m ode l  of  e nerg y  st ora g e  ba t t ery  by  us in g  (4)   w ith  t he  t ota l   c a p ac i t y  (C B)  i s  a l l o w e d  to  c ha rg e  a n d  di sc h a rg e   u p   t o  a   l i m it   d ef in ed   b y  th e  max i mu m  d e p t h  of   d i s c h arg e   ( D O D),  by  u s i n g   (5,  6)  a nd  F i gure   1.  d.   A   random   p are n t   po p u la t i on  (P i)  i s  cr eate d   w it h  si z e   N .  The n ,  t he   p o p u l ati o n  of  c h ildr e n  (Q i)  i ncl u d i ng   N   solu t i o n s  i s   p r o duce d   t hr ou g h   g e n e tic  m a n ipu l a t i on ( c ros s ov er   a nd m u ta ti o n ).  e.   Ca lcu l a t e  t h e   o b jec t iv e  fu nct i ons  f or  e a c h in di v i d u a l   o f  P i  po p u l atio n   (LPSP an d   C O E) u sin g   (7 - 1 4 ) .     f.   The  t w o p o p u l a tio ns a re  c ombi ne d to f orm   the  (Ri)  p o p u l a tio n  w i th  s i z e   2N.  g.   Cla s s i fica ti o n   o f  the   Ri   p opu la ti on   i s   m a de  i n  a c c o rda n ce   w it h  th e   P a re to  f ro n t   on  t h e  ba se s  of  f i t nes s   (non-dom in a t ed sorting is per f or m e d  t o   d eter mine  t h e  r ank  (fron t) of ea ch  p o pula t io n m e m b er ).  h.   The  nex t   p o p u l a tio n  of  o ne   o f  the  fr ont s   is  b u i l t   a cc o r d i ng  t o   pr ior itie s  b y   p erfor m ing  a  ge ne ral  com p aris on o f  the  m e m be rs of  the R i  p op u l a tio n.   i.   S i nce   t h e   size   o f  R i   i s  e q u a l  t o   2 N ,   t he  r em aini ng  s o l u t i on s  ca n  si mply  b e  ign o r e d  be ca u s e   i t   i s  impo ssi ble   to p lac e  a l l   m e m bers in  t h e   new   p o p u l a t ion  (P i+ 1).  j.   The  e nd,   i f  th e   ma ximum   nu mbe r   o f  i t e r at i ons   r eferre d  i n   S tep  3   i s   re ac hed,  t he   n o n -d om ina t e d   s ort i n g   resol u t i on  a t   t h e   l ast  iter a t i on  w a s  a c hie v e d   a s  the   o p t i ma l   s i z i ng   a nd   d esign   fo r  t h e  SHRES.  O t h erwi se  go ba c k  t o nu m b er  2 .    F i gure  2  d i s p l a ys  t he  N S G A - I I   a lgorithm   a p p lica t io n  ap proa ch.  T h i s  a ppro a c h   i s  ai med  a t   f in di n g   t h e   nu mb ers  of  v ari a bl e s   t h a t   d e p e n d   on   t he   s t a t e   o f   N PV ,  N WT ,  and  N BES   i n  orde r  to  m ee t   the  m i n i m i z e d  system  L PS P  and  COE.  T his  is  e xec u t e d  by  u s i ng  N S G A-II  optimiza ti on   t o o lb ox   i n  M A TLA B,  w i t h   a   selec t e d   pop ul ati o n  si z e   o f  2 00,   t he   c rosso v e r  va l u e   of  0 .8 ,   an d   t h e   ma xim u m  s i mu l a tion   g en e r at i o n   nu mb e r   set a t   5 00.            (a)   (b)     F i gure  2.  ( a) an d   ( b)  N SG A - II  p roce dure  [2 7]      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       NSG A -II  and  MO PSO   base d  opt im i z a t io n f o r siz i n g   o f   hy br id PV /wi n d / b a ttery ...   ( M oha m ad Izdi n H l a l )  46 9 3.3. 2. Op t imal  con figu r a tion  b ased  on   MOPS O alg o r i th m  I n  1 9 9 5 ,   K e n n e y  a n d  E b e r h a r t   s h o w e d   t h a t   t h e   P a r t i c l e  S w a r m  O p t i m i z a t i on  (P S O )  has  t w o  separ a te   conc e p ts:  a)  s ocia l   in te rac tio n  w h i c h  is   e x h ib ite d   b y   s w a rm i ng  a n d  b)  f iel d   o f  e vol u t i onar y   c a l c u la ti on.  I n   P S O ,  the tw o  b e st va l ues  w i l l  de t erm i n e  the  pos it io n of  e a c h  pa rti c le.   P S O   is  a n  A I   a ppr oac h   w hic h   i s  base d  on  th e   sw a r m   socia l   i nt e r a c tio n  w i thi n   a   f iel d   o f   e v o l ut i onar y   cal c ul a tion,   a s  proposed  [ 30]-[3 2 ] .  The  algor ithm  d e t erm i nes  th e  tw o  be st  p o s i tio ns  f or   e a c h  p a r t ic l e .  In it i a l l y ,  th e   bes t   v a l u e   i s  ob tai n e d ,  c a l l e d   th e   ind i vi du al   b e st  ( p be s t ),   a nd  is  r eta i ne d  b y   t he   p a r tic le,  w h ile  t he  nex t   v a l ue  i s  deter m i n ed  b y   the  P S O  opt i m iz at i o n  a l gor i t hm   w ith i n   a   g l o bal  be st  p o p u l a tio ns.   Indi vid u a l   part icle  pos i tio n  defi nes  t h e  p a rtic les  varia b l e   t ar get  v a l u es  a nd  ve l o c ity  t h a t  is  a p p l ied  t o   m onitor  t h e  o v era l l   gl oba l   be st   v a l ue  ( g be s t ).  T h e   f i t n e ss  e qu at ion  of  t hi s  a l g o r i t h m   i s  to   s ea rch  th e   b e st   s o l uti o n  f r o m   a mong st   a l l   pos si b l e  a v a i l a bl e   o p ti on s,  w ith  a d d i t i o n a l   c onstra i nts  a dde d.  The  a l g o r i t h m   is  b a s e d   o n  eac h  par tic le  f itne s s   appra i sa l, in d i vid u a l   a n d   g l o bal  be st fit ness  upda te , a lon g s i de   w ith  p ar tic l e   posit i on an d  vel o c ity.   D u r i n g   t he  o pe ra t i on  o f   t he   a lgor i t hm ,  ea ch  p art i cle  kee p s  t h e  be st  f itne s s  val u e  t h at  it  ha s  ach ieve d.  The  par t ic l e   w i t h  the  bes t   f it n e ss  va lue   i s   c a l cu la te d  an d  up da ted  d u ri ng   i t e ra ti o n s.  I n  t h is  c ase,   eac h  part icle   repr esents   a   p ote n ti a l   c o n fi g u ra tio n  of  t he  P V-w i nd  t u rb i n e  a n d  b a t t e r y  h y b r i d   s y s t e m :  N PV ,  N WT   and   N BES ,  a n d   t h e   s e a r c h  s p a c e   d i m e n s i o n  a r e  t h r e e .  T h e n ,  t h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n  of  e ac h  pa rt i c le  i s  co m put e d ,  co rr esp ond ing   to   e ach   scen ar io   c o n figu ration   ( LPSP  an d   C O E).  Th e  fo l l ow i n g  s t eps  il lu stra te  u ti l i ze d  t h i s   m e t h od  f o r  H R E S   as   t h e  f oll o w i ng : -   a.   I n  t h e   f i r s t  s t e p :  I n i t i a l i z a t i o n ,  t h e   r e q u e s t e d   i n p u t   d a t a  a r e   p ro vi ded.  T h i s  da t a   i nv o l ve s  th e   spec ific a tio ns  o f  t h e   h y b rid   syste m   ( hour l y   r a d iat i on,   t e m pe rat ure   a n d  w i n d   s pe e d )  a nd  a l so  l oa d   dem a nd,   d ata  to   c om p u t e   th e   tec h n i ca l   a n d  ec on om ic  f unc tio ns  a n d  data   t o  a s se ss   t he  c o n stra in t  situa t io ns.  b.   U pper   and  low e r bou nd  o f  the   numbe r of P V-WT  a nd  BES   c.   Th e   en ergy   out put   o f   PV  a nd   w in d  tu rbin e  a r e  ca l c ul at e d   t h r o ugh   t he  P V   and  w i n d   m ode ls  b y  usin g     (1-3) .  T h e  m odel of e nerg y st ora g e ba t t e r y by us ing (4) w ith th e   t o ta l c a p a c ity (C B ) is al l o w e d to cha r g e   and  disc harge   up  t o   a   l imit   d efine d   b y  t h e   m a xim u m  dep t h  of  d is ch a r ge  ( D O D ) ,  by  usi n g  (5,  6)     and  F i g u re  1 .  d.   Cons ta nt s :   -   P e rsonal a n d g l o b a l  coe fficie n ts,   C1 = C 2 = 2 .  -   In er t i a wei ght ,  w =   0 . 9 .   e.   The  pos it ion  a nd  vel o c i t y   o f  part icles  a r e  rand om ly  s elec te d   in   o rd e r   t o   ge n e ra t e   t h e   i ni ti a l   p opu l a ti on  and  the n  app l i e d  to  the   o b j e c t i v e  fu nc ti o n s  to  fin d t h e  op t i m u m  fit ness va lu e , by  using  (7-14).   f.   Eva l ua te  t he fit ness  va lue,  w ith  m inim um  L PS P a nd CO E  g.   Ca lcu l a t e  and  up da te  (P b est a n d  g b es t)  h.   Ca lcu l a t e  and  up da te  vel oc i t y   a nd po sit i o n  o f  ea ch pa r t i c l e   i.   A p p l y t h e u p d a t e d va lue   t o  fi nd  op tim um  v a l ue o f LP SP   a n d   C O E   j.   The  e nd,   i f  t h e   ma xi m u m   nu mber   o f  i t e r at i ons   r efe rre d  i n   S t e p  3   i s   re ac h e d,  t he   n o n -d om ina t e d   s ort i n g   resol u t i on  a t   t h e   l ast  iter a t i on  w a s  a c hie v e d   a s  the   o p t i ma l   s i z i ng   a nd   d esign   fo r  t h e  SHRES.  O t h erwi se  go ba c k  t o nu m b er  2.  Th e  si zi ng   m od el   o f   th e   h ybri d   P V/ wind   e n e rgy   sy st ems  i s   m o r e   c omp l ex   t ha n  the   si ng le-so u rc e  gene ra ti o n   s ys tem s .  Thi s   i s  bec a u s e  the   va riab les  mus t   b e  c ons i der e d   for  sys t em   opt i m i z at ion.   M oreove r,   syste m   p erfor m a n ce  o v er  a   l on g-term ,   ec onom ic  p a r a m ete r s,  a nd  r e l ia bi li ty  o b j e c tive s   s h o u ld   b e   w e ll  th oug h t -o ut   i n  orde r  t o   a c h i e ve  a   s u ita ble   c o m p rom i se   b e t w e e n   C O E  a n d  L P S P .   N S G A - I I  a n d   M O P S O   a r e   the  a ppr opr iat e   m etho ds  w i t h   r ega r ds  t o  g l o b a l   o p t i m iza t i o n  a n d   t he   r a ndom   n a t ur e  of  r ene w a b le  p ow er   source s.  The se m etho ds ha v e be en u se d i n  m any h y b r i d  app l i c a t i o ns  i n re cent  y e ars  [4],  [ 33] ,  [34]   I n   t his  paper,  t he  N SGA-II  and  MO PS O  algorithm s   w ere  applied  to   s i z e  t h e  st a n d - a l on e   hyb rid   P V /WT  a nd  b a tter y   s ys t e m.   I n  pr inc i p l e ,   t he se  a l gori t hm s  a i m  to   f i n d   t h e  o p ti mu m  nu mb er  o f  PV  p an el s,  w i n d   g e n era tio n,  a nd  ba t t erie s  to  m in imize   the  LP SP   a nd   C O E .  Th e  op t i m i za tio n  me t h od  w a s  d one  u sing   MA TLA B  so ft w a re   by  exe c u ti ng  the   sam e   num ber   of  i tera tio ns  a nd  po pu l a t i o n   in   bot h  a l go rith ms.  Fi n a lly ,  the r e su lts  w ere   c o mpar ed  a nd the  al g o ri thm   wi th  t he  bes t resu l t   w a s  i d e n tifie d.    Th e  op ti mi z a t i o n   m et hod   s t a rt s   wit h   t h e   f ol lo wing   i npu t   v a lu e s :   h ourl y   out p u t   p o w e r  for  P V ,  WT  a n d   l o ad   p ro file .  Th en ,  t h e  l o o p   i t erat es   t h e   N SG A- II  o r   M OPSO  a l gor ith m s .   The  optim um  r esults  g e n er ated   by   t he   t w o   a lg ori t hms  ar e  c o nve r t e d   t o  t h e   nea r est   i n te ge r  val u es.   T h i s   g ive s   t he  s iz i n g  of  t he   g e n era tin g  s o u r c e .   T h e   o p t i m u m   s i z i n g  a l o n g  w i t h   C O E  a n d   L P S P  v a l u e s   a r e   r ecor d e d   f or  eac h   r u n   a nd  s t or ed  i n  a n   arr a y  for   e a c h   iter a tio n.   F ina l ly,  a l l  a ppr opri a te   s o l u t i o ns   a r e   o b t a i ne d  t h r oug h  n on- dom ina t e d   o p t im al   call e d   P a reto  f ro nt  [ 35].  The  num be r  of  e ac h  g e ner a t i n g   u n its   a re   p rov ided.   F l o w   c h a rts  of  t he  N SGA -II  and  MO P S O a l gor ithm s  ar e  show n  i n   F ig ure . 3.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     46 3 –  47 8   47 0 St a r t M e t h od ol ogi c a l   d a t a   - one   ye ar  (   h our l y  r a d i at i o n ,   t e m p e r a t u r e   a nd  w i n d  s p e e d )   and  al s o   l oad de m an d R a n d om  i n i t i al   p op ul a t i o ns   ( nu m b e r   of  P V - WT-B E S ) P V -W T   _B E S  m o d e l s ,  u s i n g    E q .  (1 - 6 )   a n d   (   F i g . 1 ) R u n   N S G A _I I   O R  M O P S O  t o  ac h i e v e   op t i m a l   val u e   o f   e a c h   c om p o ne n t I f   cri t eri a   f u l f i l l C rea t e  n ew   g en era t i on   S e l e ct i o n   o p erat i o n   t o   m i n i m i ze  o b j ect i v e f u n c t i o n N e w   g e n era t i on   o f   c o n f i g u r at i o n   S t o re   r es u l t   i n   a n   arra y S e l e c t  t h e   o p t i m al   c onf i gu r a t i on   o f   t h e   hyb r i d   P V ,   W T   a nd  B E S  s y s t e m   b a s e d  o n   t he  g l o b a l   be s t   m i ni m u m   L P S P   a nd  C O E Se t   of   p os s i b l e   s o l u t i on s   u s i n g par e t o F r on t EN D YE S NO                                    M OP S O  I n i t i a l i z e  p a rt i c l e s   w i t h   r a n d o m  p o s i t i o n   a n d   v e l o c i ty   v e c to r  E v a l u a t e   t he   f i t ne s s   v a l ue , u si g     E q .   ( 7 - 1 4 )  Ca lc u l at e   an d   u p d a t e   ( P b e s t   an d   gb e s t)  Ca lc u l at e   an d   u p d a t e   v e l oc i t y  an d   p o s i t i o n   of   e ac h   p a r t ic l e                                                                            N SGA _ I I  G e n e r a te   i n i t i al   p op u l at i o n  Fi t n e ss  e v a l u a t i o n ,   u s i n g   E q .   ( 7 - 1 4 )  Se l e c t i o n  Cr o s s o ve r  Mu t a t i o n     F i gur e 3.  N S G A II or  M O P S O  opt imiza t i o n   fl ow  cha rt for  sta nd-a l o ne  hy b ri d e n ergy  sys t em       4.   RE S U L T   AND DI S C US S I ON    The   m e th o d o l ogy  w a s  a p p l i e d  t o   f in d  t h e   op t i ma l  size   f or  S H R ES.   T he   l oa d  pro f ile  f or   a   t y p i cal   ru ral   vi ll ag e   i n   M ala y si a   co nsi s t i ng   o f   20   h ou se h o ld s  i s   s ho wn   in  F i g ure  4  an d  the  t o ta l  energ y   c o n sum p t i o n   per  d a y  is  1 38. 4  kWh  [36].   T h e  m a x i m u m  s o lar  rad i a t io n  w a s  ap pr o x i m a t e l y   10 50  W/m 2   a n d   th e   ma x i mu m  win d   s peed  w a s   r ecor d ed  a t   5 m /sec .  The  a n nua l  m e te oro l o g ica l   c o nd iti o n s   i n  Ma la ys ia,   and  so lar   ra di a tio n   and  w i n d   s pee d   a re   i l l us t r ate d   i n  F i g u re   5 a  a nd  5b,  r e s p e c t i v e l y.  T he   d at a  w a s  obt a i ne d   from   t he  M a l ays i a n   Me teoro l og ica l   D epar t m ent.  Table  2 i n d i cate s   t he pa r am eter s of  P V   p anel s,  w ind,  b at t e ry a nd i n verte r s.          F i gure  4.  H ourly l oa d  p r ofi l e   for r u ral area i n m a laysia        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       NSG A -II  and  MO PSO   base d  opt im i z a t io n f o r siz i n g   o f   hy br id PV /wi n d / b a ttery ...   ( M oha m ad Izdi n H l a l )  47 1    (a)  ( b )     F i gure  5. Annu a l   m eteoro lo g i cal c on d iti o n s for   rura l ar ea  i n  m a lays ia,     (a) S o l a r  r a diation   and  (b)  wi nd  speed      Tabl e2.  Par a meter s   o f   PV, wi nd  tu rbin e ,  b at te ry  a n d   in v e rter  PV  m odul e s   S p eci f i cat i o n s     Wind turbine   spec ifi c a tions  Ba tte ry   spec i f ica tions  Inve rte r   s pe c i fi c a tions   Pow e r m a x =   320W  Ra te d  volt a g e  =   V m p p  54. 7v  Ra te d c u r r e n t =   I m pp  5.49A   I n i tia l   c o st =   $   2 90  [37,   38]   PV   r e gul a t or  c ost  = $   750  [39]  L i f e   t i m e   =  20 ye ars   Ra te d  output  pow er  =   3   k W  Ge n e r a t o r   volt a g e  =   230  V-a c   C u t-in  w ind  spee d =  2 m / s   Ra te d w i nd  spee d =  12 m / s   I n i tia l   c o st = $  2 800  [40]     Wind  re gul a t or  c os t =   $  750  [ 41]   L i f e   t i m e   =  20 ye ars   Ra t e d ca p a c ity =   1 000A h   Ra t e d  volt a g e  = 2V  E f f i ci en cy   =  8 5 %   D OD  =   7 0 %   I n it ia l c o st = $  230  [42]   Li f e  Tim e =   10  Y e a r s  R a t e d  output  powe r  650 0  W  Inp u t Volta g e  12V DC  /  24V DC   F r e que n c y   50  H Z   Ef f i ci e n cy   =   9 0 %   Initia l c o st =  $ 2528 [4 3]   L i fe   tim e =   12 yea r s   N o t e :  $1. 0 = R M  3 . 90       I n   t h i s  pape r,  t w o   s c e nar i os  a r e   i nves t iga t e d   t o  determ i n e  t h e  o p t i ma l  siz i ng  of  S H R ES .   In  t he  f i r st  ca se ,  the   hy br i d   s yst e m  c o n s ists  o f  P V   p anel s,  w in d  t u rbi n es,  a n d  b a t t e r y  b a n k ,   w h i l e  t h e   s e c o n d   c a s e   com p rise d  of  P V   pa nels  a n d   b at tery  b a n k  on ly.   The   o u t p ut   pow er   c u r v e  gener a te d  by   t he  f irst   a n d   s eco n d   ca se   o f  S H RE S   and  the   s t a t e  of  c harge   a n d   disc ha rge   of  t he  b a t t er y   o n   a n  hour ly   b as is  u nder  the   be st  con f ig ura tio n  a r e  re presente d  i n   F igur e  6a  a nd  6b,  r e s pect i v el y .  Eve n   t ho ug h  t h e  t o t a l  e n er gy  ge nera te d  w a s  sufficie n t  t o   c o v er  t he  p ea k  l o a d   i n  t h e   eve n i ng,  t he  s urp l us   p ow e r   w as  e m p l o yed  to  c harge   t h e  ba t t er y  ba n k .  These  fi gure s   c l e arl y   i ndic a t ed  t ha t  the  bat t ery,   i n  t h e  peri od   f r o m   7  P M   t o  7  A M ,   w a s  sta t e   of  d i s cha r ge  a n d   it   s at isfi e d  th e   l oa d dem a n d ,   w h i l e the   pe ri od from  7 A M t o  7 P M   wa s  st at e  of  ch a rg e . In c o nson an c e   w i t h   t h e   t w o   case   st udi es,  t h e  c ont rib u t i o n s   o f  o u tp ut   P V,  w i n d  tu rbin e   an d  b a t t e ry   b ank   th rou g h   a   on e-y e ar  p eri o d   are  show n  in  F i g ure  7a  a nd 7 b .   Base d  on  F i g u re  6 ,  i t   c a n   b e   se e n   t h a t  the  a re a   ha d   l o w   w i n d  spee d   a n d  hi g h   so lar   radia t i o n.  F urther,   it   w a s   e v i den t   t ha t   the  use   o f   P V   pa ne ls  h a s  a  grea t   adva n t age   be ca u s e   the   rene w a bl e   ene r g y  for  th i s  loca t i o n  w i l l   e n a b le  t he  c om muni t i e s  t o ac ce ss  ener gy for   their  da ily  liv i n g.          F i gure   6  (a). O u t p u t o f  P V - W T   a nd c h arge -d isc h arge  c u r ve  o f t h e   b a tter i es     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     46 3 –  47 8   47 2     F i gure   6  (b). Out p u t   o f   P V   an d c h arge -d isc h arge  cur ve of t h e  ba tt e r i e s            (a)  (b)     F i gure   7.  ( a )  Con tri but i on o f   e ne rg y usi n g fi rst c a se  s t u d y   ( P V , w i nd  an d ba tte ry d uri n g one  ye a r)  and    F i gure . 7( b ) Con t ri but i on o f   e ne rg y usi n g sec o n d   c a s e stu dy (P V   a nd ba tter y  d urin g o n e   yea r )      F o r  t h e   f i rst   ca se  s t u d y ,  t h e  se t  o f   s ol u tio ns  obta i ne d  from  t h e  NSGA-I I   a n d   M OPS O   a p p r o ach es  f o r   one  year  ar e  sh o w n   i n F i gure   7a a nd  F ig ure  7b, respec tive l y.  Ea ch  solu t ion   rep r esen ts  t he LPSP  an d   COE  that  dem o n s t r ate   t h e  min i mum   v a l u e   o f   t he   m ult i -o bjec t i ve   o p t imiz a t i o n   s e t   o f  s o lu t i ons   k now n  as  a   P a r eto- op tim al  s e t   o r   P a re to   fro nt .   T h is  t ec h n i q ue  s elec ts  o ne  o f  the   di ffere n t  s o l u ti on s  an d  ma kes  de cis i on  o n   L P S P   aga i ns t  CO E  b a se d  on   t he  n um ber   of  P V   (N P V ),  w ind  t u r b ine   (N WT)   a nd   b a t ter y   e ne rgy  s t orage   (N BES ) .  A ny  of  t he   s o l ut ion s   c a n   b e   c ons ide r ed  o pt im um ,  w h ich  m eans  t h a t  no   i mp ro v e me nt   c a n   b e  ach i e v e d  on   o n e   of  t he  o bjec t i v e  func ti ons  w i t ho u t   a g g ra vat i ng  t h e  o t h e r  obje c t i v e  f u n c t i o n .   In  o r d er  t o  m a ke  t he  b e s t  dec i si o n ,  a  nu m b er   o f  po i n t s   on  t h e  Par e to   fron t   w as  s elec t e d,  an d  t h en   t he  o p tima l   s ol uti o ns  w e r e  cho s e n   base d  on t h e  t r adeo ff be t w een   c ost an d  relia b i l ity.   F i gure  8c   s h o w s  t h e   c o m p a r iso n   o f  spa c e   of  o per a t i n g   poi nts  (n o n-dom i n a t ed) ;   t h e   m atc h in g   betw ee n  tw o  m e tho d s  o f   o p t im iz at i on  re sul t s  w a s  qu ite   c lose.   Th e   N S G A -II   algori t h m  had  g o od  gl o b al   sear ch a bi lit y b u t a   sl ow er  c onver g e n ce  spee d  than  MO P S O .    F i gure 9a a n d   F igure 9 b   s ho w   the   P a re t o  o ptim um fi n a l  v alue for   t h e   s e c o n d   ca se   s t udy.  O n c e  ag a i n,  it   p rove d  tha t ,   com p ared  t o  MOPS O ,   t he  N S G A-II  algorithm  had  a  ro bus t   se arc h   c a p ab i l i t y  b u t   a   s low e r  con v er ge nce   spee d.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.