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.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6 ,   p p .   701 ~ 712   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s .   v 7 . i3 . p p 7 0 1 - 712          701       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   So la r P ho tov o ltaic G e nera tors  w ith  M PP T a nd  Ba tt e ry  St o ra g in Micro g rids       B. Ra j a nn a 1 ,   SVNL   L a lith a 2 ,   G   J o g a   R a o 3 S.K   Sh riv a s t a v a 4   1, 2   De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   E lec tro n ics   En g i n e e rin g ,   KL   Un iv e rsity ,   In d ia   3, 4   De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   E lec tro n ics   En g i n e e rin g ,   S u n Rise   Un iv e rsit y ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Mar   13 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   A p r   14 ,   2 0 1 6       M a x i m u m   p o w e r   p o in trac k in g   (M P P T o f   a   p h o to   v o lt a ic  sy ste m   w it h   d if fe re n tem p e ra tu re   a n d   in s o lat io n   c o n d it i o n s   u se d   f o M icro   g rid c a n   b e   e x p lain e d   in   t h is  p a p e r.   T h e   d if fe re n ste p o f   th e   d e sig n   o f   th is  c o n tro ll e a re   p re se n ted   to g e th e w it h   it sim u latio n   a n d   t h e   f e a sib il it y   o f   c o n tro m e th o d s   to   b e   a d o p ted   f o th e   o p e ra ti o n   o f   a   m i c ro   g rid   w h e n   it   b e c o m e iso late d .   No rm a ll y ,   th e   m i c ro   g rid   o p e ra tes   in   in terc o n n e c ted   m o d e   w it h   th e   m e d iu m   v o lt a g e   n e tw o rk h o w e v e r,   sc h e d u led   o f o rc e d   iso latio n   c a n   t a k e   p lac e .     In   su c h   c o n d i ti o n s,  th e   m icro   g rid   m u st  h a v e   th e   a b il it y   to   o p e ra te  sta b l y     a n d   a u to n o m o u sly .   A n   e v a lu a ti o n   o f   th e   n e e d   o f   sto ra g e   d e v ice s   a n d   lo a d   t o   tak e   o ff   stra te g ies   is  in c lu d e d   i n   th is  p a p e r.   S o lar  p h o to v o l taic   ( P V e n e rg y   h a w it n e ss e d   d o u b le - d ig it   g ro w t h   in   th e   p a st  d e c a d e .   T h e   p e n e tra ti o n   o f   P s y ste m a d istri b u ted   g e n e ra to rs  in   lo w - v o lt a g e   g rid h a s   a lso   se e n   sig n if ica n a tt e n ti o n .   I n   a d d it i o n ,   th e   n e e d   f o h ig h e o v e ra ll   g rid   e ff icie n c y   a n d   re li a b il it y   h a b o o ste d   th e   in tere st  in   th e   m i c ro g rid   c o n c e p t.     Hig h - e ff icie n c y   P V - b a se d   m icro g rid re q u ire  m a x i m u m   p o w e p o i n trac k in g   (M P P T c o n tr o ll e rs  t o   m a x i m i z e   th e   h a rv e ste d   e n e rg y   d u e   to   th e   n o n li n e a rit y   in   P V   m o d u le  c h a ra c teristics .   T h is  p a p e p ro p o se a n   a p p ro a c h     o f   c o o rd in a ted   a n d   in teg ra ted   c o n tro o f   so lar  P V   g e n e ra to rs   w it h   th e   m a x i m u m   p o w e p o in trac k in g   ( M P P T c o n tro a n d   b a tt e ry   sto ra g e   c o n tro l   to   p ro v i d e   v o lt a g e   a n d   f re q u e n c y   (V - f su p p o rt  to   a n   islan d e d   m icro g rid .     T h e   si m u latio n   s tu d ies   a re   c a rri e d   o u w it h   th e   IEE 1 3 - b u fe e d e tes t   s y ste m   in   g rid   c o n n e c ted   a n d   islan d e d   m icro g rid   m o d e s.   Th e   M P P T     o f   a   P h o t o v o lt a ic  S y ste m   f o M icro   G rid   o p e ra ti o n   is  su c c e ss f u ll y   d e sig n e d   a n d   sim u late d   b y   u sin g   M A TL AB/S im u li n k   S o f tw a re   in   th is  p a p e r.   K ey w o r d :   Dis tr ib u ted   g e n er atio n   I s lan d ed   o p er atio n   MA T L A B /S i m u li n k   Mic r o - Gr id s   MP PT   PV   s y s te m   Co p y rig h ©   201 6   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   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   B R aj an n a,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   KL   U n i v er s it y ,   Gr ee n   Fie ld s , Vad d es w ar a m ,   P in co d e:  5 2 2 5 0 2 ,   Gu n t u r   Dis t r ict,   A . P . ,   I n d ia .   E m ail:  b v . r aj an n a @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h m icr o g r id   is   co llectio n   o f   d is tr ib u ted   g en er ato r s   o r   m icr o r eso u r ce s ,   e n er g y   s to r ag d ev ices ,   an d   lo ad s   w h ic h   o p er ate  as  s in g le  a n d   in d ep en d e n co n tr o llab le  s y s te m   ca p ab le   o f   p r o v id in g   b o th   p o w er   an d   h ea to   t h ar ea   o f   s er v ice   [ 1 ] .   T h e   m icr o r eso u r ce s   t h at   ar in co r p o r ated   in   m icr o g r i d   ar co m p r is ed   o f   s m al u n it s ,   les s   th a n   1 0 0   k W ,   p r o v id ed   w i th   p o w er   elec tr o n ics  ( P E )   in ter f ac e.   Mo s co m m o n   r eso u r ce s   ar e   So lar   P h o to v o ltaic  ( P V) ,   Fu el  C ell  ( F C ) ,   o r   m icr o tu r b in es  co n n ec ted   at  th d is tr ib u t io n   v o lta g le v el.      I n   m icr o   g r id ,   th m icr o   s o u r ce s   an d   s to r ag d ev ice s   ar co n n ec ted   to   th f ee d er s   th r o u g h   th m icr o   s o u r ce   co n tr o ller s   ( MCs )   a n d   t h co o r d in atio n   a m o n g   t h m icr o   s o u r ce s   i s   ca r r ied   o u b y   th e   ce n tr al  co n tr o ller     ( C C )   [ 2 ] .   T h m icr o   g r id   is   co n n ec ted   to   t h m ed iu m   v o ltag le v el  u til it y   g r id   at  t h e   p o in o f   co m m o n   co u p lin g   ( P C C )   th r o u g h   t h ci r cu it  b r ea k er s .   W h en   m ic r o   g r id   is   co n n ec ted   to   th g r id ,   th o p er atio n al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   :   701 - 7 1 2   702   co n tr o o f   v o ltag e   an d   f r eq u e n c y   i s   d o n e n tire l y   b y   t h g r id h o w e v er ,   m icr o   g r id   s till   s u p p lies   t h cr itica l   lo ad s   at  P C C ,   th u s ,   ac ti n g   as  P b u s .   I n   is la n d ed   co n d itio n ,   m i cr o   g r id   h a s   to   o p er ate  o n   its   o w n ,   in d ep en d en t   o f   t h g r id ,   to   c o n tr o th v o lta g a n d   f r eq u e n c y   o f   t h m icr o   g r id   an d   h e n ce ,   ac ts   lik e   P ( p o w er - v o lta g e)   b u s .   T h o p er atio n   an d   m a n ag e m e n in   b o th   t h m o d es  i s   co n tr o lled   an d   co o r d in ated   w it h   th h elp   o f   m icr o   s o u r ce   co n tr o ller s   ( MCs )   at  t h lo ca le v el   an d   ce n tr al  co n tr o ller   ( C C s )   at  th g lo b al  lev e l.   Si m i lar   to   t h tr ad itio n a s y n c h r o n o u s   g en er ato r   f r eq u en c y   co n tr o [ 3 ] ,   th m icr o   g r id   v o l tag a n d   f r eq u en c y   co n tr o ca n   also   b p er f o r m ed   u s i n g   d r o o p   co n t r o m et h o d s   [ 4 ] [ 8 ] .   T h p r esen w o r k   p r o v id es  f ast  r esp o n s e   ch ar ac ter is tic s   f o r   v o lta g an d   f r eq u en c y   co n tr o as  co m p ar e d   to   th s ec o n d ar y   co n tr o co n s id er ed   in   [ 8 ] .   T h e   an alo g y   b et w ee n   i n v er ter   co n t r o an d   th s y n c h r o n o u s   g e n e r ato r   co n tr o in   an   is lan d ed   m icr o   g r id   is   s tu d ied   in   d etail  in   [ 9 ] .     I n   t h i s la n d ed   m o d e,   t h er is   th e   n ec e s s i t y   o f   h a v i n g   r e f er en ce   v o ltag e   an d   f r eq u e n c y   s i g n a ls   in   th m icr o   g r id   in v er ter   co n tr o [ 1 0 ] .   T h o p er atio n   an d   co n tr o o f   th in v er ter   in ter f ac o f   r en e w ab le -   b ased   d is t r ib u ted   en er g y   r eso u r ce s   ( DE R s ) ,   lik So lar   P h o to v o lt aic  ( P V)   in   m icr o   g r id ,   is   r ea ch allen g e,   esp ec iall y   w h e n   it c o m e s   to   m ain tai n i n g   b o th   m icr o   g r id   v o l tag a n d   f r eq u en c y   w i th in   an   ac ce p tab le  r an g e.   v o ltag e   co n tr o m et h o d   b ased   o n   tr ad itio n al   d r o o p   co n tr o f o r   v o ltag s a g   m iti g atio n   alo n g   w i th   v o lta g r id e   th r o u g h   ca p ab ilit y   i s   p r o p o s e d   in   [ 1 1 ] .   A   d y n a m ic  v o lta g r eg u lat io n   b ased   o n   ad ap tiv co n tr o is   p r o p o s ed     in   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   Ho w e v er ,   th er ar n o m a n y   r esear c h es  w o r k s   p er f o r m ed   o n   V - f   o r   P - co n t r o u s i n g   s o lar   P V   in cl u d in g   MP PT   c o n tr o an d   b atter y   s to r a g in   m icr o   g r id s .   I n   [ 1 4 ] ,   f r eq u en c y   r e g u la tio n   w ith   P in   m icr o   g r id s   is   s tu d ied h o w e v er ,   th is   w o r k   d o es  n o co n s id er   th v o ltag co n tr o o b j ec tiv an d   lack s   b atter y   s to r ag e   in   th m icr o   g r id .   I n   [ 1 5 ] ,   s m al s ca le  P is   co n s id er ed   in   g r id - co n n ec ted   m o d to   co n tr o th ac tiv e     an d   r ea ctiv e   p o w er   o f   th e   s y s t e m .   Her e,   t h e   co n tr o m et h o d s   co n s id er   ab c - d q 0   tr an s f o r m at io n   a n d   v ice  v er s a   w h ic h   i s   a v o id ed   in   t h p r es en p ap er .   I n   [ 1 6 ] ,   p o w er   m o d u lati o n   o f   s o lar   P g en er at o r s   w ith   a n   elec tr ic   d o u b le  la y er   ca p ac ito r   as   en er g y   s to r ag e   is   co n s id er ed   f o r   f r eq u en c y   co n tr o l.  I n   [ 1 7 ] ,   lo ad   f r eq u e n c y   co n tr o l   is   i m p le m e n ted   in   m icr o   g r id   w it h   P an d   s to r ag e h o w e v er ,   th i s   w o r k   also   lac k s   t h e   co n s id er atio n   o f   a   v o ltag co n tr o l o b j ec tiv e.     T h v o ltag an d   f r eq u en c y   co n tr o w it h   s o lar   P an d   b atter y   in   m icr o   g r id   w it h   an   in d u ctio n   m ac h in e   is   in v est ig ated   i n   [ 1 8 ] h o w e v er ,   t h is   w o r k   d o es  n o ex p lai n   t h tr an s f er   m ec h an is m   o f   co n tr o ls   to   co n s id er   th b atter y   SO C   co n s tr ain t.  I n   s u m m ar y ,   t h p r ev io u s   w o r k s   i n   th i s   to p ic  eith er   lack   th e   in co r p o r atio n   o f   an   en er g y   s t o r ag co m p o n en o r   th v o lta g co n tr o o b j ec tiv alo n g   w i t h   f r eq u en c y   co n tr o o r   th in co r p o r atio n   o f   co n tr o tr an s itio n   i n   d i f f er e n s ce n ar io s .   T h p r esen w o r k   f u l f ill s   th e s g ap s   b y   co n s id er in g   all  o f   t h ese  o b j ec tiv es   [ 1 9 ] .   T h co o r d in ated   c o n tr o an d   m an a g e m en o f   d is tr ib u ted   g e n er ato r s   an d   r en e w ab le  en er g y   r eso u r ce s   to g et h er   w ith   co n tr o llab le  lo ad s   an d   s to r ag s y s te m s   ar th m o s i m p o r ta n t   an d   ch al len g i n g   tas k s   i n   m icr o   g r id   o p er atio n   [ 2 0 ] ,   [ 2 2 ] .   Mic r o   g r id   ca n   b o p er ated   in   g r id - co n n ec ted   m o d o r   in   is lan d ed   m o d e   [ 2 3 ] .   T y p icall y ,   en er g y   s to r ag s y s te m s   ar r ep ea ted l y   p r o p o s ed   t o   s u p p o r f r eq u en c y   an d   v o ltag co n tr o o f   m icr o   g r id s .   Du to   th in ter m itte n c y   i n   r en e w ab le  p o w er   g e n er at io n   an d   co n s ta n tl y   ch an g i n g   lo ad   d e m a n d ,   ch ar g i n g   a n d   d is ch ar g in g   o f   v ar io u s   en er g y   s to r ag s y s te m s   in   m icr o   g r id   n ee d s   to   b ap p r o p r iately   co o r d in ated .   I n   is la n d ed   m o d e,   th m ai n   r esp o n s ib ilit y   o f   th e   s to r ag is   to   p er f o r m   e n er g y   b alan ce .   I n   g r id - co n n ec ted   m o d e,   t h m ain   g o al  i s   to   p r ev en p r o p ag atio n   o f   th e   r en e w ab le  s o u r ce   in ter m itte n c y   a n d   lo ad   f l u ct u atio n s   to   t h g r id .   I n   r en e wab le  p o w er ed   m icr o   g r id ,   s i n g le   t y p o f   en er g y   s to r ag s y s te m s   ca n n o p er f o r m   all  t h ese  ta s k s   ef f icie n tl y .   Hen ce ,   in   i n ter m itte n n atu r o f   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s ,   d e m a n d s   in v o lv e   u s a g o f   s to r ag w it h   h ig h   e n er g y   d en s it y .   A t h s a m ti m e,   q u ick   f l u ct u atio n   o f   lo ad   d em a n d s   r eq u ir es  s to r ag w ith   h ig h   p o w er   d en s it y .   T h is   p r o j ec p r o p o s es  d is tr ib u ted   en er g y   s to r a g s y s te m   t h at  co n tai n s   b o th   h i g h   e n er g y   d e n s it y   s to r ag e   s y s te m s   as   w ell   as  h i g h   p o w er   d en s it y   s to r a g s y s te m s   to   m ee t h ev er   g r o w i n g   r eq u ir e m e n t s .   T h ef f ec tiv e n e s s   o f   th p r o p o s ed   ap p r o ac h   is   v alid ated   b y   v ar io u s   s i m u lat io n   r es u lts   u s i n g   HOM E R   s o f t w ar e.       No m en cla tu r e                 I n s ta n tan eo u s   P C C   v o lta g e                 Av er ag P C C   v o lta g e                 I n s ta n tan eo u s   i n v er ter   o u tp u v o ltag e                 Av er ag i n v er ter   o u tp u v o lta g e           C o u p li n g   i n d u cto r   P ( t)     I n v er ter   av er a g ac tiv p o w er   Q( t)     I n v er ter   av er a g r ea ctiv p o wer   S(t)     I n v er ter   av er a g ap p ar en t p o w er           Du t y   c y cle  o f   DC / DC   b o o s ter                    R ef er e n ce   m a x i m u m   p o w er            P ac tiv p o w er   o u tp u t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S o la r   P h o to vo lta ic  Gen era to r s   w ith   MPP a n d   B a tter S to r a g in   Micr o g r id s   ( B V   R a ja n n a )   703             P h ase  s h if t b et w ee n               an d                           R ef er e n ce   m icr o g r id   f r eq u e n c y                       Me asu r ed   m icr o g r id   f r eq u en c y            AC   s id to tal  av er a g ac tiv p o w er            DC   s id av er a g ac ti v p o w er                       R ef er e n ce   b atter y   ac ti v p o w e r                 A ct u al  i n j ec ted   b atter y   ac ti v p o w er               Av er ag r ea cti v p o w er   r ef er e n ce   ( R ea cti v e   L o ad )                     A ct u al  g en er ated   r ea ctiv p o wer               Av er ag ac ti v p o w er   r ef er e n ce   ( A cti v e   L o ad )                     A ct u al  g en er ated   ac ti v p o w er       2.   P RO P O SE M E T H O D   2 . 1 .   So la P M o delin g   a nd   Va lid a t io n   T h co m m o n l y   ac ce p ted   s o lar   ce ll  m o d el  is   a   o n d io d m o d el  [ 1 9 ] .   T h is   w o r k   u s e s   t h s i n g le   d io d m o d el  o f   t h s o lar   ce ll  to   m o d el   th K y o ce r K C 2 0 0 GT   s o lar   ar r ay ,   w h ich   i s   s h o w n   in   Fig u r 1.   T h I - ch ar ac ter is tic s   o f   s o lar   ar r a y ,   as sh o w n   in   Fig u r e   2 ,   ar r ep r esen t ed   b y   ( 1 ) .         Fig u r 1 .   On d io d eq u iv alen t c ir cu it o f   So lar   P V                        (   (                         )     )                                 ( 1 )     w h er        an d           ar e   th p h o to   cu r r en an d   th d io d s atu r atio n   c u r r en ts   r esp ec ti v el y .   T h p h o to cu r r en o f   th e   P ar r ay   d ep en d s   lin ea r l y   o n   th s o lar   ir r ad iatio n   a n d   th ce ll  te m p er atu r e.   W h er e          an d         ar th p h o to   cu r r en an d   th d io d s atu r ati o n   cu r r en ts   r esp ec t i v el y .   T h p h o to cu r r en o f   th P ar r ay   d ep en d s   lin ea r l y   o n   th s o lar   ir r ad iatio n   an d   th ce ll  te m p er atu r e.   Vth er m   ( =N s k T /q )   is   th th er m al   v o ltag o f   th ar r a y ,   Ns  b ein g   th ce ll s   co n n ec ted   in   s er ies  f o r   g r ea ter   o u tp u v o lta g e,   i s   th B o ltz m a n n   co n s tan t   ( 1 . 3 8 0 6 5 0 3 X1 0 - 23   J /K) ,   T   is   th te m p er atu r o f   th p - n   j u n ct io n   o f   t h d io d q   ( 1 . 6 0 2 1 7 6 4 6   1 0 - 1 9 )   is   th elec tr o n   ch ar g R s     an d   R s h   ar th e   eq u i v alen s e r ies  an d   s h u n r esi s ta n ce s   o f   t h ar r a y   r esp ec ti v el y   a n d       is   t h id ea lit y   f ac to r   u s u all y   ch o s en   i n   t h r a n g 1             .   Her     i s   ta k en   a s   1 .   T h p h o to cu r r en o f   t h P ar r a y   d ep en d s   lin ea r l y   o n   th s o lar   ir r ad ian ce   an d   th ce ll te m p er at u r e,   as s h o w n   b y   ( 2 ) .            (                      )                       ( 2 )     Her e,              is   th p h o to cu r r en at   th s tan d ar d   test   co n d itio n   ( ST C ,   2 5 0 C   an d   1 0 0 0   W /m 2 ) ,           is   t h e   s h o r cir cu i cu r r en t/te m p er at u r e   co ef f icie n t,         is   th d i f f er en c b et w ee n   th ac tu al  a n d   n o m i n al  te m p er at u r e     in   Kel v i n ,   G   i s   t h ir r ad iatio n   o n   th d e v ice  s u r f ac an d         is   t h n o m i n al  r ad iatio n ,   b o th   i n   W /     .              C an   b ca lcu lated   b ased   o n                                                           ( 3 )     Usi n g   t h ese  f u n d a m e n tal  eq u a tio n s   an d   p ar a m eter s   f r o m   t h e   d ata  s h ee t,  th P m o d el  is   d ev elo p ed     an d   v er i f ied   w it h   t h p an el   d atash ee t.  T h I - ch ar a cter i s ti cs  o f   K C 2 0 0 GT   f o r   d if f er en ir r ad ian ce   lev el s   at   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   :   701 - 7 1 2   704   th ce ll  te m p er at u r o f   2 5 0 C   an d   v ar y in g   ce ll   te m p er at u r f o r   co n s ta n ir r ad ian ce   lev el   o f   1 0 0 0   W /m 2   as   o b tain ed   f r o m   t h s i m u la tio n   ar s h o w n   i n   Fi g u r es   2 ( a)   an d   ( b ) ,   r esp ec tiv el y . T h s i m i lar ities   o f   th I - cu r v e s   f o r   d if f er en co n d it io n s   w it h   t h co r r esp o n d in g   c u r v e s   in   t h KC 2 0 0 GT   p an el  d atash ee p r o v e   th ev a lid it y   o f   t h d ev elo p ed   s o lar   p an el  m o d el.   T h p ar am eter s   o f   t h P p an el  u n d e r   s tu d y   ar s h o w n     in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   P P an el   P a r am eter s   at   1 0 0 0   W / an d   2 5   C   M o d e l   K yo c e r a   K C 2 0 0 G T   P MPP   2 0 0 W   V MPP   2 6 . 3 0 V   I M P P   7 . 6 1 A   V OC   3 2 . 9 0 V   I SC   8 . 2 1 A           Fig u r e   2.   T h e - ch ar ac ter is tic s   o f   K y o ce r KC 2 0 0 GT   f r o m   s i m u latio n   w i th   ( a)   v ar y in g   ir r a d ian ce   at   ce ll  te m p er atu r o f   2 5   C   an d   ( b )   v ar y in g   ce ll te m p er atu r e   at  1 0 0 0 W /m .       T h P s y s te m   u n d er   s t u d y   f o r   th p r o p o s ed   V - f   an d   P - co n tr o h as   1 2 5   s tr in g s   w it h   e ac h   s tr in g   h av i n g   4   s er ies   co n n ec ted   p an els.   T h Ma x i m u m   P o w er   P o in ( MP P )   f o r   s i n g le   p an el   o f   KC 2 0 0 GT   at  1 0 0 W / m 2   an d   2 5 0 C   ( ST C )   is   2 0 0   W .   Hen ce ,   th m a x i m u m   p o w er   o f   th P g en er ato r   at  ST C     is   1 2 5   4   2 0 0   =1 0 0 k W .   B u th MP P   v ar ies  ac co r d in g   to   th c h a n g in   ir r ad ia n ce   le v el  an d   ce l l   te m p er atu r e.       3.     RE S E ARCH   M E T H O D   3 . 1 .     P Sy s t e m   Co nfig ura t io n a nd   Sy s t e m   De s cr i ptio n   3 . 1 . 1 .   P Sy s t e m   Co nfig ura t io n   Fig u r 3   s h o w s   th P s y s te m   co n f ig u r atio n   f o r   V - f   a n d   P - co n tr o w it h   P o p er ati n g   at  MP in cl u d in g   t h e   b atter y   s to r ag e   b ac k u p .   I t   is   a   t w o - s ta g co n f i g u r atio n   w h er a   D C - D C   b o o s co n v er ter   i s   u s ed   f o r   MP PT  co n tr o l.  T h s y s te m   also   co n s id er s   b atter y   b ac k - u p   in   ca s o f   e m er g en cie s   wh ile  m ain tain i n g   th e   v o ltag a n d   f r eq u en c y   o f   th m icr o g r id   o r   w h ile  tr y in g   to   s u p p l y   th cr itical  lo ad s .   A   b at ter y   is   co n n ec ted   i n   p ar allel  to   th P to   in j ec o r   ab s o r b   ac tiv p o w er   t h r o u g h   b id ir ec tio n al  DC - D C   c o n v er ter .   W h e n   th e   b atter y   i s   ab s o r b in g   p o w er ,   th co n v er ter   o p er ates  in   th b u ck   m o d an d   w h en   b atter y   is   in j ec tin g   p o w er   to   th g r id ,   it  o p er ates  i n   th e   b o o s m o d e.   T h o p er atio n   m o d is   m ai n tai n ed   th r o u g h   t h co n t r o s ig n al  p r o v id ed   to   th co n v er ter   s w itc h es.   T h P s y s te m   is   co n n ec te d   to   th g r id   th r o u g h   co u p lin g   i n d u cto r         T h co u p lin g   i n d u c to r   f ilter s   o u t h r ip p les  in   th P o u tp u t   cu r r en t.  T h co n n ec tio n   p o in t   is   ca lled   th p o i n t   o f   co m m o n   co u p lin g   ( P C C )   an d   th P C C   v o ltag i s   d en o ted   as             .   T h r est  o f   t h e   s y s te m   i n   Fi g u r e   d en o tes  th I E E E   1 3 - b u s   d is t r ib u tio n   f ee d er   w h ic h   is   s i m p lif ied   as  s u b s ta tio n   w it h   th e   f ee d er   eq u iv alen t   i m p ed an ce ,   R +j w     .   T h P s o u r ce   is   co n n ec ted   to   th DC   li n k   o f   t h in v er ter   w i th   ca p ac ito r      .   T h P V   is   th ac t iv p o w er   s o u r ce ,   an d   th e   ca p ac ito r   is   th r ea cti v p o w er   s o u r ce   o f   t h P s y s te m .   A cc o r d in g   to   t h e   in s ta n ta n eo u s   p o w er   d e f i n iti o n s   f o r   b alan c ed   t h r ee - p h a s s y s te m   co n s id er               an d               d en o te  t h e   in s ta n ta n eo u s   P C C   v o lta g an d   th in v er ter   o u tp u v o lta g ( h ar m o n ics  n e g lecte d )   r es p ec tiv el y ,   t h en   t h e   av er ag p o w er   o f   t h P d en o ted   as  P ( t) ,   th ap p ar en p o w er   S(t)   an d   th av er ag r ea cti v p o w er   Q( t)   o f   t h P ar as g iv en   b y   eq u atio n s   ( 4 ) - ( 6 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S o la r   P h o to vo lta ic  Gen era to r s   w ith   MPP a n d   B a tter S to r a g in   Micr o g r id s   ( B V   R a ja n n a )   705                                                                                                     ( 4 )                                                                                                                          ( 5 )                                                         (                               )         ( 6 )     Her e,   α   is   th e   p h ase   an g le  o f       ( t)   r elativ to   t h P C C   v o lta g e.   P   ( t)   an d   ( t)   in   ( 4 )   an d   ( 6 )   ca n   b e   ap p r o x im a ted   b y   t h f ir s t te r m s   o f   th e   T a y lo r   s er ies i f   th a n g le  α   i s   s m all,   as s h o w n   in   ( 7 )   an d   ( 8 ) :                                                           ( 7 )                                                                           ( 8 )           Fig u r 3 .   S y s te m   co n f i g u r atio n   o f   V - f   co n tr o w ith   s o lar   P g en er ato r   o p er atin g   at  MP P T   w it h   b atter y   s to r ag s y s te m       3 . 1 . 2 .   B a t t er y   M o dellin g   I n   th is   p ap er ,   th e   b atter y   m o d el  is   tak e n   f r o m   th e   M AT L A B   Si m P o w er   S y s te m s   li b r ar y   w i th   ap p r o p r iate  p ar am eter s   w h ich   w ill  b e   u s ed   f o r   t h p r o p o s ed   V - f   a n d   P - co n tr o ls .   T h d etailed   d escr ip tio n   ab o u th b atter y   m o d el  is   g i v en   in   [ 2 1 ] .   I is   ass u m ed   th at  t h lead   ac id   b atter y   ca n   b d is ch ar g ed   u p   to   SOC   o f   2 0 a n d   ca n   b ch ar g ed   u p   to   SOC   o f   8 0 %.  T h b at ter y   m o d el   i n   [ 2 1 ]   is   a n   a n al y tic al  m o d el  w i th   t w o   eq u atio n s   r ep r esen tin g   t h b atter y   d is ch ar g an d   ch ar g m o d els.  T h b atter y   d is ch ar g an d   ch ar g m o d el  f o r   lea d   ac id   b atter y   is   g iv e n   b y   eq u atio n s   ( 9 )   an d   ( 1 0 ) ,   r esp ec t iv el y .                                                                               ( 9 )                                 *                  +       *            +                          ( 1 0 )     w h er             is   th b atter y   v o lta g ( V) ,   V0   is   th b atter y   co n s ta n v o lta g ( V) ,   is   p o lar iza tio n   co n s tan t   ( V/Ah )   o r   p o lar izatio n   r esis tan ce   is   b atter y   ca p ac it y   ( Ah ) ,                 b atter y   ch ar g ( Ah ) ,   A   is   ex p o n en tial   zo n a m p l itu d e   ( V) ,   B   is   ex p o n en tial   zo n e   ti m e   co n s ta n in v er s ( Ah ) ,   R   i s   t h i n ter n al  r esis ta n ce   i s   b atter y   cu r r en ( A ) ,   i   an d   i s   f ilter ed   cu r r en ( A ) .   T h s ize  o f   th e   b atter y   i s   s elec ted   to   p r o v id a   m a x i m u m   b ac k u p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   :   701 - 7 1 2   706   p o w er   to   co m p en s ate  f o r   th P g e n er atio n   i n   t h ca s o f   v er y   s m all  o r   n o   ir r ad ian ce   le v e l.  I n   th i s   w o r k ,   t h MP P   o f   P g e n er ato r   at  ST C   is   1 0 0   k W .   He n ce ,   th e   b atter y   is   ch o s e n   to   p r o v id t h is   a m o u n t   o f   p o w er   f o r   a   m ax i m u m   o f   1   h o u r   w i th   an   e n er g y   co n ten o f   1 0 0   k W h .   T h b atter y   b ac k u p   is   co n s id er ed   f o r   s h o r d u r atio n   a p p licatio n s   li k f r eq u e n c y   co n tr o an d   s u p p l y in g   p o w er   to   cr itical  lo ad s   i n   t h e v en t   o f   e m er g e n c y   s i tu at io n s   On h o u r   o f   b atter y   b ac k u p   is   co n s id er ed   to   b e   en o u g h   f o r   o th er   b ac k u p   g e n er ato r s   to   tak o v er   th co n tr o l s   in   th m icr o g r id   e m er g e n c y   s it u atio n s .     3 . 1 . 3.   Descript io n o f   I E E E   1 3 - B us   Dis t ributio n F ee der   T h d iag r am   o f   th I E E E   1 3 - b u s   d is tr ib u t io n   test   s y s te m   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 .   I co n s is t s   o f   s u b s ta tio n ,   1 3   b u s es  o r   n o d es,   1 1   lin e   s ec tio n s ,   an d   8   lo ad s .   T h lo ad s   co m p r is o f   co m b in atio n   o f   co n s tan t   i m p ed an ce ,   co n s ta n c u r r en t,  a n d   co n s ta n p o w er   ( Z I P )   lo ad s   b u m o s o f   t h e m   ar co n s ta n t   p o w er   lo ad s .   T h e   s u b s ta tio n   is   at  1 1 5   k an d   it   is   s tep p ed   d o w n   to   4 . 1 6   k b y   d is tr ib u tio n   tr an s f o r m er   ( T 1 ) .   T h er is   o n e   m o r tr a n s f o r m er   ( T 2 )   w h ic h   s tep s   d o w n   4 . 1 6   k to   4 8 0   V.   I n   th g r id   co n n ec ted   m o d e,   th s u b s tatio n   lo ca ted   atB u s   6 5 0   at   1 1 5   k lev el  is   co n s id er ed   as  s o u r ce .   I n   an   is la n d ed   m icr o g r id   ca s e,   d iesel  g en er ato r   co n n ec ted   at  th s a m b u s   s u p p lies   th m icr o g r id   w it h   f i x ed   a m o u n o f   ac ti v p o w er   a s   r ef er en ce d   b y   t h ce n tr al  co n tr o ller   ( C C )   o f   t h m icr o g r id .           Fig u r e   4 .   IEEE - 1 3   b u s   d is tr ib u tio n   f ee d er       3 . 2 .     M P P T   a nd   B a t t er y   I nte g ra t ed  V - F   a nd   P - Q   Co nro l M et ho ds   3 . 2 . 1 . M P P T   a nd   B a t t er y   I nt eg ra t ed  V - f   Co ntr o M et ho d   T h MPPT   an d   b atter y   i n te g r ated   V - f   co n tr o d iag r a m s   ar e   s h o w n   in   Fi g u r e s   5   an d   6 ,   r esp ec tiv el y .   T h co n tr o co m p r is e s   o f   o n lo o p   f o r   MPPT   co n tr o l,   t w o   d if f er en lo o p s   f o r   V - f   co n tr o at  th i n v er ter   s id e   an d   an o th er   lo o p   f o r   b atter y   p o w er   m a n a g e m e n t.   T h lo o p   1   in   Fig u r e   5   is   MP PT   co n tr o l.  T h ac tu al  P p o w er   o u tp u t,         is   co m p ar ed   w it h   t h e   MP P   r ef er en ce ,                  f r o m   t h lo o k   u p   T ab le  1   o f   ir r a d ian ce   v er s u s   MP P   an d   th is   er r o r   is   f ed   to   P I   co n tr o ller ,   P       w h ic h   o u tp u ts   t h d u t y   c y cle  δ *   f o r   th DC - D C   b o o s ter   s o   th at  th ar r ay   al wa y s   o p er ates  at  th e   r ef er en ce d   p o in b y   ch a n g i n g   th i s   d u t y   c y cle.   T h eq u atio n   f o r   t h i s   co n tr o lo o p   is   g i v e n   b y   eq u atio n   ( 1 1 ) .   Her e,   K       an d   K       ar th co n tr o ller   p r o p o r tio n al  an d   in teg r al  g a in s   r esp ec ti v el y   f o r   th is   co n tr o l lo o p .                       (                     )               (                     )                ( 1 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S o la r   P h o to vo lta ic  Gen era to r s   w ith   MPP a n d   B a tter S to r a g in   Micr o g r id s   ( B V   R a ja n n a )   707   An o th er   f ee d b ac k   P I   co n tr o ller   is   u s ed   f o r   v o ltag co n tr o at  AC   s id e.   As  s h o w n   i n   t h co n tr o l   d iag r a m   i n   Fi g u r e   5   ( lo o p   2 ) ,   t h P C C   v o ltag i s   m e as u r ed   an d   th r m s   v alu o f   is               c alcu la ted .   T h en ,   th e   r m s   v alu               is   c o m p ar ed   to   v o ltag r e f er en ce                 w h ich   co u l d   b v o ltag s p ec if ied   b y   t h u tili t y ,   an d   th er r o r   is   f ed   to   P I   co n tr o ller .   T h in v er ter   o u tp u v o ltag e                 is   co n tr o lled   s o   th at  it  is   in   p h as e   w it h   t h P C C   v o ltag e,   a n d   th e   m ag n it u d o f   th i n v er ter   o u t p u v o lta g is   co n tr o lled   s o   th at  th P C C   v o ltag e   is   r eg u l ated   at  a   g i v en   le v el               .   T h co n tr o l sch e m ca n   b s p ec if icall y   e x p r ess ed   as e q u atio n   ( 1 2 ) .                                   *                                                     ( (                         )    )     +       ( 1 2 )     w h er e           an d           ar th co n tr o ller   g ain s   f o r   th is   lo o p .   I n   ( 1 2 ) ,   1   h as  b ee n   ad d ed   to   th r ig h t - h a n d   s id s u c h   th at w h en   th er is   n o   in j ec tio n   f r o m   th P g e n er ato r ,   th P o u tp u t   v o lta g is   e x ac t l y   t h s a m as  t h ter m i n al  v o lta g e.   T h f r eq u en c y   co n tr o i s   ca r r ied   o u b y   c o n tr o llin g   t h ac ti v e   p o w er   o u tp u a t h in v er ter   s id as  s h o w n   i n   t h o u ter m o s lo o p   3 .   T h r ef er en ce d   m ic r o g r id   f r eq u en c y   o f   6 0   Hz  is   co m p ar ed   w it h   th e   m ea s u r ed   v alu a n d   th i s   er r o r   is   f ed   to   th P I   c o n tr o ller           th at  p r o v id es  th p h ase  s h i f co n tr ib u tio n           w h ic h   s h i f t s   t h v o ltag w a v ef o r m   i n   ti m e s ca le  s u c h   t h at  th ac tiv e   p o w er   i n j ec ted   w ill  b e n o u g h   to   m ai n tai n   th f r eq u e n c y   at  6 0   Hz  n o m i n al   v alu e.   T h eq u ati o n   f o r   th i s   co n tr o l is g iv e n   b y   ( 1 3 ) .                       (                            )             (                            )                  ( 1 3 )     T h er is   an o th er   co n tr o ller           u s ed   in   t h s a m lo o p   3 .   T h i s   co n tr o ller   m ai n tai n s   ac tiv e   p o w er   b alan ce   b et w ee n   th e   A C   an d   DC   s id es  o f   t h i n v er ter .   T h r ef er e n ce   s ig n al  f o r             is   o b tain ed   f r o m   t h e   d y n a m icall y   c h a n g i n g   ac ti v p o w er   in j ec tio n   f r o m   t h e   i n v er ter   at  th AC   s id as   d eter m i n ed   b y   t h o u tp u t   of         .   T h em ea s u r ed   A C   s id ac tiv p o w er                         is   m u ltip lied   b y   a   f ac to r   o f   1 . 0 2   co n s id er in g   th e   ef f icien c y   o f   i n v er ter   as  9 8 s u c h   th at  t h DC   s id ac ti v p o w er   is   1 0 2 o f   th e   A C   s id ac tiv e   p o w er .   T h DC   s id ac ti v p o w er   i s   co m p ar ed   w it h   th i s   v alu e   o f   A C   s i d p o w er   an d   t h er r o r   is   f ed   to             to   o b tain   th p h ase   s h i f t c o n tr ib u t io n   f r o m   t h is   lo o p   as         .   T h eq u atio n   f o r   t h is   co n tr o l is g i v e n   b y   ( 1 4 ) .                                                                                                        ( 1 4 )     T h p h ase  s h i f co n tr ib u tio n s   f r o m   DC   a n d   AC   s id es,           an d           ar th en   av er a g ed   as  g iv e n   b y   ( 1 5 )   to   o b tain   th f i n al  p h a s e   s h if t,         o f   th v o lta g w av e f o r m ,             w h ich ,   th e n ,   g e n er ates   t h v o lta g r ef er en ce   s ig n al           f o r   th in v er ter   P W M                                                   ( 1 5 )     Her e,   th r ea s o n   b eh in d   co n s id er in g   p h ase  s h i f co n tr ib u ti o n s   f r o m   b o th   D C   an d   A C   s id ac tiv e   p o w er   is   to   co n tr o th D C   s i d v o ltag an d   ac h iev t h d esire d   v alu e.   B y   m a k in g           an d           clo s in   r an g e   th r o u g h   t h co n tr o ller   g ai n s ,   it   ca n   b ass u r ed   th at  th ac ti v p o w er   at  th DC   an d   A C   s id es   is   b alan ce d .   T h is ,   co u p led   w it h   th v o lta g co n t r o lo o p ,   ass u r es  th at  th D C   s id v o ltag is   m ai n tai n ed   at  th v al u d esire d   b y   t h AC   s id e   v o ltag e.   T h co n t r o ls   s h o w n   i n   t h d iag r a m   o f   Fig u r e   5   an d   d escr ib ed   ab o v ar also   in te g r ated   w it h   th e   b atter y   p o w er   co n tr o l   s h o w n   in   Fi g u r e   6 .   T h b atter y   i s   i n co r p o r ated   in   t h P V   s y s te m   co n f i g u r at io n   in   o r d er   to   s u p p l y   o r   ab s o r b   ac tiv p o w er   a n d   s u p p o r t   th f r eq u en c y   co n tr o o b j ec tiv w i t h   t h P g en er ato r .   I f   th er e   is   ab u n d an s o lar   p o w er   an d   t h ac tiv p o w er   r eq u ir ed   f o r   f r eq u en c y   co n tr o is   less   th a n   P MP P ,   th en   t h b atter y   w i ll  b e   ch ar g e d .   I f   th er is   n o e n o u g h   s o lar   p o w er   av ailab le  an d   i f   th e   ac t i v p o w er   r eq u ir ed   f o r   f r eq u e n c y   co n tr o is   m o r th a n   P V   MP P ,   th e n   th e   b atter y   w i ll  s u p p l y   t h d e f icit   p o w er   i n   o r d er   to   m ai n tai n   th m icr o g r id   f r eq u e n c y   at  6 0   Hz.   Hen ce ,   t h co n t r o l   m et h o d   f o r   th b atter y   ch a r g e/d is ch ar g t h at   d ep en d s   o n   th is   r eq u ir e m e n t   is   d ev elo p ed   as  s h o w n   in   Fi g u r e   6 .   I t   also   s h o w s   t h e   s elec tio n   o f   ch ar g an d   d is ch ar g m o d e s   w h ic h   h a n d l th b atter y   S OC   co n s tr ain an d   w il b d escr ib ed   later   in   th P ar B   o f   th is   s ec tio n .   I n   Fi g u r e   6 ,   t h r ef er en ce   p o w er   to   t h b atter y                       is   g en er ated   d y n a m ical l y   b y   s u b tr ac tin g   t h e   in v er ter   ac ti v p o w er   i n j ec tio n ,                       f r o m   th p o w er   g e n er ated   b y   P V,        T h e   co n tr o ller   co m p r is ed   o f   a   P I   co n tr o ller ,           w h ic h   r ec ei v es  th e   er r o r   s ig n al  o b tai n ed   af te r   s u b tr ac ti n g   th ac t u al  b atter y   p o w er ,               f r o m   t h b atter y   r e f er en ce ,                   .   T h s ig n al  o b tain ed   f r o m             is   th e n   co m p ar ed   w it h   tr ia n g u lar   w a v e f o r m   o f   u n it y   m a g n i tu d e   to   g en er ate  th s ig n al,       .   T h is   is   s i m ilar   to   co m m o n   P u ls W id th   Mo d u lati on  ( P W M)   in   in v er ter   co n tr o ls .           an d           ar th p r o p o r tio n al  an d   in t eg r al  g ain s   r esp ec ti v el y .   T h e   e q u atio n   f o r   th is   co n tr o l is g i v e n   b y   ( 1 6 ) .                   (                                 )             (                                 )                ( 1 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   :   701 - 7 1 2   708   On m o r s tep   is   co n s id er ed   to   d if f er en tia te  th ch ar g i n g   an d   d is ch ar g in g   m o d o f   th b at ter y .   T h is   is   u n d er tak en   b y   co m p ar i n g          w ith                     .   I f                                      ,   th b atter y   is   i n   ch ar g in g   m o d e,   h en c e ,   th s i g n al  o b tain ed   f r o m   t h P W M,           an d   th r esu lt  o f   th is   co m p ar i s o n   is   p ass ed   th r o u g h   lo g ical   AND  to   g en er ate  s w itc h in g   s i g n al  w h ic h   ac tiv a tes  t h e   B u c k   m o d o f   th DC - D C   co n v er ter .   I f   th co n d it io n                                       is   f alse,  ( i.e . ,                                    ) ,   th o p p o s ite  o f   th is   s ig n al  an d         is   p ass ed   th r o u g h   lo g ical   A N to   g e n er ate  a   s w itc h i n g   s ig n al   w h ich   ac ti v ates   th e   B o o s m o d o f   t h DC - DC   co n v er ter .     Hen ce ,   w it h   th is   co n tr o lo g ic,   t h co n v er t er   is   ca p ab le   o f   o p er atin g   i n   b o th   d ir ec tio n s   a n d   th er e f o r e,   e f f ec tiv e l y   c h ar g in g   an d   d is ch ar g i n g   th e   b atter y   w h e n ev er   r eq u ir ed .   T h is   w i l b v er i f ied   th r o u g h   t h r e s u lt s   p r e s e n ted   in     Sectio n   4   of   th is   p ap er .           Fig u r 5 .   I n teg r ated   So lar   P MP PT   an d   V - f   co n tr o l d iag r am           Fig u r 6 .   B atter y   p o w er   co n tr o d iag r a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       S o la r   P h o to vo lta ic  Gen era to r s   w ith   MPP a n d   B a tter S to r a g in   Micr o g r id s   ( B V   R a ja n n a )   709   4.   S I M UL AT I O R E S UL T AND  DIS CUSS I O NS   T h is   s ec tio n   p r esen t s   t h s i m u latio n   r esu lts   o b tai n ed   w i th   ap p licatio n s   o f   th e   p r o p o s ed   co n tr o m et h o d s   to   th I E E E   1 3 - b u s   d is tr ib u tio n   f ee d er .   First,  th r esu lt s   o b tain ed   f r o m   t h co o r d in ated   V - f   co n tr o l   ar p r esen ted   w h ic h   is   f o llo w ed   b y   th r es u lts   f r o m   th co o r d in ated   P - co n tr o l.  I n   g r id   c o n n ec ted   m o d e,   th e   d is tr ib u tio n   f ee d er   is   co n s id er ed   to   b s u p p lied   b y   ce n tr al  g en er ato r   w it h   s u b s tatio n   a t   B u s   6 5 0   at  1 1 5   k lev el  an d   P g en er ato r   at  B u s   6 3 2 .   Hen c e,   in   an   is la n d ed   ca s e,   th d is tr ib u tio n   f ee d er   is   s u p p lied   b y   d iesel   Gen er ato r   an d   P co n n ec ted   at  B u s es  6 5 0   an d   6 3 2 ,   r e s p ec tiv el y .   T h Si m u li n k   d ia g r a m   o f   t h MP PT   in te g r ated   w i th   B atter y   o f   P h o to v o ltaic  S y s te m   f o r   Mic r o   Gr id   o p er atio n   is   s h o w n   i n   Fi g u r 7 .             Fig u r 7 .   T h Sim u li n k   d iag r a m   o f   t h MP PT   in teg r ated   w i t h   B atter y   o f   P h o to v o ltaic  S y s te m   f o r     Mic r o - Gr id   o p er atio n       4 . 1 . 1 .   T est  o f   V - F   Co ntr o l   in M icr o g rid  M o de:   Fo r   th d e m o n s tr at io n   o f   t h V - f   co n tr o al g o r ith m ,   t w o   d if f er en ir r ad ian ce   ca s es   ar c o n s id er ed C ase  1   w it h   ir r ad ian ce   1 0 0 0   W / m 2   an d   C a s 2   w it h   7 5 0   W / m 2 .   T h P I   co n tr o ller   g ain   p a r a m eter s   f o r   C ase  1   ar g iv e n   i n   T ab le  2 .   T h co n tr o ller   g ai n s   s h o u ld   b ad j u s ted   s li g h t l y   f o r   th c h an g i n   ir r ad ian ce .   W h ile   mo v i n g   f r o m   t h g r id   co n n ec ted   to   m icr o g r id   m o d e,   th d iesel  g e n er ato r   is   co n tr o lled   to   g en er ate  f i x ed   a m o u n o f   ac t iv e   p o w er   ac co r d in g   to   t h co m m a n d   f r o m   t h e   ce n tr al   co n tr o ller .   T h d iesel   g en er ato r   p r o d u ce s   f i x ed   a m o u n o f   1 . 2 5   MW   th r o u g h o u t   t h s i m u l ati o n   p er io d   as  s h o w n   i n   F ig u r 8 ( a) .   I also   s h o w s   t h e   r ea ctiv p o w er   g en er ated   f r o m   t h d iesel  g en er ato r .   I n   t h is lan d ed   m o d e,   th ac tiv p o w er   g en er ated   b y   t h d iesel  g en er ato r   is   n o en o u g h   to   f u lf i ll  th p o w er   d e m a n d   o f   th m icr o g r id .   Fig u r es  8 ( b )   an d   8 ( c)   s h o w s   th e   m icr o g r id   f r eq u en c y   w h ic h   i n itiall y   d ip s   to   v al u o f   5 7 . 8   Hz  d u to   t h lo ad - g e n er ati o n   i m b ala n ce .   T h f r eq u en c y   co n tr o f r o m   th e   P g e n er ato r   s tar t s   at   0 . 1   s ec   w h ic h   q u ick l y   r e g u lates   t h f r eq u en c y   b ac k   to   6 0   Hz  in   0 . 2   s ec .   Fig u r es  8 ( d )   an d   8 ( e)   s h o w s   t h p lo o f   t h P C C   v o ltag in   p . u .   I ca n   b o b s er v ed   th at  v o ltag e   is   also   q u ic k l y   r eg u lated   at  1   p . u .   af ter   th e   co n tr o i s   s tar t ed .   Fig u r es  8 ( f )   a n d   8 ( g )   s h o w s   t h ac ti v a n d   r ea ctiv p o w er   in j ec tio n   f r o m   th P in v er ter   w h ich   r eg u l ates  t h f r eq u e n c y   a n d   v o ltag o f   th m icr o g r id .   T h ac tiv p o w er   in j ec tio n   f r o m   t h i n v er ter ,   w h ic h   is   r eq u ir ed   to   m ai n tai n   t h f r eq u e n c y   at  6 0   Hz  i n   b o th   ca s es,  is   ar o u n d   8 0   k W .   Ho w e v er ,   th er is   d if f er en ce   i n   th s h ar o f   t h P g en er a to r   an d   th b atter y   en er g y   s to r ag w h ile   p r o v id in g   t h r eq u ir ed   8 0   k W   to   t h m icr o g r id .   T h is   is   e v id e n f r o m   Fig u r 8 ( h )   w h ic h   s h o w s   t h ac ti v p o w er   f r o m   th P V,   th b atter y ,   an d   t h in v er ter ,   r esp ec ti v el y ,   f o r   b o th   ca s es.   I n   C ase  1 ,   s o lar   ir r ad ian ce   is   ab u n d an a 1 0 0 0   W /m 2   a n d   h e n ce ,   t h e   P g en er ate s   t h m a x i m u m   p o w er   o f   1 0 0   k W   w h ic h   i s   m o r th a n   i s   r eq u ir e d   to   m ai n tai n   t h m icr o g r id   f r eq u en c y .   T h s u r p lu s   2 0   k W   i s   u s ed   to   c h ar g t h e   b atter y .   T h n eg at iv s i g n   in   b atter y   p o w er   m ea n s   t h at  i t is a   ch ar g i n g   p h ase,   i.e . ,   th b at ter y   ab s o r b s   p o w er   is   s h o w n   in   F ig u r 8 ( h ) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   :   701 - 7 1 2   710                                             (a)                                                                                                                                         (b)                    ( c)               ( d)                       ( e)               ( f )                ( g )                 ( h )     F ig u r e   8.   R esu lts   o f   co o r d in at ed   V - f   co n tr o w it h   So lar   P in clu d i n g   MP PT   co n tr o l a n d   b atter y   co n tr o l       5.   CO NCLU SI O N   T h co n tr ib u tio n   o f   t h is   p ap er   ca n   b s u m m ar ized   as f o llo w s :   a.   T h is   p ap er   p r o p o s es a n d   p r esen ts   co o r d in ated   s tr ate g ie s   o f   V - f   co n tr o l a n d   P - Q   co n tr o l,  r es p ec tiv el y ,   f o r   Mic r o   g r id s   w i th   P g e n er ato r   an d   b atter y   s to r ag e.   b.   I n   th co n tr o s tr ate g ie s ,   th P g en er ato r   is   o p er ated   at  MP P ,   an d   th b atter y   s to r ag e   ac ts   as  a   b u f f er   i n   o r d er   to   in j ec an d   ab s o r b   d ef icit  o r   s u r p lu s   p o w er   b y   u s i n g   th c h ar g e / d is ch ar g c y cle  o f   th b atter y .   T h p ap er   co n tr ib u tes  i n   d e m o n s tr ati n g   th e   co n tr o s tr ateg i es  w it h   e f f ec ti v co o r d in atio n   b et w ee n   I n v er ter   V - ( Or   P - Q)   co n tr o l,   MP PT   c o n tr o l,  an d   en er g y   s to r ag co n tr o l.   a.   T h p r o p o s ed   co n tr o s tr ateg y   also   p r o v id es  s m o o t h   tr a n s it io n   o f   P s id P co n tr o in   g r id   co n n ec ted   Mo d to   V - f   co n tr o in   i s lan d ed   m o d e.   T h is   i s   t h m o s es s e n tial  f ea t u r r eq u ir ed   in   t h m o d er n   Mic r o g r id   co n tr o ller s .     b.   T h p r o p o s ed   co n tr o alg o r ith m s   ar al s o   ca p ab le  o f   h a n d lin g   t h b atter y   SO C   c o n s tr ain t.  An   ef f ec tiv e   s ea m le s s   tr an s f o r m a t io n   o f   co n tr o ls   f r o m   V - f   to   co n s ta n ac tiv e   p o w er   a n d   v o lta g co n tr o at  th P s id an d   f r o m   co n s t an ac ti v p o w er   co n tr o to   f r e q u en c y   co n tr o at   th e   d iesel  g en er ato r   is   v alid ated   w it h   s a tis f ac to r y   r esu lt s .   T h i s   f ea t u r h elp s   t h co n tr o ller   to   ad ap to   th e   ch an g i n g   ir r ad ian ce   lev els   w h ile  co n s id er in g   t h b atter y   a v ailab ilit y .     c.   T h p r o p o s ed   V - f   co n tr o m et h o d   s h o w s   v er y   s a tis f ac to r y   p er f o r m a n ce   i n   r ev iv in g   h i g h l y   r ed u ce d   v o ltag a n d   f r eq u e n c y   b ac k   t o   th n o m i n a v alu e s   in   m a tter   o f   o n l y   2   s ec o n d s .   I is   m u c h   f aster   th an   t h d ie s el  g en er ato r   co n tr o w h ich   tak e s   ar o u n d   1 0   s ec o n d s   to   s ettle  d o w n .   Hen c e,   P an d   b atter y   i n s tallat io n s   m ig h b ap p lied   ef f ec ti v el y   i n   r est o r in g   t h m icr o g r id   f r eq u en c y   a n d   th e   v o ltag at  P C C   a f ter   d is t u r b an ce s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.