Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r 202 0 , p p.   203 0 ~ 203 7   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 4 . pp 2 03 0 - 203 7          2030       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Investig ation of l ow volt age D C m icro gr i d using sli ding mo de  contr ol       D.   Satti anad an, G . R.  Prud hv i K um ar,   R .  Sridh ar,   Ku t huru Vish was  R ed dy,    Bhumi reddy  Sa i  Uday Re d dy, P anga M am atha   Depa rtment  o f  E le c tri c al a nd  Ele ct roni cs  Engi n eering ,   SR M Insti t ute   of   Sci enc e   a nd  Technol ogy ,   India .       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   20 , 20 20   Re vised  A pr   2 6 , 2 0 20   Accepte d  M a y   12 , 20 20       As   the   req uir e me nt  of  power   inc re ase s,  th e   use  of  ren ew abl e  ene rgy   resourc es  has  b ec om e  prom inent.   Th e  power  col l ec t ed  from   t hese   en erg y   resourc es  ne eds  to  be   conv ert e d  using  AC - DC  or  DC - DC  con ver te rs.   Th e   cont rol   of   DC - DC  conv ert e rs  is   a   co mpl ex   ta sk   d ue  to   it s   non - li n ea ri ty  in   the   conve rt er  int rod uce d  by  th e  ex t ern al   cha ng es  such  as  source   v olt ag e,   ca bl e   resista nc e  a nd   lo ad  v ari a ti ons.   C onver te rs   ar e  to  be  d esigne d   to   o bta in   a   wel l   stabi lized  ou tput  volt ag e  and  load  cur ren t   for  va ria bl e  source   vo lt ag es  an d   loa d  cha nges.   Droop  cont ro l  m e thod  is  th e  most   abunda n tl y  use d  technique   in  con tro ll ing   the   par allel   co nver te rs.   The  ma jor  li m it a ti o ns  of  the   conve nt iona l   dr oop  control   tec hnique   are  c ircula ti ng   cur ren t   issues  and   im prope r   lo ad  s har ing.  Th e  pro posed  work  is   t o  resolve  th ese   issues  by   int egr at ing   Slid i ng  Mode   Contr oll er   (SM C)  wi t h  th e   converte r   in  ord er   to   enha nc e  th e   per forma nc e  of  DC   mi cro gr id.   The  ent ir e  con trol   s ystem   was  designe d  by   t a king  th e  ou tpu t  vol ta ge   err or   as  the  contro l  var ia b le s.  Simi la r ly,  droop   con trol  with   PI   and   PID   wer e   a lso  per for me d   a nd  a ll  th ese   te chn ique s   were   s im u la t ed   and   com par ed   using   MA TL AB /Sim uli nk.   Th e   expe ri me nt al  re sults  show   th a t  the  proposed   slidi ng   mode  con trol l er   te chn ique  provid es  good   over a ll  per forma n ce  and   is  sui ta bl e   ag ains t  var ia bl e   volt ag e  and   lo ad   cha ng es.   Ke yw or d s :   Distrib uted  e ne rgy res our ces    Droop c ontr ol   Loa d  s har i ng   LV DC  micr ogr id   Parall el  D C - D C co nv e rters  ci rcu la ti ng curr ents   Sli din g m od e  c on t ro ll er   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   D.   Satt ia nad a n,   Dep a rtme nt of  Ele ct rical  an d  Ele ct ro nics  E nginee rin g,     SRM In sti tute of Sci ence  and  Tech no l ogy, K at ta nk ulat hur,   Tami lnad u, I ndia .   Emai l:  satt ia nan da n.d @k tr .srmu niv .ac .in       1.   INTROD U CTION   In  rece nt  yea rs ,  as   the   c on s umpti on  of  pow er  i ncr ease d  it   is  esse ntial   to   increase   the   ge ner at io n  on   dema nd.  N owa days  the  us e  of   ren e wab le   e ne rgy  s uch   as  s ol ar,  wi nd   a nd  ti dal  are  ef fecti ve ly  us e d  f or   po we r  gen e rati on.  T he se  ren e wa ble  so urces  need   no t  be  a t  sam e  place,  the y  can  be  at   diff e ren t  places  ba sed  o n  energ y  a vaila bi li t y.   S o,  eve n  t he  r ole  of  micr ogrid   has   bec ome   promi nen t.   A  micr ogrid   is   a  small - scal e   powe r  su ppl y  net wor k  that ca n ge ne rate, d ist ri bu te   and  c ontr ol po wer  in  a  small  co mm unit y.   Mi crogr id c omp r ise s o f  ren e wa ble  po wer   ge ner at in g  sou rces  a nd  stora ge  de vic es  th at   make  i t  profoun dly   r el ia ble  and   prof ic ie nt.   Pr ope r  i nteg rati on  bet ween  di stribu te d  e ne rgy  res ources,   ba tt ery   st or a ge   s ys te m   an d  di fferent   loa ds  del ivers   good  qual it y  of  powe r  t o  t h e   co nsume rs.  A n  i nteresti ng  a sp ect   of  the   m ic rogr id   is  it s   capab il it y  t o  w ork  i n  gr i d - c onnecte d mo de  a nd isl a nd e d mo de [ 1 - 4].     Ba sed  on  t he  natu re  of  sig na ls,  M ic r ogri ds  are  cl assifi e d  into   AC  a nd  DC  micr ogr ids.  With  the  ongoin g  resea r ch,   DC  micr ogri d  pro v es  t o  be  m or e  si gnific ant  than  A C  micro gr i d.   The  c on ce rn  of  AC   micro gr i d  in volves  reacti ve   powe r   issues ,  powe r   facto r   co rr ect io n,  f re quency  c on t ro l,   poor   volt age   re gula ti on   and   presen ce  of  sk i n  ef fect.  D C  micro gr i ds   a re  pote ntial ly  more  ef fici ent,   econo mic al ,  more  reli able,  easy  to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       In vest ig atio n o f l ow vo lt age  D C micro gr i d us ing   sli ding  mode  c on tr ol   ( D.   Sa tt ia nadan )   2031   store  a nd  c ontr ol  tha n  AC  mi crogr i d.   C urre nt  r esea rc h  on  DC  micr ogri ds  deals  with  sy s te m  desi gn,  c ontr ol  modeli ng  a nd s ta bili ty o f vari ou s c onve rters  and  i nteg rati on o f DERs  with  the micr ogrid [ 5]. Th e  operati on   of  LVD C   mic rog rid   reli es  on  t he  c onve rter   s el ect ion   a nd  c on t ro l  sy ste m  desig n.  I n  DC   micr o gr id ,  D ERs  are   integrate d  with   co nverter s  t o  a  co mm on  L V DC  bus.   By   c onnecti ng   DC - DC  c onve rters   in   pa rall el ,  e ffec ti ve  current   at   the   loa d  ca n  be   double d  an d  if  on e   m odule   fail s  t he  ot he r  m odule   c ompe ns at es  t he   outp ut     load   [ 6,  7].   I nt egr at io n  of  DE Rs  with   DC - D C  co nv e rters   t o  a   c om m on  bus  i nvolv e s  a   lot  of  li mit at ions  s uch  as  im prop e r   lo ad  sh a rin g,  ci r culat ing  c urrent s  an d  po or  volt age  re gula ti on   due  t o  va ry i ng  s ources   vo l ta ges ,   cable r esi sta nc es an d  l oad cha ng e s.   The  dro op  co ntr ol  te ch niqu e  el imi nates  the  c irc ulati ng  curre nts  of  t he  par al le l  co nv e rters   an d  impro ves  t he  volt age r e gu la ti on. M a ny d r oo p  c ontr ol  te ch ni qu es   ha ve   e volved   f rom r ece nt y ears   a nd  th e  m os t   famil ia r  c on t rol   strat egi es  a re   centrali ze d  ( M ast er - Slave )  and  decen tral iz ed  (Volt age   D r oop).  In  M at er   Slave   current  meth od,  a  c ommo n  bu s   f or   s ha rin g  cu rr e nt  is  use d  am ong  c onve rters  t o  pr oduce  prof ic ie nt  bus   vo lt age .  T he   m ai n  c on st raint  i s  that  the   whol e  sy ste m   will   ge t  aff ect e d  if   there   is  a  fail ure  in  t he  si gn al   of  the   current   bus   [ 8].  D r oop  co ntr ol   desig n  in vo l ves  t wo  c on tr ol le r  loops ,  th e  first  on e   is  a   volt age  c ontr ol  loop   wh ic h  imp r oves  the  volt age   regulat ion   a nd  the  sec ond  on e  is  a  c urre nt  co ntr ol  loop  w hich  reduc es  the   ci r culat ing  cu r ren ts  i n  betwee n  the   pa rall el   c onve rters  [9 - 12] .  T he  c on t ro l   loops   us i ng  P I ,  P ID  an d  SMC   ha ve  been desig ne d  to  sta bili ze  the  p er forma nce   of   loa d  c urre nt  a nd o ut pu t   volt a ge.  T he  PI  c on t ro l   lo op s  h ave  b een   discusse d  i n   [ 13].   The  majo r  li mit at ion s   of  the  dro op  co ntr ol  meth od  are  po or   re gu l at ion   of   volt age  a nd   current  s har i ng  in  betwee n  pa rall el   conver te r s  because   of  dr oop  act ivit y.   T he  sig nificance   of   ca ble  resist an c e   is  discuss e d  in  [14].  A n  al te r na ti ve  dro op   c ontr ol  meth od   usi ng   fixe d  dro op  resis ta nce  usi ng   la g  c ompe ns at or   is  discuss e d  in   [9].   Si nce  fi xe d  dr oop  re sist ance  is  only  pe rmitt ed  to  fix ed  loa d,   a n  a da ptive  dr oop  c on t ro l   method is  d isc us se d  in  [1 5 - 21] .    The  obje ct ive  of   t his  project   is  to  s olv e  t he  existi ng  sta bili ty  issue   in  t he  DC  micr o gr i d  occurre d  by  the  s ource  volt age  va riat ions  an d  l oad  c hanges .  T he  mo st   c ommo n  te chn i ques  i n  DC  micr og rid  for   con t ro ll in g  c on ver te r s  a re  PI  and  P ID  c ontr ollers.   T hese  a re  t he  t wo  c ontrol  te c hn i qu e s   that  re du ce   th e  er ror   by  co mp a rin g  the  volt age   ref e ren c e   w it h  the  ou t put  of   t he  c onver te r .  Si nce   the  co nverte rs  are     non - li near  [ 22 ,  23].  A  n on - li ne ar  co ntr ol  te chn i qu e h as b ee n  imple mente d  to  so l ve  the p r ob le m .  Sli di ng  mod e   con t ro ll er  is  a n  eff ect ive  t oo l  us e d  in  desig nin g  r obus t  co nt ro ll ers  for  non - li near   dyn a mic  sy ste ms  oper at ing  unde r  varyin g  co nd it io ns .   S M C  has  guar anteed  li nea r  sta bili ty  an d  works  f or  dynamic  l oad  a nd  li ne   un ce rtai nties.  [ 24 - 28],   S M   c ontr oller  pro vide s  fast   dy nami c  res pons e ,  high  rob us tnes s  a nd  good  sta bili ty  f or   la rg e   loa d  va ri at ion s   [ 29 - 30] .   Sim ulati on  re su lt s  of  perf ormance   c har act erist ic s  of   P I,  PI D   a nd  S M C   are   carried  out t o v al idate  the r e se arch w ork.        2.   SY STE M CO NFIGU RA TT ION   This  sect io n  de al s  with  l oa d  sh a rin g  a nd  current   ci rcu la ti ng   iss ues  of   LV DC  micro gr i d.   A  DC   micro gr i d  c onsist ing   of  fixe d  in pu t  volt ages  V i1   an d  V i2   with  dc - dc   co nv e rters  and   co mm on   l oad   i s   dem onstrat ed  i n  Fig ure  1.  A   DC - DC  buc k  c onve rter  is  ta ke n  as  a n  inter f aci ng   c onve rter  bet ween   t he  so urce   and  the   LV D C  bus.   The   e quivale nt   ci rc uit  of  the   pa rall el   co nv e r te rs   c an  be  modele d  as  s ource   vol ta ge  in   series  with  t he  cable  re sist anc e  co nnect ed   to  a  co mm on  loa d  as   dem on st ra te d  in   Fig ure  2.  V oltage   le vel   pla ys  a  promine nt  r ol e  in  decidin g  t he  syst em  ef fici ency ,  c os t  an d  op e rati on  of  DC  micr ogrid.   In   this  wor k,   48  V   i s   ta ken  as  th e  L VD C   bus  volt age,  Since   the  t el ecomm unic at ion   i ndus t ry,  f or  the  most   pa r t,  util iz es  48  V   an d  i s   the  best  c hoic e  f or  t he  LV DC  tra nsmi ssion  s ys te m.   T he   case   stu dies   f or  par al le l  DC - DC  c onve rters   are   sh ow n belo w  i n  Ta ble  1.             Figure  1. Paral le l DC - DC  con ver te r s     Figure  2. Eq ui valent Ci rc uit       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   203 0   –   203 7   2032   Table  1.  Case  s tudy  of   pa rall el   DC - DC  c onve rters   Cas e   Cab le r esis tan ces  R 1 , R 2   Ou tp u t vo ltag es    V 1 , V 2   Ou tp u t curre n ts    I 1 , I 2   Ou tp u t po wers    P 1 , P 2   Circu latin g  curre n t s  I C 1 2   -   I C 2 1   1   Equ al   Equ al   Equ al   Equ al   Zer o   2   Un eq u al   Equ al   Un eq u al   Un eq u al   No t zer o   3   Equ al   Un eq u al   Un eq u al   Un eq u al   No t zer o   4   Un eq u al   Un eq u al   Un eq u al   Un eq u al   No t zer o       Applyi ng K i rc hhoff ’s Vo lt ag e Law  in Fi gur e 2 .     V 1   –   I 1 R 1   –   (I 1  + I 2 )  R L = 0    (1)   V 2   –   I 2 R 2   –   (I 1  + I 2 )  R L = 0    (2)     I 1   an d I 2   ca n be  obtai ned by  sol vin g t he  e quat ion s  (1) an d (2).     I 1   =     ( R 2 + R L ) V 1 − R L V 2 R 1 R 2 + R 1 R L + R 2 R L     (3)   I 2   =     ( R 1 + R L ) V 2 − R L V 1 R 1 R 2 + R 1 R L + R 2 R L     (4)     Ci rcu la ti ng cur ren ts ca n be e xpress ed  as     I C12  =   - I C21   =   V 1 − V 2 R 1 + R 2   =   I 1 R 1 − I 2 R 2 R 1 + R 2   (if  R 1 ≠ R 2 )   =   I 1 − I 2 2   (if   R 1 = R 2 )    (5)       3.   PROP OSE D CO NTR OL  METHO D   In  this  sect ion,   the  detai le d  m od el in g  an d  pr ocedu re  for  de sign i ng  of  sli din g  m ode  dro op  c ontrolle r   is  bei ng  discu ssed.  A   dro op   resist a nce   is  i ncor porated   w it hin   t he  co n tr oller  t o  sta bili ze  the   s ys te m   durin g  var ia ble sou rce  and loa d  c ha nges.       3.1.  System  m od el li ng   The  fir st  ste p  in  desi gn i ng   S M C  in vo l ves  de velo ping  of  de sired  c on t ro l  var ia bles  f or   t he  co nverter .   The  c ontr ol  si gn al s   gi ven  to   the  S M C  a re  pro portio nal  to   th e  c ontrol   va riables  of  the  co nv e rter   (i.e. ,  volt age   or   c urre nt,  et c .) .  O utput  vo lt age  er r or   is  ta ken   as  the  i nput  c ontrol  va riable  f or  the  conve rter.  Fig ur e  3  dem onstrat es t he gene ral  blo c k diag ram of  S M C.            Figure  3. Ge ne ral b l ock d ia gram of  SM C  bu ck  c onve rter       The  c ontrol  va riable   ‘ x’   of th e co nv e rter  can  b e e xpres sed  a s:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       In vest ig atio n o f l ow vo lt age  D C micro gr i d us ing   sli ding  mode  c on tr ol   ( D.   Sa tt ia nadan )   2033   x   =  [ 1 2 3 ]   =  [ V ref   –   β V o - I l R dr o o p ⅆ ⅆ t (V ref   –   β V o - I l R dr o o p )   ∫ (V ref   –   β V o - I l R dr o o p )   dt ]     (6)      Wh e re,   x 1  = P r oport ion al   volt age e rror     x 2  = Dif fer e ntial  v ol ta ge  er r or     x 3  = I nteg ral volt age e rror     Wh e re,   β   –   F e edb ac k fact or   i L , i c   –   L oa d  a nd Ca pacit ive c urren ts   R droop  –   Dro op  Re sist ance   V ref , V i , V o   –   R efere nce, So ur ce an d Ou t pu t  vo lt age s     3.2. C on tr olle r desig n   Sli din g  m ode  con t ro ll er   de sign  is  der i ved  f rom  var ia ble  co ntr ol  mat r ix.  T he   co ntr oller  desig n  cal culat ion s a r e g ive n belo w.      S =  α 1 x 1 + α 2 x 2 + α 3 x 3     =   α 1 x 1 +   α 2 ⅆ 1 ⅆ + α 3 ∫ 1 ⅆ     (7)       so lvi ng  the e qu at ion s  from  (6) an d (7)  we get     V control  =  - K p1 i c  + K p2  ( V ref  -   βV o  -   I l  Rdro op)  + βV o    (8)    Vr a mp  = β Vo    (9)    Wh e re,  Kp 1  =  βL ( α 1 α 2   -   1 R L C )    (10)    Kp2  =  LC   α 3 α 2     (11)    α 1 α 2 = 10 T S     (12)    α 3 α 2 = 25 δ 2 T s 2     (13)     wh e re  α 1  , α 2  , α 3  are  sli di ng  coe ff ic ie nts,     is  th e  da mp i ng  co nst ant,  T s   is   the   desire d  se tt li ng  ti me.  T he  ove rall   con t ro l  st ru ct ure  of   SM C   is  dem onstrat ed   in  Fi gure  4.  The   co ntr oller  de sig n  par a mete rs  for  S M C  ar e   mentio ned in  T able 2.        Table  2.   Para m et ers  of  SM C   Para m eters   Valu es   Inp u t Voltag e  V in   1 0 0  V   Ou tp u t Voltag e  V o   4 8  V   Refere n ce  Vo ltag e   V r ef   4 8  V   Switch in g  Fr eq u en cy   f s   1 0  KHZ   Ind u ctan ce   L   0 .47 9  m H   Cap acitance  C   2 7 1 .25  µF   Ind u cto r  Res istan ce   r L   0 .00 2  Ω   ESR of c ap acito r  R C   0 .03  Ω   Peak  to p eak in d u cto r  cu rr en t  ripp le percentag e  2 i L   10%   Rip p le f acto r  o f  p e ak  ou tp u t  v o ltag e  V o   5%   Droo p  Resis tan ce  R d r o o p   0 .6 Ω   Du ty  Cy cle  D   0 .48   K P1   1 .64 6 6   K P2   2   β   0 .95   Dam p in g  Co n stan t    0 .5   Settlin g  T im e   T s   2 .54 6 m s           Figure  4.  Co ntr ol Str uctu re  of  SM C  buck  con ver te r         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   203 0   –   203 7   2034   4.   SIMULATI O N RESULTS   Diff e re nt  dro op  c on t ro l  te chn i qu e s  were  pe rforme d  on  tw o  pa rall el   buck   c onve rters   us i ng   M A TLAB/Si m ulink  a nd  the   outp ut  re su lt s  w ere  recorde d.  To  c ompa re  th e  pe rform anc e  of  S M C  with  PI   a n d  PI D   c ontr oller ’s  diff e ren t  c onve rter  parame te rs  su c h  as   va ry i ng   ca ble  res ist ance,  va r ying  s ource  vo lt a ge  a nd  load  c ha ng e s a re c on si der e d  a t diff e re nt inter vals as  menti oned  in Ta ble  3.       Table  3.   Inp ut  vo lt age  and  l oa d  var ia ti ons at   diff e re nt inter va ls    Tim e (sec) →   0 - 1   1 - 2   2 - 3   3 - 4   Inp u t Voltag e of Co n v erter - 1   100V   100V   110V   100V   Inp u t Voltag e of Co n v erter - 2   100V   110V   100V   100V   Load  Resis tan ce (R L )   1 1 .95   Ω   1 5 .36   Ω   1 1 .95   Ω   1 5 .36   Ω       4.1 PI co nt r oller  w it h s ame c ab le  resis tanc e, dif f eren t  s ourc e  volt age,  an d  dif feren t  l oad   Figure  5  dis plays  t he  l oad  volt age  a nd  ou t pu t   cu rr e nts  w avefor m  of  P I  con t ro ll er   at   diff e ren t  l oad s   11.95  Ω ,  15. 36Ω  an d  varyin g  so urce  volt age s  10 0  V  a nd  110  V .  It  is  obs erv e d  t hat  the   load   volt age   is  al mo st  equ al   f or  di ff e r ent  load s  with  peak   overs hoot s  durin g  loa d  va riat ion s  a nd  outp ut  cu rr e nt  is  3.893  A  f or   11. 95   Ω an d 3.048  A  for   15. 36 Ω . It   is o bs er ve d  tha t t he  co nverte r s under go lar ge  o sci ll at ion s  a t varyin g  c ondi ti on s.         (a)   (b)     Figure  5. Sim ul at ion  r es ults   f or PI  co ntr oller  w it h same ca bl e resista nce   (a)   Loa d v oltage  (b) ou t pu t c urren ts  and l oa d  c urren t  of c onve rters       4.2   PID  c ontr oller  w it h s ame c ab le  resis tanc e, s ame source  volt ag e  and  d ifferen t  lo ad   Figure  6  dis plays  t he  l oad  vol ta ge  a nd  out put  curre nts  wav eform   of  PID  c on t ro ll er   at   dif fer e nt  loa ds   11.95  Ω ,  15. 36  Ω  a nd  eq ual   source   volt ag es  100  V .  It  is   obser ve d  that  the  loa d  vo lt ag e  is  al mo st  e qual   f or   diff e re nt  load s   with  li tt le   disturba nces  du rin g  loa d  va riat io ns   a nd   outp ut  current  is  3.909  A  f or   11.95   Ω  and   3.14   A  f or  15. 36   Ω .  PID  C ontr ollers  only  work   f or   sa me  cable  resist anc es,  same  s ourc e  vo lt age s  bec ause  the   con t ro ll er  gain   values  ar e  tune d  f or   pr e fixe d  val ues  an d  t he  syst em  doe sn ’t  work   for  var ia ble  volt ag es  and  varyin g  ca ble  r esi sta nces.           (a)   ( b)     Figure  6. Sim ul at ion  r es ults  f or PID c ontr oller  with same  c able resist a nce   (a)   Loa d v oltage  (b) ou t pu t c urren ts  and l oa d  c urren t  of c onve rters   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       In vest ig atio n o f l ow vo lt age  D C micro gr i d us ing   sli ding  mode  c on tr ol   ( D.   Sa tt ia nadan )   2035   4.3 SM C with  sa me c ab le  re sista nc e,  diffe rent source  vo lta ge and  dif fe rent l oad   Figure   7  disp la ys   t he   loa d  v o lt age  a nd  ou t put  cu rr e nts  wa ve form   of   S M   c on t ro ll er   at   dif fer e nt  loa ds   11.95   Ω,   15. 36   Ω  a nd  varyi ng  sou rce  volt age s  10 0  V   an d  110  V.  It  is   ob s erv e d  that  t he  l oad  vo lt age   is   equ al   for  di ff e ren t  lo ads  with  no  dis tur ban ces  duri ng   l oad  va riat ion s   an d  ou t pu t   c u r ren t  is  3.954  A  f or   11.95  Ω  and   3.118 A  for 1 5.36 Ω.          (a)   (b)     Figure  7. Sim ul at ion  r es ults  f or S M  c on t ro ll er  with same  c able resist a nce   (a)   Loa d v oltage  (b) ou t pu t c urren ts  and l oa d  c urren t  of c onve rters       4.4   PI contr oller   with   diffe rent   cable  resi s tan ce, dif feren t  s ou rce  volt ag e   an d  dif feren t  l oad   Figure  8  dis plays  t he  l oad  volt age  a nd  ou t pu t   cu rr e nts  w avefor m  of  P I  con t ro ll er   at   diff e ren t  l oad s   11.95  Ω ,  15. 36Ω  an d  varyin g  so urce  volt age s  10 0  V  a nd  110  V .  It  is  obs erv e d  t hat  the   load   volt age   is   al mo st  equ al   for  di ff e r ent  load s  with  peak   overs hoot s  durin g  loa d  va riat ion s  a nd  outp ut  cu rr e nt  is  3.889  A  f or   11. 95   Ω an d 3.045  A  for   15. 36 Ω . It   is o bs er ve d  tha t t he  co nverte r s under go lar ge  o sci ll at ion s  a t varyin g  c ondi ti on s.         (a)   (b)     Figure  8.  Sim ul at ion   res ults  f or PI co ntr oller  w it h dif fer e nt  cable resist a nc e   (a)   Loa d v oltage  (b) ou t pu t c urren ts  and l oa d  c urren t  of c onve rters       4.5   SMC  with   diffe rent c ab le  re sista nc e,  diffe rent source  vo lta ge and  dif fe rent l oad   Figure   9  disp la ys   t he   loa d   volt age  a nd  ou t put  c urre nts  wa ve form   of   S M   c on t ro ll er   at   dif fer e nt  loa ds   11.95   Ω,   15. 36   Ω  a nd  varyi ng  sou rce  volt age s  10 0  V   an d  110  V.  It  is   ob s erv e d  that  t he  l oad  vo lt age   is   equ al   for  di ff e ren t  lo ads  with  no  dis tur ban ces  duri ng   l oad  va riat ion s   an d  ou t pu t   current  is  3.952  A  f or   11.95  Ω  and   3.103 A  for 1 5.36 Ω.    The   res ults  sho wn  in   Table   4,   5,  6,   7  it   ca n  be   justi fie d  t hat  the  SM C   giv es   be tt er  res ults  f or  varyin g  conditi ons  a nd  is  m or e  sta ble   than   P I  a nd  P ID   c ontr ollers.   Dro op  co ntr ol   us in g  PI  co ntr oller  re su lt s  in   pea k  ov e rs h oots  a nd  disturba nces  duri ng   varyin g  so urce  vo lt age   and   l oad   c ha nges  a nd   P I D  c on t ro ll er  reso l ves  the   issue  by  a dd i ng  a   de rivati ve   te rm  but  the   ma in  disa dvanta ge   of  P I D  is  t hat  it   w orks  only  for  sa me  vo lt a ge  a nd   same  cable  res ist ance  beca use   the  s ys te m  pa ra mete rs  a re  a uto tu ne d  in  suc h  a  way  that  the  s ys te m  wor ks   on l y  for  fixe d  val ue s.   These  distu r ban ce s  in  PI   a nd   PID  res ults  in  poor  volt ag e  regulat ion,  imp roper   l oad   s har i ng   and circ ulati ng curre nt issue s.  SM C  off e rs be tt er volta ge reg ulati on  a nd  minimi zes th e  cir culat ing   cu rr e nt s.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   203 0   –   203 7   2036     (a)   (b)     Figure  9. Sim ul at ion  r es ults  f or S M  c on t ro ll er  with  diff e re nt cab le   resist a nce   (a)   Loa d v oltage  (b) ou t pu t c urren ts  and l oa d  c urren t  of c onve rters       Table  4.  R 1 =  0.1 Ω,  R 2 = 0.1  Ω , R L = 11. 95 Ω,  T=  0 - 1s  a nd  2 - 3s ,   P=1 92W     V 1   V 2   V L   I 1   I 2   I L   PI   4 6 .72   4 6 .72   4 6 .52   1 .94 7   1 .94 7   3 .89 3   PID   4 6 .71   4 6 .71   4 6 .50   1 .95 4   1 .95 4   3 .90 9   SMC   4 7 .44   4 7 .44   4 7 .25   1 .97 7   1 .97 7   3 .95 4     Table  5.  R 1 =  0.1 Ω , R 2 =  0.1 Ω , R L =  15.36 Ω , T= 1 - 2s  and 3 - 4s , P= 15 0W     V 1   V 2   V L   I 1   I 2   I L   PI   4 6 .96   4 6 .96   4 6 .81   1. 524   1 .52 4   3 .04 8   PID   4 6 .94   4 6 .94   4 6 .78   1 .57   1 .57   3 .14   SMC   4 8 .05   4 8 .05   4 7 .9   1 .55 9   1 .55 9   3 .11 8         Table  6.  R 1 =  0.1 Ω , R 2 =  0.15 Ω, R L =  11. 95  Ω,  T= 0 - 1s a nd 2 - 3s , P= 19 2W     V 1   V 2   V L   I 1   I 2   I L   PI   4 6 .68   4 6 .76   4 6 .48   2 .00 4   1 .88 5   3 .88 9   SMC   4 7 .43   4 7 .52   4 7 .23   2 .01 2   1 .94   3 .95 2         Table  7.  R 1 =  0.1 Ω,  R 2 = 0.1 5 Ω , R L = 15. 36  Ω, T=  1 - 2s  and 3 - 4s , P= 15 0W     V 1   V 2   V L   I 1   I 2   I L   PI   4 6 .93   4 6 .99   4 6 .77   1 .58 5   1 .46   3 .04 5   SMC   4 7 .82   4 7 .89   4 7 .66   1 .56 6   1 .53 7   3 .10 3         5.   CONCL US I O N   In  this   pap e r,  di ff ere nt  c ontr ol  te ch niques   f or   co ntr ol li ng  a   l ow  vo lt a ge  micro gr i d  we re   de sign e d  an d  simulat ed  us in g  M A TLAB/S imuli nk.  T he  t est   cases  we re   recor ded  by  va ry i ng  dif fer e nt   par a mete rs  a nd  th e   ou t pu t  cha racteri sti cs   we re  c ompare d.  T he  PI   a nd  P ID   c ontr ol  meth ods  offer  a  sim pler   co ntr ol  s ys te m  tha n  th e  S M C  method  an d  al s o  offer  faste r  operati on  but  ca us e  pea k  over sh oots  an d  i nc rease  i n  set tl in g  ti m e   durin g  t he  sta r t  an d  ca us e  sli gh t   distu r ban c es  in   the  outp ut  vo lt age   a nd  loa d  c urren t   durin g  va riat i on s  i n  so urce   volt age   an d  loa d.  T he   pr opos e d  S M C  dro op  c ontr ol  met hod  offer s   a   bette r   sta ble   res ponse   by  el imi nating  t he  p ea k ov e rs hoot s and  os ci ll at i on s  w it hout aff ect ing  th e s ys t em.       REFERE NCE S   [1]   Huang  Jiayi,  Ji ang  Chuanwe n   and  Xu  Rong ,   “A  rev i ew  on   distr ibut ed   en er gy  resourc es  an d  Microgr id . ”   Re newab le   and   S ustainabl e   Ener gy  Revi ews ,   vol .   12 ,   no . 9,   pp.   24 72 - 2483,   De c. 2 008.     [2]   Ivá n  Pa tra on,   E mi li o   Figuer es,   Gabri el  Gar ce rá   and   Raú l  Gonz ál e z - Medina,   “ Microgr id   arc h itect ur es  for   low   volt ag e  distr ibuted  gen erati on. ”  Re newab le   and   Sustainabl e   Ener gy  Revi ews ,   vol .   4 3 ,   no .   9 ,   pp .   4 15 - 424,   2015 .   [3]   M.  Le xu en,   S.   Qobad,   D.  Ful wani,   F,   Fulwa ni,   and  J.  Jos e p,   “R evi ew  on   cont rol  of   dc - mi cro grid ”,   I EEE   Eme rging,  S elec . ,   vol .   5 ,   no .   3 .   pp .   928 -   948,   Sept. 2017.   [4]   Dong  Chen  an d  Li e   Xu,  “AC  and  DC  Micr ogrid  with  Dist ribut ed  Ene rgy   Resourc es, ”   Tec hnologi es  and   Appl ic a ti ons  for  Smar t  Charging  of  E le c tric and  P lug - in  Hybrid   V e hic l es , 2018   [5]   Li yue   Zh ang,  We i li ang   Zha ng ,   Fan zhe ng   Ze n g  and   Xiong zhen  Yang ,   “A   Re vie w  of   Con trol  Stra te gi es  in   DC   Microgr id.”  IOP   Confe ren ce J ou rnal  of Phy sics ,   vol.   1087 ,   no .   4 ,   2018.   [6]   Rodrigo  A  F.  Ferre ira 1 ,   Henri qu e  AC.  Brag a1,   Andre  A  Ferre ir a1  and  Pedro  G.   Barbosa 1 ,   “Ana lysis  of  Volta g e   Droop  Control  Method  for  dc  Microgr ids  with  Simul ink :   Modell ing  an d  Simul a ti on. ”   10th  IE EE /I A S   Inte rnational   Co nfe renc e  on   In du stry  Applications,   Nov.   2012 .   [7]   E. G  Sheh ata,  Jea n  Tho ma s,   R. M .   Mos ta fa   and  M . A.  Ghal ib,  “An  I mprove d   Droop  Control   for  a   Lo w  Volta g e   DC  Microgr id  Oper a ti on. ”  Tw entiet h   Inte rnational   Mi ddle   East  Pow er  Syste ms   Conf ere nce (MEPCON),  De c. 2018.   [8]   Girish  G.   T al ap u r,   H .   M.   Surya wanshi,   Am ard e ep  B .   Shi tol e ,   R ohit   R .   Deshmu kh,   and   M.  S .   B al l al ,   “Ma ster - Slave   Contro l  b ase d  Reliable  Micro - Grid  wit h  Bac k - to - B ac k   Volta ge  Sourc e   Convert er  as  Master   DG . ”  43 rd   annual  con fe ren ce   o f  I EE E   Indus trial   E lectronic s   Soci t y  (IE CON) ,   Nov.  2017 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       In vest ig atio n o f l ow vo lt age  D C micro gr i d us ing   sli ding  mode  c on tr ol   ( D.   Sa tt ia nadan )   2037   [9]   Danie l   Z ammit,   Cyril  Spite r i   Staines,  M aur ice   Apap  and   Alex ander  Mic al l ef,  “Alte rna ti v e  Droop   C ontrol  Method   using  a   Modified  La g   Comp ensa tor  for   Para ll e le d   Converters  in   D C  Microgr ids . ”   6 th  Int ernati onal   Confe renc e  on   Control,   De ci sio n  and  Info rm ati o n  Technol og ie s ( CoDIT ’19),   April  2019.   [10]   Sikande r  Al i, T a ng  Shengxue, Z h ang  Jianyu ,   Ahm ad  Ali   and   Ars had  Nawaz “ An I m ple m ent a ti on  of   Para llel  Bu c k   Convert ers  for  Comm on  Lo ad   Sharing  in  D C  Microg rid ”,  ww w.m dpi. com/ journa l/inform ation   , vol .   10 , no.   91, 2019.   [11]   D.  Zammit,   C .   S.  Stai nes ,   M.  Apap  and  A.  M ic a ll ef ,   “ov erv i e w  of  buck  and   boost  conve rt ers   mode l li ng  and  cont rol   for  st and al one   dc   microgr id   oper at ion ”  Of f shor e  Ene rgy   & Storage  Symposi um,  OSES,  Jul y  2016.   [12]   Vinu  Tho ma s,   Kumar avel   S.   a nd  As hok  S,   “C ontrol  of   Para l lel  DC - DC   Conve rte rs  in   a   DC   Microgr id   Us ing  Virtua l  Outpu t  Impe dan ce   Me t hod”,   2 nd   Inte r nati onal  Con fe r enc e   on  Ad van ce s  in  El e ct ri c al,   E lectronic s,  Information,   Co mm unic ati on  an d  Bi o   Informati c s (A EE IC B),  Feb .   2016 .    [13]   D.  Zammit,   C.   S.  Sta ine s,   M.  Ap ap  and   A.  Mi ca l l ef,   "P ar al l el ing   o f  buck  conve r te r s  for  DC  microg rid  oper at ion , "  Inte rnational   Co nfe renc e  on   Con trol,   De ci sion   an d  Information  Te chnol ogi es ,   St .   J uli an's,   2016.   [14]   Sijo  Augus ti ne,  Mahe sh  K.  Mi shra  and  N.  L a kshmina rasa mma,   “Ad apt iv e  Droop  Control   Str at egy  for  Loa d   Sharing  and   Cir cul a ti ng   Curre n t   Mini mi z at ion   in   Low - Volt age  St anda lon e   DC  Mi cro grid”  I EE E   T rans act ions  on   sus t ainabl e ene r gy ,   vo l. 6, no. 4 ,   Jan.   2015 .   [15]   Vahidr eza   Nasir ia n,   Ali   Davo ud i,  Frank   L .   Le wi s  and   Jos ep  M .   Guerre ro,  “Distr ibut ed   Adapt ive  Droop  Control   for  DC Distri but ion  Sys te ms. ”  I E EE   Tr ansacti ons   on  en ergy   conve rs ion,   vol. 29, n o.   4 ,   De c. 2014.   [16]   Amir  Khors a ndi ,   Mojta b a  As hourloo1  Hos sein  Mokhtari   and   R ez a   Ira van i,  “Au tom atic   droop   c ontrol   for  a  low  volt ag e  DC m ic r ogrid. ”   IET  Gen erati on,   Tr ansm ission and  Distri buti on.   v ol .   10 ,   no. 1,   pp.   41   –   47 ,   Jan .   2016 .   [17]   Gane sh  R,   G ayadhar  Panda   and   Ranga babu   pe esa pati,   “Ha rdwar e - in - loop   Imple me nt at ion   of  an   Adapti ve   Droop  Control   Stra te gy   f or  Eff e ct iv e  L oad  Sharing  in  DC  Microgr id.”   IEE E   6th  Int er nati onal  Conf er enc e  on   Powe r  Syste ms   (ICPS) ,  Marc h  2016 .   [18]   Avisha  Ta h   and   Deba pri ya   Das,   “An  Enha n ce d   Droop  Control  Method  for   Acc ura te  Lo ad  Shar ing  and   Volt age  Improve m ent   of   Isolat ed  and  Int erc onne c t ed  DC  Microgr ids.”   I E EE   Tr ansacti ons  on  sus tai nable   ene rgy ,   vo l.   7 ,   no.   3 ,   pp .   1194   -   1204 ,   July 2 016 .   [19]   Panbao  Wa ng ,   Xiaona n   Lu ,   Xu  Yang,  W e i   Wa n g  and   Di anguo   Xu,  “An   Imp rov ed  Distr ibut ed   S ec ondar y   Con tro l   Method  for   DC   Microgr ids  wi th   Enha nc ed   Dyna mi c   Cur r ent  Sha ring  Perfo rma n c e. ”   I EE E   Tr ansacti ons   on   power  el e ct ronics ,   vol .   31,   no .   9 ,   pp .   66 58   -   6673   Sept.  2016 .   [20]   Guangyua n  L iu,  Tom m aso  Cal d o gnet to ,   Paolo   Matt av el l i  and   Paolo  Magnon e,   “Power - Based  Droop  Control   i n   DC  Microgr ids  Ena bl ing  Sea ml ess  Disconne ct i on  fro m  Up strea m  Grids . ”   IEE E   Tr ansacti ons  on  power   el e ct ronics ,   vol .   34,   no .   3 ,   pp .   20 39   –   2051 ,   Mar c h  2019.   [21]   Jafa r   Mohamma d  and   Firou z   B ad rkha ni   Aj ae i ,   “Im prove d   Mod e - Adapti v e   Droop  Contro l   Strategy  fo r   the  DC   Microgr id.”  I EEE  A ccess ,   vol .   7 ,   no.   6,   pp.   8 6421   –   86435 ,   June   2 019.   [22]   Fang  Chen,  Rol ando  Burgos,   Dus han  Boroyevich,  Juan  C .   Vas quez ,   and   Jos ep   M.  Guer rer o ,   “ Inve stigation  o f   Nonline ar   Droo p  Control  in   DC  Pow er  Distribu t ion  Sys te ms:   Lo ad  Sharing ,   Vo ltage  R egulati on ,   Effici en cy,  and   Stabi lity. ”  I EE E   Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs,   vol .   34 ,   no .   1 0,   pp .   9404   –   94 21,   Oct .   2019 .   [23]   P.M.  Meshram   a nd  Rohit   G.   Kon oji a ,   “T uning   of   PID   Control ler  u sing  Ziegl er - Nic hols  Method   for   Speed  Cont rol  of  DC   Motor. ”   I EE E -   In te rnatio nal  Con fe renc e   on  Ad vances  in   Engi ne ering,  Sc i enc e   and   Manag eme nt   (ICA ESM  - 2012),   Mar ch  2 012.   [24]   Siew - Chong  Tan,  Y.  M.   Lai  an d  Chi  K.  Tse ,   “ A  Unified  Approac h  to   the  Desi gn  of  PWM - Base d  Slidi ng - Mod e   Volta ge   Controllers  for   Basic  DC - DC  Converters  in  Con ti nuo us  Conduct ion   Mode. ”   IEEE  T rans act ions   on  Circui ts and   Sys te ms — I:  Re gula r P apers ,   vo l. 53 ,   no .   8 ,   pp .   1816   –   1827,   Aug.  20 06.   [25]   Syed  Ali   Ak bar   Hus sainy,  Revant  Gangul i   Ta nd on  and   Saura v   Kumar ,   “PWM  Based  Slid ing  Mode  Control  o f   DC - DC  Convert ers. ”  In te rnatio nal  Confe ren ce  on  Adv an ce s  i n  Powe r  Conv e rs ion  and  Ene rgy  Technol og ie s   (AP CET),   Aug. 2012.   [26]   Le onar dy   Setyaw an,   W ang  Pe ng  and  Xiao   Jianfa ng ,   “I mple me nt at ion  of   Slidi ng  Mode   Control   in   DC   Microgr ids.”  9th   IEEE  Conf ere n ce   on   Industrial   El e ct ronics  and   Appl ic a ti ons,   June  2014.   [27]   Kruti.  R.   Jos hi  and  Hard ik  V.   Kanna d,   “De sig n  of  Sl idi ng   Mode  Contro l  fo r  BUCK   Convert e r. ”   Inte rnat ional   Journal  of   Ad va n ce d  Re search   i n  Elec tri cal,  E lectronic s and   In st rum ent ati on  Eng ine ering ,   vol .   4 ,   no.   5 ,   2015 .   [28]   A.  Kart hik aye n i,  S.  Ramapra sa th   and  P.   Rameshbabu,   “Mode li n g   and  Simu la t io n  of  PWM  Base d  Slidi ng  Mode   Volta ge  Con troller  for  Boost  Co nver te r  in  Conti nuous  Conduct i on  Mode. ”  In te r nati onal  Conf ere nce   on  C ircui t ,  Powe r and  Com puti ng  Te chnol o gie s [ICCPCT] ,   Marc h  2015 .   [29]   M.  Rashad ,   U.   Raoof  and   B.   A shfq,  “Proporti o nal  Loa d   Shar in g  and   St abi l it y   o f  DC   Microgr id   with  Distr ibut ed   Archi tectur e   Us i ng  SM   Control l e r”,   Math.,  In   En g. ,   pp.   1 – 16,   Jan   2018.   [30]   Sandee p  Ty agi   and  Gari m a  Ver ma ,   “Sim ul ation   and  Analysis  o f  DC - DC  Boost  Convert er   Us ing  Slidi ng  Mode   Control le r   und er   Vari able   C onditions . ”   in   IOSR   J ournal  of   El e ct ri cal  and   Elec tronic s  Engi ne ering   (IOSR - JE E E ),  vol.   13 ,   no .   1 ,   pp .   33 - 41 ,   Jan .   201 8.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.