I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS )   Vo l.   1 2 ,   No .   3 Sep tem b er   202 1 ,   p p .   1 5 0 5 ~ 1 5 2 0   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 2 .i 3 . pp 1 5 0 5 - 1 5 2 0           1505       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Perf o rma nce  imp ro v ement of  d ece ntralized  co ntrol  for  bidirectiona l con v erte rs in  a DC  m icro - g rid       Sey ed  M o j t a ba   Abba s i,  M eh di Na f a r,   M o hs en  Sim a   De p a rtme n t   of   El e c tri c a E n g i n e e rin g ,   M a rv d a sh t   Bra n c h ,   Isla m ic   Az a d   Un iv e rsity ,   M a rv d a sh t,   Ira n       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   3 0 ,   2 0 2 1   R ev is ed   J u l 3 ,   2 0 2 1   Acc ep ted   J u l 1 4 ,   2 0 2 1       In   th is   p a p e r,   u si n g   a   n e u ra l   c o n t ro ll e r   a n d   a   g e n e ti c   o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m   to   c o n tr o l   th e   v o lt a g e   as   we ll   a s,   c o n tro l   th e   fre q u e n c y   of   th e   g r id   a lo n g   wit h   th e   m a n a g e m e n t   of   th e   re a c ti v e   p o we r   of   t h e   m icro - g ri d   to   c o n tro l   th e   o u tp u t   p o we r   d u rin g   islan d in g   u si n g   S i m u lt a n e o u s   b il a tera l   p o we r   c o n v e rters   with   v o lt a g e / fre q u e n c y   d r o o p   stra teg y   a n d   o p ti m iza ti o n   of   PI   c o e f ficie n ts   of   p a ra ll e l   p o we r   c o n v e rters   by   g e n e ti c - n e u ra l   m icro - g ri d   a lg o rit h m   to   su p p re ss   AC   sid e - c u rre n t   flo w   t h a t   i n c re a se s   sta b il it y   a n d   im p ro v e m e n t   of   c o n d i ti o n s   fre q u e n c y   a n d   v o lt a g e   a re   d isc u ss e d .   G iv e n   th e   p e rf o rm a n c e   of   th e   m icro - g rid   in   two   sim u lati o n   sc e n a rio s,   n a m e ly   tra n siti o n   fro m   on - g rid   to   o ff - g ri d ,   th e   o c c u rre n c e   of   a   ste p   c h a n g e   in   l o a d   in   islan d   m o d e   as   we ll   as   re tu rn   to   wo rk i n g   m o d e   is   c o n n e c ted .   Th e   a b il it y   to   d e tec t   th e   ro b u st   p e rfo r m a n c e   a n d   p ro p e r   p e rfo rm a n c e   of   two - l e v e l   n e u ra l   c o n tr o ll e r.   Th e   c o n tro ll e r   p e rfo rm a n c e   ti m e   wa s   a lso   v e ry   g o o d ,   in d ica ti n g   t h e   a p p r o p riate   fe a tu re s   of   th e   m e th o d   u se d   to   d e sig n   t h e   c o n tro ll e r,   n a m e ly   tw o - lev e l   n e u ra l ,   g e n e ti c s.   Th e   m a in   a d v a n tag e   of   t h is   m e th o d   is   its   sim p l icity   of   d e sig n .   T h e   m e th o d   u se d   is   a lso   e fficie n t   a n d   re sista n t   to   c h a n g e s   in   th e   sy ste m ,   wh ich   re su lt s   fro m   th e   sim u lati o n s.   K ey w o r d s :   DC   m icr o - g r id     C ir cu latin g   cu r r en   C o n v er ter     Po wer   allo ca tio n     Vo ltag co n tr o l   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Me h d i N af ar   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   Ma r v d ash t Bra n ch   I s lam ic  Aza d   Un iv er s ity ,   Ma r v d ash t,  I r a n   E m ail: m n af ar @ m iau . ac . ir       1.   I NT RO D UCT I O N   In   r ec en t   y ea r s ,   m u ch   atten ti o n   h as   b ee n   p ai d   to   m icr o - g r id   s   in   d is tr ib u ted   n etwo r k s   an d   th e   p r esen ce   of   th is   tech n o l o g y   h as   ch an g ed   t h e   n atu r e   of   d is tr ib u tio n   n etwo r k s .   Kai  et  a l.   [ 1 ]   d ea ls   with   v o ltag e   co n tr o f r o m   th p o in o f   v iew  o f   th d is tr ib u tio n   m ic r o - g r id   o p er ato r   with   th aim   o f   m in i m izin g   lo s s es.  T h g en er al  s y s tem   u n d er   s tu d y   b y   Xia  et  a l.   [ 2 ]   is   as  f o llo ws:   Sev er al  m icr o g r id s   ar e   co n n ec ted   to   th m a i n   n etwo r k   b y   co n v e r ter s .   Dy n a m ic  Plan n in g   Alg o r ith m   is   u s e d   to   ca lcu late  is lan d   v o ltag p r o f iles   o f   m icr o - g r id   co n n ec tiv ity   to   elec tr ic  v e h icles  in   o r d er   to   im p r o v v o ltag co n tr o an d   m ax im ize  p o we r   b y   p a r ticle  s war m   alg o r ith m   [ 3 ] .   On   th b asis   o f   th tr ad itio n al  f u zz y   PI  co n tr o ller ,   th d o u b le  f u zz y   PI  co n tr o ller   is   r ea lized   b y   ad d in g   t h s u b   f u zz y   c o n tr o lle r ,   wh ich   g e n er ates  th au x iliar y   co r r ec tio n   o f   PI  p ar a m eter s   d u to   th e   AC   s id e   v o ltag v ar iatio n   an d   DC   s id g iv en   v o ltag v ar iatio n   o f   th r ev er s ib le  th r ee - p h ase  PW co n v er ter   [ 4 ] .   C o n s id er atio n   o f   DG  f o r   s h o r t - ter m   is lan d   m icr o - g r id   s tu d ies  s ee m s   m o r f ea s ib le  [ 5 ] .   I n   ad d itio n   to   th e   co n tr o o f   t h v o ltag a n d   f r eq u en cy   co n tr o o f   th is lan d ed   m icr o g r i d ,   it  is   also   i m p o r tan to   ca r ef u lly   an aly ze   th e   d y n a m ic  an aly s is   o f   th m icr o g r id   s y s tem   th at  d o m in ates  th lo f r eq u en c y   m o d es  o f   th s y s tem   lar g ely   af f ec ted   b y   th p er f o r m an ce   o f   th e   in v er ter ' s   p o wer   s h ar in g   m ec h an is m   [ 6 ] .   T h i s   u n it  co n tr o ls   th e   p er f o r m an ce   an d   p r o tectio n   o f   m icr o - g r i d s   with   r eg ar d   t o   th s tate  o f   d is p er s ed   p r o d u c tio n   r eso u r ce s   [ 7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   150 5     152 0   1506   W an g   et  a l.   [ 9 ]   a n aly ze s   th e   f lo p ath   in   a   p a r allel  two - wa y   p o wer   c o n v er te r   s y s tem   a n d   co n tr o ls   c o n tr o l   s tr ateg y   o f   to tal  an d   d i v er g e n co n tr o l.  Fo r   asy m m et r ic  p o w er   g r id   co n d itio n s ,   co n t r o s tr ateg y   is   p r o p o s ed   to   in cr ea s th ab ilit y   to   tr an s m it  ac tiv p o wer   with o u o s cillatin g   cir cu latio n   cu r r e n t.  T h is   s tr ateg y   m ain ly   f o cu s es  o n   th p o s itiv an d   n eg ativ co m p o n en ts   o f   th s e q u en ce ,   b u d o es  n o co n s id er   th ze r o   s eq u en ce   co m p o n en ts   th at  ca n   ex is a m o n g   p ar allel  co n v er ter s .   An   im p r o v ed   s ec o n d ar y   d is tr ib u tio n   co n tr o m eth o d   b ased   o n   lo b an d wid th   co m m u n icatio n   s y s tem   f o r   DC   v o ltag r ec o v er y   an d   ass u r an ce   o f   DC   cu r r en t   d is tr ib u tio n   ac cu r ac y   is   p r esen ted   in   [ 1 0 ] .   T h p r o p o s ed   co n t r o m eth o d   co n s is ts   m ain ly   o f   th r ee   co m p en s ato r   co n tr o ller s   p r o p o r tio n al   to   th in teg r al   u s ed   t o   c h an g e   th e   v o ltag e   an d   ad j u s th s lo p e   o f   th e   cu r v e .   T h tu n in g   p a r am eter s   ( KP,  Ki)   o f   PI  co n tr o ller   f o r   t h r ee - p h ase  v o ltag r e g u lato r   is   d esig n ed   u s in g   PS alg o r ith m   in   [ 1 1 ] .   T h PS alg o r ith m   a n d   I T SE  as  f itn ess   f u n ctio n   is   in teg r ated   to   f in d   th o p tim al  tu n in g   b ased   o n   th n o n lin ea r ity   b eh av io u r   o f   ea ch   co m p o n en in   th s y s tem   with o u d ep en d i n g   o n   th a n aly tical  m eth o d   f o r   lin ea r izin g   th s y s t em   wh ich   ca n n o t e n s u r e   th b est co n tr o l p er f o r m a n ce   T h v o ltag an d   f r e q u en c y   o f   th m icr o g r id   ar d eter m in e d .   W h en   th m icr o g r id   is   d is co n n ec ted   f r o m   th m ain s   an d   o p er ates  i n   is lan d   m o d e ,   th co n tr o s tr ateg y   m u s b c h an g e d   to   p r o v id r ef e r en ce   f o r   f r eq u e n cy   a n d   v o ltag e   [ 12 ] .   d r o o p   c o n tr o s ch em e   is   g e n er ally   u s ed   b y   p ar allelin g   m u ltip le  in v er ter s   [ 13 in   wh ich   th v o ltag an d   f r eq u en cy   o f   ea c h   in v er te r   ar ad ju s ted   in   o r d er   to   co n tr o th ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer .   B y   way   o f   th in d u s tr ial  d ev elo p m en t,  co n tr o o b ject s   k ee p   g ettin g   m o r e   co m p licated ,   p ar ticu la r ly   f o r   th u n k n o wn   p a r am eter s   o r   s l o v ar iatio n s   in   lar g d elay ,   tim e - ch an g in g ,   n o n - lin ea r   c o m p licated   s y s tem s ,   with   r an d o m   in ter f er e n ce   o r   d elay .   Ho wev er ,   T h Pro p o r tio n al  I n teg r al  De r iv ativ ( PID )   co n tr o h as  s im p le   s tr u ctu r an d   lin ea r   b e h av io r .   Mo r eo v er ,   it  g i v es  ac ce p tab l p er f o r m a n ce   f o r   s ev er al  in d u s tr ial  ap p licatio n s   [ 1 4 ] Am b r is h   ex p lain ed   th at   th co n v en tio n al   tu n in g   m eth o d s   h av e   v er y   lim ited   ca p a b ilit y   wh ich   f u r th er   d im in is h es  in   ca s th ex p licit  m ath em atica m o d el   is   n o av ailab le  [ 1 5 ] .   An d er   et  a l.   [ 16 ]   h ig h lig h ts   th r o le   o f   p o we r   elec tr o n ics  in   m icr o g r id s ,   esp ec ially   in v e r ter   v o ltag s o u r ce s ,   an d   in tr o d u ce s   p r ec is m eth o d   as  a   p r ec is an d   p r o v en   ap p r o ac h   t o   co n tr o llin g   m icr o g r id s .   GA - PID   co n tr o ller s   wer s im u lated   with   MA T L AB ,   an d   th GA  o p tim is atio n   m et h o d   u s ed   to   o p tim is th m e m b er s h ip   f u n ctio n   an d   g ain s   o f   th ass o ciate d   PID   co n tr o ller   in   [ 1 7 ] .   T h p e r f o r m an ce   o f   th e   GA - PID   in   DC - DC   b u ck   co n v er ter   was  in v esti g ated   b y   s im u lati n g   an d   an al y s in g   m ax i m u m   o v e r s h o o t,  p ea k   tim e,   a n d   s tead y   s tate  tim b ased   o n   I SE,   I AE ,   I AT E   an d   MSE   C r iter ia.   I n   th is   r esear ch ,   th m icr o g r i d   p r esen ted   in   [ 18 ]   h as  b ee n   u s ed   with   s o m ch an g es  in   p r o d u ctio n   r eso u r ce s   an d   tim es  in   o r d er   to   ev alu ate  th p r o p o s ed   m eth o d   f o r   f r e q u en c y   co n tr o l.  T h s in g le - lin d iag r am   o f   th test   s y s tem ,   s h o win g   th at  ea ch   lo w - v o ltag m icr o g r id   is   co n n ec ted   to   th m ain s   b y   s tatic  s witch I t   in clu d es  lo ad s ,   co n tr o llab le  a n d   u n co n tr o llab le  s o u r ce s   as  well  as  s to r ag d ev ices  ( f ly w h ee ls   with   b atter ies ) .   An   im p r o v ed   s ec o n d ar y   d is tr i b u tio n   co n t r o m eth o d   b ased   o n   an   L B C   s y s tem   is   p r esen ted   f o r   DC   v o ltag r ec o v er y   an d   ass u r an ce   o f   th e   ac cu r ac y   o f   DC   cu r r en d is tr ib u tio n .   T h p r o p o s ed   co n tr o l   m eth o d   is   m ain ly   co m p o s ed   o f   t h r ee   p r o p o r tio n al - in teg r al  ( PI)   co n tr o ller s   th a ar u s ed   to   ch a n g t h v o ltag an d   ad ju s th e   s lo p d r o p   o f   th c u r v e   [ 1 9 ] .   All  o f   th ese  co n tr o l   s tr ateg ies  f o r   th DC   g r i d   ar e   m ai n ly   f o cu s ed   o n   th e   is lan d ed   m o d e,   n eg lectin g   th e   g r id - co n n ec ted   m o d e.   n ew   id ea   th at  ca n   b ad d ed   to   th i s   ty p o f   P DC - v DC 2   d r o o p   co n tr o l   [ 2 0 ]   is   s y s tem   f r eq u en c y   ad a p tatio n ,   wh ich   d e m an d s   r e d esig n   o f   th e   P DC - v DC 2   d r o o p   c o n tr o l.   I n   [ 2 1 ]   T h o v e r all  s tr u ctu r o f   th m icr o g r i d   ex am in e d   in   th i s   m icr o g r id   in clu d es  p h o to v o ltaic  s y s tem ,   f u el  ce ll  a n d   b atter y   as  e n er g y   s to r ag e.   T h ese  d is tr ib u ted   g e n er at io n   s o u r ce s   ar e   co n n ec ted   to   a   7 0 0 - v o lt  b u s   v ia   DC - to - DC   co n v er ter .   T h d ir ec tio n   o f   p o wer   in   th p h o to v o ltaic  s y s tem   an d   th b atter y   is   o n e - way ,   b u th e   DC - to - DC   co n v er ter   o f   th b atter y   will  h av a   two - way   co n v er ter   d u to   its   f u n ctio n   o f   en er g y   s to r ag e.   R o s er o   et   a l.   [ 2 2 ]   s p ec if ies  th allo ca tio n   o f   ac tiv p o wer   a n d   f r e q u en c y   r eg u latio n   in   th e   d r o p - d o wn   c o n tr o l   m eth o d   f o r   in d e p en d e n m i cr o g r id s   u n d e r   elec tr ical  an d   co m m u n icatio n   er r o r .   I n   th AC   m i cr o g r id ,   f r eq u e n cy   co n tr o is   p er f o r m ed   in tellig en tly   b y   th p s o   a lg o r ith m   u s in g   f u zz y   ad ju s t m en [ 2 3 ] .   Sev er al   m icr o g r id s   ar e   co n n ec ted   to   t h m ain   n etwo r k   b y   co n v er te r s   in   [ 2 4 ] .   T h o u tp u o f   t h ese  co n v er te r s ,   wh ich   ar co n n ec ted   b y   lin es  with   Z - im p ed an c e,   was  o f   DC   ty p e,   b u th e   m icr o g r id s   th em s elv es  ar o f   AC   ty p e   an d   ar co n tr o lle d   b y   Dr o p   c o n tr o l .   B asic  s y s tem   in f o r m atio n   s u ch   as  DC   lin k   v o ltag an d   m ic r o g r id   f r eq u en cy   is   s en to   th Dr o o p   co n tr o ller .   T h is   s tr u ctu r co n s is ts   o f   b i p o lar   b r id g th y r is to r ,   DC   lin k   ca p ac ito r ,   L   s elf ie  f ilter .   T u n g ad io   s h o ws  th at  e x ce s s   en er g y   p r o d u ce d   b y   th e   p h o t o v o ltaic  s y s tem   is   s to r e d   in   th e   b atter y ,   an d   wh en   th p r o d u ctio n   o f   th p h o to v o ltaic  s y s tem   d ec r ea s es,  th b atter y   will  b r esp o n s ib le  f o r   p r o v id in g   elec tr ical  en er g y   [ 2 5 ] .   I f   th e   SOC   o f   th b atter y   is   less   th an   ce r tain   v alu e,   th f u el  c ell  also   en ter s   th e   n etwo r k   an d   th task .       2.   M O DE L I NG   AN F O RM U L AT I O N   T h o v e r all  s tr u ctu r o f   th m icr o - g r id   in v esti g ated   in   t h p ap er   is   illu s tr ated   in   Fig u r 1 .   I co n tain s   p h o to v o ltaic  s y s tem ,   f u el   ce ll  an d   b atter y   as  p o w er   g en er atio n   an d   en er g y   s to r ag s y s tem .   T h ese   d is tr ib u ted   g en er atio n   s o u r c es  ar co n n ec ted   to   th 7 0 0 - v o lt  b u s   v ia  th DC - to - DC   co n v er ter .   T h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f d ec en tr a liz ed   co n tr o l fo r   b id ir ec tio n a l c o n ve r ters   … ( S ey ed   Mo jta b a   A b b a s i )   1507   d ir ec tio n ality   o f   th p h o to v o ltaic   s y s tem   is   o n e - way ,   b u t   th DC - to - DC   b atter y   co n v er ter   h av b i - d ir ec tio n al  co n v e r ter   d u to   its   en er g y   s av in g   f u n ctio n .   T h ex tr en er g y   g en er ated   b y   th p h o to v o ltaic   s y s tem   is   s to r ed   in   th b atter y ,   an d   w h en   th e   p h o to v o ltaic  s y s tem   o u tp u t   is   r ed u ce d ,   th e   b atter y   will  h av th e   p o wer   to   s u p p ly   elec tr icity .   I f   th b atter y   SOC   is   lo wer   th an   th s p ec if ied   am o u n t,  th f u el  ce ll  co n n ec ted   to   g r id   a n d   will  h av t h task   o f   r ec h ar g in g   th e   b atter y   an d   s u p p ly in g   p ar o f   t h lo a d .   T h D C   to   AC   co n v er te r   co n n ec ts   th v o ltag p r o d u ce d   in   th DC   b u s   to   th AC   g r id   o r   lo ad s .           Fig u r 1 .   T h m icr o - g r id   s tu d i ed       3.   CO NT RO L   M E T H O D   I n   th f o llo win g ,   th co n tr o m eth o d   is   d escr ib ed   to   s u p p r e s s   th cir cu latio n   cu r r en b y   a p p r o p r iately   d eter m in in g   th t r an s v er s p o les  o f   th co n tr o co n v er s io n   at  s tab le  p o in t.  I s h o u ld   b n o ted   th at  wh e n   co n n ec ted   t o   th g r id ,   m ai n tain in g   th p r o p er   v o ltag an d   f r eq u en cy   p r o f iles   an d   its   s tab ilit y   is   p r o v id e d   b y   th m ain   g r id .   Acc o r d in g l y ,   t h in v er ter s   in   th m icr o - g r id   ar co n tr o lled   in   s u ch   way   th at  th ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   ar e   in jecte d   in to   th e   m icr o - g r id   b y   DGs.  T h o u tlin e   o f   th e   p r o p o s ed   co n tr o is   p r esen te d   i n   th f o llo win g   Fig u r 2 .     B ase  o n   Fig u r e   2 ,   T h c u r r en an d   v o ltag o f   th t h r ee - p h ase  g r id   ar t h en   co n v er t ed   to   d q   co m p o n en ts   an d   co m p ar ed   w ith   th r ef er en ce   v alu es  o b tai n ed   f r o m   th r ef e r en ce   an d   r ea ctiv p o wer .   T h e   d if f er en ce   b e twee n   th e m   is   m in im ized   b y   PI  co n tr o ller th co n tr o ller   o u tp u t,  af ter   s witch in g   to   th r ee - p h ase   m o d an d   p ass in g   th r o u g h   a   p u ls wav g en er at o r ,   p r o v i d es   th co n tr o s ig n als  n ee d ed   to   c o n tr o th e   in v er ter .   So ,   th e   in v er ter   with   t h p u ls es  p r o v i d ed   d u r i n g   s p ec if ic   p r o ce s s   f o r ce s   th e   ex is tin g   DGs  to   f o llo w   th eir   o u tp u p o wer ,   th e   P ref   an d   Q ref  v alu es.           Fig u r 2 .   T h co n tr o l f r a m ewo r k   o f   th p r o p o s ed   m eth o d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   150 5     152 0   1508   I n   d is co n n ec tio n   m o d e,   s in ce   r ef er en ce   v alu es  f o r   th v o lta g r an g a n d   f r eq u en cy   ar e   n o p r o v i d ed   th r o u g h   th g r id ,   it  is   th er e f o r n ec ess ar y   to   co n tr o th DG s   to   r ec o n s tr u ct  th ese  v al u es,  wh ich   is   to   ac as  s y n ch r o n o u s   g en er at o r   o n   th g r id .   T h b asis   o f   f r eq u en cy   a n d   v o ltag co n tr o l in   co n v en ti o n al  p o wer   s y s tem s   is   o f ten   p r o v id ed   b y   s ev er al   c o n tr o l   lo o p s ,   wh ich   will  b e   b r i ef ly   in tr o d u ce d   in   th e   f o llo win g .   T h e   f ir s co n tr o l   lo o p   is   b ased   o n   th d r o p - o f f   ch ar ac ter is tic  o f   th s y n ch r o n o u s   g en er ato r s th is   is   ca lled   p r im ar y   co n tr o l.  T h is   co n tr o lo o p   is   m o u n ted   o n   s y n ch r o n o u s   g en e r ato r s .   T h b a s is   o f   th o p er atio n   o f   th is   co n tr o lo o p   is   s h o wn   in   Fig u r 3   ( a)   an d   Fig u r 3   ( b ) .         ( a)     ( b )     Fig u r 3 .   I n itial c o n tr o b y   d r o o p   ch ar ac te r is tic  f o r   ( a) ,   v o lta g an d   ( b )   f r eq u en cy   a d ju s tm en t       Acc o r d in g   to   th e   Fig u r es  3   ( a) ,   ( b ) ,   if   th e   r ea an d   im a g in ar y   p o wer   d ep ar t   f r o m   th n o m in al   v alu es,  th f r eq u en cy   a n d   v o ltag also   s h if with   th p o wer   ch an g es.  T h p r im ar y   co n t r o lo o p   lim its   th f r eq u e n cy   an d   v o ltag Dr o o p   ca u s ed   b y   th e   lo ad   c h an g e   to   ce r tain   v alu a n d   p r ev en ts   i ts   co n tin u o u s   lo s s   an d   in s tab ilit y .   T h is   is   illu s tr a ted   in   th Fig u r 4   an d   F ig u r 5 .   B u th d is ad v an tag o f   th is   co n tr o lo o p   is   th at  it  is   u n ab le  to   r et u r n   v o ltag an d   f r e q u en c y   to   n o m in al  v alu es.  An d   it  is   n ec ess ar y   to   u s co m p lem en tar y   o r   s ec o n d ar y   co n tr o lo o p .   s ec o n d a r y   c o n tr o lo o p   is   u s ed   in   o r d er   to   ze r o   th e   er r o r   in   th e   v o ltag o r   f r e q u en c y   p r o f ile  a s   s h o wn   in   th Fig u r 4 .   T h v alu o f   p er s is ten f r eq u en c y   er r o r   is   o f ten   s et  to   ze r o   b y   class ical  PI  co n tr o ller .           Fig u r 4 .   Fre q u en cy   d r o o p   r estricte d   b y   p r im ar y   c o n tr o l       Fig u r 5 .   Seco n d ar y   co n tr o l f r am ewo r k       W h en   d is co n n ec ted   f r o m   t h e   m ain   g r id ,   th ey   e n ab le  th e   m icr o - g r i d   to   im p le m en p r i m ar y   an d   s ec o n d ar y   c o n tr o m eth o d s   b y   ap p ly in g   th VSI   co n tr o m et h o d ,   w h ich   is   s till   b ased   o n   th ac tiv p r esen ce   o f   elec tr o n ic  p o wer   elem en ts .   T h g en er al  s tr u ctu r o f   th is   m eth o d   is   s h o wn   in   Fig u r 6 .   Acc o r d in g   to   th is   m eth o d ,   o n o r   m o r DGs  ar r esp o n s ib le  f o r   s tab ilizin g   th m icr o - g r id   f r eq u en cy   an d   v o ltag o r ,   in   o th e r   wo r d s ,   ap p ly in g   o n o r   m o r e   DGs  to   th V SI  m eth o d   an d   co n tr o llin g   th o th er   DGs  f o r   s u p p ly i n g   lo ca l   m ic ro - g r i d   lo ad s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f d ec en tr a liz ed   co n tr o l fo r   b id ir ec tio n a l c o n ve r ters   … ( S ey ed   Mo jta b a   A b b a s i )   1509       Fig u r 6 .   C o n tr o l f r am ew o r k       4.   ARTI F I CI AL   N E URA L   NE T WO RK   B ased   o n   th e   s tr u ctu r e   o f   th e s n etwo r k s   a n d   h o t o   in te g r ate  th e   p r o ce s s in g   elem en ts ,   th er e   ar e   s ev er al  im p o r tan t   an d   im p o r tan ap p licatio n s   s u ch   as  m in d   m o d elin g ,   f in an cial  m o d elin g ,   tim s er ies   p r ed ictio n ,   co n tr o s y s tem s   a n d   o p tim izatio n   f o r   it.  T o   a p p ly   a r tific ial  n eu r al  n etwo r k s   to   th e   p r o ce s s es   m en tio n ed   ab o v e,   we   n ee d   t o   co n s id er   m ath em atica m o d el  o f   th em .   s im p le  m at h em atica m o d el   to   an aly ze   its   b eh av io r   is   s h o w n   Fig u r 7 .   B ased   o n   Fig u r 7 ,   T h X,   W ,   an d   ,    f (net)    v ec t o r s   ar th in p u t   v ec to r s   an d   weig h ts ,   th b ias  v alu e,   an d   th f u n ctio n   in te n d ed   f o r   t h n eu r o n ,   r esp ec tiv ely .   T h o u tp u o f   th is   m o d el  will b in   ac c o r d an ce   with   th eq u atio n   g iv e n   in   ( 1 ) .     ( ) = ( ( ) + 0 = 1 ) .   ( 1 )     T h ad v an tag o f   n o n l in ea r   f u n ctio n s   o v e r   lin ea r   f u n ctio n s   i s   in   u p d atin g   weig h ts   an d   tr ain in g ,   a n d   m ak es  th e   s y s tem   n o t su b ject  to   s u d d e n   c h an g es.           Fig u r 7 .   Ma th e m atica l m o d el in g   o f   a   ty p o f   ar tific ial  n e u r a l n etwo r k s .       5.   E L E M E N T A L   M O D E L I N G   5 . 1 .   M o delin g   t he  ph o t o v o lt a ic  sy s t em   T h elec tr ical  m o d el  o f   p h o t o v o ltaic  ce ll  is   s h o wn   in   Fig u r 8 .   T h m o d el  in clu d es  r ev er s d io d an d   p a r allel  cu r r en t   s o u r ce .   An d   b o th   s er ies an d   p ar allel  r e s is to r s   s im u late  s y s tem   lo s s e s .      = [  ( (   +   ) ) 1 ]   ( 2 )     = [  + 1 ( ) ] 1000   ( 3 )     =  ( ) 3  ( ( 1 1 )  )   ( 4 )     W h er I s   th ce ll  s atu r atio n   cu r r en t,  N p   an d   N s   n u m b er   o f   s er ies  an d   p ar allel  ar r ay s ,   V pv   o u tp u t   v o ltag o f   s o lar   s y s tem ,   q   ele ctr o n   ch a r g e,   k   B o ltzam an   co n s tan t,  I rs   an d   I sc   r ev e r s s atu r atio n   cu r r en an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   150 5     152 0   1510   s h o r cir cu it,  E g   s ilico n   f is s io n   en er g y ,   k 1   c o ef f icien T h t em p er atu r d ep en d en ce   an d   λ   ar th e   am o u n o f   r ad iatio n .   T h s o lar   s y s tem   u n d er   c o n s id er atio n   is   5 0   k W   an d   co n s is ts   o f   3 3   p ar allel  m o d u les  an d   5   s er ies  m o d u les.  All so lar   s y s tem   p ar am eter s   ar tak en   f r o m   [ 5 ] .           Fig u r 8 .   Mo d el  o f   p h o to v o ltaic  ce ll       5 . 2 .   E nerg y   s t o ra g s y s t em   T h b atter y   m o d el  in   th is   s tu d y   is   c o n tr o llab le   v o ltag e   s o u r ce   with   a   s er ies  r esis to r   as  p r esen ted   in   [ 5 ] .   T h f o llo win g   eq u atio n s   a r p r esen ted   in   th is   s tu d y   f o r   b atter y   m o d elin g .     = 0  +  (  )   ( 5 )     =   ( 6 )      = 100 ( 1 +  )   ( 7 )     W h er E 0   is   th o p en   cir cu it  v o ltag e,   Qb   th e   b atter y   ca p ac i ty ,   th p o la r izin g   v o ltag e,   B   is   th ex p o n en tial  ca p ac ity ,   an d   is   th ex p o n en tial v o ltag e.     5 . 3 .   F uel c ell   Fu el  ce lls   ar n ew   tech n o lo g y   f o r   th p r o d u ctio n   o f   el ec tr icity   th at  p r o d u ce s   elec tr icity   d ir ec tly   f r o m   th e   co m b i n atio n   o f   f u el  a n d   o x i d izer .   T h co n s tan t v o ltag p r o d u ce d   b y   t h f u el  ce ll c an   b o b tain ed   b y :      = 0 ( 0 +  2   ( 2 2 0 . 5 2  ) )    ( 8 )     2  = 1 1 + [ 2    ]   ( 9 )     2  = 1 2    ( 1 0 )     2 = 1 2 1 + 2 [ 1 2    ]   ( 1 1 )   2 = 1 2 1 + 2 [ 2   ]   ( 1 2 )     wh er E 0   is   th s tan d ar d   ce ll  v o ltag e,   N0   is   th ce ll  n u m b er ,   r   is   th g as  co n s tan t,  f   is   th Far ad ay   co n s tan t,  r   is   th s tack   r esis tan ce ,   T   is   th ce ll  tem p er atu r p H 2 ,   p O 2   a n d   p H2 h y d r o g en   p r ess u r e,   o x y g e n   an d   wate r   v ap o r .   T h d y n am ic  m o d el  o f   SOFC   i s   p r esen ted   b y   th f o ll o win g   r elatio n s h ip s   in   t h p ap er .       6.   CO NT RO L   O CO M P O NE NT   6 . 1 .   P ho t o v o lt a ic  s y s t em   c o ntr ol   T h DC - to - DC   co n v er ter   will  b r esp o n s ib le  f o r   c o n tr o llin g   th p h o to v o ltaic  s y s tem .   T h is   co n v er ter   is   r esp o n s ib le  f o r   in cr ea s in g   t h v o ltag p r o d u ce d   b y   th P an d   o b tain in g   m ax im u m   p o wer   f r o m   th PV.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f d ec en tr a liz ed   co n tr o l fo r   b id ir ec tio n a l c o n ve r ters   … ( S ey ed   Mo jta b a   A b b a s i )   1511   T h m eth o d ,   s h o r tly   k n o wn   a s   th d is tu r b a n ce   m eth o d ,   is   a   co m m o n   a n d   wid ely   u s ed   m eth o d   i n   m a x im u m   p o wer   tr ac k in g   alg o r ith m s .   T h is   m eth o d   is   ess en tially   tr ial - an d - er r o r   m et h o d   a n d   d o es  n o r eq u ir tem p er atu r an d   r ad iatio n   s en s o r s   an d   ce ll  ch ar ac ter is tic  cu r v es.  T h p h o to v o ltaic  co n tr o ll er   s lig h tly   ch an g e th b ase  v alu o f   th e   in v er te r   o u tp u t   an d   o b s er v es  th e   ac tu al  o u tp u p o wer   v alu e.   I f   t h o u tp u t   p o wer   is   in cr ea s ed ,   th is   ch an g e   will c o n tin u e.   T h e   f lo wch ar o f   th is   m eth o d   is   s h o wn   in   Fig u r 9 .           Fig u r 9 .   P& f lo wc h ar t       6 . 2 .   B a t t er y   ( ener g y   s t o ra g e )   co n t ro l   T h b atter y   is   c o n n ec te d   to   t h 7 0 0 - v o lt  b u s   v ia   a   DC - to - DC   co n v er ter .   T h e   p r im ar y   t ask   o f   th e   b atter y   is   to   s av t h ex t r p o wer   g en e r ated   b y   th p h o to v o l taic  s y s tem   u n til  th e   p o we r   o u tp u f r o m   t h PV  is   lo o r   lar g l o ad   is   f ed   i n to   th m icr o - g r id   to   s u p p ly   th e   m icr o - g r i d .   I n   ad d itio n ,   th b a tter y   is   r esp o n s ib le  f o r   m ain tain in g   th DC   lin k   v o ltag co n s tan t.  T h SOFC   c o n tr o b lo c k   d iag r a m   in   Fig u r 1 0   also   d escr ib es   th s tep s .   I f   th p o wer   g en er at io n   b y   th PV is lo o r   th lo ad   is   in cr e ased   s o   th at  th PV   a lo n ca n n o t su p p ly   it,  th b atter y   will  h a v th e   m a in   task   o f   p o wer   s u p p ly .   I f   t h e   b atter y   ch ar g is   less   th an   2 0   %,  d is ch ar g in g   th e   b atter y   f u r th e r   r ed u ce s   th lif o f   th b atter y .   I n   th is   ca s e,   th f u el  ce ll  ca n   en ter   th g r id   an d   s u p p ly   th e   ch ar g as we ll a s   ch ar g t h b atter y .           Fig u r 1 0 .   SOFC   co n tr o l b lo c k   d iag r am   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   150 5     152 0   1512   6 . 3 .   DC - to - DC   co nv er t er   c o ntr o l   B o o s t c o n v er ter   p u ls es a r p r o d u ce d   ac co r d in g   to   th p r o p o s ed   P& m eth o d .   B o o s t c o n v e r ter   p u ls es  ar in jecte d   u s in g   th b lo c k   d iag r am   m eth o d   ab o v e.   An   e x am p le  o f   p h o to v o ltaic  s y s tem   is   lis ted   in   th b lo ck   d ia g r am .   T h f o llo win g   Fig u r 1 1   s h o ws th DC - to - DC   co n v er ter .           Fig u r 1 1 .   DC - to - DC   co n v er te r   co n tr o l b lo ck   d iag r am       6 . 4 .   P rinciples   o f   L   a nd   des ig n   a pp ro pria t t o   prev ent   c irc ula t io n   T h co n v e r ter   d esig n   f o r   th p u r p o s o f   h av in g   s tab le  p o le  in v o lv es  co r r ec tly   s elec tin g   th v alu es   o f   th i n d u cto r s   an d   ca p ac ito r s .   T h d esig n   p r esen ted   b elo is   b ased   o n   c o n s tan in p u v o ltag an d   o u tp u t   v o ltag wh ic h   also   c o n f ir m s   th v a r iab le  in p u v o ltag e   an d   co n s tan o u tp u v o ltag e,   s o   th e   f o llo win g :   T r an s f o r m e r   d esig n   in d icato r s   ar co v er ed :   s elec tiv L 1   d e p en d s   o n   th m ax im u m   n u m b e r   o f   cu r r en r i p p les  i 1 ,   in   th s tead y   s tate,   th p ea k - to - p ea k   i 1   C u r r en t   ch a n g es d u r in g   th tim th e   s witch   is   clo s ed   f o llo ws:     1 = 1 ( ) .     T h v o ltag at  ter m in al  L 1   is   th s am d u r in g   b o t h   th o n   an d   o f f   s witch es  an d   th f s   s witch in g   f r eq u e n cy   d ep en d s   o n   t h in te n d ed   u s e,   s o   in   ea c h   o p er atin g   co n d itio n   th L 1   in d u ctan ce   v alu is   d eter m in ed   b ased   o n   th m ax im u m   v alu e.   W h en   th s witch   i s   o n ,   th ca p ac ito r   C 0   s tar ts   ch ar g in g   to   r ep lace   it  wh en   th s witch   is   o f f ,   an d   th ca p ac it o r   C 0   m u s s elec th v o ltag r ip p les  th at  ca n   b ca lcu lated   f r o m   th f o llo win g   f o r m u la:     = = 8 × × .     W h ich   d elta  i 0   ca n   b ca lcu lat ed   f r o m   E q u atio n   d elta  i 1   d e lta  i 2   an d   d elta  i 2   f r o m   th f o ll o win g   f o r m u la:     2 = 2 (  ) .     B y   p u ttin g   in   e q u atio n   d elta  i 0   we  h av e:       = ( 1 + 2 ) [ 1 8 × ] .     6 . 5 .   Select   t he  v a lues   o f   C n   a nd   L 2   T h p u r p o s is   to   o b tain   a   p o l y n o m ial  r esp o n s with   th e   least  n u m b er   o f   o s cillatio n s ,   ele v atio n s ,   an d   also   th lo west s itti n g   tim e.   I n   o r d er   to   av o id   th in h e r en t e f f ec ts   o f   m in im u m   p h ase,   weig h ted   co s t f u n ctio n   is   d ef in ed   as:     = ( [ ] ) 2 = = 1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   imp r o ve men t o f d ec en tr a liz ed   co n tr o l fo r   b id ir ec tio n a l c o n ve r ters   … ( S ey ed   Mo jta b a   A b b a s i )   1513   W h ile  V * 0   th o u t p u t v o ltag v alu is   id ea l,   V 0 [ n T n ] ,   n   th f aith f u s am p le  o f   v o ltag e   r esp o n s d u e   to   d u ty   c y cle  v ar iatio n s   is   also   th n u m b er   o f   all   s am p les.  T h v alu es  f o r   t h weig h tin g   f ac to r   ar e   ca r ef u lly   ad ju s ted ,    w= 1 ,   as  f o r   V 0 [ n T n ] >V 0 [ 0 ]   an d   w= 0 . 9 8 5   f o r   th r est  o f   th e   s tates.  T h ese  v alu es   ar s elec ted   in   s u ch   way   th at  th e   d if f e r en ce   e x p r ess ed   b y   t h m in im u m   p h ase  is   m in im ized   ( d u e   to   th tr an s ien v o ltag e   r esp o n s e)   C n   an d   L 2   th v alu e s   will  b o b tain ed   if   th m in i m u m   v alu is   estab lis h ed .   T o   h av a   ch o ice  L 2   it  is   n ec ess ar y   to   co n s id er   C 0   r eset  f r o m   th eq u atio n   ab o v e.   Sin ce   L 1   an d   L 2   b o th   v alu es  will  h av an   ef f ec o n   th v alu es  d elta  i 1   an d   d elta  i 2   th er ef o r C 0   th v alu is   u p d ated   an d   ca n   b r e - u s ed   ag ain ,   th is   p r o ce s s   co n tin u es u n til it r ea c h es th l o west p o s s ib le  v alu es    an d   E   t h d ef in e d   r an g e.     6 . 6 .   Circ uit  f lo co ntr o l   L in ea r   r esis tan ce   b etwe en   b id ir ec tio n al  p o wer   c o n v e r ter s   f o r   p ar allel  b id ir ec tio n al  p o wer   co n v er ter s   is   th in p u an d   o u tp u th at  s h o ws  th co lo r e d   s ec tio n s   o f   th cir cu latin g   p ath s   b etwe en   th b id ir ec tio n al   p o wer   co n v er ter s ,   as sh o wn   b elo w.   W h en   th s witc h in g   s tatu s   o f   two - way   p o wer   co n v er te r s   is   d if f er en t,  th er e   is   v o ltag e   Dr o o p   b etwe en   t h two - way   p o wer   co n v er ter s ,   th en   cir c u latin g   c u r r en t   is   g en er ated   alo n g   th p ath   if   th s y s tem   Dr o o p   is   lo w.   T h h ig h   s witch   p ath   is   o n   an d   th lo s witch   p ath   in   p h ase  ( a)   o f   th f ir s two   way   p o wer   co n v er ter   is   o f f ,   wh ile  th h ig h   s witch   p ath   is   o f f   an d   th l o s witch   p ath   in   p h ase  ( a)   o f   th e   s ec o n d   two   way   p o wer   co n v er ter   is   o n .   T h en   cir cu lar   f lo p ath   is   f o r m ed   th at  is   in d icate d   b y   th ar r o an d   ca n   b d er iv ed   i n   an   eq u iv ale n cir cu it.  B ased   o n   th ab o v an aly s is ,   an   ad d itio n al  ze r o   ax is   is   in tr o d u ce d   wh ich   m ain l y   co m p r is es  asy m m etr ic  co m p o n e n ts .   C ir cu la tio n   f lo w   an aly s is ,   cir c u latin g   f lo w   p ath s   a n d   th eq u iv alen t c ir cu it  o f   p air   o f   B P C   ar s h o wn   in   Fig u r e   1 2 .           Fig u r e   1 2 .   T h cir c u latio n   f lo is   f o r m ed   b etwe en   th p h ases   an d   its   eq u iv alen t c ir cu it       T h n ew  p o wer   s y s tem   r eq u ir es  in cr ea s ed   in tellig en ce   an d   f lex ib ilit y   in   co n tr o an d   o p tim izatio n   to   en s u r lo a d   b alan cin g   an d   p r o d u ctio n   ca p a b ilit ies  in   th e   e v en o f   d is tu r b an ce s .   T h ese  c o m m o n   ch a n g es  a n d   u n ce r tain ties   in   p o wer   g r id   eq u ip p e d   with   class ic  co n tr o ller   ar n o ab le  to   c o n tr o th g r id   in   th r ig h t   d ir ec tio n .   T h e r ef o r e ,   in   th is   p ap er ,   u s in g   t h o n lin in tell ig en n eu r al  s y s tem   an d   its   in teg r atio n   w ith   th e   g en etic  alg o r ith m   is   u s ed   to   o p tim ize  an d   tu n th PI  co n tr o ller   co ef f icien ts .   T h e r ar e   s ev er al  m eth o d s   to   o b tain   th e   b est  PI  c o n tr o ller   p er f o r m an ce   a n d   to   d eter m in th co n tr o ller - r elate d   c o ef f i cien ts   in   p r ac tice,   we’ v u s ed   th n eu r o   to   o p tim ize .   Neu r al  Gen etic   Alg o r ith m   is   m eth o d   o f   o p tim izatio n   t h at  o p e r ates  o n   th e   p r in cip le  o f   s u r v iv al  m o s t a p p r o p r iate  in   liv i n g   th in g s .       7.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N     T h m icr o - g r id   u n d er   s tu d y in g   in clu d es  p h o to v o ltaic  s y s t em   with   ca p ac ity   o f   5 0   k W ,   f u el  ce ll  with   ca p ac ity   o f   1 0 0   k W   an d   b atter y   with   th ca p ac it y   o f   Ah   2 5 0 .   T h am o u n o f   s u n lig h an d   b atter y   SOC   v ar ied   in   th ese  two   ca s s tu d ies  an d   th p er f o r m a n c o f   th co n tr o s y s tem   f o r   v o ltag co n tr o was  ev alu ated .   T h e   g en e r al  s tr u ctu r o f   th e   s tu d ied   m icr o - g r i d   is   s h o wn   in   Fig u r 1 3 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   I n t J  Po E lec  &   Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 2 1   :   150 5     152 0   1514       Fig u r e   1 3 .   Ov er all  s tr u ctu r o f   th s tu d ied   m icr o - g r i d       T o   ev alu ate  th e f f icien cy   o f   th d esig n ed   g e n etic  n eu r al  m o d el,   th two   d atasets   ar s elec ted   f r o m   r ea an d   tr ain in g   d ata  as  tes d ata  an d   co m p ar ed .   T h ey   ar also   p lo tted   in   th f o r m   o f   two   d atasets .   C o m p ar is o n   o f   r ea a n d   m ic r o - g r i d   d ata  s h o ws  th at  th tr ain in g   p r o ce s s   h as  b ee n   p er f o r m ed   with   g r ea t   ac cu r ac y   a n d   th at   th n e u r al  h as  well  r ec o n s tr u cted   th e   s y s tem   b eh av i o r .   I is   im p o r ta n t o   r em em b er   th at  8 0   o f   th d ata   ar u s ed   f o r   t r ain in g ,   1 0   f o r   test in g   a n d   th o t h er   1 0   f o r   v alid at io n .   B ased   o n   t h in f o r m atio n   g iv e n ,   Fig u r 1 4   i n d icate s   th d eg r ee   o f   c o n f o r m ity   o f   th d ata  with   th p r ed i cted   v alu es.           Fig u r e   1 4 .   R eg r ess io n   cu r v e       Fig u r 1 5 ,   cu r v s h o ws  th ex ten to   wh ich   th d ata  ar co n s is ten w ith   th p r ed icted   v alu es.  As  ca n   b s ee n ,   it  is   v er y   well  ad ap te d .   T h Fig u r e   1 5   s h o ws  th p er f o r m a n ce   o f   t h n eu r al  n etw o r k   f o r   d ata  d u r in g   th tr ain in g ,   v e r if icatio n   a n d   t esti n g   p r o ce s s ,   wh ich   r ea ch e d   its   ac ce p tab le  r esp o n s es  af ter   ap p r o x im ately   4 0 0   r o u n d s   an d   th s lo p d ec r ea s e d .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.