I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 8 ,   p p .   98 ~ 1 0 4   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i 1 . pp 98 - 1 0 4           98       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   A  N ew  P h o to v o l t a i Bl o ck s  M utua l i z a t i o n S y s t em   fo M i cr o - Gri d s  U s i ng   a A rdui n o  B o a rd  a nd  La b v i e w       A bd el k a der   M ez o ua ri 1 ,   R.   E lg o uri,  M .   Ala re qi 2 ,   K .   M a t e ur 3 H .   Da ho u 4 ,   L .   H lo u 5   1,   3,   4,   5 L a b o ra to ry   o f   El e c tri c a En g in e e rin g   &   En e rg y   S y ste m s F a c u lt y   o f   S c ien c e   Ib n   T o f a il   Un iv e r sity ,   Ke n it ra ,   M o ro c c o   2 L a b o ra to ry   o f   El e c tri c a En g in e e rin g   a n d   T e lec o m m u n ica ti o n s S y s tem s,  Na ti o n a S c h o o l   o f   A p p li e d   S c ien c e s (E NSA ),   Ib n   T o f a il   Un iv e rsity ,   Ke n it ra ,   M o ro c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  3 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   1 6 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J an   1 ,   2 0 1 8       T h e   p h o t o v o lt a ic  sy ste m a re   o f t e n   e m p lo y e d   in to   m icro - g rid s;  M icro - g rid s   a re   s m a ll   p o w e g rid d e sig n e d   to   p r o v id e   a   re li a b le  a n d   b e tt e p o w e su p p ly   to   a   s m a ll   n u m b e o f   c o n su m e rs  u sin g   re n e wa b le  e n e rg y   so u rc e s.   T h is  p a p e r   d e a ls  w it h   DC  m icro - g rid a n d   p re se n a   n e w   s y ste m   o f   m o n it o rin g   a n d   sh a rin g   e lec tri c it y   b e t w e e n   h o m e e q u ip p e d   w it h   p h o t o v o lt a ic  p a n e ls  (P V in   th e   g o a to   re d u c e   th e   e lec tri c a e n e rg y   w a ste .   T h e   s y ste m   is   b a se d   o n   d y n a m ic  sh a rin g   o f   p h o to v o lt a ic  b lo c k th r o u g h   h o m e in   sta n d - a l o n e   a re a s,  u sin g   a n   a rd u i n o   b o a rd   f o c o n tr o ll in g   th e   sw it c h in g   m a tri x .   T h e   LA BV IEW   p ro g ra m   is  u se d   to   f u rth e p ro c e s a n d   d isp lay   c o ll e c ted   d a ta  f ro m   th e   sy ste m   in   th e   P sc re e n .   A   sm a ll - sc a le  p ro to ty p e   h a b e e n   d e v e lo p e d   in   a   lab o ra to ry   to   p r o o f   th e   c o n c e p t.   T h is  p r o to ty p e   d e m o n stra tes   th e   f e a si b il it y   a n d   f u n c ti o n a li ty   o f   th e   sy ste m .     K ey w o r d :   L ab VI E W   Mo n ito r in g     P h o to v o ltaic  s y s te m s ,   R en e w ab le  e n er g y   s o u r ce s   S w itc h in g   Ma tr i x   Co p y rig h ©   201 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 :   A b d elk ad er   ME Z OU AR I ,     E n g i n ee r i n g   L ab o r ato r y   o f   E le ctr ical  E n g i n ee r i n g   &   E n er g y   S y s te m s ,   Facu lt y   o f   Sc ien ce ,     I b n   T o f ail  Un iv er s i t y ,   Ke n itra ,   Mo r o cc o .   E m ail:  m ez o u ar iab d @ g m ail. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     I n   s ev er al  p ar ts   o f   t h w o r ld ,   lo o f   citizen s   ar p o o r   an d   th e y   h a v n o   ac ce s s   to   elec tr i cit y ,   it  h a s   b ec o m i m p er ativ to   r esear c h ,   d esig n   a n d   i m p le m en m o d er n   d is tr ib u ted   p o w er   s y s te m s   at  lo w   co s to   cu r b   th s h o r ta g o r   ab s e n ce   o f   ele ctr ic  p o w er   i n   s ta n d alo n ar ea s .   T h er ef o r e,   th e   b est  s o lu tio n   is   to   u s e   r en e w ab le   en er g y   s o u r ce s   ( R E S)  [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h m o s w id el y   r en e w ab le   en er g y   s o u r ce   u s ed   in   ci tie s   an d   in   s ta n d - alo n e   lo ca tio n s   is   p h o to v o ltaic  s o lar   en er g y   [ 3 ] .   I is   b ased   o n   p h o to v o ltaic  p an el,   w h ich   i s   d ev ice  f o r   g e n er ati n g   elec tr ical  en er g y   b y   co n v er ti n g   s o lar   r ad iatio n   i n to   elec tr ic al  en er g y .   P h o to v o ltaic  s o lar   en er g y   is   t h m o s t   d ev elo p ed   co m p ar ed   to   o th er   r en e w ab le  en er g ie s .   Ho w ev er ,   th b eh av io r   o f   t h co n v er s i o n   s y s te m s   o f   t h i s   t y p o f   r en e w ab le   en er g y   is   s tr o n g l y   d ep en d e n o n   c h an g es   in   cli m atic   p ar a m eter s ,   s u ch   as  te m p er atu r a n d   s o lar   ir r ad iatio n   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   T h e r ef o r e,   th m aj o r   d is ad v a n tag o f   t h e s s y s te m s   is   th at   t h e   a m o u n t   o f   en er g y   p r o d u ce d   v ar ies  w it h   c h a n g e s   in   w ea t h er   co n d itio n s   a n d   is   n o p er f ec tl y   p r ed ictab le.   T h i m p le m e n tatio n   o f   n e w   g r id s   m u s t   b f lex ib le,   r eliab le  an d   e f f icien t h er ef o r e,   th er i s   n ec es s it y   to   c o n tr o its   b eh a v io r ,   d em a n d s ,   g en er atio n   an d   tr an s m is s io n   i n   r ea l ti m e,   to   av o i d   th elec tr ical  en er g y   w a s te.   Ma n y   s t u d ies  h a v b ee n   d is cu s s ed   th ac co m m o d atio n   o f   R E S s   s y s te m s   in   s m ar g r i d   th r o u g h   d if f er e n e n er g y   m a n a g e m e n t   s ch e m e.   I n   t h li ter atu r e,   t w o   ca teg o r i es   ca n   b f o u n d ed ,   t h f ir s t   o n p r ese n t   th m a n a g e m en a s p ec v ia  p r ed ictin g   t h elec tr ical  g e n er a tio n   f r o m   R E S s   [ 6 ] .   I n   ad d iti o n ,   co n tr o llin g   th e   elec tr icit y   g en er atio n   an d   co n s u m p tio n   b y   d e m a n d   r esp o n s m an a g e m en in   m icr o - g r id s   t h r o u g h   d ec en tr alize d ,   d is tr ib u ted   an d   h ier ar ch ical  co n tr o m ec h a n is m s   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   I n   A d d itio n al,   n u m b er   o f   s t u d y   h a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   N ew P h o to vo lta ic  B lo ck s   Mu tu a liz a tio n   S ystem  F o r   Mic ro - Gri d s   Usi n g   a n . . .   ( A b d elka d e r   Mez o u a r i )   99   ex p lo r ed   s ev er al  e n er g y   s c h e d u lin g   s ch e m e s   f o r   R E Ss   b y   d is cu s s i n g   o p er atio n al   m a n a g e m en a n d   p lan n in g   o f   s m ar t   b u ild i n g s   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] ,   o p ti m izatio n   o f   i n te g r ated   P s o lar   h o u s e s   [ 1 1 ] ,   an d   ef f icie n t   b u ild i n g   m an a g e m e n t v ia  d i s tr ib u ted   p r ed ictiv co n tr o l [ 1 2 ] .   On   th o th er   h an d ,   th s ec o n d   ca teg o r y   co n ce n tr ated   o n   en er g y   m an a g e m en p r o ce d u r es  f o r   r esid en tial  s m ar g r id .   T h p ap er   [ 1 3 ]   p r esen d y n a m ic   en er g y   m an a g e m e n t   f r a m e wo r k   to   s i m u la te  an   au to m ated   r es id en tial   d e m a n d   r esp o n s b ased   o n   e n er g y   co n s u m p tio n   m o d el s .   T h m o d el s   es ti m a te  t h r esid en tial  d e m an d   t h at  q u a n ti f ies  co n s u m er ,   en er g y   an d   u s ag b e h av io r   th an   it  p r o v id an   ac cu r at e   esti m atio n   o f   t h co n tr o llab le  r e s o u r ce s .     T h p u r p o s o f   t h i s   p ap er   is   t o   p r esen a   n e w   ap p r o ac h   to   m an a g i n g   a n d   o p ti m iz in g   d i s t r ib u tio n   o f   elec tr icit y   co m i n g   f r o m   t h p h o to v o ltaic  s y s te m   in   s ta n d al o n m icr o - g r id s   an d   r ec o v er in g   t h m a x i m u m   o f   elec tr ical  en er g y   w aste  u s in g   n e w   s y s te m   o f   e lectr ical  p o w er   m u tu a lizatio n   b et w ee n   h o m e s   i n   s tan d alo n e   ar ea s .   T h is   ap p r o ac h   d r aw s   u p o n   th elec tr ical  en er g y   r eq u ir ed   f r o m   ea c h   h o m e.   Mo r eo v er ,   it  ca n   r esp o n d   t o   th h i g h - e n er g y   r eq u ir e m en t s   b y   ea c h   h o m in   r ea ti m e.   T h p r o p o s ed   s y s te m   is   u s ed   t o   c o n tr o an d   s h ar e   au to m at icall y   th P b lo ck s   a m o n g   as  m an y   h o m e s   as p o s s i b le.   I n   t h is   w o r k ,   w e   r ep o r th in teg r atio n   o f   m o n ito r in g ,   o f   P VB s y s te m   i n   a n   en v ir o n m en ab le  to   g iv e   in f o r m a tio n   o f   t h s y s te m   b eh a v io r   in   r ea ti m e.   T h is   s o lu tio n   allo w s   th ac q u is itio n   an d   co n tr o o f   al l   n ec es s ar y   d ata  f r o m   th e   P VB s y s te m .   T h f ea tu r es   o f   th i s   s o l u tio n   is   e v al u ate  m ai n   m o d el  p ar am eter s   o f   p h o to v o ltaic  b lo ck s   allo ca tio n   o n   d if f er e n h o m es,  ca lc u late   th n u m b er   o f   b lo ck s   co n n ec ted   to   ea ch   h o m e,   s i m u late   th s w itc h   m atr i x   a n d   v is u alize   all   th e s d ata  a n d   th d y n a m ic  s y s te m   b eh a v io r   in   r ea ti m e.   T h p er f o r m a n ce   o f   t h i s   P VB s y s te m   an d   m o n ito r in g   i n ter f ac e   ar test ed   u s i n g   a n   e x p er i m e n tal  p r o to t y p e.   T h r est  o f   th i s   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s Sectio n   I I   in tr o d u c es  th m u tu a lizatio n   s y s te m   an d   th s w itc h   to p o lo g y   in cl u d in g   a n d   th e ir   im p le m e n tat io n .   Sectio n   I I I   d is cu s s es  d ata  ac q u is it io n   a n d   s u p er v is o r y   s y s te m .   On   t h e   o th er   h a n d ,   Sectio n   I d is c u s s e s   t h e   r esu lts   o f   th ex p er i m e n t s .   F in all y ,   Secti o n   co n cl u d es  t h e   p ap er .       2.   P VB M   SYST E M   DE SCR I P T I O N   2 . 1 .   Descript io n o f   P ho t o v o lt a ic  B lo ck s   M utua liza t io n Sy s t e m   T h p h o to v o ltaic  b lo ck s   m u t u aliza tio n   ( P VB M)   s y s te m   i s   u s ed   to   co n tr o an d   s h ar au to m atica ll y   th P b lo ck s   b et w ee n   h o m es  i n   s tan d alo n ar ea s .   Fi g u r e   1   s h o w s   th e   s y n o p tic  o f   m u tu a lizatio n   s y s te m   b et w ee n   h o m e s ,   all  h o m es  ar e   co n n ec ted   to   th s y s te m ,   it  m an ag e s   th m u t u aliza tio n   b etw ee n   t w o   h o m es  at   least;  ea c h   o n h as   m in i m u m   t w o   P b lo c k s ,   o n o f   t h ese   P b lo ck s   is   p er m a n en t l y   co n n ec ted   to   th i s   h o m e.   T h s h ar ed   b lo ck s   ar e   co n n ec ted   to   d if f er en h o m es  v ia  s w itch in g   m atr i x .   Fi g u r e   2   s h o w s   t h in ter co n n ec tio n s   b et w ee n   h o m es a n d   d if f er en t b lo ck s .             Fig u r 1 .   S y n o p tic  d iag r a m   o f   th P VB s y s te m   b et w ee n   h o m es i n   s ta n d alo n ar ea     Fig u r 2 .   Sch e m atic  d iag r a m   o f   th P VB s w itc h in g   m atr i x       T h s w itc h i n g   m atr ix   is   co m p o s ed   b y   Ns w   r ela y s   to   allo w   p ar allel  co m b i n atio n   b et w ee n   s h ar ed   b lo ck s   an d   th p er m a n e n t b lo ck s ,   ac co r d in g   to   t h to p o lo g y   s h o w n   i n   Fi g u r 2 .      =                   ( 1 )     S w ( 1, 1)   S w ( 1, 2 )   S w ( 1, 3)   S w ( 1, N )   S w ( 2, 1)   Sw (2 , 2 )   S w ( 2, 3)   S w ( 2, N )   S w ( 3, 1)   S w ( 3, 2)   S w ( 3, 3)   S w ( 3, N )   S w ( M ,1 )   S w ( M ,2 )   S w ( M ,3 )   S w ( M ,N )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   98     1 0 4   100     E ac h   b lo ck   w ill  h a v to   b co n n ec ted   to   an y   o t h er   b lo ck s   o f   t h s y s te m .   T h u s ,   t h p o s iti v ter m i n al   o f   P b lo ck   w i ll  b co n n ec t ed   to   th p o s iti v ter m i n al  o f   an y   o th er   b lo ck .   L i k e w i s e,   t h n e g ati v ter m in al   w il l h a v m ea n s   o f   co n n ec ti n g   to   th n eg a tiv ter m i n al  o f   an y   o t h er   b lo ck .   Ho w ev er ,   f o r   th r ec o n f i g u r atio n   s y s te m   u s ed ,   o n l y   ( Nb * M h )   s w itc h e s   w ill  b u t ilized   to   r ec o n f i g u r th b lo ck s   co n n ec tio n .   Mh   i s   th n u m b er   o f   h o m e s   an d   Nb   is   t h n u m b e r   o f   b lo ck s   d ed icate d   to   th m u tu a lizatio n   s y s te m   s u ch :     = [ ( ) = 1 1 ]                 ( 2 )     w h er  ( ) : is t h n u m b er   o f   p er s o n al  b lo ck s   o f   ea c h   h o m e.     T h b lo ck s   co n tain   o n o r   m a n y   P p an el s   ass o ciate d   i n   s e r ies  ( Fig u r e   3 ( a) ) ,   p a r allel  ( Fig u r e   3 ( b ) )   o r   m i x ed   ass o c iatio n   Ser ies - P ar allel  ( Fig u r 3 ( c) ) .           Fig u r 3 .   C o n n ec t io n   to p o lo g i es o f   th e   P ar r a y s er ies ( a) ,   p ar allel  ( b ) ,   s er ies - p ar allel  ( c)       T h s y s te m   w as  te s ted   u s i n g   t w o   h o m es.  E ac h   o n h as   t w o   p h o to v o ltaic  b lo ck s .   T h f ir s o n i s   co n n ec ted   p er m a n en tl y   to   th h o m w h ile  t h s ec o n d   o n i s   u s ed   f o r   m u t u aliza t io n .     2 . 2 .   P VB M   Alg o rit hm   T o   c o n tr o th s w i tch i n g   m atr i x   an d   g e n er ate  th ad eq u a te  P b lo ck s   co n f i g u r atio n ,   a n   alg o r ith m   o f   P b lo ck s   m u tu a lizatio n   is   d e v elo p ed   in   o r d er   to   r ec o n f ig u r th P b lo ck s   a n d   co n n ec t h e m   in   p ar allel  w i th   th d if f er en h o m es  i n   s ta n d alo n m icr o - g r id ,   d ep en d in g   o n   elec tr ical  en er g y   r eq u ir e m e n o f   ea ch   h o m e.   T h i s   m u tu al izatio n   ca n   li m it  t h wasted   elec tr ical  en er g y ,   w h ich   is   ca u s ed   b y   i n ad eq u ate  s to r ag e.   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   ap p lies   to   Nb   n u m b er   o f   p h o to v o ltaic  b lo ck s   a n d   Mh   n u m b er   o f   h o m es.  T h s o f t w ar p ar co n s i s ts   o f   p r o g r a m m in g   la n g u a g t h at  is   co n s tr u cted   u s in g   C   p r o g r a m m i n g .   T h co d es  ar tar g eted   to   A r d u i n o   ME GA   to   b co m p iled   an d   u p lo ad ed .           Fig u r 4 .   Flo w c h ar t o f   P VB alg o r ith m       S t a r I d e n t i f y   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   h o me ( M h )   a n d   t h e   n u mb e r   o f   p e r so n a l   b l o c k s (N p )   o f   e a c h   h o me .   D e t e c t   a n d   c o mp a r e   t h e   v o l t a g e   ( V h )   a c r o ss t h e   f i r st   h o me   ( k )   w i t h   t w o   t h r e sh o l d   v a l u e s (V max )   a n d   ( V mi n ) .   C a l c u l a t e   a   n e w   s w i t c h i n g   ma t r i x   c o n f i g u r a t i o n   a n d   mo v e s t o   t h e   n e x t   h o me   ( k + 1 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   N ew P h o to vo lta ic  B lo ck s   Mu tu a liz a tio n   S ystem  F o r   Mic ro - Gri d s   Usi n g   a n . . .   ( A b d elka d e r   Mez o u a r i )   101   T h is   alg o r it h m   is   d e v elo p ed   s o   th at  a n y   h o m e,   i n   ca s o f   tr o u b le,   ca n   co n n ec at  lea s to   h i s   p er s o n al  b lo ck s .   Fig u r e   4   s h o w s   th f lo w c h ar o f   th al g o r ith m   i m p le m en t ed   in   th m icr o co n tr o ller   f o r   co n tr o llin g   t h e   s w itc h in g   m atr i x .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   co n s i s ts   in   r ea ctin g   i n s ta n tl y   f o llo w in g   th e   ch an g o f   t h i n p u t   v ar iab les  ( v o ltag at  t h ter m i n als  o f   ea c h   h o m e)   an d   ca lcu l ates  th o p ti m al  co n f i g u r atio n s   o f   th s w itc h i n g   m atr i x   ac co r d in g   to   th f o llo win g   s tep s :   Step   1 : I d en tify   t h to tal  n u m b er   o f   h o m es ( M h )   an d   th n u m b er   o f   p er s o n al  b lo ck s   ( Np )   o f   ea ch   h o m e.     Step   2 d etec th v o ltag ( V h )   ac r o s s   th f ir s h o m ( k )   an d   th e n   co m p ar it  w i th   t wo   th r esh o ld   v al u es   ( V m a x )   a n d   ( V m i n ) .   T h r ee   ca s es a r p o s s ib le:   a.   T h v o ltag ( Vh )   i s   g r ea ter   th an   ( V m a x ) t h alg o r it h m   s u b tr ac ts   b lo ck   f r o m   th at  h o m ( f o r   th e   s h ar i n g )   a n d   m o v e s   to   th n e x t h o m ( k + 1 ) .   T h v o ltag ( Vh )   is   b et w ee n   ( V m a x )   an d   ( V m i n )   th al g o r it h m   m o v e s   to   th n ex t h o m ( k +1 ) .   b.   T h v o ltag ( V h )   i s   le s s   th a n   ( V m i n ) : a s   s h o w n   i n   Fi g u r 5   t h al g o r ith m   s ee k s   f r ee   b lo c k   to   ad d   to   t h is   h o m ( f r o m   t h r eser v o f   u n u s ed   b lo ck s   a n d   s h ar ed   b y   o t h er   h o m e s   k '≠ k ) .   I f   n o   f r ee   b lo ck s   ar f o u n d ,   th al g o r it h m   co m p ar es   th e   n u m b er   o f   p er s o n al  b lo ck s   ( Np )   o f   t h e   h o m k   w i th   th n u m b er   o f   in s ta n ta n eo u s   co n n ec ted   b lo ck s   ( Nu )   to   th i s   o n e:     I f   th n u m b er   o f   p er s o n al  b l o ck s   ( Np )   is   s tr ictl y   g r ea ter   th an   t h n u m b er   o f   i n s ta n ta n e o u s   co n n ec ted   b lo ck s   ( Nu ) ,   th alg o r ith m   s e ar ch es  f o r   h o m ( k k )   th a u s es  n u m b er   o f   b lo ck s   g r ea ter   th an   th e   n u m b er   o f   h is   p er s o n al  b lo ck s .   T h alg o r ith m   s u b tr ac ts   o n b lo ck   f r o m   t h h o m k   ' a n d   ad d s   it  to   th e   h o m k .     E ls e,   th al g o r i th m   m o v es to   t h n e x t h o m ( k + 1 ) .   T h i m p le m en ted   s y s te m   ca n   u s d i f f er e n r e n e w ab le  e n er g y   s o u r ce s   s u c h   as  p h o to v o lt aic  s y s te m ,   w i n d   o r   co m b i n atio n   o f   s ev e r al  t y p es o f   r en e w ab le  e n er g y   s o u r ce s .           Fig u r 5 .   T h f lo w c h ar t o f   th e   P VB alg o r ith m   i n   th ca s e,   w h e n   th v o ltag ( V h )   is   s m al ler   th an   ( V m i n )         2 . 3 .   H a rdw a re   I m ple m ent a t i o n a nd   E x peri m e nta l Set up   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   98     1 0 4   102   A r d u i n o   i s   a n   o p en - s o u r ce   ele ctr o n ics  p r o to t y p in g   p lat f o r m   b ased   o n   f lex ib le,   ea s y - to - u s e   h ar d w ar an d   s o f t w ar e.   A r d u in o   ca n   s e n s t h en v ir o n m en b y   r ec eiv in g   i n p u f r o m   v ar iet y   o f   s e n s o r s   an d   ca n   a f f ec t   its   s u r r o u n d in g s .   A r d u in o   p r o j ec ts   ca n   b s ta n d - alo n e,   o r   t h e y   ca n   co m m u n icate   w i th   s o f t w ar r u n n i n g   o n   a   co m p u ter .   I n   t h i s   d ev elo p m e n t,  A r d u i n o   ME G A   i s   u s ed   as  th e   m ai n   co n tr o ller   b ec au s it  s a tis f ie s   th e s e   co n d itio n s :     T h Me g 2 5 6 0   is   m icr o co n t r o ller   b o a r d   b ased   o n   th e   A T m eg a2 5 6 0 .     I h as  5 4   d ig ital  in p u t/o u tp u t   p in s   ( o f   w h ic h   1 5   ca n   b u s ed   as  P W o u tp u ts ) ,   1 6   an alo g   in p u t s ,   4   UART s   ( h ar d w ar s er ial  p o r ts ) ,   1 6   MH cr y s tal  o s cilla to r ,   USB   co n n ec tio n ,   p o w er   j ac k ,   an   I C SP   h ea d er ,   an d   r e s et  b u tto n .   I t   co n tain s   e v er y t h i n g   n ee d ed   to   s u p p o r t h m icr o co n tr o ller s i m p l y   co n n ec t   it to   co m p u ter   w ith   U SB   ca b le  o r   p o w er   it  w i th   AC - to - DC   ad ap ter   o r   b atter y   to   g et  s t ar ted .   T h p r in cip le  o f   t h P VB s y s te m   is   d o n e   b y   d etec ti n g   t h v o ltag e   ac r o s s   t h ter m i n a ls   o f   ea c h o m a n d   co m p ar in g   t h is   v o ltag w it h   to w   t h r es h o ld   v alu es  V m a x   &   V m i n .   Af ter   th is ,   th al g o r ith m   ca lcu late  th e   ad eq u ate  s w itc h i n g   m atr ix .   T o   p r o o f   th co n ce p t,  s m all - s ca le   p r o to t y p h a s   b ee n   d e v elo p ed   in   lab o r ato r y .   T h is   p r o to ty p d e m o n s tr ates  th f e asib ili t y   an d   f u n ctio n al it y   o f   t h P VB s y s te m .   A s   s h o w n   i n   Fig u r e   6 ,   t h p r o to t y p o f   p h o to v o ltaic  b lo ck s   m u t u aliza ti o n   s y s te m   is   d e v elo p ed   to   m an ag e   th e   elec tr ical   en er g y   m u tu a lizatio n   b et w ee n   t w o   h o m e s ,   ea c h   h o m eq u ip p ed   w i th   th r ee   p h o to v o lta ic  b lo ck s .   T h f ir s t   b lo ck   is   co n n ec ted   p er m a n e n tl y   to   t h h o m e   an d   t w o   b lo c k s   ar d ed icate d   to   t h m u t u aliza tio n   b et w ee n   h o m e s .   W h ich   m ea n s   th P VB s y s te m   m a n ag t h m u t u aliza tio n   o f   f o u r   P b l o ck s ,   ea ch   o n co n s is o f   o n P p an el  ( 2 0 W )   co n n ec ted   to   ch ar g co n tr o ller   a n d   lead   ac id   b atter y   ( 1 2 V) .   T h h o m es  co n s i s o f   f o u r   la m p s   ( 1 2 V/2 0 W )   co n n ec ted   in   p ar allel.     T h Fig u r 7   s h o w s   t h elec tr o n ic  s y s te m   it  co n ta in   T w o - v o lta g s e n s o r   u s ed   to   p r o v id in s ta n ta n eo u s   v o lta g ac r o s s   t h ter m i n al s   o f   ea ch   h o m e.   E ac h   s e n s o r   is   i n s tal led   at  th t er m in a ls   o f   h o m to   d etec th v o ltag v ar i at io n   ( v o ltag r is o r   v o ltag d r o p ) .   T o   allo ca te  th b lo ck s   o n   tw o   h o m e s   an d   h a n d le  all  p o s s ib le  co n f i g u r atio n s ,   th s w itc h i n g   s y s te m   co n s i s ts   o f   eig h r ela y s   co n n ec ti n g   ea c h   h o m to   d if f er en t   b lo ck s   ac co r d in g   to   t h to p o lo g y   d escr ib ed   in   Fi g u r 2 .   An   A r d u in o   Me g a   b o ar d   is   u s ed   to   co n tr o t h e   p h o to v o ltaic  b lo ck s   m u tu al iza tio n   p r o ce s s .   T h d i g ital   OUT P U T s   o f   ar d u i n o   b o ar d ,   d eliv e r s   co n tr o v o lta g f o r   ea ch   r ela y   ( 5 clo s ed   r elay ,   0 o p en ed   r elay ) .           Fig u r 6 .   T h P V B s y s te m   p r o to ty p e           Fig u r 7 .   T h elec tr o n ic  s y s te m   o f   e n er g y   th P VB s y s te m   m a n a g e m en t       3.   DATA AC Q U I S I T I O AN SUPERV I SO RY  SYS T E M   Data - ac q u is itio n   s y s te m s   ar e   w id el y   u s ed   i n   r e n e w ab le  en er g y   s o u r ce   ap p licatio n s   i n   o r d er   to   co llect,   co n tr o an d   p r o ce s s   d ata  r eg ar d in g   t h in s talled   s y s te m   p er f o r m a n ce ,   f o r   ev al u ati o n   an d   s u p er v is io n   g o als  [ 1 4 ] .   Ko u tr o u lis   h as  p r o p o s ed   an   in te g r ated   d ata - ac q u i s itio n   s y s te m   f o r   r en e w ab le  e n er g y   s o u r ce   ( R E S)   s y s te m   m o n ito r in g   [ 1 5 ] .   T h p r o p o s ed   s y s te m   co n s i s ts   o f   s et  o f   s en s o r s   f o r   m o n ito r in g   b o th   m eteo r o lo g ical   d ata  an d   R E s y s te m   o p er atio n al  p ar a m eter s .   T h co lle cted   d ata  ar f ir s co n d itio n ed   u s i n g   p r e cisi o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   N ew P h o to vo lta ic  B lo ck s   Mu tu a liz a tio n   S ystem  F o r   Mic ro - Gri d s   Usi n g   a n . . .   ( A b d elka d e r   Mez o u a r i )   103   elec tr o n ic  cir cu i ts   a n d   t h en   in ter f ac ed   to   P C   u s i n g   d ata - ac q u is itio n   ca r d   ( m icr o co n tr o l ler )   an d   L ab VI E W   f o r   m o n ito r i n g .   L ab VI E W   ( L ab o r ato r y   Vir tu al  I n s tr u m e n E n g i n ee r in g   W o r k b en ch )   is   g r ap h ical  p r o g r a m m i n g   lan g u a g b y   Natio n al  I n s tr u m en ts   t h a u s e s   ico n s   i n   th p lace   o f   tex o f   p r o g r am m i n g   in s tr u ctio n   to   cr ea te   ap p licatio n s .   No w ad a y s   t h is   p r o g r a m m in g   e n v ir o n m en t   h a s   f o u n d   its   ap p licatio n   i n   m a n y   s cien t if ic   f ield s   a n d   tech n ical  en g i n ee r in g ,   s o   in   th is   w o r k   w p r o p o s an   in teg r al  L ab VI E W   p latf o r m   o f   m o n ito r i n g   to o ls   f o r   p h o to v o ltaic  b lo ck s   m u tu aliza tio n   ( P VB M)   s y s te m .     3 . 1 .   M o nito ring   P VB M   Sy s t e m   U s ing   L a b VI E W   T h g r ap h ical  in ter f ac is   d e v elo p ed   u s i n g   NI   L ab VI E W   ( s h o r f o r   L ab o r ato r y   Vir tu al  I n s tr u m e n t   E n g i n ee r i n g   W o r k b en c h ) .   I is   s y s te m   d esi g n   p lat f o r m   a n d   d ev elo p m e n en v ir o n m en f o r   v is u al   p r o g r am m i n g   lan g u ag f r o m   Natio n al  I n s tr u m e n ts .   L ab VI E W   is   s o f t w ar d ev e lo p m e n en v ir o n m e n t h at   co n tain s   s e v er al  co m p o n e n ts ,   w h ic h   ar r eq u ir ed   f o r   an y   t y p o f   test ,   co n tr o ap p licatio n   o r   m ea s u r e m en t L ab VI E W   p r o g r am s   ar ca lled   v ir tu al  i n s tr u m en t s   ( VI s ) .     T h f r o n p an el  i s   cr ea ted   u s i n g   co n tr o ls   a n d   in d icato r s   to   m ak e   d if f er en t   g r ap h ica in ter f ac es.  T h e   b ac k   p an el  co n tai n s   t h g r ap h i ca l so u r ce   co d e.     T o   allo ca te  th b lo ck s   o n   h o m e s   an d   h an d le  all  p o s s ib le  co n f i g u r atio n s ,   t h s w i tch i n g   s y s te m   co n s is ts   o f   r ela y s   m atr i x ,   w h i ch   co n n ec ea ch   h o m to   d if f er en b lo ck s   ac co r d in g   to   th to p o lo g y ,   d escr ib ed   in   f i g u r e.   2 .   A ll  d ata  co m i n g   f r o m   th ac q u i s itio n   s y s te m   ar p r o ce s s ed   in   L ab VI E W   u s in g   th VI ,   w h ich   a llo w s   t h f o llo w in g   ta s k s C o m m u n icatio n   w i th   th e   ar d u i n o   b o ar d   in   o r d er   to   s etu p   t h s er ial  b u s ,   p r o ce s s in g   th o u tp u s tr i n g   co m i n g   f r o m   t h ar d u i n o   b o ar d ,   co n v er t   th tr an s m i tted   d ata  to   b in ar y   v alu e   i n   o r d er   to   r ec o n s tr u ct  t h s w i tch i n g   m a tr ix   an d   ca lc u late  t h n u m b er   o f   P b lo ck s   co n n ec ted   to   ea ch   h o m e.           Fig u r 8 .   T h u s er   in ter f ac o f   P VB s y s te m       3 . 1 .   User  I nte rf a ce   T h u s er   i n ter f ac is   b u il u s i n g   L A B VI E W   p latf o r m   a n d   s h o w n   in   Fi g u r e   9 .   I co m m u n icate s   v ia   s er ial  p o r w ith   t h A r d u i n o   b o ar d   an d   co n tain s   i n   its   m ai n   p ag th P VB s y s te m   m o n ito r in g   o f   a n   au to n o m o u s   m icr o - g r id   co n n e ctin g   t w o   h o m e s .   E ac h   h o m e   eq u ip p ed   b y   t w o   p h o to v o ltai b lo ck s .   T h u s er   in ter f ac e   s u p er v i s t h allo ca t io n   o f   P b lo ck s   b y   d is p la y i n g   d ata  a n d   co n tr o i n d icato r s   t h at  ar r eq u ir ed   b y   th u s er   to   o p er ate  th s y s te m :     S y s te m   s tar t a n d   s to p : T h is   b u tto n   w ill s tar t o r   s to p   th m o n i to r in g   s y s te m   o p er atio n .     B o o lean   in d icato r s   s h o w i n g   wh ich   s w itc h es a r cu r r e n tl y   b ei n g   ac ti v ( s w i tch i n g   m a tr ix )   Nu m er ical  I n d icato r s   s h o w in g   t h n u m b er   o f   b lo ck s   co n n ec ted   to   th f ir s h o m e,   t h n u m b er   o f   b lo ck s   co n n ec ted   to   th s ec o n d   h o m an d   th n u m b er   o f   f r ee   b lo ck s .       4 .   RE SUL T S AN DIS CUS SI O   I n   th m o d el  co n f i g u r atio n   e m p lo y ed   i n   th is   w o r k ,   t h p h o to v o ltaic  b lo ck s   ar s h ar e d   b et w ee n   h o m e s   in   s ta n d alo n ar ea   d ep en d in g   o n   th eir   elec tr ical  en er g y   r eq u ir e m en in   t h g o al  to   r ed u ce   th elec tr ical   en er g y   w aste a n d   p r ev en t t h u s o f   d iese l g e n er ato r s   in   t h e s s ta n d alo n ar ea s .   T h is   s y s te m   en s u r es  m ax i m u m   u s o f   P b lo ck s   o u tp u an d   n o   en er g y   i s   w asted   w h e n   th co n s u m e r   o f   an y   h o m is   ab s e n o r   t h er is   n o   b ig   lo ad   d e m a n d .   T h o b j ec tiv f u n ctio n   is   to   m i n i m is e   g r ee n   en er g y   w a s te  w h ile   s ati s f y i n g   d e m a n d   an d   o th er   co n s tr ai n ts   u s i n g   P VB s y s t e m   a s   s tated   i n   p r ec ed in g   s ec tio n s .   No   s i m ilar   o p ti m i s atio n   m o d el  f o r   p h o to v o ltaic  b lo ck s   m u t u aliz atio n   s y s te m   is   f o u n d   i n   liter at u r th a m in i m i s e s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   98     1 0 4   104   th p h o to v o ltaic  en r g y   w as te  t ak in g   in to   ac co u n t   v ar iatio n s   i n   lo ad   d e m a n d   o f   d i f f er e n h o m es  in   s ta n d   alo n ar ea .   C lo s er   to   th is   w o r k   is   w o r k   d o n b y   Me zo u ar i e t a l.   [ 1 6 ]   w h o   p r esen t   d ev elo p m e n t o f   th P VB s y s te m   u s i n g   an   FP G A   b o r ad   th is   s y s t e m   s ti ll  m o r ex p e n s i v t h an   t h s y s te m   p r esen ted   i n   th is   p a p er .     4 .   CO NCLUS I O N   T h is   p ap er   p r esen ts   P b lo ck s   m u tu al i za tio n   s y s te m   t h a is   ab le  to   s elf - ad j u s an d   al lo ca te  th e   b lo ck s   d ep en d in g   o n   th elec t r ical  p o w er   n ee d s   o f   ea c h   h o m e.   T h m u t u aliza tio n   o f   P B lo ck s   is   ac h ie v ed   b y   u s i n g   s w itc h in g   m atr ix ,   w h ich   is   co n tr o lled   b y   an   ar d u in o   b o ar d   in   r ea ti m e .   T h s y s te m   ca n   au to m at icall y   o p ti m ize  t h P b lo ck s   a m o n g   h o m es   u s i n g   t h to p o lo g y   a f o r e m e n tio n ed   in   t h i s   p ap er   to   m i n i m ize  th lo s elec tr ical  en er g y .   A   s m a ll - s ca le  p r o to ty p o f   P VB s y s te m   co n tai n i n g   tw o   h o m es  an d   s i x   P b lo ck s   h as  b ee n   b u ilt  a n d   test ed   f o r   co n ce p ev id en ce .   T h ex p er i m e n tal  r es u lt s   p r o v ed   th v alid it y   o f   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   a n d   th e   m u tu al izatio n   s y s te m .   I n   ad d itio n ,   f o r   m o n ito r i n g   th e   P VB s y s te m .   T h L A B VI E W   p r o g r am   i s   u s ed   to   f u r t h er   p r o ce s s   an d   d is p lay   co llec ted   d ata  in   th P C   s c r ee n .   T h d e s ig n   is   s u cc e s s f u ll y   te s ted   u s in g   a n   ex p er i m e n tal  s et  u p .   T h r esu lts   ar s tab le  an d   r eliab le  an d   s h o w   t h co r r ec f u n ctio n alit y .       RE F E R E NC E   [1 ]   M u ru g a n a n t h a m   B,   G n a n a d a ss   R ,   P a d h y   NP .   Ch a ll e n g e w it h   re n e wa b le  e n e rg y   so u rc e a n d   sto ra g e   in   p ra c ti c a l   d istri b u ti o n   sy ste m s.  Ren e wa b le  a n d   S u sta i n a b le E n e rg y   Rev iews .   v o l.   7 3 ,   p p .   1 2 5 - 1 3 4 ,   2 0 1 7 .   [2 ]   Ko d a n d a   R,   M a n n a m   V .   Op e ra ti o n   a n d   Co n tr o o f   G rid   Co n n e c t e d   Hy b rid   A C/DC  M icro g rid u sin g   RE S .   In ter n a t io n a J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms   ( IJ P EDS ) .   v o 5   (N o   2 )   p p .   1 9 5 - 2 0 2 .   2 0 1 4 .   [3 ]   V e rsc h u e re n   T ,   M e ts  K,  M e e rs m a n   B,   S tro b b e   M ,   De v e ld e C,   &   V a n d e v e ld e   L .   Ass e ss me n a n d   miti g a ti o n   o f   v o lt a g e   v io l a ti o n b y   so l a p a n e ls  in   a   re sid e n ti a d istrib u ti o n   g ri d .   S m a rt  G rid   Co m m u n ica ti o n s   (S m a rt G rid Co m m ),   2 0 1 1   IEE E   In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n .   p p .   5 4 0 - 5 4 5 ,   2 0 1 1 .   [4 ]   S k o p lak E,   P a ly v o J.  On   th e   tem p e ra tu re   d e p e n d e n c e   o f   p h o t o v o lt a ic  m o d u le  e lec tri c a p e rf o r m a n c e A   re v ie w   o f   e ff ici e n c y /p o w e c o rre latio n s.   S o l a r e n e rg y .   v o 8 3   (No 5 p p .   6 1 4 - 6 2 4 .   2 0 0 9   [5 ]   S in g h ,   K u m a G .   S o lar p o w e g e n e ra ti o n   b y   P V (p h o t o v o lt a ic) t e c h n o l o g y a   re v ie w .   En e rg y .   v o l   5 3   p p .   1 - 1 3 .   2 0 1 3   [6 ]     Ka lo g iro u   S ,   M a th i o u lak is E ,   Be les sio ti s V ,   A rti f ic ial  n e u ra n e two rk s f o th e   p e rf o r m a n c e   p re d ictio n   o f   larg e   so lar  s y ste m s.  El se v ier   Ren e wa b le E n e rg y ,   v o l.   6 3 ,   p p .   9 0 9 7 .   2 0 1 4 .   [7 ]   G u e rre ro   J,  V a sq u e z   J,  M a ta J ,   V icu ˜ n a   L ,   Ca stil la  M ,   " Hie ra rc h ica c o n tro o f   d ro o p - co n tro ll e d   a c   a n d   d c   m icro g rid s A   g e n e ra a p p ro a c h   to w a rd   sta n d a rd iza ti o n ,   "   IEE T ra n s.  In d .   El e c tro n .   v o l.   5 8 ,   (No 1 p p .   1 5 8 1 7 2 .   2 0 1 1 .   [8 ]     Hill   C,   S u c h   M ,   C h e n   D,  G o n z a lez   J,  a n d   G ra d y   W .   B a tt e r y   e n e rg y   sto ra g e   f o e n a b li n g   in teg ra ti o n   o f   d istri b u ted   so lar p o w e g e n e ra ti o n .   IE EE   T r a n s.  S m a rt Grid ,   v o l.   3 ,   (N o 2 p p .   8 5 0 8 5 7 . 2 0 1 2 .   [9 ]   Zh a n g   D,  S h a h   N,  a n d   P a p a g e o rg io u   L .   Ef f icie n e n e rg y   c o n su m p ti o n   a n d   o p e ra ti o n   m a n a g e m e n in   a   sm a rt   b u il d in g   w it h   m icro g rid .   E n e rg y   Co n v e rs io n   a n d   M a n a g e me n t ,   v o l .   7 4 ,   p p .   2 0 9 2 2 2 ,   2 0 1 3 .   [1 0 ]   Ka n c h e v   H,  L u   D,  Co las   F . ,   L a z a ro v   V ,   F ra n c o is  B.   E n e rg y   m a n a g e m e n a n d   o p e ra ti o n a p la n n i n g   o f   a   m icro g rid   w it h   a   P V - b a se d   a c ti v e   g e n e ra to f o s m a rt   g rid   a p p li c a ti o n s,  "   I EE T ra n s.  In d .   El e c tro n . ,   v o l.   5 8 , (N o 1 0 p p .   4 5 8 3 4 5 9 2 ,   2 0 1 1 .   [1 1 ]   M a traw y   K,  M a h ro u A ,   Yo u ss e f   M .   En e rg y   m a n a g e m e n a n d   p a ra m e tri c   o p ti m iza ti o n   o f   a n   in teg ra ted   P so lar  h o u se .   En e rg y   C o n v e rs io n   a n d   M a n a g e me n t,   v o l.   9 6 ,   p p .   3 7 7 3 8 3 ,   2 0 1 5 .   [1 2 ]   S c h e re H,  P a sa m o n tes   M ,   G u z m a n   J,  A lv a r e z   J,  C a m p o n o g a ra   E,   No rm e y - Rico   J.  E ff icie n b u il d in g   e n e rg y   m a n a g e m e n u sin g   d istri b u te d   m o d e l   p re d ictiv e   c o n tro l .   J o u r n a o f   Pro c e ss   Co n tr o l,   v o l .   2 4 ( No 6 p p .   7 4 0 7 4 9 , . 2 0 1 4 .   [1 3 ]   M u ra to ri  M ,   Rizz o n G ,   " Re sid e n ti a d e m a n d   re sp o n se D y n a m ic  e n e rg y   m a n a g e m e n a n d   ti m e - v a r y in g   e lec tri c it y   p ricin g , "   IEE T ra n s a c ti o n s o n   P o we r S y ste ms ,   v o l.   3 1   (N o 2 p p .   1 1 0 8 1 1 1 7 .   2 0 1 6 .   [1 4 ]   M u sa   A ,   S a m o sir  S ,   Ya ti m   A .   M o d e li n g   a n d   sim u latio n   o f   a   so lar  p h o to v o lt a ic  sy ste m ,   it d y n a m i c a n d   tran sie n t   c h a ra c teristics   in   LA BV IEW .   In ter n a ti o n a J o u rn a o Po we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms   ( IJ PE DS ) .   v o l .   3 ,   (No 2 p p . 1 8 5 - 1 9 2 . 2 0 1 3   [1 5 ]   Ko u tr o u li a n d   Ka laitza k is  K,  De v e lo p m e n o f   a n   in teg ra ted   d a ta  a c q u isit io n   sy ste m   f o re n e w a b le  e n e rg y   so u rc e s sy ste m m o n it o rin g .   Re n e wa b le  E n e rg y ,   v o l.   2 8   (No 1 ),   p p .   1 3 9 1 5 2 ,   2 0 0 3 .   [1 6 ]   M e z o u a ri  A ,   M a teu K,  A lar e q M . ,   Hlo u   L . ,   a n d   El g o u ri  R.   De v e lo p me n o a n   i n teg ra ted   d a ta - a c q u isit i o n   sy ste m   fo p h o to v o l ta ic  b l o c k mu tu a li za ti o n   mo n it o rin g   u sin g   L AB VI EW .   In   W irele ss   T e c h n o lo g ies ,   Em b e d d e d   a n d   In telli g e n S y ste m s ( W IT S ),   2 0 1 7   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   IE E p p .   1 - 4 ,   2 0 1 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.