Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   1 2 ,  No.   3 ,  Septem be r   202 1 , pp.  14 39 ~ 14 49   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 2 .i 3 . pp 14 39 - 14 49           1439       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   An effici ent dyn am ic pow er man agem ent m odel fo r a sta nd - alone DC Mi crogri d usin g CPIHC t echni que       N.   Sh armil a 1 , K .  R .   N atar aj   2 , K .   R . Rekh a 3   1,3 Depa rtment   of   Elec tron ic s  and Comm unicati on   Eng ineeri ng ,   SJ B  ins ti tu te of  Technol ogy,   Beng a luru ,   Ind ia   2 Depa rtment of  Resea rch   and   De vel opm ent ,   Don  Bosco  Instit u te   o f  Technol ogy ,   B enga l uru ,   Ind ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   M a r 9, 2 021   Re vised Ju n 2 6, 20 21   Accepte d  J ul  21, 2 021       The  power   gen era t ion   using  so la r   photovolta ic  (PV )  sys tem   i n  m ic rogrid   req uire s   ene rgy   storage   sys tem  due  to   th ei r   dilute  and  int e rmit te nt   nat u re.   The   sys tem  r e quire s  eff icient  cont ro l  te chn i ques  to  ensure   the  re li ab le  oper ation  of   th e  mi cro gr id.  Thi s   work  pre sents  d ynam i c  power   ma nag em en t   using  a  de ce n t ral i ze d  appr oa c h.   Th e  con trol  technique s  in   mi cro g rid  inc ludi ng   droo p  cont ro ll e rs  i n  ca s ca de   wit h  proporti on al - i nte gra l  (PI)   cont rollers  for   v olt ag e  st abi l it y   and  power   b al a nce  have  f ew  limit a ti ons.   PI   cont rollers  a lo n e  will  not   ensu re  microgrid’ s  stabi lity.   Their  par amete rs   ca nnot   be   opti m iz ed   for  v ary ing   demand  and  ha ve  a   slow  tr ansi ent   r esponse   which  in cre as e s  the   set tl ing   ti me.  The   dro op  cont ro ll ers  have   lower   eff icienc y .   Th e   l oad  power   v aria ti on   and   ste ady - stat e   v ol ta g e  err or  m ake  th e  droop  cont ro l  in eff ective.  Thi s  p ape r  pr ese nts  a  cont rol   sche m e  f or  dynami c   power  ma nag e me nt  by  in cor pora ti ng  t he  c ombi ned  PI  an d  hystere sis   cont roller   (CPIH C)  te chn ique.  The   sys tem  b ecome s  robust ,   p e rform s  well   under   v ary ing   d em and   c ond it ion s,  and   show s  a   f aste r   dynamic   re spons e.   Th e   proposed  DC  microgrid   has   solar   PV   as   an   en erg y  source ,   a   l ea d - ac id   ba ttery   as  the  ene r gy  st ora ge  sys tem,   c onstant   and  dyn am i c  lo ads.   The  simul a ti on   result s  show   the  proposed  CP IHC  technique  eff i ci en tl y  m ana g es  the   dyn am i c  power,   reg u late s  DC  li nk  voltage  and  ba tt er y’s  stat e  of   ch arg e  (SoC )   com par ed  to   con vent ion al   com bi ned  PI a nd   droo p  cont ro ll er   (CPI DC).   Ke yw or ds:   C ombine d  P I  a nd dr oop  con t ro ll er    Hy ste resis c on t ro l    M a xim um  pow er  po i nt  trackin g     P hoto vo lt ai c    Pr op or ti onal - i nt egr al     Vo lt age  s ource  conv e rters     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 :   N.   Sh a rmila   Dep a rtme nt of  Ele ct ro nics  and C om m unic at ion   En gin ee rin g   SJB I ns ti tute o f  Tec hnolog y   Be ng al uru,   Ka rn at a ka , In dia   Emai l:  sh ar mil a.n . 89@ gm ai l. com       1.   INTROD U CTION   In  the   recent   da ys ,   as   the   de man d  f or  e nergy  is   inc reasin g  at   a   faste r  ra te ,  the   fo c us  of  resea rch  is   towa rd s   gen e ra ti on   of  e nerg y  us in g  al te rn at e   sou rces   of  e ne rgy   as  well   as   gen e rati on  of  green   e nergy  [1 ] ,   [ 2 ].  In te gr at io n  of  distrib uted  e ne rgy  res ources  (D ER )  into  t he   conve ntion al   gr id  t o  re duc e  the  dema nd  and   t o  impro ve  the r el ia bili ty o f  t he  s ys te m  has  gai ne d  po pu la rity a cro ss t he  w orl d [3 ] - [ 7].  With a n  ad va nced  c ontr ol  sy ste m,  a  micr ogrid  will   be  capab le   of   op e r at ing   in  a  co or din at ed  man ne r  an d  gi ve  opti mize d  pe rfo rm ance  to   it s co nsume rs.  A DC mic r ogri d  a rch it ect ure i s as s how n  in   Figure  1 .    In   t his  w ork,  w e  ha ve  sim ulate d  a  mic rogr i d  wor king  in  isl and e d  c onditi on,  ha ving  le ad  aci d  batte r y  as  sto ra ge  sy s te m  a nd  s uppl ying  t he   DC   and  AC  l oads   th rou gh  a   volt age  s ource   c onve rter.   I nc re mental   c onduct ance  MPPT  al gorithm  h as b ee n  i nc orporated   f or  t he   so la r  a rr a y  to  ex tract  max im um  po wer. A  CPIH C   base d  DC - DC  conve rter  is  us ed  to  c onnect  the  batte r y  to  t he  DC  bus.  T he   VS C  is  decoup le d  c on tr olled  t o  regulat e  the  fre qu e nc y  a nd  volt age  of  the   A C  side.  The   en ti re  sy ste m   is  s imulat ed  i n  Si mu li nk  a nd  the   p ow e 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  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    14 39   –   14 49   1440   wav e f or m s  of   the  s olar  a rr a y,  loa d,   batte r y,  DC  li nk  volt age,  volt age  a nd  c urren t  of  th e  load   are   car efu ll y   analyze d.   T his  sy ste m  proves  to  be  a n  eco no mica l  al te rn at ive  f or   t he  po w er  sup ply   in  t he   near   fu t ur e  w it h  th e   grow i ng  popula rity fo r  re ne w able  ene r gy and  roof t op s olar PV  ge ner at io n i n  pa rtic ular .            Figure  1. F unda mental  str uctu re  of   DC  m ic rogr i d       Sedhom   et  al .   [ 8]  a  protect io n  sc he me  has   bee n  de sig ne d  for   a  l ow  volt age  micr ogr id  to   e nsure  sta bili ty.  SJ ha   e t  al .   [ 9]  the   aut hors  ha ve  ma de   a  s tu dy  on  di ff e ren t  c ontrol  and  co mm un ic at ion   te ch ni ques  f or   an  isl an ded   mi crogr i d.   Diff e r ent  co ntr ol  te chn i qu e s  to  im pro ve  volt age  and   fr e quenc y  regulat ion,  m ai ntain  powe r bala nce  and en sure sta bili ty of th e  mi crogr i d hav e  bee n discus sed  in [1 0] - [ 14] .   The   P I  c ontr oller  is   a   cl assic al   co ntr oller   a nd  has   be en   w idely   us e d  in   t he   co ntr ol  of  micro gr i d.  It   fin ds   a ppli cat i on  in   ma ny  proces s  c on t ro l   in du st ries  due  to  it s  r obus t   pe rformance .   The   DC   off s et   gets  rem ov e d  by   t he   integral  act io n  in  the  PI   al gorith m.  T he  P I   con t ro ll er  has  slow e r  ti me  re sp onse  w hich  r edu ce s   the  ma xim um   ov e rs hoot  a nd  impro ves  the   dam ping  a nd  c auses  ze r o  off set   values .  T he   majo r  li mit at ion   of  this  co ntr oller  is  the  increa se   in  rise  ti me.  I n  the  micr ogrid,   th e  er ror  si gn al   is  t he  di f fer e nce  bet we en  the  measu red  volt age  a nd  the  de sired  volt age.   The  PI   co ntr oller  ca n  re gula te   the  f reque ncy  at   AC  bus   of  th e   micro gr i d  a nd  causes  ve ry   l it tl e  os ci ll ation s  wh e n  t he  load   fluct uates   [15 ],   [ 16] .   F or   a   PI  Co ntr oller  the   sta nd a rd eq uati on u s ed  to de note  the   outp ut s ign al  is  giv e n  in   ( 1 ) .     ( ) = ( ) +   ( ) + ∫ ( )  0   (1)     W he re  y(t )  is  t he  desire d  outpu t  a nd  fed  int o  the   s ys te m  or  process   as  t he   m odulate d  i nput,   ( )   is  the  act ual  out pu t  of   t he  syst em,  e(t)  is  t he   error   si gn al ,    is  the  co ntr oller  gai n  an d    is  t he  integ ral  ti me   const ant  of  th e  co ntr oller.   F igure  2  s hows   the  P I  c ontr ol  impleme nted   in  P W M   Vo lt age  S ource   I nverter s,  wh e re  oute r  po wer   c on t ro l  lo op   ge ner at es  r efere nce  cu rr e nt  value s( ′   and   ′ )  an d  in ner   c urren t  c on tr ol  lo op   gen e rates  ref e r ence  vo lt ag e  va lues  ( ′   an d  ′ ).   These  ref e re nc e  value s   are   c ompare d  with  act ual  val ue  to   gen e rate e rror  sign al s a nd c onve rted  to  ‘ ab c ’   f rame  to ge ne rate gati ng si gnal s.    Hy ste resis  c ontrolle r  is  a   sim ple  no n - li nea r  con t ro ll er  with   no  c omplex  c on t ro l  ci rc uitr y  involve d  f or   the  cu rr e nt  c ontrol   an d  has   fa st  resp onse.  It  employs  fee dback  c urren t  c ontr ol  meth od.  The  In  th e   c on trolle r   act ion ,  a   V SI  makes   the  gr i d  c urren t  t o  f ollow  a  ref e re nce  patte rn.  T he  e rror  ge nerat ed  by  t he  c ontr oller  pro du ces  t he  s witc hing  wa ve s,  as  sho wn   i n  Figure  3.  He re ,  curre nts  ′   an d  ′   are  co nv e rted  into  ‘ a bc ’   fr a m e   ′ ,   ′      ′   us in g  dq /a bc  c onve rter.  A n  e rror   si gnal   is  ge ner at e d  by  c ompa rin g  these  ref e ren ce  c urr e nts  with   their  act ual  val ues.  T he   er ror  sign al   is  fed  to   the   hy ste resis   con t ro ll er   to   ge ner at e   gatin g  pu lse s .  A   mi nimu m   width h ys te re sis ba nd is mai ntained  i n order  t o  mi nimize  the  erro r  [ 17 ] - [ 19] .   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       An  ef fi ci ent d y namic  po we r   man ag e me nt mod el  f or   a  st and - alone  DC  …   ( N.  Sharmil a )   1441       Figure  2. D oubl e loop c on t ro l  scheme  u si ng  PI  c ontrolle r           Figure  3.  Ge ne rati on of s witc hing  pu lse s  usi ng hystere sis c on t ro ll er       2.   PROP OSE D  MO DELIN G  OF  ST AND - A LONE  DC MI CROG RID   The  pro posed   sta nd - al one  D C  micr ogrid   ar chite ct ur e   is  s how n  in  Fig ur e   4.  The   desig n  i s  sim ulate d  in  M AT LAB/S imuli nk to  obs erv e  the  w orking and t o  a naly ze the s ys te m  perf ormance .           Figure  4. A rch i te ct ur e  of   pro pose d  sta nd - al one  D C mic r ogr id     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    14 39   –   14 49   1442   2.1.  M od el in g o f  s ola r  PV  p an el   So la r   P V   fin ds  exte ns ive   a pp l ic at ion   i n  ge ne rati on o f   el ect r ic it y,   ra ngin g  f rom r esi de ntial   ap plica ti on  to  la rg e  powe r   plants.  W ork  on   va rio us   met hods   of   modell ing   the   PV  pa ne l  has  bee n  done  in  li te ratu re   [20 ] ,  [ 21] .   Fi gure  5  sh ows   the  eq ui valent  ci rc uit  o f  a  pract ic al   sol ar  cel l  us e d  f or  m odel li ng   of  PV   a rr a y.  H ere ,    I PV   ind ic at es  phot o  c urre nt  of  s ol ar  cel l  in  a m pe re,    R sh   is  t he  s hunt   resist ance   of  the   so la r  ce ll ,   R   is  the  non - li near   impe da nc e  of   t he  p - n  j un ct io n,    R s   is  series  resist ance  of   t he  s olar  cel l.   The  t otal  l oad   cu rrent  is  giv en   by   ( 2).      I =  -   I rs [ ex p (   ) − 1 ]   (2)     W he re  I  is  the   PV   a rr a y  ou t put  cu rr e nt  in  a mp e res,   V  is  t he  P V  ar ra y  outp ut  volt age,   n s   represe nts  numb e r  of   cel ls  connecte d  in  se ries,  n p   repr esents  numb e r   of  m odules  c onnected   in  pa rall el ;  q  give s  the   charge   of   el ect ron,  k  is   Bol tz mann  c onsta nt,  A   is  t he   p - n  ju nctio n  i de al it y  facto r   ( determi nes   the   cel l   dev ia ti on  f r om  ideal   p - n  j un c ti on   c har act eri sti cs,  rangin g  f rom  1  t o  5,  1  bein g  the  i deal  value );  T  re presents   cel l  te mp eratu r e  in  Kel vin ;  I rs   is  cel l  rev e rse  sa turati on  c urrent   in  am per e. Th e  cel l  rev e rse  s at ur at io n  c urre nt     va ries w it h ch ang e s in  tempe ratur e  acc ordin g  to  the   ( 3) .           Figure  5.  Eq ui valent circ uit o f  s olar  cel l       I r =   I r ′   ( T T r ′ ) [ exp ( q E g kA ) ( 1 T r ′ −   1 T r ) ]   (3)     W he re  ′   ind ic a te s  the  cel l  refe ren ce  te m pe r at ur e  ( 298K ),   ′   represe nts  re ve rse  s at urat ion  current  at   Tr   ,  giv es   the  ba nd - ga p  e nerg y  of  semi co nduct or  use d  in  cel l.   As  s hows   ( 4)  gi ves  the   val ue  of   so la r  P V  c urre nt   ( I PV ) in am per e .     I PV =  I SC ref + k i ( T - T r ' )  ( S 100 )   (4)     W he re  I SCref   in dicat es  cel l  sho rt  ci rcu it   c urren t   at   refe re nce  te m per at ur e   an d  ra diati on ;  k   is  the   short   ci rc ui t   current  c o - e ff i ci ent;  S  repres ents  so la r  rad ia ti on   in  m W/cm 2.   T he  po wer   f rom  the  P V  arra y  can  be  cal culat e d  us in g  t he  ( 5 )   a nd  ( 6 ) .       P = VI   (5)     =    −     [  (   − 1 ) ]   (6)     2.2.  M axim u m power  p oin t  tr ackin g alg orithm   In c reme ntal  c onduct ance   ( IC)   has  bee n  im pl emented   to  co mpute  an d  e xtr act   maxim um  powe r  f r om  the  s olar  P V.  The  te c hn i qu e   is  simple  a nd   offe rs  bette r  performa nce  i n   c omparis on  with  the   pe rtu rb  an d  ob s er ve  M PP T  al gorithm .  The  os ci ll at ion   a bout  the  maxim um   point  is  le ss  an d  has  faster  r e sp onse   i n  dynamic c on diti on s.   The  f l owchar t i n  Fi gure  6  s hows  the im plementat io n o f  IC  MPPT  al gorith m.   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       An  ef fi ci ent d y namic  po we r   man ag e me nt mod el  f or   a  st and - alone  DC  …   ( N.  Sharmil a )   1443       Figure  6.   Flo w char t  of I C  MP PT  al gorith m       2.3.  M od el in g o f  b oost  c onv erter f or sol ar  PV sy stem   A  DC - DC  boost   conver te r  act s  as  an  interfa ce  betwee n  so l ar  PV   t o  the  D C  bu s .  The  c on ver te r  al on g  with  the   I nc re mental   Co nduc ta nce  al gorith m  hel ps   i n  e xtracti ng  ma xim um   powe r  fro m  the  so la r  P V,   boos ts   the  outp ut  vo lt age  of   t he  s ola r  P V  a nd  co nn ect s  the  s ola r  PV   s ys te m   to  DC  bus .  T he  va lues  of   i nduct ance  L  and capacit a nc e C is gi ven by   ( 7 )   a nd    ( 8 )   re sp ect ively .     L =   V ip ( V op − V ip ) f sw × ∆ I × V op   (7)     C = I op ( V op − V ip ) f sw × ∆ V × V op   (8)     W he re      is  t he   in pu t  volt age   in  volt s,     re presents   the   ou tpu t  volt age  i n  vol ts,     is  th e  switc hi ng   fr e qu e nc y  in  hertz ,  ∆   represe nt s the  volt age  ripp le  a nd  ∆   re pr e sents the  curre nt r i pp le .       2.4.  M od el li n g of batt ery  e nergy s to r age   As  re ne wab le   energ y  res ourc es  are  dilute  a nd   i ntermitt ent   in  natu re,  e ne rgy  sto rag e  s yst em  plays  a  vital   r ole  i n  stori ng  the   ge ne rated   ene r gy.  Lead   aci d  batte ries  a re   the   mo st   po pu la rly  us e d  ene r gy  sto rage   sy ste m,  pro vidi ng   c onsidera bl e  per f orma nc e  in  a  micr ogrid  s ys te m  [ 22] .  The  ci rcu it   represe nt at ion  of   a   batte ry   is  s hown   i n  F ig ur e  7.   T he  batt er y  vo lt age  is  non - li nea r  in  natur e  a nd   de pends  on  the  el ec troly t e   te mp erat ur e  T  and the  batte r y’s stat e  of  c ha r ge  S oC as   gi ve n by the  ( 9) .     V m = V mo   –   K   [ 273 + T ]   [ 1 − SoC ]   (9)     Wh e re  V m represe nts  ope n  ci rc uit  vo lt age  i n  vo lt s,  V mo   giv es  open   ci rcu it   volt age   at   fu ll   cha rg e  in  volt s,  K  is   the  co ns ta nt  in  vo lt s/ C,  T  is  the  el ect ro l yte  te mp e rature  in  C,  So C  repres ents  sta te   of   c ha rg e  of   batte ry   [23] - [29] .   T he  a ppr ox imat e d  valu e  of  resist a nce   as  seen   f rom   batte ry  te rmi nals  is  ass um e d  to  be  te m pe ratur e   ind e pende nt  a nd  is   a  functi on  of  Stat e  of  Cha rg e (d e fine d  as  rati o  of  batte r y’s  c urre nt  cap a ci ty  to  t he  nom inal  capaci ty)  of t h e b at te r y  a nd gi ven   by  ( 10 )     R s   =   R sref   [ 1 + A   ( 1 − SoC ) ]   (10)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    14 39   –   14 49   1444   W he re  R sref  is  the  value  of   Rs   for  S oC=1   in  ohms ,  A   is  a  co ns ta nt  a nd  S oC  is  the  batte r y  So C.  The  maxi mu m   So C l imi t i s 80 % an d mi nim um S oC is  20% .            Figure  7.  Ba tt ery eq uiv al e nt c ircuit       2.5.  C ontr ol al go ri t hm  fo r  b attery  conver t er sy stem   Bi directi o nal  c onve rter  is  us e d  f or  the   batte r y  a nd  the  c ontr ol  al gorith m  re gu la te s   t he  DC  li nk   volt ag e   if  the   l oad  or  so la r   ir rad ia nc e  var ie s.   If  th e  dema nd  on  t he   sy ste m  dec reases   tha n  th e  s olar   P V   ge ner at e d  powe r,   the n  th e  DC  li nk   vo lt age  inc reases.  If   the  dema nd   it   is  mo re  tha n  the  so la r  PV   gen e rated  pow er  or   there  is  a  dec r ease  in  irra dia nce,  the n  the  DC  li nk   vo lt ag e  decr ease s  af f ect ing   the  perf ormance  of   t he   three  ph a se  vo lt age  s ource c onve rte r  c onnected  in t he  gri d.    The  c on t ro l  al gorithm  is   ai med  t o  im pro ve  t he  pe rformance  of  the  batte ry,  re gula te   the  DC  li nk   vo lt age   a nd  im pro ve  the   ste a dy  sta te   pe r for mance   of  t he  gri d  by  c on t ro ll ing  the   gatin g  pu lse s   to   the  ba tt ery .  The   pro pose d  con t ro l   te ch ni que  is   im pleme nted   as  sho wn  in   F ig ur e   8.  I t  make s  a   c omparis on  betw ee n  t he   act ual an d ref e ren ce  values o f  d c li nk   volt ag e and   ge ner at e s er r or  si gnal , whic h  is fe d  to  the P I  c ontroll er.  T he   total   re fer e nce   cu rr e nt   obta ined   from   P I  c on t ro ll er   is  filt ered  us in g  a  movin g  a ve rage  filt er.   A  ra mp  rat e   li mit er  li mit s  t he  cha r ge/d isc harge  rate  a nd   pro vid es  ref e re nce  val ue  of  ba tt ery   cu r re nt,  as  show n  in  Figure  8   (a) .   T his  ref e r ence  value   of  batte ry  cu rrent   I b a t Re f   is  c ompa red  with  act ual  value  I b at   in   a  hyste r esi s  co ntr ol   blo c k  to  gen e r at ing   the  s witc hing  pulse s  f or  switc he s  in  conve rter  ci rc uit,  as  sho wn   in  Fig ur e  8   ( b).  T he   bid irect io nal  conve rter  inte rf aces   the  ba tt ery   with  th e  DC  li nk  a nd  ef fici ently   supp li es/ ab sorbs   th e   def ic it /e xcess  powe r  to   re gu la te   the  dc   li nk  vo lt a ge.   The   co nv e rter   des ign e d  is  a   half  br id ge   buc k  boost   hy ste resis c on t ro ll ed  con ver te r.           (a)     (b)     Figure  8.  (a )  g ener at io n of re fer e nce  batte ry cu rr e nt and  ( b)  g ene rati on of  switc hing  pulse s for t he batt ery  ci rcu it   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       An  ef fi ci ent d y namic  po we r   man ag e me nt mod el  f or   a  st and - alone  DC  …   ( N.  Sharmil a )   1445   3.   SIMULATI O N RESULTS   The   micr ogrid   s ys te m  is   desi gn e d  with   a   10kW   s olar  PV  s ys te m,   co nne ct ed  to   DC  li nk  t hro ugh  a   boos t  c onve rter.  T he  DC  li nk  is  regulat ed  at   760  V.   Lead  aci d  batte r y  is  us e d  as  sto ra ge   sy ste m ,  co nn ect ed   thr ough  a  bid i r ect ion al   DC - D C  conver t e r  to  the  DC  li nk.  C on sta nt  an d  dy namic  resist ive   loads  a re  ap pl ie d  to  the  syst em.  Th e  load   occ urrin g  on  the  s ys te m  is  va ried   at   0.3,  0.6  a nd  0.8  sec onds.  Ta bl e  1  s hows  t he  detai ls  of the  par a met er  values use d for sim ulati on  of the  gr i d.       Table  1 .  Propo se d  s ys te m  p a r amet er  detai ls   SI. No   Particular   Ratin g   1.   Maximu m  po wer  o f  so lar  P V a rr ay   1 0  kW   2.   Vo ltag e at  m ax im u m  po wer   V MP   445V   3.   Cu rr en t at  m ax im u m  po wer   I MP   2 2 .47 1 9  A   4.   Rated  capacity   2 0 0 Ah   5.   State of Ch arge   80%   6.   DC Link  Voltag e   760V       The  va riat ion s   in  DC  li nk  volt age,   batte r y  volt age  a nd  c ur ren t,   ba tt ery  So C   is  ob se r ved.  Fi gure  9  sh ows   the   va ri at ion   i n  powe r   of  s olar   P V,  load   a nd  batte r y  with  res pect  to  ti me.   Fig ur e   1 0   sho ws  regulat io n  of  DC  li nk   vo lt age  ir resp ect i ve  of  t he  cha ng e   in   l oad.  F igure s   1 1 ,   1 2 ,   1 3   s how   the   var ia ti ons   in   ba tt ery   current,  volt ag e  and   So C  with  res pect  to  ti me.  The  gr a phs  s how  quic k  and   s mooth  t ran sit io n  w he n  load   changes .            Figure  9.  Va riat ion   of so la r power , lo a d  a nd  batte ry   po wer   with  resp ect  t o t ime       Fig ure   14   s ho ws  the  act ive  a nd   reacti ve  power   of   i nv e rter   ci rcu it   an d  co ns ta nt  f re qu e nc y  of  in ver te r .   Figure  15  s hows  t he  loa d  volt age  regulat ion  an d  va riat ion  of  l oad  cu r ren t  due  to   dy namic  l oad.  T he  loa d  vo lt age   is  mai ntained   co ns ta nt  an d  c urren t   var ie s  acc ordi ng   t o  var ia ti on   in  loa d.   T he  dro op   c ontr ol  cannot  perform  e ff ect ively  in  mini mizi ng   ci rcu la ti ng   c urren ts  wh e re  c riti cal   commu nicat io n  do es   not  ex ist .  The   vo lt age   a nd  f r equ e nc y  of  suc h  s ys te m  va r y  du e   to  l oa d  va riat ion .   I n  com par is on  to   su c h  s ys te ms ,  th e  pro po se d  micr ogrid   has   acce ptable  perf or m ance  in   te rm s  of  dy namic  power  sh a rin g  as   well   as  maint ai nin g   vo lt age   an d  frequ e nc y  of   t he   micr ogrid  unde r  var ia ti on   in  loa d.  The   sy ste m  ca n  be   furthe r  im pro ved  to   minimi ze  pow er  fl uctuati ons   by  inc orp or at i ng  eco n om ic al ly  feasi ble  hybri d  st or a ge  sy st em .   Fi gure  16  and  17  sh ow  t he  c hange  in  batte r y  c urren t  a nd  volt age  du e  t o  dyna mic  load   va riat ion .  As  t he  l oad  co nnect ed  to  the   gr i d  cha nges,  var ia ti on  in  ba tt ery   volt age  and  cu rr e nt  is   obser ve d.   T he   pro po s ed  te chn i qu e   offe rs   bette r   dynamic   res po ns e  i n  c ompar ison  to   the  c onve ntio nal  CP ID C  te c hniq ue .  T he  set tl in g  ti me  dec rease  with   smooth  transi ti on w it h res pect  to  loa d va riat ion.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    14 39   –   14 49   1446       Figure  1 0   Re gula ti on   of  DC li nk   volt age  irres pecti ve of   load va riat ion           Figure  1 1.   V ari at ion  in  b at te r y cu rr e nt due t o  var ia ti on in  dy namic lo ad       Figure  1 2 . Batt ery v oltage  va r ia ti on  w it h re s pect to  ti me       Figure  1 3 . Batt ery Stat e of C ha rg e  v a riat ion  with  resp ect  t o  dyna mic l oad va riat ion           Figure  14.  Var i at ion   of act ive  and   reacti ve  po wer o f  inv e rter a nd  I nverter  freq ue nc y wit h resp ect  t o  ti me       Figure  15. Re gula ti on   of loa d vo lt age  and  va riat ion   of  current  due to   dynamic l oa d       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       An  ef fi ci ent d y namic  po we r   man ag e me nt mod el  f or   a  st and - alone  DC  …   ( N.  Sharmil a )   1447       4.   CONCL US I O N   The   sim ulati on  resu lt s  s how  t hat  the  pro po s ed  c on tr ol  te ch nique  has  an   imp rove d  sta bl e  operati o n  com par e d  to  c onve ntion al   C PI DC   c on tr oller.  The   hi gher   val ue  of  droop  par a mete rs   le ad  t o  i ncr eas e  in   D C   li nk   volt age  va riat ion   wh ic h  is  ov e rcome  by   t he  pr opos e d  CPI HC  te ch nique.  T he  dynamic  res pons e  of   t he  gr i d  s hows   a n  impro veme nt  with  t he  pro po sed   te ch nique.   In  c omparis on  to  c onve ntio na l  meth od,  t he   s ys te m   has  bette r  DC  li nk   volt age  re gula ti on   a nd  batte ry   c urre nt  co ntr ol.  T he  s ys t em  has   sm ooth   powe r  s har i ng.   The   transient   res po ns e  af fects  the   li fe  of  batte ry  since   it   has  l ow  powe r  de ns i ty.  The   propos ed  sy ste m   c onsiders   resist ive  l oad  f or  a nalysis.   T he  pe r f or m ance  of  t he  pro posed   mic rogr i d  ca n  be   f ur t her  imp r oved  b y  inco rpor at in g s up e r  ca pacit or  and ma king t he  en e rgy  st or a ge  sy ste m  hy br i d.       ACKN OWLE DGE MENTS     The   aut hors   w ou l d  li ke   to   tha nk  SJB   I ns ti tut e  of  Tech nolo gy,   Be ngal uru ,vi sv esva ra ya  te c hnologica l   un i ver sit y  ( V TU),  belaga vi  an d  vision  gro up  on  s ci en ce  an d  te ch no logy  ( V GS T )  Karnata ka   F und  f or  Infr ast ru ct ur e   stren gth e ning   in  Scie nce   &   Tech no l ogy  L evel  –   2   for   a ll   the  sup port  a nd  e ncou ragement   pro vid e d by th em to ta ke u p  t his r e searc h w ork  a nd  publish th is  p a per.        REFERE NCE S     [1]   Y.  Xu,  W.  Zhang,  G.   Hug,  S.   Kar,   and   Z .   Li ,   “Coope r at iv e  c ontrol   of   distri b ute d  ene rgy   stor age   sys tems  in  a   mi cro gr id, ”   I E EE   Tr ansa ct io ns  on  Smar t   Gr id ,   vol.  6,   no .   1 ,   p p.   238 - 248 ,   J an.  2015,   doi :  10. 1109/T SG . 20 14. 2354033.     [2]   J.  P.  C.   Silveira ,   P  J.  D.  S.  Neto,   T.   A.  D.  S.  B arr os,  and  E .   R.   Fil ho,   “Power  m an age m ent   of  e ner gy  storage   sys tem  with  modi fi ed   i nte rli nk ing   conv ert ers   topol ogy   i n  hybrid   AC/D C  microgrid , ”   I nte rnational   Jou rnal  of   E lectrical  Powe r &   En ergy   Syste ms ,   vol. 13 0,   p .   106880 ,   20 21,   doi :  10 . 1016 /j . i je p es. 2021. 10 6880.   [3]   P.  Haji a moosha,  A.  Rasgou,   S.  Bahra m ara,  and   M.  B.   Sada ti ,   “Stoc hastic  en er gy  ma nag em en t   in  a  ren ewa bl e   en erg y - base d   m ic rogrid  considering  demand  re spons e  progra m , ”  Int ernati onal   Journal  of  E lectric al   Powe r  &   Ene rgy  S yste ms ,   vol.   129 ,   p .   1067 91,   2021 ,   doi :  10 . 1016/j.ijepe s.20 21. 106791.     [4]   M.  R.   E lka d em ,   S.  Wa ng ,   A .   M .   Az my,  E ma n   G.  Adit ia ,   Z.  Ul la h,   and   S.   W .   Sh arshir ,   “A  sys te m at i c  d ec ision - ma king  appr oa c h  for  pla nning   a nd  assess me nt  o f  hybrid  ren ewa ble   en erg y - base d  mi cro gr id  wit h  te chno - ec ono mi c   opti mization:   A  ca se   study  on   an   urba n   com mun i ty  in   Egypt , ”   Su stainabl e   Cit ie s   and  Soc ie t y ,   vol .   54,   p .   102013 ,   doi:   10 . 1016/j.sc s.2019. 102013.   [5]   U.  N.  Eka n aya k e,   and  U .   S.  Na var at n e,   “a   surv ey  on  microgrid   cont rol  te chn iq ues  in  isla nd ed  mode , ”  Journal  of  El e ct rica l  and   C omputer  Engi n e ering ,   vo l. 2020, ID.   6275460 ,   20 20,   doi :  10 . 1155 /2020/ 6275460.   [6]   S.  Hos ei nni a,  M.   Akhbari ,   M.   Ha mz eh ,   and   J.   M.   Guerre ro,  “A  co ntrol  sche m e   for   vol ta ge   unb alan ce  co mpe nsat ion   in  an   isl anded  microgrid , ”   lectri c  Powe r  Syste ms   R ese arch ,   vol .   177,   p.   10 6016,   2019 ,   doi:  10. 1016/j.e psr.2 019. 106016.   [7]   S.  Amirkh an,  M .   R adm ehr ,   M.   Rez an ej ad ,   and   S.  Khorma li ,   “A  robust   cont ro l  t ec hniqu e  for   st a ble  oper a ti on   of   a   DC/AC  hybrid  mi cro gr id  und er   par am e te rs  and   loa ds   var i ation s,”   In te rnationa l   Journal   of   Ele ct rical  Pow er  &   Ene rgy  S yste ms ,   vol.   117 ,   p .   1056 59,   2020 ,   doi :  10 . 1016/j.ijep es. 20 19. 105659.   [8]   B.   E .   Sedhom ,   M.  M.  E l - Saadaw i,   A.  Y.   Hat at a ,   and   A.  S .   Alsyyari,  “Hie r arc h ica l  cont ro l  t ec hn iq ue - base d  h arm o ny  sea rch   optimizat ion  a lgorithm   v ersus  model  pr e dic ti v e   cont ro l  f or  au tonom ous  smart   microgrid s,”   In te rnationa l   Journal  of   Elec t ri cal   Powe r &   E nergy   Syst ems ,   v ol.   115 ,   p .   10551 1,   2020 ,   doi :  10 . 1016/j . i je p es. 20 19. 105511.   [9]   S.  K.  Jha,   D.   Kumar ,   and  M.  Le h tone n,   “Modifie d  V - I  droop  base d  ada pt ive   v ec to r  cont rol  s che m e   for  demand  side   ma nag em en t  in  a  stand - al on e  m i cro grid,”  In te rna ti onal  Journal  o f   Elec tri cal  Power   &  En ergy   S yst ems ,   vol .   130 ,   p .   106950,   2021 ,   d oi:   10 . 1016/j.ije pes. 2021 . 10695 0.         Figu re  16.  C ompa rison  of  v a riat ion  i n batt ery  current  with  syst ems usi ng C PI HC  and  CP I DC     Figure  17.  C ompa rison  of  v a riat ion  i n batt ery  vo lt age  w it h  s yst ems usi ng C PI HC  and CP I DC     0. 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1. 0 760 780 800 820 840 B a tte r y   Vo l ta g e   (V) Tim e   ( S )   C P I H C   C P I D C Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  12 , N o.   3 ,  Se ptembe r   202 1   :    14 39   –   14 49   1448   [10]   H.  Mata yoshi ,   M.  Kinjo,  S.  S.   Ranga ra ja n ,   G.  G.  Ramanat h an,  A.  M.  Hem ei d a,  and  T .   Senjyu ,   “ Islandi ng  op era t i on   sche me  for   DC   m ic rogrid   u ti l i zi ng   pseudo   Droop  con trol  of   photovo lt a ic  s ystem , ”  Ene rgy   for   Sustainable  Dev el opmen t ,   vo l.   55 ,   pp ,   95 - 104 ,   2020 ,   doi :  10 . 1 016/j . esd. 2020. 0 1. 004.   [11]   M.  R.   El k adem,  S.  Wa ng ,   A.  M.   Azmy,   E.  G.   Ati ya,   Z.  Ull ah,  an d  S.  W.  Sharshir ,   “A   sys te mati c  dec ision - ma king   appr oac h   for   p la nning   a nd  as sess me nt  of   hy brid  r ene wab le  en erg y - base d   mi cro gr id   with   t ec hno - ec onom i c   opti miz ation:   A  ca se   study  on   an   urba n   com mun i ty  in   Egypt , ”   Su stainabl e   Cit ie s   and  Soc ie t y ,   vol .   54,   p .   102013 ,   2020,   doi :  10 . 10 16/j . scs.2019 . 10 2013.   [12]   Z.   Luo ,   Z .   Wu,   Z.   L i,   H .   Cai,  B .   Li ,   and  W.   Gu,   “A  two - stage   op ti mization  and   c ontrol   for  CCHP   mi cro gr id  en erg y  m ana g em en t,”   App li ed   Therm al   Eng ineering ,   vo l.  1 25,   pp .   5 13 - 522,   201 7,   do i:   10. 1016/j.a ppl th erm a le ng. 201 7. 0 5. 188.   [13]   H.  Shay eghi ,   E.  Shahrya ri,  M.   M ora dza d eh,  and  P.  Siano ,   “A   Survey  on   mi cro gr i d  en erg y   ma n ag em en t  conside r i ng  fle xible  ene rgy   source s,”   En ergies ,   vol. 12, no. 11 ,   pp .   1 - 26 ,   doi :  1 0. 3390/e n12112 156.   [14]   A.  Ouam mi ,   Y.   Achour,  D.   Zej li ,   and   H.  D agd ougui,   “Super vi sory  mode l   pre d ic ti v e  cont ro l  fo r  optimal  en erg y  ma nag em en t  of  net worked  sm ar t  gre enhous es  in te gra te d  mi cro gr id, ”  IEEE  Tr ansacti ons  on  Aut o matio n  Scienc e  and  Engi n ee ring ,   vol .   17 ,   no .   1 ,   p p.   117 - 128 ,   Jan .   2020,   doi :  10 . 11 09/T AS E. 2019. 2 910756.     [15]   Mane esh,   “Fre q uenc y   cont ro l  of   a   microgrid   by   using  PI  con troller,”  In te rnation al  Conf ere nc e  o n  Ene rg y,  Power   and  Environm ent :  Tow ards   Sustainabl e   Gr owth  I CEP E ,   2015 ,   pp .   1 - 5,   doi: 10. 110 9/E PETSG.2015 . 7510081.     [16]   W.  J.   Praiselin,   and   J.   B .   Edwa r d,   “Volt ag e   Profile  Improv em en t   of   Solar   PV   gri d  –   connect ed  in ver te r   with   m ic r o  grid  oper a ti on   using  PI  cont roller,”  E nergy   Proce d i a ,   vol.  117,   pp.   104 - 11 1,   2017,   do i :   10. 1016/j.e gypr o. 2017. 05 . 112.   [17]   V.  Ra ja ku ma r ,   a nd  K.   Anbukum ar,  “ Enha n ce m e nt  of   power   qu ality   using  doub le - band  hyst ere sis   cont roller   for   th e  grid  integra te d  r ene wabl e  en erg y   sys te m,”  Int ernati onal  Tr ansact ions o n  Elec tri c al  Ene rgy   Syst e ms ,   vol.   28 ,   no.   11,   p.   e2623 ,   2018 ,   doi:   10 . 1002/ete p. 2623.   [18]   X.  Da i,  and   Q .   Chao,  “ The  res e arc h   of   photovo l ta i c  g rid - conn ecte d   inverter   b ase d  on   ad apt iv e   c urre nt   hyster esis   band  cont ro l  sc hem e , ”  In te rnat ional   Confe re nc e  on  Sustainable  Powe r  Gene r ati on  and  Suppl y ,   pp .   1 - 8,   do i:  10. 1109/SUP ERGEN. 2009. 5348 181.     [19]   M.  Rav i,  A.   V.   J aya kum ar,  I .   F.   Browni,   and   K.   Senthi lnathan ,   “ Miti gating   powe r  qua li ty   probl e ms  and   co mpa r ison   of  PV   supported  dynam i c  volta ge  restor er   and  distri buti on  ST ATCOM   in  stand  al one  wind   ene r gy  conv ersi on  sys te m, ”   Int ernati onal Journal  o f   Applied Engi n e ering  R ese arch ,   vol.   9 ,   no .   24 ,   pp .   26431 - 26445 ,   2014.   [20]   R.   Castro ,   “Da t a - drive n  PV   m odule s  modelli n g:  Compa r ison  bet wee n  equi v alent  e lectr i c  c ircuit  and  artificia l   int ellige n ce   b ase d  mode ls, ”  Sust ainabl e  Ene rgy  Technol ogi es  and  Assess ments ,   vol.   30,   pp .   230 - 238,   2018,   do i:  10. 1016/j.set a . 2 018. 10. 011 .   [21]   X.  Xu  et   al . ,   “C urre nt  ch aracteri stic s  estimation  of  Si  PV   modul es  base d  on  art i fic i al   neu ral   n etw ork  mode li ng , ”   Mate ri als ,  vol .   1 2,   no .   18 ,   pp .   1 - 12,   Sep   2019,   do i:   10 . 3390/ma12 183037.   [22]   S.  U.   Khan ,   Z .   A.   Almu tairi,  O.  S.   Al - Za id ,   and   U .   D .   Shahab,  “De ve lop me nt   of   low   c once ntr at ed   sol a r  photovol taic   sys te m   with   lead  acid  ba tt e ry  as  stor age   d evice , ”   Curr ent   App li ed   Ph y sics ,  vol .   20,   no.   4,   pp.   582 - 588,   2020,   doi : /10. 1 016/j . ca p . 2020. 0 2. 005.   [23]   H.  N.  Mah endr a,   S.   Mallika jun aswam y,   G .   K.  Siddesh,   M.  Ko ma l a,   and  N.   Sharmi l a,  “ Evol u ti on  of  r eal - tim e  onboar d  pro ce ss i ng  and   c la ss ifica ti on  of   r em ot el y   sensed  da ta,”  In dian  Journal  o f  Sc ie n ce  and   Tec hnology ,   vol .   13,   no.   20 ,   pp .   2010 - 2020,   2020 ,   doi :  10. 17485 /IJST/ v13i20. 459.   [24]   S.  Mal li ka juna s wamy ,  N.   Shar mi la,   D.   Mahe s hkuma r,  M.   Ko ma l a,  and   H.   N.   Mahe ndr a,  “I m ple m ent a ti on   of  an   eff ective  hybrid   mode l   for  isl an ded  microgrid   e ner gy  m ana ge m ent , ”  Indian   Jou rnal  of  Sc ie nc e  and  Technol og y ,  vol.   13 ,   no .   27 ,   p p.   2733 - 2746 ,   2 020,   doi :  10 . 174 85/IJST/v13i 27. 982.   [25]   R  Shiva ji ,   K .   R .   Nat araj,  S.   Mal li kaj un aswam y,   and  K .   R.   Rekh a,   “De sign   and   i mpl ement at ion   of  re conf igur abl e   DCT  base d   ad ap ti ve   PS T  t ec hniq ues  in   OF DM   com muni c at i on  s ystem   using   in terlea v er  enc od er,”  Indian   Journal   of  Sc ie nc e  and   Technol og y ,   vol.  13,   no .   29 ,   pp .   3 008 - 3020,   doi :  1 0. 17485/IJST/v1 3i29. 976.   [26]   S  Mallik arj un aswam y,   K.   R.   Na ta ra j,  and   K .   R .   Rekha ,   “De sign   of  high - spe ed   re conf igura b le  cop roc essor  for   n ext - gene ra ti on  communicati on  p la t f orm, ”   Eme rging   Re search  in  E l ec troni cs,   Comp ute r  Scienc e  an d  Technol ogy ,   p p   57 - 67,   De c  2014 .     [27]   S.  Chaitra   et  al . ,   “A  com pre h ensive   r eview  of  p a ral l el   concat en ation  of  LDPC  co de  t ec hniqu es, ”   Indian  Journal   o f   Sci en ce and  Tec hnology ,   vol .   14 ,   no.   5,   pp.   432 - 4 44,   2021 ,   doi :  10 . 17485/IJST/v14 i5. 2171.   [28]   S.  Pooja ,   S.  M allika rjun aswam y,   and   R .   N .   Kan a thur,  “A   com pr e hensive  rev i ew  of  bl i nd  d ec onv olut ion   t ec hniqu es   for  image   debl ur ring, ”   Tr ait eme n t  du  S ignal ,   vol .   37,   no .   3 ,   pp .   52 7 - 539,   2020 .     [29]   T.  Sadiy a,  S.   M al li k arj un aswam y,   G .   K.   Siddes h,   and   N.   Shar mi la,   “Conv ent i onal  and   subs pa ce  a lgori th ms  fo r  mobi le source d et e ct ion   and   rad i at ion   fo rmation , ”  Tr ait eme n t  du   Signal ,   vol .   38 ,   no.   1 ,   pp .   135 - 1 45,   2021 .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.