T E L KO M N I KA  T e lec om m u n icat ion ,   Com p u t i n g,   E lec t r on ics   an d   Cont r ol   Vol.   18 ,   No.   1 F e br ua r y   2020 ,   pp.   45 6 ~ 46 4   I S S N:  1693 - 6930,   a c c r e dit e F ir s G r a de   by  Ke me n r is tekdikti ,   De c r e e   No:   21/E /KP T /2018   DO I 10. 12928/ T E L KO M NI KA . v18i1. 11887     456       Jou r n al  h omepage ht tp: // jour nal. uad . ac . id/ index . php/T E L K OM N I K A   Im p r ov e d   b ac k t r ac k in g se a r c h  op t i m iz at io n  al gor ith m  f o r   PV /W in d /FC syst e m       Jih an e   Kart i t e 1 M oh am e d   Cher k aou i 2   1, 2 Mo h ammed   V   U n i v er s i t y   i n   Rab a t ,   A g d al   Rab a t ,   Mo r o cco   2 Mo h amme d i Sch o o l   o E n g i n eer s ,   Mo ro cc o       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT     A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived   Nov   24 ,   201 8   R e vis e Aug   7 ,   20 19   Ac c e pted  Aug   28 ,   20 19       T h i s   p a p er  u s e s   n o v e l   o p t i m i za t i o n   met h o d   b as e d   o n   t h i mp r o v e d   b ack t rack i n g   s earch   o p t i mi za t i o n   a l g o ri t h m   (IBSA ).   T h s t u d y   i s   co n d u c t ed   fo h y b ri d   s t a n d - a l o n s y s t em  co m p o s ed   o p h o t o v o l t ai p an e l   (PV ),   w i n d   t u r b i n g en era t o an d   fu el   ce l l   el ec t ro l y zer  (FC ).   T o   d emo n s t r at e     t h effec t i v en e s s   o t h IBS A ,   fo u r   b e n ch mar k   fu n ct i o n s   are  u s ed .   T h re s u l t   s h o w s   t h b e t t er  e x p l o ra t i o n   an d   ex p l o i t at i o n   o t h i mp ro v ed   b ac k t rac k i n g   s earch   o p t i m i zat i o n   al g o ri t h i n   t erms   o co n v erg e n ce  an d   s p ee d   fo s y s t em   co mp r i n s i n g   PV   p a n el   w i n d ,   t u r b i n g en era t o an d   fu e l   cel l .   T h p ro p o s ed   al g o ri t h i s   u s e d   t o   o p t i mi ze  t h an n u a l   t o t al   co s t   ( A T C)  o t h en erg y   p ro d u ce d   an d   fee d   u p   t h l o a d   d ema n d .   T h eco n o mi ev a l u a t i o n   o f     t h H y b r i d   PV / W i n d / FC  s y s t em  i s   d o n t h r o u g h o u t   h o u rl y   d ema n d   an d   d ai l y   w i n d   s p ee d   an d   i n s u l at i o n .   T h s i mu l at i o n   re s u l t s   j u s t i fy   t h r o b u s t n e s s   o f     t h IBSA .   K e y w o r d s :   F ue c e ll   I B S A   O pti mi z a ti on   P hotovol taic   pa ne l   W ind  tur bine   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i ce n s e .     C or r e s pon din A u th or :   J ihane   Ka r ti te   M oha mm e Unive r s it in  R a ba t,     Agda R a ba t,   M or oc c o .   E mail:   ka r t it e . ji ha ne @gmail. c om       1.   I NT RODU C T I ON     T he   de pletion  of   f os s il   f ue ls   a nd  the  incr e a s ing  e ne r gy  de mand  ove r   the  wor ld,   a bout  55%   by     2035  [ 1] ,   a r e   br ought  mo r e   a tt e nti on   to  g r e e e ne r gy.   T he   pr oduc t ion   of   e lec tr icity   f r om   c onve nti ona s our c e s   a f f e c ts   e nvir onment  ba lanc e   a nd   c a us e s   poll uti on T his   poll uti on   a f f e c ts   li f e s   a nd  a nim a ls .   T he   powe r   pr oduc e d   f r om  f os s il   f ue ls   gives   of f   ha r mf ul   ga z e s   s uc a s   o xides   of   c a r bon.   T he s e   ga z e s   c ontr ibut e   to  global  wa r mi ng.   L im it e r e s e r ve s   of   f ue ls   a nd  their   uns table   c o s ts   a r e   the  mos im por tant  r e a s ons   f or   r e ne wa ble   e ne r gy.     T he   incr e a s ing  c onc e r a bout  e nvi r onmenta poll ut ion  a nd  the  im pa c t   of   tr a dit ional  s our c e s   ha s   e mphas ize s   a ll   c ou ntr ies   f or   r e duc ing   their   e mi s s ion.   R e ne wa ble  e ne r gy  s our c e s   s e e to   be   the   be s s olut ion   f or   a   s us taina ble   e lec tr if ica ti on.   W e   c a ha ve   the   e lec tr icity  di r e c tl f r om  s unli ght  v ia  P pa ne l.   S olar   e ne r gy  is   one   o f   t he   mos pr omi s ing  r e ne wa ble  e ne r gy  tec hnol ogies it   is   c lea a nd  a bunda nc e .   How e ve r ,   the  int e r m it tent  na tur e   of   thes e   types   of   e ne r gy  make s   the  e ne r gy  p r oduc e f r o one   r e ne wa ble  s our c e   unr e li a ble  [ 2,   3] .   C oupli ng  P pa ne l   with  a nother   s our c e   o f   e ne r gy   s uc a s   wind  tur bine   ge ne r a tor   c a r e duc e   s ig nif ica ntl the   int e r mi tt e nc e   is s ue .   T he   e lec tr ic  Hybr id   r e ne wa ble  e ne r gy  s ys tem  is   l e s s   c os tl a nd  mor e   r e li a ble  than  s ys tem  with  one   s our c e   [ 4,   5 ] .   De s igni ng  a   hyb r id  r e ne wa ble  e ne r gy  s ys tem  is   a   dif f icult  tas k,   the  s izing  o r   the   nu mber   of   e leme nt  a nd  the   us e c ontr ol  s tr a tegy  is   ve r e s s e nti a l,   the  pe r f or manc e   of   the  P V/W ind/ F ue l   c e ll   s ys tem  c a be   s igni f ica ntl inf luenc e by  the  pr opos e c ontr ol  s tr a tegy.   W ind  tur bi ne   ge ne r a tor   a nd  P pa n e mi ght  ope r a te  in  the  wa y   that  they   c a g ive  the   maximum   powe r   to   a c hieve   a   high   e f f icie nc va lue  [ 6] .   I th i s   s tudy,   the  photovol taic   ( P V)   pa ne l   a nd   the  wind   tu r bine  ge ne r a tor   a r e   us e a s   the   main   s our c e   f or   the   load  de mand.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l         I mpr ov e bac k tr ac k ing  s e a r c opti miz ati on  algor it hm  for   P V /W ind/ F C   s y s tem   ( J ihane  K ar ti te)   457   the  f ue l   c e ll   ( F C )   e lec tr olyze r   is   r e qui r e a s   a   s tor a ge   c a pa c it y.   T he   photovo lt a ic  pa ne l   ( P V)   tec hnolo gy  is   s e e a s   the  e a s ies r e ne wa ble  s our c e   due   to  s e ve r a r e a s o ns T he   s tudy  of   a   hybr id  r e ne wa ble  e ne r gy  s ys tem  ( HR E S )   c oupled  with  hy dr oge e ne r gy   is   be c a me  a a r e a   o f   int e r e s [ 7] .   T he   tr a dit ional   s tor a ge   with  c he mi c a l   ba tt e r ies   pr o vides   high  di s c ha r ging  e f f icie nc a nd   high  e ne r gy   s tor a ge   c a pa c it [ 8] .   T his   s ys tem  pr ovides   a n   im p r ove ment  to   ove r c ome   s ome  dr a wba c ks   of   R E S   e s pe c ially   the  int e r mi tt e nc e   pr oblem:   the   e ne r gy  s tor a ge   s ys tems   a r e   a ble  to  f e e load   de mand  o r   c ons ume  the  pr oduc e e ne r gy  f r om  r e ne wa ble  s our c e s .   D ies e ge ne r a tor s   or   f ue c e ll s   s e e ms   ne c e s s a r in  hybr id  r e ne wa ble  e n e r gy  s ys tems   ( HR E S )   by  s upplyi ng  the  load  de mand   whe the  s tor a ge   f a c il it ies   a r e   e na ble  or   e mpt y.   T he   pa pe r   pr e s e nts   I B S ( im pr ove ba c ktr a c king   s e a r c a lgor it hm )   t opti mi z e   th a nnua tot a l   c os ( AT C )   f o r   photovol taic   ge ne r a tor ,   wind  tu r bine  ge ne r a tor   a nd   f ue c e ll   s ys tem .       2.   HYB RI RE NE W AB L E   E NE RGY  S YST E M   P RE S E NT AT I ON   T he   s ys tem  us e in   th is   pa pe r   is   a   mul ti s our c e   s ys tem  c ompos e of   hyb r id   r e ne wa ble  e ne r gy   s our c e   s ys tem  ba s e on  photovol taic   pa ne l,   wind   tu r bine   g e ne r a tor   a nd   f ue l   c e ll s   e lec tr olyze r   [ 9] .   T he   s tor a ge   f a c il it ies   a r e   us e to   s moot h   out   the   r e ne wa ble  e ne r gy   f lu c tuation.   B e s ides ,   s tor ing   e lec tr icity   in   lar ge   s c a le  dur ing     of f - pe a hour s   r e duc e   s igni f ica ntl the   de pe nde nc e   of   f os s il   e ne r gy  dur ing   pe a de mand.     2. 1.   P h ot ovolt a ic  ( P V)   p an e m od e l   T de ter mi ne   the   powe r   output   f or   P pa ne l ,   tw models   a r e   pos s ibl e the  pr oba bil is ti c   one   a nd     the  de ter mi nis ti c   one .   B oth   a r e   ba s e on   c li matic   da ta.   I n   thi s   s tudy   we   us e   the  de te r mi nis ti c   model  to  de f ine   the  P V   powe r .   T he   e lec tr ic   powe r   is   de ter mi ne d ir e c tl f r om   the   nomi na l   powe r   of   the   P V   c e ll .   T his   powe r   is   inj e c ted  dir e c tl in   the  DC   bus :     = co s   ( 1)     w he r e   E dir c   is   the  di r e c s unli ght  r e c e ived  by  the  c oll e c tor ,   θi s   the  inclination   a ngle.      = ( 1 + c os 2 )   ( 2)     E dif c   is   the   dif f us e   s unli ght  r e c e ived  by   the  c oll e c t or .      = ( +  )   ( 3)     P pvc   is   the  nomi na l   powe r   o f   P V   pa ne a nd  E is   t he   ins olation  in  s tanda r c ondit ions .     co s = co s co s (  ,  ) + s in Σ s in co s Σ   ( 4)     β   is   the   a lt it ude   o f   the  s un ,   ϕs is   the   a z im uth ,   ϕc is   the  c oll e c tor   a z im uth   a nd  ∑  is   the   inclination   a ngle  of     the  s olar   c oll e c tor .     s in = co s co s co s + s in s in   ( 5)     is   the  latit ude   of   the  loca ti on ,   δ   is   the   s olar   de c li na ti on  a nd  is   the   hour   a ng le.     s in  = c os s i n c os   ( 6)     2. 2.   Win d   t u r b in e   m o d e l   W ind  tur bines   us e   the  kinetic   e ne r gy   of   wind  s pe e d .   I th is   pa pe r   the  powe r   de li ve r e d   by   wind  tu r bine  ge ne r a tor   is   modele d   a c c or ding  to   wind   s pe e d,   a s   we   c a n   s e e   in   F igu r e   1 .   T he   powe r   o utput   of     the  wind  tur bine   ge ne r a tor   is   ba s e on  wind  s pe e d.   I is   e xp r e s s e by  ( 7)   a s   we   c a s e e   in  ( 7 ) :     = {         0 ,                                                                                                     1 2 2 3 , ,                                                                           0                                                                                                     ( 7)     whe r e   Vd  i s   the  boot   s pe e d,   Vn  is   the  nomi na l   s pe e a nd  Vc   is   the  s hut   down  s pe e d.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l Vol.   18 ,   No .   1 F e br ua r 2020 :    45 6   -   46 4   458       F igur e   1.   W ind  tu r bine  output   powe r       2. 3.   F u e c e ll   m od e l   T he r e   a r e   d if f e r e nt   types   of   F ue c e ll   ( F C ) ;   the  mos us e f or   d is tr ibut e ge ne r a ti on   is   the  p r oto e xc ha nge   membr a ne   ( P E M )   [ 10] .   I thi s   wor k,   we   c ons ider   P E M   F C it   is   s tudi e by  us ing  the  model  of     the  F C   s tac k.   T he   output   volt a ge   of   the  F C   Vf c   c a be   c a lcula ted  f r om  the   volt a ge   de ve loped  ins ide  t he   F C .   I t   is   e xpr e s s e by  the  ( 8) :      =    ( 8)     w he r e   E oc   is   the  volt a ge   whe the  c ir c uit   is   ope n,   Va c is   the  int e r volt a ge   of   the  F C   a nd  Vohm  is   t he   ohmi c   volt a ge .     T he   number   of   hyd r oge s tor a ge   tanks   is   de ter mi ne ba s e on  the  M a na ge ment  s tr a tegy     s howe be low:     if   the  powe r   ge ne r a ted  f r om   r e ne wa ble  e ne r gy  s our c e s   ( P V/W ind)   is   g r e a ter   than  the  load  de mand,     the  e lec tr olys e r   will   be   us e d   to   pr oduc e   hydr oge n.   T his   hyd r oge n   s tor e in   the   tanks   c a be   c a lcula ted    a s   f oll ows :      ( ) =  ( 1 ) + (  ( )   ( ) )     ( 9)     whe r e   E s tor   is   the  hydr oge s tor e d   in  the  tanks ,   E r e is   the  e ne r gy  pr oduc e f r om  r e ne wa ble  s our c e s ,   E load  is   the  e ne r gy  load  a nd   E f f i n v   is   the  e f f icie nc o f   the   inver ter .     whe the  e ne r gy  de mand   of   the  load   is   gr e a te r   th a the  e ne r gy   pr oduc e by   r e ne wa ble  e ne r gy  s ou r c e s ,     the  F C   will   be   us e to   f e e d   up  the   load  [ 11] .   T h e   a mount   of   hydr oge n   s tor e in   the   tanks   is   c a lc ulate d     a s   ( 10) .      ( ) =  ( 1 ) ( ( ) ( ) )   _    ( 10)     T he   c os of   s upplyi ng  the  e ne r gy   de mand  by  F C   e l e c tr olyze r   is   de ter mi ne by   the  ( 11) :      =    + & _    ( 11)     w he r e   C F is   the   F C   pu r c ha s e   c os t,   L if e F C   is   the   F C   li f e ti me  a nd   C O & M _ F a r e   the  F C   ope r a ti on   a nd   mai ntena nc e   c os ts .       3.   B AC K - T RA CKI NG  S E AR CH  OP T I M I Z AT I O AL GO RI T HM  ( B S A)   B S is   a   metha he ur is ti c   a lgor it hm ,   ba s e on  na t ur a or   biol ogica l   e volut ions   tec hniques   s uc a mut a ti on .   I t   is   pr opos e to  s olve  c ons tr a ined   o pti mi z a ti on  pr oblems   a nd  ove r c ome   s ome  dr a w ba c ks   of     the  pr e vious   e volut ionar y   a lgor it hms :   e . g . ,   high   s e ns it ivi ty  to  the   c ontr ol   pa r a mete r   a nd   time - c ons umi ng   c omput a ti on  [ 12 ] .   B S A’ s   s tr uc tur e   is   s im ple;   it   ha s   a   powe r f ul   global   e xplor a ti on   a nd   loca l   e xploi tatio due   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l         I mpr ov e bac k tr ac k ing  s e a r c opti miz ati on  algor it hm  for   P V /W ind/ F C   s y s tem   ( J ihane  K ar ti te)   459   c ontr oll ing  the   s e a r c dir e c ti on   by  s c a le  f a c t or   pa r a mete r   [ 13 ,   14 ] .   F igur e s   2   ( a )   a nd   ( b )   s hows     powe r   a s   a   f unc ti on  of   c ur r e nt   a nd  the  vol tage   a s   a   f unc ti on  of   c ur r e nt  f or   the  F C   us e in  thi s   s tudy.   F ig ur e   s hows   the  ge ne r a s tr uc tur e   of   the  B S a lgor it hm.   B S ha s   f ive  main  s teps ini ti a li z a ti on,   s e lec ti on - I ,   mut a ti on,   c r os s ove r   a nd  s e lec ti on - I I   [ 15 ] .   I ts   ge ne r a s tr uc tu r e   is   de s c r ibed  in   F igu r e   3 .   F igur e   4   s hows   the  ini t i a li z a ti on   pr oc e s s   of   B S A.         ( a)       ( b)     F ig ur e   2 .   ( a )   P owe r - c ur r e nt  ( b Voltage - c ur r e nt  c ur ve s   of   the  F C             F igur e   3.   Ge ne r a s tr uc tur e   of   B S A     F igur e   4.   B S A’ s   ini t ializa ti on         I nit ializa ti on   I thi s   pr oc e s s   B S ge ne r a tes   the  ini ti a l   populatio by  a   uni f or m   dis tr ibut ion .     S e lec ti on - I   B S de f ines   the  Old  population  Old  P ,   whic is   us e to  c a lcula te  the  s e a r c dir e c ti on.   T he   h is tor ica population  is   ini ti a li z e by   ( 1 2 ) .     , = ( ,  )   ( 12)     In   e a c it e r a ti on,   B S de ter mi ne   Old  P   by  c o mpar ing  tw o   number s   ge ne r a ted  r a ndoml y   a nd  b.   T his   c ompar is on  is   s hown  in  ( 1 3 ) :              = | , ( 0 , 1 ) |   ( 13)     a f ter   de ter mi ning   the  his tor ica population   Ol P ,   B S c ha nge s   the  or de r   of   indi viduals   by  us ing    the  pe r mut e   f unc ti on .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l Vol.   18 ,   No .   1 F e br ua r 2020 :    45 6   -   46 4   460    =    (  )   ( 14)       M utation   I thi s   s tep  B S ge ne r a tes   the  ini ti a f or m   of   tr ial  population.     M utant = + (   )   ( 15)     W he r e   F   is   a   f unc ti on.   I ts   va lue   c ontr ols   the  a mpl i t ude   of   the   s e a r c h   d ir e c ti on.   I t   is   e xpr e s s e by  ( 1 6 ):     = 5  ,   whe r e    = ( 0 , 1 )   ( 16)       C r os s ove r     , ( ) = 1     , ( 1 : [ ] ) = 1 ; =    ( 1 , 2 , 3 , , )      = + (  . ) . (   )     , = (  ) +   if   ,   be yond  the   bounda r y .   ( 17)       S e lec ti on   I thi s   s tep,   the  indi vidual   with  be s f it ne s s   va lue  i s   us e to  r e plac e   the  pr e vious   indi vidual.       4.   I M P ROVE B AC KT RA CK I NG  S E AR CH  OP T I M I Z AT I ON  AL GO RI T HM  ( I B S A)   B S ha s   a   r a ndom  s tr a tegy   in  de f ini ng  mut a ti on t he   late r   int r oduc e s   c ha nge s   in  indi vidual  pos it ion .   T he   mi r a te  pa r a mete r   ( M )   us e in  c r os s ove r   ope r a tor   c ontr ols   the   number   o f   indi viduals   that   mut a t e   in  tr ial   population.   I n   thi s   wor the  im pr ove d   ba c ktr a c king  s e a r c opti mi z a ti o a lgor it hm   ( I B S A)   pr e s e nted  by  [ 16]   is   us e to  s tudy   the   im pa c t   of   us ing   a   F C   e lec tr olyze r   in   a   hybr id   r e ne wa ble  e ne r gy   s ys tem  e s pe c ially  in   ter ms   of   e ne r gy  c os t.   T he   I B S A   is   pr opos e to   ove r c ome  s ome  d r a wba c ks   of   the   tr a dit ional   B S s uc a s   the   c onve r ge nc e   is s ue   [ 17 - 19] .   How e ve r ,   B S s hows   a   s tr ong  r obus tnes s   in  f indi ng  the  be s c o s va lue;  it s   wa i s tor ing  population  f r om  the  pr e vious   ge ne r a ti on  may  mak e   it   c onve r ge   ve r s lowly  [ 20,   21] .   T he   s ys tem  us e in  thi s   s tudy  is   pr e s e nte in  F igur e   5 .   I t’ s   c ompos e of   P ge ne r a tor ,   wind   tur bine   ge ne r a tor   a nd  F ue c e ll   s ys tem.   T he   idea   be hind  the   I B S A   is   de f in ing  a   ne mut a nt   ba s e on  the   s c a le  f a c tor   va lue.   T s e e     the  e f f e c ti ve ne s s   of   the  I B S f ou r   be nc hmar f un c ti ons   a r e   us e a s   s hown  in  T a ble  1 .   T he   s im ulatio r e s ult s   a r e   s hown  in  F igu r e   a nd   the  s tatis ti c s   va lues   a r e   s umm a r ize in  T a ble  2 .           F igur e   5.   P V   wind  tur b ine  ge ne r a tor   f ue c e ll   hybr i r e ne wa ble  s ys tem     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l         I mpr ov e bac k tr ac k ing  s e a r c opti miz ati on  algor it hm  for   P V /W ind/ F C   s y s tem   ( J ihane  K ar ti te)   461   T a ble  1.   L ow - up  a nd  dim e ns ion  f or   the  be nc hmar k   f unc ti ons   ID   N a m e   L ow   Up   D   F1   A c kl e y   - 32   20 . 39   20,18   F2   C r ie w a nk   - 600   0.2423   0 . 3449   F3   S c ha f f e r   - 100   20 . 24   19 . 63   F4   S he ke l   - 32   1 . 824   1 . 643           ( a )   ( b)         ( c )   ( d)     F igur e   6.   Optim a l   c os va lue  f or   ( a )   F1 ,   ( b)   F2 ,   ( c )   F3   a nd  ( d )   F 4   us ing    B S ( gr e e c ur ve )   a nd  I B S ( r e d   c ur ve )       4. 1.   Ob j e c t ive  f u n c t ion   T he   AT C   o f   the   s ys tem  c a be   de f ined  a s   f ol lows :     1 = .  + . +  .    ( 18)     whe r e   C is   the  tot a l   c os o f   P ge ne r a to r ,   C w   is   the  tot a l   c os of   wind   tur bine   ge ne r a tor   a nd   C f c   is   the  tot a c os of   the  f ue c e ll .   T he   c os of   s upplyi ng  e ne r gy  with  P ge ne r a tor   a nd  wind  tur bine  ge ne r a tor   is   de ter mi ne d   in  [ 22] .   T he   c os of   powe r   p r oduc e f r om  F C   is   de t e r mi ne d   in  ( 19) .      =    + & _    ( 19)     4. 2.   E lec t r olyze r   m od e l   T he   hydr oge pr oduc ti on   nh2   r a te  is   de ter mi ne b a s e on  F a r a da y’ s   law   [ 23] ,   it   is   pr opor ti onne to   the  e lec tr ica c ur r e n t   ins ide  the   c ir c uit   [ 24 ] .   T he   nh ( mol /s )   is   de ter mi ne in   ( 20 ) .     2 = 2    ( 20)     whe r e   n is   the  F a r a da e f f icie nc y,   n C   is   the   num be r   of   c e ll s   in   s e r ies   i is   the  e lec tr olyze r   c ur r e nt  a nd  F   is     the  F a r a da c ons tant.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l Vol.   18 ,   No .   1 F e br ua r 2020 :    45 6   -   46 4   462   5.   S I M UL AT I ON  AN RE S UL T S   T he   s tudi e d   s ys tem  is   c ompos e o f   P ge ne r a t or ,   wind   tur bine   ge ne r a tor   a nd   F C   e lec tr olyze r .     T he   load  de mand  is   a AC   load;  a nd  the  inver ter   is   us e with  a e f f icie nc of   0. 8.   T he   F C   is   us e to  f e e up  the  load  in  wor s e   c a s e   f or   R E   ( r e ne wa ble  e ne r gy) .   T he   s ys tem  f lowc ha r is   pr e s e nted  in  F igur e   5.   T he   us e s ys tem  is   c ompos e of   [ 25] :     6000  W P ge ne r a to r ,   with  a   tot a a c quis it ion  c os of   40000   £.     5000  W   wind  tur bine   ge ne r a tor ,   with  a   tot a l   a c quis it ion  c os of   10000£  a nd  a a nnua ope r a ti o a nd  maintena nc e   c os of   300£.     1KW   F C ,   a c quis it ion   c os of   4000£ ,   O& M   c os of   0 . 2£/h ,   30000   h   e xpe c ted  li f e ti me,     Nf c   =   16. 66   KW h/KgH2  f o r   the   nomi na powe r   a n P mi n   =   60   W.     1KW   e lec tr oly z e r ,   a c quis it ion  c os o f   3200£ Ne yz   =   0. 021KgH 2/KW h.     0. 1Kg   H2  tank ,   a c quis it ion  c os o f   150   £,   O&M   c os 10£/yea r ,   25   ye a r s   e xpe c ted  li f e ti me .   T he   main  objec ti ve   of   thi s   wor is   to  s ize   opti mal ly  a   hybr id  P V/W ind/ F C   s ys tem  us ing  I B S a nd  c ompar e   the  r e s ult   with   the  B S A.   T he   pr opos e m e th od  a im s   to  s a ti s f many  r e quir e ments :     Optim ize   the  a nnua tot a l   c os ( AT C )   of   the  s ys tem.     De mons tr a te  the  e f f e c ti ve ne s s   of   the  I B S c ompar e to  the  t r a dit ional  B S A   f or   s ys tem  us ing  F ue c e l l.     S tudy  the  in f luenc e   of   the  e lec tr olyze r   c ur r e nt  on   t he   F a r a da e f f icie nc y.   T a ble  1   a nd  T a ble  2   s how  r e s pe c ti ve ly  the  s tat is ti c s   va lues   a nd  the  low - up  a nd  dim e ns ion   f or     the  be nc hmar f unc ti ons .         T a ble  2.   S tatis ti c s   va lues   f or   be nc hmar f unc ti ons   P r obl e m   S ta ti s ti c s   B S A   I B S A   F1   M e a n   20 . 39   20 . 18     S td   0.2423   0 . 3449     B e s t   20 . 24   19 . 63   F2   M e a n   1 . 824   1 . 643     S td   0 . 1014   0 . 093     B e s t   1 . 753   1 . 625   F3   M e a n   0 . 16   0 . 067     S td   0 . 0573   0 . 1168     B e s t   0 . 1241   0 . 0048   F4   M e a n   - 0 . 010   - 0 . 009     S td   0 . 0041   0 . 002     B e s t   - 0 . 015   - 0 . 011       5. 1.   Ann u al  t o t al  c os t   op t i m izat ion   of   h yb r id   s ys t e m   F igur e   s hows   the  c onf igur a ti on  of   the  Hybr i r e ne wa ble  P V/W ind/ F C   s ys tem  unde r   s tudy.     T he   pr opos e d   s tr uc tur e   mee ts   the   powe r   de mand  f or   is olate d   load  loca ted   in   R a ba t,   M or oc c o.   F igur e   6   plot s   the  opti mal  v a lue  f or   the  f ou r   be nc hmar f unc ti ons   f or   B S a nd  I B S A.   I thi s   wor the  P ge ne r a tor   a nd  wind  tur bine  ge ne r a tor   a r e   the  pr im a r e ne r gy   s our c e ,   while  f ue c e ll   e lec tr olyze r   is   us e a s   a   ba c kup   s ys tem.     T he   opti mi z a ti on  method  ba s e on  I B S ( im p r ov e ba c ktr a c king  s e a r c opti mi z a ti on  a lgor it hm )   is   us e to  s ize   a nd  de s ign  opti mally  the  hybr id  r e ne wa ble  e ne r gy  s ys tem.   T he   pr ogr a is   de ve loped  on  M AT L AB   s of twa r e .   I B S opti mi z e s   the  nu mber s   of   P pa ne ls   ( Npv) ,   the   number s   of   wind   tur bines   ( Nw )   a nd     the  number s   of   F C   e lec tr olyze r   ( Nf c ) .   T he s e   number s   a r e   include in  the  powe r   va lue  of   e a c c om pone nt  a s   s hown  in  ( 18) .   T he   I B S mus mee the  load  de mand  with   a   mi ni mal  c os va lue.   T he   opti mal  a nnua tot a c os ( AT C )   is   s hown  in   F igur e   7.   T he   c u r ve   with   gr e e n   c olor   i s   f or   B S a nd   the   one   wi th  r e c olo r   is   f o r   I B S A.   T make   a   good  c ompar is on,   we   ha ve   maintaine the   s a me  pa r a mete r s   f or   B S a nd  I B S A,   i. e . ,   popu lation  s ize   a nd    the  number   of   ge ne r a ti on.   T he   s im ulation   pr oc e s s   is   ini ti a li z e by  a   r a ndom  va lue  of   Npv,   Nw   a nd  Nf c .   It   is   de mons tr a ted  that  the  be s AT C   obtaine by  I B S is   be tt e r   than  the   va lue  obtaine by   B S A.   T his   wor k   s hows   a ls the  im pa c t   of   the  e lec tr ol yz e r   c ur r e nt   on  the   F a r a da y   e f f icie nc F igur e   8 .     T he   F a r a da e f f icie nc inc r e a s e s   with  the  a ugmenta ti on  of   the  c ur r e nt  that  is   mea ns   a   high  va lue  f or   e lec tr olyze r   c ur r e nt   gives   a   high   leve of   e f f icie nc y.   On   the  other   ha nd,   the  r e ne wa bl e   s ys tem  ha s   de s igned  to  f e e up   the   load  de mand.   T his   c a be   a c hieve t hr ough  the  e lec tr olyze r   c ur r e nt  whis is   di r e c tl l inke to     the  pr oduc e hydr oge n .   T he   leve of   hydr oge n   s tor e in  the  tank  in f luenc e s   the  opti mi z a ti on  pr oc e s s   ( the  va lue  of   AT C )   a nd   then  the  number   of   P pa ne ls ,   the  number   of   win tur bine  a nd   the  numbe r   of   F C .   T he   number   o f   P pa ne ls   Npv,   the   number   of   wind  tu r bine  ge ne r a to r   Nw   a nd  the  numbe r   o f   F C   Nf c   opti mi z e by   I B S A   is   s hown  in  F igur e   9.   T he   opti mal  s izing   a nd  c os ts   of   the   Hybr i P V/W ind/ F C   s ys tem  is   a s   f oll ow:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l         I mpr ov e bac k tr ac k ing  s e a r c opti miz ati on  algor it hm  for   P V /W ind/ F C   s y s tem   ( J ihane  K ar ti te)   463     KW   of   P V     KW   of   W ind     KW   of   F C   with  a Annua T otal  C os ts   ( AT C )   of   14562. 17   £.           F igur e   7.   Optim a l   AT C   with   B S ( c ur ve   gr e e n)   a nd  I B S ( c u r ve   r e d)             F igur e   8.   F a r a da e f f icie nc y - c ur r e nt  c ur ve     F igur e   9.   P V   number / w ind  tur bine/F C       6.   CONC L USI ON     T his   wor k   ha s   us e d   a   nove l   opti mi z a ti on   method   ba s e on  I mp r ove ba c ktr a c king  s e a r c op ti mi z a ti on   a lgor it h ( B S A) .   T his   is   the  f i r s ti me  whe thi s   ne a lgor it hm  is   us e to  pe r f or m   a   tec hnica opti mi z a ti on  f or   s ys tem  c ompr omi s ing  P pa ne ls ,   wind   tur bine  ge ne r a tor s   a nd  f ue l   c e ll   ( F C ) .   F ir s tl y,     a   c ompar a ti ve   s tudy  is   don e   ba s e on  f our   be nc hmar f unc ti ons a c k ley,   c r iew a nk ,   s c ha f f e r   a nd   s c he ke l T he   r e s ul s hows     the  e f f e c ti ve ne s s   of   the  I B S A   a nd  T a ble   1   s umm a r ize s   the  s tatis ti c a va lue  f or   the   two  c ompar e d   a lgor it hm   B S a nd  I B S A.   I B S outper f or ms   B S in  ter m s   of   c onve r ge nc e   s pe e a nd  be s f it ne s s   va lue.   S e c ondly,     the  s ys tem  unde r   s tudy  is   modele th r ough  s e ve r a powe r   e qua ti ons   then  the   objec ti ve   f unc ti on  ( OF)   is   de f ined.   W e   ha ve   opti mi z e the  OF  us ing   B S a nd  I B S A ,   a nd  it   c a be   e a s il s e e that  the  I B S gives   the  b e s AT C   va lue.   F inally,   we   ha ve   c onc luded  that  the  F a r a da e f f icie nc inf luenc e s   the  e lec tr olyze r   c ur r e nt  a nd  s   the  hydr oge s tor e in   the  tank.       RE F E RE NC E S     [1 ]   Si n g h   R .   an d   Ban s al   R C. ,   Rev i ew   o H RE S s   b a s ed   o n   s t o ra g o p t i o n s ,   s y s t em  arch i t ec t u re  an d   o p t i mi s at i o n   cri t e ri a   an d   met h o d o l o g i e s ,”   IE R e n ewa b l P o wer   G en e r a t i o n ,   v o l .   12 n o .   7 ,   p p .   7 4 7 - 7 6 0 2 0 1 8 .   [2 ]   A d efara t i   T .   an d   Ban s al   R C. ,   In t eg rat i o n   o ren e w ab l d i s t ri b u t e d   g en era t o r s   i n t o   t h d i s t ri b u t i o n   s y s t em:   rev i e w ,”   IE R en ew a b l P o wer   G e n er a t i o n ,   v o l .   10 n o .   7 ,   pp.   873 - 8 8 4 2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                              I S S N :   1693 - 6930   T E L KO M NI KA   T e lec omm un   C omput   E C ontr o l Vol.   18 ,   No .   1 F e br ua r 2020 :    45 6   -   46 4   464   [3 ]   Cas t a n ed M . et   al . ,   Si zi n g   o p t i mi z at i o n ,   d y n am i mo d el i n g   an d   en erg y   man ag eme n t   s t rat e g i e s   o s t an d - a l o n e   PV / h y d r o g en / b a t t er y - b a s ed   h y b r i d   s y s t em ,”   In t er n a t i o n a l   j o u r n a l   o f   h y d r o g e n   en er g y ,   v o l .   38 n o .   1 0 ,     pp.   3 8 3 0 - 3 8 4 5 ,   2 0 1 3 .   [4 ]   D u f o - L o p ez  R. e t   al . ,   O p t i m i zat i o n   o f   co n t r o l   s t ra t eg i es   fo r   s t an d - al o n re n ew a b l e   en er g y   s y s t ems   w i t h   h y d ro g e n   s t o r ag e ,”   R e n ewa b l en e r g y ,   v o l .   32 n o .   7 ,   p p .   1 1 0 2 - 1 1 2 6 2 0 0 7 .   [5 ]   Bern al - A g u s t í n   J L .   an d   D u fo - L o p ez  R. ,   Si mu l at i o n   an d   o p t i m i zat i o n   o s t a n d - a l o n h y b ri d   ren ew a b l en er g y   s y s t ems ,”    R e n ewa b l a n d   S u s t a i n a b l E n e r g R ev i ews ,   v o l .   13 n o . 8 ,   pp.   2 1 1 1 - 2 1 1 8 2 0 0 9 .   [6 ]   Bas aran   K . et   al . ,   E n erg y   man ag emen t   fo o n - g r i d   an d   o ff - g ri d   w i n d / PV   an d   b a t t er y   h y b ri d   s y s t em s ,”   IE T   R en ew a b l P o we r   G e n er a t i o n ,   v o l .   11 n o .   5 ,   pp.   6 4 2 - 6 4 9 2 0 1 6 .   [7 ]   Cas t a ñ ed a,   M. ,   Fern án d ez,   L .   M. ,   Sán ch ez,   H . ,   Can o ,   A . ,   J u rad o ,   F. ,   Si zi n g   me t h o d s   fo s t an d - al o n h y b ri d   s y s t ems   b as e d   o n   ren e w ab l en er g i e s   an d   h y d ro g en ,”   2 0 1 2   1 6 th   IE E E   M ed i t e r r a n e a n   E l ec t r o t ec h n i ca l   Co n f e r e n ce p p .   8 3 2 - 8 3 5 ,   2 0 1 2 .   [8 ]   Cab ran Z . et   al . ,   Bat t er y   an d   s u p ercap ac i t o fo p h o t o v o l t a i en erg y   s t o ra g e:   f u zzy   l o g i man a g emen t ,”   IE T   R en ew a b l P o we r   G e n er a t i o n ,   v o l .   11 n o .   8 ,   pp.   1 1 5 7 - 1 1 6 5 ,   2 0 1 7 .   [9 ]   K art i t J .   an d   Ch er k a o u i   M. ,   O p t i m i za t i o n   o h y b r i d   re n ew a b l e   en er g y   p o w er  s y s t em s   u s i n g   ev o l u t i o n ary   al g o ri t h m s ,”   5 t h   In t e r n a t i o n a l   Co n f e r en ce  S y s t e m s   a n d   Co n t r o l   (ICS C) p p .   3 8 3 - 3 8 8 2 0 1 6   [1 0 ]   W u   W . et   al . ,   St ab i l i s ed   co n t ro l   s t ra t eg y   fo PE fu el   cel l   an d   s u p erca p aci t o p ro p u l s i o n   s y s t em  fo ci t y   b u s ,   In t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   H y d r o g e n   E n er g y ,   v o l .   4 3 ,   n o .   2 7 ,   p p .   1 2 3 0 2 - 1 2 3 1 3 ,   2 0 1 8 .   [1 1 ]   N el s o n   D B . et   al . ,   U n i t   s i z i n g   an d   co s t   an a l y s i s   o s t an d - al o n h y b r i d   w i n d / P V / f u el   cel l   p o w er  g e n erat i o n   s y s t e ms ,”   R en ew a b l en er g y ,   v o l .   31 n o .   1 ,   pp.   1 6 4 1 - 1 6 5 6 2 0 0 6 .   [1 2 ]   Ci v i ci o g l u   P. ,   Back t rack i n g   s earc h   o p t i mi za t i o n   al g o r i t h fo n u meri ca l   o p t i mi za t i o n   p r o b l ems ,   A p p l i e d   M a t h e m a t i c s   a n d   Co m p u t a t i o n ,   v o l .   2 1 9 , p n o .   1 5 ,   p p.   8 1 2 1 - 8 1 4 4 2 0 1 3 .   [1 3 ]   Brév i l l i ers   M . ,   et   a l . ,   Fas t   H y b ri d   BSA - DE - S A   A l g o r i t h o n   G PU ,”   In t e r n a t i o n a l   Co n f e r en ce  o n   S w a r m   In t e l l i g e n ce  B a s ed   O p t i m i z a t i o n ,   Sp r i n g er,   Ch am,   p p .   75 - 86 ,   2 0 1 6 .   [1 4 ]   Mo d i r i - D el s h a d   an d   Rah i N A. ,   So l v i n g   n o n - co n v e x   eco n o m i d i s p a t ch   p r o b l em  v i b ack t rack i n g   s ea rch   al g o ri t h m,   E n er g y ,   v o l .   77 ,   p p .   3 7 2 - 3 8 1 2 0 1 4 .   [1 5 ]   El - Fer g an y   A . ,   O p t i ma l   al l o ca t i o n   o m u l t i - t y p d i s t r i b u t e d   g en era t o r s   u s i n g   b ack t rack i n g   s earc h   o p t i m i zat i o n   al g o ri t h m,   In t er n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   E l ec t r i ca l   P o wer   &   E n er g S y s t e m s ,   v o l .   64 ,   p p .   1 1 9 7 - 1 2 0 5 2 0 1 5 .   [1 6 ]   K art i t J .   an d   Ch er k ao u i   M. ,   Imp r o v e d   b ack t rack i n g   s earch   a l g o ri t h f o re n ew a b l e n erg y   s y s t em,   E n e r g y   P r o ced i a ,   v o l .   1 4 1 ,   p p .   1 2 6 - 1 3 0 2 0 1 7 .   [1 7 ]   L i n   J . ,   O p p o s i t i o n a l   b ac k t rac k i n g   s earch   o p t i mi z at i o n   al g o ri t h f o p arame t er  i d en t i f i cat i o n   o h y p erc h a o t i c   s y s t ems ,   No n l i n ea r   D yn a m i cs ,   v o l .   80 n o .   1 - 2 ,   pp.   2 0 9 - 2 1 9 2 0 1 5 .   [1 8 ]   D u a n   H .   an d   L u o   Q . ,   A d a p t i v b ac k t rac k i n g   s e arch   a l g o ri t h fo i n d u ct i o n   mag n e t o me t er  o p t i m i zat i o n ,”   IE E E   Tr a n s a c t i o n s   o n   M a g n e t i cs ,   v o l .   50 n o .   1 2 ,   pp.   1 - 6 2 0 1 4 .   [1 9 ]   Brév i l l i ers ,   M. ,   A b d e l k af i ,   O . ,   L ep a g n o t ,   J . ,   Id o u mg h ar,   L . ,   Id o l - g u i d ed   b ac k t rac k i n g   s earc h   o p t i mi za t i o n   al g o ri t h m ,”   12 th   In t e r n a t i o n a l   C o n f er e n ce  o n   A r t i f i c i a l   E vo l u t i o n   (E A   2 0 1 5 ),   L y o n ,   Fran ce 2 0 1 5 .   [2 0 ]   D u b ey   H M . et   al . ,   W i n d   i n t e g rat e d   mu l t i   area  eco n o mi d i s p a t ch   u s i n g   b ack t rack i n g   s earc h   al g o r i t h m ,”   P o wer   S ys t em s   (ICP S ) .   2 0 1 6   IE E E   6 th   In t er n a t i o n a l   C o n f er e n c e ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 6   [2 1 ]   Su   Z . et   al . ,   A   h y b ri d   b ac k t rac k i n g   s earc h   o p t i mi za t i o n   al g o ri t h fo n o n l i n ear  o p t i mal   co n t r o l   p ro b l em s   w i t h   co mp l ex   d y n am i co n s t rai n t s ,”   Neu r o co m p u t i n g ,   v o l .   1 8 6 ,   p p .   1 8 2 - 1 9 4 2 0 1 6 .   [2 2 ]   K art i t J .   an d   Ch er k a o u i   M. ,   O p t i m i za t i o n   o h y b r i d   re n ew a b l e   en er g y   p o w er  s y s t em s   u s i n g   ev o l u t i o n ary   al g o ri t h m s ,”   5 th   In t er n a t i o n a l   C o n f er e n ce  S y s t e m s   a n d   C o n t r o l   (ICS C),   p p .   3 8 3 - 3 8 8 ,   2 0 1 6 .   [2 3 ]   Cas t a n ed M . et   al . ,   Si zi n g   o p t i mi z at i o n ,   d y n am i mo d el i n g   an d   en erg y   man ag eme n t   s t rat e g i e s   o s t an d - a l o n e   PV / h y d r o g en / b a t t er y - b a s ed   h y b r i d   s y s t em ,”   In t er n a t i o n a l   j o u r n a l   o f   h y d r o g e n   en er g y ,   v o l .   38 n o .   1 8 ,     pp.   3 8 3 0 - 3 8 4 5 2 0 1 3 .   [2 4 ]   K h a n   M J .   an d   Iq b al   M T. ,   D y n ami mo d el i n g   an d   s i mu l a t i o n   o s mal l   w i n d fu e l   cel l   h y b r i d   en er g y   s y s t e m ,”   R en ew a b l en er g y ,   v o l .   30 n o .   3 ,   pp.   4 2 1 - 4 3 9 2 0 0 5 .   [2 5 ]   Mal ek i   A .   an d   A s k arzad e h   A . ,   O p t i ma l   s i zi n g   o PV / w i n d / d i es e l   s y s t em  w i t h   b a t t er y   s t o ra g fo el ec t ri f i cat i o n   t o   an   o ff - g ri d   rem o t re g i o n :   A   cas e   s t u d y   o Raf s an j an ,   Iran ,”   S u s t a i n a b l E n er g Tec h n o l o g i es   a n d   A s s es s m e n t s   vol.   7 ,   p p .   1 4 7 - 1 5 3 2 0 1 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.