Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 ,  Decem ber   201 8 , p p.   4781 ~ 4789   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp 4781 - 47 89          4781       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Coordin ated C on tro l  of I nterc onnected Mi crogrid  and Ene rgy  Stora ge S yste m       Md. As aduz - Z ama n 1 ,   Md.  Ha bib ur  Rah a m an 2 ,   Md.   Se li m  Rez a 3 ,  Md.   Maf iz ul I s lam 4   1 Depa rtment of  TMDM ,   Bangl a desh  Univer sit y   of  Te x ti l es,   B an gla desh   2 Depa rt m ent   of Electrical a nd   C om pute r  Engi n e eri ng,   Ra jshahi   Univer sit y   of   En gine er ing  &   T echnolog y ,   B angl a desh   3 Depa rtment   of EEE,  B angl ad esh  Arm y   Univ ersi t y   of Engin ee rin g  & Te chnol og y ,   Banglade sh   4 Depa rtment of  TMDM ,   Bangl a desh  Univer sit y   of  Te x ti l es,   B an gla desh       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   2 9 , 201 7   Re vised  Ju l   2 8 ,  201 8   Accepte d  Aug   1 5 , 201 8       Sever al  m ic rogr ids  ca n   be  int e rco nnecte d  together   to   enh ance   the   g rid   rel i abi l ity   and  r educ e   the  cost   of  suppl y ing  po wer  to  an  isla nd   area  wher e   conve nt iona l  po wer  grid  c annot  be  connect ed.   Source   and  lo ad   demand  do   not  prope rl y   b alanc e  a lwa y s .   Be sides  tha t,   som et imes  power  and  fre quen c y   fluc tu at ion  has  occ urre d  in  MG   at   isla nd  m ode.   Nee d  to  design  a  spec ial   cont rol  for  m ai n ta ini ng  the   state   of  cha rge   (SoC)  of  ene rg y   stor age   s y st em.   Thi s  paper  prop oses  a  new  po wer  suppl y   s y st em  for  an  isl an d  area  th at  int er conne c ts  two  m ic rogrids  with  a  single   ene rg y   storag e  s y st em  (ESS).  An   al gorit hm   has  bee n  proposed   t hat   cont ro l  the  m ic rogrids  ene rg y   storag e   s y stem  for  spin ning  rese rv e  an d  loa d  power /fr eque nc y   reg ul at i on  purpose.  The   m ini m um   loa ding  constrai nts  of  die s el   e ngine   g ene ra tor   (DEG)  is  conside red   and   t he  SO C  of the E SS   is pr oper l y   m ai nt ai ned .     Ke yw or d:   A   sta te   of  c ha r ge   E nergy st or a ge  syst e m   In te rc onnecte d m ic ro gri d   L oa d  f re qu e nc y con t ro l   S pinnin g rese r ve   Copyright   ©   201 8   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Md. Habi bur  R aham an ,   Dep a rtm ent o f El ect rical  an d  Com pu te r  E ng i neer i ng,    Ra j sh a hi  Un i ve rsity  o f  Engin eerin g  &  Tec hnol og y,     Ba ng la desh .   Em a il : hab ibiee e@ya hoo.co m       1.   INTROD U CTION   The  m ic ro   gr id   is  con sidere d  as  the  s m art  electrica l  po we r  m anag em ent  s yst e m   fo r  the  i so la te d  area s   that  can no t  ac cess  to  the  c onve ntio nal  po wer   gr i d.   T he   op e rati on  an d  con t ro l  strat e gies  m ay   be  diff ere nt   accor ding t o  c onnecti on c onf igurat ion s  of t he  m ic ro   gr id .    An  MG  ca n  on ly   su pply   a  m a xim u m   load  capaci ty   of  10  M VA  [ 1].  H owe ver,   se ver al   m i crogr i ds   ca n  be  inte rcon nected to f or m  large r  po wer   pool t o  m eet  g reater  powe r  dem ands. I t al s o has m or e  re dundanc y an d  ens ur es  bette r  su pply   reli abili ty   [1 ] .  In te rc onn ect ed  m ic ro gri ds   are  ge ner al ly   called  m ulti - m ic ro gr id  (M MG);   it   is  a  relat ively  new   co nce pt.   In te rc onnecte d  m ic ro gr id s  can  achie ve  gre at er  sta bili ty   a nd   c ontrolla bili ty   with  a  distrib uted  c on t ro l  str uctu r e.  The   possi bili ty   of   ha ving  a   la rg e  num ber   of   c ontr ollable   MGs,  DG  uni ts  an d  MV  loads  unde r  dem and   sid e  m anag em ent   (D SM )  co ntr ol   req ui res  the  us e  of  a  hiera r chical   con t ro l  schem e   that ena bles a n effici ent  contr ol and m anag e m ent o f  this  ki nd of syste m  [ 2].    Since  ene rg y  s tora ge  syst e m   (ESS)  is  an  integral  p a rt  of   MGs  an d  it   ca n  pro vid e  fast  act ive  power  com pen sat ion,  it  also can   be u sed  to  im pr ov e  the per form ance o f  loa d  f re quency c ontr oller ( L FC)  [3 ] - [ 4] . Th e  m ini m u m   loading   c onstrai nts   of   diesel   en gin e  ge ne rator   a r e  consi der e d  a nd   t he  sta te   of   charge  ( SO C )   of   t he   ESS  is  pro per l y  m ai ntained.   O bject ives   al so   incl ud e   opti m u m   uti li zat io n  of   t otal  wind ,  so la r  P V  e nergy,  a nd   ESS  c ontrib ution t o  t he  inte rc onnected  m ic r ogrid .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   478 1   -   4789   4782   2.   VOLTA GE  A ND FRE QUE NCY CO NTR OL OF  M G   The  m ai n  pur pose  of   M G  is  t o  re duce  lo ss,  e m issi on s   an d  cost  of  e nergy.   Ba la ncin g  bet ween  sou rce   and   l oad   is  a  gr eat   c halle nge  in  isolat ed  MG  syst e m .  These  ca n  be  ov e rc om ed  by  us in g  dece ntr al iz ed,  centrali zed,  hi erarc hical   or   distrib uted  c ontr ol  [5 ] .  It  is   al so   gr eat   c ha ll eng e  to  re duce  com m utatio n  li nk   fa il ur e,   to   re duce  li ne   f requ ency  a nd  volt age  fluctuati on,   to  c ontrol   the   pri m ary  and   central  c on t ro l le rs  of   MGs  fi gh ti ng  to  each   ot her   and  the  c oor di nation  of  ene rg y  st or a ges  ( i.e.  batte ries )  et c  [6 ] .  In  the   gr i d  connecte d  m od e,  sim il ar  to  a  conve ntion al   ut il i ty   syst e m ,  e ach  DG   unit   can  be  co ntr olled   to  pr oduce  rea l  and  reacti ve  powe r  (PQ - bus)  or  gen e rate  real  power   a nd   m ai ntain  it s  t erm inal  vo lt age  (P V - bus )  as   li ke  as   conve ntion al   i nterc onnected  gr i d  syst em .  T he  f reque ncy  and   real/ reacti ve   powe r  in  a  powe r  gr id  sho uld   be   unde r  c on tr olle d  a nd m ai ntain a sm oo th  bala nce  betwee n p ow e r ge ner at io n  a nd loa ds .     The  co ntr ol  m akes   an  i nterf a ce  betwee n  po wer   m anag em ent  an d  volt ag e  so urce  co ntr ol  (VSC)  as   sh ow n  i n  Fi g ure  1  [ 7]  in   w hich  sig nal  pr ocessin g  blo c k  an d  ph a se  lo cked  lo op  ( PL L)  has  bee n  use d  a   necessa ry p a rt  of this syst em .       P o w e r   M a n a g e m e n t d q   C u r r e n t   C o n t r o l +   G a t e   P u l s e V o l t a g e   S o u r c e   C o n t r o l   ( V S C ) S i g n a l   P r o c e s s o r   &   P L L n G () d i re f n G () q i r e f n S () vt s R s L () n G v t () n G i t () n G i t () n G v t n B u s     Fig ure   1 .   Co ntr ol pr ocedur e  of  n th   EI - D G un it       3.   THE  ENER G Y  STO R AGE  CONTR OL I N  ISL A ND M ODE   Fo r  m itigati ng   powe r  fluctuat ion   EES  is  us e d  in  MG.  So m et i m es  ov erch a rg e  an d  ove r  di scharge  in   EESs  m ay   occu r   due  t o  us e  of  finite   num ber   of  batte ry  ba nks.  T hus,   to   m a intai n  a  S oC   in  EE S,  a   s uitable   con t ro l  syst em   is  necessary.  Trad it io nally   auto no m ou s  S oC   con tr ol  has  been   us e d  but  now  diff e ren t  t ypes  of  adv a nce  c ontr ol le r  are   us e d  to   m a intai n  So C   as  sho wn  in  Fig ure   2  [8 ] ,  t his   will   re du ce   f r equ e ncy  a nd  powe r  fluctuati ons  of  a m ic ro gri d.        D G C o n t r o l l e r E S S P D G _ m f _ c o m p P D G P D G _ r e f _ s n c S O C   D a t a   o f   E S S P E S S P E S S _ r e f + + + + - -     Fig ure   2 .   EESs  So C  co ntr ol pr ocedu r e       The  MG  has  s om e  tradit ion al   con t ro l  procedure  but  in  pres ent  day’s  t wo   t ypes  of  co ntr ol   syst e m   has  been   us ed  li ke   m ic ro gr id  m a nag em ent  syste m   (MM S)   and   local   con t ro l le r  (LC).   A n  LC  syst e m   is  a  local   con t ro ll er  that  is  work e d  at   e ach  MG  s ourc e  and   c ontrols  the  outp ut  po wer   of   M G  ba sed  on  the  pa r a m et ers   sat ed  by  MM S.  O n  t he  oth er  h an d,  the  MM S  is  a  r ob us t  an d  s uitable   c on t ro ll er which  de al s  with  m anage m ent  functi ons s uc h as fa ult disc onnecti on and  re - synch ronizat io n of t he  m ic ro gri d  a nd the  loa d  s he d di ng proc ess.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Coo r dinated  C on tr ol  of Interc onnected  Micr og ri d a nd En e r gy Stor age  Sys te m  ( Md. As aduz  Z ama n)   4783   4.   OPTIM U M  S IZ ING  OF  E ES   Mi cro gri ds   is  a  low  vo lt age   distrib ution   ne twork  i n  w hich  desi gn  an  EES  is  ve ry  im po rtant  t o  pro per ly   m ai nt ai n  the  el ect ric it y  de m and   an d  s upport  in  t he   isolat ed  MG s  li ke  in  isl an d  area  [ 9 ] - [ 10] .  Ver y  tradit ion al   m eth o ds   are  that  to  store  e xtra  e nergy  from   ren ewab le   s ource s  at   low  dem a nd   a nd   deliveri ng   the   store d  ene rg y  durin g  pea k  dem and   [ 11 ] .  T he  eq uatio ns   gi ven   bel ow  re pr ese nt  the  ch arg i ng   &  disc hargin g  equ at io n [ 12 ] :      ( 1 ) ( ) E t C t C t tP         ( 1)     su bject   t o:      Ou t pu t  powe r  l i m i ts:   m a x E tE PP       (2)     Stor e d  e nergy l i m i ts: m i n m a x () C C t C        (3)     wh e re ,  starti ng  lim i ts: (0 ) S CC     wh e re ,  E t P is  the  po we r  sup plied  by  batte ry  banks;  m ax E P is  the  m axi m u m   char ge  a nd   discha rg e  r at e;   S C is   the  init ia l  store d  ene r gy.  F or  safety   operati on   of  ESS s,  ba tt ery  m anag em ent  syst e m   c an  be  ap plied.   In   t his   syst e m ,  batte ries  vo lt a ge,   c urren t  a nd   te m per at ur e  is   c ontro ll ed  from   centrall y.  It’s  a  gr ea t  chall eng e  t o  desi gn   EES  av oid i ng   op ti m iz ing   pro blem s  [1 3 ] .  The  li fetim e  of   batte ry  dep e nd s  on   powe r  an d  ene rg y  den s it ie s,  op e rati ng  co ndit ion s  an d  cy cl e  li fe  et c.   Con side rin g  tho s e  factor s  Lit hi um - ion ,  Sodi um   Su lphu r  an d  Zinc   brom ine b at te ries   or  Nickel - ca dm iu m  b at te ri e s h a ve g ood  c ha racteri sti cs [1 4 ] .        5.   CONFIG U R ATIO N  O F T HE PR OPO S ED S YS TE M     The  stu died  in te rconn ect e d  MG  and   ES S  is  sh own  in  Fi g ure   3  On e  m icr o  gri d  co ns ist s  of   a  DEG,  so la r   PV  a nd  wind  powe r,   a nd  loa d.  T he  oth e r  m ic ro   gr id  has  DE G,   wind  powe r  a nd  loa d.  T he  t ie - li ne   connecte d M MG syst em  h as a  co m m on  ESS.         S o l a r   P V D i e s e l   E n g i n e   G e n e r a t o r W i n d   Tu r b i n e   G e n e r a t o r M i c r o g r i d   1 M i c r o g r i d   2 E n e r g y   S t o r a g e   S y s t e m L o a d Lo a d P W TG P D E G P PV P L P L P E S S T i e - l i n e W i n d   Tu r b i n e   G e n e r a t o r D i e s e l   E n g i n e   G e n e r a t o r P W TG P D E G     Fig ure  3 .   Sc he m at ic  d ia gr am   of interc onnect ed  m i cro gr i d  a nd ESS       Com bin ing   the   afo r em entioned   va rio us   re ne wab le   e nergy  r eso ur ces with  energy  stora ge  syst e m s  and  diesel   en gin e   gen e rato r  in   a n  inte rcon nected  syst em ,  the  ge ner at e d  e le ct ric  energy   can  be  e ff ec ti vely  distrib uted an d co ntr olled to   m eet  the e nerg y req uirem ent o f  the c onnecte d  loa ds.       6.   POWER  S YST EM MODE LL ING   The  m od el ing   of   the  diff e re nt   co m po ne nts  of   the  propose d  m ic ro gri d  sy stem   is   pr esen te d  in  this  sect ion .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   478 1   -   4789   4784   6.1.   Diesel  Eng ine   Genera t or   ( D EG)   To  m eet   the  re qu i red  loa d  de m and ,  a ny  sta ndby D E G  wor ks  co ntin uous ly  to  sup ply  the pow e r  t hat  is   norm al l y  con ne ct ed  to  the  m ic rogr id  syst e m .  The  transf e r  f un ct io ns   of   the  DE G  can  be  w ritt en  as  f ollows   c onsideri ng a  f irst o rd e r  la g [ 1 5 ],   () 1 D E G D E G D E G D E G PK Gs f sT       (4)     wh e re ,  K DEG   an d  T DEG   a re th e   gain  a nd ti m e c on sta nts  resp ec ti vely .    The  DE G  s hould   be  operate d  ec onom ic al l y  to  co ntr ol  th e  gove r ning  sy stem   so   that  th e  ge ner at io n  costs  will   be  lowe r.   T he  dies el   gen er at ors  optim u m   gen era te d  outp ut  pow er  is  70 - 89 %  f ro m   the  r at ed  pow e r   [1 6 ] .  T h e  ca pa ci ty   of   a  D EG  is  norm al l y   sated   al m os t  30 - 50%  or   m or e  [1 7 ] - [ 1 8 ] .  The refor e ,   the  relat io n  ca n  be writt en  as ,      P DEG ≥P DEG(Min )   (5)     wh e re ,  P DEG   an d   P DEG( Min )    is t he op e rati ng  powe r  a nd lo we r  li m it  co ns trai nts  of  t he DE G , r es pecti vely .     6.2.   Wind Turbi n e   Gener ator  ( WTG)   The  ge ner at e d  ou t pu t  pow er  f ro m   a  W T G  is   great ly   de pended  on   wi nd  s peed  ( V W ) .   Th us ,   the  wi nd   tur bin e m echan ic al  pow e r o ut p ut ca n be  wr i tt en  as foll ows  [ 19 ] :     3 1 2 W T r P W P A C V      ( 6)     wh e re ,  ρ   re pr e sents  the  ai r  de ns it y  in  kg/m 3 ,  A r   rep res ents  the  swe pt  area  of   the  bla de  in  m 2 ,  an d  C p   represent s   the po wer coe ffi ci ent.  Th e  tr ansf e r funct io n ca n be  w ritt en  as foll ows,       () 1 W TG W TG W TG W T W TG PK Gs P sT             ( 7)     wh e re ,  K W TG   a nd  T W TG   rep res ents  the  g ai n  a nd tim e con sta nts  of   WT G re sp ect ively .       6.3.   So lar  Ph oto voltaic (P V )   A  s olar   P V  s yst e m   con sist s   of  m any  sm a ll   cel ls  conne ct ed  to   pr ov i de   the  desire d  vo lt age   a nd   current.  T he out pu t  powe r of  t he  P V  syst em  can be e xpress ed  as  [1 5 ],     1 0 . 0 0 5 ( 2 5 ) P V a P S T      ( 8)     wh e re ,  η   is  c onve rsion  e ff ic ie ncy  of  the  P V  ar ray,  S   is  m easur ed  t he  area  of  P V  ar ray  ( m 2 ),  φ  is   so la r   irrad ia ti on  ( kW/ m 2 )   and   T a   is  am bient  tem per at ur e  ( 0 C) .  The   transf e r  f unct ion   of   PV   ca n  be   giv e n  by  a  sim ple  li near  fi rst  orde r  la g,     () 1 P V P V PV PV PK Gs sT     (9)     wh e re ,  K PV   an d  T PV   re pr e sents  the  gain  c onst ant and ti m e con sta nt  of s olar PV  res pecti vely .     6.4.   Ener gy S to r age S ystem   Energy  st or a ge   syst e m s  are  i m po rtant  de vic es  to  s upply  e ne rg y  of  the   hy bri d  powe r  syst e m   ver y  fast   to  m ai ntain  sy stem   sta bil i ty   [ 1 5 ] .  T h e  trans f er  functi ons  of   the  energy  storag e  syst em s  c an  be  ta ke n  as   first  order l ag,     () 1 E SS E SS E SS E SS PK Gs f sT     (10)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Coo r dinated  C on tr ol  of Interc onnected  Micr og ri d a nd En e r gy Stor age  Sys te m  ( Md. As aduz  Z ama n)   4785   wh e re ,  K ESS   is gain  c onsta nt a nd  T ESS   is t he  ti m e con sta nt of  ESS.     Hen ce ,  a   relat ively   sim ple  m od el   is  us ed   in   this  wor k  to   r epr ese nt  c harg e/ discharge   pr ocess  an d  t he   So C  of ESS   [2 0 ].   3600 E SS b P SO C Ws     (11)     wh e re ,  W b   is t he  b at te ry ca pac it y. The  sel ect ion o f o pti m u m  sizes o f  E ES  ha s b ee n desc rib ed  in  secti on  4.      6.5.   Power  Dev i at i on   and S yste m Freque ncy  Va ri at i on   The  ou t pu t  power   s houl d  be   con t ro ll ed  bas ed  on  power   dem and   to  m ai ntain  sta ble  ope rati on   [1 5 ].  The  total   pow er  gen e rati on  ( P T )  is  the  al geb raic  su m m ati on   of   al l  gen e rators  li ke  diesel   eng ine  ge ne rator  ( P DEG ),   wind  powe r  ( P W TG ),   so la r  photov ol ta ic   po we r  ( P P V )  an d  po wer  of   e nergy  sto rag e  syst em   ( P ESS )  as   sh ow n  in  Fi g ure   3.     T D E G W T G P V E S S P P P P P     ( 12)     The dif fer e nce  betwee n  P T  a nd  P D  is  giv e n b y Eq.  13 w her e  P D  re pr ese nts t he dem and ed p ow e r [2 0 ].     e T D P P P     (13)     because   syst em   fr equ e ncy  is  change d  with  net  powe r  var ia ti on,  the  syst e m   fr equ e ncy  var ia ti on   ∆f   is  cal culat ed by,     e s y s P f K               ( 14)     wh e re ,  K sys   re presents  the  sys tem   fr equ e ncy.   Since  an  in he ren t  ti m e   delay   exists  betwe en  syst em   fr eq uen cy   var ia ti on  an d  powe r  dev ia ti on,  the  trans f er  functi on  for  syst e m   fr equ ency  va riat io n  to  per   un it   power  dev ia ti on ca n b e ex pr es sed  b y,     11 () ( 1 ) s y s e s y s s y s f Gs P K s T D M s             ( 15)     wh e re ,  M   a nd  D  a re   t he  e qu i valent  i ner t ia   const ant  a nd  dam pin g  c on sta nt  of   t he   m ic ro gri d  syst e m   resp ect ively   [ 19 ].         7.   INTER CONN ECTION  OF   MICRO G RI DS   WITH TI E - LINE   Re li able  po we r   su pply   to  the  connecte d  l oad  m ay   be  achieved  by  the  inter connecti on  of  neig hbori ng   isolat ed  MGs t hro ugh  ti e - li ne.   Tie - li ne  is used  to  exc hange  en erg y bet wee n  co ntro l area s  to  pr ovide inte r - a rea   su pp or t  i n  cas e  of  fa ulted  c onditi on.  If   t here  is  an  unbala nce  sit uatio n  oc cur s   bet ween   gen e rati on  a nd  load ,   the  dev ia ti on  in  fr e quency  for  a  par ti cul ar  area  o cc urs  [ 19 ] .  In te rc onnected  m ic ro gri d  with  tw o - a rea  interco nnect io n  is  represe nted  as  sho wn in Fi g ure   4.         Fig ure  4 .   Mo de ll ing  of tie - li ne  conn ect i on       ∆ f 12   ∆ f 2   ∆ f 1   ∆P tie   -   +   Micr o g rid 1   Micr o g rid 2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   478 1   -   4789   4786   Ex pr essi ng   th e  tie - li ne  power   dev ia ti on   (∆ P tie )  in  te rm s  of   fr eq uen cy   de viati on   (∆ f )  a nd   synch ronizi ng  powe r  c oeffici ent ( P s )  is  repr esented  as,     12 () ti e s P P f d t f d t          ( 16)   ta kin g  the  Lapl ace t ran s f or m  w e  hav e ,     () () ti e s tie P s P G f s s        ( 17)       8.   OPER ATIO N   STR ATEGY   In   MG s  syst em ,  chan ge  in  f r equ e ncy  de pe nds  up on   c ha nges  in  load  dem and ;  wh e ne ver   load  dem and   increases   syst em   fr equ e ncy  de creases  a nd  vi ce - versa.  Whe n  the   cha nge  i n  f re qu e ncy  ( ∆ f )  bec om es  neg at ive ,   the  ESS  supp li es  power   to  th e  syst e m .   If   SO C  of   the  batt ery  is  gr eat er  than  SOC L ,  the n  ESS  sup ply  powe r  to  the  syst e m   and   get  discha rged.  Otherwise,   ESS  does  not  deliver  po we r.   Wh e n  the  c hange  in  fr e quenc y   beco m es  po sit ive,  the  ES S  is  charge d.   Be f ore  chargin g  the  ESS  it s  SO C  is  com par ed  to  it s  upper   li m i t  of   the   sta te   of  cha r ge   ( SOC U ) .  If  S OC  is  le ss   tha n  it s  SOC U   the n  E SS  is   in  c ha rg i ng  m od e  a nd  co nsum ing   powe r  from  the syste m , o therw ise ,   ESS doe s  no t c harge.  Th e  con trol  strat e gy of  ESS  is s how n  i n  Fi g ure   5.           Fig ure   5 .   Pro pose d  al gorithm s for   ESS  contr ol       The  total   re ne wab le   powe r  ge ner at io n  ( P R )  by  the  m ic ro gri d  syst e m   is  the  al gebraic  sum m a ti on   of   wind  powe r  ( P W T G ),  so la r  ph ot ovoltai c pow e r  ( P PV ).     R W T G P V P P P      ( 18)     the  dif fere nce  betwee n  total   ren e wa ble  po wer   ge ner at io n  P R  and  po wer  dem and   re fere nce  P D  i s  the   extr a   powe r  a nd g i ve n by  e q uatio n  16.     E R D P P P     ( 19)     If  ∆P E >0 ,  the   rem ai nin g  po wer   will   be  use d  to  c ha rg e  the  ESS .  I f  th e  batte ries  are   com plete ly   charge d,   the  e xcess  power   is   du m ped .  If   ∆P E <0 ,  the  rem ai nin g  powe r  will   be  giv e n  by  the  ESS  or  by  the   diesel   ge ner at or,  de pe ndin g  on  the  ec onom ic   disp at ch  s trat egy.  I f  t he  ESS  is  a ble  to   giv e   ∆P E ,  t he n  E S S   discha rg e   an d  diesel   ge ner at or  tu rn  off .  But  if  the  E SS  is  not  able  t o  giv e  ∆P E ,  the  diesel   ge ner at or   t urn s  on,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Coo r dinated  C on tr ol  of Interc onnected  Micr og ri d a nd En e r gy Stor age  Sys te m  ( Md. As aduz  Z ama n)   4787   and  the   ESS   will   neither   be   cha rg e d  nor   disc harged.  I n  this   case,   only   ESS   will   be  us e d  f or  frequ e ncy   regulat ion p urp os e.         9.   SIMULATI O N RESULTS   AND A NA L Y SIS    Re su lt s  an d  a na ly sis  of   t he  ti m e  do m ai n  sim ula ti on   of  t he   syst e m   are  presente d  in   thi s  sect ion.  F or   the  pur pose  of   cal culat ion ,  al l   input  an d  outp ut  qua ntit ie s  in  the  pl ots  are  c on si der e d  i n  pe r  unit   ( p.u.)  va lues .   Param et er v al ue s of the  c on figurati ons a re t aken f ro m  [ 1 5 ] ,   [ 19 ] ,   [ 2 1 ] - [ 2 6 ]  an d l ist ed  in   Table  1 .       Table  1.   Param et er V al ues of t he  St ud ie d  M G  Syste m s   Para m eter   Def in itio n   MG1   MG2   M( p u )   Inertia c o n stan t   0 .8   0 .7   D  ( p u )   Da m p in g  con stan t   0 .02   0 .03   T DE G ( s)   DEG  ti m e  con stan t   2   2   T W TG ( s )   W T G ti m e con stan t   1 .5   1 .5   T PV ( s )   PV ti m e con stan t   1 .8   -   P s ( p u )   Sy n .  p o wer  coef f icien t   0 .07 5 4   S OC U   Up p er  li m it  of  SO C   0 .7   S OC L   Lower li m it  of  SOC   0 .3   S OC 0   Initial state o f  SO C   0 .4   T E S S ( s)   ESS  ti m e  co n stan t   0 .1       Si m ulati on   tim e  fo r  the  syst e m   is   ta ken   to  be  300s.  The  S OC  of   ES S  is  pro per ly   con t r olled.  Fig ure   6( a )  to  ( c )  s ho w  the  g e ne rated  powe r  a nd lo ad pr of il es i n  e ach M Gs  a nd their t otal va riat ion .                Ti m e (s ec)     Fig ure   6 .   P ow e r  a nd loa d profi le s at (a)  M G1; (b) MG 2;  (c)  Total  ( M G1 + MG2 )       Fig ure   7  s how s  the  powe r  ou tpu t  of  D EGs   and  Fig ure   8  s hows   the  fr e qu ency  de viati on   at   MG 1  a nd  MG2, res pecti vely .   Fi gures 9  (a)  t o (c) sh ow the  d e viati ons  of ESS  P ower,  E SS SOC,  a nd Tie - li ne  po wer.         Ti m e (s ec)     Fig ure  7 .   DE G  pow e r o utput  at  ( a) M G 1; and  (b)  MG 2       (a) )   OFF   ON   ON   (a)   ( b )   ( c )   ( b ) )   OFF   ON   ON   OFF   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  8 , N o.   6 ,  Dece m ber  2 01 8   :   478 1   -   4789   4788     Ti m e (s ec)     Fig ure  8 .   De vi at ion   of ( a )  F re qu e ncy at M G 1,  a nd  (b)  F re quency at  M G 2           Ti m e (s ec)     Fig ure  9 .   De vi at ion   of ( a )  ES S Powe r; (b )  E SS  S OC; (c )  Ti e - li ne power       Fr om   0  to  58 s   bo th  the  m ic r ogrids  op e rate   ind epe ndently .  The  re new a bl e  ener gy  at   each  MG  is   lowe r  tha n  the   load.  Eac h  D E G  s upplies  the  def ic it   pow er  i n  the  res pecti ve   MG.  T he re  is   no  ene r gy  exc hange  betwee n  MG 1  and  MG 2.   T he   ESS  is  us e d  only   for  loa d  fr e qu e ncy  c on tr ol   of  the  m ic ro gr id.   F ro m   58   t o  245s  su r plu s  ren e wa ble  energy  is  avail able  at   MG1  an d  extra  en erg y  is  transf e r red   f ro m   MG1  to  MG2  de pe nd i ng  on  the   loa d  de m and   or  sto re d  at   the   ESS .  In  this  case   D E G1  at   MG 1  is  stoppe d.     F rom   67   to  t he  96 s  outp ut  powe r  of   DE G 2  is l ow e r  than  the  m ini m u m   loading c on st ra ints i.e. less t han  0 . 1 pu. To   operate ec on om i cal ly ,   DEG2  is  stopp ed  an d  ESS  is  us e d  as  the  sp inn i ng   re ser ve.   Af te r  96 s  DE G2   sta rts  an d  con t in ues  up   to  ab ou t   203s .   A fter  20 3s   s uffici ent  r enew a ble  e nergy  is  avail able   com par ed  t o  load.  Th e  ext r a  energy  is  st or e d  at   ESS.   I n  this  ca se,  bo t h DEG i s sto pp e d.   At  ab ou t  245s  the  MG 2  ha s  lowe r  re ne wab le   e nergy   and  DE G 2  s hould   be  sta rted.   B ut  by   consi der i ng  m i nim u m   loading   co ns tr ai nts,  t he  D EG 2  is  st oppe d.   On ly   D EG 1  is  sta rted  and   de fici t  ene rg y  at   M G2  is trans fe rr e d  from  MG 1.  Fig ure  9  (a)   and   9  (b)  sho w  that wh en  E S S is u sed  as the  sp inn i ng r eser ve,  the   SO C i s  dec reas ed.   Als o,   SO C  increases  if suf fici ent   re ne wa ble en e r gy is a vaila ble a nd stor e d  at  E SS.       10.   CONCL US I O N   Coordi nated  operati ons  strat egy  of   tw o  in te rconn ect e d  m ic ro gr i ds   wit h  a  sing le   e ne rg y  sto rag e   syst e m   has  been   pro posed  i n  this  pa per .  The  re qu i red   powe r  for  the   connecte d  lo ads  can  be  effe ct ively   delivere d  a nd   su ppli ed  for  th e  pro po se d  sys tem   with  appr opriat e  co ntr ol  and   ef fecti ve  coor din at io n  a m on g  var i ou s  c om po ne nts.  T he  e m plo ye d  m at he m at ic al   m od e ls  for  the  var i ou s   com ponent   of   the  syst em   are   represe nted  by  fir st - orde r  tra ns fe r  f unct io ns  to  sim plify  th e  ta sk s  of   syst e m   si m ulatio n.  Si m ulati on   re su lt s   sh ow  that  a  si ng le   E SS  ca n  be  us e d  for  both  m ic ro gr i ds  for  loa d  f requen cy   c on t ro l  and   s pinni ng   r eserve   pur po se .  As  a  r esult,  D EGs   ca n  be  ec onom icall y  op erate d  with  gr eat   flex ibil it y.  Ho we ve r ,  the   O N/O F F  cy cl e   of   DEG   i ncr e ases.  F urt he r  researc h  is  re qu i red   to  dr i ve   the  op e rati ng  strat egies  of  DE G  to  re du ce     ON / OF F   cy cl e.       ( a ) )   ( b ) )   (a)   (b)   (c)   (a) )   ( b ) )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Coo r dinated  C on tr ol  of Interc onnected  Micr og ri d a nd En e r gy Stor age  Sys te m  ( Md. As aduz  Z ama n)   4789   REFERE NCE S     [1]   S.  Chowdhur y ,   et   al . ,   “ Micro grids  and  Active  Distribut ion   Networks,”   The  Instit ut ion  o f  Engi ne ering  and   Technol ogy ,  Re n ewabl e   Ene rg y  S erie s ,   vo l.   6,   200 9.   [2]   N.  J.  Gi l,   and  J.   A.  P.   Lope s ,   “ Hier arc h ical  Fre quency   Con trol   Scheme  for  Isl a nded  Multi - Micr ogrids  Opera t io n, ”   IEE E   Laus anne Powe r Tec h   Laus anne ,   pp .   473 - 4 78,   2007 .   [3]   M.  U.  Us ama,   e t  al. ,   “ Util izing  Spinnin g  Reser v es  as  Ene rg y   St ora ge  for  Ren e wable   En erg y   I nte gra ti on, ”  Po wer   Syste ms   Confe re nce ,   Cl emson Univ ersit y,   pp.   1 - 5 ,   2014 .     [4]   S.  K.  Adit y a ,   an d  D.  Das,  “ Loa d - Freque nc y   Cont rol  of  an  In te r co nnec t ed  H y d ro - The rm al   Pow er  S y stem  with  Ne w  Area   Contro l  Er ror  Cons ide ring   Bat ter y   En erg y   Storage   Fa ci l ity , ”  Int ernati onal   Journal  of   En ergy   R ese arch,   vo l.   24,   pp .   525 - 538 ,   2000.   [5]   F .   Kati r ae i ,   e t  a l. ,   “ Microgr ids  Mana gement:   Control s  and  Ope rat ion  As pe ct s  of  Microgr ids, ”  IEE E  Powe r  an d  Ene rgy  Magazin e,   2008 .   [6]   F .   Shahnia ,   “ S y stem  of  Inte r conne c te d  Micr ogrid - Chal l enges   and  Soluti on, ”  2017.   Available   onli n e  at:   pace . ee.uwa.edu . au/wp - con te nt /u ploads/2017/ 03/flye r - s006.pdf .    [7]   K .   X .   G uoa ,   et   al .,  “ New  Pow er  Mana gement  Strat egies  for  a  Microgr id  with  Ene rg y   Storage   S y stems , ”   Ene r gy  Procardia ,  vo l.  16 ,   pp .   1678 – 16 84,   2012 .   [8]   J .  Y .   Kim ,   et   al . ,   “ Perform anc e  Eva lu at ion  of  M ic rogrid  Man agem ent   Functi on  i n  KERI  pil ot  pl ant , ”   Int .   Conf.   on  Re newab le   Ene r gie s and Power  Qualit y   (ICREP Q’10),  Grana d a (S pai n),   p p .   196 - 201 ,  2010 .   [9]   A .   Berr ad a  and   K .   Loudiy i ,   “ Optimal  Model ing  of  Ene rg y   Stor a ge  S y st em”  Inter nati onal  Journ al  of  Mod el ing  a nd  Optimizati on,   v ol /i ss ue:   5 ( 1 ) ,   201 5.   [10]   “ Ene rg y   stor ag e  is  a  ke y   i ngre die n t  for  al l  m ic rogr ids , ”  2015.   ht tp: / / ww w.re newa bleene rg y world. co m /   art i cl es/2015 /10/ener g y - storag e - is - a - ke y - ingre d ient - for - all - m ic rog rids. html .    [11]   H .   Alhar bi   a nd   K .   Bhatta cha r y a ,   “ Optimal  Si zi n g  of  Ba tt er y   En erg y   Storag e  S ystems   for  Micro grids , ”   2014   IE EE  El e ct rica l  Pow er  and  En ergy   Con fe renc e ,   Cal g ar y,   Can ada ,   2014 .   [12]   S.  X.  C hen  and   H.  B.   G ooi ,   “ Siz ing  of  Ene rg y   St ora ge  S y st em  for  Microgr ids , ”  I EE E  Tr ansacti o ns  on  Smar t  G rid ,   vol/ issue:  3(1),  p p.   142 - 151 .       [13]   Y.  W ang,   et   al. ,  “ Coordina te d  Control   of  Bat t er y   En erg y   Stor ag e  S y stem  in  a  Microgr id, ”   Confe renc e   2013  IE EE  PE S  Asia - Pacific  Pow er  and  En ergy   Eng ineerin g  Confe ren ce ,  2 013 .    [14]   Abbe y   C .   and   Joós   G . ,   “ A  stocha stic   op ti m ization  appr oa ch  to  rat ing  of   energ y  storage   s y stem s   in  wind - die se l   isola te d   grids , ”   I EE E   Tr ans.  Pow er  Syst. ,   vo l.  24 ,   pp.   418 – 426 ,   20 09.     [15]   D.  J.  Le e ,   and  L.   W ang,   “ Sm al l - Signal   St abi l ity   Anal y sis  of  a n  Autonom ous  H y brid  Ren ewa ble   En erg y   Pow er   Gene ration/E n er g y   Stor age   S y st em  Part  I:   Ti m e - Dom ai n  Sim ula ti ons,”   IEEE  Tr ansacti ons  on  E nergy   Conv ersion ,  vol /i ss ue:   23 ( 1 ) ,   pp.   311 - 320 ,   20 08.   [16]   S .   H.  El - Hefn a wi,   “ Photovolt a i c  Diese l - Gene r a tor  H y brid  Pow er  S y s te m   Sizi n g, ”  Re n ewabl e   Ene rgy ,   vol /i ss ue:   13 ( 1 ) ,   pp .   33 - 40 ,   1998.   [17]   F .   Kati ra ei   and  C .   Abbe y ,   “ Die sel  Plant   Sizi ng   and  Perform anc e  Anal y sis  of  a   Remote  W ind - Diese l  Microgr i d, ”   Powe r E ng ine eri ng  Society Gener al  Me e ti ng ,   200 7.   [18]   C .   W ang,   et   al . ,   ‘‘Coope ra ti ve  Opera ti on  and  Optimal  Design  for  Islande d  Microgr id , ”  Innov ati v e  Smar t  Gr id   Technol ogi es  ( ISGT) ,   pp.   1 - 8 ,   20 12.   [19]   P.  K.  Ra y ,   e t  al. ,   “ Sm al l - Signal  Anal y sis  of  Au tonomous   Hy bri d  Distribut ed  Gene ra ti on  S y st e m s  in   Presenc e  of  Ultra c apaci tor   a nd  Tie – Li n e  Op era t ion, ”   Journa l  of   Elec tric al   E ngine ering ,   vo l /is sue:  61 ( 4 ) ,   pp.   205 - 214,   2010 .   [20]   S .  Chana na   and  A .   Kum ar,   “ Opera ti on  and  con tr ol  of  BESS   using  fre quenc y - li nk ed  pricing  in  r eal - ti m e  m ark et  wi th  high  wind  p enetr at ion , ”   Inte rnat i onal  Journal   of   Ene rgy  S ector M anageme nt,   vol /is sue:   5 ( 4 ) ,   pp.   5 85 - 602,   2011 .   [21]   D.  Kotti ck,   e t  al. ,   “ Bat te r y   En erg y   Storage   for  fre quency   reg ul at io n  in  an  Island  Po wer  Sy st em , ”  IE EE   Tr ansacti ons   on  Ene rgy   Conv ersion ,   vol /i ss ue :   8 ( 3 ) ,   pp.   455 - 4 59 ,  1993 .   [22]   H.  Bevra n i,  et  al . ,   “ Int el l ige nt   Freque nc y   Control  in  an  AC  Micro grid:   Onlin e  PS O - Based  Fuzz y   Tuni ng  Approa c h , ”   IEE E   Tr ansacti o ns on  Smar t  Gr id ,  vol /i ss ue:   3 ( 4 ) ,   pp .   1935 – 1944 ,   2012.   [23]   T.   Senj y u,   e t  al. ,   “ A  Hy br id   Pow er  Sy st em  Us ing  Alte rna ti ve  Ene rg y   Fa ci litie s  in  Isola te d  Island,”  IE EE   Tr ansacti ons on Energy  Con ve rs i on ,   vol /i ss ue:   20 ( 2 ) ,   pp .   406 - 414 ,   2005.   [24]   M .   Dris   and   B .   Djil ani,  “ H y brid   S y stem  Pow er  Gene ration  ' W ind - photovol taic '   Connec t ed  to  th e   El ectri ca l  Ne twork   220  kV,”  Inte rn ati onal Journal of  App li ed   Pow e r E ngineering ,   v ol /i ss ue:   7 ( 1 ) ,   pp .   10 - 17 ,   2018 .     [25]   M .   A.  M.  Albre em   and   R .   M .   As pan,   “ Micro  H y dropower  S y stem  Design  for   Gua  Kela m   El ec tr ic i t y   Suppl y , ”  Inte rnational   Jo urnal  of Appl i ed Powe r E ng ine eri ng ,   vol /i ss ue:   7 ( 2 ) ,   pp .   116 - 118 ,   2018.     [26]   N.  Kart hik,   e t   al. ,   “ Optimal   Opera ti on  of  Microgr ids - A  Surve y , ”  In te rnat ional   Journal  of  App lied  Po we r   Engi ne ering ,  v ol /i ss ue:   7 ( 2 ) ,   pp .   179 - 186,   2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.