I nte rna t io na J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1 ,   p p .   4 5 9 7 ~ 4 6 0 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 1 i 6 . pp 4 5 9 7 - 4 6 0 9          4597       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Frequen cy  regula tion serv ice of   m u ltiple - a reas   v ehi cl e  to g r i d   a pplica tion in hie ra rchica l contro a rchit ect ure       P a ra m et   Wira s a nti ,   Su t t icha i P re m r ud ee pree c ha cha rn   De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e r in g ,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Ch i a n g   M a Un iv e rsity ,   T h a il a n d       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   1 7 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   Ma y   1 1 ,   2 0 2 1   A cc ep ted   Ma y   2 8 ,   2 0 21       Re g a rd in g   a   p o ten ti a o f   e lec tri c   v e h icle s,  it   h a b e e n   w id e l y   d isc u ss e d   th a t   th e   e lec tri c   v e h icle   c a n   b e   p a r ti c ip a ted   i n   e lec tri c it y   a n c il lar y   se rv ice s.   Am o n g   th e   a n c il lar y   s e rv ic e   p ro d u c ts,  t h e   s y ste m   f re q u e n c y   re g u latio n   is  o f ten   c o n sid e re d .   Ho w e v e r,   th e   p a rti c ip a ti o n   in   t h is  se rv ice   h a to   b e   c o n f o rm e d   to   th e   h iera rc h ica f re q u e n c y   c o n tro l   a rc h it e c tu re .   T h e re f o re ,   th e   v e h icle   to   g rid   (V 2 G a p p li c a ti o n   in   t h is  a rti c le  is  p ro p o se d   i n   t h e   term   o m u lt ip le - a re a o f   o p e ra ti o n .   T h e   m u lt ip le - a re a in   th is   a rti c le  a re   c o n c e rn e d   a p a rk in g   a re a s,  w h ich   th e   p a rk in g   a re a c a n   b e   im p li e d   a a   V2 G   o p e ra to r.   F ro m   th a t,   V 2 G   o p e ra to c a n   o b tain   t h e   c o n tro l   sig n a f ro m   h iera rc h ica l   c o n tro a rc h it e c tu re   f o p o w e r   s h a rin g   p u r p o se .   A   p o w e r   sh a rin g   c o n c e p b e tw e e n   a re a is  f u lf il led   b y   a   p ro p o se d   a d a p ti v e   d r o o p   f a c to b a se d   o n   b a tt e ry   sta te  o f   c h a r g e   a n d   a v a il a b le  c a p a c it y   o f   p a rk in g   a re a .   n o n l in e a r   m u lt ip li e f a c to is  u se d   f o t h e   d ro o p   a d a p tatio n .   A n   a v a il a b le  c a p a c it y   is   a lso   a p p li e d   a a   li m it a ti o n   f o th e   V 2 G   o p e ra ti o n .   T h e   a v a il a b le  c a p a c it y   is   a n a ly z e d   th ro u g h   a   sto c h a stic  c h a ra c ter.  A th e   V2 G   a p p li c a ti o n   h a to   b e   c o o p e ra ted   w it h   th e   h iera rc h ica c o n tro f u n c ti o n s,  i. e .   p rim a r y   c o n tr o a n d   se c o n d a ry   c o n tro l,   th e n   t h e   e ff e c t   o f   V2 G   o n   h iera rc h ica c o n tro l   f u n c ti o n is   in v e stig a ted   a n d   d isc u ss e d .   K ey w o r d s :   A d ap tiv d r o o p   co n tr o l   Fre q u en c y   r eg u latio n     Hier ar ch ical  co n tr o l   Veh icle  to   g r id   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   P ar am et  W ir asa n ti   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g   C h ia n g   Ma i U n iv er s it y   2 3 9   Hu ay - Kae w   R o ad ,   Su t h ep ,   Mu an g ,   C h ia n g   Ma i,  5 0 2 0 0 ,   T h ailan d   E m ail:  p ar a m et. w @ c m u . ac . t h       1.   I NT RO D UCT I O N   R ec en t l y ,   th e   elec tr ic  v e h icles   ( E Vs)  ar ta k i n g   m o r m ar k e s h ar i n   a   li g h t - v eh icle  tr a n s p o r tatio n .   I h as  b ee n   f o r eseen   t h a th h ig h   ca p ac it y   E b atter y   ha s   p o ten tial  to   p ar ticip ate  an d   s u p p o r p o w er   s y s te m   o p er atio n   [ 1 ] ,   b ec au s m o s t o f   th v eh icle  u s a g is   i n   a n   id le   s tate  f o r   lo n g   p ar k in g   p er i o d ,   e. g .   d u r in g   o f f ice   h o u r   o r   h o m e   p ar k i n g   [ 2 ] .   T h is   k i n d   o f   b eh a v io r   lead s   to   a   v e h icle   to   g r id   ( V2 G)   co n ce p th at   t h E V s   ca n   tak th p o w er   f r o m   t h g r id   o r   in j ec t th p o w er   in to   t h g r id ,   w h ile  th e y   ar co n n ec ted   to   th p o w er   g r id .     T o   tak an   ad v a n ta g o f   th V2 co n ce p t,  th e lectr icit y   an cillar y   s er v ices  ar w id el y   d is cu s s ed .   T h au th o r s   in   [ 3 ] - [ 7 ]   h a v b e en   i n tr o d u ce d   th a t h E Vs   ca n   p ar ticip ate  i n   t h f o llo w in g   s er v ices,  i.e .   s y s te m   r eg u lat io n ,   p ea k   s h a v i n g ,   r ea ctiv p o w er   co m p en s atio n ,   a n d   r en e w ab le  e n er g y   s u p p o r t.  Fo r m   t h lis o f   s er v ices,  it  s h o w s   t h at  th V2 co n ce p is   ab le   en ter   in   co n v e n tio n al  s er v ice  o f   tr an s m is s io n   s y s te m   o p er ato r   ( T SO)   an d   in   s m ar t   g r id   o r ien ted   s er v ice  f o r   d is tr i b u tio n   s y s te m   o p er ato r   ( DSO) .   T h co n v en tio n al   f r eq u en c y   r e g u latio n   s er v ice,   T en g et  a l.   [ 8 ]   a n M u   et   a l.   [ 9 ]   h as  f o cu s ed   o n   p r i m ar y   r esp o n s o f   f r eq u en c y   r e g u la tio n   w i th   th e   lev el  o f   b atter y   s tate  o f   c h a r g ( So C ) .   Su   et  a l.   [ 1 0 ]   an d   Falah e a l.   [ 1 1 ]   in tr o d u ce d   v o lta g co n tr o v i r ea ctiv p o w er   co m p e n s at i o n   f r o m   E Vs  i n   d is tr ib u tio n   s y s te m .   T o m ić  a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1     4 5 9 7   -   4 6 0 9   4598   Ke m p to n   [ 1 2 ]   h as  an al y ze d   th ec o n o m ic  o f   t h V2 co n ce p t,  w h e n   p r o v id in g   s y s te m   r eg u lat io n   an d   p ea k   s h a v i n g .   T h o s m e n tio n ed   s t u d y   e x a m p le s   ar b ased   o n   th id ea   th at  th E Vs  ar co n s id er ed   as  an   ag g r e g ated   m o b ile   en er g y   s to r ag m o d el.   Am o n g   v ar iet y   s er v ices  o f   th V2 ap p licatio n ,   th i s   p ap er   h as  p o in ted   o u t h e   f r eq u en c y   r e g u lat io n   s er v ice,   b ec au s th is   s er v ice  i s   r elat ed   to   p o w er   s y s t e m   s tab ilit y   an d   r eq u ir ed   m o r e   p o w er   th an   t h s er v ice  f o r   DSO.   Mo r eo v er ,   it  h as  th r ee   ti m co n tr o in ter v al,   i.e .   p r im ar y   co n tr o l,  s ec o n d ar y   co n tr o l a n d   ter tiar y   co n tr o l,  th at  th E Vs ca n   b s elec ted   f o r   th p ar ticip atio n .     T h r ec en s tu d ie s   o f   V2 G   in   t h e   p ar o f   f r eq u e n c y   r eg u la tio n   ar m o r e   o r ien ted   to   co n tr o l   ar ch itect u r o f   lo ad   f r eq u e n cy   co n tr o l.  T h ar ea   co n tr o er r o r   ( A C E )   i s   also   co n s id er ed .   Alh elo u   et  a l.   [ 1 3 ]   an d   L i u   et  a l.   [ 1 4 ]   h av s tr u ct u r ed   th co n tr o ar ea   in to   t w o   in ter co n n ec ted   ar ea s ,   w h ic h   o n ar ea   is   eq u ip p ed   w it h   t h V2 G.   Ho w ev er ,   t h e   E Vs  ar co n s id er ed   as  ag g r eg ated   m o d el.   I n   t h s a m w a y ,   L iu   et  a l.   [ 1 5 ]   u tili ze d   t w o   i n ter co n n ec ted   ar ea s   f o r   t h s t u d y .   T h s to c h ast ics  b eh a v io r   is   i n cl u d ed   in   t h is   s tu d y .   T h id ea   o f   d ec en tr alize d   m o d el  o f   E Vs  m o d el  in   th ter m   o f   p ar k i n g   ar ea   is   i n tr o d u ce d   in   [ 1 6 ]   an d   [ 1 7 ] .   T h p o ten tial  ca p ac it y   o f   ea ch   p ar k i n g   ar ea   is   an al y ze d .   T h d ec en tr alize d   V2 s y s te m   is   also   p r esen ted   in   [ 1 8 ] .   T h s tu d y   f o cu s ed   o n   t h i n f o r m atio n   s h ar in g   b et w ee n   E s ta tio n s   i n   o r d er   to   d esig n   p o w er   s h ar in g .   T h is   r esear ch   w o r k   is   s t u d ied   b ased   o n   s in g le  AC E .     B ea r in g   in   m i n d   th at   t h co n n ec ted   lo ca tio n   o f   E Vs  i s   s p r ea d   o u in   d is tr ib u tio n   g r id .   T h u s ,   th i s   ar ticle   is   p o i n ted   o u th at   th e   E Vs  m o d el  ca n n o t b co n s id er ed   as   a   s in g le  a g g r eg ated   m o d el Fu r t h er m o r e,   t h e   co n f o r m at io n   w it h   t h f r eq u e n c y   co n tr o ar ch itect u r o n   T SO  lev el  h as  to   b tak e n   i n to   ac co u n t.  Fi g u r 1   s h o w s   a n   o v er v ie w   o f   p r o p o s ed   ar ch itectu r e.   T h co m p lete  c o n tr o ar ea   co n s is t s   o f   t h r ee   le v els  [ 1 9 ] .   T h u n it   lev el  i s   g e n er atio n   u n it,  w h i ch   p r i m ar y   co n tr o ( P C )   is   eq u ip p ed   in   ev er y   g en er atio n   u n it.  T h h ig h er   le v el   is   lo ca lev el,   t h s ec o n d ar y   c o n tr o ( SC )   is   lo ca ted   in   t h i s   l ev el.   T h h i g h e s lev e is   t h s u p er v i s o r y   le v el  o r   ter tiar y   co n tr o lev el  ( T C ) .   T h r ef e r en ce   s i g n al  i s   s e n f r o m   th h i g h e s le v el  to   lo w er   lev el.   W h en   th V2 G   ap p licatio n   en ter s   i n   th e   h ier ar ch ical  co n tr o l a r ch itectu r e,   it i s   lo ca ted   at   th e   u n i t le v el  in   d i s tr ib u tio n   n et w o r k .   T o   eq u ip   w it h   t h p o w er   g r i d ,   th er m u s e x is co u p li n g   f ac to r   s i m ilar   to   P C .   I n   th ca s o f   E Vs,  th co u p lin g   f ac to r   n ee d s   to   b d r iv en   f r o m   t h g r id   s id b y   f r eq u en c y .     R eg ar d in g   t h co u p lin g   f ac to r ,   d r o o p   f ac to r   is   g en er all y   u s ed ,   an d   it h a s   to   b f u n ctio n   o f   So C .   I n   cu r r en r esear c h es,  i f o u n d   th at  th er ar t w o   co n tr o s tr ate g ies,  i.e .   t h s ec tio n a co n tr o cu r v a n d   t h li n ea r   co n tr o cu r v e.   Fo r   th s ec tio n al  co n tr o c u r v e,   [ 2 0 ]   p r esen ted   t w o   d if f er en ce   d r o o p   f ac to r s   f o r   ch ar g in g   p r o ce s s   an d   d is ch ar g i n g   p r o ce s s .   Z h u   et  a l.   [ 2 1 ]   h as  d iv id ed   m o r s ec tio n   b ased   o n   th e   id ea   o f   in cr ea s in g   f le x ib ilit y .   I h as  b ee n   s h o w n   th a th s ec tio n al  co n tr o cu r v s a tis f ied   th r eq u ir e m en u n d er   d if f er en t   cir cu m s ta n ce s ,   w h e n   th E V s   is   co n ce r n ed   as  ag g r eg ated   m o d el.   Fo r   th lin ea r   co n tr o cu r v e,   th k e y   ele m e n t   in   th i s   s tr ate g y   i s   th r eg u latio n -   o r   m u ltip le  f ac to r   th at  i s   u ti lized   f o r   th ad ap tatio n   b ased   o n   So C .   L i u   et  a l.   [ 2 2 ]   u s ed   p ar ab o la  f u n c tio n   to   d ef in th r elatio n   b et w ee n   d r o o p   f ac to r   an d   So C .   Fu r th er m o r e,   th li n ea r   co n tr o cu r v ca n   b co n s tan f ac to r   as  in   [ 2 3 ]   an d   [ 2 4 ] .   B o th   r esear ch es  h a v u s ed   it  in   co m b i n atio n   w it h   s ch ed u led   c h ar g i n g   p o w er   as  an   ad d itio n al  e n er g y   m a n a g e m en t.  T o   c o n clu d e,   th s ec t i o n al  co n tr o cu r v e   h as  a n   ad v a n ta g ac co r d in g   to   f le x ib ilit y .   On   th o t h er   h a n d ,   th d r o o p   ad a p tatio n   o f   t h e   l in ea r   co n tr o cu r v is   s i m p l y   ad j u s ted   b y   d ef in in g   th f u n ctio n   o f   m u ltip le  f ac to r   b ased   o n   So C .   No te  th at  th s t u d ies  o f   d r o o p   f ac to r   o f   V2 ap p licatio n   ar m o s tl y   ag g r eg a ted   E Vs  m o d el s .           Fig u r 1 .   Hier ar ch ical  co n tr o l a r ch itect u r w i th   m u ltip le - ar e a s   o f   V2 G   U n i t   L e v e l ( T S O ) U n i t   L e v e l ( D S O ) PC PC PC V 2 G   b a s e d   o n   PAs SC TC L o c a l   L e v e l S u p e r v i s o r y   L e v e l M Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F r eq u en cy   r eg u la tio n   s ervice  o f m u ltip le - a r ea s   ve h icle  to   g r id   a p p lica tio n   in   …  ( P a r a met  Wir a s a n ti )   4599   A cc o r d in g   to   p r o p o s ed   m u lti p le - ar ea s   ar ch itect u r in   Fi g u r 1 ,   th is   p ap er   is   p o in ted   o u t h at  th e   d r o o p   f ac to r   in   ea c h   ar ea   h a s   to   b in d ep en d en ce   f r o m   ea c h   o th er .   T h u s ,   t h co n v e n tio n al   s etti n g   co n ce p o f   d r o o p   f ac to r   is   tak en   in to   ac co u n t,  w h ich   t h s etti n g   i s   d ep en d ed   o n   th s izin g   o f   p o w er   p lan [ 2 5 ] .   L ar g er   p la n ca p ac it y   h as  to   b r esp o n s m o r t h an   s m a ller   p lan t.  On   th s a m h a n d ,   th is   ca n   b i m p lied   f o r   th V2 G   ap p licatio n   r elate d   to   p ar k in g   ar ea .   B y   th i s   co n ce p t,  th p o w er   s h ar in g   b et w ee n   p ar k in g   ar ea s   is   w o r th y   f o r   th i n v esti g atio n .   T h ad ap tatio n   o f   d r o o p   f ac to r   is   clea r l y   b ased   o n   b atter y   So C .   T h e   p r ac tical  ch ar g in g   ch ar ac ter   is   u s ed   to   d ef in t h ch ar ac ter   o f   m u l t i p l e   f a c t o r ,   t h a t   t h e r e   i s   a   c o n s t a n t   p o w e r   p e r i o d   a n d   s l o w ly   d e c r e a s i n g   p o w e r   p e r i o d .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   d e a d   b a n d   a n d   t h e   r e l a y   f u n c t i o n   a r e   i m p l e m e n t e d   i n   V 2 G   d r o o p   f a c t o r   i n   o r d e r   t o   a s s i g n   t h e   s t o p   o p e r a t i o n   b a n d   a n d   p r o t e c t   t h e   o s c i l l a t i o n   a t   t h tr an s itio n   p o in t,  r esp ec tiv el y .   T o   s u m m ar ize,   t h m ai n   co n tr ib u tio n   o f   t h i s   w o r k   ar as f o ll o w :     T h s tr u ctu r o f   m u ltip le - ar ea s   o f   V2 ap p licatio n   in   h ier ar ch ical  co n tr o l a r ch itec tu r e     T h co m p lete  ex a m i n atio n   o f   th V2 e f f ec o n   t h f r eq u en c y   r eg u latio n ,   i.e .   p r im ar y   co n tr o an d   s ec o n d ar y   co n tr o     T h p o w er   s h ar in g   i n clu d i n g   t h m o d elli n g   o f   av ai lab le  ca p ac it y   o f   ea c h   p ar k in g   ar ea   T h p a p er   is   o r g an ized   as  f o llo w s ec tio n   2   p r o v id es  th s tr u ctu r o f   co n v en tio n al  h ier ar ch ical   co n tr o an d   t h V2 co n tr o i n   t h p ar o f   f r eq u e n c y   r eg u lat io n .   Sectio n   3   ex p lai n s   t h V2 o p er atio n   an d   it s   m at h e m a tic  d escr ip tio n .   Secti o n   4   p r o p o s es  th s to ch as tic   o f   p ar k i n g   ar ea   m o d el  a n d   th ca lc u latio n   o f   esti m ated   av ailab le  ca p ac it y .   Sectio n   5   p r esen ts   t h i m p l e m e n t a t i o n   o f   p r o p o s e d   m o d e l   i n   D I g S I L E N T   P o w e r   F a c t o r y   p r o g r am   a n d   t h e   v a l i d a t i o n   o f   s y s t e m   f r e q u e n c y   r e s p o n s e .   S e c t i o n   6   p r e s e n t s   t w o   c a s e   s t u d i e s ,   s t e p   r e s p o n s e   t e s t   a n d   c o n t i n u o u s   t e s t .   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   a r e   d i s c u s s e d .   L a s t l y ,   t h e   c o n c l u s i o n s   ar d r aw n .       2.   H I E RAR CH I CA L   CO NT R O L   SCH E M AT I W I T H   V 2 G   F UNCT I O N   Un d er s ta n d in g   t h V2 f o r   f r eq u en c y   r eg u latio n   s er v ice,   t h p o w er   s y s te m   h ier ar c h ical  c o n tr o an d   th co n t r o s tr ateg y   o f   E h a v to   b clar if ied .   T h co n tr o s ch e m a tic  o f   b o th   f u n ctio n s   i n   o n co n tr o ar ea   is   d is p la y ed   in   Fi g u r e   2 ,   w h ic h   is   co n s i s ted   o f   th p r i m ar y   co n tr o l,  th s ec o n d ar y   co n tr o a n d   th E co n tr o l.  T h p r im ar y   f r eq u e n c y   co n tr o is   g en er all y   e q u ip p ed   w it h   all   g e n er atio n   u n it.  T h p r i m ar y   co n tr o i s   i n   ch ar g o f   s tab ilizi n g   th p o w er   s y s te m   f r eq u e n c y   to   s et  v alu af ter   d is tu r b an ce   o r   lo ad   ch an g in   th e   s y s te m .   T h is   f u n ctio n   is   p er f o r m ed   b y   co u p li n g   f u n ctio n ,   ca lled   d r o o p   f ac to r .   T h d r o o p   f a cto r   h as   r esp o n s ib ilit y   to   b alan ce   t h i n j ec tio n   p o w er   o f   t h g e n er at o r   an d   lo ad .   I h as  to   m e n tio n   th a th p r i m ar y   co n tr o f u n ctio n   d o es  n o in c lu d th s y s te m   f r eq u en c y   r e s to r atio n   to   th r ef er en ce   v al u es.  T o   r esto r th e   f r eq u en c y   b ac k   to   th n o m i n a v alu e,   t h is   ac tio n   i s   d o n b y   to   th s ec o n d ar y   co n tr o l.  T h is   p r o ce s s   m ea s u r es   th s y s te m   f r eq u en c y   an d   co m p ar e s   w it h   th r ef er e n ce   v al u e.   T h f r eq u en c y   er r o r   is   co n v er ted   to   th p o w er   v ia  t h d r o o p   f ac to r .   T h o u tp u t o f   t h s ec o n d ar y   co n tr o l d r o o p   is   r eg u l ated   v ia  P I   co n tr o ller   an d   s h ar ed   to   th e   g en er atio n   u n it   in   o r d er   to   ad ju s th p o w er   f o r   t h f r eq u en c y   r eg u latio n .   I n   ad d itio n   to   th e   f r eq u e n c y   s er v ice ,   th s ec o n d ar y   co n tr o l is also   m an a g ed   th p o w er   ex c h an g b et w ee n   n ei g h b o r   co n tr o l a r ea s .           Fig u r 2 .   Hier ar ch ical -   a n d   E co n tr o l b lo ck   d iag r a m   f o r   f r eq u en c y   r e g u latio n   PI -   G en PI Δ ω 1   ω r e f ω ac t 1 f r e f - P r e f , A 12 ω m 1 K f , G en 1 f P Δ ω 1 P r e f 1 Δ f A 1 Δ P A 12 f ac t 1 P A 1 2 Δ P A 1 - P ac t 1 - Δ P A 1 2 ' 1 / K f , A 1 f P D r o o p D r o o p P r i m a r y   C o n t r o l   o f   G e n e r a t o r   U n i t S e c o n d a r y   C o n t r o l   o f   A r e a   1 G R I D   1 S h a r i n g   f a ct o r P of f s e t 1 ( S u p e r vi so r y ) A d j u st   F a ct o r P EV , l oa d f r e f + _ P EV A d a p t i ve C o n t r o l L i m i t PT 1 + _ S o C   ca l cu l a t i o n EV / PA   C o n t r o l f ac t 1 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1     4 5 9 7   -   4 6 0 9   4600   I n   p ar o f   th E co n tr o as   f r eq u e n c y   r e g u la tio n   s er v ice,   th co n tr o b lo ck   d ia g r a m   i s   s h o w n   in   Fig u r e   2   as  w ell.   I i s   o b v io u s   th at  t h co o p er ativ w it h   b att er y   So C   i s   r eq u ir ed .   A s   n o tic ed   in   Fi g u r e   2 ,   t h co n tr o l is   f u n ctio n   o f   b atter y   So C .   T h is   m ea n s   t h at   th e   c h a r g e/d is ch ar g r ate   o f   E f o r   f r eq u en c y   r eg u lat io n   is   d ep en d ed   o n   So C   lev el.   F u r th er   d etail  o f   th i s   ad ap tiv co n tr o b lo ck   is   p r o v id ed   in   th s ec tio n   3 .   Nex t,  t h e   f ir s t   o r d er   ch ar ac ter is tic   ( P T 1 )   is   i m p le m e n ted   i n   o r d er   to   d e s cr ib th e   ch ar ac ter   o f   E V.   L a s tl y ,   t h li m ita tio n   b lo ck   is   n ee d ed   as  g r id   in te r f ac e.   I ca n   b i m p lied   th at  t h li m itatio n   b lo ck   is   b id ir ec tio n al  in v er ter .   T o   s u m m ar ize,   t h E V   ca n   b d ir ec tl y   j o in ed   t h e   h ier ar ch ical  c o n tr o l o p er atio n ,   w h ich   t h V 2 m o d i s   o p er ated   as a   s u p p o r t f o r   f r eq u en c y   r eg u latio n .       3.   P O RP O SE V2 G   O P E RAT I O F UNCT I O I F R E Q UE NCY  R E G U L AT I O N   I n   th i s   s ec t io n ,   t h f u n ctio n   a n d   m at h e m atic  d escr ip tio n   in   E m o d el  p a r is   f u r t h er   d is cu s s ed .   I n   Fig u r e   2 ,   th m ain   p ar o f   t h E m o d el  is   a n   ad ap tiv co n tr o b lo ck .   T h f u n c t io n   o f   t h i s   b lo ck   is   to   co n v er t   th f r eq u e n c y   d if f er e n ce   b et wee n   g r id   f r eq u en c y   a n d   r ef er e n ce   f r eq u e n c y   to   an   i n j ec ted   p o w er   o r   co n s u m ed   p o w er   in   o r d er   to   s u p p o r th f r eq u en c y   r eg u lat io n   v ia  d r o o p   f ac to r   o f   E ( K EV ) ,   w h ich   t h K EV   i s   s lo p o f   r eg u lat io n   ch ar ac ter .   I n   ad d iti o n ,   th d ea d   b a n d   f u n c tio n   is   d ef in ed   in   t h o p er atio n   cu r v e   in   o r d er   to   s et  th zo n th at  E s h o u ld   n o t b ac tiv f o r   f r eq u e n c y   r e g u latio n   [ 2 6 ] .   T h d ea d   b a n d   is   th f r eq u en c y   ar ea   b et w ee n   Δf Max   an d   Δf Min .   T h f r eq u e n c y   d ea d   b an d   ca n   b s et  ac co r d in g   to   t h to ler an ce   b an d ,   e. g .   ± 1 o f   n o m i n al  f r eq u en c y .   T h p o w er   r eg u lati o n   ch ar ac ter   is   s u m m ar ized   as   in   Fi g u r e   3.           Fig u r 3 .   C h ar ac ter   o f   V2 f r eq u en c y   r e g u latio n   m o d e       T o   a d ap th r eg u latio n   c h a r ac ter   ac co r d in g   to   th e   b att er y   So C ,   t h m u ltip le  f ac to r   ( m F )   is   in tr o d u ce d .   T h is   f ac to r   is   n u m b er   b et w ee n   0   an d   1 ,   w h i ch   is   f u n ctio n   o f   b atter y   So C .   As  r esu l t,  th e   m at h e m a tic  d escr ip tio n   o f   V2 r eg u lat io n   p o w er   ( P REG )   is   e x p r ess ed   in   ( 1 ) .     , , ; P 0 ; ; F D E V M ax R E G M in M ax F C E V M in m K f f f f f f m K f f f   ( 1 )     T h m at h e m atic  d escr ip tio n   o f   r eg u lat io n   p o w er   is   d iv id ed   in   t h r ee   p ar ts .   Hav in g   lo o k   o n   co n tr o b lo ck   in   Fi g u r e   2 ,   i f   t h Δf   is   p o s itiv a n d   m o r e   th a n   Δf Max ,   th r e g u la tio n   is   in   d is c h ar g p r o ce s s ,   w h ic h   t h e   p o w er   is   n eg at iv e.   O n   th o th er   h an d ,   th r eg u la tio n   is   i n   ch ar g p r o ce s s ,   w h e n   Δf   is   n eg ativ an d   less   t h a n   Δf Min ,   th p o w er   is   th e n   p o s iti v e.   I n   t h d ea d   b an d ,   th e   r eg u latio n   i s   ze r o .   T h r elay   f u n ct io n   is   i m p le m e n ted   in   o r d er   to   av o id   th o s cillatio n   o p er atio n   at  th tr an s itio n   p o in t.   T h is   r ela y   f u n ctio n   is   d a s h   li n i n   Fi g u r e   3 .       As  m e n tio n ed   th at  t h m u ltip le  f u n ctio n   i s   d esig n ed   f o r   th ad ap tiv p u r p o s ac c o r d in g   to   b atter y   So C .   T h o r ig in al  id ea   is   r ef er r ed   to   th n o r m al  c h ar g i n g   p r o ce s s   o f   b atter y   t h at  t h ch ar g i n g   cu r r en is   co n s ta n t,  w h e n   t h ch ar g in g   p r o ce s s   is   s tar t.  L ater ,   w h en   th b atter y   is   n ea r l y   f u ll,  t h ch ar g i n g   cu r r en i s   d ec r ea s ed   u n til   ze r o .   B ased   o n   t h is   in f o r m at io n ,   t h m u lti p le  f ac to r   ch ar ac ter is t ic  cu r v e   is   co m e   o u a s   i n   Fig u r e   4.   T h o p er ati o n   r an g o f   c h ar a cter is tic  cu r v is   d ef in ed   b y   t h SoC Max   an d   t h SoC Min .   I n   ch ar g i n g   p r o ce s s ,   th m u lt ip le  f ac to r   is   k ep co n s ta n at  1   f r o m   t h S o C Min   to   th tu r n i n g   p o in ( SoC TP ) .   W h en   t h So C   lev el  r ea ch e s   t h t u r n i n g   p o in t,  t h m u lt ip le  f ac to r   i s   d e c r e a s e d   u n t i l   z e r o   a t   t h e   S o C M a x .   F o r   t h e   d i s c h a r g i n g   p r o c e s s ,   t h e   m u l t i p l e   f a c t o r   w i t h   t h e   s a m e   c h a r a c t e r   b u t   o n   t h e   o p p o s ite  d ir ec tio n .   T o   d escr i b th ch ar ac ter is tic   cu r v e,   q u ad r atic  eq u atio n   i s   u tili ze d .   T h m at h e m a tic  f o r m u latio n   o f   m u lt ip le  f ac to r   is   w r itten   i n   ( 2 ).   Δ f P R E G Δ f M a x f Re + Δ f M i n f Re - D i s c h a r g i n g P r o c e s s C h a r g i n g P r o c e s s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F r eq u en cy   r eg u la tio n   s ervice  o f m u ltip le - a r ea s   ve h icle  to   g r id   a p p lica tio n   in   …  ( P a r a met  Wir a s a n ti )   4601           ( a)   ( b )     Fig u r 4 .   Mu ltip le  f ac to r   b ased   o n   b atter y   So C ;   ( a)   ch ar g i n g   p r o ce s s ,   ( b )   d is ch ar g i n g   p r o ce s s       , 2 , 2 1 ; 1 ; 1 ; 1 ; M i n TP FC C TP TP M a x TP M a x FD D TP M i n TP S o C S o C S o C m a S o C S o C S o C S o C S o C S o C S o C S o C m a S o C S o C S o C S o C S o C       ( 2 )     W h er e,   m F , C   a n d   m F , D   ar th m u ltip le  f ac to r   o f   ch ar g in g   p r o ce s s   an d   d is c h ar g i n g   p r o ce s s ,   r esp ec tiv el y .   T h co ef f icie n is   t h f u n ctio n   o f   SoC TP   an d   SoC   lev el,   w h ic h   r etu n e s   th m u ltip le  f ac to r   to   z er o .   A s   r esu lt,  t h e   co ef f icie n a C   an d   a D   ar o b tain ed   as in   ( 3 ).     2 2 1 1 C M a x T P D T P M i n a S o C S o C a S o C S o C   ( 3 )     T o   s u m m ar ize,   th e   p r o p o s ed   ac tiv co n tr o m e th o d o lo g y   i s   f u n ctio n ed   a s   f r eq u e n c y   r eg u lat io n   s u p p o r ter .   W h en   th Δf   i s   i n   t h o p er atio n   r an g e,   t h E will  ch ar g e /d is c h ar g t h ac ti v e   p o w er .   T h K EV   i s   th m ain   p ar a m eter   f o r   co n tr o l lin g   ch ar g e/d is c h ar g r ate.   I t c an   b i m p lied   t h at  t h K EV   i s   p r im ar y   co n tr o l o f   th E V.   T h m F   is   f ac to r ,   w h ich   ad j u s t s   th ch ar g e/d is c h a r g r eg ar d in g   t h b atter y   So C   lev el.   L ast  b u n o least,  th p r o p o s ed   m et h o d o lo g y   ca n   b ap p lied   f o r   s in g le  E m o d el  o r   an   ag g r e g ated   E m o d el.       4.   P ARK I N G   ARE M O DE L   AND  E S T I M AT E AVA L I AB L E   CAP AC I T Y   As  t h g r id   co n n ec t io n   o f   E Vs  ar p en etr ated   i n   d is tr ib u t io n   n e t w o r k ,   t h er ef o r e,   th e   a u th o r s   h a v p o in ted   o u t h at  th e   ag g r eg at i o n   m o d el  o f   E V s   s h o u ld   b b ased   o n   p ar k i n g   ar ea .   T h p r o p o s ed   p ar k in g   ar ea   m o d el  i s   d ev o lv ed   b ased   th a r r iv al  ti m a n d   d ep ar tu r ti m e   o f   t h E V s Si n ce   t h e   ar r iv al  ti m a n d   d ep ar tu r ti m ar r an d o m l y   r eg ar d in g   th d r iv er   b eh av io r ,   th Ga u s s ia n   d is tr ib u tio n   is   u tili ze d   t o   h an d le  w it h   th i s   s to ch ast ic  ch ar ac ter   [ 2 7 ] - [ 2 9 ] .   T h Gau s s ia n   d is tr ib u tio n   is   s i m p le  d is tr ib u tio n ,   w h ic h   f it s   m a n y   n atu r a l   p h en o m e n a s T h ar r iv al  ti m e   an d   d ep ar tu r ti m o f   t h E Vs  ar ad j u s ted   th r o u g h   t h m ea n   v al u an d   t h s tan d ar d   d ev iatio n   v al u o f   d i s tr ib u tio n   [ 3 0 ] .   An   ex a m p le  o f   p ar k i n g   ar ea   m o d el  i n p u i s   g iv e n   i n   T ab le  1 Fo u r   p ar k in g   ar ea   t y p e s   ar p r esen ted .   T h e   o f f ice  an d   t h u n iv er s it y   t y p h a v m ea n   v al u o f   ar r iv al  ti m a n d   d ep ar tu r ti m e.   On   t h o th er   h an d ,   th s u p er m ar k et  a n d   th d ep ar tm e n s to r h a v o n l y   th m ea n   o f   ar r i v al  ti m e.   T h id ea   b eh i n d   t h is   d if f er en ce   is   th a t h o f f ice   ar ea   o r   th u n iv er s it y   ar ea  h av e   r eg u lar   o f f ice  h o u r .   So ,   it  h as  to   d ef i n ar r iv al  ti m a n d   d ep ar tu r ti m e.   T h s tan d ar d   d ev iatio n   i n   th is   ca s is   ar o u n d   1 .   Me an w h ile,   th s u p er m ar k e o r   th d ep a r tm e n s to r h as   v ar iet y   ti m r an g e,   th e n   th o n m ea n   ti m w it h   h ig h   s tan d ar d   d ev iatio n   i s   en o u g h .       T ab le  1 .   E x am p le  o f   p ar k i n g   a r ea   m o d el  i n p u t   P a r k i n g   A r e a   N u m.  EV s   M e a n   A r r .   t i me   M e a n   D e p t .   t i me   S t .   D e v .   O f f i c e   1 0 0   9   17   1   U n i v e r si t y   1 0 0   9   18   1 . 2   S u p e r mark e t   2 0 0   17   -   2 . 5   D e p a r t me n t   st o r e   2 0 0   15   -   2 . 0     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1     4 5 9 7   -   4 6 0 9   4602   T h s i m u latio n   r es u lt  o f   p ar k i n g   ar ea   m o d el  is   s h o w n   i n   Fi g u r e   5 .   T h r an d o m   f u n ctio n   is   u s ed   to   g en er ate   th e   h o u r l y   ar r iv al -   o r   d ep ar tu r e   E Vs.  W ith   th is   r a n d o m   n u m b er   o f   E V s ,   t h a v aila b le  ca p ac it y   i s   ab le   to   b ca lcu late d .   T h g en er al  f o r m u latio n   o f   cu m u lati v a v ai lab le  ca p ac ity   i s   d escr ib ed   in   ( 4 ) .     m a x , , m a x , , 11 , m i n , , m i n , 11 nm C a r r i i c a p i d e p t i c a p i ii nm D a r r r i i c a p i d e p t i c a p i ii A C S o C S o C E V S o C S o C E V A C S o C S o C E V S o C S o C E V               ( 4 )     W h er e,   AC C   an d   AC D   ar th av ailab le  ca p ac it y   o f   ch ar g i n g   p r o ce s s   an d   d is ch ar g i n g   p r o ce s s ,   r esp ec tiv el y .   T h EV cap   is   b atter y   ca p ac it y   o f   E V.   T h SoC arri   an d   S o C dept   ar th b atter y   s tate  th at  ar r iv es  th p ar k i n g   ar ea   an d   leav es t h p ar k i n g   ar ea ,   r esp ec tiv el y .       O f f i c e 4 6 8 10 12 14 18 20 4 6 8 10 12 14 16 18 20 15 10 5 0 15 10 5 0 U n i v e rs i t y E V   n u m b e r E V   n u m b e r 4 6 8 10 12 14 16 18 20 4 6 8 10 12 14 16 18 20 15 10 5 0 15 10 5 0 Su p e rm a rk e t D e p a rt m e n t   S t o r e E V   n u m b e r E V   n u m b e r 16 2 2   [ Hr ] 2 2   [ Hr ] 2 2   [ Hr ] 2 2   [ Hr ]     Fig u r 5 .   R esu lt o f   p ar k i n g   ar e m o d el       T o   d em o n s tr ate  t h a v ailab le  ca p ac it y   r eg ar d in g   t h r es u lt  i n   Fi g u r e   5 ,   th s i m p li f icat io n   is   m ad b y   th f o llo w in g   as s u m p tio n .   T h EV cap   o f   all  E Vs ar co n s ta n at  5 0   k W h .   T h ar r iv al  o f   b att er y   So C   i s   co n s tan t   at  0 . 7   an d   th d ep ar tu r b atter y   So C   i s   co n s tan a 0 . 4 .   T h o p er atio n   r an g o f   b atter y   So C   f o r   r eg u latio n   p r o ce s s   is   b et w ee n   0 . 9 - 0 . 3 .   T h esti m atio n   o f   av a ilab le  ca p a cit y   f o r   c h ar g i n g   p r o ce s s   a n d   d is ch ar g i n g   p r o ce s s   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   6 .   T h b ar   g r ap h   in   F ig u r e   6   s tan d s   f o r   th ca p ac it y   ac co r d in g   to   t h n u m b er   o f   E V s   th a t   ar r iv o r   d ep a r p ar k in g   ar ea   in   h o u r l y   b ased   o n   t h r esu l t   in   Fi g u r e   5 .   Fo r   ex a m p le,   i n   th ca s o f   o f f ice   p ar k in g   ar ea ,   it  is   d ef in ed   w it h   t w o   ch ar ac ter s ,   i.e .   ar r iv al  a n d   d ep ar tu r e.   W h en   th E V s   ar r iv p ar k i n g   ar ea   in   th m o r n in g ,   th a v ailab le  ca p ac it y   i n   ch ar g e -   o r   d is ch ar g ca p ac it y   is   co u n ted .   W h en   t h E Vs  leav p ar k i n g   ar ea ,   th ca p ac it y   is   w it h d r a w   f r o m   c u m u lati v ca p ac it y .   T h cu m u lati v av a ilab le  ca p ac it y   ca n   b e   ca lc u late d   ac co r d in g   to   ( 5 ) .   I n   th ca s o f   s u p er m ar k et,   as  t h id ea   o f   th is   ar ea   is   d esi g n ed   b ased   o n   th h ig h   r ate  o f   ar r iv al  an d   d ep ar tu r e,   th u s ,   th cu m u lati v a v ailab le  ca p ac it y   d o es  n o co n s i d er   in   th i s   ca s e.   T h b ar   g r ap h   is   h o u r l y   co n s id er ed   as th a v ail ab le  ca p ac ity   i n   t h is   p ar k i n g   ar ea   ty p e.       4 6 8 10 16 18 20 - 1 0 0 0 - 5 0 0 0 5 0 0 O f f i c e E n e r g y   [ k Wh ] 10 50 270 420 220 30 - 20 - 100 - 540 - 840 - 440 - 60 20 100 250 290 270 70 - 40 - 200 - 500 - 580 - 540 - 140 C h a r . E n e r . D i sc . E n e r . W i t h d r a w D i sc . E n e r . W i t h d r a w C h a r . E n e r . 4 6 8 10 16 18 20 - 1 0 0 0 - 5 0 0 0 5 0 0 Su p e rm a rk e t E n e r g y   [ k Wh ] 20 20 20 100 180 210 290 260 300 200 260 70 20 - 40 - 40 - 40 - 200 - 360 - 420 - 580 - 520 - 600 - 400 - 520 - 140 - 40 22 22 C h a r . E n e r . D i sc . E n e r . [ hr ] 12 14 [ hr ] 14 12     Fig u r 6 .   E s ti m ated   c h ar g e -   a n d   d is ch ar g av ailab le  ca p ac it y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F r eq u en cy   r eg u la tio n   s ervice  o f m u ltip le - a r ea s   ve h icle  to   g r id   a p p lica tio n   in   …  ( P a r a met  Wir a s a n ti )   4603   T o   r ec ap itu late ,   th Gau s s ia n   d is tr ib u tio n   is   u s ed   f o r   t h p ar k in g   ar ea   m o d el.   T h n u m b er   o f   E V,   m ea n   v al u o f   ar r iv al  t i m e   o r   d ep ar tu r ti m a n d   s ta n d ar d   d ev iatio n   ar r eq u ir ed .   T w o   p ar k in g   ar ea   m o d el s   ar d ef in ed .   T h f ir s i s   t h e   ar ea   th a h as   r eg u lar   o f f ice   h o u r   an d   lo n g   p ar k i n g   p er i o d .   T h cu m u lati v e   av aila b le  ca p ac it y   i s   s u b s eq u e n tl y   ap p lied   in   t h is   ca s e.   T h s ec o n d   is   th e   ar ea   t h at  h as   v ar iet y   t i m e   r an g a n d   h ig h   r ate  o f   ar r iv al  an d   d ep ar tu r e.   I n   th is   ca s e,   th a v ai lab le  ca p ac ity   is   h o u r l y   co n s id er ed .   No te  th at,   ca lcu lated   av ailab le  ca p ac it y   i s   th esti m at io n   v a lu b ased   o n   th s to ch ast ic  ch ar ac ter .   T h is   av ailab le  ca p ac it y   is   k i n d   o f   r eser v p o w er   f o r   ea ch   p ar k in g   ar ea .       5.   M O DE L   I M P L E M E NT A T I O AND  F RE Q U E NCY  R E SPO NSE   VA L I DAT I O N   T o   s im u late  a n d   ev al u ate  th e   p r o p o s ed   h ier ar ch ical -   a n d   E co n tr o b lo ck   d iag r a m   f o r   f r eq u en c y   r eg u lat io n ,   t h DI g SI L E NT   s i m u lat io n   la n g u a g e   ( DS L )   in   P o w er Facto r y   p r o g r a m   i s   co n s id er ed   as   s i m u lat io n   p lat f o r m .   T h DS L   ca n   r ep r esen t   th e   d y n a m ic  o f   p o w er   s y s te m   s i m u lat io n   b ase d   o n   th r o o m ea n   s q u ar v al u e.   As  r esu lt,  th m o d el  o f   E an d   p o w er   s y s te m   ac co r d in g   to   Fig u r e   2   ar e   im p le m e n ted   b ased   o n   DS L .   T h f ir s s tep   o f   E V   m o d ell in g   i s   to   s e lect  t h co m p o n en t h at  ca n   p r o v id t h ac tiv p o w er   in   b o th   d ir ec tio n s   ac co r d in g   to   th b eh av io r s   o f   V2 p r o ce s s .   A   s t atic  g en er ato r   is   co n s id er e d   an d   p ick ed   u p   as  an   in ter f ac e   ele m en t   b et w ee n   p o w er   n et w o r k   an d   t h p r o p o s ed   co n tr o s tr ateg y .   Fig u r e   7   s h o w s   t h co n tr o f r a m o f   V2 m o d el  i n   DS L .   T h p r o p o s ed   m at h e m atic  d es cr ip tio n   o f   V2 o p er atio n   f u n ctio n   in   s ec t io n   4   is   p r o g r am m ed   i n   th P co n tr o l   b lo ck ”.   T h P T1   b lo ck ”  is   u s ed   f o r   d escr ib in g   t h b eh a v io r   o f   co n v er ter .   T h P h a s Lo ck   Lo o p   b lo ck ”  p r o v id es  t h r ef er e n ce   an g le  f o r   th s tat ic  g e n er ato r .   No te  th at  t h iq _ r ef ”  o f   s tatic   g en er ato r   is   lef as  a n   o p en   in p u p o r b ec au s th ac tiv p o w er   is   o n l y   co n s id er ed   in   th i s   s tu d y .   T h B a tter y   b lo ck ”  is   in   ch ar g f o r   b atter y   So C   ca lcu la tio n   b ased   o n   th co n ce p t o f   ac tiv p o w er   in te g r atio n .   T o   s tu d y   t h f r eq u e n c y   r eg u l atio n it  is   i m p o r tan to   ch e k   f r eq u en c y   r esp o n s e .   T h p o w er   s y s te m   u n i i n   t h i s   r e s ea r c h   w o r k   is   ap p lied   b y   a   s y n ch r o n o u s   g e n er ato r   m o d el,   w h ic h   i s   a v ail ab le  in   DI g SI L E NT   lib r ar y .   T h g o v er n o r   d r o o p   f ac to r   is   ad j u s ted   to   ex a m i n e   th p r i m ar y   r esp o s e.   I n   ad d itio n ,   t h s ec o n d ar y   co n tr o b lo ck   is   ad d e d .   T h PI  co n tr o ller   is   f in e - t u n ed   to   as s u r th s ec o n d ar y   r esp o s e.   T o   test   th r esp o n s e,   t w o   s tep   lo ad   ev en t s ,   i.e .   in cr ea s in g   lo ad   0 . 1   p u .   at  1 0 0 s   an d   d ec r ea s in g   lo ad   0 . 1   p u .   at  1 1 0 0   s ,   ar u s ed .   T h r esu lt  is   s h o w n   i n   Fi g u r e   8 ,   w h ic h   th f r eq u en c y   r esp o n s lo o k s   p r o p e r .   W h en   th c h ar ac ter   o f   p r im ar y   co n tr o l is o b s er v ed ,   it c a n   b n o ticed   f r o m   t h r es u lt t h at  t h d u r atio n   ti m o f   p r i m ar y   co n tr o l a ctio n   is   ar o u n d   7 2   s .   T h f r eq u en c y   d r o p   is   ar o u n d   2 %.  T h r ec o v er y   t i m o f   f r eq u en c y   ac co r d in g   to   t h s ec o n d ar y   co n tr o is   ar o u n d   7 2 8   s   o r   1 2 . 2   m i n .   Fo r m   t h o p er atio n   ti m o f   t h p r im ar y   co n tr o an d   t h s ec o n d ar y   co n tr o l,  b o th   f o llo w   th s tan d ar d   o f   h ier ar c h ical  co n tr o l stra te g y   [ 2 0 ] .           Fig u r 7 .   V2 co n tr o l f r a m i n   DS L           Fig u r 8 .   R esp o n s o f   p o w er   s y s te m   f r eq u en c y   400 800 1 2 0 0 1 6 0 0 [ s ] 0 . 9 7 0 0 0 . 9 8 2 5 0 . 9 9 5 0 1 . 0 0 7 5 1 . 0 2 0 0 1 . 0 3 2 5 S yst e m   f r e q u e n cy  [ pu .] 2 0 0 0 100 . s 1 . 0 0 0   pu . 172 . s 0 . 9 9 1   pu 900 . s 1 . 0 0 0   pu 1 9 0 0 . s 1 . 0 0 0   pu . 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                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1     4 5 9 7   -   4 6 0 9   4604   6.   CASE   S T UD I E S AN D I SC USSI O N   T o   s tu d y   t h f r eq u e n c y   r eg u latio n   w h e n   t h e   p r o p o s ed   V2 o p er atio n   is   p ar o f   h i er ar ch ical  co n tr o l,  t w o   ca s s t u d ies  ar d ev elo p ed .   T h f ir s ca s is   t h s tep   r esp o n s test .   T h is   ca s e   is   d esig n ed   f o r   th e   s tu d y   o f   V2 ef f ec t o n   th p r i m ar y   co n tr o l a n d   th s ec o n d ar y   co n tr o l.  Mo r eo v er ,   th is   ca s is   v alid atio n   ca s e   f o r   th e   p r o p o s ed   s tr ateg y ,   w h i ch   t h m u ltip le  f ac to r   a n d   p o w er   s h ar i n g   ar t h m ai n   e x a m i n atio n .   T h s ec o n d   ca s is   th co n ti n u o u s   te s t,  w h ich   m ea n s   th a th V2 o p er atio n   is   in v est ig ated   alo n g   th e   lo ad   p r o f ile  in   o n e   d ay .   T h s to ch asti o f   p ar k i n g   ar ea   m o d el  an d   th av ailab l ca p ac ity   ar co n s id er ed   in   th is   s t u d y .   Si n ce ,   th e   tar g et  o f   b o th   s t u d ies  i s   t h o p er atio n   f u n c tio n   test ,   th u s   t h s i m p le  te s s y s te m   i n   F ig u r e   9   is   s u f f icie n t.  T h s y s te m   lo a d   m o d el  is   d ep en d e d   o n   th ca s e   s t u d ies t h ca s s tu d y   1   is   s p o lo ad   an d   th ca s s tu d y   2   is   a   lo ad   p r o f ile.   T h s y s te m   b ases   ar s et  as f o llo w S Base   is   eq u a l to   1 0   MV A ,   V Base   is   2 2   k V,   an d   f Base   is   5 0   Hz.             St a t i o n   G ri d S y s t e m   L o a d PA 1 PA 2 T 1     Fig u r 9 T est s y s te m   f o r   ca s s tu d ie s       T h t w o   P A   m o d els  ar d esi g n ed   w it h   d if f er en ce   a s s u m p tio n s .   I i s   as s u m ed   t h at  t h P A 1   h as  lar g er   p ar k in g   ca p ac it y   t h an   P A 2 .   As   co n s eq u e n ce ,   t h d r o o p   f ac t o r   o f   P A 1   s h o u ld   b h ig h er   t h an   t h d r o o p   f ac to r   o f   P A 2 .   T h is   m ea n s   th at  th P A 1   s h o u ld   d eli v er ed   m o r p o w er   t h an   P A 2 .   T o   ch ec k   th f u n ct io n   o f   m u ltip le   f ac to r ,   th So C   le v el  o f   P A 2   is   s et  to   lo w er   t h a n   th t u r n in g   p o in t.  T h f r eq u e n c y   d ea d   b an d s   f o r   r elay   f u n ctio n   ar s et  to   ±   0 . 0 1   p u .   a n d   ±   0 . 0 0 5   p u .   T h P A s   p ar am eter s   ar s h o w n   i n   T ab le  2 .       T ab le  2 P ar am eter s   o f   p ar k i n g   ar ea   P a r a me t e r s   P A 1   P A 2   I n i t i a l   S o C   0 . 7   0 . 5   S o C Ma x / S o C M i n   1 / 0 . 3   1 / 0 . 3   S o C T P , C /   SoC T P , D   0 . 8 / 0 . 6   0 . 8 / 0 . 6   D r o o p   f a c t o r   4   2   f Max / f Mi n   1 . 0 1 / 0 . 9 9   p u .   1 . 0 1 / 0 . 9 9   p u .   f R e + / f Re -   1 . 0 0 5 / 0 . 9 9 5   p u .   1 . 0 0 5 / 0 . 9 9 5   p u .       6 .1 .   Ca s s t ud y   1 Ste p r esp o ns t est   T h o b j ec tiv e s   o f   s tep   r esp o n s test   ar th s t u d y   o f   p r i m a r y   co n tr o an d   s ec o n d ar y   co n tr o u n d er   f r eq u en c y   r eg u lat io n   s er v ice  a n d   th v alid atio n   o f   p r o p o s ed   V2 o p er atio n .   Fro m   t h in tr o d u ce d   test   s y s te m ,   th 0 . 0 5   p u .   s tep   lo ad   is   ap p lie d   at  1 0 0   s .   T h s i m u latio n   r es u l ts ,   i.e .   t h f r eq u e n c y   r e s p o n s e,   th ac tiv p o w er   o f   p ar k in g   ar ea s   an d   t h m u lti p le  f ac to r   o f   p ar k in g   ar ea s ,   ar d is cu s s ed   as f o llo w .     Hav i n g   lo o k   o n   a   co m p ar at iv s y s te m   f r eq u e n c y   r esp o n s es  i n   Fi g u r 1 0 ( a ) ,   th er is   a   d if f er en t   d u r in g   t h p r i m ar y   co n tr o p er io d   an d   th s ec o n d ar y   co n tr o p er io d .   I n   th p r i m ar y   co n tr o p er io d ,   th E Vs  ar ac tiv ated   as   V2 w h en   t h e   f r eq u e n c y   is   d r o p p ed   to   th eir   o p er atio n   r an g e.   A cc o r d in g   to   th is   f ac t,  th e r is   a   s m al d ela y   i n   d eli v er in g   t h e   p o w er   f r o m   P A s ,   s ee   Fi g u r 1 0 ( b ) .   T h is   m ea n s   t h at  t h V2 o p er atio n   is   n o a   t y p ical  p r i m ar y   co n tr o l,  b u it   f u n ctio n s   as  s u p p o r ter .   R eg ar d in g   t h f r eq u e n c y   r esp o n s e   in   t h is   p er io d ,   th e   r esp o n s is   s u r el y   f a s ter   th a n   t h s y s te m ,   w h ich   d o es n o h av th s u p p o r t f r o m   V2 G.   T o   b r in g   t h f r eq u en c y   b ac k   t o   th n o m i n al  v al u i n   t h s ec o n d ar y   co n tr o l p ar t,  th E Vs a ls o   s u p p o r th is   w o r k i n g   p r o ce s s   u n til  t h f r eq u en c y   i s   b ac k   to   f RE .   I n   Fi g u r 1 0 ( b ) ,   th ac tiv p o w er   f r o m   P As  is   co n tin u all y   s u p p lied   b y   th e   s y s te m .   B u t t h s u p p lied   p o w er   i s   s lo w l y   d ec r ea s ed   ac co r d in g   t o   th i n cr ea s i n g   o f   f r eq u en c y .   I n   t h s a m ti m e,   t h g en er atio n   p o w er   f r o m   t h e   m ai n   g r id   i s   i n cr ea s ed   i n   o r d er   to   co v er   t h lo ad   ch an g e.   At  8 7 5   s ,   t h s y s te m   f r eq u en c y   is   b ac k   to   f RE ,   b u t h d eli v er ed   p o w er   f r o m   P As   is   n o i m m ed iatel y   s to p p ed .   T h is   is   th p r o p o s e d   r elay   f u n ctio n .   T h s u p p o r p o w er   in   t h s ec o n d ar y   co n tr o p r o ce s s   ef f ec t s   d ir ec tl y   o n   t h f r eq u e n c y   r e s p o n s e.   T h f r eq u en c y   r e s p o n s o f   t h s y s te m   t h at   h a s   a   s u p p o r f r o m   E Vs   is   s lo w er   t h an   t h n o r m al  s y s te m .   T h ca u s o f   th i s   p o in is   th at  th m ain   s y s te m   d eli v er s   l ess   p o w er ,   th e n   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       F r eq u en cy   r eg u la tio n   s ervice  o f m u ltip le - a r ea s   ve h icle  to   g r id   a p p lica tio n   in   …  ( P a r a met  Wir a s a n ti )   4605   f r eq u en c y   r ec o v er y   is   ac co r d in g l y   s lo w er .   I n   s u m m ar y   o f   th p r im ar y   co n tr o an d   th e   s ec o n d ar y   co n tr o u n d er   f r eq u en c y   r e g u l a tio n   s e r v ice,   th V2 o p er atio n   w o r k s   a s   s u p p o r in   f r eq u e n c y   r eg u lat io n .   I h elp s   s y s te m   f r eq u en c y   i n   f as r es p o n s d u r i n g   p r i m ar y   co n tr o l   p r o ce s s ,   b u t h f r eq u e n c y   r esp o n s i s   s lig h tl y   s lo w d o w n   in   s ec o n d ar y   co n tr o l p r o ce s s .   Nex t,  t h p r o p o s ed   V2 o p e r atio n   is   ex a m i n ed .   T h m a in   p o in i n   t h i s   p ar is   t h p o w er   s h ar i n g   b et w ee n   P As  an d   t h m u ltip le   f ac to r   o f   ea c h   ar ea .   T h co n s i d er atio n   o f   th is   p ar is   t h d eli v er ed   ac tiv p o w er   in   F ig u r 1 0 ( b )   an d   th m u ltip le  f ac to r   o f   P A .   Ha v i n g   lo o k   o n   t h h ig h es d eliv er ed   p o w e r ,   th ac ti v p o w er   o f   P A 1   i s   ar o u n d   0 . 0 2 2   p u   an d   th ac ti v p o w er   o f   P A 2   is   ar o u n d   0 . 0 1   p u .   A s   th e   d r o o p   f a c t o r   o f   PA 1   is   d o u b l e   v a lu e   o f   P A 2 ,   th en   th e   p o w e r   f r o m   P A 1   s h o u l d   b e   tw o   t im e s   m o r e   th an   P A 1 .   H o w ev e r ,   th e r e   i s   a   s li g h t ly   d i f f e r en c a r o u n d   0 . 0 2   p u .   T h i s   d i f f e r e n c e   i s   th e   e f f e c t   o f   m u l ti p l f a c t o r ,   s e Fi g u r es   1 0 ( d )   an d   10 ( f ) .   T h e   m u ltip le  f ac to r   o f   P A 1   is   eq u al  to   1 ,   w h ile  t h m u ltip le  f ac to r   o f   P A 2   is   less   th an   1 .   T h is   is   th ca u s o f   So C   lev el.   Si n ce   th So C   lev e o f   P A 2   is   less   t h an   t h tu r n i n g   p o in t,  th e n   th m u ltip le  f ac to r   is   p ar ab o l a   f u n ctio n ,   s ee   Fi g u r e   3 .   L et s   ch ec k   t h So C   le v el  o f   P As  a f ter   th e   f r eq u e n c y   r eg u latio n   s er v ice,   s ee     Fig u r e s   10 ( c)   an d   1 0 ( e) .   T h ch an g o f   So C   le v el  is   co r r ec t,  as  th c h a n g o f   P A 1   is   ar o u n d   t w o   ti m es  m o r e   th an   P A 2 .   R e m ar k ,   th ca p a cit y   o f   b o th   P As  in   t h is   s tu d y   ar eq u al.   Up   to   th is   p o in t ,   th s tu d y   o f   s tep   r esp o n s co n f ir m s   th at  t h m at h e m a tics   f u n ctio n   o f   p r o p o s ed   s tr ateg y   w o r k s   co r r ec tl y .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   ( f )     Fig u r 10 Si m u latio n   r es u lt s ;   ( a)   p o w er   s y s te m   f r eq u en c y   r e s p o n s e,   ( b )   ac tiv p o w er   f r o m   p ar k in g   ar ea s   ( c)   So C   o f   P A 1 ,   ( d )   m u ltip le  f ac to r   o f   P A 1 ,   ( e)   So C   o f   P A 2   an d   ( f )   m u ltip le  f ac to r   o f   P A 2       6 . 2 .     Ca s s t ud y   2 co ntinuo us   t es t   I n   co n ti n u o u s   s t u d y ,   t h V2 ac tio n   in   d ail y   o p er atio n   is   th m ai n   in v est ig at io n .   T h esti m a ted   av ailab le  ca p ac it y   o f   p ar k in g   ar ea   is   tak en   in to   ac co u n t.  T h esti m ated   av ailab le  ca p ac it y   o f f ice  ar ea   an d   th s u p er m ar k et  i n   Fi g u r e   6   is   ap p lied .   T h esti m ated   av a ilab le   ca p ac ity   i s   i m p le m e n ted   as  a   li m itat io n   i n   V2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  11 ,   No .   6 Dec em b er   2 0 2 1     4 5 9 7   -   4 6 0 9   4606   co n tr o f r a m e.   T h s et  p ar a m eter s   o f   o f f ice  ar ea   an d   th s u p er m ar k et  ar ea   ar r ef er r ed   to   P A 1   an d   P A 2   in   T ab le   2 ,   r esp ec tiv el y .   T h s tan d ar d   lo a d   p r o f ile  o f   g e n er al  co m m er cial  ar ea   [ 31 is   s elec ted   f o r   th s t u d y .   A t h f ir s s tep   o f   t h co n ti n u o u s   te s t,  th V2 o p er atio n   is   o b s er v ed .   W h e n   th er i s   n o   s y s te m   ev en in   t h s y s te m ,   th V2 is   n o ac ti v e,   s ee   d as h   li n i n   Fi g u r 1 1 ( a ) .   B ec au s th p r o ce s s   o f   s ec o n d ar y   co n tr o b r in g s   th s y s te m   f r eq u en c y   b ac k   to   r ated   v alu e,   t h f r eq u en c y   i s   n o e n ter   i n to   th e   o p er atio n   r an g o f   V2 p r o ce s s .   T h is   s ce n ar io   also   s u p p o r ts   th r es u lt   in   th ca s s t u d y 1   t h at  t h b e n ef i o f   V2 o p er atio n   i s   m ai n l y   o n   th p r i m ar y   p r o ce s s .   Nex t,  th s y s te m   e v e n ts   ar e   c r ea ted   in   o r d er   to   in v esti g a te  V2 ac tio n   in   d ail y   o p er atio n   an d   av ailab le  ca p ac it y   o f   p ar k i n g   ar ea .   T w o   s y s te m   ev e n t s   ar ass u m ed .   T h 0 . 1   p u .   lo ad   is   ad d e d   to   th g r id   at  1 0   a. m . ,   an d   t h is   a m o u n t o f   lo ad   is   r e m o v ed   f r o m   t h g r id   at  2   p . m .   T h is   ev e n t c a n   b r ef er r ed   to   lo ck o u o f   s m all   g e n er atio n   u n i d u to   f a u lt.  Fig u r 1 1 ( b )   s h o w s   t h ac tio n   o f   V2 p r o ce s s .   I is   o b v io u s   th at  t h P A s   i n j ec t th p o w er   i n to   th n et w o r k   d u r i n g   e v e n t1   an d   co n s u m t h p o w er   d u r i n g   ev e n t2 .   T h zo o m   d is p la y   o f   ac ti v p o w er   an d   e n er g y   o f   b o th   P A s   d u r in g   ev e n t1   a n d   ev e n t2   ar s h o w n   i n   Fig u r es   11 ( c ) - 11 ( f ) .   Hav in g   a   lo o k   o n   th in j ec tio n   p o w er   d u r in g   ev en t1 ,   th e   P A 1   d eliv e r s   m o r p o w er   t h a n   P A 2   ac co r d in g   to   th So C   lev el.   Ho w e v er ,   th in ter es tin g   p o in is   th at  th P A 2   h a s   r ea ch ed   lim i tatio n   r eg ar d in g   th a v ailab le  ca p ac i t y .   T h en ,   t h d eliv er ed   p o w er   f r o m   P A 2   is   s to p p ed .   T h is   ca n   b ea s il y   n o ticed   b y   r e s p o n s i n   Fig u r e   1 1 ( d )   th at  t h u s ed   en er g y   le v el  o f   P A 2   e n ter s   t h s tead y   s tate  f ast er   th an   P A 1 .   I n   t h e   p ar o f   ev en t2 ,   th r e s p o n s o f   P A 1   an d   P A 2   b ec o m s i m il ar ,   s ee   Fig u r e   1 1 ( f ) .   T h is   m ea n s   t h at  t h av ailab l e   ca p ac it y   o f   b o th   P A s   i s   e n o u g h   f o r   th o p er atio n .   C o n s id er in g   th e   a m o u n o f   en er g y   o f   b o th   P A s   d u r in g   V2 G   p r o ce s s ,   1 0 0   k W h   is   u s ed   d u r in g   e v e n t1   an d   1 2 0 k W h   d u r in g   e v e n t2 .   C o m p ar i n g   th is   a m o u n o f   en er g y   to   av ailab le  ca p ac it y   i n   Fig u r e   6 ,   it  s t ill  h as   an   en er g y   g ap   th at  th e   E Vs  ca n   s u p p o r f r eq u en c y   r eg u latio n .   T o   th is   p o in t,  it  h as  to   m en tio n   t h at  th en er g y   u s a g d ep en d s   o n   th le v el  o f   p o w er   s y s te m   e v en a n d   th s etti n g   o f   d r o o p   f ac to r   in   ea ch   P A .               ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   ( f )     Fig u r 11 .   Si m u latio n   r es u lt s ;   ( a)   s y s te m   f r eq u en c y ,   ( b )   ac tiv p o w er   f r o m   p ar k i n g   ar ea s ,     ( c)   ac tiv p o w er   ev e n t 1 ,   ( d )   e n er g y   ev e n t 1 ,   ( e)   ac tiv p o w e r   ev en t 2   an d   ( f )   en er g y   e v e n 2   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.