I nte rna t io na l 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.   8 ,   No .   3 J u n e   201 8 ,   p p .   1 3 4 5 ~ 1 3 5 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 3 . p p 1 3 4 5 - 1356          1345       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   M o deling Co ntro l and Pow er Ma na g e m ent  St ra tegy  of a G rid  co nnected  H y bri d  Energ y  Sys te m         Su j it   K u m a B h uy a n 1 P ra ka s h K u m a H o t a 2 B ha g a ba t   P a nd a 3   1 ,3 S c h o o o f   El e c tri c a S c ien c e s,  KIIT   Un iv e rsit y ,   Bh u b a n e sw a r,   I n d ia     2 De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   V e e S u re n d ra   S a Un iv e rsity   o f   T e c h n o lo g y ,   Bu rla,  In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   2 1 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma r   1 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Ma r   2 9 ,   2 0 1 8     T h is  p a p e p re se n ts  th e   d e tailed   m o d e li n g   o f   v a rio u c o m p o n e n ts   o f   a   g rid   c o n n e c ted   h y b rid   e n e rg y   s y ste m   (HES c o n sistin g   o f   a   p h o t o v o lt a ic  (P V )   s y ste m ,   a   so li d   o x id e   f u e c e ll   (S OFC),   a n   e lec tro ly z e a n d   a   h y d ro g e n   sto ra g e   tan k   w it h   a   p o w e f lo w   c o n tro ll e r.   A lso ,   a   v a lv e   c o n tro ll e d   b y   th e   p ro p o se d   c o n tr o ll e d e c id e h o w   m u c h   a m o u n o f   f u e is  c o n su m e d   b y   f u e l   c e ll   a c c o rd in g   to   th e   lo a d   d e m a n d .   In   th is  p a p e f u e c e ll   is  u se d   in ste a d   o b a tt e ry   b a n k   b e c a u se   f u e c e ll   is  f re e   f ro m   p o ll u ti o n .   T h e   c o n tr o a n d   p o w e r   m a n a g e m e n stra teg ies   a r e   a lso   d e v e lo p e d .   W h e n   th e   P V   p o w e is  su ff icie n th e n   it   c a n   f u lf il th e   lo a d   d e m a n d   a w e ll   a s   f e e d th e   e x tr a   p o w e r   to   th e   e lec tro ly z e r.   B y   u sin g   th e   e lec tr o ly z e r,   th e   h y d ro g e n   is  g e n e ra te d   f ro m   th e   w a t e a n d   sto re d   in   sto r a g e   tan k   a n d   t h is  h y d ro g e n   a c a a   f u e t o   S OFC.   If  th e   a v a il a b il it y   o f   th e   p o w e f r o m   th e   P sy ste m   c a n n o f u lf il th e   l o a d   d e m a n d ,   th e n   th e   f u e c e ll   f u lf il ls   th e   re q u ired   lo a d   d e m a n d .   T h e   S OFC  tak e s   re q u ired   a m o u n o f   h y d ro g e n   a f u e l,   w h ich   is  c o n tro l led   b y   th e   P ID  c o n tro ll e th ro u g h   a   v a lv e .   Eff e c t iv e n e ss   o f   th is  tec h n o lo g y   is   v e ri fied   b y   th e   h e lp   o f   c o m p u ter  sim u latio n in   M AT LAB/S IM UL INK   e n v iro n m e n u n d e r   v a rio u s lo a d i n g   c o n d it i o n s a n d   p r o m isin g   re su lt s are   o b tain e d .   K ey w o r d :   E lectr o ly ze r     Gr id   P m o d el     So lid   o x id f u el  ce l l     Sto r ag tan k     Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Su j it Ku m ar   B h u y a n ,   Sch o o l o f   E lectr ical  E n g g   E n g in ee r in g ,   KI I T   Un iv er s i t y ,     B h u b an e s w ar ,   I n d ia.   E m ail: s u j ee t.b h u y a n @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     Du to   th co n s id er atio n s   o f   en v ir o n m e n co n d itio n ,   ap p licatio n s   o f   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   ( R E Ss )   ar m o r p r o m is in g t h at  m a k es  e n v ir o n m en p o llu t io n   f r ee .   Als o ,   th eir   av a ilab ili t y   is   co s f r ee   an d   co n tin u o u s   [ 1 ] ,   [ 2 ].   Nu m er o u s   R E Ss   co n s is o f   p h o to v o lt a ic  s y s te m   ( P V) ,   w in d   tu r b i n e   s y s te m   ( W T )   an d   m icr o - t u r b in e s ,   etc.   w h ic h   ar e   co n s id er ed   as  co m p o n en ts   o f   h y b r id   e n er g y   s y s te m s   in   th e   liter atu r a n d   al s o   d em o n s tr ate  ap p licatio n s   o f   m icr o - g r id   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   Du to   th v ar io u s   s ea s o n a an d   b ad   w ea t h er   co n d itio n s   s u c h   as  te m p er atu r e,   w i n d   s p ee d ,   s o lar   r ad iatio n   an d   also   g eo g r ap h ical  co n d itio n s ,   th ese  s tr u ct u r es  ar n o w o r k ed   p r o p er ly .   So ,   th s o l u tio n s   m u s b n ee d ed   an d   f i n d   o u t.  H en ce ,   en er g y   s to r ag s y s te m s   ( E SS s )   ar s u i tab le  f o r   th s o lu tio n   o f   t h m iti g ati o n   o f   w i n d   e f f ec ts ,   s o lar   r ad iatio n   f lu c tu at io n s   an d   al s o   E SS s   u p h o ld   th p o w er   an d   en er g y   b ala n ce .   P o w er   q u alit y   al s o   i m p r o v es d u to   E S Ss .   Du to   th f ast  v ar iatio n s   o f   p o w er ,   E SS s   m u s co n tain   h i g h   p o w er   d en s it y   as  w e ll  as  h ig h   e n er g y   d en s it y .   So ,   it  is   r eq u ir ed   to   k ee p   m o r th an   o n s to r ag e   s y s te m   f o r   h y b r id   e n er g y   s t o r ag s y s te m   ( HE SS )   [5 ] - [ 7 ] .   T h E SS s   an d   b atter y   b an k s   ( B B s )   ar ef f icien tl y   u s ed   in   h y b r id   en er g y   s y s te m s   ( HE S s ) .   B u t,  lif eti m o f   b atter ies  d ec r ea s es  d u to   th e   ch ar g in g   an d   d is ch ar g i n g   c y cles  [ 8 ] ,   [ 9 ] .   A   s ec o n d ar y   e n er g y   s o u r ce s   i s   r e q u ir ed   to   en h a n ce   t h s u p p l y   e n er g y   r eliab ilit y   o f   HE Ss .   He n ce ,   a   f u el   ce ll   ( FC )   is   r eq u ir ed   to   co m b i n w it h   t h elec tr o l y ze r   b y   g iv i n g   a   co n ti n u o u s   s u p p l y   t o   th lo ad   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   T h s tr a teg ies  o f   e n er g y   m a n ag e m e n co n s is o f   co m b i n atio n   o f   P V,   W T   an d   FC   co m p r is in g   w ith   elec tr o l y ze r   a s   w ell   as b atter y   s to r ag e.   T h es ar m o s t   e f f ec t iv e   p r ac tice  f o r   q u alit y   o f   h i g h e r   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.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 3 4 5     1356   1346   en er g y   r eq u ir e m e n t.  F u r th er ,   m icr o - g r id   co m e s   in to   in ter f ac w it h   th d is tr ib u ted   g en er ati o n   an d   f o r   th e   d ec en tr alize d   m a n ag e m e n t,  t h g r id   is   co n n ec ted   w i th   t h is   m icr o - g r id   [ 1 2 ] .   No w   d a y s   D C   lo ad s   ar in cr ea s i n g   i n   elec tr ic  v eh icles,   r esid en tial,  co m m er cial  a n d   i n d u s tr ial  b u i ld in g s .   So ,   t h lo a d s   in   p o w er   s y s te m   m i g h b D C   d o m in a ted   in   t h e   s u b s eq u e n ti m e .   I f   AC   g r id   s u p p lies   t h ese  t y p o f   DC   lo ad s ,   th en   AC /D C   as   w ell   as  DC /D C   co n v er ter s   ar r eq u ir ed   in   n ea r   f u t u r e.   T h ese  co n v er ter   eq u ip m e n t s   co m b i n w it h   t h e   in d iv id u al  D C   o r   A C   g r id ,   s o   th co s is   i n cr ea s ed   as   w ell  a s   ca u s t h ad d itio n al   lo s s es.  I n   t h m ea n t i m e   th e   o v er all  e f f ic ien c y   i s   r ed u ce d   f o r   t h p ar tic u lar   s y s te m .   Nu m er o u s   s t u d ies   an d   co n f i g u r atio n s   h a v b ee n   s u g g e s ted   i n   [ 1 3 ] - [ 16 ]   f o r   th ap p licatio n   o f   t h h y b r id   en er g y   s y s te m .   A   HE n o r m al l y   c o n s is ts   o f   in d i v id u a l   DC   g r id   o r   A C   g r id   th at  ca n   b ea th f ac t h at  D C   lo ad s   co n n ec w it h   th D C   g r id   [ 17]   an d   A C   lo ad s   co n n ec t   w it h   t h A C   g r id ,   also   DC   o r   AC   g r id s   ar as s o ciate d   w it h   t h b id ir ec tio n al  co n v er ter   [ 1 8 ] .   Fro m   [ 1 8 ] ,   h y b r id   s y s te m   i n clu d e s   P s y s te m ,   W T   s y s te m   as  w ell  a s   FC .   So ,   t h h y b r id   s y s te m   r ed u ce d   th p o w er   elec tr o n ics   eq u ip m e n t s   s u c h   a s   AC /D C   o r   DC / AC   co n v er ter s   in   th e   s ep ar ate  DC   o r   AC   g r id   ap p licatio n s .   A l s o ,   FC   is   o p er ated   s ep ar ately   w it h o u b atter ies.  B u t,  r o b u s tn ess ,   v ec to r   co n tr o l,  ad v an ta g es  o f   W T - DFI ar n o s u g g e s ted ,   also   t h eir   o p er atio n s   m o d es  ar n o co n s id er ed   an d   f u r th er   p itc h   an g le  co n tr o is   n o co n s id er ed .   Am o n g s o th er ,   T a m alo u zt  et  a l .   [ 1 9 ]   h av d is cu s s ed   d ir ec to r q u an d   r ea ctiv p o w er   co n tr o o f   g r i d   co n n ec ted   d o u b l y   f ed   in d u ctio n   g en er ato r   f o r   th w in d   en er g y   co n v er s io n .   T az er a r et  a l .   [ 2 0 ]   h av d escr ib ed   d ir ec t to r q u co n tr o l im p le m en ta tio n   m et h o d   w it h   lo s s es  m in i m izatio n   o f   i n d u ctio n   m o to r   f o r   elec tr ic  v eh icle  ap p licatio n s   w it h   h i g h   o p er atin g   li f o f   th b atter y .   B h en d et  a l .   [ 2 1 ]   h av d es ig n ed   p er m a n en m ag n et  s y n c h r o n o u s   g e n er at o r - b ased   s tan d alo n w in d   e n er g y   s u p p l y   s y s te m .   On ar   et  a l .   [ 2 2 ]   h av e   d escr ib ed   d y n a m ic  m o d elin g ,   d esi g n   a n d   s i m u latio n   o f   w in d / f u el  c ell/u ltra - ca p ac ito r - b ased   h y b r id   p o w er   g en er ati o n   s y s te m .   I n   HE t h o u g h   w i n d   i n te g r atio n   lo o k s   attr ac tiv i n   ter m s   o f   r eq u ir e m en t o f   ac ti v p o w er   s t ill t h co s t a n d   co n tr o l te ch n iq u ar t h m aj o r   d r aw b ac k s   o f   th i s   t ec h n o lo g y   in   ad d itio n   to   n o is y   e n v ir o n m e n t.   T h m aj o r   co n tr ib u tio n   o f   t h i s   p ap er   is   m o d eli n g   o f   n e w   co n f i g u r atio n   o f   g r id   co n n ec ted   HE co n s is tin g   o f   P V,   elec tr o l y ze r ,   s to r ag tan k   an d   SO FC   w h ic h   ar s i m u lated   to g e th er .   P ar ticu lar l y ,   t h d etailed   m o d eli n g   o f   h y d r o g e n   f lo w   f r o m   elec tr o l y ze r   to   SOF C   th r o u g h   s to r ag tan k   w h ich   is   n o av ailab le  in   th liter atu r h as  also   b ee n   p r o v id ed   in   th is   p ap er .   A d v an ta g o f   th is   tec h n o lo g y   s h o w s   th ac ce s s ib ilit y   o f   g r id   ( AC   a n d   DC ) .   Hen ce ,   h y b r id   s y s te m   i n cr ea s es   p o w er   m a n a g e m e n t   ca p ab ilit y   o f   th e   g r id .   T h is   p ap er   p r o v id es  th o v er all  d escr ip tio n   o f   th p r o p o s ed   m et h o d o lo g y .   F u r th er ,   d etailed   m o d elin g   an d   co n t r o s tr ateg y   o f   ea c h   eq u ip m e n o f   th s y s te m   i s   d escr ib ed .   A   s u p er v i s o r y   co n tr o s tr ateg y   a n d   also   m an a g e m en s tr ateg y   o f   t h e   s y s te m   ar p r esen ted .   Fi n all y ,   th e f f ec tiv e n es s   o f   th p r o p o s ed   HE is   co n f ir m ed   th r o u g h   t h s i m u lat io n   u n d er   s e v er al  s it u atio n s   s u ch   a s   v ar iatio n   i n   p o w er   d e m an d   a n d   v ar io u s   m eteo r o lo g ical  co n d itio n s .       2.   M O DE L I N G   O F   CO M P O N E NT S O F   P RO P O SE G RI CO NNEC T E H E S       T h p r o p o s ed   m o d el  is   s h o w n   i n   F i g u r e   1 .   I n   th i s   m o d el  th P s y s te m   i s   r eg u la ted   b y   t h e   m ax i m u m   p o w er   p o in tr ac k i n g   alg o r it h m   ( MP PT )   an d   it  is   also   in ter f ac ed   w it h   th b o o s co n v er ter   to   b o o s t   u p   th DC   v o lta g e.   T h en   t h is   DC   v o ltag ( Vp v _ b o o s t)   is   ap p lied   to   DC / A C   co n v er ter   to   co n v er D C   v o ltag e   to   AC   v o lta g e.   So lar   e n er g y   d ep en d s   u p o n   t h w ea t h er   co n d itio n s s o   w h e n   t h s o lar   r ad iatio n   is   w ea k   o r   it  i s   ab s en ce   f o r   s o m eti m e s ,   th e n   th SO FC   co m e s   in to   in ter f a ce   b ec au s i n te g r atio n   o f   th e   s y s te m   w it h   SO FC   m ak e s   it  m o r s u s tai n ab le.   Fu r th er ,   w h e n   p o w er   g e n er atio n   is   m o r f r o m   S u n   f o r   lo n g   p er io d ,   th en   th e   elec tr o l y ze r   tak e s   p ar to   co n s u m th e x ce s s   elec tr ic  p o w er   an d   g en er ate  h y d r o g e n .   T h is   h y d r o g e n   is   s to r ed   in   s to r ag tan k   i n   co m p r es s e d   m a n n er   an d   f u r t h er   u t ilize d   as  f u e o f   t h SO FC .   T h er ef o r e ,   th p o w er   m an a g e m e n s tr ate g y   o f   t h i s   HE S   is   d e v elo p ed   to   m in i m iz th e f f ec o f   d ail y   as  w ell  as   s ea s o n al   v ar iatio n s   d u to   th co n d itio n s   co n tain in g   cl i m at ic  an d   g eo g r ap h ical .   So ,   R E r esu lts   p o lis h ed   o u tp u p o w er ,   also   s ati s f y   t h p o w er   r eq u ir e m e n t .   O p er atin g   p er f o r m a n ce s   o f   HE d ep en d   o n   s tab ilit y   o f   th v o ltag e   o f   D C   b u s   w h e n   d is tu r b an ce s / f au lts   o cc u r   o r   w h e n   p o w er   d e m a n d   f l u ctu a tio n   i s   r ap id .   W h en ,   v o ltag f lu ct u atio n s   i s   m o r e,   t h en   p o w er   co n v er ter s   s h o w   m o r p o w er   lo s s e s   an d   m o r in j ec tio n   o f   h ar m o n ic s   to war d s   th g r id .   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       Mo d elin g ,   C o n tr o l a n d   P o w er Ma n a g eme n S tr a teg o f a   Gri d   co n n ec te d   Hyb r id   . . . ( S u jit  K u ma r   B h u ya n )   1347   T h r e e   P h a s e   S o u r c e B D i s t r i b u t e d   P a r a m e t e r         l i n e     C i r c u i t   B r e a k e r B           T h r e e   P h a s e     T r a n s f o r m e r H y b r i d   E n e r g y   S y s t e m B   C i r c u i t   B r e a k e r   C i r c u i t   B r e a k e r T h r e e   P h a s e   L o a d     Fig u r 1 .   H y b r id   s y s te m   co n n ec ted   to   g r id   ( P r o p o s ed   Mo d el )       2 . 1 .   M o delin g   o f   ph o t o v o lt a ic  ( P V)   s y s t e m   Ma th e m atica m o d el  o f   t h P s y s te m   i s   s h o w n   i n   [ 1 5 ] ,   [ 16] .   T h p o w er   ch ar ac ter i s tic   o f   t h P V   s y s te m   is   r ep r esen ted   in   [ 2 ] .   T o   d r aw   o u t h m a x i m u m   p o w er   w h ic h   is   a v ailab le  i n   P ar r ay ,   it  is   u s e f u to   o p er ate  th P s y s te m   at  M P PT.   Ma x i m u m   p o w er   p o in t   tr ac k in g   ( MP PT )   is   p r o ce s s   w h er P ar r a y ,   in v er ter s   w h ic h   ar co n n ec ted   to   g r id   a n d   o th er   s i m ilar   d e v ic es a r e m p lo y ed   to   ex tr ac t   th e   m ax i m u m   a m o u n t   p o w er .   Hen ce ,   th P m o d u le  is   d esig n ed   w i th   t h h elp   u p   MA T L A B /SIM U L I N b y   co n s id er in g   th e   f o llo w in g   E q u atio n   ( 1 ) .   A ls o   T ab le  1   co n tain s   s p ec i f icatio n s   o f   th p h o to v o ltaic  ( P V)   ar r a y .                            [                           ]                                                                  ( 1 )     P ar am eter s   co n s id er ed   t d esig n   t h P s y s te m   s u c h   as  I 0   is   th r ev er s s atu r atio n   cu r r e n o f   P ce ll  in   [A ] I SC   is   t h s h o r t - cir c u it   P ce ll  cu r r en in   [ A ] ,   I PV /I ph  is   th o u tp u cu r r en o f   P ce ll  in   [ A ] ,   k   is   t h e   b o ltzm a n n s   co n s tan t in   [ J / o K] ,   is   th e   co m p letio n   o r   id ea lity   f ac to r ,   q     is   th elec tr o n   ch ar g in   [ C ] R P   i s   th e   P ce ll   co n tain in g   p ar allel  r e s is ta n ce   in   [ ] R S   is   th e   P ce ll  co n tain i n g   s er ies  r esi s tan ce   in   [ ] N S   is   th e   n o .   o f   s er ies  ce lls   i n   s tr i n g   o f   th P ce ll N P   is   th e   No .   o f   p ar allel  s tr in g s ,   T   is   th tem p er at u r o f   t h P V   ce ll  in   [ K] V PV   is   t h e   P ce ll  ter m i n al  v o lta g i n   v o lt  i n   [ V] , V MP   is   th e   v o lta g r elate d   to   m ax i m u m   p o w er   o f   th P V   ce ll in   [ V] , V OC   is   t h e   P ce ll o p en - cir cu it v o lta g i n   v o lt in   [ V] .       T ab le  1   Sp ec if icatio n s   o f   P h o t o v o ltaic  ( P V)   ar r ay   S p e c i f i c a t i o n   V a l u e   N o .   o f   se r i e s c o n n e c t e d   P V   c e l l   96   N o .   o f   M o d u l e s i n   p a r a l l e l   66   N o .   o f   M o d u l e s i n   se r i e s   05   O p e n   c i r c u i t   v o l t a g e   ( V OC )   6 4 . 2   V   S h o r t   c i r c u i t   c u r r e n t   ( I SC )   5 . 9 6   A   M a x i m u m     P o w e r   o f   P V   c e l l   3 0 5 W   T e mp e r a t u r e   ( T )   25   I r r a d i a n c e   1 0 0 0       2 . 2 .   M o delin g   o f   elec t ro l y ze r   E lectr o ly ze r   is   u s ed   to   d ec o m p o s t h w ater   ( H 2 O)   i n to   t w o   ele m e n t s ,   f ir s o n i s   h y d r o g en   an d   an o th er   o n i s   o x y g en   b y   cir cu lati n g   th elec tr ic  cu r r e n i n   t h elec tr o l y ze r   co n tai n in g   t w o   s ep ar ate  elec tr o d es.  T h p r o ce s s   is   ca lled   elec tr o ly tic  p r o ce s s   o r   elec tr o ly s is   [ 1 1 ] .     T h elec tr o ly s is   eq u atio n   o f   wate r   is   s h o w n   b elo w :             (   )                                   (   )           (   )           ( 2 )     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.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 3 4 5     1356   1348   P ar am eter s   u s ed   f o r   m o d eli n g   o f   a n   elec tr o l y ze r   ar i e   i s   t h c u r r en o f   a n   elec tr o l y ze r   in   [ A ] n c   is   th n o .   o f   s er ies co n n ec ted   ele ctr o ly ze r   ce lls nH 2   i s   t h a m o u n t   o f   h y d r o g en   g e n er ated   i n   m o les p er   s ec o n d   i n   [ m o l s 1 ] F   is   t h f ar ad a y   co n s tan t i n   [ C   k m o l 1 ] , η F   is     th   F ar ad ay   e f f icien c y .   E lectr ical  cu r r en is   d ir ec tl y   r elate d   to   th r ate  o f   p r o d u ct io n   o f   h y d r o g en   o f   th e lect r o ly ze r   a s   s h o w n   in   Far ad a y s   la w   g iv e n   b elo w   [ 2 2 ].                                                ( 3 )     T h r atio   o f   th ac tu al  a m o u n o f   h y d r o g e n   g e n er ated   b y   t h elec tr o l y ze r   to   th t h eo r etica v al u is   r ep r esen ted   as Far ad a y   ef f icie n c y .                      (                           )                 ( 4 )     Fro m   t h E q u atio n s   ( 3 )   an d   ( 4 ) ,   an   elec tr o l y ze r   m o d el  is   d es ig n ed   th r o u g h   t h h elp   o f   Si m u li n k   th a is   s h o w n   in   Fi g u r e   2 .           Fig u r 2 .   A   b r ief   m o d el  o f   elec tr o ly ze r   u s i n g   Si m u lin k       2 . 3 .   M o delin g   o f   s t o ra g t a nk   H y d r o g en   i s   p r o d u ce d   b y   th e   elec tr o ly ze r ,   t h en   t h is   g e n er ated   h y d r o g en   act s   as  f u el  o f   t h SOF C .   A cc o r d in g   to   th o u tp u p o w e r ,   SOFC   co n s u m ed   th r eq u ir ed   am o u n o f   h y d r o g en .   T h d if f er e n ce   b et w ee n   th g e n er ated   h y d r o g e n   a n d   r eq u ir ed   a m o u n t o f   h y d r o g e n   is   s to r ed   in   th s to r ag ta n k   i n   s t o r ag tan k .   I n   th h y d r o g en   s to r ag ta n k ,   th h y d r o g e n   i s   s to r ed   in   co m p r e s s ed   liq u id   o r   g ase o u s   f o r m .   T h e   h y d r o g e n   s to r ag t a n k   is   d esi g n ed   ac co r d in g   to   t h E q u ati o n   ( 5 )   an d   tan k   p r ess u r e   is   d ir ec tl y   ca lcu la ted   b y   co n s id er in g   th d if f er e n ce   a m o u n o f   h y d r o g e n   f lo w   to   th s to r ag tan k   [ 2 2 ].   Fig u r 3   s h o w s   t h b r ief   m o d el   o f   h y d r o g e n   s to r a g tan k   u s i n g   Si m u lin k .                                                          ( 5 )     P ar am ete r s   u s ed   f o r   m o d elin g   o f   th s to r ag t a n k   s u ch   as   Z   is   th e   p r ess u r co m p r ess ib ilit y   f ac to r ,   NH 2   is   t h a m o u n o f   h y d r o g en   s to r ed   i n   t h s to r ag ta n k   in   m o les   p er   s ec o n d   i n   [ k m o s 1 ] MH 2   is   t h e   h y d r o g e n   m o lar   m as s   in   [ k g   k m o l 1 ] Tb   is   t h o p er atin g   te m p er at u r i n   [ o K] P bi   is   t h s t o r ag tan k   p r es s u r e   at  in itial   s ta g e,   P b   i n   s to r ag t an k   p r ess u r e,   R   is   t h r y d b er g /Un i v er s al   g a s   co n s ta n i n   [ J   ( k m o l   o K)   1 ] V b   i s   th s to r ag ta n k   v o l u m i n   [m 3 ] .   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       Mo d elin g ,   C o n tr o l a n d   P o w er Ma n a g eme n S tr a teg o f a   Gri d   co n n ec te d   Hyb r id   . . . ( S u jit  K u ma r   B h u ya n )   1349       Fig u r 3 .   A   b r ief   m o d el  o f   h y d r o g en   s to r ag ta n k   u s i n g   Si m u li n k       2 . 4 .   M o delin g   o f   s o lid   o x ide f uel c ell   ( SO F C)   P ar am eter s   o f   th SOF C   w h ic h   ar u s ed   to   d ev elo p   th m at h e m a tical  m o d el  ar g iv e n   i n   [ 2 3 ] ,   w h er e   B   an d   is   th e   a ctiv a tio n   v o lta g co n s tan t s   ar u s ed   to   s i m u l ate  in   S OF C   s y s te m   i n   [ V] CV is   t h co n v er s io n   f ac to r   in *                 (        )          (        ) + E 0   is   th n o r m al  n o   lo ad   v o ltag in   [ V] E   is   th n er n s i m m ed iate  v o l ta g in   [ V] F   is   th Far ad a y s   co n s ta n t i n   [ C   ( k m o l - 1 )] I FC     is   t h f ee d b ac k   cu r r en o f   SO FC   i n   [ A ] k 1   is   t h g ai n   o f   P I ,   Ka n   is   th a n o d v alv co n s ta n i n   [            (          )     ] K r   is   th m o d eli n g   co n s ta n in   [ k m o S A - 1 ] K H2O   i s   m o lar   co n s ta n o f   w a ter   v al v e   in   [ k m o ( at m   s - 1 )] K H2   is   t h e   m o lar   co n s ta n o f   h y d r o g e n   v alv i n   [ k m o ( at m   s - 1 )] K O2   i s   th m o lar   co n s ta n t   o f   o x y g en   v al v in   [ k m o l ( at m   s - 1 )] M H2     is   t h h y d r o g en   m o lar   m as s   in   [k k m o l - 1 ] P H2O   i s   th w ater   f r ac tio n al  p r ess u r in   [ at m ] P H2   is   th h y d r o g e n   f r ac tio n al  p r ess u r in   [ at m ] P O2   i s   th o x y g e n   f r ac tio n al  p r es s u r e   in   [ at m ] , N 0   is   th n o .   o f   f u el  ce lls   ar in   s er ies  i n   s tac k q H2   is   t h m o lar   f lo o f   h y d r o g e n   i n   [ k m o l s - 1 ] q me t h a ne   is   t h m eth a n f lo w   r ate  i n   [ k m o ls - 1 ] q O2   is   t h in p u m o lar   f lo w   o f   o x y g en   in   [ k m o ls - 1 ]           is   th e   in p u f lo w   o f   h y d r o g e n   in   [ k m o l s - 1 ]             is   t h e   h y d r o g e n   o u tp u f lo w   i n   [ k m o ls - 1 ]          is   th e   h y d r o g e n   f lo w   a m o u n t   th at  r ea cts  i n   [ k m o ls - 1 ]             is   th h y d r o g e n   f lo w   a m o u n t h at  m ee ts   lo ad   ch an g in   [ k m o l s - 1 ] R   is   th R y d b er g   ( U n iv er s al)   g as  co n s ta n t   in   [ ( 1 at m )   ( k m o K)   1 ] R int   in ter n al  r esis ta n ce   o f   SOFC   i n   [ ] T   is   th ab s o lu te  te m p er at u r in   [ K] U   is   t h u tili za tio n   r ate , V an   is   t h v o lu m o f   t h an o d e   in   [m 3 ] , V c e l l   is   t h SO FC   d o u tp u v o ltag in   [ V]                 is  th e   r ef o r m er   ti m co n s tan ts   i n   [ s ] ,       is   th e     P I   co n tr o ller   ti m co n s ta n i n   [ s ]        is  th e   h y d r o g en   ti m co n s ta n t   in   [ s ]          is   th w ater   ti m co n s tan i n   [ s ]        is   th o x y g e n   ti m co n s tan in   [ s ] Z a c t   is   th ac tiv atio n   o v er   v o ltag in   [ V] Z o h mic   is   t h o h m ic  o v er   v o ltag i n   [ V] .   T h r atio   b et w ee n   t h h y d r o g e n   m o lar   f lo w   t h r o u g h   th v al v an d   p ar tial  p r ess u r o f   h y d r o g en   in   th c h a n n e l   ca n   b r ep r esen ted   as [ 2 3 ] .                                                      ( 6 )     T h r ee   i m p o r tan f ac to r s   ca n   b co n s id er ed   d u to   t h f lo w   o f   h y d r o g e n :   in p u f lo w   a n d   o u tp u f lo w   o f   h y d r o g e n   a n d   f lo w   of   h y d r o g en   at  th ti m o f   r ea ctio n .   So ,   th eq u atio n   ca n   b d e v elo p ed   b y   co n s id er i n g   th ese   f ac to r s .                            (                                 )               ( 7 )     R ea cted   h y d r o g en   f lo w   r ate   is   d eter m i n ed   b y   co n s id er i n g   th r elat io n s h ip   b et w ee n   SOF C   cu r r e n a n d   h y d r o g e n   f lo w .                                                           ( 8 )   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.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 3 4 5     1356   1350   T h h y d r o g en   p ar tial  p r es s u r is   d eter m i n ed   b y   co n s id er i n g   th l ap lace   tr a n s f o r m   o f   th E q u atio n s   ( 6 )     an d   ( 8 ) .                                   (                       )               ( 9 )     w h er e                                               ( 1 0 )     I n   th i s   w a y   o x y g e n   p ar tial  p r ess u r as  w el as  w ater   p ar tial  p r ess u r ar e   d eter m i n ed .   T h s u m m a tio n   o f   t h ac tiv atio n   o v er   v o ltag e,   Ner n s t’ s   v o lta g e,   a n d   th o h m ic  o v er   v o ltag g i v es   th e   r esu lt  o f   SOFC   p o lar izatio n   cu r v b y   co n s id er in g   t h o x y g en   co n ce n tr atio n   a n d   te m p er atu r to   b co n s tan t.  T h v o lt ag o u tp u o f   SO FC   p o w e r   p lan t c an   b in d icate d   a s :                                                                                                               ( 1 1 )     w h er e,                      (        )                 ( 1 2 )     a nd                                                    ( 1 3 )     So ,   Ner n s t i n s ta n ta n eo u s   v o lta g ca n   b o b tain ed   as:               [                  [                     ] ]               ( 1 4 )     T h p o w er   p lan o f   S OF C   tak es  t h h y d r o g en   as  f u e to   f u l f il th r eq u ir e m en o f   p o w er   d e m a n d   b u th e   h y d r o g e n   i s   co n ti n u o u s l y   s u p p lied   b y   th r e f o r m er   f o r   th SOFC   s tac k   o p er atio n .   T h m o d el  o f   th r e f o r m e r   ca n   b r ep r esen ted   as:                                                  (           )                     ( 1 5 )     A   P I co n tr o ller   is   u s ed   to   co n tr o th f lo w   o f   h y d r o g en   ac co r d in g   to   th r eq u ir e m en o f   o u tp u p o w er   o f   SOFC   s y s te m .   SO FC   o u tp u cu r r en is   tak e n   a s   a n   i n p u o f   t h SOF C   to   o b tain   t h f ee d b ac k   co n tr o a n d   is   g iv e n   b y :                                                       ( 1 6 )     T h av ailab ilit y   o f   t h h y d r o g en   o f   t h r ef o r m er   ca n   b u til ized   to   m ai n tai n   m et h a n f lo w   b y   t h h elp   o f   P I   co n tr o ller .   I t c an   b ex p r ess ed   as :                         (                 ) (                          )             ( 1 7 )     A   5   KW   S OF C   is   d es ig n ed   b y   u s i n g   t h ab o v e   p ar a m eter s   as   s h o w n   i n   T ab le  2   an d   Fig u r 4   s h o w s   a   b r ief   m o d el  o f   SOF C   s y s te m   u s in g   s i m u li n k   [ 2 4 ].   I n   th i s   p r o p o s ed   m o d el  th r ee   5   KW   SOF C s   ar u s ed .               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       Mo d elin g ,   C o n tr o l a n d   P o w er Ma n a g eme n S tr a teg o f a   Gri d   co n n ec te d   Hyb r id   . . . ( S u jit  K u ma r   B h u ya n )   1351   T ab le  2 .   Sp ec if icatio n s   o f   S O FC   to   d esig n   t h m at h e m atica l   m o d el   S p e c i f i c a t i o n   V a l u e   A c t i v a t i o n   v o l t a g e   c o n st a n t   ( B )   0 . 0 4 7 7 7   [ A - 1 ]   A c t i v a t i o n   v o l t a g e   c o n st a n t   ( C )   0 . 0 1 3 6   [ V ]   C o n v e r si o n   f a c t o r   ( C V )   2   F a r a d a y s c o n st a n t   ( F )   9 6   4 8 4   6 0 0   [ C k mo l - 1 ]   F C   sy st e m i n t e r n a l   r e si st a n c e   ( R i n t )   0 . 2 6 6 6 4   [ ]   F C   a b so l u t e   t e m p e r a t u r e   ( T )   3 4 3   [ K ]   H y d r o g e n   t i me   c o n s t a n t   (       )                                           3 . 3 7   [ s]   H y d r o g e n   v a l v e   c o n st a n t   ( K H2 )   4 . 2 2   x 1 0 - 5   [ k mo l   ( s a t m) - 1 ]   H y d r o g e n o x y g e n   f l o w   r a t i o   ( r H 2O   1 . 1 6 8   K r   c o n st a n t   = N 0 / 4 F   2 . 2 8 0 2   x   1 0 - 7   [ k mo l   ( s A ) - 1   L i n e   r e a c t a n c e   ( X )   0 : 0 8 0 9   [ ]   M e t h a n e   r e f e r e n c e   si g n a l   ( Q m e t hr e f   )   0 . 0 0 0 0 1 5   [ k mo l   s - 1 ]   N o   l o a d   v o l t a g e   ( E o )   1 . 1 8   [ V ]   N u mb e r   o f   c e l l s (N o )   88   N u mb e r   o f   st a c k s (N S )   1   O x y g e n   t i me   c o n st a n t   (       )   6 . 7 4   [ s]   O x y g e n   v a l v e   c o n st a n t ,   ( k O2 )   2 . 1 1   x 1 0 - 5   [ k mo l   ( s a t m) - 1 ]   P I   g a i n   c o n s t a n t   ( k 1 )   0 . 2 5   R e f o r me r   t i me   c o n st a n t   (                     )   1 5   [ s]   U n i v e r sal   g a s c o n s t a n t   ( R )   8 3 1 4 . 4 7   [ J k mo l K - 1 ]   U t i l i z a t i o n   f a c t o r   ( U )   0 . 8   W a t e r   t i me   c o n s t a n t   (         )   1 8 . 4 1 8   [ s ]   W a t e r   v a l v e   c o n st a n t   ( K H 2O )   7 . 7 1 6   x   1 0 - 6   [ k mo l   ( s a t m) - 1 ]           Fig u r 4 .   A   b r ief   m o d el  o f   SO FC   s y s te m   u s i n g   s i m u li n k       3.   CO NT RO L   A ND  P O WE M ANAG E M E NT   ST RAT E G Y   Fig u r 5   s h o w s   th e   d etailed   b lo ck   d iag r a m   r ep r ese n tatio n   o f   p r o p o s ed   HE S   as  s h o w n   in   Fig u r 1 .   Fig u r 5 ( a )   s h o w s   t h b lo ck   d iag r a m   o f   HE S,  w h er m a x i m u m   p o w er   ca n   b tr ac k ed   f r o m   P s y s te m   w it h   th h elp   o f   MP P T .   T h is   p o w e r   is   u tili ze d   to   f u l f ill  t h lo ad   d em a n d   an d   t h ex tr p o w er   o f   th P s y s te m   is   g iv e n   to   t h elec tr o l y ze r ,   w h ic h   i s   u til ized   to   e x tr ac t t h h y d r o g en .   T h is   h y d r o g e n   f u r th er   u s ed   as a   f u e l o f   t h e   SOFC .   T h P s y s te m   w it h   MPPT   is   co n n ec ted   to   DC - DC   co n v er ter   ( b o o s co n v er ter )   to   b o o s u p   th v o ltag e   an d   th e   b o o s co n v er t er   is   tr i g g er ed   b y   t h g ate   p u l s g en er ated   b y   t h MP P T .   A g ain   SO FC   is   also   co n n ec ted   to   a n o th er   b o o s co n v er t er   to   b o o s u p   t h v o ltag e   o f   S OF C   as   s h o w n   in   Fi g u r e   5 b .   T h p u r p o s o f   v o ltag s o u r ce   co n v er ter   ( VSC )   is   u s ed   to   s y n c h r o n ize  t h s y s te m   v o ltag w it h   th g r id   v o ltag e.   So ,   th g r id   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.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 3 4 5     1356   1352   v o ltag a n d   f r eq u en c y   ar e   u s e d   f o r   th o p er atio n   o f   D C - AC   co n v er ter   ( I n v er ter ) .   VSC   co n s is t s   o f   t w o   co n tr o l   ca s ca d lo o p s ,   w h ich   ar u s e d   f o r   r eg u latio n   o f   DC   b u s   v o ltag e   w h er e,   f ir s o n i s   t h v o ltag co n tr o ller   o f   DC - li n k   a n d   last   o n is   t h i n t er n al  cu r r en t lo o p .     3 . 1 .   Vo lt a g co ntr o ller  o f   DC - link   T h DC - lin k   v o lta g is   u s ed   t o   co n tr o th ac t iv e   p o w er   w i th   it s   d esire d   v al u e.   Ou tp u o f   t h D C - lin k   P I   c o n tr o ller   ( i d * )   act s   as  r ef er en ce   o f   th cu r r en P I   c o n tr o ller   ( ac tiv cu r r en co n tr o ller )   th at  is   s h o wn   in   Fi g u r 5 ( c)             E l e c tr o l y ze r   A nd    S OFC     DC                                     AC       VS C   Contr o ll er   G a t e P u l s e V d c _ o u t p u t V a b c I a b c   a     b     c         P h o t o v o l taic   Cell   W ith  MP P T     DC                          DC     DC                          DC         DC  B U S   V p v V p v _ b o o s t V s o f c _ b o o s t   DC   E x t r a   v o l t a g e   o f V p v _ b o o s t ( V p v _ b o o s t _ e x t ) G a t e   p u l s e   F r o m   M P P T       _       V d V q i q i d V d c i d * i d + ÷ _ + _ + + ÷ + + ÷ ᶿ ᶿ V a V b V c i a i b i c G a t e   p u l s e V d * V q * i q * = 0 V d c _ r e f       M od u l ati on   a nd   P W M   Gen er ato r           a bc                                                        dq           a bc                                                        dq         PL L     DC L I NK  PI     CO N TROL LER     CURR EN P I   CO N TROL LER     CURR EN P I   CO N TROL LER       wl   L       - wl   L     ( a)   B lo ck   d iag r am   o f   H y b r id   E n er g y   S y s te m   ( HE S)   ( c)   B lo ck   d iag r am   r ep r esen tati o n   o f   Vo ltag So u r ce   I n v er ter   ( VSC )       Fue l  Ce l l   Con tr oll er           E l e c tr o l y ze r         S to r ag Ta n k         S o l i d  Ox i d e   Fu e l  C e l l   (SO FC)   H 2   f l o w   t o   t h e   s t o r a g e   t a n k   S t o r e d   H 2 F l o w   t o C o n t r o l l e r R e q u i r e d A m o u n t   H 2 f l o w V p v _ b o o s t _ e x t V e l e c t V s o f c V s o f c _ b o o s t   G at e  s i g n al     G at e  s i g n al     I s o f c _ b o o s t   I p v _ b o o s t _ e x t       V al v     PID  C o n tr o ll er     Fu el   R e q u i r e d A m o u n t   H 2 g i v e n   t o   S O F C C o n t r o l l i n g S i g n a l   Con sta n t   V s o f c _ b o o s t   ( b )   B l o ck   d iag r a m   r ep r esen tat i o n   o f   H y d r o g e n   f lo w   f r o m   elec tr o l y ze r   to   SOF C   ( d )   B l o ck   d iag r a m   r ep r esen tat i o n   o f   Fu e l Cell  C o n tr o ller     Fig u r 5 .   A   d etailed   b lo ck   d iag r a m   o f   H y b r id   E n er g y   S y s te m   ( HE S)       3 . 2 .   I nte rna l c urre nt  lo o p   T h d c o n tr o ( s y n c h r o n o u s   r ef er en ce   f r a m e)   is   u s ed   f o r   tr an s f o r m atio n   o f   g r id   v o lta g ( V a ,   V b V c )   an d   g r id   cu r r en ( i a ,   i b ,   i c )   to   d - q   r ef er en ce   f r a m w h ic h   r o tates  s y n c h r o n o u s l y   alo n g   w it h   g r id   v o lta g e.   W ith   t h h elp   o f   d q   co n tr o l,  th D C   v al u es  ar o b tai n ed   b y   co n tr o lli n g   t h v ar iab les.  So ,   th D C   v al u es  ar e   ea s ier   f o r   d esig n   a n d   co n tr o l.  Gr id   v o ltag d er iv e s   th p h a s an g le  b y   t h h elp   o f   p h ase   l o ck ed   l oop   ( P L L )   w h ic h   ca n   b u s ed   f o r   a b →  dq  tr an s f o r m at io n   f o r   s y n ch r o n izatio n   o f   g r id   v o lta g w it h   co n tr o lled   cu r r en t.   P L L   i s   t ec h n iq u w h ic h   ca n   b u s ed   to   d er iv th p h ase  a n g le  f r o m   t h g r id   v o ltag e.   Fr o m   F i g u r 5 ( c ) ,   it   ca n   b s ee n   t h at  ze r o   v al u i s   s et  to   th r e f er en ce   r ea cti v cu r r en ( i q * ) .   So ,   p o w er   f ac to r   is   m ai n tai n ed   to   b o n ( u n it y ) .   T h c u r r en P I   c o n tr o ller s   p r o v id t h v o lta g o u tp u t s   ( V d * ,   V q * ) .   T h ese   v o ltag o u tp u t s   ac t   a s   in p u t o f   th P W g en er ato r   t o   p r o d u ce   th p u ls e s   w h ich   i s   u s ed   to   tr ig g er   th D C - AC   co n v er ter   [ 2 5 ].   Fro m   t h F ig u r 5 ( b ) ,   it  ca n   b s ee n   th at   b u c k   co n v er ter   i s   co n n ec ted   ac r o s s   th e   elec tr o ly ze r .   As   d escr ib e d   b ef o r th ex tr p o w er   o f   t h P s y s te m   is   g iv e n   to   th elec tr o l y ze r ,   w h er w ater   is   d i v id ed   in to   h y d r o g e n   a n d   o x y g e n   an d   t h i s   h y d r o g en   ac ts   a s   f u el  o f   SO FC .   T h r eq u ir e m e n o f   t h a m o u n o f   h y d r o g e n   f o r   th SOF C   d ep en d s   u p o n   th lo ad   d em a n d   an d   th d if f er en ce   a m o u n o f   h y d r o g e n   ( h y d r o g en   g en er ate d   b 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       Mo d elin g ,   C o n tr o l a n d   P o w er Ma n a g eme n S tr a teg o f a   Gri d   co n n ec te d   Hyb r id   . . . ( S u jit  K u ma r   B h u ya n )   1353   elec tr o l y ze r     h y d r o g e n   r eq u ir ed   b y   S OF C )   is   s to r ed   in   s to r a g ta n k .   F ig u r 5 ( d )   s h o w s   t h b lo ck   d iag r a m   o f   f u e ce ll   co n tr o ller ,   w h er e   th e   v o ltag e   s i g n als   o f   b o o s co n v e r ter   ( Vso f c_ b o o s t)   is   g i v en   to   th P I co n tr o ller .   T h en ,   P I c o n tr o ller   r eg u late s   th v a lv ac co r d in g   to   t h lo ad   d em an d   an d   d ec id es  h o w   m u c h   a m o u n o f   h y d r o g e n   f lo w   to   t h SOF C   t h r o u g h   t h v al v e.   T h v al u es  o f   P I co n tr o ller   ar d ec id ed   b y   s el f   t u n e d   m o d e   ( P =0 . 0 0 0 1 3 3 1 7 ,   I = 3 . 3 9 2 5 2 2 7 e - 0 5 ,   D= - 6 . 2 5 4 2 5 4 1 7 2 8 7 0 e - 0 5 ) .     3 . 3 .   O pera t io na l c o ntr o l st ra t eg y   o f   H E S   T h n ee d in es s   o f   th e   o p er atio n al  co n tr o s tr ateg y   i s   to   m an ag th r ela tio n s h ip   b et w e en   t h lo ad   d em a n d   a n d   h y b r id   g e n er ati o n   s y s te m .   T h o p er atio n al  co n tr o s tr ateg y   f o llo w s   f o u r   p o s s ib le  p ath s   to   m an a g t h is .   a.   W h en   P p o w er   ( P p v )   is   g r ea ter   th a n   l o ad   d e m a n d   ( P lo ad ) ,   th en   P p o w er   is   s u p p lied   to   th lo ad   ac co r d in g   to   i ts   r eq u ir e m e n a n d   t h e x tr p o w er   o f   P is   s u p p lied   to   th e   elec tr o l y ze r .   B y   th e   h elp   o f   th i s   p o w er   elec tr o l y ze r   d iv id es   th e   w ater   in to   t w o   h alv e s   ( h y d r o g en ,   o x y g en ) .   T h en ,   h y d r o g en   is   s to r ed   in   th e   s to r ag tan k   an d   later   it i s   s u p p lied   to   SOFC   th r o u g h   th v al v e.   b.   Wh en   P p o w er   ( P p v )   is   less   th an   l o ad   d e m an d   ( P lo ad ) ,   th en   P p o w er   is   n o s u f f icie n t o   f u l f ill  t h lo ad   d em a n d .   So ,   ex tr p o w er   is   r e q u ir ed   to   f u l f il th e   lo ad   d e m a n d   w it h   th P p o w er   an d   t h a ex tr p o w er   i s   s u p p lied   b y   th S OF C .   c.   W h en   P p o w er   ( P p v )   is   eq u al  to   th l o ad   d e m an d   ( P lo ad ) ,   th en   to tal  P p o w er   i s   s u p p lied   to   th lo ad ,   n o   ex tr p o w e r   o f   P s u p p lied   to   th elec tr o l y ze r .   d.   W h en   P p o w er   ( P p v )   is   eq u al  to   ze r o ,   th en   n o   P p o w er   is   s u p p lied   to   th lo ad   an d   at  th at  ti m SOF C   f u lf i ll s   t h r eq u ir e m en t o f   th lo ad   d em an d .       4.   SI M UL AT I O R E S UL T AND  DIS CUSS I O NS   T h p r o p o s ed   h y b r id   en er g y   s y s te m   ( P V/SO FC - E lec tr o ly ze r )   h as  b ee n   d esi g n ed   u n d er   MA T L A B /S i m u li n k   en v ir o n m en t   an d   also   d if f er e n s i m u l atio n s   ar ca r r ied   o u to   v er if y   t h p er f o r m a n ce s .   Fig u r 6 ( a )   s h o w s   t h g e n er at io n   o f   h y d r o g en   ( H 2 )   b y   t h e lectr o l y ze r   w i th   t h h e lp   o f   el ec tr o ly s is   p r o ce s s ,   w h er e x tr p o w er   o f   PV   ac t s   as   t h i n p u t   o f   t h e lectr o l y ze r   a f ter   f u l f i lli n g   th e   lo ad   d e m an d   a n d   t h i s   h y d r o g e n   i s   s to r ed   in   s to r ag e   tan k .   T h en ,   t h e   h y d r o g en   is   u tili ze d   as   f u e o f   SO FC .   Fi g u r 6 ( b )   s h o w s   t h e   f lo w   o f   h y d r o g e n   ( H 2 )   to   t h SOFC   ac co r d i n g   to   t h lo ad   d e m an d   a n d   it   is   co n tr o lled   b y   th P I D   co n tr o ller ,   w h ic h   is   s h o w n   in   F i g u r 6 ( c ) .   T h o b tain ed   v o ltag f r o m   SO FC   i s   b o o s t ed   u p   b y   t h h elp   o f   D C /D C   co n v er ter   ( b o o s c o n v er ter )   w h ic h   is   s h o w n   in   F ig u r 6 ( d ) .   T h b o o s t ed   v o ltag ( Vso f c_ b o o s t)   is   u s ed   to   f u lf i ll th r eq u ir ed   d em a n d ,   w h en   t h lo ad   d e m an d   is   g r ea ter   th an   P p o w er .     Fig u r 7   p r esen ts   th v o ltag an d   cu r r en w a v f o r m s   o f   th h y b r id   en er g y   s y s te m   f ed   to   th lo ad .   Fig u r 8   p r esen t s   t h v o ltag e,   cu r r en a n d   p o w er   w av e   f o r m s   o f   3 - p h ase   lo ad   h a v in g   th ca p ac it y   o f   ac ti v e   p o w er   ( P )   =   8 0 0 0   W,   in d u cti v e   p o w er   ( Q L )   =   2000   VA R   an d   ca p ac itiv p o w er   ( Q C )   =1 0 0   VAR.     Fro m   th ab o v s i m u la tio n   r es u lts ,   it  is   o b s er v ed   t h at  H 2   f lo w   to   t h SOF C   a n d   P I co n tr o ller   o u tp u t   tr ac k   t h lo ad   v ar iatio n   p er f e ctl y .   I n   ad d itio n ,   th e   o u tp u v o ltag o f   b o o s co n v er ter   co n n ec ted   to   SOF C   i s   m atc h ed   to   th r eq u ir ed   v o lta g f o r   th lo ad .     F u r th er ,   t h o u tp u v o lta g a n d   cu r r en t   o f   h y b r id   e n er g y   s y s te m   an d   th e   v o ltag e,   c u r r en a n d   p o w er   o f   3 - ph a s lo ad   ar f o u n d   to   b s ati s f ac to r y   w it h o u h av in g   u n w a n te d   d is to r tio n s .   So ,   t h is   p r o p o s ed   s y s te m   ca n   f u l f ill  ap p r o x i m at el y   d if f er e n lo ad   r eq u ir e m e n t s ,   w h ile   m a k i n g   th e   co s o f   th i s   s y s te m   c h ea p er   w h ic h   ca n   b af f o r d ab le  b y   t h co n s u m er s .   T h is   s y s te m   i s   also   en v ir o n m e n tal   f r ien d l y   an d   p r o v id es c lean   e n er g y   s o u r ce s .             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.  8 ,   No .   3 J u n 2 0 1 8   :   1 3 4 5     1356   1354     T i me   ( t )       ( a)   H 2   g en er atio n   b y   elec tr o l y ze r     T i me   ( t )       ( c)   Ou tp u t o f   P I co n tr o ller       T i me   ( t )       ( b )   H 2   f lo w   to   th S OFC     T i me   ( t )       ( d )   Ou tp u t v o lta g o f   b o o s t c o n v er ter   co n n ec ted   to   SOFC     Fig u r 6 .   Deta iled   d iag r a m   o f   H y d r o g en   g en er atio n ,   co n tr o l a n d   o u tp u t o f   b o o s t c o n v er ter   co n n ec ted   ac r o s s   SOFC         T i me   ( t )       Fig u r 7 .   Ou tp u v o ltag a n d   cu r r en t o f   h y b r id   en er g y   s y s te m   ( HE S)     T i me   ( t )       Fig u r 8 .   Vo ltag e,   cu r r en t a n d   p o w er   o f   3 - p h ase  lo ad   H 2   g e n e r a t i o n   [ k m o l / s]     H 2   f l o w   t o   t h e   S O F C     V so f c _ b o o s t   ( V )          P I D   C o n t r o l l e r   O u t p u t         V o l t a g e   ( V )             C u r r e n t   ( A )           V o l t a g e   ( V )             C u rr e n t   (A     P   o w e r   ( W )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.