I n te r n ati o n al   Jo u r n al   o El e c tr i c a l   an d   C o m p u te r   En gi n e e r i n g   (I JEC E )   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   20 20 ,   pp .   2271 ~ 2284   IS S N :   2088 - 8708 D O I :   10. 1 1591 / i j e c e . v 10 i 3 . pp2271 - 228 4             2271       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e c e . i ae s c or e . c om / i nd e x . php / IJ E CE   A n alys is   o f   f u z z l o g ic  c on t r o ll e r   b as e d   b i - d ire c t i on a DC - DC   c on ve r t e r   f o r   b at t e r e n e r gy  m a n a ge m e n t   i n   h y b r i d   s o lar/ wi n d   m icr o   gr id   s ys t e m       M .   N aga i ah 1 ,   K .   C h an d r a   S e k h a r 2   1 D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a nd   E l e c t r o ni c s   E ng i n e e r i ng ,   A c ha r y a   N a g a r j un a   U n i v e r s i t y ,   G unt u r ,   I ndi a   2 D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a nd   E l e c t r o ni c s   E ng i n e e r i ng ,   R V R & J C   C o l l e g e   o f   E ng i ne e r i ng ,   G unt ur ,   I ndi a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e S e p   25 ,   2 019   R e v i s e N o v   2 4 ,   20 19   A c c e pt e D e c   9 ,   20 19       T hi s   pa p e r   p r o po s e s   a   f uz z y   l og i c - ba s e b a t t e r y   e ne r gy   m a na g e m e nt   s y s t e m   i hy br i r e ne w a bl e   s y s t e m .   T h e   no v e l   t o po l o gy   c o ns i s t s   o f   s o l a r   a nd  w i nd  e ne r g y   s y s t e m - ba s e i np ut   s o ur c e s   a nd  a   ba t t e r y   ba nk  t o   s t o r e   t he   e n e r gy   w he i e xc e s s .   T he   P V - W i n s o ur c e   i s   e q ui ppe w i t un i d i r e c t i o na l   bo o s t   c o n v e r t e r   w he r e a s ,   t he   ba t t e r y   s t o r a g e   s y s t e m   i s   c o nne c t e t o   t h e   s y s t e m   w i t a   bi - di r e c t i o na l   D C / D C   c o nv e r t e r .   T he   m a i no v e l t y   o f   t hi s   r e s e a r c i s     t he   f uz z y   l og i c - ba s e ba t t e r y   m a na g e m e nt   s y s t e m   w hi c c h a r g e s   a nd   di s c ha r g e s   i n t o   t he   D C   b us   s y s t e m   ba s e o t h e   s up pl y - l o a de m a nd .     T he   f uz z y   l og i c   c o nt r o l l e r   ( F L C )   ba s e d   m a x i m um   po w e r   po i n t   t r a c ki ng   ( M P P T )   i s   u s e i t he   P V   a nd  w i nd  e ne r gy   c o n v e r s i o s y s t e m   ( W E C S )   t o   t r a c t h e   m a x i m um   a v a i l a b l e   po w e r   f o r   t he   di f f e r e nt   i r r a di a nc e   a nd  w i nd   v e l o c i t y   r e s pe c t i v e l y .   T he   o bt a i n e r e s ul t s   a r e   c o m pa r e t o   c onv e nt i o na l   P & O   M P P T   c o nt r o l   a l g o r i t hm   t o   f i nd  t h e   e f f e c t i v e ne s s   o f   t he   s y s t e m .   A   500  W   P V   s y s t e m   a nd  a   500  W   P e r m a ne n t   m a g ne t   s y nc hr o no us   g e ne r a t o r   ( P M S G )   b a s e W E C S   i s   i m p l e m e nt e f o r   i t s   s i m p l i c i t y   a nd  hi g e f f i c i e nc y .   T he   pr o po s e c o nt r o l   t o po l o gy   i s   de s i g ne a nd  t e s t e us i ng   M A T L A B /   S i m ul i nk .   Ke y w or d s :   B a t t e r y   s y s t e m   E n e rgy   m a n a ge m e n t     M i c r o   g r i d   MPPT   P V   s y s t e m   W i n d   s y s t e m   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e   A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M .   N a ga i a h,     D e pa rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E n g i n e e ri n g,     A c h a r y a N a ga r j u n a   U ni v e r s i t y ,   G u n t u r,   I n di a .   E m a i l :   m a n da v a . n a ga @ gm a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   R a pi i n c r e a s e   i n   po pul a t i o n   a n u r b a n i s a t i o n   r e s ul t e i n   i n c r e a s e   i n   de m a n o f   e n e r gy   a l l   ov e r     t h e   w o r l d.   A t   p r e s e nt   t h e   m a j o s o ur c e   of   e n e r gy   i s   do m i n a t e by   fo s s i l   f ue l   [1,   2].   T h e   c o n s t a nt   de pl e t i o n   o fo s s i l   f ue l   a nd  i t s   n e ga t i v e   i m p a c t   o n   t h e   e n v i r o nm e nt   t e n ds   t o   o pt   f o r   a n   a l t e rna t i v e   s o ur c e   of   pow e r   ge n e ra t i o n.   R e n e w a b l e   e n e r gy   ge n e r a t i o n   i s   g a i ni n l o t   o f   a t t e n t i o n   i n   o r de r   t o   ov e r c o m e   t h e   dr a w b a c ks   of  fo s s i l   f ue l .   Re n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e s   i n c l ude   s o l a r,   w i n d,   t i da l ,   w a v e ,   a n b i o m a s s .   S i n c e   s o l a r   a n w i n a r e   w i de l y   a v a i l a b l e   i a b u n da nt ,   t h e y   a r e   us e f o r   pow e r   ge ne r a t i o [3,   4] .   T h e   r e l i a b i l i t y   of   s o l a r   a n d   w i n d   e n e r gy   i s   hi g h l y   de pe n di n u po n   t h e   c l i m a t i c   c h a nge s   a n u n p r e d i c t a b l e   na t u r e   [5 - 7 ] .   T hus ,   i t   c a us e s   s e r i o us   c o n c e r n   o f   gr i i n t e g r a t i o n .   T o   ov e r c o m e   t h e   i s s ue ,   n e e of  h y b r i d i z a t i o n   o f   r e n e w a b l e   s o ur c e s   a n e n e r gy   s t o r a ge   i s   v i a b l e   o pt i o t o   e xt ra c t   qua l i t y   pow e r   f r o m   r e n e w a b l e   b a s e ge n e r a t i o n   [ 8 ,   9 ] .     T h e   h y b r i r e n e w a b l e   e n e r gy - b a s e d   ge n e r a t i o n   c o m pa s s e s   of   v a r i a b l e   r e n e w a b l e   e n e r gy   a n s t o r a ge   e l e m e n t s   c o m b i na t i o n   b a s e o t h e   a v a i l a b i l i t y   a n n e e d   [ 10 ,1 1 ] .   T h e   h y b r i e n e rgy   s y s t e m   c a n   b e   of  s t a n d a l o n e   o r   g ri c o nn e c t e s y s t e m .   T h e   s t a nda l o n e   s y s t e m   i s   ge n e r a l l y   t e r m e a s   t h e   m i r o - g r i w h i c h   m e e t s   t h e   de m a n o f   l oc a l   l o a ds   w h i c h   i s   e qui ppe w i t h   t h e   pow e r   e l e c t r o n i c s   i n t e r f a c e   t o   e n s ur e   p r o pe r   l o a s h a ri n g   [ 12 - 1 4 ].   S t a n d a l o n e   s y s t e m   r e qui r e s   a   hi g r a t i ng  a n d   s uf f i c i e n t   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e   t o   c o p e   w i t h   t h e   v a r i a b l e   pow e r   ge n e r a t e by   t h e   r e n e w a b l e   s o ur c e s .   T h e   gr i c o n n e c t e s y s t e m   of  t h e   h y b r i r e n e w a b l e   s y s t e m   i s   t h e   e xt e n s i o n   o f   t h e   m i c r o - g r i d .   T h e   ra t i n gs   o f   t he   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e   c a n   b e   m i ni m i s e s i n c e   t h e   g r i p r o v i de   a   s uf f i c i e n t   b a c kup  t o   l o w   p ow e r   ge n e ra t i o n.   S i n c e ,   t h e   r e n e w a b l e   b a s e ge n e r a t i o n   i s   hi g h l y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     22 71   -   2 284     2272   n o n - l i n e a r   i n a t u r e ;   t h e   g ri c o m pa t i b i l i t y   i s   t h e   m a j o r   c o n c e r n.   T h e   r e gu l a t i o n   s uc h   a s   v o l t a ge ,   f r e que n c y   a n h a rm o ni c s   m us t   s t ri c t l y   a dh e r e   t o   t h e   po l i c y   t o   e n s ur e   b e t t e r   u t i l i s a t i o n   o f   s o ur c e   a n p r o t e c t   t h e   l o a ds   c o n n e c t e t o   t h e   s y s t e m .   T h us ,   a n   e f f i c i e n t   c o n t r o l   s t ra t e gy   i s   r e qu i r e t o   i n t e g ra t e   t h e   r e n e w a b l e   s o ur c e s   t t h e   g r i d.     In   t hi s   pa pe r ,   a   h y b r i P V - W i nd  b a s e r e n e w a b l e   e n e r gy   i s   c o n s i de r e a s   t h e   s o ur c e .   T h e   o ut put   of  t h e   P V   a rra y   a n w i n s y s t e m   i s   c o n n e c t e t o   t h e   b oos t   c o nv e r t e r   i n   o rde r   t o   m a xi m i s e   t h e   vo l t a ge   t o   m a t c h   t h e   D C - b us   pa ra m e t e r .   T h e   h y b r i s y s t e m   i s   c o n n e c t e t o   t he   c o m m o n   D C - b us   s y s t e m   w h i c h   a l s o   c o n s i s t s   of  t h e   b a t t e r y   s t o r a ge   s y s t e m   c o n n e c t e t hr o ug b i - di r e c t i o na l   D C - D c o n v e r t e t o   p r o v i de   bo t h   c ha r g i n a n d   di s c ha r gi ng  o pe ra t i o n .   T h e   c o m m o n   dc   b us   s y s t e m   i s   ut i l i s e i t hi s   m a n us c r i p t   i o rde t o   i nt e gra t e   t h e   P V   a n w i n s o ur c e   a l o n w i t e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m .   T h e   b oo s t   c o n ve r t e r   o f   t h e   s y s t e m   i s   c o n t r o l l e us i n g   t h e   m a xi m um   po w e r   po i nt   t ra c ki n g   m e t h o do l o g y .   T h e   m a i n   o b j e c t i ve   of   t h e   pa pe r   i s   t o   s uppl y   un - i n t e rr u pt i b l e   po w e r   t o   t h e   l o a de s pi t e   of   t h e   v a r i a b l e   pow e r   ge n e ra t i o n .   E n s u r e   t h e   p r o pe r   c ha r g i n o f   t h e   b a t t e r y   dur i n e xc e s s   pow e r   ge n e ra t i o n   a n t o   di s c h a rge   dur i ng  l o w   pow e r   pr o duc t i o n.   T h e   c o n s t a n t   D C   l i n v o l t a ge   f o r   t h e   dc   b us   s y s t e m   i s   a l s o   a n   i m po r t a n t   pa r a m e t e o f   t h e   p r o po s e t o po l o g y .   T h e   b a s i c   t o po l o g y   c o n s i de r e d   f o r   t hi s   r e s e a r c i s   s h o w n   i F i gu r e   1.       P & O  /  F uz z L ogi c   C ont r ol l e r D C  B u s   B oos t  C on ve r t e r P V  S our c e Wi n d  S ou r c e V PV I PV V W I W P & O  /  F uz z L ogi c   C ont r ol l e r   B oos t  C on ve r t e r B a t t e r E ne r gy  S t or a ge   S ys t e m B i     D i r e c t i on al   C on ve r t e r F u z z y   L o g i c   B a s e d   P o w e r   M a n a g e m e n t   C o n t r o l l e r DC - L oa d V L I L V L , I V b , I V W , I V PV , I PV       F i g u r e   1 .   B a s i c   T o po l o g y   of   t h e   P r o po s e S y s t e m       2.   M O D E LLI N G   O F   H Y B R I D   S Y S TE M   2. 1 .       F u z z b as e d   M P P fo r   P V   s ys t e m   F uz z y   l o gi c   c o n t r o l   i s   b e t t e t ha n   t h e   c o n v e n t i o na l   c o n t ro l   a l go ri t hm s   p a r t i c ul a rl y   fo r   c o m pl e pr o c e s s e s   t ha t   c o ul n o t   b e   a na l y z e us i n c o n v e n t i o na l   qu a n t i t a t i v e   t e c hni que s .   I t   i s   n o n - l i n e a a s   w e l l   a s   a da p t i v e   a n i t   i s   a   r e a l   a l t e rna t i v e   fo r   a   r a nge   o f   c o n t r o l   a ppl i c a t i o n s .   T h e r e   a r e   f o ur   c h i e f   e s s e n t i a l s   i   t h e   s t r uc t u r e   o f   F L a rm e a s   f uz z i f i e r,   R ul e   b a s e ,   In f e r e n c e   e n gi n e   a n de f uz z i f i e r   [ 15 - 17 ].   T h e   f un c t i o ni n of   f uz z y   c o n t r o l l e r ’s   s t r uc t u r e   c a b e   e ffo r t l e s s l y   un de r s t o o f r o m   t h e   f i gu r e d   i s   pl a y e i n   F i g u r e   2.     F uz z i f i c a t i o n:   In   t hi s   p r o c e dur e ,   t h e   c ri s s e t   us e d   a s   i n pu t   da t a   i s   t ra n s f o r m e i n t o   a   f uz z y   s e t   by   m e a n s   of   f uz z i f i e r   us i ng  l i n gu i s t i c   v a ri a b l e s ,   f uz z y   l i n g ui s t i c   t e rm s   a s   w e l l   a s   m e m b e r s hi f un c t i o n s .   T h e   f ur t h e r m o s t   i m pe r a t i v e   t hi n c o n c e rn i ng  f uz z y   l o gi c   i s   t h a t   a n   a r i t h m e t i c a l   v a l ue   do e s n ’t   ha v e   t o   be   f uz z i f i e us i n o nl y   o n e   m e m be r s hi f un c t i o n .   T h e   M e m b e rs h i f un c t i o n s   di f f e r   a s   T ri a ngul a r ,   G a us s i a n,   T r a pe z o i d a l ,   a n d   G e n e r a l i z e B e l l   i n   a dd i t i o n   t o   S i g m o i d.     R ul e   B a s e :   T h e   i ni t i a t i v e   o f   r ul e   b a s e   i s   t o   go v e r t h e   o ut pu t   v a r i a b l e .     T h e   r u l e   i s   s i m p l e   IF - T H E N   r u l e   w i t h   a n   e x a c t   c o n di t i o n   a n c o n c l us i o n,   c ha ra c t e ri z e by   t h e   m a t ri t a b l e .   E rr o r   a n a l t e ra t i o n   i n   e rr o r   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       A nal y s i s   of   f uz z y   l o gi c   c ont r o l l e r   bas e bi - d i r e c t i onal   D C - D c o nv e r t e r   f or     ( M.   Nag ai ah )       2273   t h e   t w o   v a r i a b l e s   o c c upi e a l o n g   t h e   a xe s ,   a nd  t h e   c o n c l us i o n s   a r e   w i t hi n   t h e   t a b l e .   T h e   o ut put   o m e m b e r s hi f un c t i o n   i n   t h e   r ul e   b a s e   i s   w e l l - de f i n e a s   l e a s t   a n e xt r e m e   o pe r a t o r .   T h e   f uz z y   r ul e   b a s e   i s   t y pi c a l l y   i n f l ue n c e by   t h e   c h a nge   i i nput .     D e f uz z i f i c a t i o n :   T h e   c o n t r o l   o f   n o n - f uz z y   v a l ue   c a n   b e   ob t a i n e by   t h e   de f uz z i f i c a t i o n   f r o m   t h e   f uz z y   s e t   o ut put   o f   t h e   f uz z y   c o n t r o l l e r .   T h e   o ut pu t   o f   t h e   f uz z y   c o n t r o l l e r   i s   dut y   c y c l e ,   w h i c h   i s   us e t o   c o n t r o l     t h e   boo s t   c o n v e r t e r   o pe ra t i o n .   B e n e f i t s   o F uz z y   Co n t r o l l e a r e   L ow - c o s t   e xe c ut i o n s   fo un de o n   c h e a p   s e n s o r s ,   l o w - r e s o l ut i o n   a n a l o g - to - di gi t a l   c o n v e r t e r .   A t   t h e   poi n t   o M P P T ,   e r r o r   s i g n a l   E   s h o ul b e   z e r o   t m a i n t a i n   t h e   m a xi m u m   po w e r   po i nt .   F o r   t h e   f i n e   t u ni n g ,   t h e   v a r i a t i o n   i n   e rr o s i g na l   i s   de f i n e E   w h i c i s   t h e   s e c o n s i g na l   t o   t h e   f uz z y   a ge nt .   E rr o s i g n a l   E   a n c ha n ge   i n   e rr o s i g n a l   E   c a b e   de f i n e a s   i (1)  a n (2),     E ( i ) =   ( ) ( 1 ) ( ) ( 1 )                 (1)     ( i ) =   E ( i ) - E ( i - 1)                 (2)       Fu z z i fi c at i on D e fu z z i fi c at i on     F i g u r e   2 .   F u z z y   L o gi c   c o n t r o l   c i r c ui t   f o r   B o os t   Co n v e r t e r       T h e   f uz z y   a ge n t   c a n   c o nt r o l   t h e   du t y   c y c l e   of   t h e   D C -   D c o n v e r t e r   i o r de r   t o   ge t   t h e   m a xi m um   pow e r   po i n t   t ra c ki n a n t h e   D C -   D c o n v e r t e r   b oo s t s   u t h e   v o l t a ge   l e ve l   de pe n di ng  upo n   dut y - c y c l e .   A s   s h o w n   i n   T a b l e   1,   t h e   i n pu t   a n o ut p ut   v a r i a b l e s   a r e   e xpr e s s e i n   s e v e n   l i ngui s t i c   l a b e l s   s uc h   a s   n e ga t i v e   l a r ge   (N L ),   po s i t i v e   l a r ge   (P L ),   n e ga t i v e   m e di u m   (N M ) ,   p o s i t i v e   m e di um   (P M ),   z e r o   (Z ),   n e ga t i v e   s m a l l   (N L a n d   po s i t i v e   s m a l l   (P L ).   If   t h e   E   i s   N L   a nd  E i s   N L ,   t h e   dut y   c y c l e   i s   P L ,   s uc h   t h a t   t h e   du t y   c y c l e   i s   l a r ge l y   i n c r e a s e a n t h e   s i m i l a r   m a nn e r   f o r   a l l   t h e   m e m b e rs h i f un c t i o n s .   T h e   f uz z y   r ul e   b a s e   i s   s h ow n   i n   T a b l e   1   a n d   t h e   m e m b e r s hi f u n c t i o n s   o f   t h e   F L C   a r e   s h o w i F i g u r e s   3 - r e s pe c t i v e l y .       T a b l e   1 .   F u z z y   r u l e s   f o r   P V   s y s t e m   E E   NL   NM   NS   Z   PS   PM   PL   NL   PL   PL   PL   PL   NM   Z   PL   NM   PL   PL   PM   PL   PS   Z   Z   NS   PL   PM   PS   PS   PS   Z   Z   Z   PL   PM   PS   Z   NS   NM   NL   PS   Z   Z   NM   NS   NS   NM   NL   PM   Z   Z   NS   NM   NL   NL   NL   PL   Z   Z   NM   NL   NL   NL   NL       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     22 71   -   2 284     2274       F i gu r e   3 .   I nput   V o l t a ge   o f   F L C           F i gu r e   4 .   I nput   Cu rr e nt   o f   F L C           F i gu r e   5 .   O u t put   m e m b e r s hi p   f un c t i o n   (D ut y   C y c l e of   F L C     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       A nal y s i s   of   f uz z y   l o gi c   c ont r o l l e r   bas e bi - d i r e c t i onal   D C - D c o nv e r t e r   f or     ( M.   Nag ai ah )       2275   2. 2 .     F u z z l o gi c   b as e d   M P P fo r   WEC S   F uz z y   L o gi c   Co n t r o l l e r   (F L C)  ha s   a n   a dv a nt a ge   o f   f a s t   c o n v e r ge n c e ,   i m p r e c i s e   i n p ut   a nd  ha n d l i n g   n o n   l i n e a r i t y .   F L ge n e r a l l y   c o n s i s t   o f   t hr e e   s t a ge s   F uz z i f i c a t i o n ,   R ul e   b a s e   l oo kup  t a b l e   a nd  D e f uz z i f i c a t i o n   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   6.   T h e   r ul e s   a r e   de s i gn e o n   t h e   b a s i s   of   pr e v i o us   kn ow l e dge   of   t h e   s y s t e m .   A n   F L i s     t h e   a rt i f i c i a l   de c i s i o n - m a ki n c o n t r o l l e r   t ha t   o pe r a t e s   i n   c l o s e l oo p.   T h e   i n put s   f o r   f uz z y   c o n t r o l l e r s   a r e   e rr o s i g n a l   a n c ha n ge   i n   e rr o r   s i g na l .   O n c e   t h e   s i g n a l s   a r e   c a l c ul a t e a n l i ngui s t i c   v a ri a b l e s   a r e   o b t a i n e d,     t h e   o ut put   o f   F L i s   t h e   du t y   c y c l e   fo r   b uc c o n v e r t e r   i s   w h i c h   i s   ge n e ra t e us i ng  t h e   r u l e s .   F L i s   t e rm e t o   b e   t h e   m o s t   e ff i c i e n t   M P P T   c o n t r o l l e r   w h e n   c o m pa r e w i t h   t h e   P a nd  P & O   c o n t r o l l e r   [ 18 - 20 ] .     T h e   e ff i c i e n c y   of   F L i s   pu r e l y   de pe n di n upo n   t h e   p r e v i o us   kn ow l e dge   of   t h e   s y s t e m   a n ri g ht   e rr o c o m put a t i o n   a n f r a m i n o f   r ul e - b a s e t a b l e .   T a b l e   2,   r e p re s e n t s   t h e   s e t   of   r ul e s   us e fo r   m o de l l i ng  F L C.   W h e r e ,   E   r e p r e s e nt s   t h e   e rr o r   s i g na l   a nd  CE   r e pr e s e nt s   t h e   C ha n ge   i n   e rr o r.   T h e   r ul e s   a r e   f ra m e i n   f i v e   l e v e l   na m e l y   N e ga t i v e   B i (N B ),   N e ga t i v e   S m a l l   (N S ),   Z e r o   (Z E ) ,   P o s i t i v e   S m a l l   (P S )   a nd  P o s i t i v e   B i (P B ).           F i gu r e   6 .   B a s i c   s t ruc t u r e   o f   F L C       In f e r e n c e   m e c h a n i s m   i s   b a s i c a l l y   de f i n e by   m e m be r s hi p   f un c t i o n s   o F L w h i c h   de t e rm i n e s     t h e   r e l e v a n c e   o f   r ul e s   f r o m   T a b l e   2.   F i g u r e s   7 - r e p r e s e nt s   t h e   i n p ut   a nd  o ut put   m e m b e r s hi f un c t i o n   o f   F L C   c o n t r o l l e r.   M e t h o ds   fo r   i m pl i c a t i o n   a n a gg r e ga t i o n   a r e   de f i n e a s   M i ni m u m   (m i n a n M a xi m um   ( m a x)   r e s pe c t i v e l y .   T h e   D e f uz z i f i c a t i o n   m e t h o us e s   c e n t r o i f o r   pr o c e s s i n g.   F L t r a c ks   t h e   s udde n   c h a nge   i n   w i n s pe e m o r e   s w i f t l y   a nd  p r e c i s e l y .   T h e   m a x i m u m   po w e r   po i nt   i s   t r a c e by   t h e   c o n t r o l l e r   f r o m   t h e   i n f e r e n c e   s y s t e m   w h i c h   i s   m a ppe b y   t h e   h um a n   k n o w l e dge   e a r l i e r   i fo r m   o f   r u l e s .   T h e   c o n t r o l l e r   t ra c ks   t h e   c ha n ge   i o ut put   v o l t a ge ,   c u rr e n t   a n ge n e r a t e s   a n   e rr o s i g na l   w hi c h   i s   gi v e n   a s   a n   i n pu t   f o r   f uz z i f i c a t i o n p r o c e s s ,   h e r e   t h e   i n put   d a t a   i s   c o n v e r t e d   i n t o   a   s ui t a b l e   f uz z y   l i n gu i s t i c   s e t   us i n M a m da ni   m e t h o d.   T h e n   t h e   f uz z y   s e t   i s   pr o c e s s e i n   i n f e r e n c e   s y s t e m   w h e r e   a n   a pp r o p r i a t e   f uz z y   o ut put   i s   o b t a i n e us i n f uz z y   r ul e s .   T h e n   t h e   f uz z y   o ut put   i s   c o n v e r t e i n   t o   t h e   s y s t e m a t i c   c r i s p   v a l ue   a s   a   fo r m   o dut y   c y c l e   i n   de f uz z i f i c a t i o n.   T h us ,   t h e   dut y   c y c l e   i s   us e t o   c o n t r o l   t h e   s w i t c hi n g   p a t t e rn  of   t h e   c o n v e r t e s w i t c h.       T a b l e   2 .   F L s e t   o f   r ul e s   E / CE   NB   NS   ZE   PS   PB   NB   ZE   PB   ZE   NB   NS   NS   PS   ZE   ZE   NB   NS   ZE   ZE   ZE   ZE   ZE   ZE   PS   PS   PB   ZE   ZE   NS   PB   PS   PB   ZE   NB   ZE       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     22 71   -   2 284     2276       F i g u r e   7 .   I nput   m e m b e r s hi f u n c t i o n   o f   ge n e r a t e v o l t a ge           F i gu r e   8 .   I nput   m e m b e r s hi f u n c t i o n   o f   ge n e r a t e c u rr e nt           F i g u r e   9 .   O u t put   m e m b e r s hi p   f un c t i o n   o f   dut y   c y c l e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       A nal y s i s   of   f uz z y   l o gi c   c ont r o l l e r   bas e bi - d i r e c t i onal   D C - D c o nv e r t e r   f or     ( M.   Nag ai ah )       2277   3.   F U ZZY   LO G I C   B A S ED   B A TT ER Y   M A N A G E M EN T   S Y S TE M   T h e   b a t t e r y   m a n a ge m e nt   s y s t e m   (B M S i s   p r o po s e i n   o r de r   t o   m a i nt a i n   t h e   D b us   v o l t a ge   c o n s t a n t .   T h e   B M S   s t r a t e gy   i s   ut i l i s e t o   f ul f i l   t h e   l o a de m a n d   i rr e s pe c t i v e   of   t h e   c h a nge s   i n   i nput   s o u r c e   [ 21 ].   T h e   b a t t e r y   i s   c o n n e c t e t o   t h e   D b us   us i n b i - di r e c t i o na l   D C/ D c o n v e r t e r .   T h e   f uz z y   l o gi c - b a s e d   pow e r   f l ow   c o n t r o l   s t ra t e g y   i s   de s i gn e f o r   p r o po s e s t a nda l o n e   s y s t e m .   T h e   F L b a s e B M S   s y s t e m   i s   de s i gn e us i n g   t h e   p r e   k n o w l e dge   o f   t h e   s o ur c e ,   a v a i l a b i l i t y   of   pow e r   a n d   l o a de m a n d .   T h e   F L b a s e B M S   s y s t e m   r o b us t   i n a t u r e   a n hi g hl y   r e l i a b l e .   A s   s t a t e e a r l i e t h e   f uz z y   l o gi c   c o n t r o l l e c o n s i s t s   o f   t hr e e   pr o c e s s e s ,   f uz z i f i c a t i o n,   r u l e - b a s e de s i gn   a n de f uz z i f i c a t i o n .   T h e   f uz z i f i c a t i o n   p r o c e s s   c o n s i s t s   o i n pu t   of  e rr o o f   P ow e r   a nd  c h a nge   i po w e r .   T h e   r ul e   o f   t h e   s y s t e m   i s   de s i g n e a s   f o l l ow s :     T h e   po w e r   o f   P V   a n d   W i n d   e n e r gy   i s   c a l c u l a t e d   a nd  a l l o w e d   t o   ge n e ra t e   a s   m uc h   po w e r   a s   po s s i b l e .       W h e n   t h e r e   i s   e xc e s s   p ow e r   ge n e ra t e f r o m   t h e   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e s ,   t h e   b a t t e r y   i s   e n t o   c ha r ge   unt i l   t h e   m a x i m u m   t hr e s h o l v o l t a ge   s o   a s   t o   m a i nt a i n   t h e   b a t t e r y   f o r   l o n ge r   s p a n.     W h e n   t h e r e   i s   l o w   pow e r   ge n e ra t e   f r o m   t h e   s o ur c e ,   t h e   b a t t e r y   a c t s   a n   e xt e rna l   s o ur c e   t o   m e e t   t h e   l o a de m a n d .     T h e   r u l e   s y s t e m   pr o duc e s   a n   o pt i m um   du t y   c y c l e   i n   o r de r   t o   ke e t h e   dc   n us   v o l t a ge   c o n s t a nt   a l w a y s   a n d   a l s o   t o   m e e t   t h e   l o a d   r e qui r e m e n t   i n   a l l   w e a t h e r   c o n d i t i o n.   T h e   d ut y   r a t i o   of   t h e   b i - di r e c t i o n a l   D C/ D c o n v e r t e r   i s   ge n e r a t e b a s e o n   t h e   r ul e s   a n t h e   i nput   pa ra m e t e r s .   T h e   de f uz z i f i c a t i o n   i s   p r o c e s s   t c h a nge   t h e   f uz z y   s e t s   t o   t h e   dut y   c y c l e .     T h e   c o n t r o l   b l o c di a g r a m   o f   F L i s   s h o w n   i n   F i g u r e   10   In  p r o po s e c o n t r o l l e r,   t h e   e rr o o f   ge n e r a t o r   po w e r   P   a n c ha n ge   i po w e r   e rr o r   δ   (∆ P a r e   t h e   i n put   v a r i a b l e .   T h e   o ut put   o f   t h e   F L b a s e c o n t r o l l e r   i s   dut y   c y c l e   [22 ].   T h e   ∆P   a nd  δ ( P )   a r e   de f i n e   a s   i n   (3)   a n d   (4) :     ) k ( P P ) k ( P r e f g                   (3)     ) k ( P ) k ( P P 1               (4)     t h e   m e m b e r s hi f un c t i o n s   of   t h e   f uz z y   s e t s   f o r   t h e   p r o po s e s y s t e m   a r e   r e p r e s e n t e by   t h e   l i n gui s t i c   v a r i a b l e s .   T h e   v a ri a b l e s   a r e   r e p r e s e n t e by   N e ga t i v e   B i (N B ),   N e ga t i v e   S m a l l   (N S ),   Z e r o   (Z E ) ,   P o s i t i v e   S m a l l   (P S ) ,   a n d   P o s i t i v e   B i (P B ).   T h e   c o n t r o l   rul e s   a r e   de ri v e f r o m   t h e   e xpe r i e n c e   a n k n o w l e dge   o n   t h e   c o n t r o l   s y s t e m   a n t h e   r ul e s   fo r   m a ppi ng  o f   i n put   a n o ut   v a ri a b l e s   of   F L C.   In   t hi s   pa p e r ,   f uz z y   us e s   M a m da n i   t y pe   i n f e r e n c e   s y s t e m .     T h e   i n p ut   a n d   o ut put   v a r i a b l e   a r e   ge n e ra t e us i n g   t ri a n g ul a r   m e m b e r s h i p   f un c t i o n   a s   s h o w n   i F i g u r e   1 1 .   F i g u r e   1 1   (a )   a nd  (b a nd  F i g u re   1 2   r e p r e s e n t   t h e   i nput   a nd   o ut put   m e m b e r s h i f u n c t i o n   o f   F L c o n t r o l l e r   r e s pe c t i v e l y .   M e t h o ds   fo r   i m pl i c a t i o n   a n a g g r e ga t i o n   a r e   de f i n e a s   M i n i m u m   (m i n)  a n M a x i m u m   (m a x)   r e s pe c t i v e l y .   T h e   D e f uz z i f i c a t i o n   m e t h o us e s   c e n t r o i d   f o r   p r o c e s s i n g.           F i gu r e   1 0 .   F L C   b a s e b a t t e r y   m a na ge m e n t   s y s t e m         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     22 71   -   2 284     2278       (a )   (b )     F i gu r e   1 1 .   I nput   m e m b e r s hi p   f un c t i o n ,   ( a e rr o s i g na l   (b c ha n ge   i e rr o s i g na l           F i gu r e   1 2 .   O u t pu t   m e m b e r s h i p   f un c t i o o f   dut y   c y c l e       4.   M O D E LI N G   O F   D C / D C   C O N V ER TER   T h e   c o n v e r t e i s   e m pl o y e i W E CS   i o r de r   t o   e nha n c e   t he   ge n e ra t e d   v o l t a ge   t o   t h e   de s i r e hi g vo l t a ge   a s   pe r   t h e   l o a r e qui r e m e n t .   T h e   D C/ D c o n v e r t e r   i m p l e m e nt e i n   t hi s   pa pe r   i s   b oo s t   c o n ve r t e r   w h i c i s   us e t o   b oo s t   ge n e ra t o v o l t a ge s   t o   380   V   w h i c i s   t h e   s t a nda rd  b us   v o l t a ge   f o r   D m i c r o gri d.     In   t hi s   pa pe r,   a   b i - di r e c t i o na l   D C - D c o n v e r t e r   i s   ut i l i s e t o   ra i s e   t h e   t e rm i na l   v o l t a ge   t o   a c h i e v e   t h e   f l e xi b l e   c o n t r o l   o t h e   b a t t e r y   e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m   (B E S S ).   T o   ov e r c o m e   t h e   dra w b a c of  l ow   vo l t a ge   of  b a t t e r y   s y s t e m ,   a   p ha s e   s hi f t e f ul l   b ri dge   D C - D C   c o n v e r t e i s   u s e t o   c o nn e c t   t h e   b a t t e r y   s o ur c e   t o   A gr i d.     T h e   b i di r e c t i o na l   c o n v e r t e c o n s i s t s   o f   hi g f r e que n c y   t ra n s fo r m e r   w hi c i s   r e qu i r e t o   m a t c t h e   A g ri d   a n b a t t e r y   vo l t a ge   l e v e l .   T h e   b i di r e c t i o n a l   c o n v e r t e r   c o n s i s t s   o f   l e a ka ge   i n duc t a n c e   a n o ut put   f i l t e i n duc t a n c e .   W h e n   B E S S   i s   c ha r gi ng  s t a t e ,   b i di r e c t i o n a l   c o n v e r t e r   a c t s   a s   t h e   b uc c o n v e r t e r   by   c o n t r o l l i n g   t h e   s w i t c h e s   I 1 I 4 .   W h e n   t h e   B E S S   i s   i n   di s c h a r g i n s t a t e ,   t h e   b i di r e c t i o n a l   c o n v e r t e r   a c t s   a s   a   b oo s t   c o n v e r t e r   b y   c o n t r o l l i n g   t h e   s w i t c h e s   C 1 C 4 .   T h e   c o n v e r t e r   t o po l o g y   c h o s e n   f o r   t h e   p r o po s e w o r i s   de pi c t e i n   F i g u r e   1 3 .   D u ri n g   t h e   s t a n d a l o n e   o pe r a t i o n   o f   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o ur c e   l i ke   P V ,   s m o o t h   a n c o nt i n uo us   po w e r   f l ow   i s   a ff e c t e d   b y   i t s   i nt e rm i t t e n t   n a t u r e .   T h e   po s s i b l e   s o l ut i o n   w a s   t o   pe rm i t   e n e r gy   e x c h a n ge   b e t w e e n   t h e   c o n v e r t e r   t o   t h e   s t o r a ge   s y s t e m   a n t h e   c o n v e r t e r   t o   t h e   l o a d.   T h e   e vo l ut i o n   of   b i di r e c t i o n a l   D C - D c o n v e r t e r s   c o ul f i n i t s   w a y   c l a s s i f i e i n   t h e   l i t e r a t u r e   a s   i s o l a t e a nd  n o n - i s o l a t e d.   T h e   i s o l a t e b i di r e c t i o na l   D C - D c o n v e r t e r s   ga i n e p r o m i n e n c e   due   t o   i t s   vo l t a ge   m a t c hi n a nd  ga l v a ni c   i s o l a t i o n   p r o v i de by   m e a n s   o a   t ra n s f o r m e r.   T h e   b i di r e c t i o na l   c o n v e r t e r   pr o po s e i n   t h e   r e s e a r c h   w o r [23]  fe a t u r e s   s e r i e s   r e s o n a n c e   a n b oo s t   c a pa b i l i t y   w i t h   s i m p l e   P W M .   T h e   i s o l a t e b i di r e c t i o n a l   c o n v e r t e r   p r o v e s   t o   be   m uc h   b e t t e r   w h e n   a s s e s s e b a s e o n   a t t ri b ut e s   l i ke   h i g h   e f f i c i e n c y ,   h i g h   g a i n,   a nd  t h e   n u m b e r   of   s w i t c h e s   [2 4].   T h e   P V   i nt e gra t i o n   i m p r o v e s   t h e   ut i l i z a t i o n   o f   t h e   c o n v e r t e r   t hr o ug h   i t s   v o l t a ge   b o os t i n g   c a pa b i l i t y ,   w h i c h   i s   e nha n c e f urt h e by   t h e   t ra n s f o r m e [25 ].   T h e   h y b r i c o n v e r t e r   r e s e m b l e s   a n   i s o l a t e r e s o n a nt   c o n v e rt e r,   e xc e pt   f o r   t h e   a c t i v e   b i di r e c t i o n a l   s w i t c h   (S 5 a t   t h e   s e c o n da r y   s i de   o f   t h e   ga l v a ni c   i s o l a t i o n   t ra n s f o r m e r.   T h e   de s i g n   o f   t r a n s f o r m e r,   r e s o n a n t   i n duc t o r   L r ,   r e s o n a n t   c a pa c i t o r s     C r 1 ,   C r 2 ,   a n t h e   ga t i n g   s c h e m e   i s   a da p t e f r o m   t h e   l i t e r a t u r e .   T h e   de s i g n   pr o c e dur e   i n v o l v e s   s e l e c t i o n   o f   t r a n s f o r m e r   t u rn s   ra t i o   a n d   t h e   de s i g o f   t h e   r e s o n a nt   t a n k .   T u rn s   r a t i o   o t r a n s f o r m e r   i s   g i v e n   by   (5) :     in o V V n 2                   (5)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int   J   E l e c   &   Co m E n g     IS S N :   2088 - 8708       A nal y s i s   of   f uz z y   l o gi c   c ont r o l l e r   bas e bi - d i r e c t i onal   D C - D c o nv e r t e r   f or     ( M.   Nag ai ah )       2279       F i gu r e   1 3 .   Is o l a t e B i di r e c t i o n a l   D C - D Co n v e r t e r       In   t h e   r e s o n a n t   t a nk  de s i g n ,   t h e   r e s o n a n t   i n duc t o r   L r   i s   i n de pe n de n t   o f   t h e   c o n v e r s i o n   r a t i o   s i n c e   i t   a c t s   a s   b oo s t   i n d uc t o r .   A   l a rge   e n o ug h   i nduc t o r   w a s   c h o s e n   b a s e o n   t h e   l o n ge r   s w i t c hi n s t a t e   o f   P W M   bo os t   m o de   a n t h e   r e s o n a nt   m o de .   T h e   l e n g t h   o f   s w i t c h i n t i m e   i s   l e s s   t h a n   s w i t c hi n pe r i o ds   T s   o f   a l l   o pe r a t i ng  ra n ge s .   T h e   L r,   C r ,   L m   s h o ul b e   c h o s e n   s uc h   t ha t   t h e y   s a t i s fy   t h e   e qu a t i o n s   f r o m   (6)   t o   (8 ).     2 o V s T o P r C                   (6)     s T o P r o V r L 2 2 2                   (7)     s f o C DT T n m L 4 2                   (8)     T h e   r e s o n a nt   c a p a c i t a n c e   c a n   a l s o   b e   c h o s e n   b a s e o t h e   r e s o n a n t   f r e que n c y r ,   f r o m   ( 9)     2 1 1 2 r C r C Lr r f r               (9)       5.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   T h e   pe r f o r m a n c e   o t h e   p r o po s e F L b a s e b a t t e r y   m a na ge m e n t   s y s t e m   i s   v a l i da t e i   t h e   M A T L A B / S i m ul i n s o f t w a r e .   F r o m   t h e   l i t e r a t u r e ,   t h e   a v a i l a b i l i t y   of   bo t h   s o l a r   a nd  w i n e n e r gy   s o ur c e s   i s   a l t e rn a t i v e   t o   e a c o t h e a n d   t o   c h e c t h e   f e a s i b i l i t y   of   t h e   de ve l o pe c o n v e r t e o pe r a t i o i b o t h   i n di v i du a l   a n s i m ul t a n e o us   m o de s ,   t h e   a v a i l a b i l i t y   of   t h e   r e n e w a b l e   e n e r gy   s o u r c e s   a r e   c o n s i de r e a s   f o l l ow s .   F o r   t h e   pe r i o t o   0. 75  s e c ,   t h e   a v a i l a b i l i t y   of   w i n s o ur c e   i s   m / s   a n t h e   P V   i rra d i a t i o n   i s   600  W / m 2 S i m i l a rl y ,   fo r   pe ri o o f   0. 75  t o   1. s e c   a n 1 . t o   2. 25   s e c   a re   w i n v e l oc i t y   10m / s   w i t h   P V   i rra di a t i o n   o f   800  W / m 2   a nd  w i n v e l o c i t y   12  m / s   w i t 1000   W / m 2   r e s pe c t i v e l y   a s   s h o w n   i F i g u r e   1 4   a n d   F i g u r e   1 5 .   T h e   pr o po s e h y b r i s y s t e m   c o n s i de r e f o r   t h i s   a na l y s i s   i s   500  W   P V   a n 50 W   w i n s y s t e m s   f o r   1kW   h y b r i s y s t e m   a n p a r a m e t e r   s pe c i f i c a t i o n s   a r e   l i s t e i n   T a b l e   3.   T h e   b a t t e r y   pa r a m e t e r   us e i n   t hi s   i s   s t udy   i s   a l s o   s h ow n   i n   T a b l e   3.   T h e   p r o po s e t o p o l o g y   c o n s i s t s   o f   F L b a s e M P P T   c o n t r o l   s t r a t e g y   fo r   P V   a ppl i c a t i o n .   T h e   D vo l t a ge ,   c urr e n t   a n po w e r   ob t a i n e us i n F L b a s e d   M P P T   s t r a t e g y   e m pl oy e d   fo r   P V   s y s t e m   i s   s h ow n   i n   F i g u r e   1 6 .   T h e   F L c o n t r o l   s t r a t e gy   ha s   a   go o d y n a m i c   r e s po n s e   t o   t h e   n o n - l i n e a s y s t e m .   T h e   pe r f o r m a n c e   of   t h e   F L b a s e M P P T   t e c hn i q ue   fo r   W E CS   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 7 .   T h e   w i n d   v e l o c i t y   i s   h i g h l y   n o n l i n e a r   i n   n a t u r e   t hus   a n   e ff i c i e n t   c o n t r o l   s t r a t e g y   i s   r e qui r e t o   ob t a i n   t h e   m a xi m um   a v a i l a b l e   pow e r   f r o m   t h e   w i n v e l o c i t y .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2088 - 8708   Int   J   E l e c   &   Co m E n g ,   V o l .   10 ,   N o .   3 J u n e   2 020   :     22 71   -   2 284     2280         F i gu r e   1 4 .   P V   i rra di a n c e   (W / m 2 )     F i gu r e   1 5 .   W i nd  s pe e ( m / s )       T a b l e   3 .   H y b r i d   s y s t e m   pa ra m e t e r s   S o l a r   s y s t e m   W i n d   S y s t e m   Ba t t e r y   P a ra m e t e r s   V a l u e s   P a ra m e t e r s   V a l u e s   P a ra m e t e r s   V a l u e s   V MP   4 8   V   W i n d   s p e e d   N o m i n a l   1 2   m / s   T y p e   L i t h i u m   Io n   I MP   1 0 . 4   A   P M S G   M o t o r   5 0 0   W   N o m i n a l   v o l t a g e   4 8   V   S o l a r   i rra d i a n c e   1 0 0 0   W / m 2   S t a t o p h a s e   r e s i s t a n c e   0 . 4 2 5   O h m s   Ra t e d   c a p a c i t y   6 . 5   A H   T e m p e ra t u re   25 0   D   a x i s   i n d u c t a n c e   0 . 0 0 8 2   H   S o c   a t   c h a r g i n g   30%   Ce l l s   i n   m o d u l e   60   Q   a x i s   i n d u c t a n c e   0 . 0 0 8 2   H   S o c   a t   d i s c h a r g i n g   80%   s   8   N u m b e r   o p o l e s   5       Np   5   M o t o r   i n e r t i a   0 . 0 1 1 9 7   k g . m 2       Rs   0 . 1 8   O h m s           Rp   3 6 0   O h m s           Id e a l i t y   f a c t o r   1 . 7                   F i gu r e   1 6 .   P V   s y s t e m   o ut put   v o l t a ge ,   po w e r           F i gu r e   1 7 .   W i nd  s y s t e m   o ut put   v o l t a ge   a n d   po w e r   0 0. 25 0. 5 0. 75 1. 0 1. 25 1. 5 1. 75 2. 0 2. 25 0 20 40 60 V o l ta g e   (V ) 0 0. 25 0. 5 0. 75 1. 0 1. 25 1. 5 1. 75 2. 0 2. 25 0 200 400 600 Ti m e   (S e c ) P o w e r   (W) 0 0. 25 0. 5 0. 75 1. 0 1. 25 1. 5 1. 75 2. 0 2. 25 0 20 40 60 V o l ta g e   (V ) 0 0. 25 0. 5 0. 75 1. 0 1. 25 1. 5 1. 75 2. 0 2. 25 0 120 240 360 480 600 Ti m e   (S e c ) P o w e r   (W) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.