I nte rna t io na l J o u rna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   11 ,   No .   1 ,  Feb r u ar y   2021 ,   p p .   201 ~ 216   I SS N:  2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ec e. v 1 1 i1 . p p 2 0 1 - 216          201       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Si m ula tion o f  a   micro g rid f o r a no n - inter co nnect ed  zo ne t ha t  integra tes r enew a ble energies       G er m a n Re i na ,   M a uricio   M a uledo ux ,   O s ca r  A.   Av ilés   M e c h a tro n ics   E n g in e e rin g   P r o g ra m ,   Un iv e rsid a d   M il it a r  Nu e v a   G r a n a d a ,   Co l o m b ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   3 ,   2 0 20   R ev i s ed   J u l   3 ,   20 20   A cc ep ted   A u g   5 ,   2 0 20       T h is  p a p e r  d e v e lo p s  a   si m u latio n   o f   a   s m a ll   e lec tri c a l  n e t w o rk   ( M icro g r id )   th a t  in teg ra tes   re n e w a b le  e n e rg i e s,  th e   m o d e l  o f   th e   m icro   n e tw o r k   is  m a d e   u p   o f   a   so lar  e n e rg y   so u rc e ,   a   w in d   e n e rg y   so u rc e ,   a n   e n e rg y   sto ra g e   e le m e n t,   a   n o n - re n e w a b le   so u rc e   su c h   a s  a   d ies e l   g e n e ra to r.   T h e   m o d e l  o f   th e   m icro g rid   re p re s e n t  a   n o n - in te rc o n n e c ted   a re a   f ro m   th e   e le c tri c a l  n e tw o rk   in   C o lo m b ia.  T h e   n o n - i n terc o n n e c ted   a re a s  so m e ti m e s  d e p e n d   o n   u n re li a b le   c o n n e c ti o n s  to   th e   g rid   i n teg ra ti o n   o f   re n e w a b le  e n e rg ies   c o u ld   b e   th e   b e st   o p ti o n   to   g u a ra n tee   e n e rg y   in   t h e se   se c to rs  a n d   a ll o w   g e n e ra ti n g   p ro jec ts  w it h   so c ial  im p a c t.   A   p o ss ib le   so lu ti o n   to   th is  d e f icit  o f   e n e rg y   is  to   su p p lem e n t  th e   p r o d u c ti o n   o f   e n e rg y   w it h   re n e wa b le  e n e rg y   p lan ts  f ro m   re so u rc e s  a s   su n   o r  w in d .   T h e   sim u late d   m o d e l  a ll o w e d   to   stu d y   th e   e ffe c ts   o f   th e   n e tw o rk   in   islan d   m o d e   a n d   in   i n terc o n n e c ted   m o d e ,   sh o w in g   th e   im b a lan c e s  th a t  c a n   b e   o b tain e d   b y   in teg ra ti n g   re n e w a b le  e n e rg ies   a n d   sto ra g e   s y ste m s.  It  is   v e ri f ied   th a t  w it h   a n   in c lu sio n   o f   m o re   th a n   3 0 %   o f   p o w e r  in   re n e w a b le  e n e rg ies   th e re   is  th e   p o ss ib i li ty   o f   h a v in g   lo a d   i m b a lan c e s,  w h ich   a ff e c t  th e   f re q u e n c y   a n d   c a u se   in sta b il it y   in   th e   n e tw o rk .   It  a lso   v e rif ies   h o w   a   c o n tro l   sy s tem   c a n   re g u late   th e   lo a d   b a lan c e   b u t   m u st  in tera c t  w it h   th e   o th e r  e n e rg y   so u rc e s.     K ey w o r d s :   E n er g y   No n - i n ter co n n ec ted     R e ne w a bl e   S m ar t  g r id   T h is i s  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 :   Oscar   A .   Av ilé s ,     Me ch atr o n ic s   E n g in ee r i n g ,     Un i v er s id ad   Militar   Nu e v a  Gr an ad a,   C r   1 1   No   1 0 1   -   8 0 ,   B o g o tá,   C o lo m b ia.   E m ail: o s ca r . av iles @ u n i m il ita r . ed u . co       1.   I NT RO D UCT I O N     T h is   d o cu m e n t  d e v elo p s   a  m o d el  f o r   s i m u la te  a  m icr o g r id   th at  r ep r ese n t  a  n o n - i n ter co n n ec ted   ar ea   f r o m   t h e  elec tr ical  n et w o r k   i n   C o lo m b ia.   I t  w as  m ad e  to   ex p lo r e  th e  ef f ec t s   th at  r en e w ab le  en er g ie s   h a v e  o n   th e  elec tr ical  n e t w o r k   as  a  p o w er   s u p p l y   w it h   r esid en tial  lo ad s .   I t  ex p lo r es  th e  b eh av io r   o f   th i s   en er g ies  a n d   v er if ied   i f   t h e  co n tr o l  s y s te m s   ca n   m ai n tai n   th e  b ala n ce   o f   lo ad .   T h e  s i m u latio n   is   d o n e  in   t w o   d i f f er en t   m o d e s   as i n ter co n n ec te d   o r   n o n - in ter co n n ec ted   elec tr ical  n et w o r k .   C o lo m b ia  h as  a  g o o d   p o ten ti al  to   p r o d u ce   elec tr icity   w i th   r en e w ab le  en er g ies,  it  d o es  n o t  h av e   s ea s o n s   an d   also   t h i s   co u n tr y   h a s   a  lo ca tio n   w i th   h i g h   an n u al  a v er ag e s   o f   w i n d   s p e ed s   an d   ir r ad ian ce   f r o m   t h e  s u n .   Ho w e v er ,   it  h as  d i f f icu lties   in teg r ati n g   r e m o te  r eg io n s   in to   t h e  n atio n al  elec tr ici t y   g r id .     I t  n o n - i n ter co n n ec ted   zo n e s   la ck   t h e  p o s s ib ilit y   o f   e n er g y   2 4   h o u r s   a  d a y .   A  p o s s ib le  s o l u tio n   to   t h i s   e n er g y   d ef icit  i s   to   s u p p le m e n t  th e   p r o d u ctio n   o f   e n er g y   w it h   r en e w ab le  e n er g y   p la n ts   f r o m   r eso u r ce s   a s   s u n     o r   w in 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 .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   2 0 1   -   21 6   202   2.   WH Y  I S IM P O RT ANT  T H I S SI M UL AT I O N   2 . 1 .       N o n -   I nte rc o nn ec t ed  Z o ne  in Co lo m bia   T h e  g o v er n m en t  d e f i n e  th e  ter m   n o n - in ter co n n ec ted   zo n es  ( Z NI )   in   C o lo m b ia  as  f o llo w i n g :     “ Fo r   all  p u r p o s es  r elate d   to   t h e  p r o v is io n   o f   t h e  p u b lic  el ec tr ic  p o w er   s er v ice,   Z NI   i s   u n d er s to o d   to   b e  m u n icip ali ties ,   to w n s h ip s ,   to w n s   an d   h a m let s   n o t  in t er co n n ec ted   to   th e  n atio n al   elec tr ic  s y s te m     ( SIN - s i s te m a  in ter co n ec tad o   n ac io n al ) "   [ 1 ] .   I t  Z NI   ca n   b e  d ef in ed   as  m icr o g r id   w it h   n o n - r e n e w ab le   g en er atio n   s o u r ce s   t h at  ca n   b e   i m p r o v ed   w it h   th e  i n cl u s io n   o f   r en e w ab le  en er g ie s   ( u n co n v en t io n al)   an d   tak e   ad v an ta g e  o f   e v er y t h i n g   t h at   is   d ev elo p ed   f o r   s m ar t  g r id s   an d   ap p l y   th e  tec h n o lo g y   i n   is la n d   m o d e  to   o p tim ize  th e  f u el  f r o m   d iese l  p lan ts   th a t  is   co m m o n l y   u s ed   as  an   en er g y   s o u r ce   o f   en er g y   i n   th e s e  zo n es.   T h e  m ai n   c h ar ac ter is tic s   o f   t h e  n o n - i n ter co n n ec ted   zo n e s   in   C o lo m b ia  ar e:  ar ea s   w i th   u n m et  b asic  n ee d s     >  7 7 %,  ar e  s ca tter ed   ar ea s   ( L o w   P o p u latio n   De n s i t y ) ,   w i t h   a  lo w   a v er a g e  co n s u m p tio n   lev el.   T h e y   h a v e   a  lo w   p a y m en t  ca p ac it y   an d   a   v er y   lo w   le v el  o f   co llectio n .   I t  h a s   h ig h   co s t s   o f   p r o v id in g   e lectr icit y   s er v ice .   Hig h   lev el  o f   lo s s e s .   L o w   le v el  o f   m icr o   m ea s u r e m e n t.  T h is   m a k es  t h e m   a  p er f ec t  s ce n ar io   f o r   th e  ef f icie n t   u s e  o f   a v ailab le  n a tu r al  r eso u r ce s   an d   th e  u s e  o f   r e n e w ab le  en er g ie s .   T h e  n o n - i n ter co n n ec ted   ar ea s   s o m eti m es  d ep en d   o n   u n r eli ab le  co n n ec tio n s   to   th e  g r id   s u c h   a s     th e  P u er to   C ar r eñ o   i n   t h e  Vich ad a  zo n e  t h at  d ep en d s   o f   a  v er y   w ea k   m ed iu m   v o lt ag e  cir c u it  f r o m   Ven ez u e la.   T h is   p r o b le m   is   v er y   i m p o r tan t  f o r   th e   d ev el o p m e n t  o f   p ilo t  test s   w h er e  th e  ap p licatio n   o f   r en e w ab le  en er g ies   is   th e  b e s t  o p tio n   to   g u ar an tee  e n er g y   in   t h ese  s ec to r s   a n d   allo w   g en er at in g   p r o j ec ts   w it h   s o cial  i m p ac t  r ig h t  n o w .   Ac c o r d in g   to   th e  I n s tit u te  o f   P lan n i n g   an d   P r o m o tio n   o f   E n e r g y   So l u tio n s   f o r     No n - I n ter co n n ec ted   Z o n e s   I P SE,   th e  n o n - i n ter co n n ec ted   ar ea s   in   C o lo m b ia  ar e  i n   3 2   Dep ar tm en t s .     W h er e  th er e  is   cu r r en t l y   co v e r ag e  o v er   1 7   d ep ar t m e n ts ,   w h i ch   i s   eq u iv ale n t   to   5 2 %  o f   t h e   n atio n al  ter r ito r y   is   in c lu d ed   9 0   Mu n ic ip alitie s ,   2 0   Sp ec ial  B io d iv er s it y   a n d   B o r d er   T e r r ito r ies,  1 , 4 4 8   lo ca liti es  Z NI ,     3 9   Mu n icip al  Hea d q u ar ter s : 5   d ep ar tm e n tal  ca p itals   [ 1 ] .     2 . 2 .       Why   a   no n - inte rc o nn ec t ed  zo ne  is   a   t y pe  o f   m icro g rid ?   A   m icr o g r id   is   a  s ec t io n   o f   a n   elec tr ical  n e t w o r k   th a t  ca n   b e  co n n ec ted   to   a  m a in   n et w o r k   a n d   o p er ate  au to n o m o u s l y ,   f ee d in g   its   o w n   lo ad s   f r o m   its   o wn   s o u r ce s   o f   e n er g y   f o r   s o m e  p er io d s   o f   ti m e.   W h en   a   m icr o g r id   is   o p er atin g   au to n o m o u s l y   w it h o u t  co n n ec t io n   to   th e   m ain   n et w o r k ,   it   is   s aid   to   b e   o p er atin g   in   i s la n d   m o d e  ( " is lan d ed " ) .   T h e  m icr o g r id   is   co n tr o lled   b y   a  r ea l - ti m e  m o n it o r in g   s y s te m   t h a t   co n ce n tr ates  o n   r eg u lati n g   th e   v o ltag e  a n d   f r eq u e n c y ,   t h i s   is   ac h iev ed   b y   co n tr o llin g   t h e  d if f er en t  s o u r ce s   o f   e n er g y   an d   al w a y s   s ee k i n g   to   b alan ce   th e  lo ad   an d   en er g y   g en er ated ,   as  w ell  a s   th e  e n er g y   i n j ec ted   f r o m     th e  m ai n   n et w o r k .   T h is   co n tr o ller   s h o u ld   g e n er all y   co n s id er   th e  lo ad   p r o f iles ,   d ef in e  an   o p er atin g   co s t  f o r   ea ch   o f   th e  s o u r ce s ,   esti m ate  th e  a m o u n t  o f   s o lar   en er g y   an d   w in d   en er g y .   A ll  t h is   ap p licatio n   o n l y   ca n   b e   p o s s ib le  I f   th e   d i f f er e n t  r eso u r ce s   o r   m u lti   ag e n t s   i n   t h e   n et w o r k   s e n d   a n d   r ec ei v e  i n f o r m atio n   to   al l     th e  o th er s .   T h e  in ter o p er ab ilit y   is   b ein g   u s e f u l to   m ai n tai n   t h e  b alan ce   o f   lo ad   in   t h e  e lectr ical  n et w o r k .     A   m icr o g r id   ca n   d ec id e  to   is o late  its el f   f r o m   t h e  m ai n   n e t w o r k   ( g r id )   w h e n   th er e  ar e  f au lts   i n     th e  m ain   n et w o r k   o r   w h e n   th e   q u alit y   o f   t h e  en er g y   is   v er y   p o o r ,   w it h   t h is   s tr ateg y   it  is   s o u g h t  t h at  t h e  u s er s   ca n   h a v e  a  b etter   r eliab ilit y   an d   q u alit y   i n   t h e  en er g y   t h at  is   ass o ciate d   to   th e  lo ad s   o f   th e  m icr o g r id .     T h is   ca p ac it y   is   al s o   p ar t  o f   th e  s k ill s   th at  al lo w   to   t h is   t y p e  o f   n et w o r k s ,   to   in te g r ate  s o u r ce s   w it h   r en e w ab le  en er g y ,   to   tak e  elec tr ical  p o w er   f r o m   th e  m ai n   n et w o r k   ( g r id )   w h ile  t h er e  is   n o   ca p ac it y   to   b e  s elf - s u f f icie n t.  Mic r o g r id   g e n er all y   h a v e  b ac k u p   s o u r c es  s u c h   as   d iesel  g e n er ato r s ,   g as   t u r b in es.     T h eir   lo ca tio n   is   in   r e m o te   p lace s   w h er e  t h e  lo ad s   m u s t   b e  f ed   w i th   g r ea ter   r eliab il it y   t h an   t h e  co n f id e n ce   th at  t h e  n et w o r k   ca n   p r o v id e.   I t g e n er all y   ap p lies   to   h o s p ital s ,   m ilit ar y   i n s talla tio n s   an d   s o m e  m a n u f ac t u r in g   p r o ce s s es [ 2 ] .       Mic r o g r id   ar e  co n s ta n tl y   in   r esear ch   an d   d ev elo p m e n t  a n d   th er e  ar e  s ev er al  p ilo ts   th a t  ar e  b ein g   d ev elo p ed   [3 - 6 ] ,   leav in g   a n   o p er atin g   co s t  o f   ar o u n d   5   US D  p er   W att  o f   ca p ac it y .   T h es e  m icr o   n et w o r k s   an d   r esear ch   p r o j ec ts   ar e  f o cu s ed   o n   h i g h   r eliab ilit y   f o r   th e  lo ad s   th e y   h a n d le,   s u ch   a s   h o s p itals   o r   m i litar y   b ases ,   b u t  d u e  to   t h eir   h i g h   co s t  th e y   h av e  n o t  b ee n   ta k en   to   o th er   u s er s .   T h e  s i m u latio n   m o d el  i s   d esi g n ed   to   r ep r esen t  th e  elec tr ic  g r id   o f   th e  n o n - i n ter co n n ec te d   ar ea   o f   P u er to   C ar r eñ o   in   C o lo m b ia  as   a  Mic r o g r id   th at  in te g r ate  r en e w ab le  en er g ies  tr y in g   to   ex p lo r e  th e  ef f ec t s   an d   u n d er s to o d   th e  p r o b lem s   to   i m p r o v e  th e  p er f o r m an ce   o f   th is   n et w o r k s .       3.   CH AL L E N G E S IN  T H E   I N T E G RA T I O N  O F   R E NE W AB L E   E NE R G I E S   T h e  m ain   ef f ec t  o f   t h e  i n cl u s i o n   o f   r e n e w ab le  en er g ies  in   th e  n et w o r k   is   t h at  t h e y   ar e  b asi ca ll y   m o r e   p r o n e  to   in s tab ilit y   o r   v ar iati o n s   i n   th eir   q u alit y   p ar a m eter s ,   it  m icr o g r id   n ee d   to   r ea ct  q u ick l y   w i th   co n tr o l  ac tio n s   o n   t h eir   o w n   m a n eu v er in g   eq u ip m en t  an d   ev e n t u all y   in v o l v e  all  th o s e  th at  ar e  in ter co n n ec ted .     T h e  f ir s t  ch alle n g e  o f   th e  elec tr ic  n et w o r k s   t h at  i n teg r ate  r e n e w ab le  en er g ies,  is   to   r eg u la te  th e  p o w er   th at  i s   d eliv er ed   to   th e  e n d   u s er   at  t h e  m o m e n ts   w h e n   t h er e  i s   n o   av ailab ilit y   o f   alter n ati v e  s o u r ce s   ( f o r   ex a m p le :     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       S imu la tio n   o f  a   micro g r id   fo r   a   n o n - in terco n n ec te d   z o n e  th a t in teg r a tes r en ewa b le  en erg ies ( Ge r ma n   R ein a )   203   in   t h e  ab s en ce   o f   s u n lig h t  o r   ab s en ce   o f   w i n d ) .   T h is   m ea n s   t h at  t h e  p lan n i n g   o f   t h e   r eq u ir ed   en er g y   m u s t   co n s id er   t h e  s ea s o n s   o f   t h e  y ea r ,   an d   p r o b ab ilis tic  s t u d ies  o f   th e   w i n d   p r o j ec tio n s   th at  ar e  av ai lab le  o r     th e  s o lar   r ad iatio n   th a t is   ex p e cted   at  a  ce r tain   p o i n t .  So m e  r en e w ab le  en er g ies   d ep en d   o n   n atu r al   p h e n o m e n a,   th e  a v ailab le  en er g y   is   co n d iti o n ed   to   th e  a v ailab le  r eso u r ce   at  a  g i v e n   m o m e n t  [7 - 11 ] .   An   elec tr ical  n et w o r k   b ased   o n l y   o n   r en e w ab le  e n er g ies  s u c h   as  w i n d   en er g y ,   s o la r   r ad iatio n   w ill  h av e  p r o b le m s   to   f ee d   th e  lo ad   in   a  co n s tan t  m a n n er   as sh o w n   i n   Fig u r e  1 ,   p r o d u ctio n   an d   co n s u m p tio n   v ar ie s   o v er   ti m e .     E le m en ts   th a t  allo w   t h e  r eg u lati n g   o f   en er g y   d eliv er ed   to   th e  en d   u s er   m u s t  b e  in t eg r ated   in     th e  m icr o g r id ,   b ec au s e  i n   ca s e  o f   ab s en ce   o f   s o lar   r ad iatio n   [ 12 ]   o r   w i n d   [ 13 ]   th ese  s y s t e m s   ar e  u n u s ab le  to   g en er ate  en er g y   a n d   th e  en er g y   r ec ei v ed   b y   t h e  en d   u s er   w il l  b e  ze r o   [ 14 ] .   T h e  v ar iab ilit y   o f   th e  n et w o r k   an d   th e  f ast  r ea cti n g   t h at  n o w   is   r eq u ir ed   f o r   m ai n tai n   t h e  b ala n ce s   b et w ee n   t h e  lo ad   an d   t h e  r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   is   t h e  p r in cip al  p r o b lem   to   b e  s i m u lated .   I n   s o m e  r e m o te  p lace s   th er e  ar e  m icr o g r i d   co m p o s ed   o n l y   o f   r en e w ab le  en er g y   th at   m u s t  p r o v id e   en er g y   to   t h e  u s er   2 4   h o u r s   a  d a y ,   t h ese  m u s t  n ec es s ar il y   h a v e  d ev ice s   th at  allo w   to   t h e  en er g y   g e n er ated   to   b e  s to r ed   o r   b e  s u p p lem en ted   w ith   o t h er   s o u r ce s   o f   g en er atio n   [ 15 ]   f o r   its   p r o p er   f u n ctio n in g .           F i gu r e   1.     T y pi c al   e ne r g y  p r od uc t i on   a nd   c o ns u m pt i on   i n   a   D a y  ( 2 4 H )       T h e  s o lu tio n   f o r   in te g r atin g   r en e w ab le  en er g ies  a n d   r eg u la tin g   f l u ct u atio n s   is   ca l led   s m ar t  g r id s .   T h is   is   a  t y p e   o f   n et w o r k   t h at  ca n   co o r d in ate  th e  a v ail ab le  en er g y   s o u r ce s   an d   r est o r e  th e  s tab ilit y   i n   th e  n et w o r k .   S m ar t   g r id   w i l l  h elp   to   i n cr ea s e  th e   lev e l   o f   p en etr atio n   o f   r en e w ab l e  en er g ie s ,   I R E N A  ( I n ter n atio n a l  R e n e w ab le  E n e r g y   Ag e n c y )   [ 16 ]   de clar e    th at  w i th   le v el s   o f   p en etr atio n   h ig h er   t h an   3 0 %,   th is   i n f o r m atio n   ex c h a n g e  tec h n o lo g y   i s   ess e n tial  f o r   th e  p r o p er   f u n ctio n in g   o f   elec tr ical  g r id s .     3 . 1 .     Sm a rt   g rid a s   s o lutio n   T h e  m ai n   ch ar ac ter is t ic  o f   a  s m ar t  g r id   is   to   u s e  tech n o lo g y   to   ac q u ir e  in f o r m atio n   i n s ta n tan eo u s l y   to   ac h iev e  t h e  b alan ce   b et w e en   g e n er atio n   a n d   d e m a n d ,   in   th is   w a y   it  h elp s   to   m ak e  d ec is io n s   b ased   o n     th e  i n f o r m atio n   r ec ei v ed ,   an d   k ee p s   t h e  s y s te m   o p er at in g   w i th   t h e   h i g h est   ef f ic ien c y .   T h e  tech n o lo g y   ca n   b e   ap p lied   in   g e n er ato r s   a n d   co n s u m er s .   T h e  d esire d   p er f o r m a n ce   o f   a  s m ar t  g r id   ar e:  T h e  g en er atio n   o f   e n er g y   is   alr ea d y   d is tr ib u ted   an d   co n s u m er s   ca n   co n tr ib u te  en er g y   to   t h e  n et w o r k ;  t h e  f lo w   o f   en er g y   is   i n   t w o   d ir ec tio n s   f r o m   g en er ato r s   to   co n s u m er s ,   an d   co n s u m er s   t o   g en er ato r s ;  C o n s u m p tio n   c o n tr o l  is   b ased   o n     r ea l - ti m e  a n d   h is to r ical   d ata;  h o w ev er ,   t h e   n et w o r k   ca n   h a v e  r ap id   v ar iatio n s   i n   p o w er   f lo w ;   I t  m u s t   m ain tain   th e  s tab ilit y   o f   t h e  n et w o r k ,   e v e n   w h en   t h e  a v ailab le  s o u r c es  ar e  v ar iab le  an d   d ep en d   o n   n at u r al  ele m e n ts ;   Dep en d in g   o n   t h e  r esp o n s e  t i m es  r eq u ir ed ,   en er g y   m u s t  b e  s to r ed   in   s o m e  f o r m ;  T h e  g en er ated   v o lta g e ,   f r eq u en c y   a n d   to p o lo g y   o f   th e   n et w o r k   ar e  m o n ito r ed .   T h is   s u p er v is io n   is   s e m i - au t o m a tic  o r   f u ll y   a u to m a tic  an d   s h o u ld   h av e  m o r e  ad v an ce d   co n tr o l.    E v en   au to m atic   to p o lo g y   c h a n g e s   ar e  al lo w ed ;   T h e  co n s u m er   i s   a n   ac ti v e  e n tit y   a n d   ca n   g en er ate   en er g y   f o r   th e  elec tr icit y   n e t w o r k .   T h e  eq u ip m e n t  t h at  in teg r ate  a  s m a r t  g r id   m u s t  b e  h as :  1 )   th e  ab ilit y   to   co m m u n icat e   b et w ee n   t h e  d if f er en t  co m p o n en ts   a n d   ag e n t s ;  2 )   d ata  m a n a g e m e n t  in   r ea l  ti m e;  3 )   C o llec tio n   o f   i n f o r m atio n   f o r   tak i n g   co n tr o l a ctio n s ; 4 )   E x ec u t io n   o f   co n tr o l a ctio n 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.  11 ,   No .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   2 0 1   -   21 6   204   4.   T H E   M O DE L   O F   T H E   M I CRO G R I D   4 . 1 .       E lect rica l  c o nn ec t io n lik e  a   no n - inte rc o nn ec t ed  zo n e   T he   s i m ul at i on   m o de l  i s   de s i gn e d  t o  r e pr e s e nt   t he   el e ct r i c  gr i d   of   t he   no n - i nt e r c o nn e ct e d   a r e a   of   P ue r t o  C a r r e ño   i n  C ol o m bi a .   T he   F i gu r e  2   [ 1 7 ,   1 8 ]   s h o w s   t he   s i n gl e  li ne   di a gr a m ,   t h i s   el e ct r i c al   gr i d  ha s   t he   f ol l o w i n g  c ha r a c t e r i s ti c s :  T he   m i c r o gr i d  ha s   a  c o nn e c t i on   f r o m   a n  e l ec t r i c al   n et w or k  at   34 . 5  k V ,   t h i s   e ne r gy   i s   s e nt   t o   a  di s t r i bu t i o n   s u bs t at i on   at   1 3. 2  k V   ( G r i d  C o n ne c ti o n) ,   t he   D i e s el   po w e r   pl a nt s   i n  48 0 V   a r e  c on ne c t e d  t o  t he   gr i d  t hr o ug h  a  s t e p - u p  t r a ns f or m e r   t o  t he   13 . 2 k V   m e di u m   v ol t a ge   b us ba r ,     t he   l oa ds   a r e  c on ne c t e d   b y  a  po l e - m ou nt e d  r e du c e r   t r a ns f or m e r   t ha t  r e du c e s   t he   vo l ta ge   f r o m   1 3. 2   k V   t o   20 8/ 1 2 0  V   t o  be   us e d  b y  t he   r e s i de nt i al   l oa d.           Fig u r e  2 .   P u er to   C ar r eñ o   g r id ,   s in g le  li n e  d iag r a m       F o r   t he   el e ct r i ca l  ne t w or k,   t he   s i m ul a ti o n  e m ul at e s   t he   c o nn e c t i on   of   t he   p o w e r   s ys t e m   o f   P ue r t o  C a r r e ñ o,   w he r e   t he   l oa ds   a r e  a p pr ox i m a t el y  5  M V A ,   t he   ne t w or k  a r r i ve s   f r o m   V e ne z ue l a   t hr o ug h  a   m e di u m   v ol t a ge   li ne .   T he   ge ne r a t or s   a r e  c on ne c t e d  t o  t he   ne t w or k  t h r o ug h  a n  e le va t or   tr a ns f or m e r .   T he   n o m i na l  r at e s   a nd   c a pa c it i e s   a r e  pr o po s a l s   i n  t he   m od e l  s h o w e d  i n  t he   T a bl e  1.     I n  t he   up pe r   pa r t   of   t he   t a bl e  t he   s o ur c e   i s   i n di c at e d.   T h e  f i r s t   r o w   i s   t he   n o m i na l  p ha s e - p ha s e   v ol t a ge   t ha t   w il l  be   us e d  f o r   t he   el e c t r i c al   c o n ne c ti on ,   i n  t he   l o w e r   pa r t   i s   s h o w   t he   no m i na l  p o w e r   of   e a c h   s o ur c e   or   l oa d.       T a bl e   1.   Vo ltag e s   an d   P o w er s   o f   th e  s o u r ce s   th at  m a k e  u p   t h e  m icr o   n et w o r k .     Di ese l   g en e rat o r   W i n d   fa rm   P h o t o v o l t a i c  P a rk   S t o rag e   L o ad   Nomi n al  Vol t ag e   [V n ]   4 8 0   V   1 3 . 8 k   V   1 3 . 8   k V   2 0 8 / 1 2 0   V AC   2 0 8 / 1 2 0   V AC   Nomi n al  P o wer   [S n ]   1 0   M V A   2   M V A   2   M V A   4 0 0 k VA   5 M VA   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       S imu la tio n   o f  a   micro g r id   fo r   a   n o n - in terco n n ec te d   z o n e  th a t in teg r a tes r en ewa b le  en erg ies ( Ge r ma n   R ein a )   205   T he   s iz e  of   t he   l oa d  i s   de f i ne   by   t he   r e p or t  f r o m   I P S E   i n   t he   m o nt hl y  t e le m e t r y  r e po r t     of     t he   no n - i nt e r c o nn e c t e d  a r ea   of  P ue r t o  C a r r e ñ o   2 0 14   [ 17 ,   1 8 ] .   T he   po w e r   of   t he   D ie s el   ge ne r a t or   i s     t he   s u m   of   t he   pl a nt s   t ha t  t h is   ne t w o r k  a l r e a dy   ha s .   T he   el e va ti n g  t r a ns f or m e r s   a r e  i n s t al l e d  t o  i nc l u de   t he   r e ne w a bl e   s ou r c e s   a t  a  t y pi c al   di s t r i b ut i o n  vo l t a ge   us e d  i n  C ol o m bi a   a s s u m i ng   t ha t   t he y  a r e  f a r   f r o m   t he   c o ns u m pt i o n   c e nt e r s ,   a s   w e ll   a s   i m pl e m e nt s   t he   t yp i ca l  r e d uc i ng   t r a ns f or m e r s   t ha t  e xi s t  i n     t he   di s t r i bu t i on   ne t w or ks   c l o s e   t o  t he   l oa d.   T he   m i c r o gr i d   ha s   t he   c a pa ci t y  t o  c o nn e c t   t o  t he   ne t w or k.     T he   el e ct r i ca l  c o nn e c t i o n  c o ns i s t s   of   t hr e e   no de s   ( B U S _ 1,   B U S _ 2,   B U S _ 3)   s h o w n  i n   F i g ur e   3,   t he   f i r s t   i s   t he   di e s e l  ge ne r at i on   n o de   at   4 8 0  V   A C ,   t hi s   p oi nt   ha s   a   s m a ll   l o a d  t ha t   r e pr e s e nt s     t he   a u xi l i a r y   s e r vi c e s   of  t he   m ac hi ne   a nd   f r o m   w he r e  t he   pa r a m e t e r s   f or  f r e q ue nc y   r e gu l a ti o n  w i ll   be   ta ke n.   T he   di s t r i bu t i on   s u bs t at i o n  i s   r e pr e s e nt e d  a s   t he   B U S _2 ,   w he r e   t he   di e s e l  ge ne r at or   i s   c on ne c t e d   t hr o ug h  t he   2 0  M V A   Y g  /  Y g  el e va t or   t r a ns f or m e r .   I n  t h i s   b us ba r   t he   s ou r c e s   of   t h e  el e ct r i c  ne t w or k,   t he   w i nd   f a r m   pl a nt   a n d  t he   ph ot o v ol t ai c   f a r m   a r e   c o n ne ct e d.   T he   b us ba r   at   13 . 8  k V   a nd   ha s   a   r e f e r e nc e   t o   gr ou n d  t hr o ug h  a  Z I G - Z A G   t r a ns f o r m e r   of   10   M V A ,   t hi s   i s   i ns t al le d  i n  c a s e  t he   d i e s el   s o ur c e   w a s   is ol a te d  a nd   t he   s ys t e m   i s   f l oa ti n g.  T hi s   bu s   f e e ds  t he   l oa d  n od e   t hr o ug h  a  r e du c i n g  t r a ns f o r m e r   f r o m   13 . 8  k V   t o  20 8 V   w it h  a  c a pa ci t y  of   2 0  M V A   Y g  /  Y g.   T h e  B U S _ 3  r e pr e s e nt s   t he   l i ne s   of  di s t r i b ut i o n  up   t o   t he   l oa ds .   T he   l oa ds   a r e   c o nn e c t e d  t o  20 8/ 1 2 0  V A C   a s   w e l l  a s   t he   40 0 - k V A   di s t r i bu t e d  s t or a g e   s ys t e m   [ 19 ].   A n  i m p or t a nt   po i nt   i n  t hi s   de s i g n  i s   t h a t  i t  t o ok   i nt o   c o ns i de r a ti o n  t he   hi gh   c os t  of   l a r ge   di s t r i bu t e d  s t or a ge   s ys t e m s ,   w hi c h  a t  t hi s   t i m e  r e d u c e s   t he   s t or a ge   c a pa ci t y   o f   t hi s   t ec h n ol og y,     s i nc e   t he y  w il l  no t  be   i m pl e m e nt e d   i n  t he   c ur r e nt   s ol ut i o ns   un t il   t he i r   pr i c e  i s   m or e   a f f or da bl e ,     t h i s   w ou l d  gi ve   a n  a pp r o xi m a ti o n  t o  t he   r e al   e n vi r o n m e nt   t ha t   m a y  be   i n  t he   ne a r   f ut ur e   I n  or de r   t o   s i m ul a te   t he   e f f e c t  of  r e ne w a bl e  e ne r gi e s   a  l e ve l  of  pe ne tr a ti on   of   r e ne w a bl e  e ne r g y   s o ur c e s   e xc e e di n g   30 %   w a s   pr o p os e d,   t hi s   i s   r e pr e s e nt e d  a s   f ol l o w s ,   2  M V A   of   t he   w i nd   f a r m   pl us  2   M V A   i n   t he   s ol a r   pl a nt   f or  a  t ot a l  of  4   M V A ,   w hi c h   i s   e qu i va l e nt   t o   a pp r ox i m a t el y   4 0 % ;  t he   no n - r e n e w a bl e  ge ne r a ti on   s o ur c e  i s   1 0   M V A ;  T he   s t or a ge   c a pa ci t y   i s   4 00   k V A   ( E ne r g y  S t or a ge   4% )   a n d   f i na l l y   t he   c o ns u m pt i on   of   t he   l oa d  i s   5  M V A .     4 . 2 .     Si m ula t io n c o ns idera t io ns   F o r   t he   s i m ul at i o n   of   t hi s   m i c r og r i d,  t he   Ma t la b  pr o gr a m   w a s   us e d,  e s pe c i al l y  t he   S i m ul i n k   t oo l   a nd   i t s   S i m s c a pe ™  P o w e r   S ys t e m s   t o ol   bl oc k.   T he   el e ct r i c al   ne t w or k  w a s   m o de l e d   on   t he   e xa m pl e s   o f   t h i s   l i br a r y  a nd   t he   t oo l  bl oc ks  t ha t  t hi s   pr o gr a m   of f e r s .   T he   s i m ul at i on s   a r e  d on e   w i t h   p ha s o r s   f or   be tt e r   ti m e s   of  s i m ul at i o n   a n d   be c a us e  t hi s   r e pr e s e nt a ti on   f a ci li t at e s   t he   i m pl e m e nt at i o n   a nd   c al c ul at i o n   of     t he   t hr e e - ph a s e   p o w e r   s ys t e m s .   T he   ne t w or k  of   t he   pr oj e ct   w a s   a da pt e d  a n d   pr e s e nt e d  i n  F i gu r e   3,     t he   el e ct r i c  m o de l  of  t he   ne t w or k  w a s   pr o po s e d  a n d  i nt e r c on ne c t e d  t o  r u n  a   l oa d  f l o w ,   t hi s   al l o w s   t o  s i m ul a te   di f f e r e nt   s ce na r i os ,   it   w a s   de c i de d  t o  us e   a  ti m e   r a ge   of   24   h ou r s   w he r e   t he   l oa d  f l o w   i s   r u n  o n   t hr e e  no de s   B us _1   D i e s e l   pl a nt ,   B us   2   r e ne w a bl e  s ou r c e s   a n d  B us   3   l oa d  a n d   s t or a ge   s ys t e m s .     T he   m o de l   of   t he   Ma tl a b  e x a m pl e  l i br a r y  w i t h  s i m ul at i on   f or   2 4  h o ur s ,   w a s   a da pt e d   t o  c or r e s p o n d  t o     t he   ne t w or k  de s i g ne d  f or   t hi s   s pe c i f i c   m i c r o gr i d.   T he   s i m ul at i on   of  t he   e xc h a ng e   of  i nf or m a t i on   i s   be t w e e n   t he   s t or a ge   s ys t e m   a n d   t he   di e s e l   pl a nt ,   s i nc e  t he   gr i d  ne t w o r k  i s   m o de le d  a s   a n  i nf i ni t e  s o ur c e   a nd   o ve r   w hi c h  t he r e   i s   no   c o nt r ol .     W i nd   p o w e r   pl a nt s   a n d  s ol a r   e ne r g y  be ha ve   a s   i n de pe nd e nt   s ys t e m s   or   di s t ur ba nc e s   w he r e  it   i s   no t   po s s i bl e  t o  a nt i c i pa t e   t he   e ne r gy   t he y  w il l   pr o d uc e .   T he   c o nt r ol   s t r at e gy   c on s i s t s   of   ke e pi n g     t he   f r e q ue nc y  a n d  v ol t a ge   o n  B U S _ 3  a s   c l os e   a s   60   H z   a nd   a t  2 08   V A C .   T he   s i m ul at or   d oe s   n ot   al l o w   t o   us e  a n  O S I   e xc ha n ge   m o de l  ba s e d  on   t he   I E C   61 8 5 0  s t a nd a r d  [ 20 ,   21 ] ,   t o   r e pl a ce  t hi s   c o nc e pt   i n    t he   s i m ul at i o n   it   i s   a s s u m e d   t ha t  t he   i nf or m a t i on   ha s   no   de l a ys  a nd   t ha t  it   i s   e xc ha n g e d   di r e ct l y,  t ha t  i s ,   t he r e  i s   a n   i de a l  pr oc e s s   b us   f or   t he   r e c e pt i o n   a n d  s e nt   i nf or m a ti o n  t o   e a c h   c o nt r ol l e r .     T he   i nf or m a t i on   w a s   e xc ha ng e d  us i ng   gl o ba l   ta gs ,   t he s e   c a n  be   vi s ua li z e d  by   ot he r   c o m p o ne nt s   D ue   t o  s ta bi li t y  pr o bl e m s   i n  t he   l oa d  f l o w   ge ne r a t e d  w he n  e xe c ut i n g  t he   s w i t c h  m a ne u ve r s   ( T r a ns i e nt   t ha t  oc c ur   i n  t h e  op e ni n g  or   c l os i ng   m a ne uv e r s   -   T R V ) ,   t he r e   w e r e   s o m e   di f f i c ul t i e s ,     w hi c h  c a us e d  t ha t  t he   pr og r a m   di d  n ot   f i n d  t he   s ol ut i o n  w he n  s i m ul at i ng   t he   l oa d  f l o w .   A s   a  s ol ut i on   t o   t h i s   pr o bl e m ,   t he   m a ne u ve r s   w e r e   di s a bl e d,   a nd   t he   s w i tc he s   w e r e   r e m o ve d  f r o m   t he   ge ne r a t i on   s o ur c e s .   O nl y  t he   s w it c h   a s s oc i at e d  w i t h   t he   i de a l  s ou r c e   ( G r i d )   is  i m pl e m e nt e d,  w hi c h  w il l  be   c o nt r ol l e d  t o   m a ke   t he   di s c o nn e c t i on   i n  t h e   ca s e   of   i s la n d  m od e   T he   s i m ul at i on   m o de l s   a r e:   a.   M o de   I s l a nd :  W he n  t he   s w i tc h  a s s oc i at e d  w it h  t he   ne t w or k  i s   o pe ne d  a nd   t he   s ys te m   i s   w or ki n g   al o ne   t hr o u gh   t he   ge ne r a t or   a nd   r e ne w a bl e   s o ur c e s .   b.   C o ge ne r a t i on :   T he   ne t w or k  is   c on ne c t e d,   a nd   t he   c on t r o ll e r   i s   m od e l e d  t o  m i ni m i ze   t he   us e   of   f ue l   bu t   m a i nt ai ni n g  s t a bi li t y i n  t he   f r e q ue nc y   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 .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   2 0 1   -   21 6   206   T he   l oa d  i s   of   r e s i de nt i al   t y p e  a nd   t w o  di f f e r e nt   w a ys   of   s i m ul a ti ng   it   w e r e   i m pl e m e nt e d,  o ne   a s   a  c on s t a nt   s ys t e m   a n d  t he   o t he r   w it h  a  va r i a bl e  l oa d  pr of il e   du r i n g  da yl i g ht   h o ur s .   P r of il e s   w e r e   al s o   ge ne r a t e d  f or  t he   w i n d   a n d   f or   t he   s u nl i g ht   t ha t  f e e d   t he   r e ne w a bl e  e ne r gi e s ,   t a ki n g   a s   a  ba s e  t he   l oc a l   i nf or m a t i on   of   t he   i ns t al l at i on   t hr ou g h  t he   hi s t or i c al   da t a  of   t he   I D E A M   a nd   i t s   vi r t ua l   at l a s   [ 2 2 ,  23 ] .           Fig u r e  3 .   Mic r o g r i d   s i m u latio n   d iag r a m       4 . 3 .     M o dels   f o r  s i m u la t io n   T he   c ho i c e  of   ge ne r a ti on   s ou r c e s   i s   m a de   b y  r e c r ea ti n g  t he   C ol o m bi a n  s ce na r i o,   w hi c h  ha s   s e ve r a l  i nt e r c o nn e c t e d  a nd   no n - i nt e r c o n ne c te d  a r e a s   t ha t  c a n  m a ke   us e  of   r e ne w a bl e  r e s o ur c e s   a n d   c ou l d  be   i m pl e m e nt e d  i n  t he s e   a r ea s   i n  t he   f ut ur e .     4 . 3 . 1 .     Diesel pla nt   T he   m o de l  f or   t he   di e s e l  pl a nt   i s   s ho w n  i n  F i gu r e   4 ( a ) ,  i t  c on s i s t s   of   a n  e n gi ne   t ha t  s e nd s   m e c ha ni c al   po w e r   t o   a  s yn c hr o n o us  m a c hi ne ,   t he   go v e r no r   i s   r e s p o ns i bl e  f or  r e g ul at i n g  t he   p o w e r   a cc or di n g  t o  a   c on t r ol   c r it e r i o n,   i n  t hi s   c a s e  i s   t he   s p e e d   of   t he   r ot or   ( a s s oc i at e d   w it h  f r e qu e nc y) .     T he   pa r a m e t e r s   of   a  m a c hi ne   a r e  ta ke n  u nd e r   t he   n or m   I E E E   r e c o m m e nd e d  pr a c ti c e   f or   e xc it at i on   s ys t e m   m od e l s   f o r   p o w e r   s ys t e m   s t a bi l it y  s t ud i e s ,   de v el o pe d  b y   .   S yb i ll e   ( H y dr o - Q ue be c ) ,   T a r i k  Z a ba i o u  ( E T S )   -   p o w e r _ m a c hi ne s   [ 24 ] .   T he   e ng i ne   i s   r e pr e s e nt e d   i nsi de   t he   g ov e r n or   w hi c h  ge ne r a t e s   p o w e r   t ha t  d el i ve r s   t o    t he   s yn c hr on o us   m a c hi ne ,   it   a l s o   ha s   a n   e xc it at i on   s ys t e m   w hi c h  i s   r e s po ns i bl e  f or   c o nt r ol li n g     t he   v ol t a ge   of   t he   m a c hi ne   ( a s s oc i at e d  w i t h  t he   a m pl i t ud e )   a nd   p o w e r .   T hi s   m o de l  i s   t a ke n  f r o m     t he   Ma t la b  li br a r y  a nd   a da p te d  f or   t hi s   s i m ul at i o n.   T he   r e gu l a t or   of   t he   m a c hi ne   ha s   a   f e e db a c k  f r o m     t he   ou t p ut   of   t he   s y nc hr o no us   m a c hi ne   bl oc k  a n d  c a lc u la t e s   t he   e r r or ,   t o  s e nd   t he   de s i r e d  t o r q ue   a n d   t hu s   c l os e   t he   c on t r ol   l o op .   T hi s   m od e l   ha s   a   p ha s or s   m et e r   t ha t   l at e r   i s   us e d  t o   de c o m po s e   t he   a c t i ve   p o w e r   ( ) ,   r e a ct i ve   ( )   a nd   a p pa r e nt   ( )   pr o vi de d   by   t he   s ys t e m .   T he   c a lc ul at i o n  of   t he   p o w e r   us e d  i n   t he   s i m ul at i on   a s s u m e s   t ha t  it   i s   a  ba l a nc e d  s ys te m ,   i n   w hi c h  by   t he   i nt e r po s it i o n  t he or e m   t he r e   i s   on l y  t he   po s i ti ve   s e qu e nc e   f or   w hi c h  t hi s   c a l c ul at i o n  m e t h od   i s   a pp l i e d.   T he   F i g ur e   4 ( b )   s ho w   t he   c al c ul at i o n  s ys t e m .   T he   p o w e r   f a ct or   ( a n gl e )   i s   ta ke n  f r o m   t he   di f f e r e nc e  of   t he   a n g l e s   of   t he   p h a s or s   r e pr e s e nt i ng   t he   c ur r e nt   a n d  t he   v ol t a ge .   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       S imu la tio n   o f  a   micro g r id   fo r   a   n o n - in terco n n ec te d   z o n e  th a t in teg r a tes r en ewa b le  en erg ies ( Ge r ma n   R ein a )   207     ( a )         ( b)     Fig u r e  4 .   Mo d els f o r   s i m u latio n ,   ( a)   Si m u latio n   m o d el  f o r   th e  d iesel p lan t i m p le m e n ted   in   m atlab ,    ( b )   Cal c ul at i on   of   t he   p o w e r   ba s e d  i n  v ol t a ge s   a n d  c ur r e nt s       4 . 3 . 2 .     Win  pla nt   T he   w i nd   ge ne r a t or   i s   r e pr e s e nt e d  a s   a   c u bi c   r el at i o n  be t w e e n  t he   w i n d  a nd   t he   p o w e r   o ut p ut   w i t h  a  c e r t a i n   e f f i ci e nc y  a nd   a  f i xe d  r ea c ti ve   p o w e r .   F o r   t he   s i m ul at i o n,   a  ve l oc i t y  pr o f i l e  w a s   ge ne r a t e d   ba s e d  on   t he   a ve r a ge s   s h o w n   i n   t he   I D E A M  vi r t ua l  at l a s ,   w he r e  t he   w i nd   s pe e d  i nc r e a s e s   at   ni gh t ti m e .   F o r   t he   ge ne r a t or ,   a  s i m pl i f ie d  s ys t e m   w a s   us e d,   w hi c h  c on ve r t s   t he   p o w e r   of   t he   D C   s ys t e m   i nt o   a  t hr e e - ph a s e   p o w e r   ge ne r a t or   ba l a nc e d  i n  A C ;  t hi s   m o de l e d  i nv e r t e r   t hr ou g h  a  r el at i o ns hi p  be t w e e n     t he   vo l ta ge s   t ha t  t he   s ys t e m   ha s   a n d   t he   c ur r e nt s   t ha t  m u s t  be   i nj e c te d  i nt o  t he   s ys t e m   a nd   t he   p o w e r s   i n   D C ,   al l o w s   t he   s i m ul a ti on   t o  be   f a s t e r   a nd   ge ne r a t e  t h e  t hr e e - p ha s e   po w e r   i n  t he   s ys t e m   w i t h   o nl y  kn o w i n g  t he   po w e r   i n  D C   ge ne r a t e d   I n  or de r   t o   be t te r   a p pr ox i m a te   t he   m od e l   of   t he   w i n d  f a r m ,   t he   e xa m pl e  pr op os e d  by   Ma tl a b  i s   i m pl e m e nt e d,   by   i nc or p or a ti ng   a   pr ot e c ti on   o ve r   s pe e d  o f   t he   pa r k,   at   t he   m o m e nt   t h at   t he   pr o gr a m m e d   li m it   i s   e xc e e de d,   t he   s ys t e m   c ut s   t he   po w e r   ge ne r a ti on ,   un t il   t he   w i n d  s pe e d   de c r e a s e  be low   t he   a dj us t e d   va l ue .   I n  t he   F i g ur e   5  i s   s ho w i n g  t he   m o de l   t ha t  i s   us e d  t o  ge ne r a t e  a n  a p pa r e nt   t hr e e - ph a s e   po w e r   i n  A C   w i t h  a   de s i r e d  po w e r   i n  D C   [ 25 ].   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 .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   2 0 1   -   21 6   208   T he   p o w e r   c al c ul at e d  t o  t he   ne t w or k  i s   c on ve r t e d  i nt o  t hr e e - p ha s e   po w e r   a s s u m i n g  t ha t     t he   s ys t e m   i s   ba l a nc e d,   s o  t h a t  o nl y  po w e r   i s   ge ne r a t e d  b e ca us e   i t  i s   i n  z e r o  s e qu e nc e .   W he r e   t he   t hr e e - ph a s e   vo l t a ge s      a nd      a r e   m e a s ur e d,   t he   p os i ti ve   s e q ue nc e   v ol t a ge   1   i s   c a lc ul at e d  us i n g   t he   r ot at i o n  o pe r a t or   " "  ( 1) .     = − 1 2 + √ 3 2   ( 1)           Fig u r e  5 .   W i nd   p l a nt   m od e l       O nc e   yo u  ha ve   t he   t hr e e - p ha s e  p o w e r   S   f or   t he   ba la n c e d   s ys t e m ,   y o u  pr oc e e d  t o  c al c ul at e     t he   p os it i ve   s e q ue nc e   c u r r e n ts   1   a nd   2   t ha t   w il l   gi ve   t he   va l ue   of   t he   t hr e e - p ha s e   c ur r e n t  ge ne r a t e d  b y   t he   s ou r c e .   T hi s   c o nc e pt   i s   us e d  t hr o u gh o ut   t he   s i m ul a t i o n  t o  r e pr e s e nt   D C   t o  A C   po w e r   c o n ve r t e r s .   T hi s   m od e l   i s   us e d  t o  ge ne r at e  a n  a pp a r e nt   t hr e e - p ha s e  p o w e r   i n  D C   w i t h  a   de s i r e d  po w e r   i n  D C .     A f t e r   ge ne r a t or   s e n ds   t he   p o w e r   q ua nt it y,   t he   s ys t e m   m u s t   a da pt   t he   v ol t a ge   t o  a  va l ue   t ha t  al l o w s   it   t o   be   c on ne c t e d  t o  t he   t r a ns m i s s i o n  ne t w or k  i n  1 3. 8  k V   s i m ul at i ng   t he   r e q ui r e d  s u bs t a ti on   i n  t hi s   t yp e   of   pl a nt ,   it   al s o  i nc l ud e s   a  l oa d  t ha t  r e pr e s e nt s   t he   l os s e s   a nd   el e m e nt s   c on s u m e d   b y  t he   o w n  s ys t e m s .     T he   i de a l   s o ur c e   i s   pl a ce d   s o  t ha t   t he   s ys t e m   c a n  c a l c ul at e   va l ue s  of      a n d     a s   r e f e r e nc e   at     t he   be gi n ni n g  of   t he   s i m ul a ti on ,   s e e   F i gu r e   6 .           Fig u r e  6 .  El e ct r i ca l   c on ne c ti o n  f or   t he   w i nd   pl a nt       I n   t hi s   s i m ul at i o n,  t he   r ea ct i ve   ge ne r a t i on   ca pa c it y  i s   li m i te d,   a s   i s   t he   c a s e  w it h  w i nd   t ur bi ne s   i n  r e al   li f e .   I n  s u m m a r y,   t he   i m pl e m e nt e d  m o de l   al l o w s :   a.   S i m ul at e   t he   t r i ps   b y  o ve r   s p e e d.   b.   D e l i ve r   t hr e e - p ha s e   p o w e r   a s   a   r el at i o n  t o  w i n d  s pe e d.   c.   L i m it   t he   r e a ct i ve   p o w e r   de li ve r e d  ( )   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       S imu la tio n   o f  a   micro g r id   fo r   a   n o n - in terco n n ec te d   z o n e  th a t in teg r a tes r en ewa b le  en erg ies ( Ge r ma n   R ein a )   209   4 . 3 . 3 .     P ho t o v o lt a ic  p la nt   T he   m o de l   f or   t he   s ol a r   ge ne r a ti o n  pl a nt   i s   c o m po s e d   of   a  r el a ti on   be t w e e n  i r r a d ia nc e   a nd   po w e r ,   w he r e  t he   po w e r   i s   c al c ul at e d   de pe n di ng   on   t he   ar e a  t o   be   us e d   a nd   t he   e f f i ci e nc y  of  t he   c el l s     t he   c o nc e pt   i s   s ho w n  i n   F i g u r e  7 .   W i t h   t hi s   a s s u m pt i o n   s i m pl i f i e s   t he   m o de l ,   a s s u m i n g   t ha t  t he   m o d ul e s   a nd   a r r a ys   o f   c e ll s   a r e  gr ou pe d  a nd   de l i ve r   a  D C   v ol t a ge   w i t h  a  ce r t ai n  po w e r .   T he   o ut p ut   of     t he   t hr e e - p ha s e   ge ne r a t or   i s   c on ne c t e d   t o   a  l oa d  t ha t  r e pr e s e nt s   t he   o w n  s e r vi ce s ,   i n   a dd i ti o n  t o  t he   i de a l   s o ur c e   f or   t he   c a lc ul a ti on   o f   t he   v ol ta ge s      a nd      s ho w n   i n  F i gu r e   8 .   T hi s   ou t p ut   at   57 5  V   i s   r ai s e d  t o  13 . 8  k V   t hr ou g h  t he   el e va t or   t r a ns f or m e r ,   w hi c h  c on ne c t s   t o  t he   ne t w o r k.   I n  t hi s   m o de l ,   t he   ge ne r a ti o n  of   r e a ge nt s   i s   al s o  li m i t e d.   T o  s i m ul at e   t he   el e ct r i c al   be ha vi or   of   t he   P V   P l a nt .           Fig u r e  7 .   E n er g y   s to r ag e  m o d el  b ased   in   a  m atlab   ex a m p le           Fig u r e  8 .   E lectr ical  co n n ec tio n   f o r   th e  P V  p lan t     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 .   1 ,   Feb r u ar y   2 0 2 1   :   2 0 1   -   21 6   210   4 . 3 . 4 .     E nerg y   s t o ra g e   T he   e ne r g y  s t or a ge   s ys t e m   w a s   r e pr e s e nt e d  i n  a  s et   of   ba tt e r y  m od ul e s ,   gr ou pe d  i n   b l oc ks   t o  i nc r e a s e  t he   va r i a bi li t y,  a  r a nd o m   f u nc ti o n   i s   i nc l ud e d  t o  r e pr e s e nt   i n  t he   m o de l  t ha t  t he   bl oc ks   a r e  i n  di f f e r e nt   s t at e s   of  c ha r ge ,   a n d   t he   bl oc ks   c a n   be   r a n d o m l y   i n   c ha r ge   a nd   r e gu l a ti o n   m od e .   T he   c o nt r ol l e r   ta ke s   t he   bl oc ks   t ha t  a r e  i n  r e g ul at i o n  m o de   ( S O C >   85 )   a n d  t he y  ha ve   po w e r   t o  c on t r i bu t e   t o     t he   ne t w or k,   t he   bl oc ks   t ha t   a r e   be l ow   t he   l i m it   va l ue ,   a b s or b  p o w e r   f r o m   t he   e l e ct r i c al   ne t w or k.   T w o  di f f e r e nt   c o n ve r t e r   bl oc ks   a r e   us e d  t ha t   r e pr e s e nt   t he   s ys t e m ,   t he   f i r s t  i s   a n  A C / D C   c on ve r t e r   f or   t he   c h a r ge r s   a nd   t he   s ec o n d  i s   t he   D C / A C   c on ve r t e r s   f or   t a ke   e ne r gy   f r o m   t he   ba tt e r ie s   t o   t he   e le ct r i c al   s ys t e m .   T he   m o du l e s   ha ve   t he   p os s i bi l it y   of   be i ng   c o n ne c te d  or  d is c o nn e c t e d   f r o m     t he   ne t w or k  t hr o u g h  t he   s w it c h  t o  s i m ul a te   t he   c on ne c ti on   or   di s c on ne c ti o n  of   t he   s t or a ge   s ys t e m s   of f e r i n g   t he   po s s i bi l it y   of   s w i t c hi ng   ea c h  ba tt e r y   bl oc k   a nd   di s a bl i ng   t he   r e gu l a ti o n.  T he   F i gu r e  8 ( b )   s h o w   t he   s t or a ge   m od e l .       4 . 3 . 5 .     Resid ent ia l l oad   T o  r e pr e s e nt   t he   r e s i de nt i al   l oa d,   t w o  o pt i o ns   w e r e   ta ke n,   t he   f i r s t   op t i on   a ll o w s   t he   s i m ul at i on   of   a  c on s t a nt   l oa d  a n d  t he   s e c on d  al l o w s   s i m ul at i ng   a   va r ia bl e  l oa d  pr of il e  o ve r   t i m e .   T he   s e c on d  o pt i o n   is  a  r e s i de nt ia l  c ha r ge   t ha t  i nc r e a s e s   c on s u m pt i o n  at   ni gh t   a nd   r e d uc e s   i n  t he   e a r l y  m or ni ng   h o ur s     F i gu r e   9.                 Fig u r e  9 .   P o w er   co n s u m p tio n   f o r   a  r esid en tial lo ad   in   2 4   h o u r s         5.   SI M UL AT I O N   T he   m i c r o gr i d  t ha t  w a s   i m pl e m e nt e d  f or   t he   s i m ul at i o n  ha s   t w o  e l e m e nt s   t ha t   c a n  r e g ul at e     t he   a m ou nt   of   e ne r g y  de li v e r e d  t o  t he   l oa d,   t he   f i r s t  e le m e nt   i s   t he   D i e s el   pl a nt   a nd   t he   s e c o nd   i s     t he   e ne r gy   s t or a ge   e q ui p m e n t.  T he   s o ur c e  of   t he   el e ct r i ca l  n e t w or k   ( G R I D ) ,   al t h ou g h  it   de li ve r s   e ne r g y   c a nn ot   be   r e g ul at e d,   on l y  o pe n  or   cl os e  m a ne uv e r s   c a n   b e  c a r r i e d  ou t  c o nt r ol li ng   w i t h   t he   a s s oc i at e d  m a ne u ve r i n g  e q ui p m e nt .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.