I nte rna t io na l J o urna 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.   9 ,   No .   2 ,  A p r il   201 9 ,   p p .   1 0 4 5 ~ 1 0 5 7   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 2 . pp 1 0 4 5 - 1057          1045       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   Stocha stic  co n trol for opti m a l  po w er f lo w  in  isla nded m icro g rid       T ha ng   Diep - T ha nh 1 ,  Q ua ng   Ng uy en - P hu ng 2 ,  H uy   Ng uy en - Duc 3   1, 2 In stit u te f o r  Co n tro l  En g i n e e rin g   a n d   A u to m a ti o n ,   Ha n o i  Un iv e rsity   o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y ,   V ietn a m   3 S c h o o l  o f   El e c tri c a l  En g in e e ri n g ,   Ha n o i  U n iv e rsity   o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y ,   V ietn a m       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   1 9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Ma y   2 3 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J u n   2 5 ,   2 0 1 8       T h e   p ro b lem   o f   o p ti m a l  p o w e r   flo w   (OP F )  in   a n   islan d e d   m ircro g rid   (M G )   f o r  h y b rid   p o w e r  s y ste m   is  d e sc r ib e d .   Clea rly ,   it   d e a ls  w it h   a   f o rm u latio n   o f  a n   a n a ly ti c a l  c o n tro l  m o d e l  f o r  OPF .   T h e   M G   c o n sists   o f   w i n d   t u rb in e   g e n e ra to r,   p h o to v o lt a ic  g e n e ra to r,   a n d   d ies e l  e n g in e   g e n e ra to r  (D EG ),   a n d   is  in   sto c h a stic  e n v iro n m e n t  su c h   a s  lo a d   c h a n g e ,   w in d   p o w e r  f lu c t u a ti o n ,   a n d   su n   irrad iati o n   p o w e r  d istu rb a n c e .   In   f a c t,   th e   DE G   f a il s  a n d   is  re p a ired   a t  ra n d o m   ti m e s  so   th a t  t h e   M G   c a n   sig n if ica n tl y   in f lu e n c e   th e   p o w e r   f lo w ,   a n d   th e   p o w e r  f lo w   c o n tro l  f a c e s  th e   m a in   d iff icu lt y   th a t  h o w   to   m a in tain   th e   b a lan c e   o f   p o we r  f lo w?   T h e   so l u ti o n   is  th a t  a   DEG  n e e d s  to   b e   sc h e d u led .   T h e   o b jec ti v e   o f   th e   c o n tro l  p ro b lem   is   to   f in d   th e   DE G   o u tp u t   p o w e r  b y   m in i m izin g   th e   to tal  c o st  o f   e n e rg y .   A d o p ti n g   th e   Rish e l’s  f a m e w o rk   a n d   u sin g   th e   Be ll m a n   p rin c ip le,  t h e   o p ti m a li ty   c o n d it i o n s  o b tain e d   sa ti sfy   th e   Ha m il to n - Ja c o b i - Be ll m a n   e q u a t io n .   F i n a ll y ,   n u m e rica l  e x a m p les   a n d   se n siti v it y   a n a l y se s  a re   in c lu d e d   t o   il l u stra te t h e   im p o rtan c e   a n d   e f fe c ti v e n e ss   o f   th e   p ro p o se d   m o d e l.   K ey w o r d s :   Ha m ilto n - J ac o b i - B ell m a n   eq u atio n   H y b r id   P o w er   S y s te m   Ma r k o v   P r o ce s s   Mic r o g r id   Op ti m al  P o w er   Flo w   Co p y rig h t  ©   2 0 1 9   In stit u te o f  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 l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Qu a n g   N g u y e n - P h u n g ,     I n s tit u te  f o r   C o n tr o l E n g i n ee r in g   a n d   A u to m atio n ,   Han o i U n iv er s it y   o f   Scie n ce   an d   T ec h n o lo g y ,   1   Dai  C o   Viet,   Hai  B a  T r u n g ,   Han o i,  Vietn a m .   E m ail: q u a n g . n g u y e n p h u n g @ h u s t.e d u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   t h e  la s t  d ec ad es,  t h e   ea r th ’ s   cli m ate   h a s   c h an g ed   m u ch   m o r e   t h an   b ef o r e,   p ar ticu lar l y   th e   ca r b o n   d io x id e  lev el  h as  in cr ea s ed   f aster   an d   f aster   s o   th at  C O 2   lev el  s u r p as s ed   4 0 4   p p m   f o r   th e  f ir s t  t i m e  i n   r ec o r d e d   h is to r y   a s   m e n tio n ed   in   cl i m a te. n asa. g o v .   I n   o r d er   to   r ed u ce   ca r b o n   d io x id e  lev el ,   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce   is   a  g r ea t  s o lu tio n   f o r   en er g y   g en er atio n .   Fro m   t h is   p o in t  o f   v ie w ,   it  i s   e x p ec ted   t h at  t h e  r e n e w ab le  elec tr icit y   s u c h   as  w in d   a n d   s o lar   w o u ld   p la y   an   i m p o r tan t r o le  to   p r o v id e  th e  elec tr ical   en e r g y   n o t o n l y   i n   th e   n ea r   f u t u r e  b u t  al s o   to   i s la n d ed   m icr o g r id   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   C o n ce r n i n g   t h e  m icr o g r id   ( MG )   o f   w h i ch   t h e  co n ce p t  w a s   p r o p o s ed   an d   h as  b ee n   r ec en tl y   e m er g ed ,   d ev elo p ed   in   m an y   i n s ti tu t io n s   to   in tr o d u ce   a  s m ar t  g r id   [ 3 ] .   I n   r ea lit y ,   t h e  in s tallat io n   o f   DG  w it h   s m a ll - s ca le  p o w er   g e n er atio n   tech n o lo g ie s   h as  r ap id l y   in cr ea s ed   i n   m a n y   co u n tr ies a t a   r ed u ce d   co s t a n d   a  h ig h er   ef f icie n tl y .   MG   ca n   o p er ate  in   g r id - co n n ec ted ,   an d   is lan d ed   o p er atin g   m o d e s   [ 4 ] ,  [ 5 ] .    T h e  p r i n cip le  r o les o f   t h e  m icr o g r id   co n tr o l stru c tu r e  ar e  [ 4 ]   an d   [ 5 ]   as v o lta g e,   f r eq u e n c y ,   an d   an g le   r eg u lat io n   f o r   o p er atin g   m o d es;  p r o p er   lo a d   s h ar in g   an d   d is tr ib u ted   e n er g y   r e s o u r ce s ;  m icr o g r id   s y n ch r o n izatio n   w it h   th e  m ai n   g r id   ( u tili t y   g r id ) ;  p o w er   f l o w   co n tr o l  b et w ee n   th e  m icr o g r id   an d   th e  m a in   g r id ,   o r   w i th i n   m icr o g id ;  an d   o p tim izin g   t h e  m icr o g r id   o p er atin g   co s t.  I n   is la n d ed   o p er ati n g   m o d e,   th e  lo ca l   lo ad s   s h o u ld   b e   s u p p lied   b y   t h e  D G  u n i ts   th a t  t h e  co n tr o l  i s   ca r r ied   o u t   as   co n tr o lled   v o ltag e  s o u r ce s   ( C V S)   [ 6 ] .     Mo r e o v er ,   th e  MG   o p er a tio n   ca n   b e  s u b j ec t  to   s ev er al  p r o b lem s   s u c h   as:  v o lta g e  o s cillatio n s ,   f r eq u en c y   o s cillatio n s ,   an d   p o w er   q u alit y   is s u es  [ 7 ] .   T h er ef o r e,   th e  h i er ar ch ical  co n tr o l  s tr u ct u r e  co n s i s ts   o f   f o u r   le v el s ,   n a m e l y ,   th e  p r ima r y ,  s ec o n d a r y ,  tert ia r y ,   a n d   eme r g en cy   co n tr o l   [ 4 ] .   L iter atu r e  [ 4 ]   s h o w s   th a t  th e  p r i m ar y   co n tr o l  is   i n   n o r m al   o p er atio n ,   an d   d r o o p   co n tr o l  m et h o d s   i n v o l v e  a n   i n h er e n t  tr ad e - o f f   b et w ee n   p o w er   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.  9 ,   No .   2 ,  A p r il 2 0 1 9   :   1 0 4 5   -   1057   1046   s h ar i n g   an d   v o ltag e   an d   f r eq u en c y   r e g u la tio n ,   a n d   in c lu d e  f u n d a m en tal  co n tr o l  h ar d w ar e.   T h e  s ec o n d ar y   co n tr o l  is   in   o f f - n o r m al  o p er atio n ,   an d   co m p en s ate  f o r   t h e  v o ltag e  a n d   f r eq u en c y   d e v iatio n s   af ter   th e   p r i m ar y   co n tr o l  ac h iev e s   t h e  p o w er   s h ar in g .   P ar ticu lar l y ,   th e  ter tiar y   co n tr o l  is   u s ed   to   r esto r e  th e  s ec o n d ar y   r eser v e,   an d   m a n ag e s   th e  p o w er   f lo w  b et w ee n   t h e  m icr o g id   an d   th e  g r id ,   an d   w it h i n   th e  m icr o g r id   f o r   th e  ca s e  o f   is lan d ed   m o d e  t h at  lead s   to   t h e  ec o n o m ic  is s u e s .   T h er ef o r e,   th e  o p ti m al  p o w er   f lo w   is   also   to   b e  ca lled   en erg y  ma n a g eme n t   th at  i m p l e m en ts   i n   a  SC AD A   s y s te m   t h at  p r o d u ce s   th e  lo w e s t c o s t o f   en er g y .     T o   s o lv e  th e  p r o b lem   o f   o p tim al  p o w er   f lo w   in   t h e  ter tiar y   co n tr o l  lev el,   b asicall y   w e  m u s t  co n s id er   th e  u n co n tr o llab le  n at u r e  o f   w i n d ,   s o lar   p o w er   as  w e ll  as  lo ad   ch an g e  r ai s es  u n ce r tain t y   f o r   p o w er   s y s te m   o p er atio n   o n   th e   o n e  p ar t,  t h e  ap p licatio n   an d   i n te g r atio n   o f   DGs i n to   t h e  s y s te m   is   co m p le x   o n   th e   o th er   p ar t.  Am o n g   th e s e  a s p ec ts   ar e,   th e   i n v e s ti g atio n   o f   i m p ac t o f   d is tr ib u ted   g e n er atio n   o n   t h e  p o w e r   f l u ct u atio n s   f r o m   p en etr atio n   o f   w i n d ,   p h o to v o l taic  p o w er   is   p r ese n ted   in   [ 8 ] ,  [ 9 ] .   A cc o r d in g   to   [ 1 0 ] ,  [ 1 1 ]    th e  au th o r s   h av e   co n s id er ed   th e  h y b r id   p o w er   s y s te m   w h o s e  t h e  en er g y   s to r ag e/t h er m al  u n it  h a s   a  h i g h   p o ten tial  f o r   p r o v id in g   r eg u lat io n   p o w er   to   m ee t  th e  r ev er s e  r eq u ir e m e n ts .   I n   th e  c o n tex t  o f   u n ce r tai n t y ,   th e  w o r k   in   [ 1 2 ]   f o cu s   o n   th e  d esi g n   o p ti m izatio n   o f   MG   b y   u s in g   t h e   s to ch a s tic   m et h o d   to   m o d el   en er g y   s y s te m s   s u c h   t h at   th e   p r o b a b ilit y   o f   o cc u r r en ce   o f   in cid en t  s o lar   s o u r ce   ca lled   S t o ch a s tic  P r o g r a mmin g   meth o d .   I n   th e  liter atu r e,   th er e  ar e  m an y   r esear c h es t h at   h av e  b ee n   ai m ed   to   s o lv e  t h e  p r o b lem   o p ti m alit y .       On e  o f   i m p o r tan t  w o r k s   as  i n   [ 1 3 ] ,   w h ic h   ex a m i n es  t h e  o p tim a l  p r o b lem   a s   th e  i n v es tig atio n   o f   o p tim a l  p o w er   f lo w   b y   ad o p t in g   th e  in ter v al  o p ti m izatio n   in   w h ic h   t h e  w i n d   p o w er   is   d ef i n ed   in     r a n g e  o f   v alu e s ;  th e  in ter v al  p o w er   f lo w   p r o b le m   f o r   D C   p o w er   f lo w   ca n   b e  f o r m u lated   a s   a  n o n - c o n v e x   a n d   n o n li n ea r   p r o g r am m i n g .   I n   co n s eq u en c e,   to   en s u r e  s y s te m   r eliab ili t y ,   th e  f o r ec asti n g   u n ce r tai n t y   m u s t  b e  co n s id er ed   in to   g en er at io n   s ch ed u li n g ,   a n d   in ter v al  p o w er   f lo w   p r o v i d es  p r o m is i n g   ap p r o ac h   to   ac h iev e  t h e  b o u n d ar y   in f o r m atio n   o f   s y s te m   s tat u s e s   u n d er   u n ce r tain ties .   Mo r e  i m p o r ta n tl y ,   th e   co n tr ib u t io n   i n     [ 1 3 ]   is   a  lan d m ar k   f o r   class   o f   o p ti m a l    p o w er   f lo w   p r o b le m .   Fo r   t h e  lo ad   f lo w   p r o b lem   w h ic h   is   t y p icall y   f o r m u lated   as  a  s et  o f   n o n - li n ea r   eq u atio n s   a s   f u n ct i o n s   o f   b u s   v o ltag e s   h as  ta k e n   s o m e  ad v a n ta g e.   T h e  co n tr ib u tio n s   o f   o p ti m al   p o w er   f lo w   ar e  co n s id r ed   i n  [ 1 4 ] ,   th e  co n tr o l  o f   MG   i n   [ 1 5 ] ,   an d   q u ali t y   o f   p o w er   ( p o w er   f ac to r ,   to tal   h ar m o n ic  d is to r tio n )   as   i n   [ 1 6 ] .   Sto ch asti c   d e m a n d   h as  b ee n   d ev e lo p ed   an d   p r esen ted   in   [1 7] - [ 1 9 ] ,   th o s e   au th o r s   u s ed   s to ch as tic,   f u zz y ,   an d   p r o b ab ilit y   p r o g r a m m i n g   tech n iq u es  to   m o d el  th e  u n ce r tain t ies.  Alth o u g h   th e  w o r k s   in   [ 1 7 ] - [ 1 9 ]   h av e  b ee n   s p ec i f ied   to   lo ad   f l o w   p r o b lem   w it h   s o m e   alg o r it h m s ,   th e  a f o r e m e n tio n ed   m et h o d s   ar e  t y p icall y   d ep en d en t  o n   p r ed ef i n ed   p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   f u n c tio n   o r   m e m b er s h ip   f u n c tio n   o f   u n ce r tai n t y .   Fu r t h er m o r e,   it  is   h ar d   to   id en tify   ac c u r ate   p r o b ab ilit y   d is tr ib u tio n   f u n ctio n s   d u e  t o   d ata  av ailab ilit y   an d   s to c h ast ic  n at u r e  o f   th e  u n ce r ta in t y .     T h e  r esear ch   i n   all   th e s e  d ir e ctio n s   [ 8 ] - [ 2 2 ]   f o r   t h e  ca s e  o f   p o w er   f lo w   w a s   b ased   o n   n o n - co n v e x ,   an d   n o n - li n ea r   p r o g r am m i n g   an d   th e  DG  u n its   h av e  k n o w n   lo ca tio n s   an d   r u n n i n g   all  t h e  ti m e.   T o   a d d   t o   th e  co m p le x it y   o f   t h e  p r o b lem ,   i n   th e  r ea l  li f e  s y s te m s ,   t h e  o p er atio n   o f   th ese  DG  u n its ,   u n d er g o e s   d if f er en t   s ce n ar io s   ac co r d in g   to   th e  s tr ateg ies  o f   t h e  elec tr icit y   p r o d u ce r s   an d   th e  n ee d s   o f   th e  co n s u m er s .   T h er ef o r e,   s o m e  u n ce r tai n tie s   ar e  in tr o d u ce d   in   t h e  o p er atio n   o f   s u c h   u n i ts   a n d   th u s ,   s to ch as tic  m o d elin g   o f   s y s te m s   in v o l v i n g   DG   u n it s   b ec o m e s   o f   g r ea t   i n ter est.  T h e  s o u r ce s   o f   t h e  u n ce r tain ties   in   t h e  o p er atio n   o f   t h e  D G  s y s te m s   at  a  ce r tai n   h o u r   o f   t h e  d a y   i n cl u d e.   T h ese  u n ce r t ain tie s   af f ec t  t h e  m o d elin g   a n d   ev alu at io n   o f   th e   s y s te m   ca p ac it y ,   p o w er   lo s s e s .     I t’ s   n o t  s i m ilar   to   t h e  r ev ie w ed   p ap er s   ab o v e,   th e  ai m   o f   th is   p ap er   d esig n   is   to   f o cu s   o n   in v e s ti g atio n   o f   t h e  p o w er   f l o w   o f   h y b r id   w i n d - PV - d iesel   p o w er   s y s te m   u n d er   u n ce r tain tie s   s u c h   a s   lo ad   ch an g e,   w i n d   p o w er   f lu c tu at i o n ,   s u n   ir r ad iatio n   p o w er   d is t u r b an ce ,   a n d   th e   d iesel   en g i n e  g e n er ato r   f ail s   a n d   is   r ep air ed   at  r an d o m   t i m e s .   T h e  o b j ec tiv e  f u n ctio n   is   t o   m i n i m ize  t h e  co s t   o f   elec tr icit y   p r o d u ctio n .   T h er ef o r e  u tili ze s   t h e  e n er g y   b alan ce   eq u atio n   in   r ea l  ti m e  to   f o r m u late  t h e  o p ti m al  p o wer   f lo w   p r o b le m   a s   o p tim a l  co n tr o l  p r o b le m   o f   a  lin ea r   s y s te m   b y   u s in g   d y n a m ic  p r o g r a m m i n g .   B y   ad o p tin g   th e   R i s h el ’ s   f o r m a li s m   [ 2 0 ] ,   th e  DE G  f ai l u r e  an d   r ep air   ti m es  ar e  ch ar a cter ized   b y   Ma r k o v   p r o ce s s   a n d   th e  co s t  f u n ctio n   is   d escr ib ed   at  ter m i n al  ti m e.   T o   d o   th is   it,  w ill  b e  ex p ed ie n t  to   d er iv e  an   al g o r ith m   s i m i lar   to   th e  B ell m an   p r in cip le  w h er e  t h e  o p ti m alit y   co n d itio n s   s ati s f y   Ha m ilto n - J ac o b i - B ell m a n   eq u atio n s ,   a n d   th e  v al u e  f u n ctio n   is   co n v ex .   I n   ad d itio n ,   o n e  o f   t h e  p r in cip le  r ea s o n s   f o r   in tr o d u cin g   f ee d b ac k   i n to   an   o p ti m a l c o n tr o l f o r   p o w er   f lo w   p r o b le m   i s   to   m ak e   th e  r esu lt in g   s y s te m   r elati v el y   in s e n s iti v e  to   f l u ctu a tio n s   t h at  ca n   d ea l  w it h   u n ce r tai n tie s   o f   p o w er   s y s te m   co n s id er ed .         2.   H YB RID IS L AND  M I CRO G RI D   Fo r   th e  s i m p le  s y s te m   as  s h o w n   i n   Fi g u r e  1 ,   w e  co n s id er   t h e  h y b r id   p o w er   s y s te m   o n   t h e  is lan d ed   AC   m icr o g r id   i n clu d i n g   AC   lo ad s ,   p h o to v o ltaic  ( P V) ,   w i n d   tu r b i n e  g e n er ato r   ( W T G) ,   an d   d iesel  e n g in e   g en er ato r   ( DE G) .   A l s o   w e  co n s id er   a  s to ch a s tic  co n tr o l  p r o b le m   f o r   t h e  DE G  s u b j e ct  to   f ailu r es  a n d   r ep air s   in   co n ti n u o u s   t i m e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       S to ch a s tic  co n tr o l fo r   o p tima l p o w er flo w   in   is la n d ed   micro g r id   ( Th a n g   Diep - Th a n h )   1047   W i n d   T u rb i n e Lo a d   1 P V   a r r a y L o a d   2 Di e s e l   E n gi n e Lo a d   3 T i e - l i n e     Fig u r e  1 .   Si m p li f ied   s c h e m a ti c  o f   an   is la n d ed   m icr o g r id       As  in   Fi g u r e  1 ,   th e  s y s te m   c o n s is ts   o f   th r ee   s to ch ast ic  s o u r ce s   s u c h   th a t  W T G  as  s to ch asti c  w in d   p o w er ,   P V  as  s to c h ast ic  s o lar   p o w er ,   an d   i n cl u d es  t h e  DE G  th at   is   s u b j ec t  to   f ail u r es  a n d   r ep air s .   On   th e   o th er   h an d ,   th e  lo ad   d em a n d   i s   s to ch as tic  b ased   o n   f o r ec asti n g   i n   s h o r t - ter m .   T h e  DGs  ar e  co n n ec ted   to   A C   b u s   b y   p o w er   elec tr o n ic   d ev ic es  u s ed   s y n c h r o n izatio n   as   AC   s o u r ce s   a s   DE G,   W T G,   an d   P V  w it h   i n v er t  D C   v o ltag e s   i n to   AC   ca lled   in ve r ter .   T h e  DE G   is   u s ed   f o r   t h e   co n v er s io n   o f   m ec h an ical  e n er g y   in to   elec tr ical   en er g y   as  co n tr o lla b le  s o u r ce .     No w ,   t h e  p r o b le m   i s   co n s id er ed   in   f i n ite  ti m e  in   o r d er   to   f in d   t h e  DE G  p o w er   g e n er atio n .   S u ch   a   DE G  is   s u b j ec t  to   r an d o m   f ai l u r es  a n d   r ep air s   an d   ca n   i n j ec t  th e  p o w er   in to   MG .   T h e  DE G  h as  t w o   p o s s ib le  o p er atio n al  s tate s .   T h e  d y n a m ic  o f   th e  DE G  ( i.e . ,   j u m p   f r o m   o n e  s tate  to   an o t h er )   is   c h a r ac ter ized   b y   a  t w o - s tate  s to ch a s tic  p r o ce s s     ( s ) :  s   0   d ef in ed   as:      0     i f   t h e   D E G   i s   u n d e r   r e p a i r () 1     i f   t h e   D E G   i s   f u l l y   f u n c t i o n i n g     s             ( 1 )     T h e  p r o ce s s   ( s )   i s   a   co n tr o lled   p r o ce s s ,   as   it   w ill   d ep en d   o n   t h e  DE G   ac tio n   w h e n   t h e  DE G   is   av ailab le  g e n er atio n .   T h u s ,   ( s ) :  T    s    t   is   a  Ma r k o v   p r o ce s s ,   w it h   v al u e  in   0 ,   an d   1 .     L et  ,, P F d en o te  th e  u n d er l y i n g   p r o b ab i lit y   s p ac e  an d   let  ( ) ( ) , s t ts F s c t t = £ £ b e  th e  s ig m a  alg eb r a.   L et  u s   d ef i n e   F ( t )   an d   G ( t )   as  th e  f u n ctio n i n g   an d   r ep air   ti m e  d is tr ib u tio n s   o f   th e  DE G,   r esp ec ti v el y .   G iv en   th a t  th e  DE G  i s   o p er atio n al,   th e  p r o b ab ilit y   o f   a  f ail u r e  i n   a n   i n ter v al  o f   le n g th   t   is   t .   T h e  p r o b ab ilit y   th at  th e   f a iled   DE G   is   r ep air ed   d u r in g   s u ch   a  ti m e  in ter v a l  is   t .   T h u s ,   t h e  p ar a m eter s     a n d     ar e  t h e  f ail u r e  an d   r ep air   r ates  f o r   th e  DE G.   No w ,   t h e  d y n a m ics  o f   th e  DE G  s tate  ar e  g i v en   b y :     ( ) ( ) ( ) ij P r | t t j t i p t o t cc éù + D = = = D + D êú ëû   if   j     I           ( 2 )     I n   th i s   ca s e,   p 01   =   ,  p 10   =     ar e  th e  tr an s i tio n   p r o b ab ilit ies.   B ased   o n   Ma r k o v   p r o p er ties   [ 2 1 ] ,   th e  tr an s itio n   p r o b ab ilit ies ar e  d ef in ed   b y     ( ) ( ) ( ) ( ) ij ij 1       i f       P r |         i f     p t o t i j t t j t i p t o t i j cc ì ï + D + D = ï ï éù + D = = = í êú ëû ï D + D ¹ ï ï î         ( 3 )     w it h       ( ) 0 l i m 0 t Ot D® D= ,   j j i j ij pp ¹ =- å   f o r   all  i , j   .          ( 4 )     As  m e n tio n ed   in   Sectio n   1 ,   t h e  OP F  p r o b lem   is   co n s id er ed   in   th e  tert ia r y   co n tr o l  leve l ,   in   w h at   f o llo w in g ,   w e  th e n   d escr ib e  th e  m o d elin g   o f   th e  co n s id er ed   m icr o g r id .   First  o f   all,   t h e  to tal  p o w er   g en er atio n   o f   DGs sat is f ies t h e  d e m a n d   s u ch   a 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.  9 ,   No .   2 ,  A p r il 2 0 1 9   :   1 0 4 5   -   1057   1048   ( ) ( ) ( ) ( ) D E G W T G P V P t P t P t D t + + =               ( 5 )     w h er e  D ( t )   r ef er s   to   t h e  lo ad   d em a n d   at  ti m e  t ;  P WTG ( t )   is   th e  n o n - d is p atc h ab le  ( W T G)   o u tp u t  p o w er   g en er atio n   at  ti m e  t ;  P PV ( t )   is   t h e  P V  o u tp u t  p o w er   g e n er atio n   at  ti m e  t ;  a n d   P DEG ( t )   is   th e  DE G  o u tp u t  p o w er   g en er atio n   at  ti m e  t .   A s   m en tio n ed   ab o v e,   t h e  p r o d u ce d   p o w er   b y   P V  an d   W T G  d ep en d s   o n   th e   en v ir o n m e n tal   co n d itio n s ,   a n d   th e  d e m an d   d ep en d s   o n   t h e  p o w er   co n s u m p tio n   h ab it s .   Me an w h ile,   t h e  DE G   is   s u b j ec t  to   r an d o m   ev e n t s   s u ch   as  f ail u r e  an d   r ep air .   A s   r esu lt,  th e  f lu c tu atio n s   i n   lo ad s ,   P V,   an d   W T G   o u tp u t  p o w er   ar e  ad j u s ted   b y   co n tr o l  in   t h e  DE G  o u tp u t   p o w er   u n d er   f ail u r e  an d   r ep air   ev en t s .   T h er ef o r e,   th e   ex p r ess io n   o f   t h e  p o w er   b ala n ce   in   E q u at io n   ( 5 )   f o r   r an d o m n es s   in   s u ch   DG  as s o ciate d   with   d e m an d   ca n   b e  d escr ib ed   as f o llo w s :     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) D E G W T G P V P t D t P t P t = - +               ( 6 )     T h e  p o w er   g e n er atio n   o f   DE G  m u s t  e v o lv e  th e   f l u ct u atio n s   in   lo ad s   an d   DGs   in   E q u a tio n   ( 6 ) .   I n   liter atu r e  t h e  o p ti m al  p o w er   f lo w   ( OP F)  p r o b lem   h as  b ee n   i n v e s ti g ated   b ased   o n   li n ea r   an d   n o n - li n ea r   p r o g r am m i n g   s u ch   [ 1 0 ] ,   an d   [ 1 3 ] .  I n   co n tr ast ,   w e  w i ll  f o r m u late  t h e  co n s id er ed   p r o b le m   as  an   o p ti m al   co n tr o l o n e  in   o r d er   to   f in d   o u t th e  o p ti m al  p o licies  f o r   o p er atio n   o f   m icr o g r id   in   t h e  n e x t  s ec tio n .       3.   M AT H E M AT I CAL M O DE L   I n   th is   s ec tio n ,   w e  co n s id er   an   o p ti m al  co n tr o l  p r o b l em   f o r   th e  s y s te m   d escr ib ed   in   S ec ti o n   2 ,   an d   ass u m e   th a t  t h e  DE G  is   s u b j ec t  to   r an d o m   e v e n ts   s u ch   s u b j ec t  to   f ailu r es  a n d   r ep air s   i n   co n t in u o u s   ti m e   ca lled   ju mp   lin ea r .   T h e  p r o b l e m   is   co n s id er ed   in   f i n ite  ti m e   ( i.e . ,   0   <  T  <  )   in   o r d er   to   f i n d   th e  DE G  o u tp u t   p o w er .   I n   th e  liter at u r e,   R is h el   in   [ 2 0 ]   w a s   estab lis h ed   th e  n e ce s s ar y   a n d   s u f f icie n t  co n d itio n   o f   th e  s to ch as tic  co n tr o l  p r o b lem   b y   t h e   d y n a m ic  p r o g r a m m in g .   I n   R is h el ’ s   w o r k ,   t h e  d i s cr ete  j u m p   i s   ch ar ac ter ized   b y   Ma r k o v   p r o ce s s   an d   th e  co s t  f u n ct io n   d escr ib ed   at  ter m in a l  ti m e.   Fo r   m o r e  lar g e,   R i s h e l  i n   [ 2 2 ]   p r esen ts   th e   n ec es s ar y   co n d itio n s   b y   u s e  th e  u n n o r m alize d   co n d itio n al  p r o b ab ilit ies  an d   ex p ec tatio n s   o f   p ar tially   o b s er v ed   j u m p   Ma r k o v   p r o ce s s ,   an d   th e  co s t  f u n ctio n   d ef in ed   b y   t h e  in te g r al  o n   a  f in i te  in ter v al.   A n   e x ten s io n   o f   R is h el ’ s   f o r m ali s m ,   B o u k a s   in   [ 2 3 ]   w as  e s tab lis h ed   th e  co n d itio n s   f o r   o p ti m alit y   f o r   p ar tiall y   o b s er v ed   co n tr o lled   w it h   t h e  n o n - h o m o g en o u s   Ma r k o v   p r o ce s s .   Fo r   a   s e m i - Ma r k o v   p r o ce s s ,   t h e  tr a n s it io n   r ates d ep en d   o n   th e  d u r atio n   o f   th e  s y s te m .   So   th o s e  tr an s itio n   r ates  ca n   b e  u s ed   to   m o d el  p h en o m e n a   lik e  m a in te n a n ce   in   r ea l ti m e.   C lear l y ,   to   f o r m u late  a   n e w   m o d el,   b y   ad o p tin g   R i s h el’ s   f r a m e w o r k   [ 2 0 ]   w e  s h all  as s u m e  t h at  t h e  p o w er   g en er atio n   in   t h e  r ea l ti m e,   an d   th e  s tate  eq u atio n   is   r ep r esen ted   as f o llo w s :     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) i i W T G P V d X t U t D t P t P t dt = - - +           ( 7 )     ( ) ( ) ( ) ( ) ,, i i d X t f t X t U t dt =               ( 8 )     C o n s tr ain t s :     ( ) ( ) ( ) WW m i n m a x T G T G W T G P t P t P t ££               ( 9 )     ( ) ( ) ( ) m i n m a x P V P V PV P t P t P t ££               ( 1 0 )     ( ) ( ) ( ) m i n m a x D E G D E G D E G P t P t P t ££               ( 1 1 )     w h er e  ( ) ( ) D E G U t P t = is   th e  co n tr o l  va r ia b le   in   eq u at io n   ( 6 )   an d   ( ) [ ) 0, Ut + Î Â = + ¥ in   [ kW ] ,   D ( t )   is   lo ad   d em a n d ;  P W TG ( t ) ,   P PV ( t )   an d   P DEG ( t )   ar e  w it h i n   t h eir   f o r ec ast ed   u p p er   b o u n d s   ( ) ( ) ( ) W m a x m a x m a x ,, T G P V D E G P t P t P t   a n 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 to ch a s tic  co n tr o l fo r   o p tima l p o w er flo w   in   is la n d ed   micro g r id   ( Th a n g   Diep - Th a n h )   1049   lo w er   b o u n d s   ( ) ( ) ( ) W m i n m i n m i n ,, T G P V D E G P t P t P t   ( in   [ kW ] ) ,   ( ) Xt is   th e  d i f f er e n ce   b et w ee n   cu m u lati v e  elec tr ic  p r o d u ctio n   an d   cu m u lati v e  lo ad   d em an d ,   ca lled   s u r p lu s   at  ti m e  t   if   X ( t )   is   p o s itiv e  an d   b a ck lo g   if   X ( t )   is   n eg at iv e,   s h o r tl y   ca lled   en erg y  in   [ k W h ]   an d   ( ) ( ) ,, Xt Î Â = - ¥ + ¥   i   is   th e  d i s cr ete  s ta te  in d ex   i   :  in   th is   ca s e  i   =  0   an d   1 ,     ( ) ,, i f t X U   is   th e  s t a te  fu n ctio n   an d   s atis f ies t h e  L ip s ch itz  co n d it io n   [ 2 4 ] :     ( ) ( ) 1 2 1 2 , , , , ii f t X U f t X U K X X r - £ -             ( 1 2 )     w h er e  K   is   co n s ta n t.   T h e  b eh av io r   o f   th e  s tate  v ar ia b le  ( ) Xt   w ill b e  s p ec if ied   s h o r tl y   i n   th e  s u b s ec t io n   3 . 2 .   L et  u s   d ef i n e  co s t  f u n ctio n   ( co s t - to - go   o r   co s t - to - a r r ive )   w h i ch   is   g iv e n   b y     , ; , , | ( ) , ( ) T i t J X t U E G s X U d s X t X t i                ( 1 3 )     w h er e  ( , ( ) , ( ) ) G t X t U t   is   t h e  r u n n in g   co s t  fu n ctio n : ( . ) G C X C X + + - - =+ w it h C + r ep r esen tin g   a   u n it   s u r p lu s   co s t a t ti m e  t ,   C -   th e  u n i t b ac k lo g   co s t   at  ti m e  t   ,  ( ) m a x , 0 XX + = ,   an d    ( ) m i n 0 , XX - =- .   T h u s ,   th e  f u n c tio n   ( ) ,, i J t X U is   ca lled   a n   o ve r a ll  co s t   o f   th e  s y s te m .   T o   s im p li f y   th i n g s ,   w e  m a k e   th e  f o llo w i n g   ass u m p tio n s   in   t h is   p ap er   to   d escr ib e  th e  h y b r i d   p o w er   s y s te m :     ( A. 1 )   T h e  to tal  p o w er   g e n er ati o n   s atis f ie s   th e  p o w er   d e m an d   in   f i n ite  t i m e  co n s id er ed   T ,   i.e ,   at  an y   ti m e  t :   ( ) ( ) ( ) ( ) D E G W T G P V P t P t P t D t + + ³     ( A. 2 )   T h e  s to ch asti c  p o w er   v a lu es  D ( t ) ,   P WTG ( t )   an d   P PV ( t )   ar e  f o r ec asted   v al u es i n   [ kW ].     DE F I N I T I O N  3 . 1 .    ( 1 )   A   co n tr o l v ar iab le  ( ) ( ) ( ) { } , , 0 Y X t U X t U t = = ³   is   ca lle d   an   a d mis s ib le  co n tr o l ;    ( 2 )   A   co n tr o l  ( ) , tX S is   th e  s e t o f   ad m is s ib le  co n tr o l  Y   w it h   in itial v ec to r   X ( t )   =  X .     Ou r   m o t iv at io n   i s   to   o b tain   a d mis s ib le  co n tr o l   ( ) ( ) ,, U X t X t ÎS th at  o p ti m i ze s   th e   co s t  f u n ctio n   ( 1 3 ) .   I n   w h at  f o llo w i n g ,   w e  will  b u i ld   th e   m o d el   th at   s at is f i es  t h e  co n tr ar y   ( 3 - 1 2 )   an d   o p tim izatio n   o f   ( 1 3 )   b y   u s i n g   th e  d y n a m ic  p r o g r a m m i n g   ap p r o ac h .     W e  f o r m u late  t h e  p o w er   f lo w   p r o b le m   d ef i n ed   ab o v e.   U n d er   ap p r o p r iate  c o n d itio n s ,   t h e  o p ti m a l  co n tr o l  p o licy   is   to   s at is f y   ( 8 - 1 2 )   in   o r d er   to   d eter m i n e  t h e  OP F  ( ) , U X t   w h ic h   m in i m ize  th e  c o s t  f u n ct io n   d escr ib ed   in   ( 1 3 ) .   T h ese  p o licies ar e  ch ar ac ter ized   b y   a  tar g e t p r o d u ctio n   lev el  s u b j ec t to   c ap ac it y   co n s tr ai n t s .     W e  d en o te  ( ) , i V X t th e  v al u e  f u n ctio n ,   i.e . :     ( ) ( ) ( . ) ( , . ) , i n f , ; ii Ut V X t J X t U ÎS =               ( 1 4 )     T h is   f u n ctio n   w ill b e  u s ed   to   estab lis h   th e  o p ti m alit y   co n d iti o n s .   Fo r   s i m p l icit y   in   t h e  p r es en tatio n   o f   th e  m o d el,   w e   u s e  o n l y   t h e  s ig n   ( ) , i V X t .   B ased   o n   th e  d y n a m ic   p r o g r am m i n g   p r in cip le,   t h e  f o llo w in g   th eo r e m   is   u s ed   f o r   th e  g e n er a lizatio n   o f   t h e  v al u e  f u n ctio n   i n   ( 1 4 ) :       T heo re m   3 . 1   C o n tr o l p r o b lem  s a tis fie s   th e  s ystem  o f p a r ti a l d iffer en tia l e q u a tio n s :     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ji ( . ) ( , . ) 0 i n f , , , , , , , i i i j tt Ut j X G t X U V X t f t X U V X t p V X t ÎS ì ü ï ï ï ï ï = + + + íý ïï ïï þ ï î å     ( 1 5 )     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.  9 ,   No .   2 ,  A p r il 2 0 1 9   :   1 0 4 5   -   1057   1050   a t time   t th e  in itia l a n d   b o u n d a r y  co n d itio n s   a r e  s a tis fied :     ( ) ( ) ( )     f o r       , ; , ( ) 0 i X t X X t Q V T X T = Î =             ( 1 6 )     w h ere  th e  te r ms   , i t V X t ,   a n d   , i X V X t d en o te   th e  g r a d ien t  o f  va lu e  fu n ctio n   r esp ec t  to   time  t   a n d   s ta te  va r ia b le  X ,   r esp ec tively,   a n d   [ ] 0 ,. Q t T = ´ Â                  T h e  f o llo w in g   t h eo r e m   p r es en ts   th e   n ec e s s ar y   a n d   s u f f i cien t  co n d itio n s   f o r   w h ic h   a n   o p ti m a l   s o lu tio n   ex i s ts .       T heo re m   3 . 2 .   Let  ( ) , i V X t Q Î   b e  a   s o lu ti o n   to   ( 1 5 ) .   Th en   fo r   a l l , X t Q :   ( i )  fo r   ev ery  a d mis s ib le  co n tr o l sys tem  , U X t :     ( ) ( ) ,, ii V X t J X t ; U £                 ( 1 7 )     ( ii )  I f th ere  ex is ts   a n   a d mis s ib le  s ystem  , * U X t   s u ch   th a t     ( ) ( ) ( ) ( ) { } ( . ) ( . ) , a r g m i n , , , , , * i i X U U X t G t X U f t X U V X t ÎW Î+         ( 1 8 )     a lmo s t e ve r ywh ere  in   t,  th en   ( ) ( ) ,, i i * V X t J t X ; U = ,   a n d   ( ) , * U X t   is   th e  o p tima l so lu tio n .     P ro o f .   T h e  P r o o f s   o f   th ese  t h e o r em s   ar e  ad o p ted   th e  R is h el ’ s   f r a m e w o r k   as i n   [ 3 7 ]   an d   [ 3 0 ] .         RE M ARK S .   T h e  s y s te m   o f   p ar tial  d if f er en t ial  E q u atio n   ( 1 5 )   is   w el l  k n o w n   t h e  Ha m il to n - J ac o b i - B ell m an   ( HJ B )   eq u atio n s   ass o ciate d   with   o p ti m al  co n tr o l  p r o b lem   u n d er   s tu d y .   T h e  o p ti m al  f ee d b ac k   co n tr o l  ( 1 5 )   is   d esig n ed   to   d r iv e  th e  s y s te m   to   th e  o p ti m al  p o in t  ( h ed g in g   p o in t   o r   b a la n ce   p o in t ) ,   an d   co r r es p o n d s   to   t h e  v alu e   f u n ctio n   d escr ib ed   b y   E q u atio n   ( 1 5 ) .   T h en ,   w h e n   t h e   v alu e   f u n ctio n   ( ) , i V X t   is   av a ilab le,   a n   o p ti m a l  p o licy   ca n   b e  o b tain ed   a s   in   E q u atio n   ( 1 8 ) .   Ho w e v er ,   an   a n al y tical  s o l u tio n   o f   eq u atio n   ( 1 5 )   is   s o   h ar d   to   f i n d .   T h u s ,   th e  n u m er ica l  s o lu tio n   o f   HJ B   E q u atio n   ( 1 8 )   is   ad o p ted   f r o m   K u s h n er ’ s   m et h o d   [ 2 5 ]   to   b e  r ep r esen ted   in   th e  n e x t sectio n .     3 . 1 .     T he  f ee db a ck   co ntr o l   L et  t   b e  th e  r an d o m   p ar a m ete r   s u ch   as  t h e  s to c h asti c  w i n d   p o w er ,   d e m a n d ,   o r   s o lar   r a d iatio n   ( ca lled   d is tu r b a n ce   o r   n o is e   d ep en d en t  o n   co n tex t) .   L et  , t X t b e  th e  ma p p in g   o f   , U X t   s u ch   t h at ,, t X t X t  .   I n   th e  E q u atio n   ( 7 ) ,   th e  d is tu r b an ce   t   m a y   co n s is t  o f   D ( t ) ,   P WTG ( t ) ,   an d   P PV ( t ) .   Hen ce ,   th e  f ee d b ac k   co n tr o l o f   ( 7 )   is   r ep r esen ted   in   th e  Fig u r e  2 :       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 to ch a s tic  co n tr o l fo r   o p tima l p o w er flo w   in   is la n d ed   micro g r id   ( Th a n g   Diep - Th a n h )   1051   , . , , X t f t X t U t S y s t e m , U t t X t , t X t        t D is tu r b a n c e   Fig u r e  2 .   T h e  clo s ed - lo o p   p o li cies  [ 2 6 ]       3 . 2     B eha v io r  o f   cu m ula t iv e  pro du ct io n   B y   d e f in i tio n ,   t h e  en er g y   i n   eq u atio n   ( 7 )   w h o s e  v alu e  i s   d esc r ib ed   as f o llo w s :     ( ) ( ) ( ) ( ) 0 ( ) ( , ) ( ) t o W T G P V t X t X U t X D s P s P s d s éù = + - - + êú ëû ò         ( 1 9 )     I n   th e  Fi g u r e  3 ,   th er e  is   t w o   k in d s   o f   r eg io n s :  ( 1 )   th e  to tal  p o w er   g e n er atio n   is   les s   th a n   th e  d e m an d   ca lled   b a ck lo g   in   th e   i n ter v al   ( 0 ,   t 1 ) ,   ( 2 )   it  is   m o r e  t h an   t h e  d em a n d   ca l led   s u r p lu s   w h e n   t   <  t 2 .   T h e  b ala n ce  p o in t ( h ed g in g   p o i n t )   is   at  ti m e  t *   =  t 1   an d   t   =  t 2   w h er e  t h e  p r o d u ctio n   m ee t s   t h e  d e m a n d .       C um ul a t i ve   E l e c t r i c i t y P r odu c t i on  a nd  D e m a nd t 0 ( , ) t W TG P V t U s X P s P s d s 0 t t D s ds t 1 t 2 - +   Fig u r e  3 .   E n er g y   p r o d u ctio n   s t r ateg y   ( th is   b eh a vio r   is   mo d ified   fr o m  Gers h w in ’ s   f r a mewo r k  in   [ 2 7 ] )       4.   NUM E RICAL   AP P RO ACH   I n   th i s   s ec t io n ,   w e  d ev elo p   t h e  n u m er ical  m et h o d   f o r   s o lv i n g   t h e  o p ti m alit y   co n d itio n s   r ep r esen ted   in   t h e  p r ev io u s   s ec tio n .   T h i s   m et h o d   is   b ased   o n   Ku s h n er ’ s   ap p r o ac h   [ 2 5 ] .   B y   ad o p tin g   t h e  al g o r ith m   i n   [ 2 8 ] ,  th e  HJ B   eq u at io n   ( 1 5 )   w h ich   i n clu d e s   th e  g r ad ien t  o f   v a lu e  f u n ct io n   o f   V i ( t ,  X )   ca n   b e  s o l v ed .   L et  X  >  0   an d   t  >  0   d en o te  th e  len g t h   o f   t h e  f in i te  d if f er en ce   i n ter v al  o f   th e  v ar iab le  X   an d   t   r esp ec tiv e l y .   T h e  f ir s t - o r d er 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.  9 ,   No .   2 ,  A p r il 2 0 1 9   :   1 0 4 5   -   1057   1052   p ar tial d er iv ativ e  o f   t h e  v al u e  f u n ctio n s   ( ) . i t V   an d   ( ) . i X V in   eq u atio n   ( 1 5 )   ar e  r ep lace d   b y   th e  e x p r ess io n s :     ( ) ( ) ( ) ,, , ii i t V t t X V t X V t X t + D - = D             ( 2 0 )     ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ,,       i f       , , 0 , ,,       o t h e r w i s e ii i X ii V t X X V t X f t X U X V t X V t X V t X X X ì ï + D - ï ï ³ ï D ï ï = í ï - - D ï ï ï ï D ï î         ( 2 1 )     Usi n g   X  an d   t ,   an d   a f ter   m a n ip u lat io n s ,   t h e  HJ B   eq u atio n s   ca n   r e w r itte n   as  f o llo w s :     ( ) ( ) ( ) ji ( . ) ( . ) ( . , ) ( . ) ( , . ) ( . ) 0 m i n ( . ) , . . i i ij U j V X X V V t t V G f t p V tX D D D D D D ì ü ï ï ±D + D - ï ï ï = + + + íý ïï DD ïï þ ï î å mm   ( 2 2 )     T h e  n ex t t h eo r e m   s h o w s   t h at  ( ) , i v t X D is   an   ap p r o x i m atio n   to   ( ) , i v t X   f o r   s m a ll st ep   s ize  X .    T heo re m   4 . 1   Let  ( ) , i V t X D   d en o te  a   s o lu tio n   to   HJB   eq u a tio n   ( 2 2 ) .   A s s u me  th a t  th ere  a r e  co n s ta n ts   C g   and  K g   s u ch   th a t     ( ) ( ) 0 , 1 g K i g V t X C X D £ £ +               ( 2 3 )     th en     0 l i m ( , ) ( , ) ii V t X V t X D D® =                 ( 2 4 )     P ro o f .   T h e  p r o o f   o f   th is   th e o r em   i s   ad o p ted   f r o m   th e  o n e  in   [ 2 9 ]   f o r   th e  ca s e  o f   d eter m i n is tic  co n tr o l  p r o b lem .   I n   th is   s t u d y ,   w e   m ak e   u s e  o f   t h e  p o lic y   i m p r o v e m e n t  tec h n iq u e  to   o b tai n   a   s o lu t io n   o f   t h e   ap p r o x im a tin g   o p ti m izatio n   p r o b lem .   L et  X G D   an d   U G D   b e  th e  g r id s   o f   th e  s tate s   an d   co n tr o l  v ec to r s   b elo n g i n g   to   th e  co n tr o l sp a ce ,   th e  alg o r ith m   is   r ep r esen ted   as  f o llo w s :     S tep   1   ( I n itializati o n ) :  C h o o s e  e + Π.   L et  k   =  1   an d   ( ) ,0 k V t X D = , ( ) [ ] 0 ,, X t X t T G D δ   an d   k U UG D Î ( in itial p o lic y ) .   S tep   2 : Fo r   a   g iv e n   k U UG D Î ,   co m p u te     ( ) ( ) 1 , , , kk V t X V t X - DD = ( ) [ ] 0 ,, X t X t T G D Ú Î ´     S tep   3 : Co m p u te  th e  co r r esp o n d in g   v al u e  f u n ctio n   to   o b tain   th e  co n tr o l p o lic y   ( ) ( ) , U t X t   S tep   4 : Co n v er g e n ce   test     ( ) ( ) ( ) ( ) 1 m i n m i n , , kk V t X t V t X t d - DD =- ;  ( ) ( ) ( ) ( ) 1 m a x m a x , , kk V t X t V t X t d - DD =-     I f   m a x m i n d d e -£ ,   th en   s to p ,   else  k   =  k +1   an d   g o   to   th e  s tep   2 .         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 to ch a s tic  co n tr o l fo r   o p tima l p o w er flo w   in   is la n d ed   micro g r id   ( Th a n g   Diep - Th a n h )   1053   5.   NUM E RICAL   E XAM P L E   T h e  p r o p o s ed   m o d el  i n   S ec t io n   3   is   f o r   ap p licatio n   o f   h y b r id   w i n d /p h o to v o ltaic/d ie s el  en g i n e   g en er ato r   g e n er atio n   s y s te m   s u ch   a s   f o llo w s :    Fig u r e  4   p r esen ts   th e  p o w er   f l o w   o f   m icr o g r id   in cl u d in g   D G1   as  DE G,   DG2   as  W T G,   a n d   DG3   as  P V.       DG 3 DG 1 DG 2 Bu s D ( t ) P PV ( t ) P W T G ( t ) P D E G ( t )     Fig u r e  4 .   T h e  p o w er   f lo w   o f   MG       I n   th is   e x a m p le,   th e   f o r ec a s t  o f   lo ad   d e m an d ,   P V  p o w er ,   a n d   w i n d   p o w er   g en er a tio n s   ar e   r ep r esen ted   in   Fi g u r e  5   to   Fi g u r e  7 .   T h e  co n s tr ai n t s   o f   s y s te m   p ar a m e ter s   i n   eq u a tio n s   ( 4 - 7 )   f o r   MG   p r esen t s   in   t h e  T ab le  1 ,   th ese  p ar a m et er s   also   o b e y   t h e  A s s u m p tio n s   A . 1   an d   A . 2 .   I n   t h e  T ab le  1 ,   th e  f ail u r e  r ate  is       =  0 . 0 0 0 1   ( i.e . ,   th e  Me an   T im e  to   Fail u r e  i s   1 0 0 0 0   ti m e   u n its )   an d   th e   r ep air   r ate  is     =   0 . 0 9   ( i.e . ,   th e  Me a n   T im e  to   r ep air   is   1 1 . 1 1   ti m e  u n its )   t h at  m ea n s   th e  p r o b ab ilit y   th a t  th e  DE G  f ail s   is   ab o u t  1 . 1 %,  i.e . ,   f o r   8 7 6 0   h o u r s   i n   o p er atio n   th e  DE G  co u ld   b e  r ep air ed   in   9 7 . 3   h o u r s   ( s ee   in   [ 2 7 ]   f o r   m o r e  d etails).         T ab le  1 .   P ar am eter s   o f   Op ti m al  P o w er   f lo w   M o d el   No   D e scri p t i o n   L o w e r   U p p e r   1   T i me   i n t e r v a l   [ h ]   0    24   2   W TG   p o w e r   [ k W ]   0   5 0 0   3   P V   p o w e r   [ k W ]   0   6 0 0   4   D EG   p o w e r   [ k W ]   1 0 0 0   3 5 0 0   5   L o a d   d e ma n d   [ k W ]   0   3 5 0 0   6   C -   B a c k l o g   c o st   [ $ / k W h ]       10   -   7   C +   S u r p l u s c o s t   [ $ / k W h ]       1   -   8   F a i l u r e   r a t e         0 . 0 0 0 1   -   9   R e p a i r   r a t e     0 . 0 9   -       T h e  r esu lt s   ar e  i llu s tr ated   i n   Fig u r e  8   a n d   Fi g u r e  9 .   Fi g u r e  8   r ep r esen ts   t h e  o p ti m al  p r o d u ctio n   o f   DE G  o u tp u t  p o w er   v er s u s   ti m e  t   i n   t h e  i n ter v a l  [ 0 ,   2 4 h ] .   Fig u r e  9   r ep r esen ts   th e   cu m u lati v e  elec tr icit y   p r o d u ctio n   o f   M G  a n d   t h e  lo ad   d e m an d   v er s u s   ti m e  t .   T h is   f ig u r e  s h o w s   t h at,   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   o p ti m a l  co n tr o l  g iv e s   th e  b ir th   to   o p tim al  p o w er   f lo w   o f   MG   th a t  s atis f ies  th e  lo ad   d e m an d ,   th u s   th e  ch ar ac ter is tic  is   lin ea r   in s tead   o f   b ein g   n o n - li n ea r   as  in   Fi g u r e  3 .   Me an w h i le,   Fig u r e  1 0   p r esen ts   th e  v al u e  f u n c tio n   w h ich   i s   co n v e x   f u n ctio n .     As  t h e  r e s u l ts ,   t h e   n o v el  m o d el  to   h y b r id   w i n d - d ie s el - p h o t o v o ltaic  s y s te m   is   v alid   to   f i n d   o u t   t h e  o p tim a l p o w er   o u tp u t o f   DE G.       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.  9 ,   No .   2 ,  A p r il 2 0 1 9   :   1 0 4 5   -   1057   1054           Fig u r e  5 .   P V  p o w er   f o r ec ast [ k W ]   Fig u r e  6 .   W in d   p o w er   f o r ec ast   [ k W ]               Fig u r e  7 .   De m an d   f o r ec ast [ k W ]   Fig u r e  8 .   Op ti m al  o u tp u t   p o w er   o f   DE G  [ k W ]               Fig u r e  9 .   C u m u lati v e  p r o d u ctio n   [ k W h ]   Fig u r e  1 0 .   Valu e  Fu n ctio n         0 5 10 15 20 25 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 S o l a r   P o w e r   F o r e c a s t / k W T i m e   p e r i o d s / h 0 5 10 15 20 0 100 200 300 400 500 600 W ind  Pow er  F orec as t / k W T im e  periods / h 0 5 10 15 20 25 3100 3150 3200 3250 3300 3350 3400 3450 3500 Load  D em and  F orec as t / k W T im e  periods / h 0 5 10 15 20 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 O p t i m a l   D i e s e l   P o w e r   F l o w O p t i m a l   P o w e r   F l o w   o f   D E G / k W T i m e   p e r i o d s / h 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 x   1 0 4 C u mu l a t i ve   Pro d u ct i o n   &  D e ma n d T i me   p e ri o d s/ h     D e m a n d O p t i m a l   P r o d u ct i o n -5 0 5 10 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 12 x   1 0 5 S u r p l u s   L e v e l   x D E G   a t   m o d e   1   " f u l l y - f u n c t i o n i n g " T i m e   P e r i o d s / h V a l u e   f u n c t i o n   V ( t , x , 1 ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.