I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e  20 25 ,   p p .   1261 ~ 1 2 7 3   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 16 .i 2 . p p 1 2 6 1 - 1 2 7 3           1261       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Adv a nced mul ti - s o urce c o nv erte rs  for DC  microg rid s:  integra ting pho to v o ltaic, wind,  and  hybrid sto ra g e sy stems       Su g a nthi N ee la g iri,   P a s um a rt hi Ush a   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s  En g i n e e r i n g ,   D a y a n a n d a   S a g a r   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g ,     V i sv e sw a r a y a   Te c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y ,   B a n g a l o r e ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 8 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ma r   6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   2 9 ,   2 0 2 5       Th is  p a p e r  p re se n ts  a   n e w   c o n f ig u ra ti o n   fo r   i n teg ra ti n g   m u lt i - so u rc e   a n d   h y b rid   e n e rg y   st o ra g e   (HE S )  s y ste m s  tailo re d   fo r   a   d irec t  c u r re n t  (DC )   m icro g rid .   Un l ik e   c o n v e n ti o n a l  m u lt i - in p u t   c o n v e rters ,   t h e   p r o p o se d   d e sig n   fe a tu re s  a   h y b ri d   e n e r g y   st o ra g e   sy st e m   c o m b in i n g   u lt ra c a p a c it o rs  a n d   b a tt e ries .   T h e   p r o p o se d   sy ste m   is  in te n d e d   t o   e ffe c ti v e l y   m a n a g e   p o we r   v a riatio n s  fr o m   win d ,   p h o t o v o lt a ic  (P V)  so u rc e s,  a n d   a b r u p t  l o a d   c h a n g e s.   Th e   i n c lu sio n   o f   u l trac a p a c it o rs  a d d re ss e s  h i g h - fre q u e n c y   fl u c tu a ti o n s,   th e re b y   e x te n d i n g   b a tt e ry   li fe   a n d   re d u c i n g   t h e   o v e ra ll   siz e   o f  th e   sto ra g e   u n it .   T h e   c o n tr o l  fra m e wo rk   is  d e sig n e d   t o   m a in tai n   p o we r  b a lan c e   with i n   th e   sy ste m ,   e n su rin g   th a t  re n e wa b le  e n e rg y   so u rc e s  o p e ra te   a t  th e ir   m a x imu m   p o we r  p o i n ts  a n d   t h a t   e n e rg y   sto ra g e   is  e fficie n tl y   c h a rg e d   a n d   d isc h a rg e d   b a se d   o n   p o we r  a v a il a b il it y .   Th e   m a in   a d v a n tag e s  o f  th i s   c o n fig u ra ti o n   i n c lu d e :  i)  a   re d u c e d   n u m b e r  o f  sw it c h e s,  ii )  b u i lt - in   v o lt a g e   b o o st in g   a n d   re g u lati o n   fo r   th e   u lt ra c a p a c it o r,   a n d   p o we r - sh a rin g   b e twe e n   th e   b a tt e r y   a n d   u lt ra c a p a c it o r ,   a n d   ii i)   a   stre a m li n e d   c o n tro l   sy ste m   with   fe we r  c o m p o n e n ts.  Th e   p a p e r  d e t a il s  th e   in v e stig a ti o n ,   m o d e li n g ,   a n d   d e si g n   o f  th e   p lan n e d   s y ste m ,   su p p o rte d   b y   M ATLAB  sim u lati o n   re su lt s.   K ey w o r d s :   B atter y   Mic r o   g r id   Ph o to v o ltaic     Su p er   ca p ac ito r   W in d   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 :   Su g an th i N ee lag ir i   Dep ar tm en t  E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g in ee r in g ,   Da y an a n d a  Sag ar   C o lleg e  o f   E n g in ee r in g   Vis v eswar ay a  T ec h n o lo g ical  Un iv er s ity   Sh av ig e  Ma lles war a  Hills ,   Ku m ar aswam y   L ay o u t ,  B an g alo r e   5 6 0 0 7 8 ,   I n d ia   E m ail:  s u g an th i_ n ee lag i r i@ y ah o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  in cr ea s in g   g lo b al   r eq u i r e m en t  f o r   en er g y ,   c o u p le d   with   th e  p r ess in g   n ee d   to   ad d r e s s   clim ate   ch an g e ,   h ig h lig h ts   th e  n ec ess ity   o f   s h if tin g   t o war d s   r e n ewa b le  en er g y   s o u r ce s   ( R E S)  f o r   p o wer   g en e r atio n .   T r ad itio n ally ,   f o s s il  f u els  h av e  b ee n   th e  m ain   en er g y   s o u r ce   [ 1 ] .   Ho wev er ,   th es e  f u els  ar e  f in ite,   en v ir o n m en tally   h ar m f u l,  an d   m ajo r   co n tr i b u to r s   to   g r ee n h o u s e  g as  em is s io n s .   As  th e  w o r ld   co n f r o n ts   th e  n eg ativ e  im p ac ts   o f   clim ate  c h an g e :  g lo b al  war m in g ,   ca lam ities ,   an d   d is r u p tio n s   to   ec o s y s tem s ,  th e  n ee d   f o r   clea n er   an d   m o r e  s u s tain ab le  en er g y   alter n ativ es  b ec o m es  in cr ea s in g ly   n ee d   o f   th e  h o u r .   R en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   p r esen t  a  p r o m is in g   s o lu tio n   to   th ese  ch allen g es  [ 2 ] .   T h ese  en e r g y   s o u r ce s   ar e  ab u n d a n t,  ca n   b e  r ep len is h ed   n atu r ally ,   an d   h a v e  m in im al  en v ir o n m en tal  im p ac t.  T r an s itio n in g   to   r en ewa b le  en er g y   n o t  o n ly   h elp s   r ed u ce   ca r b o n   e m is s io n s   b u t  also   en h an ce s   en e r g y   s ec u r ity ,   lead s   to   ec o n o m ic   d ev elo p m e n t,  an d   cr ea tes em p lo y m en t  o p p o r tu n i ties   in   d ev elo p in g   g r ee n   in d u s tr ies [ 3 ] .   Ad o p tin g   r e n ewa b le  en er g y   f o r   p o wer   g en er atio n   is   a  v ital  s tep   to war d   a  s u s tain ab le  f u tu r e,   s u p p o r tin g   g lo b al   ef f o r ts   to   m itig ate  clim ate  ch an g e  an d   d e cr ea s e  r elian ce   o n   f in ite  f o s s il  f u el  r eso u r ce s   [ 4 ] .   Ho wev er ,   th is   tr an s itio n   r e q u i r es  s ig n if ican t  in v estme n t  in   t ec h n o lo g y ,   in f r astr u ctu r e,   an d   p o licy   f r am ewo r k s   to   en s u r e  a  r eliab le,   af f o r d ab l e,   an d   eq u itab le  en er g y   s u p p l y   f o r   e v er y o n e  [ 5 ] .   W in d   an d   s o lar   en er g y   s o u r ce s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 2 6 1 - 1273   1262   ar e  v ital  f o r   th e  d ev elo p m en t  an d   o p er atio n   o f   m icr o g r id s ,   wh ich   ar e  lo ca lized   en er g y   s y s tem s   th at  ca n   f u n ctio n   in d e p en d e n tly   o r   alo n g s id e  th e   m ain   g r i d .   Desig n ed   f o r   f lex ib ilit y ,   m icr o g r id s   ar e  well - s u ited   f o r   in teg r atin g   R E S  lik e  win d   an d   s o lar ,   as  th ey   en h a n ce   en e r g y   s ec u r ity ,   s u s tain ab ilit y ,   a n d   r esil ien ce   [ 6 ] .   B o th   win d   an d   s o lar   p o wer   a r e  s u s tain ab le  b ec au s e  th ey   d ep e n d   o n   n atu r al,   in ex h au s tib le  r eso u r ce s .   Un lik e  f o s s il  f u els,  th ey   d o   n o t  em it  h ar m f u l  p o llu tan ts   o r   c o n tr ib u te  to   air   p o llu tio n .   B y   in co r p o r at in g   win d   an d   s o lar   en er g y   in to   m icr o g r id s ,   c o m m u n ities   an d   in d u s tr ies  ca n   co n s id er ab ly   d ec r ea s e  th eir   c ar b o n   f o o t p r in t  an d   co n tr ib u te  to   wo r ld wid e  ef f o r ts   to   tack le  cl im ate  ch an g e.   Ho wev er ,   d u e  to   th eir   in ter m itten t  n atu r e,   th ese  s o u r ce s   r eq u i r e  ef f ec ti v e  s tr a teg ies  to   en s u r e   r eliab le  o p e r atio n .   Ph o to v o ltaic   ( PV )   an d   win d   en er g y   ar e  co m p lem en tar y ,   wh ich   h elp s   to   m itig ate  lo n g - ter m   in ter m itten cy   [ 7 ] .   Ho wev e r ,   th is   co m p lem en tar ity   ca n   wo r s en   s h o r t - ter m   p o wer   f l u c tu atio n s ,   lead in g   to   i n cr ea s ed   s tr ess   o n   b atter y   s to r a g e  s y s tem s   an d   p o ten tially   lar g er   s izin g   r e q u ir em en ts .   A d d itio n ally ,   th e   life s p an   o f   b a tter ies  ca n   b e   ad v er s ely   a f f ec ted   [ 8 ] .   T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,  co m b in in g   b atter ies  with   u ltra ca p ac ito r s   in   a  h y b r id   e n er g y   s to r ag e  s y s te m   ( HE SS )   ca n   h el p   r ed u ce   b atter y   d eg r a d atio n   a n d   m in im ize  s to r ag e  s ize.   I n   th e  p r o p o s ed   m icr o g r id   s tr u ctu r e ,   L ith iu m - io n   b atter y   is   u tili ze d   d u e  to   h ig h   en er g y   d e n s ity ,   an d   th e  co m p ar is o n   tab le  o f   lith iu m - io n   wit h   o th er   b atter ies  is   g iv en   in   T a b le  1   [ 9 ] .   Mo r eo v e r ,   s in ce   PV,  win d ,   an d   s to r ag e  u n its   g en er ally   o p er ate  at  lo we r   v o ltag es,   v o ltag e   b o o s tin g   is   n ec ess ar y .   T h is   u n d er s co r es  th e  n ee d   f o r   ap p r o p r iate  co n v er te r   ar r a n g em e n ts   an d   co n tr o l  s y s tem s   f o r   ef f ec tiv ely   in teg r atin g   H E SS   with   r en ewa b le  p o wer   s o u r ce s .   E x is tin g   r esear ch   h as   d is co v er ed   s ev er al  co n f ig u r atio n s   f o r   in ter f ac in g   b att er y - u ltra ca p ac ito r - b ased   H E SS   [ 1 0 ] ,  [ 1 1 ] ,   as illu s tr ated   in   Fig u r e  1 .               ( a)   ( b )   ( c)     ( d )     (f)     ( e)       Fig u r e   1 .   Dif f e r en t H E SS   co n f ig u r atio n s : ( a)   p ass iv e  co n f ig u r atio n ,   ( b )   s em i - ac tiv e  co n f ig u r atio n ,     ( c)   s em i - ac tiv e  co n f ig u r atio n ,   ( d )   f u lly   ac tiv e  co n f ig u r atio n   with   two   DC - DC   co n v er ter s ,     ( e)   f u lly   ac tiv e   s er ies co n f ig u r atio n ,   an d   ( f )   ac tiv e   p ar allel  co n f ig u r atio n       I n   F i g u r e   1 ( a ) ,   a   p a s s i v e   H E S S c o n f i g u r a t i o n   i s   s h o w n ,   i n   w h ic h   b o t h   t h e   b a t t e r y   a n d   t h e   u l t r a c a p a c i t o r   a r e   d i r e c t l y   li n k e d   t o   t h e   l o ad .   W h i l e   t h i s   s e t u p   is   c o s t - e f f e c t i v e   a n d   s t r a i g h t f o r w a r d ,   it  s u f f e r s   f r o m   p o o r   v o l u m e t r i c   e f f ic i e n c y   a n d   l a c k s   t h e  a b i li t y   t o   h a n d l e  t r a n s i e n t  p o w e r   s h a r i n g   e f f e ct i v e l y .   F u r t h e r m o r e ,   m a t c h i n g   t h e   v o l t a g e   r a ti n g s   o f   t h e   b a tt er y   a n d   u l t r a c a p a c i t o r   t o   t h e   DC   l i n k   v o lt a g e   c o m p l i ca t es   t h e  s i z i n g   o f   t h e   H E SS .   T h e   s e m i - a c ti v e   H E SS   t o p o lo g i e s   i n   F i g u r e   1 ( b )   a n d   F i g u r e   1 ( c )   o f f e r   i m p r o v e m e n t s   o v e r   t h e   p a s s i v e  c o n n e c t i o n .   I n   t h e   a b o v e - m e n t i o n e d   t o p o l o g i e s ,   ei t h e r   t h e   b a t t e r y   o r   t h e   u l t r a ca p a c i t o r   is   l i n k e d   t o   t h e   l o a d   t h r o u g h   a   DC - DC   c o n v e r t e r .   A l t h o u g h   t h es e   c o n f i g u r a ti o n s   a d d r e s s   s o m e  l i m i t a ti o n s   o f   t h e   p a s s i v e  s et u p ,   t h e y   h a v e   t h e i r   i s s u es .   F o r   i n s t a n c e,   F i g u r e   1 ( b )   m a y   l e a d   t o   r e d u c e d   b a t t e r y   l i f e   d u e   t o   h i g h - f r e q u e n c y   c u r r e n t s ,   w h i l e   F i g u r e   1 ( c )   c a n   e x p er i e n c e   c h a l le n g e s   s u c h   a s   th e   l i n e a r   c h a r g i n g / d is c h a r g i n g   f e a t u r e s   o f   t h e  u l t r a c a p a c it o r ,   r e d u c e d   v o l u m e t r i c   e f f i ci e n c y ,   a n d   t h e   e s s e n ti al   f o r   a   l a r g e r   u l t r a c a p a ci t o r .   Fu lly   ac tiv e  co n f ig u r atio n s ,   d ep icted   in   Fig u r e s   1 ( d ) - 1 ( f ) ,   u s e  DC - DC   co n v er ter s   to   in t er f ac e  b o th   th e  b atter y   an d   u ltra ca p ac ito r .   T h ese  co n f ig u r atio n s   h elp   to   o v er co m e  is s u es  r elate d   to   v o lu m etr ic  ef f icien cy   an d   co n tr o l.  Ho we v er ,   th ey   f ac e  d if f icu lties   s u ch   as  m a n ag in g   t h e  b r o ad   o p er atio n al   v o ltag e  r an g e  o f   u ltra ca p ac ito r s ,   s u b o p tim al   m o m en tar y   p o wer   allo ca tio n   b etwe en   th e   b atter y   an d   u ltra ca p ac ito r ,   an d   in cr ea s ed   r ip p le  cu r r en ts   af f e ctin g   th e  b atter y .   T h e  ac tiv e  p ar allel  HE SS   co n f ig u r atio n   s h o wn   in   Fig u r e  1 ( f )   ad d r ess es m an y   o f   th ese  p r o b l em s   b u t r eq u ir es d ed icate d   c o n v er ter s   an d   a  m o r e  co m p lex   co n tr o l sy s tem .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A d va n ce d   mu lti - s o u r ce   co n ve r ters   fo r   D C   micro g r id s :   in teg r a tin g   p h o to vo lta ic   …   ( S u g a n t h i Neela g ir i )   1263   I n   m icr o g r i d   a p p licatio n s ,   th e  ar r an g em en t   d ep icte d   in   Fig u r e   1 ( f )   is   o f ten   im p lem en t ed .   I n   t h is   p r o p o s ed   m icr o g r id   s y s tem ,   en er g y   s to r a g e  d ev ices  p lay   a  v ital  r o le ,   esp ec ially   b atter ies  [ 1 2 ] .   T h e  s tan d ar d   m icr o g r id   s etu p   is   g iv e n   in   Fig u r e  2 ,   w h ich   co n s is ts   o f   PV  an d   w in d   as  th e  m ain   en e r g y   s o u r ce s   an d   b atter y   an d   u ltra ca p ac ito r   as  HE SS .   All  th ese  en er g y   s o u r ce s   an d   en er g y   s to r a g e  d e v ices  ar e  co n n ec ted   to   a  co m m o n   DC   b u s   v ia  ap p r o p r iate  co n v e r ter s .   Pre v io u s   r esear ch   [ 1 3 ] - [ 1 6 ]   h as  u tili ze d   s im ilar   co n f i g u r atio n s ,   ac h iev in g   n o tab le  im p r o v em en ts   in   s y s tem   p er f o r m a n ce ,   ef f icie n t  p o wer   d eliv er y ,   an d   e n h an ce d   u s ag e  o f   u ltra ca p ac ito r s .   Ho wev er ,   th e s e  co n f ig u r atio n s   ty p ically   in v o lv e  d e d icate d   co n v er ter s   [ 1 6 ] - [ 2 7 ] ,   wh ic h   ca n   lead   to   in cr ea s ed   s y s tem   co s t s ,   h ig h er   p o wer   lo s s es,  co m p l ex   co n tr o l  s y s tem s ,   a  g r ea ter   n u m b er   o f   s en s o r s ,   an d   r e d u ce d   r eliab ilit y .   Ad d itio n ally ,   b ec au s e  th e  u ltr ac ap ac ito r   is   o n ly   ac tiv e  d u r in g   s u d d en   d is tu r b a n ce s ,   its   ass o ciate d   co n v er ter   o f ten   r e m ain s   id le.       T ab le  1 .   Dif f e r en t b atter y   p er f o r m an ce   c o m p ar is o n   Te c h n o l o g y   En e r g y   D e n si t y   ( W h / k g )   C y c l e   L i f e   C h a r g e   Ti me   O p e r a t i n g   Te mp e r a t u r e   C o s t   A d v a n t a g e s   D i sad v a n t a g e s   Li t h i u m - i o n     ( Li - i o n )   1 0 0 - 250   5 0 0 - 1 5 0 0   1 - 3   h o u r s   - 20   ° C   t o   6 0   °C     M e d i u m   H i g h   e n e r g y   d e n si t y ,   l o n g   c y c l e   l i f e ,   w i d e l y   u s e d   C a n   o v e r h e a t ,   d e g r a d e   o v e r   t i me ,   saf e t y   c o n c e r n s   Li t h i u m   i r o n   p h o s p h a t e   ( Li F e P O ₄)   90 - 1 6 0   2 0 0 0 - 5 0 0 0   1 - 2   h o u r s   - 20   ° C   t o   6 0   °C   M e d i u m   V e r y   s a f e ,   l o n g   c y c l e   l i f e ,   st a b l e   p e r f o r m a n c e   Lo w e r   e n e r g y   d e n s i t y   t h a n   r e g u l a r   L i - i o n ,   b u l k i e r   N i c k e l - m e t a l   H y d r i d e   ( N i M H )   60 - 1 2 0   5 0 0 - 1 0 0 0   1 - 2   h o u r s   - 20   ° C   t o   6 0   °C   Lo w   t o   med i u m   S a f e r   t h a n   L i - i o n ,   g o o d   f o r   l o w - c o s t   a p p l i c a t i o n s   Lo w e r   e n e r g y   d e n s i t y ,   h i g h e r   se l f - d i sc h a r g e   r a t e   S o d i u m - i o n     (Na - i o n )   90 - 1 5 0   3 0 0 - 400   1 - 2   h o u r s   - 20   ° C   t o   6 0   °C   Lo w   t o   med i u m   A b u n d a n t   mat e r i a l s,  l o w e r   c o s t ,   s a f e r   Le ss  e n e r g y   d e n si t y ,   sh o r t e r   c y c l e   s p a n   t h a n   Li - i o n   Zi n c - a ir   3 0 0 - 400   3 0 0 - 500   4 - 8   h o u r s   0   ° C   t o   6 0   °C   Lo w   H i g h   e n e r g y   d e n si t y ,   i n e x p e n si v e ,   r e c y c l a b l e   Li mi t e d   c y c l e   l i f e ,   l o w   p o w e r   d e n si t y ,   a n d   e n v i r o n m e n t a l   i ssu e s   Le a d - a c i d   30 - 50   2 0 0 - 500   6 - 1 2   h o u r s   - 20   ° C   t o   5 0   °C   Lo w   V e r y   c h e a p ,   w e l l - e st a b l i s h e d   t e c h n o l o g y   V e r y   l o w   e n e r g y   d e n s i t y ,   l a r g e   s i z e ,   s h o r t   c y c l e   sp a n   F l o w   b a t t e r i e s   ( v a n a d i u m)   20 - 40   2 0 0 0 - 5 0 0 0   1 - 2   h o u r s   - 20   ° C   t o   4 0   °C   H i g h   S c a l a b l e ,   l o n g   c y c l e   l i f e ,   safe   Lo w   e n e r g y   d e n si t y ,   c o m p l e x   d e si g n ,   h i g h   c o s t           Fig u r e  2 .   Stan d a r d   s tr u ctu r e  o f   DC   m icr o g r id       T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,  a  n o v el   m u lti - s o u r ce   co n v er ter   to p o lo g y   d esig n ed   to   in te g r ate  PV,  win d ,   b atter y ,   an d   u ltra ca p a cito r   s y s tem s   m o r e  ef f icien tly   is   p r o p o s ed ,   as  s h o w n   in   Fig u r e  3 ( a ) .   T h is   p r o p o s ed   co n f ig u r atio n   aim s   t o   r eso lv e  th e  is s u es  as s o ciate d   w ith   tr ad itio n al  s etu p s   b y   elim in atin g   th e  n ee d   f o r   d ed icate d   co n v er ter s   a n d   s im p lify in g   c o n tr o l   m ec h a n is m s .   I t  is   p ar ticu lar ly   s u itab le   f o r   DC   m icr o g r id   ap p licatio n s .   T h e  s ig n if ican t  ad v an tag es  o f   t h e  p lan n e d   s y s tem   in clu d e:  i)   th e  in teg r atio n   o f   m an y   s o u r ce s   with   f ewe r   co m p o n e n ts ,   ii)  in tr in s ic  v o ltag e  en h an cin g   c ap ab ilit ies,  iii)  b u ilt - in   v o ltag e  co n tr o l  f o r   th e   u ltra ca p ac ito r ,   i v )   a u to m atic  p o wer   allo ca tio n   b etwe en   th e   b atter y   a n d   u ltra ca p ac ito r ,   a n d   v )   a  s im p lifie d   co n tr o l  s y s tem   r eq u ir in g   f ewe r   s en s o r s ,   co n s id er ed   to   s u s tai n   p o wer   b alan ce   an d   o p tim ize  m ax im u m   p o we r   p o in t  ( MPP)   o p er atio n   f o r   PV   an d   win d   s o u r ce s .   T h e  p ap er   is   s tr u ctu r ed   as:  i)   Sectio n   2   e x p lo r es  th e  s y s tem   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 2 6 1 - 1273   1264   co n f ig u r atio n   a n d   o p er atio n al  m o d es;  ii)  Sectio n   3   p r esen ts   th e  co n tr o l  s tr u ctu r e  o f   th e  p r o p o s ed   s y s tem ;   an d   iii)  Sectio n s   4   an d   5   p r esen t th e  k ey   f in d in g s   an d   r ef e r en ce s .       2.   M UL T I - SO URC E   P O WE R  CO NVER T E R  SE T UP   T h e  s y s tem   ar r a n g em e n t  is   o u tlin ed   in   Fig u r e   3 .   Sch e m atic  r ep r esen tatio n   is   g iv e n   in   Fig u r e  3 ( a) ,  an d   alo n g   with   th e   co n v er ter   s tr u ctu r e ,   it  is   g i v en   in   Fig u r e  3 ( b ) .   T h e   p r o p o s ed   m icr o g r id   s tr u ctu r e  in clu d es  a   PV  an d   HE SS   co n n ec te d   th r o u g h   a   two - way   b u ck - b o o s t  DC - DC   co n v er ter ,   wh ile  win d   en er g y   is   in teg r ated   in to   th e  DC   lin k   u s in g   a  DC - DC   b o o s t  co n v er ter .   B o th   PV  an d   win d   en er g y   s y s tem s   ar e   im p lem en ted   with   th e  p er tu r b   an d   o b s er v e  MPP tr ac k in g   alg o r ith m   t o   m ax im iz e  th eir   o u tp u t.    T h e  L i - io n   b atter y   ty p e  is   co n s id er ed   in   th e  p r o p o s ed   wo r k ,   wh ich   is   av ailab le  in   MA T L A B   ( 2 0 1 8 ) .   L ith iu m - io n   b atter ies  h av e  a   h ig h   en er g y   d en s it y ,   co m p a r ed   to   th e  p r o m in en tly   u s ed   lead - ac id   b atter ies.   Ad d itio n ally ,   it  h as  b atter y   ca p ac ity ,   lo n g   life ,   a n d   8 0 - 1 0 0 %  d ep th   o f   c h ar g e.   Ad d itio n ally ,   th ey   ar e  n o t  to x ic   to   th e  e n v ir o n m en t  s in ce   th ey   u s e  ca r b o n   as  a n   a n o d e   an d   l ith iu m   s alt  as  a  ca th o d e  [ 1 1 ] .   I n   t h is   m o d el,   th e  b atter y   is   d em o n s tr ated   as  a   cu r r en t  s o u r ce   c o n tr o l   with   i n ter n al  r esis tan ce .   T h e   b atter y   g ets  p er i o d ically   ch ar g ed   o r   d r ain ed   d ep e n d in g   o n   its   ch ar g e  lev el  an d   th e  a m o u n t  o f   elec tr ical  p o wer   g e n er ated .   I n   th is   wo r k ,   th e  u ltra ca p ac ito r   m o d el  is   u tili ze d ,   wh ich   is   av aila b le  in   M AT L AB   ( 2 0 1 8 ) .   T h e   u ltra ca p a cito r   is   m o d elled   as   a  r eg u lated   v o ltag e  s o u r c e  with   in ter n al   r esis tan ce .   T h e   in te r n al  r esis tan ce ,   n o m in al  ca p ac itan ce ,   to tal  s to r ed   ch ar g e,   an d   o th er   v a r iab les  af f ec t  th e  co n s tr ain ts   o f   th e  u ltr ac ap ac ito r ' s   o p er atio n .   Sy s tem   p ar am eter   d etails  ar e  g iv en   i n   T ab le  2 .   I n   th is   p ap er   b atter y   an d   u ltra c ap ac ito r   is   u tili ze d   as HE SS .   I n   th e  p r o p o s ed   m u lti - s o u r ce   w ith   h y b r i d   en er g y   g en er atin g   s o u r ce s   k ey   co m p o n en ts   ar e  th e  in d u cto r s .   L p h ,   L w,   an d   L b ,   w h ich   r ep r esen t  th e   in d u ctan ce s   o f   th e  PV  an d   h y b r id   e n er g y   s to r ag e  ( HE S)  co n v er ter ,   win d   c o n v e r ter ,   an d   HE S  d ec o u p lin g   in d u cto r ,   r esp ec tiv ely .   T h e  PV,  b atter y ,   u ltra ca p ac ito r ,   HE SS ,   win d ,   an d   DC   b u s   v o ltag es  n o tatio n s   co n s id er ed   ar e  as  f o llo ws  Vp v ,   Vb a,   Vs,  Vh ess ,   Vw,   an d   Vd c.   C u r r en t  n o tatio n s   ar e  ip v ,   ilh ,   ib a,   is c,   iw,   an d   id c,   in d icatin g   th e   cu r r e n ts   th r o u g h   th e  PV  s y s tem ,   HE SS ,   b atter y ,   u ltra ca p ac ito r ,   win d   s y s tem ,   an d   DC   b u s ,   r esp ec tiv ely .   L o ad   r esis tan ce ,   in ter n al  r esis tan ce   o f   b atter y ,   an d   u ltr ac ap ac ito r   in ter n al  r esis tan ce   ar e  d en o ted   as  R d c,   r b ,   an d   r s c.   Switch es  S1   an d   S2   co n tr o l  th e  p h o to v o ltaic  an d   HE S  co n v er te r ,   wh i le  s witch es  D3   an d   S4   co n tr o l   th e  win d   co n v er ter .   Du ty   cy cles  f o r   t h e  p h o to v o ltaic  an d   HE S  co n v er ter ,   an d   win d   co n v er ter   a r e  r ep r esen ted   as Dp v   a n d   Dw.   W h en   PV  p o we r   is   a v ailab le,   s witch es  S1   an d   S2   m an a g e  th e  b atter y   ch a r g in g   o r   d is ch a r g in g   an d   en s u r e  th e   PV  s y s tem   o p er at es  at  its   MPP.  I n   th e  a b s en c e  o f   PV  p o we r ,   th e   HE SS   m ain tain s   th e  v o ltag e  ac r o s s   th e  PV  ca p ac ito r   ( C p v )   to   n o r m alize   th e  DC   b u s   v o ltag e  at  th e  r ef er en ce   v alu e  ( v d cr )   b y   ad ju s tin g   S1   an d   S2 .   Similar ly ,   s witch es D 3   an d   S4   co n tr o l th e  win d   s y s tem   to   ac h iev e  MPP o p er atio n .   T h e  HE SS   h an d les  th e  s u r p lu s   o r   s h o r ta g e  o f   p o wer   at  th e   DC   b u s ,   with   th e  b atter y   m an a g in g   av er ag e  p o wer   an d   th e   u ltra ca p ac ito r   h an d lin g   o s cillato r y   p o wer .   T h e   f r eq u en c y   o f   cu r r en t   d ec o u p lin g   b etwe en   th e   b atter y   an d   u ltra ca p ac ito r   is   i n f lu en ce d   b y   L b ,   C s c,   r s c,   a n d   r b .   B ased   o n   th e   p o wer   b alan ce   p r in ci p le  an d   b u ck - b o o s t  co n v er ter   o p er atio n   m o d e  [ 2 8 ] ,   th e  f o llo win g   eq u atio n s   ar e  g iv en .   W h en   s witch   S1   is   o n :      ℎ =      ( 1 )      =  + ℎ       ( 2 )     T h e  ( 1 )   an d   ( 2 )   g i v e  th e  s tatu s   o f   th e  s y s tem   wh e n   s witch   1   is   o n .   W h er e  ℎ   is   th e  in d u cto r   v o ltag e.   W h en   s witch   S2   is   en g ag ed ,   in   th is   c o n f ig u r atio n :     ℎ = ℎ      ( 3 )      =  + ℎ       ( 4 )       T h e  ( 3 )   a n d   ( 4 )   g i v e  th e  s tatu s   o f   th e  s y s tem   w h en   s witch   2   is   o n .   T h is   d em o n s tr ates  th at,   in   b o th   o p er atio n al   m o d es,  th e  DC - b u s   v o ltag e  is   th e  co m b in ed   v alu e  o f   th e  PV  an d   HE SS   v o ltag es,  h ig h lig h tin g   th e  in h er e n t  en h an cin g   ca p ab ilit y   o f   t h e  p lan n ed   s y s tem .   Ov er   a   s witch in g   p er io d   T s ,   th e  s tead y - s tate  v o ltag e  o f   th e  HE S   ca n   b e  ex p r ess ed   as g iv en   i n   ( 5 ) .     ℎ  =   1 −         ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A d va n ce d   mu lti - s o u r ce   co n ve r ters   fo r   D C   micro g r id s :   in teg r a tin g   p h o to vo lta ic   …   ( S u g a n t h i Neela g ir i )   1265   ( a)     ( b )       F i g u r e   3.   P r o p o s e d   DC   m ic r o g r i d   c o n f i g u r a t i o n :   ( a )   s c h e m at ic   d i a g r a m   o f   a   s t a n d al o n e   m i c r o g r i d   w i t h   m u l t i - p o r t   c o n v e r t e r   s t r u c t u r e   a n d   ( b )   p r o p o s e d   D C   m i c r o g r i d   c o n f i g u r a t i o n   w i t h   n o n - i s o l a t e d   m u l ti - s o u r c e   c o n v e r t e r       Similar ly ,   wh en   s witch es D3   an d   S4   ar e  ac tiv e ,   th en   t h e  s tead y - s tate  DC - b u s   v o ltag e  is   g iv en   b y   ( 6 ) .      = 1 −   ( 6 )     T h e  s tead y   s tate  co n d itio n   is   g iv en   b y   ( 7 ) .     ℎ = ℎ  +         ( 7 )     T h u s ,   b o th   ip v   an d   ih ess   ca n   b e  r eg u lated   b y   co n tr o llin g   th e  in d u cto r   cu r r en t  ( I PH) ,   p ar ticu lar ly   wh en   s witch es  S1   an d   S4   ar e  ac tiv e   wh ile  S2   i s   in ac tiv e.   T h e  in d u cto r s   L p h   an d   L w  ar e  ch ar g e   with   cu r r en t  s lo p es  o f   ℎ ℎ   an d   ,   co r r esp o n d i n g ly .   Du r in g   t h is   p er io d ,   ca p a cito r   C h   d is ch ar g es  th r o u g h   th e   HE SS ,   an d   th e   lo ad   is   p o wer ed   b y   th e   DC   lin k   ca p ac ito r   ( C d c) .   C o n v er s ely ,   wh en   S1   a n d   S4   ar e  in ac tiv e   a n d   S2   is   ac tiv e,   th e   in d u cto r s   L p h   an d   L w  d is ch ar g e  th r o u g h   th e  HE SS   an d   th e  lo ad ,   r esp ec tiv ely .   Du r in g   th is   tim e,   th e  PV   s y s tem   d eliv er s   p o wer   to   th e   lo ad   an d   th e  DC   lin k   ca p ac ito r   th r o u g h   L p h .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 2 6 1 - 1273   1266   T ab le  2 .   Simu latio n   p ar am eter s   S l . N o   C a t e g o r e y   V a l u e s   P a r a me t e r s   1   W i n d   p a r a me t e r s     M a x i m u m   v o l t a g e   ( V mp )   M a x i m u m   c u r r e n t   ( I mp )   3 0   V   3   A   2   P V   p a r a met e r s     V o l t a g e   a t   M P P                                                         C u r r e n t   a t   M P P     1 7 . 1   V   3 . 5   A   3   B a t t e r y   p a c k       B a t t e r y   v o l t a g e                                                         B a t t e r y   c a p a c i t y                   2 4   V   1 4   A h   4   U l t r a c a p a c i t o r   p a c k     V o l t a g e   ( v sc)                                            C a p a c i t a n c e   ( C sc)   3 2   V   2 9   F   5   D C   l o a d   r e si st a n c e   ( 5 0 - 1 0 0 )   Ω   6   B o o st   c o n v e r t e r   c o m p o n e n t s   Lb   =   1 . 9 9   mH ,   Lp h   =   4 .   5   mH ,   Lw   =   2   H ,   C p v   =   2 1 0 0   μF  C h   =   2 1 0 0   μF,   C w   =   1 1 0 0   μF       3.   P RO P O SE D  CO NT RO L   S T RAT E G Y  O F   M UL T I - SO U RCE   P O WE R  CO NVE RT E R  SE T UP   T h e   c o m p r e h e n s i v e   c o n t r o l   s t r u c t u r e   i s   i l l u s t r a te d   i n   F i g u r e   4 .   T h e   p h o t o v o l t a i c - h y b r i d   e n e r g y   s t o r a g e   s y s te m   c o n t r o l l e r   e m p l o y s   a   tw o - l o o p   c o n t r o l   s y s t e m ,   w h ile   t h e   w i n d   c o n t r o l   u s es   a   o n e - l o o p   d i r e c t   c u r r e n t   c o n t r o l   s y s t e m .   I n   t h e   c as e   o f   t h e   p h o t o v o l t a i c - H E S S   c o n t r o ll e r ,   t h e   i n n e r   c u r r e n t   c o n t r o ll e r ' s   r e f e r e n c e   c u r r e n t  i s   p r o v i d e d   b y   t h e   v o lt a g e   c o n tr o l l e r .   W h e n   P V   p o we r   is   a v a i la b l e ,   t h e  r e f e r e n c e  P V  v o l t a g e   ,   o b t a i n e d   f r o m   t h e   m a x i m u m   p o w e r   p o i n t   t r a c k i n g   ( M P P T )   a l g o r it h m ,   i s   u s e d   b y   t h e   v o l t a g e   c o n t r o l l e r   a s   d e p i c te d   i n     F i g u r e   4 ( a ) .   T h e   a ct u a l   P V   v o lt a g e   is   c o m p a r e d   t o   t h i s   r e f e r en c e   v o l t a g e ,   a n d   t h e  r e s u lt i n g   er r o r   i s   p r o c e s s e d   b y   a   P I   c o n t r o ll e r .   T h e  v o l t a g e   c o n t r o l l e r   t h e n   p r o d u c es   a   r e f e r e n c e   c u r r e n t   ,   w h i c h   f l o w s   t h r o u g h   ℎ   to   m a i n t a i n   t h e  PV   v o l t a g e  a t    .   T h i s   r e f e r e n ce   c u r r e n t     i s   c o m p a r ed   w i t h   t h e  a c t u al   c u r r e n t    ,   a n d   th e   e r r o r   i s   s e n t   t o   t h e   P I   c u r r e n t   c o n t r o ll e r   a n d   p u l s e   w i d t h   g e n e r at o r   to   c r e a t e   c o n t r o ll i n g   p u l s e s .   F i g u r e   4 ( b )   d e p i c t s   t h e  c o n t r o l   s t r u c t u r e   o f   t h e   p h o t o v o l t a i c - H E S S  c o n t r o l l e r   a n d   w i n d   c o n t r o l l e r   c o n t r o l  s t r a t eg y .   W h e n   P V  i s   n o t  a v a i l a b l e ,   t h e   r e f e r e n ce   v o l t a g e  ( )   f o r   t h e   v o l t a g e   c o n t r o l l e r   i s   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   r e f e r e n c e   D C   b u s   v o l t a g e      a n d   t h e   H E S S   v o l ta g e   ℎ     a s   d e p i c te d   i n   F i g u r e   4 ( b ) .       ( a)     ( b )       Fig u r e  4 .   Pro p o s ed   m u lti - co n v er ter   co n tr o l stra teg y   PV - HE SS   C o n tr o ller   s tr u ctu r e  wh e n   PV p o wer   is     ( a)   av ailab le  an d   ( b )   n o t a v aila b le       I n   th e  win d   co n tr o l  s etu p ,   th e   cu r r en t   p r o d u ce d   b y   th e  win d   MPP  alg o r ith m   s er v es  as  th e  r ef er en ce   cu r r en t.  T h e  ac tu al  w in d   cu r r e n t    is   co m p ar ed   to   th e   r ef er en c e  cu r r en t   ,   an d   th e  r esu ltan t  er r o r   is   in p u t  to   a  p r o p o r tio n al - in teg r al   ( PI)   cu r r en t  c o n tr o ller .   T h e  PI   co n t r o ller   th en   d ete r m in es  th e   n ec e s s ar y   d u ty   cy cle   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A d va n ce d   mu lti - s o u r ce   co n ve r ters   fo r   D C   micro g r id s :   in teg r a tin g   p h o to vo lta ic   …   ( S u g a n t h i Neela g ir i )   1267   m in im ize  th e  er r o r .   T o   p r o d u ce   s witch in g   p u ls es ,   th is   d u t y   cy cle     is   co m p ar ed   with   a  h ig h - f r eq u e n c y   r am p   s ig n al,   wh ic h   s ets th e  co n v er ter ’ s   s witch in g   f r eq u e n cy .       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N    I n   th is   s ec tio n ,   MA T L AB /Si m u lin k   is   u tili ze d   to   c o n d u ct  s im u latio n s   f o r   ass ess in g   th e  p er f o r m a n ce   o f   th e   p lan n ed   s y s tem   u n d e r   v ar io u s   o p e r atin g   c o n d itio n s .   T h e  p r o p o s ed   s y s tem   s im u latio n   is   g iv e n   in     Fig u r e  5 .   T o   test   th e   u s ef u ln e s s   o f   th e   p lan n e d   c o n tr o l   s tr u ctu r e,   win d   MPP  cu r r en t,   ir r a d ian ce   o f   PV,  a n d   lo ad   r esis tan ce   ar e  in ten tio n all y   ch an g ed .             Fig u r e  5 .   Simu latio n   o f   t h e  p la n n ed   DC   m icr o g r id   with   m u lti - s o u r ce   co n v er ter s       4 . 1 .     Wit h o nly   P V  po wer   g e nera t io n wit h lo a d v a ria t i o ns   T h e  s c en a r i o   is   d e m o n s tr ate d   i n   Fi g u r e  6 .   I n   t h is   ca s e,   s o l a r   p o we r   is   a v ai la b l e,   b u t w i n d   p o wer   is   n o t.   T h e   s o la r   i r r a d ia n c e   d r o p s   f r o m   1 0 0 0   W /m 2   t o   5 0 0   W /m 2 ,   c au s i n g   a   d ec r ea s e   i n   PV   cu r r e n t   f r o m   2 . 5   A   t o   1 . 5   A,   as   i n d i ca t ed   in   t h e   I p v   c u r r e n t   c u r v e   a t   t   =   2 . 5   s .   L o a d   d is t u r b a n ce s   ar e   i n t r o d u c e d   r e g u la r l y   at   t   =   3   s ,     t  =  5   s ,   a n d   t   =  8   s ,   as o b s e r v e d   f r o m   t h e  I l o a d   cu r v e .   T h e   DC - b u s   v o lt a g e ,   d e p i cte d   in   Fi g u r e  6 ,   r e m ai n s   s ta b l e  d es p it e   t h e   v a r ia ti o n s   in   PV   g e n e r a ti o n   an d   l o a d .   Ad d i ti o n all y ,   t h e  u l tr ac ap ac i to r   a n d   b att er y   c u r r e n t   v a r i ati o n s   in   r esp o n s e   t o   PV   p o w er   an d   l o a d   p o w er   v a r i ati o n s   ar e  e v i d e n t   f r o m   t h e   I s c   a n d   I b   c u r v es .   I t  is   e v i d e n t   t h at  th e   u lt r a ca p a cit o r   r es p o n d s   t o   s u d d e n   v ar iat io n s   w h il e  t h e  b a tte r y   a d d r ess es  av e r a g e   p o w e r   r e q u i r e m e n ts .   C o n s eq u en tly ,   th e  DC   lin k   v o ltag e  r em ain s   s tab le  at  5 0   V.   I n   an o t h er   s im ilar   s ce n ar i o ,   o n ly   th e   v ar iatio n   in   PV g en er atio n   wa s   an aly ze d   with o u t lo ad   v ar iat io n s .   T h is   is   d ep icted   in   Fig u r e  7 .   I n   th is   ca s e,   th e   PV  p o wer   is   av ailab le  wh ile  t h e  win d   p o wer   is   n o t.  T h e  PV   p o wer   g en er at io n   d ec r ea s es  at  r eg u lar   in ter v als,   as  s ee n   f r o m   th e  I p v   cu r r en t  c u r v e.   T h e  DC - lin k   v o ltag e  r es p o n d s   to   th ese  ch an g es  in   PV   p o wer   g en er atio n   v ar iatio n ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  7 ,   an d   r em ain s   s tab le.   T h e  I s c   an d   I b   c u r v es,  wh ic h   r ep r ese n t  th e  u ltra ca p ac ito r   an d   b atter y   cu r r e n t  v ar iatio n s   in   r esp o n s e  to   PV  p o wer   g e n er atio n ,   also   r e f lect  th ese  ch an g es.  I t  is   n o ticed   th at  th e  u ltra ca p ac ito r   r ea cts  to   s u d d en   v ar iatio n s ,   wh ile  th e  b atter y   r esp o n d s   to   av er ag e  p o wer   v ar iatio n s .   T h er ef o r e,   th e  DC - b u s   v o ltag e   r em ain s   s tab le  at  5 0   V.     4 . 2 .     Wit h o nly   wind   po wer   g ener a t io n,  wit h a nd   wit ho ut  lo a d c ha ng e    T h is   s itu atio n   is   d e p icted   i n   F ig u r e  8 .   I n   th is   s ce n ar io ,   PV  p o wer   is   n o t  a v ailab le,   wh ile   w in d   p o wer   is   av ailab le.   W in d   p o wer   g en er atio n   in cr ea s es  at  t  =  5   s ,   as  s h o wn   in   th e  I w  cu r v e,   an d   lo ad   d is tu r b an ce s   ar e   in tr o d u ce d   at  r eg u lar   in ter v al s   at  t  =  3   s ,   t  =   5   s ,   an d   t  =   8   s .   T h e   r esp o n s e  o f   th e  DC - b u s   v o ltag e   to   t h ese  ch an g es  in   win d   g e n er atio n   a n d   lo ad   v ar iatio n   is   v is ib le  in   Fig u r e  8   an d   r em ain s   s tab le.   Ad d itio n ally ,   th e  I s c   an d   I b   cu r v es,  wh ich   r ep r esen t  th e  u ltra ca p ac ito r   a n d   b atter y   cu r r en t  v ar iatio n s   in   r elat io n   to   win d   p o wer   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 2 6 1 - 1273   1268   g en er atio n   an d   lo ad   v a r iatio n s ,   s h o w  th at  th e   u ltra ca p ac ito r   r esp o n d s   to   s u d d en   v ar iatio n s ,   wh ile  th e  b atter y   r esp o n d s   to   a v er ag e  p o wer   v ar iatio n s .   As a  r esu lt,  th e  DC - b u s   v o ltag e  r em ain s   r e g u lated   at  5 0   V.     Fig u r e  9   illu s tr ates  th e  ch an g e  in   win d   p o wer   g en er atio n   wh en   th er e   is   n o   v ar iatio n   in   l o ad .   Ad d itio n ally ,   d u r i n g   th is   s ce n ar io ,   PV  p o wer   is   n o t  av aila b le.   W in d   p o wer   g en er atio n   i n cr ea s es  at  r eg u lar   in ter v als as sh o wn   b y   th e  win d   cu r r en t c u r v e  ( I w) .   T h e  DC - lin k   v o ltag e,   d is p lay e d   in   Fig u r e  9 ,   r em ain s   s tab le  in   r esp o n s e  to   th ese  ch a n g e s   in   win d   g e n er atio n   v a r iatio n .   A d d itio n ally ,   th e   cu r r en t   v ar iatio n s   o f   th e   u ltra ca p ac ito r   ( I s c)   a n d   b atter y   ( I b )   in   r elatio n   to   win d   p o wer   g en e r atio n   a r e  r ep r esen te d   in   th e  c u r v es.   I t  is   o b v io u s   th at  th e   u ltra ca p ac ito r   r esp o n d s   to   s u d d e n   v ar iatio n s   wh ile  th e   b atter y   r esp o n d s   to   a v er ag e   p o wer   v ar iatio n s ,   u ltima tely   lead in g   t o   a  r eg u lated   DC   lin k   v o ltag e   o f   5 0   V.             Fig u r e  6 .   W ith   o n l y   PV p o wer   g en er atio n   with   lo ad   v ar iatio n s           Fig u r e  7 .   W ith   o n l y   PV p o wer   g en er atio n   with o u t lo a d   v ar iat io n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A d va n ce d   mu lti - s o u r ce   co n ve r ters   fo r   D C   micro g r id s :   in teg r a tin g   p h o to vo lta ic   …   ( S u g a n t h i Neela g ir i )   1269       Fig u r e  8 .   W ith   o n l y   win d   p o w er   g en er atio n ,   with   lo a d   v ar iat io n s           Fig u r e  9 .   W ith   o n l y   win d   p o w er   g en er atio n   with o u t l o ad   v a r iatio n s       4 . 3 .     Wit h o nly   ener g y   s t o ra g e  dev ices a nd   lo a d v a ria t io ns   T h i s   s c e n a r i o   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 0 .   W h e n   n e i t h e r   P V   n o r   w i n d   p o w e r   i s   a v a i l a b l e ,   t h e   s t o r a g e   u n i t   i s   r e s p o n s i b l e   f o r   s u p p l y i n g   t h e   e n t i r e   l o a d   p o w e r .   L o a d   v a r i a t i o n s   a r e   e v i d e n t   f r o m   t h e   l o a d   c u r r e n t   c u r v e   I l o a d .   F i g u r e   1 0   i l l u s t r a t e s   t h a t   d u r i n g   d i s t u r b a n c e s ,   t h e   u l t r a c a p a c i t o r   ( I s c   c u r v e )   s u p p l i e s   t r a n s i e n t   o r   o s c i l l a t o r y   p o w e r ,   w h i l e   t h e   b a t t e r y   ( I b )   p r o v i d e s   a v e r a g e   o r   s t e a d y - s t a t e   p o w e r .   I t   i s   a l s o   n o t i c e a b l e   f r o m   t h e   D C   l i n k   v o l t a g e   c u r v e   t h a t ,   r e g a r d l e s s   o f   t h e s e   l o a d   c h a n g e s   a n d   t h e   a b s e n c e   o f   g e n e r a t i o n   p o w e r ,   i t   r e m a i n s   r e g u l a t e d   a t   5 0   V .     4 . 4 .     P V  a nd   wind   po wer   g en er a t io n wit h a nd   wit ho ut  lo a d v a ria t io ns   T h e  s y s tem   p e r f o r m an ce   u n d e r   th is   s ce n ar io   is   s h o wn   in   Fig u r e  1 1 .   PV,   win d ,   an d   lo ad   d is tu r b an ce s   o cc u r   at   r eg u lar   i n ter v als  d u r i n g   th is   s ce n a r io .   Sp ec i f ically ,   a  PV  d is tu r b an ce   is   in tr o d u ce d   at  t   =  2 . 5   s ,   a   win d   d is tu r b an ce   at  t  =  5   s ,   an d   a   l o ad   d is tu r b a n ce   at  t  =  3   s ,   t  =  5   s ,   t  =  6   s ,   a n d   t  =  8   s .   Fro m   Fig u r e  1 1 ,   it  is   d etec ted   f r o m   th e  DC   b u s   v o ltag e  cu r v e   th at  th e  s y s tem   m ai n tain s   p o wer   b ala n ce   th r o u g h o u t a ll d is tu r b an ce s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 2 6 1 - 1273   1270   T h e  s y s tem 's  p er f o r m an ce   u n d er   PV,  win d ,   an d   lo a d   v ar iat io n   co n d itio n s   is   s h o wn   in   Fi g u r e  1 2 .   I n   th is   s ce n ar io ,   P V  a n d   win d   v ar iatio n s   o cc u r   at   r eg u la r   2 - s ec o n d   in ter v als  u n til  t  =   6   s .   Fro m   th e  g r ap h   in   Fig u r e  1 2 ,   it  ca n   b e   o b s er v e d   th at  th e  s y s tem   m ain tain s   p o wer   b alan ce   th r o u g h o u t  all  d is tu r b an ce s ,   an d   t h e   DC   b u s   v o ltag e  r em ai n s   r eg u lated   at  5 0   V.   Fro m   th e  ab o v e  a n aly s es  ca s es  it  ca n   b e   o b s er v ed   th at  th e   p r o p o s ed   m u lti - s o u r ce   p er f o r m s   b etter   in   all  s ce n ar i o s   co m p ar ed   to   t h e  e x is tin g   m icr o g r id   s y s tem s   with   d ed icate d   co n v er ter s .   T h e  elab o r ate  co m p a r is o n   is   g iv en   in   T ab le  3 .           Fig u r e  1 0 .   W ith   o n ly   en e r g y   s to r ag e  d e v ices w ith   lo ad   v a r iatio n s           Fig u r e  1 1 .   PV a n d   w in d   p o we r   g en er atio n   with   lo ad   v ar iatio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.