I nte rna t io na J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   7 ,   No .   2 A p r il   201 7 ,   p p .   706 ~ 7 1 2   I SS N:  2088 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 7 i 2 . p p 7 0 6 - 7 1 2     706       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JE C E   Integ ra ted  C o o rdina tion o E lec tric   V ehicle   O pera tio ns a nd   R enew a ble  E nerg y   G enera tion in a  M icro g rid       J un g ho o n L ee G y un g - L ee P a rk   De p t.   o f   Co m p u ter S c ien c e   a n d   S tas ti stics ,   Je ju   Na ti o n a l   Un iv e rsity 6 3 2 4 3   J e j u d ae h ak n o   1 0 2 ,   J e j u   C it y ,     R ep u b lic  o f   Ko r ea       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   9 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   No v   2 0 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Dec   1 1 ,   2 0 1 6       T h is  p a p e d e sig n a   m icro g rid   e n e rg y   c o n tro ll e r   c a p a b le  o f   c re a ti n g   a   c h a rg in g   o d isc h a rg in g   sc h e d u le  f o e l e c tri c   v e h icle (EV s),  a im in g   a t   lev e ra g in g   th e   in teg ra ti o n   o f   re n e w a b le   e n e rg y   a n d   sh a v in g   th e   p e a k   lo a d   in   th e   m icro g rid .   D y n a m ica ll y   a c ti v a ted   o n   e a c h   ti m e   slo tt o   c o p e   w it h   th e   p re d ictio n   e rro f o th e   p o w e c o n su m p ti o n   a n d   th e   re n e w a b le  e n e rg y   g e n e ra ti o n ,   th e   c o n tr o ll e c a lcu late th e   n u m b e o EV to   c h a rg e   o m a k e   d isc h a rg e   f irst.   T h e n ,   a   g re e d y   a lg o rit h m - b a se d   sc h e d u ler  se lec ts  EV a c c o rd in g   to   th e   e x p e c ted   e n e rg y   p o ten ti a l d u r in g   th e ir  sta y s.  T h e   p o ten ti a is  th e   in teg ra o f   a   su p p ly - d e m a n d   m a rg in   f u n c ti o n   f ro m   th e c u rre n ti m e   to   th e   e x p e c ted   d e p a rtu re   ti m e .   A   si m u lato is  i m p le m e n ted   f o p e rf o r m a n c e   e v a lu a ti o n ,   c o m p a rin g   w it h   u n c o o rd i n a ted   sc h e d u li n g ,   a c c o rd i n g   to   t h e   num b e o f   EV a s w e ll   a th e   b e h a v io o f   e n e rg y   lo a d   a n d   p ro d u c ti o n .   T h e   e x p e ri m e n re su lt   sh o w s   th a th e p ro p o se d   sc h e m e   c a n   re d u c e   t h e   e n e rg y   w a ste   b y   1 6 . 9   % ,   c u t   d o w n   th e   m icro g rid - lev e e n e rg y   in su ff i c ien c y   b y     1 2 . 2   % ,   a n d   e n h a n c e   th e   a m o u n o f   e lec tri c it y   s u p p li e d   to   EV s   b y   3 7 . 3 % ,   re sp e c ti v e l y ,   f o g iv e n   p a ra m e ter  se tt in g .   K ey w o r d :   C h ar g in g /d i s ch ar g in g   s c h ed u l e   E lectr ic  v eh ic le   E n er g y   p o te n tial   Mic r o g r id   R en e w ab le  e n er g y   in teg r atio n   Co p y rig h ©   2 0 1 In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   All  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J u n g h o o n   L ee ,   J ej u   Natio n al  Un i v er s it y ,   +8 2 - 64 - 754 - 3594 ,   6 3 2 4 3   J e j u d ae h ak n o   1 0 2 ,   J e j u   C it y ,   R ep u b lic  o f   Ko r ea .   E m ail:  j h lee @ j ej u n u . ac . k r       1.   I NT RO D UCT I O N   E lectr ic  v e h icle s ,   o r   E Vs  in   s h o r t,  ar n e w   t y p o f   v e h icl es,  j u s co n s i s ti n g   o f   m o to r s   a n d   b atter y   d ev ices,  asco n tr ast  to   i n ter n al  co m b u s tio n   e n g i n v eh icles  s t u f f ed   w ith   co m p le x   p o w er   g e n er atio n   m ac h in er ie s .   T h p en etr atio n o f   E Vs  b r in g s   lo o f   en v i r o n m e n tal  b en e f its   s u c h   as  p o llu tio n   r ed u ctio n ,   g r ee n h o u s g as  cu t - d o w n ,   a n d   n o is m in i m izatio n ,   B esid es,  th e y   m ak t h tr an s p o r as   p ar t   o f   p o w er   n et w o r k ,   as  E b atter ie s   ar ch ar g ed   b asicall y   b y   t h ee lectr icit y   f r o m   t h m ai n   g r id ,   s p ec if icall y ,   n u clea r   o r   th er m a p o w er   p lan t s .   No w ad ay s ,   m o d er n   p o w er   s y s te m s ,   ca lled t h s m ar g r id ,   ar p u r s u i n g   e n er g y   ef f icien c y   i n   p o w er   g e n er atio n ,   tr an s m is s io n ,   a n d   co n s u m p tio n ,   b y   i n te g r atin g   in f o r m atio n   an d   co m m u n icatio n   tec h n o lo g ies   [ 1 ] .   I ts   m ai n   s u p p o r ter s   ar d ata  co m m u n icatio n   c h an n els   an d   i n tell ig e n t   co m p u ter   al g o r ith m s .   E Vs   ar e   co n s id er ed   o n e   o f   th e   k e y   co m p o n en ts   in   t h s m ar t   g r id ,   a s   th eir   d ig ita n at u r p r o v id esa  r ea l - ti m i n ter ac tio n   w it h   o t h er   en tit ies  a n d   m a k es  it   p o s s ib le  to   co - w o r k   with   s o p h is tica ted   co n tr o m ec h a n i s m   [ 2 ] .     W h ile  t h c h ar g i n g   lo ad   i m p o s es a   s i g n if ican t   b u r d en   o n   t h e   p o w er   s y s te m ,   E b atter ies   c an   b u s ed   ass p in n i n g   r eser v f o r   b etter   f r eq u en c y   co n tr o [ 3 ] .   T h at  i s ,   E Vs   p r o v id m ass iv e   ca p ac it y   b atter ie s   w h e n   th e y   ar n o t m o v i n g   a n d   p lu g g ed - i n   to   t h g r id .   Mo r eo v er ,   th V2 ( Ve h icle - to - Gr id )   s e r v ice  ca n   s h av e   th e   p ea k   lo ad   in   en er g y   co n s u m p t io n   an d   d is tr ib u tes  o v er   t h wh o le  d a y .   I allo w s   u s   to   a v o id   co n s tr u c tin g   n e p o w er   p lan t,  ac h ie v i n g   ec o n o m ic  an d   en v ir o n m e n tal  ad v an tag e s .   I n   ad d itio n ,   t h en e r g y   s to r ag h a s   th e   p o ten tial  o f   co p in g   w i th   t h i n ter m itte n c y   o f   r e n e w ab le  en er g y   s o u r ce s ,   as  E Vs  ca n   b ch ar g ed   ev e n   i f   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2088 - 8708     I n teg r a ted   C o o r d in a ti o n   o f E l ec tr ic  V eh icle  Op era tio n s   a n d   R en ewa b le  E n erg   ( Ju n g h o o n   Lee )   707   en er g y   s u p p l y   is   te m p o r ar il y   s u s p en d ed   an d   r esu m ed .   Hen ce ,   it  ca n   f u r th er   r ed u ce   th n u clea r   an d   th er m al   en er g y   g e n er atio n ,   i n co r p o r a tin g   m o r s o lar   o r   w i n d   en er g iesi n to   o u r   p o w er   s y s te m   [ 4 ] .   A f ter   all,   th e   o r ch estra tio n   o f   t h g r id   m an ag e m e n t,  E o p er atio n s ,   an d   r en e w ab le  en er g y g en er atio n   i s   v er y   i m p o r tan i n   m o d er n   en er g y   n et w o r k s .   H o w e v er ,   th eir   co n tr o is   e s s en tiall y   h ar d   to   d esig n   a n d   ap p ly   to   t h r ea en v ir o n m e n t i n   p r ac tice.   T h c o m p le x it y   o f   i n co r p o r at ed   co n tr o f o r   s u c h   h eter o g e n eo u s   g r id   en titi es   m ain l y   co m es  f r o m   t h e   u n ce r tai n t y   o f   th e ir   b eh a v io r s   [ 5 ] .   E v en   t h o u g h   th co m p le te  p r ed ictio n   is   a v ailab le,   t h co n tr o m ec h an is m   m u s h a n d le  alo o f   v ar iab les  an d   t h u s   s u f f er s   f r o m   s e v er t i m co m p lex i t y   [ 6 ] .   T h is   s it u a tio n   w i ll  g et  w o r s e   w it h   t h in cr ea s i n   th e n u m b er   o f   E Vs  to   b e   m a n ag ed .   P r ac tically ,   t h eir   co o r d in atio n   is   ex ec u ted   in   m icr o g r id   lev e l,  n o s y s te m - w id g r id le v el,   d u to   h ar d - to - g u ar an tee  s ec u r it y   r ea s o n s .   A   m icr o g r i d   is   a n   au to n o m o u s   p o w er   s y s te m   in   b u ild in g s ,   s h o p p in g m all s ,   u n i v er s it y   ca m p u s es,   an d   th e   li k [ 7 ] .   I is   t y p icall y   m ad u p   o f   r en e w ab le  en er g y   g e n er ato r s ,   en er g y   s to r ag e eq u ip m e n t,  p o w er   co n n ec tio n   to   th m a in   g r id .   W ith in   m icr o g r id ,   t h p r ed ictio n   o f   t h f u t u r r en e w ab le   en er g y a m o u n an d   p o w er   co n s u m p t io n   ca n   b r ea s o n ab l y   ac cu r ate  [ 8 ] .   E Vs  c an   b p lu g g ed - in   to   o r   d is co n n ec ted   f r o m   a m icr o g r id   ac co r d i n g   to   th eir   d r iv i n g   n ee d s .   W h ile   co n n ec ted ,   th e y   ar p ar o f   th m icr o g r id   a n d   u n d er   its   co o r d in atio n .   Fro m   t h m icr o g r id s   v ie w p o in t,  E V s   ar ti m e - v ar y i n g   r eso u r ce s .   I n   t h is   r e g ar d ,   th i s   p ap er   d es ig n s   a   co o r d in atio n   s ch e m f o r   m icr o g r id   h av in g   h i g h   r en e w ab le   en er g y   a n d   E p e n etr atio n   p o ten tial.   T h is   m ec h an i s m   d ec id es  w h ic h   E V   to   ch ar g f r o m   r en e w ab le  e n er g y   o r   d is ch ar g to   th e m icr o g r id   at  e ac h   ti m s lo t.  Her e,   t h E b eh av io r ,   n a m el y ,   w h en   a n   E V   ar r iv es  at  o r   leav e   th tar g et  m icr o g r id ,   ca n n o tb ac cu r atel y   p r ed icted ,   th u s   t h e   s ch ed u ler   i s   i n v o k ed   f o r   ea c h   ti m e   s lo to   k ee p   tr ac k in g   o f   th c u r r en tl y   ap p ea r in g E V s .   Ou r   s ch e m w i ll  e x p lo its   g r ee d y   alg o r it h m   ap p r o ac h   tak in g   i n to   ac co u n th ap p r o x i m ated   p r o b ab ilit y   a n   E Vca n   ac q u ir ele ctr ict y   f r o m   n e w ab le  e n er g y   g en er atio n   d u r in g   it s   s ta y   t i m e.   T h s c h ed u l in g   g o al  w i ll  b to   av o id en er g y   w a s te  an d   b etter   in teg r at io n   o f   r en e w ab le  en er g y   g en er atio n .   I ca n   b ac h ie v ed   b y   m a k i n g   E V s   e m p ti f y   th e ir   b atter ies  b ef o r th b eg i n n in g   o f   o v er   p r o d u ctio n   in ter v a ls   as  w el l a s   f illi n g   b e f o r in s u f f icie n c y   i n ter v als,  as  m u c h   asp o s s ib le  [ 9 ] .   T h r est  o f   th e   p ap er   is   o r g a n ized   as   f o llo w s Af ter   is s u i n g   t h p r o b le m   i n   Sectio n   1 ,   Sectio n   2   r ev ie w s   s o m er elate d   w o r k .   S ec tio n   3   d escr ib es  th s y s te m   m o d el  an d   d esig n s   th co o r d in atio n   s ch e m e.   Sectio n   4   m ea s u r es  t h e   p er f o r m an ce   o f   t h p r o p o s ed   s ch e m v ia  s i m u lat io n   a n d   d is cu s s e s   th r es u lt .   F in al l y ,   Sectio n   5   co n clu d e s   th i s   p ap er w it h   b r ief   i n tr o d u ctio n   o f   f u t u r w o r k .       2.   RE L AT E WO RK     B asicall y ,   t h e   s m ar g r id   is   an   in s tan ce   o f   c y b er - p h y s ica s y s te m   i n   t h at  a   v ar iet y   o f   e n t ities   k ee p   g en er ati n g m as s i v a m o u n t   o f   m o n ito r i n g   r ec o r d s   an d   a p p r o p r iate  tim e l y   r ea ctio n   m u s b d ec id ed   m ai n l y   b y   s o p h is ticated   co m p u ter   alg o r ith m   [ 1 0 ] .   I ts   id ea c o n tr o g o al  is   to   m a k p o w er   g en er atio n   a n d   co n s u m p tio n   eq u al   at  all   ti m e s   [ 1 1 ] .   Ho w ev er ,   i n   th e   r ea w o r ld ,   th e   g o al  is   co m p r o m is ed   to   m i n i m ize  t h e   mi s m atc h   b et w ee n   t h e m ,   o v e r co m i n g   u n p r ed ictab le  b eh av i o r s   o f   g r id   e n titi e s .   A s   a n   e x a m p le  o f   E a n d   r en e w ab le  en er g y   co o r d in atio n ,   [ 1 2 ]   p r o p o s es  co n tr o ls c h e m w h ic h   p u r s u e s   t h m in i m izatio n   o f   p o w er   i m b alan ce   w i th i n   m icr o g r id .   T o   m ak ch ar g in g   an d   d is c h ar g i n g   s ch ed u le  o f   E Vs  w h ic h   m a y   ar r i v at  th g r id   ea r l y   o r   late,   t h i s   s c h e m e m p lo y s   f u zz y   ap p r o ac h ,   f o r   th g i v en   b o u n d ed   d ev iat io n   o n   th e   ar r iv al  t i m e   esti m atio n .   T h e y   a s s u m t h at  t h ac cu r ate  p r ed ictio n   o n   p o wer   co n s u m p tio n   a n d   r en e w ab le   en er g y   g e n er atio n   is   av ailab le.   I n   ad d itio n ,   [ 6 ]   p o in ts   o u t h at  th d er eg u la tio n   o f   p o w er   s y s te m s   w ill  b r in g   n e w   u n c er tain ties ,   m ak in g   t h eir   f r eq u e n c y   co n tr o m u c h   m o r co m p le x .   T h is   r esear ch   d esig n s   an   o p ti m ized   f u zz y   co n tr o ller   f o r   th s a k o f   d ec id in g   w h et h er   to   ch ar g o r   d is ch ar g b atte r ies  w i th   r esp ec to   cu r r en g r id   f r eq u en c y   a n d   b atter y   So C   ( State - of - C h ar g e) .   I t   b eg i n s   w it h   t h i n v esti g ati o n   o f   ca r   av ai lab ilit y   d u r i n g   a   d a y   a n d   as s u m e s   th at  s u f f icie n n u m b er   o f   E Vs  ar al w a y s   p l u g g ed - in   to   th g r id ,   w h ile  th eir   ar r i v al  a n d   d ep ar tu r ti m e   f o llo w s   n o r m al  d is tr ib u tio n .   I n   th co n tr o ller ,   cu r r en t   f r e q u en c y   d e v iatio n   i s   f u zz if ied   in to   7   lev els  f r o m   v er y   lo w   to   v er y   h ig h .   B atter y   So C   i s   also   f u zz if ied   i n to   5   lin g u i s tic   v ar iab les.  Ne x t,  wh eth er   to   c h ar g o r   d is c h ar g p o w er   is   d ec id ed   b y   t h s et  o f   co n tr o r u les.  B esid es,  in   d eter m i n i n g   t h co n tr o ac tio n ,   [ 1 3 ]   s u g g e s ts   So C - b ased   f air n e s s .   T h f air n e s s   cr iter ia  cla i m s   th a E Vs  h a v in g   h i g h   So C   is   s elec ted   f o r   d is ch ar g i n g   b u w i ll  b g i v e n   p r ec ed en ce   w h e n   it   w a n ts   t o   b ch ar g ed .   An y w a y ,   d i f f er en t   co o r d in atio n   o b j ec tiv es   ar p u r s u ed   o n   d i f f er en t a s s u m p tio n s   e s p ec iall y   i n   th E b eh a v io r .         3.   CO NT RO L   M E CH ANI SM   Fig u r 1   illu s tr ates  o u r   s y s te m   m o d el.   B asicall y ,   th m icr o g r id   g ets  elec tr icit y   f r o m   th m ai n   g r id   ac co r d in g   to   th b i - p ar t y   co n t r ac e m b r ac in g   p r ice  p lan s   an d   p o w er   ca p ac it y   p r o v is io n i n g .   T o   th m icr o g r id ,   E Vs  ca n   b i n te g r ated   b y   b ei n g   p l u g g ed - i n   in   p ar k i n g   lo t s .   T h ey   ar co n n ec ted   f ir s to   th o n - o f f   s w itc h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il   2 0 1 7   :   7 0 6 712   708   co n tr o to   b ch ar g ed   o r   d is ch ar g e   u n d er   th ti g h co o r d in at io n   o f   m icr o g r id   m an a g e m en t   ag en t.  I n   ad d itio n ,   r en e w ab le  en er g y   g e n er ato r s ,   s u c h   as   w i n d   t u r b in es   o r   s o la r   p an els,  ar i n s talled   w it h i n   t h m icr o g r id .   T h g en er ated   e n er g y   ca n   b co n s u m ed   b y   elec tr ic  d ev ice s i n   th m icr o g r id ,   p o s s ib l y   a f ter   b ein g   r e g u lated   i n   m icr o g r id   b atter ies,  s to r ed   in   th s p in n i n g   r eser v e,   o r   s u p p lied   to E Vs.  T h d ata  c o m m u n ic atio n   n et w o r k ,   b it  w ir ed   o r   w ir eles s ,   m a k e s   it  p o s s ib le  f o r   t h m icr o g r id   to   i n ter ac w it h   o t h er   in f o r m a tio n   s er v ices  s u ch   a s   p o w er   co n s u m p tio n   p r ed ictio n ,   w ea th er   f o r ec ast  f o r   r en e wab le  en er g y   e s ti m atio n ,   s lo r eser v atio n   r eq u e s ts   f r o m   E Vs.  T h co n tr o lo g ic  y ield s   s w itch   co n tr o s ch ed u l alo n g   th ti m a x is ,   w h ich   i s   d iv id ed   b y   s er ies   o f   f i x ed - s ize  ti m s lo ts .           Fig u r 1 . S y s te m   m o d el       T h co n tr o ap p licatio n   is   ex ec u ted   j u s b ef o r th b eg in n in g   o f   ea ch   ti m s lo t,  s o   it  tak es  o n l y   cu r r en tl y   a v ailab le  E Vs.  T h f ir s s c h ed u l in g   g o al  is   to   r ed u ce   th w aste  o f   elec tr icit y   e x ce s s i v el y   g en er ated   f r o m   th r e n e w ab leen er g y   s o u r ce s   d u to   th eir   in ter m itte n t   n atu r e.   T o   th is   en d ,   it  is   i m p o r tan to   m a k E V   b atter ies  e m p t y   w h en   o v er p r o d u ctio n   i s   an ticip ated .   T h s ec o n d   g o al  is   to   s h a v t h p ea k   co n s u m p tio n   o f   elec tr icit y   p r o v id ed   f r o m   th m ai n   g r id .   T h is   ca n   b ac h iev ed   b y   f ill in g   E b a tter ies  b ef o r th p ea k   in ter v al  an d   m ak in g   th e m   d is c h ar g e.   W ass u m th at  t h ep r ed ictio n   m ec h an is m s   o f   ac ce p tab le  ac cu r ac y   f o r   p o w er   lo ad   an d   r en e w ab le  e n er g y   g e n er atio n   ar e   av ailab le.   m i n o r m i s   p r ed ictio n   ca n   b ad j u s ted   b y   d y n a m icall y   r eg en er ati n g   co n tr o s ch ed u le  s lo b y   s lo t.  T h m ai n   f o c u s   lies   i n   th a t w h e n   E c h ar g i n g   o r   d is ch ar g i n g   is   s ch ed u led   in   th f u t u r e,   th E Vs  m u s b co n n ec ted   to   th m icr o g r id .   Hen ce ,   th e   s c h ed u l er   m u s co n s id er   th e   ti m e - d ep en d en t p r ese n ce   o f   r e s p ec tiv E Vs.   T o   b eg in   w it h ,   t h ti m a x is   is   d iv id ed   b y   f i x ed - s ize  s lo ts   f o r   m a n ag ea b le  co m p u tatio n   ti m e.   I n   s p ite   o f   th i s   s etti n g ,   t h s c h ed u le  o f   r esp ec tiv E Vs  f o r   s er ies  o f   u p co m in g   s lo t s   co n s id er in g   d iv er s f ac to r s   w i ll   tak q u i te  lo n g ti m a n d   it s   h ar d   to   f i n d   an   o p ti m al  s o lu t io n   f o r   g i v e n   co n tr o g o al.   He r e,   ea ch   E ca n   b co n s id er ed   r ea l - ti m ta s k   [ 1 4 ] .   Ultim ate l y ,   t h co n tr o lle r   d ec id es  w h ic h   E Vs  to   ch ar g w h e n   r en e w ab le   en er g y   i s   n o t c o n s u m ed   i n   th e   m icr o g r id   f o r   th e   f u t u r u s e.   On   t h co n tr ar y ,   d u r in g   t h in t er v al  o f   i n s u f f icie n t   g en er atio n ,   t h co n tr o ller   d ec i d es  w h ic h   E V s   to m a k d i s ch a r g e.   T h d if f icu l t y   lies   in   th at   an   E c h ar g ed   m a y   leav t h m icr o g r id   b ef o r th in s u f f icien c y   i n ter v a l.O n   t h co n tr ar y ,   an   E m a n y   g i v elec tr icit y   to   t h e   m icr o g r id ,   b u t   it  ca n n o g et   it  b ac k .   I n   t h i s   ca s e,   w as s u m e   th att h o s E V s   w i ll  b ec o n o m icall y   r e w ar d ed   b y   ca s h   o r   co u p o n s   f o r   t h s o ld   e lectr icit y .   I i s   es s en tial  f o r   an   E to   p u ar estrict io n   o n   th m i n i m al  le v el  a n d   b elo w   th i s   le v el  n o   m o r i n j ec tio n   is   allo w ed .   T h m a in   id ea   o f   o u r   s c h ed u lin g   s c h e m is   d ep icted   i n   Fi g u r 2 .   A cc o r d in g   to   th p r e d ictio n   o n   r en e w ab le   en er g y   g e n er atio n   an d   p o w er   co n s u m p tio n ,   w ca n   esti m ate  th s u p p l y - d e m a n d   m ar g in   alo n g   th e   ti m a x i s .   A n   E V m a y   s ta y   at   th m icr o g r id   a n d   its   d ep ar t u r ti m ca n   b esti m ated ,   e v en   n o co m p le tel y   ac cu r ate.   W h e n   t h m ar g in i s   p o s itiv e,   th at   is ,   r en e w ab le  e n er g y   ex ce ed s   t h d e m a n d ,   t h r e m ai n in g   a m o u n t   is   s to r ed   in   E b atter ies.  Ge n er all y   s p ea k i n g ,   t h elec tr ic it y   f lo w   ca p ac it y   t h o u g h   th r e g u l ar   p o w er   ca b le  i s   3   k w h .   He n ce ,   th e   n u m b er   o f   E Vs  to   s e lect  i s d ec id ed   b y   th to tal  o v er   p r o d u ctio n .   I f   t h er is   n o s u f f ic ien t   n u m b er   o f   E Vs,   th e   g e n er ate d   en er g y   w i ll  b w asted .   Fo r   E s elec t io n ,   w e   o r d er   E Vs  b y   th e   ex p ec ted   ch ar g i n g   p o ten tial.  I t is d ef i n e d   b y   t h s u m   o f   m ar g in s   d u r i n g   th s ta y ti m o f   an   E V.   Na m el y ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2088 - 8708     I n teg r a ted   C o o r d in a ti o n   o f E l ec tr ic  V eh icle  Op era tio n s   a n d   R en ewa b le  E n erg   ( Ju n g h o o n   Lee )   709                     ( 1 )     w h er f   ( x )   i s   t h cu r v f itti n g   f u n ct io n   o f   t h s u p p l y - d e m a n d   m ar g i n .   w h ile  c   an d   d   ar t h cu r r en ti m s lo t   an d   th e   est i m a ted   d ep ar tu r tim e.           Fig u r 2 .   Selectio n   cr iter ia       An   E h av in g   n e g ati v p o ten tial  w i ll  b also   ask ed   to   d is c h ar g its   elec tr ici t y   to   th g r id .   Hen ce ,   it  is   ad v an tag eo u s   to   m a k t h e m   b ch ar g ed   as  m u ch   a s   p o s s ib le  w h en e v er   ch a n ce   is   g i v en .   A t h b eg i n n i n g   o f   ati m s lo h a v i n g   p o s iti v m ar g i n ,   th co n t r o ller   f ir s d ec id es  th n u m b er   o f   E Vs  to   ch ar g co n s id er in g   th e   a m o u n o f   o v er   p r o d u ctio n   an d   th m ax i m u m   f lo w   a m o u n th r o u g h   t h p o w er   lin a n d   s e lects  E Vs  to   ch ar g e   f r o m   t h o n h av i n g   t h lea s p o ten tial.  I f   th n u m b er   o f   E Vs  to   c h ar g i s   s m aller   t h an   t h n u m b er   o f   ch ar g ea b le  E Vs,  th s u r p l u s   e n er g y w ill  b w asted .   Her e,   E Vs  alr ea d y   in   t h eir   f u ll  ch ar g w ill  b r e m o v ed .   T h o p e r atio n   o n   n eg a tiv m ar g in   s lo ts   is j u s o p p o s ite  to   t h is .   T h o s E Vs  h a v i n g   p o s iti v p o ten tial  w il b s elec ted   f ir s t.  E V s   r ea c h in g   t h m i n i m u m   b o u n d   w i ll  b e l i m i n ated   f r o m   th e   d is c h ar g i n g   li s t.  I f   t h e n er g y   in s u f f icien c y   ca n n o b co v er ed   b y   E V - s to r ed   elec tr icit y ,   t h e   m icr o g r id   ca n n o b u p u r ch a s m o r elec tr icit y   f r o m   t h m ai n   g r id .       4.   P E RF O RM ANCE M E ASURE M E NT   T h is   s ec tio n   m ea s u r es  th p e r f o r m an ce   o f   th p r o p o s ed   c o n tr o s ch e m v ia  s i m u latio n   d is cr etel y   tr ac in g   t h e   e v en ts .   V2 i s   i m p o r tan d u r in g   th e   p er io d   o f   i n ten s i v e   en er g y   co n s u m p tio n ,   m ai n l y   d a y t i m e   a n d   w o r k   h o u r s .   Hen ce ,   th ex p er i m en ass u m e s   th at  t h s ch ed u l er   r u n s   d u r in g   1 2   h o u r s   d ay ,   w h ile  th ti m s lo t   len g th   i s   1 5   m i n u tes.  A   d ail y ti m w i n d o w   co n s is t s   o f   4 8   s lo ts .   E Vs  ar r iv at  th m icr o g r id   r an d o m l y   f r o m   Slo 0   to   Slo 4 4 .   T h s ta y   t i m d is tr ib u tes   u n i f o r m l y   f r o m   4   to   2 4   s lo ts .   T h m ax i m u m   b atter y   s to r ag e   is   1 8   kwh ,   w h il th So C   at  t h ar r iv al  ti m o f   an   E is 6   to   1 8   kwh   [ 1 5 ] .   A th is   s tag e,   t h is   ex p er i m e n tak e s   v ir tu a p o w er   co n s u m p tio n   a n d   r en e w ab le  en er g y   g e n er at io n   d ata.   Fo r   ea ch   d a y ,   av er ag d ail y   s u p p l y - d em a n d   m ar g i n   ca n   b s et  to   α kwh ,   th e n   it s   m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   v al u esar α - 5 0   to   α +5 0   kwh .   E ac h   s lo h as  r an d o m   v al u o u o f   t h i s   r an g e.   T h to tal  p o w er   co n s u m p tio n   i n   m icr o g r id   ca n   b m u c h   lar g er   th a n   th is   r a n g e.   Fo r   ea ch   p ar a m eter   s ettin g ,   5 0   s ets ar g e n er ated   an d   th r es u lts   ar av er a g ed .   T h m ain   p er f o r m a n ce   m etr i cs  ar w asted   e n er g y ,   E V - c h ar g ed   en er g y ,   a n d   en er g y   in s u f f icie n c y ,   r esp ec tiv el y .   W co m p ar t h p er f o r m a n ce   w it h   a n   u n co o r d in ated   s ch ed u ler   w h ic h   r an d o m l y   s elec ts   E V s   to   ch ar g o r   m a k d is ch ar g e.   I n   th s u b s eq u en f i g u r es,  th i s   s ch e m i s   m ar k ed   as   r a n d o m   w h ile  o u r s   a s   p r o p o s ed ,   r esp ec tiv el y .   T h t w o   p er f o r m an ce   p ar a m eter s   ar th n u m b er   o f   E Vs   an d   th s u p p l y - d e m an d   m ar g i n .   A ct u all y ,   i f   t h m ar g i n   is   to o   lar g eo r   to o   s m all,   t h V2 s ch ed u le  h a s   lit tle  e f f ec t,  as a ll o f   th e n er g y   ca n   b eith er   w asted   o r   s p en b y   th m icr o g r id .   T h f ir s e x p er i m e n m ea s u r es  t h ef f ec o f   th n u m b er   o f   E Vs  to   t h p er f o r m an ce   m etr i cs  an d   th e   r es u lts   ar s h o w n   f r o m   Fi g u r e   3   to   Fi g u r 5 .   T h n u m b er   o f   E V s   i s   ch an g ed   f r o m   3 0   to   1 8 0 ,   w h i le  th ce n ter   o f   t h m ar g in   i s   s et  to 0   kwh .   A cc o r d in g   to   F ig u r 3 ,   w h en   th e   n u m b er   o f   E Vs  is   s m al ler   th a n   4 0 ,   th am o u n o f   w a s ted   en e r g y   is   al m o s t   s a m e,   as  all  o r   n o   E Vs  ar s elec ted ,   s h o w i n g   th e   i m p r o v e m e n o f   less   t h a n   3 . 1   %.  B e y o n d   t h i s   p o in t,  i n   s p ite  o f   s o m e   f l u c tu atio n ,   th w asted   en er g y   is   c u d o w n   b y   u p   to   1 6 . 9   %.  T h p er f o r m an ce   e n h a n ce m en is   es s e n tiall y   i n f lu en ce d   b y   s u p p l y - d em a n d   m ar g i n   d y n a m ics.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il   2 0 1 7   :   7 0 6 712   710         Fig u r 3 .   W asted   en er g y   v s .   n u m b er   o f   E V s     Fig u r 4 . EV - ch ar g ed   en er g y   v s .   n u m b er   o f   E Vs           Fig u r 5 .   I n s u f f icie n c y   v s .   n u m b er   o f   E V s       Nex t,  Fi g u r 4   p lo ts   th e   a m o u n o f   r en e w ab le  e n er g y   u s ed   f o r   E ch ar g i n g .   T h e x p er i m e n t   m ea s u r es  t h e   So C   le v el  d i f f er en ce   at  t h ar r i v al  ti m a n d   t h d ep ar tu r ti m o f   a n   E V.   W i th   m o r E Vs,  m o r r en e w ab le  en er g y   ca n b ab s o r b ed   b y   E V s .   A cc o r d in g   to   t h f i g u r e,   t h p er f o r m an ce   g a p   g ets   lar g er   alo n g   w it h   th e   i n cr ea s in   t h n u m b er   o f   E Vs,   r ea ch i n g   3 7 . 3   in   ca s e   o f   1 8 0   E Vs.  Fi g u r e   5   s h o w s   th e   in s u f f icien c y   i n   t h m icr o g r id .   W h en   th er ar s m a ller   a m o u n o f   en er g y   o b tain ab le  f r o m   E Vs,  th e   m icr o g r id   m u s b u y   f r o m   t h m ai n   g r id .   T h p r ice  w ill  b d if f er en b y   th eti m e - of - u s e.   T h p er f o r m a n ce   b eh a v io r   lo o k s   s i m ilar   to   t h ca s o f   Fi g u r 3 .   T h in s u f f icie n c y   is   r ed u ce d   b y   f r o m   2 . 0 to   1 2 . 2   %.  T h is   r esu lt   i n d icate s   th a t   E Vs  ch ar g ed   w ith   r e n e w ab le  en er g y   lea v b ef o r th s to r ed   elec tr icit y   ca n   b u s ed .   A ct u all y ,   th E V - s to r ed   en er g y   ca n   b ex p lo ited   b elo w   th s u p p l y - d e m a n d   m ar g in ,   d u to   th co n s tan t c o n s u m p t io n   in   t h m icr o g r id .   Th s ec o n d   ex p er i m e n m ea s u r es  t h e f f ec o f   t h s u p p l y - d e m a n d   m ar g in   to   th p e r f o r m an ce   m etr ics   an d   t h e   r e s u l ts   ar s h o w n   f r o m   Fi g u r 6   to   Fi g u r 8 .   I n   t h ese  f i g u r es,  t h x - a x i s   i s   t h a v er ag s u p p l y - d em a n d   m ar g i n ,   w h ile   t h d is tr ib u tio n   r an g is   f ix ed   to   1 0 0   kwh .   Fo r   ex am p le,   if   t h x - a x is   v al u is   - 1 0 ,   th e   s u p p l y - d e m a n d   m ar g in   r an g e s   f r o m   - 6 0   to   4 0   kwh .   Her e,   t h n u m b er   o f   E Vs   is   s et   to   1 0 0 .   Fig u r e   6   s h o w s   th at  t h e n er g y   w aste   ca n n o t   b av o id ed .   Ho w e v er ,   o u r   s ch e m e   ca n   r ed u ce   it   b y   u p   t o   2 5 . 1   w h en   th e   m ar g i n   is   1 0 0   kwh .   Nex t,  Fig u r 7   p lo ts   th E V - c h ar g ed   a m o u n w h en   t h ce n ter   o f   t h m ar g in   r an g es  f r o m   - 3 0   to   3 0   kwh .   A cc o r d in g   to   th ex p er i m e n r es u lt,  t h p r o p o s ed   s ch e m ca n   m o r ef f ic ien tl y   ch ar g E Vs   co m p ar ed   w it h   th u n co o r d in ated   s elec tio n   s c h e m b y   u p   t o   3 3 . 2   w h en   t h d e m a n d   i s   s li g h tl y   m o r t h a n   th s u p p l y .   Fi n all y ,   Fi g u r 8   s h o w s   t h e n er g y   i n s u f f icie n c y   f o r   t h g i v en   p ar a m eter   s et.   Her a g ain ,   th e   p r o p o s ed   s ch e m r ed u ce d   th e   in s u f f icie n c y   o v er   t h u n co o r d in ated   s ch e m m a x i m a ll y ,   n a m e l y ,   b y 2 4 . 2   %,   w h e n   th m ar g i n   ce n ter   is   - 1 0 . 0   kwh .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E   I SS N:  2088 - 8708     I n teg r a ted   C o o r d in a ti o n   o f E l ec tr ic  V eh icle  Op era tio n s   a n d   R en ewa b le  E n erg   ( Ju n g h o o n   Lee )   711         Fig u r 6 .   W asted   en er g y   v s   m i cr o g r id   lo ad     Fig u r 7 . EV - ch ar g ed   en er g y   v s   m icr o g r id   lo ad           Fig u r 8 .   I n s u f f icie n c y   v s .   m ic r o g r id   lo ad       5.   CO NCLUD I N G   RE M ARK S   I n   th is   p ap er ,   w h a v d es ig n ed   m icr o g r id   en er g y   co n tr o ller   w h ic h   cr ea tes  a n   E V   c h ar g i n g   o r   d is ch ar g i n g   s c h ed u le.   T h s ch ed u li n g   g o al  i s   to   ab s o r b   th o v er p r o d u ce d   elec tr icity   f r o m   in ter m i tten t   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   f o r E ch ar g in g   a s   w ell  a s   to   s h av t h p ea k   lo ad   in   m icr o g r id .   Fo r   th s a k o f   m i n i m izi n g   th e   e f f ec t   o f   m is p r ed ictio n   f o r   t h p o w er   co n s u m p tio n   an d   t h r e n e w ab le  e n e r g y   g e n er atio n ,   th e   s ch ed u ler   is   e x ec u ted   j u s b ef o r th b eg i n n i n g   o f   ea c h   s lo t.  I f ir s ca lc u la tes  t h n u m b er   o f   E Vs  to   c h ar g o r   m ak d i s ch ar g b ased   o n   th p o w er   lin ca p ac it y   a s   w ellas   th a m o u n o f   o v er   p r o d u ctio n   o r   p o w er   lac k   in   th u p co m i n g   s lo t.  T h en ,   E V s   o f   t h at   n u m b er   ar s elec ted   a cc o r d in g   to   t h e n er g y   p o te n t ial,   w h ich   d en o tes   th e x p ec ted   av ailab ilit y   o r   i n s u f f ic ien c y   a n   E w i ll  e x p er ien ce   d u r i n g   its   s ta y   ti m e.   A   s i m u latio n   s t u d y   s h o w s   t h at  t h e   p r o p o s ed   s ch e m ca n   r ed u ce   t h e n er g y   w as te  b y   1 6 . 9   %,  a n d   e n h an ce s   t h e   a m o u n t   o f   en er g y   s u p p lied   to   E Vs  b y   3 7 . 3   %,  c o m p ar ed   w it h   th u n co o r d i n at ed   s ch ed u li n g   s ch e m e.   P ar ticu lar l y ,   itc u t s   d o w n   th m icr o g r id - le v el  e n er g y   in s u f f icie n c y ,   w h ich   lead s   to   t h ad d itio n al  en er g y   p u r c h ase  f r o m   t h m ai n   g r id , b y   1 2 . 2   %.   As  f u tu r w o r k ,   w w il m o d el  th b eh av io r   o f   th s u p p l y - d e m an d   m ar g i n   in   an   ac t u al  m i cr o g r id .   T o   th is e n d ,   p o w er   co n s u m p tio n   r ec o r d s   ar ac q u ir ed   f r o m   t h u tili t y   co m p a n y   a n d   its   m o d el   is   b ein g   d e v elo p ed ,   test ed ,   an d   ad j u s ted .   I n   ad d iti o n ,   o u r   tar g et   m icr o g r id   in s tal ls   s o m s o lar   e n er g y   g en er ato r s ,   w h o s o p er atio n   lo g s   ar al s o av ailab le.   No w ,   th a n al y s is   p r o ce s s   ev al u ate s   th e   co r r elatio n   b et w ee n   th e   a m o u n o f   en er g y   g en er atio n   a n d   s et  o f   cli m at p ar a m eter s .   I is   a ls o   co n s id er ed   to   esti m ate  t h So C   le v el   f o r   a n   E b a s ed   o n   th r o u te  i h a s   ta k en   to   m a k a m o r e f f icie n s c h ed u le  o f   E o p er atio n s .   I n   u p g r ad in g   th e   s c h ed u li n g   alg o r ith m ,   th ti m e - d ep en d en t   f lu ct u atio n   b et w ee n   t h o v er p r o d u ctio n   an d   p o w er   lac k   will  b in teg r ated   to   s elec th E V s   to   ch ar g o r   m ak d i s ch ar g e.   A   s lo tas s ig n m en m a y   r eg u late  t h p r io r ity   in   t h s u b s eq u e n t   s lo ts   f o r   co m p en s atio n   p u r p o s e.   Su ch   r eq u ir e m e n ts   w i ll b e   in teg r ated   i n   o u r   m icr o g r id   en er g y   co n tr o ller .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2088 - 8708   I J E C E   Vo l.  7 ,   No .   2 A p r il   2 0 1 7   :   7 0 6 712   712   ACK NO WL E D G E M E NT S   T h is   r esear ch   w as  s u p p o r ted   b y   Ko r ea   E lectr ic  P o w er   C o r p o r atio n   th r o u g h   Ko r ea   E lectr ical  E n g i n ee r i n g   &   Scie n ce   R e s ea r ch   I n s titu te.   ( Gr an t n u m b er R 1 5 XA 0 3 - 62)       RE F E R E NC E S   [1 ]   A .   Ip a k c h i a n d   F .   A lb u y e h G rid   o f   th e   F u t u re IE EE   Po we r &   En e rg y   M a g a zin e , p p .   5 2 - 6 2 ,   2 0 0 9 .   [2 ]   K.  S p e e s   a n d   L .   L a v e De m a n d   Re sp o n se   a n d   El e c tri c it y   M a rk e Eff icie n c y ,   T h e   El e c tricity  J o u rn a l ,   p p .   6 9 - 8 5 ,   2 0 0 7 .   [3 ]   M .   A n sa ri ,   A .   Al - Aw a m i ,   E.   S o rt o m m e ,   a n d   M .   A b id o C o o r d in a t e d   Bid d in g   o f   A n c il lar y   S e rv ic e f o V e h icle - to - G rid   u sin g   F u z z y   Op ti m iz a ti o n ,   IEE T ra n sa c ti o n   o n   S m a rt Grid v o l.   6 ,   n o .   1 ,   p p .   2 6 1 - 2 7 0 ,   2 0 1 5 .   [4 ]   B.   A ll a h m   a n d   L .   Dja m e l Co n tro o f   P o w e a n d   V o l tag e   o f   S o lar  G rid   Co n n e c ted In ter n a ti o n a J o u rn a o f   El e c trica a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g v o l.   6 ,   n o .   1 ,   p p .   26 - 3 3 ,   2 0 1 6 .   [5 ]   U.  Cg u k w u   a n d   S .   M a h a jan Re a l - T i m e   M a n a g e m e n o f   P o we S y ste m w it h   V 2 G   F a c il it y   f o S m a rt - G rid   A p p li c a ti o n s IEE E   T ra n sa c ti o n s o n   S u st a in a b le E n e rg y v o l.   5 ,   n o .   2 ,   p p .   5 5 8 - 5 6 6 ,   2 0 1 4 .   [6 ]   S .   F a lah a ti , S.  T a h e r ,   a n d   M .   S h a h id e h p o u r S m a rt  De re g u late d   Grid   F re q u e n c y   Co n tro i n   P re se n c e   o f   Re n e w a b le   En e rg y   Re so u rc e s b y   EV s Ch a rg in g   Co n tr o l IE EE   T r a n sa c t io n s o n   S m a rt Grid .   2 0 1 6 .   [7 ]   M .   L o p e z ,   S.  M a rti n ,   J.   A g u a rd o ,   S .   d e   la  T o rre V2 G   S trate g ies   f o Co n g e stio n   M a n a g e m e n in   M icro g rid w it h   Hig h   P e n e tratio n   o f   El e c tri c   V e h i c les ,   El e c tric P o we r S y ste ms   Res e a rc h v o l.   1 0 4 ,   p p .   2 8 - 3 4 ,   2 0 1 3 .   [8 ]   E.   Ka rf o p o u l o   a n d   N.  Ha tzia rg y rio u Distri b u te d   Co o r d i n a ti o n   o f   El e c tri c   V e h icle P ro v i d in g   V 2 G   S e rv ice s ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Po we r S y st e ms v o l.   31 ,   n o .   1 ,   p p .   3 2 9 - 3 3 8 ,   2 0 1 6 .   [9 ]   J.  L e e a n d   G .   P a rk Du a Ba tt e ry   M a n a g e m e n f o Re n e w a b le  En e rg y   In teg ra ti o n   in   EV  Ch a rg in g   S t a ti o n s Ne u r o   Co mp u t in g v o l .   1 4 8 ,   n o .   C,   p p .   1 8 1 - 1 8 6 ,   2 0 1 5 .   [1 0 ]   R.   L iu ,   C.   V e ll a it h u ra i ,   S .   Bisw a s ,   T .   G a m a g e ,   a n d   A .   S riv a sta v a A n a l y z in g   th e   C y b e r - P h y sic a I m p a c o f   C y b e r   Ev e n ts  o n   th e   P o w e G rid ,   IEE E   T ra n s a c ti o n s o n   S m a rt Grid v o l.   6 ,   n o .   5 ,   p p .   2 4 4 4 - 2 4 5 3 ,   2 0 1 5 .     [1 1 ]   A .   L a m ,   K.  Leu n g ,   a n d   V.  Li Ca p a c it y   Esti m a ti o n   f o V e h icle - to - G rid   F re q u e n c y   R e g u latio n   S e rv ice w it h   S m a rt   Ch a rg in g   M e c h a n ism IEE T ra n sa c ti o n s o n   S ma rt Grid v o l.   7 ,   n o .   1 ,   p p .   1 5 6 - 1 6 6 ,   2 0 1 6 .   [1 2 ]   H.  Ng u y e n ,   C.   Zh a n g a n d   M .   M a h m u d Op ti m a Co o r d in a ti o n   o f   G 2 V   a n d   V2 G   to   S u p p o rt   P o w e G rid w it h   Hig h   P e n e tratio n   o f   Re n e w a b le E n e rg y ,   IEE T ra n s a c ti o n s o n   T r a n sp o rta t io n ,   v o l.   1 ,   n o .   2 ,   p p .   188 - 1 9 5 ,   2 0 1 5 .   [1 3 ]   S .   X ie ,   W .   Z h o n g ,   K.  X ie ,   R.   Y u m ,   a n d   Y.   Zh a n g F a ir   En e rg y   S c h e d u li n g   f o V e h icle - to - G rid   Ne tw o rk u sin g   A d a p ti v e   D y n a m i c   P ro g ra m m in g ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Ne u ra Ne two rk a n d   L e a rn i n g   S y ste ms v o l.   2 7 ,   n o .   8 ,   p p .   1 6 0 7 - 1 7 0 7 ,   2 0 1 6 .   [1 4 ]   T .   F a c c h in e tt i ,   E.   Bi b i ,   a n d   M .   B e rto g n a Red u c in g   th e   Pe a k   Po we th ro u g h   Rea l - T ime   S c h e d u li n g   T e c h n iq u e i n   Cy b e r - Ph y sic a En e rg y   S y ste m s in   F irst   In ter n a ti o n a W o rk sh o p   o n   E n e rg y   Aw a re   De sig n   a n d   A n a l y sis  o f   C y b e r   P h y sic a S y ste m s ,   2 0 1 0 .     [1 5 ]   M .   L a k h o u a ,   N.  Walid ,   a n d   C.   A te f S y ste m   A n a l y sis   o a   H y b rid   Re n e w a b le  En e rg y   S y ste m In ter n a ti o n a l   J o u rn a o El e c trica a n d   C o mp u t e r E n g i n e e rin g v o l.   4 ,   n o .   3 ,   p p .   343 - 3 5 0 ,   2 0 1 4 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.