I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o wer   E ng i neer ing   ( I J AP E )   Vo l.  1 5 ,   No .   2 J u n e   20 2 6 ,   p p .   858 ~ 8 7 9   I SS N:  2 2 5 2 - 8 7 9 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijap e. v 1 5 . i 2 . p p 858 - 879           858       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : // ija p e. ia esco r e. co m/   Rule - ba sed  energ y  ma na g ement st r a tegies for a  hybr id  micro g rid using  g rey wo lf  o ptim ize r       Sa rm id Sh a k ir  Abdu ls a t t a r 1, 2 ,   Chee  Wei  T a n 1 ,   Sh a hrin A y o b 1 ,   Ya s ir  Sh a k ir  Abdu ls a t t a r 3 ,   Ahm ed  T ij j a ni Da hiru 4 ,   Ch i n K im   G a n 5 ,   K wa n Yie L a u 1   1 F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   T e k n o l o g i   M a l a y s i a ,   Jo h o r ,   M a l a y si a   2 S c i e n t i f i c   R e se a r c h   C o mm i ss i o n ,   B a g h d a d ,   I r a q   3 D e p a r t me n t   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   M e c h a n i c a l   En g i n e e r i n g ,   K a r a b u k   U n i v e r s i t y ,   K a r a b u k ,   Tu r k i y e   4 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   El e c t r o n i c Te c h n o l o g y ,   F e d e r a l   C o l l e g e   o f   Ed u c a t i o n   ( T e c h n i c a l ) ,   B i c h i ,   N i g e r i a   5 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   Te k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a ,   M e l a k a ,   M a l a y si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 9 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J an   2 6 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma r   1 2 ,   2 0 2 6       Th is  st u d y   u ti li z e g rid - c o n n e c ted   m icro g rid s   u si n g   p h o t o v o lt a ics   (P Vs a n d   win d   tu r b in e (W Ts)  i n   a   re sid e n ti a s y ste m .   F o imp r o v e d   re li a b il it y ,   th e   sy ste m   u se b a tt e r y   st o ra g e   a n d   d ies e g e n e ra to rs   ( D g e n ) .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   u se su p e rv iso r y   c o n tr o l lers   (a a   ru le - b a se d   e n e rg y   m a n a g e m e n t   sy ste m fo e n e r g y   m a n a g e m e n stra teg y   imp lem e n tatio n s.  Th e   e ss e n c e   o f   u sin g   th e   g re y   wo lf  o p ti m ize (GWO)  is  to   stra teg ize   th e   r u le - b a s e d   e n e rg y   m a n a g e m e n sy ste m   in   th e   p ro p o se d   m icro g rid   o p e ra ti o n s.  Th e   p rima ry   o b jec ti v e a re   to   a c h iev e   a   lo lev e li z e d   c o st  o e n e rg y   (L COE)  a n d   d e term in e   th e   o p ti m a n u m b e o m icro g rid   c o m p o n e n ts.  Th e   p e rfo rm a n c e   o th e   G WO  is  c o m p a re d   with   t h r e e   o th e o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m s ,   n a m e ly ,   a n tl io n   o p ti m ize (ALO),   p a rti c le  sw a rm   o p t imiz e (P S O),   a n d   c u c k o o   se a rc h   a lg o rit h m   (CS A),  fo b e n c h m a rk in g   p u r p o se s.  Th e   fi n d i n g in d ica te   th a t h e   p ro p o se d   G WO  su p e rse d e ALO,  P S O,   a n d   CS O   i n   e n e rg y   c o st   re d u c ti o n   b y   3 0 . 3 %   ( 0 . 0 4 4 8   $ / k Wh ),   6 5 . 6 %   (0 . 0 9 7 1   $ / k W h ),   a n d   1 2 0 %   (0 . 1 7 7 4   $ /k W h ),   re sp e c ti v e ly .   Th e   su g g e ste d   a l g o r it h m   se lec ts  th e   o p t imu m   n u m b e o t h e   sy ste m ’s  c o m p o n e n ts,  wh ich   is  4 6   P m o d u les ,   3 0   win d   tu rb i n e s,  a n d   1 0   u n it s   o f   b a tt e r ies .   An   imp ro v e d   G WO - b a se d   a lg o rit h m   b a se d   o n   h y b rid iza ti o n   with   g r a d ien d e sc e n a lg o rit h m is  e n v isa g e d   t o   imp lem e n a   c u st o m e r - c e n t e re d   e n e r g y   m a n a g e m e n t h a c a n   e n su re   c u sto m e sa ti sfa c ti o n   a n d   fu r th e re d u c e   e n e rg y   c o st.   K ey w o r d s :   E n er g y   m an ag e m en t sy s tem   Gr ey   wo lf   o p tim izer   L ev elize d   co s t o f   e n er g y   Mic r o g r id   Op tim izatio n   tech n iq u es   R en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   T h is i 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 :   C h ee   W ei  T an   Facu lty   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   Un iv er s iti T ek n o lo g i M al ay s ia    J o h o r   B ah r u ,   8 1 3 1 0 ,   J o h o r ,   M alay s ia    E m ail:  ch ee wei@ u tm . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   Ov er   th last   ce n tu r y ,   th m ain   co n tr ib u to r   to   clim ate  ch an g h as  b ee n   h ig h   ca r b o n   em is s io n s .   T h co m b u s tio n   o f   f o s s il  f u els  p r o d u ce s   b etwe en   7 0 %   an d   7 5 %   o f   ca r b o n   em is s io n s   wo r ld wid e.   T h f o r eg o i n g   is   co n s id er ed   to   b t h m ain   co n tr ib u to r   to   th in cr ea s in g   g lo b al  war m in g .   Hen ce ,   m itig atio n   o f   g l o b al  wa r m in g   h as  b ec o m o n e   o f   th e   m ajo r   en v ir o n m e n tal  ch allen g es  o f   th p r esen tim d u e   to   t h h ig h   in cr ea s in   ca r b o n   em is s io n s   r ec o r d e d   an n u ally   [ 1 ] .   I n ter est  in   h ar n ess in g   r en ewa b le  en e r g y   s o u r ce s   ( s o lar   an d   win d   e n er g y )   h as  g r o wn   a s   r esu lt  o f   th d ec lin in   t h u s o f   f o s s il  f u els,  wh ich   in cl u d es  th ex h a u s tio n   o f   f o s s il  f u el  s u p p lies ,   tr an s p o r tatio n   o f   f u el,   h ig h   o p er atio n al  co s ts ,   an d   f u el  p r ice  f l u ctu a tio n s .   Fu r th er m o r e,   th r ate  o f   in cr ea s i n   clim ate   ch an g e   af f ec ts   r e n ewa b le  en e r g y   s u p p lies .   T h f o r e g o in g   f a cto r s   m o tiv ated   a n   in v esti g atio n   in to   h y b r id   en e r g y   s y s tem s   to   r ed u ce   e n v ir o n m en tal  d am ag e   an d   h a r n ess   th in ex h au s tib le   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       R u le - b a s ed   e n erg ma n a g eme n t str a teg ies fo r   a   h yb r id   micro g r id   u s in g     ( S a r mid   S h a kir A b d u ls a tta r )   859   r en ewa b le  en er g y   r eso u r ce s   [ 2 ] [ 3 ] .   Fu r t h er m o r e,   th ese  r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   ( R E Ss )   p r o v id g r ea te r   v iab ilit y   an d   ec o lo g ical  s u s tain ab ilit y ,   p r esen tin g   an   alter n ativ o p tio n   to   tr ad itio n al  en er g y   s y s tem s .   T h e   im p lem en tatio n   o f   r en ewa b le  en er g y   ( R E )   s y s tem s   m ay   p r o m o te  ec o n o m ic  g r o wth ,   p r o v i d jo b   o p p o r tu n ities ,   an d   im p r o v g e n er al  h u m an   w ell - b ein g   [ 4 ] .   Ho wev e r ,   th u n p r ed ictab le  n atu r o f   t h ese  R E Ss   n ec ess ita tes  th e   u s o f   s to r ag d ev ice  as  b a ck u p .   T o   en s u r th s u cc ess f u in teg r atio n   o f   R E Ss   an d   en er g y   s to r ag s y s tem s   ( E SS )   in   m icr o g r id s ,   m eticu lo u s ly   d esig n ed   an d   s y n c h r o n ized   en er g y   m a n ag em e n t sch em ( E MS)   is   cr u cial  to   p r ev e n t e x tr an e o u s   ex p e n s es.   T h f u n d a m en tal  co n ce p ts   o f   m icr o g r id s   as  m u lti - en er g y   s y s tem s   h av b ee n   elu cid ated   in   th liter atu r e.   Mu ltip le   s tu d ies  h av in v esti g ated   th e   ef f ec tiv co n tr o l,  ca p ac ity ,   a n d   p er f o r m an ce   o f   h y b r id   r en ewa b le  en e r g y   s y s tem s   th at  in clu d b atter y   s to r a g u n its .   T h s ch o lar   i n   [ 5 ]   p r esen ted   r u le - b ase d   alg o r ith m   an d   m etah e u r is tic  o p tim izatio n   m eth o d   k n o wn   a s   th L ev y   f lig h t a lg o r ith m   ( L FA)   f o r   th E MS  o f   an   au to n o m o u s   h y b r id   r en ew ab le  en er g y   s y s tem ,   wh ich   e m p lo y s   h y d r o g en   a n d   b atte r y   u n its   as  s to r ag e   s y s tem .   T h s tu d y   in   [ 6 ]   p r o p o s ed   h y b r id   s y s tem   in te g r ated   with   u tili ty   g r id .   T h ey   u s ed   t h AL tech n iq u e   f o r   s izin g   th e   co m p o n en ts   o f   th e   s y s tem   u s in g   r u le - b ased   e n er g y   m an a g em en t   s tr ateg y   to   co n tr o l   th f lo o f   p o wer   i n   th e   p r o p o s ed   m icr o g r id .   I is   p r o p o s ed   in   [ 7 ]   th at   s tan d alo n m ic r o g r id   was  in teg r ated   with   r en ewa b le  en er g y ,   d iesel  g en er ato r s ,   an d   b atter y   s to r ag with   en v ir o n m en tal  co n s id er atio n s   to   p r o d u ce   a   n ew  m o d el  f o r   ch ar g i n g   s tat io n s   an d   e m p lo y e d   th Giza   p y r am i d s   co n s tr u ctio n   alg o r ith m   ( GPC A)   f o r   lev elize d   co s o f   en er g y   r e d u ctio n .   Ad ar   et  a l.   [ 8 ]   cr ea te d   an   in d ep en d en p h o to v o ltaic   en er g y   g e n er atio n   s y s tem   u tili zin g   m u lti - lev el   DC DC   b o o s co n v er ter   in t eg r ated   with   a n   ar tific ial  n e u r al  n etwo r k - b ased   m ax im u m   p o we r   p o in tr ac k in g   tech n iq u to   o p tim ize  p o wer   ex tr ac tio n   u n d e r   f lu ctu atin g   i r r ad ian ce   an d   lo a d   co n d itio n s .   T h p r o p o s ed   m e th o d   p r o d u ce d   b etter   v o ltag e   g ain ,   q u ick e r   MPPT  tr ac k in g ,   an d   less   cu r r en t   r ip p le.   Ho wev er ,   g r id - tied   o p er atio n   was  n o tak en   in to   ac co u n t;  in s tead ,   th s tu d y   co n ce n tr ated   o n   PV  p er f o r m an ce   at  th co m p o n e n lev el.   Du to   th s u b s tan ti al  ex p en s o f   th m icr o g r i d ,   s elec tin g   s u p er io r   m etah eu r is tic  alg o r ith m   is   ess en tial.  litt le  en h an ce m en t   i n   th e   m etah eu r is tic  alg o r ith m s   m ay   s ig n if ica n tly   im p ac th e   esti m ated   o p tim u m   ca p ac ity   o f   th e   s u b s y s tem s .   T ab le   1   ( s ee   Ap p en d ix )   d em o n s tr ates  th c r itical  an aly s is   o f   th liter atu r e’ s   o p tim izatio n   tech n iq u es,  o b jecti v es,  k ey   f in d in g s ,   an d   lim itatio n s   r elate d   to   th e   m icr o g r id   s y s tem   [ 9 ] - [ 1 6 ] .   T h is   s tu d y   f o cu s es  o n   th e   i n teg r ated   f o r m u latio n   b y   m e r g in g   r u le - b ased   en er g y   m an ag em en s y s tem   with   n o v el  co n d itio n al  r en ewa b le  en e r g y   s ce n a r io s ,   wh ich   d em o n s tr ate  u n iq u e   p r io r ities ,   co n tr o s tr ateg ies,  an d   o p tim izatio n   f r am ewo r k   em p lo y e d   f o r   th e   p r o p o s ed   g r id - c o n n ec ted   m icr o g r id .   Sy s tem atica lly   co m p ar in g   f o u r   s o p h is ticated   m etah eu r is tic  alg o r ith m s   u n d er   u n if o r m   d atasets   an d   en er g y   m an a g em en t   r estrictio n s ,   p r o d u cin g   th o r o u g h   a n aly tical  in s ig h ts .   I n   co n t r ast,  th p r ev io u s   s tu d ies  o f te n   em p h asize  eith er   s y s tem   s izin g   o r   o p e r atio n al  c o n tr o i n d ep e n d en tly .   T h f o llo win g   is   a   b r ief   o u tlin th at   d elin ea tes  th m ai n   co n tr ib u tio n s   o f   th is   s tu d y .     ˗   T h s izin g   ap p r o ac h   o f   th p r o p o s ed   m ic r o g r i d   r el ies  o n   g r i d - co n n ec ted   p h o to v o ltaic/win d   tu r b in e/b atter y / d iesel  g en er at o r   co n f ig u r atio n ,   wh ich   e m u l ates  r ea m icr o g r id   p er f o r m an ce .   W h en   PV  an d   W T   g en er ate  m o r en er g y   th a n   is   r eq u ir ed ,   th s u r p lu s   en er g y   will  b s o ld   to   th g r id h o wev er ,   if   s u r p lu s   en er g y   ca n n o f u lf il  th d em an d s ,   th b atter y   b an k   an d   d i esel  g en er ato r   will  s u p p ly   th d em an d s .   I f   th e   en er g y   p r o d u ce d   f r o m   d iesel a n d   b atter y   is   n o t a v ailab le,   th e   p r o p o s ed   s y s tem   will b u y   en e r g y   f r o m   th g r id   to   m ee t th d em a n d s .   ˗   s et  o f   r u le - b ased   m eta - h eu r i s tic  alg o r ith m s   h as b ee n   im p lem en ted   f o r   cr ea tin g   m icr o g r i d   en er g y - co n tr o s tr ateg y   an d   ex tr ac tin g   co n ce p ts   th r o u g h   th s im u latio n   s y s tem   s h o wn   in   Fig u r 1 .   I in d icate s   th at  th is   p ar ticu lar   E MS  m an a g es th f l o an d   d is tr ib u ti o n   o f   en er g y   am o n g   t h v ar io u s   m icr o g r id   c o m p o n en ts .   ˗   b en ch m ar k   a n aly s is   is   co n d u cted   am o n g   f o u r   alg o r ith m s   to   f in d   th b est  o p tim al  co n f ig u r atio n   o f   m icr o g r id   co m p o n en ts ,   im p r o v th u s o f   r en ewa b le  r eso u r ce s ,   an d   o b tain i n g   m in im u m   v alu o f   L C OE .     ˗   T h s tu d y ' s   f in d in g s   s h o th a th p r o p o s ed   s y s tem   h as  im p r o v ed   th u s o f   r en ewa b le  r e s o u r ce s ,   o b tain e d   an   o p tim al  s y s tem   co n f ig u r ati o n ,   an d   r ed u ce d   th e   L C OE .   I n   th is   r esear ch ,   p r o p o s ed   f i v e - s tep   m eth o d o lo g y   f o r   th e   d esig n   an d   o p tim izatio n   o f   a   m icr o g r id   is   in tr o d u ce d .   T h m eth o d o l o g y   in v o lv es  th m etr o lo g ical  d ata  s et,   cu s to m e r   d e m an d   p r o f iles ,   tech n ical   s p ec if icatio n s   o f   s y s tem   c o m p o n en ts ,   an d   ec o n o m ic   in f o r m a tio n .   Fig u r e   2   in d icate s   th e   ex ec u tio n   f l o o f   th e   p r o p o s ed   s y s tem .   T h co n ce p t u al  f r am ewo r k   in d icate s   h o th s eq u en ce   is   ar r an g ed   in   p h ases ,   s tar tin g   with   d ata  co llectio n ,   p r o ce ed in g   th r o u g h   m icr o g r id   s y s tem   c o n f ig u r atio n ,   en er g y   m a n ag em e n f o r m u latio n ,   s y s tem   s izin g ,   s im u latio n ,   r esu lt  co m p ilatio n ,   an d   a n aly s is .   Fig u r 2   illu s tr ates  th s y s tem atic  r e p r esen tatio n   o f   th e   r esear ch   m eth o d o l o g y   u s ed   in   th s tu d y   t o   ac h iev t h o b jec tiv f u n ctio n s   ( m in im izin g   L C OE ,   en h a n cin g   th e   u tili za tio n   o f   r e n ewa b le  r eso u r ce s ,   an d   o b tain i n g   th o p tim al  n u m b er   o f   s y s tem   co m p o n en ts ) .     T h r est  o f   th p ap e r   is   ar r an g ed   as  f o llo ws:   Sectio n   2   p r e s en ts   th ca s s tu d y   as  an   o v e r v iew  with   th aim   o f   h ig h lig h tin g   g eo g r a p h ical  lo ca tio n   an d   th u n d er l y in g   wea th er   p a r am eter s .   Sectio n   3   d is cu s s es  th d ata  co llectio n   ap p r o ac h   ( l o ad   d em an d   a n d   clim ato lo g ical  d ata)   o f   th p r o p o s ed   s y s tem   in   th r esear ch   zo n e.   Sectio n   4   d em o n s tr ates  th c o n f ig u r atio n   an d   co n t r o f r a m ewo r k   o f   th g r id - c o n n ec te d   m icr o g r id   o f   th e   p r o p o s ed   s y s tem   d esig n .   Sectio n   5   i n tr o d u ce s   th m ath e m atica m o d elin g   f o r m u las  f o r   g r id - c o n n ec ted   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   858 - 879   860   m icr o g r id   e m p lo y i n g   d iesel  g en er ato r s   ( D g e n )   an d   en er g y   s to r ag s y s tem   in   co n ju n ct io n   with   r en ewa b le  en er g y   s y s tem s .   Sectio n   6   s tu d ies  an d   em p l o y s   s u p er v is o r y   co n t r o alg o r ith m   u tili zin g   r u le - b ased   e n er g y   m an ag em en t   s tr ateg ies  f o r   m an ag in g   p o wer   f lo w.   Sectio n   7   d is cu s s es  th m ain   o b jectiv f u n ctio n s   with   its   co n s tr ain t.  Sectio n   8   d escr ib e s   th im p lem en tatio n   o f   t h p r o p o s ed   alg o r ith m   ( GW O)   t h r o u g h   d escr ip tio n s   an d   f o r m u latio n ,   i n clu d in g   b en ch m ar k i n g   an d   o p tim izatio n   co n tr o llin g   p ar am ete r s   am o n g   f o u r   alg o r ith m s .   Sectio n   9   p r esen ts   an d   d is cu s s es  th f in d in g s   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m   ( GW O)   with   its   co u n ter p a r ts   ( AL O,   PS O,   an d   C SA) .   Sectio n   1 0   p r esen ts   th tech n ical  ju s tific ati o n   o f   c h o o s in g   GW in   th p r o p o s ed   m icr o g r i d .   Fin ally ,   s ec tio n   1 1 ,   as  co n clu s iv p ar o f   th p ap e r ,   s u m m ar izes  th r esear ch   d ir ec ti o n ,   p r o ce d u r e,   an d   f in d in g s .             Fig u r 1 .   T h ar ch itectu r o f   t h p r o p o s ed   m icr o g r i d   f o r   th r esear ch   ar ea           Fig u r 2 .   s y s tem atic  o v e r v i ew  o f   s y s tem   m o d elin g   f o r   ac h iev in g   th e   s tu d y   o b jectiv es       2.   CASE   S T UD Y   T h is   s tu d y   f o cu s es  o n   th ca p ital  city   o f   I r aq   ( B ag h d ad ) ,   s itu ated   ce n tr ally   at  latitu d o f   3 3 . 3 1 5 2 °   an d   lo n g itu d o f   4 4 . 3 6 6 1 °  E .   T h is   co u n tr y   is   lo ca ted   in   th ME NA  r eg io n   ( Mid d le  E ast  an d   No r th   Af r ica) .   T h e   d aily   av er a g g l o b al  s o lar   ir r ad iatio n   in   I r aq   d em o n s tr ates  r em ar k ab le  g eo g r ap h ical  v ar iatio n .   T h m ax im u m   v al u is   s h o wn   in   th d eser ar ea s   an d   west er n   s u r f ac e,   wh ile  th ce n tr al  an d   s o u th er n   p ar ts   ex h ib it  v alu es  b etwe en   4 7 5 0   an d   5 0 0 0   W h /m ²/d ay .   Stu d ies  in d icate   th at  B ag h d a d   r ec ei v es  ap p r o x im ately   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       R u le - b a s ed   e n erg ma n a g eme n t str a teg ies fo r   a   h yb r id   micro g r id   u s in g     ( S a r mid   S h a kir A b d u ls a tta r )   861   3 , 0 0 0   h o u r s   o f   s o lar   ir r ad iatio n   ea ch   y ea r .   T h e   m o n th ly   a v er ag win d   s p ee d s   ar e   4 . 3   m /s   i n   B ag h d a d ,   4 . 3   m /s   in   Ker b ela,   3 . 8   m /s   in   T ik r it,   2 . 8   m /s   in   Diwan iy a,   a n d   2 . 4   m /s   in   Kir k u k ,   as  r ec o r d ed   b y   m eteo r o lo g is ts .   Ad d itio n ally ,   th d ir ec n o r m al  ir r ad ian ce   at  th r esear ch   s ite  h as  v ar ied   b etwe en   5 . 4   an d   5 . 5   k W h /m ²    [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   T h g eo g r ap h ical  lo ca tio n   o f   th is   s tu d y   is   ch ar ac ter ized   b y   f o u r   d if f er en s ea s o n s win ter ,   s p r in g ,   s u m m er ,   an d   a u tu m n .   T h h o u r ly   d ata  f o r   an   i n d iv id u al  y ea r   h av b ee n   co llected ,   wh ic h   i n clu d th am b ien tem p er atu r ( r an g i n g   f r o m   8   t o   5 1   °C ) ,   win d   s p ee d   ( v a r y in g   f r o m   1   to   1 0   m /s ) ,   s o lar   ir r ad i an ce   ( r an g in g   f r o m   5 . 1   to   7   k W h /m ²/d ay ) ,   a n d   l o ad   d em an d   ( v a r y in g   f r o m   2   to   7   k W /d ay ) .   T h d ata   was  ac q u ir e d   f r o m   th e   R en ewa b le  E n er g y   R esear ch   C en tr ( R E R C )   in   I r aq .   T h is   s tu d y   c o m b in e d   s o lar   an d   win d   en er g y   s o u r ce s   to   m ee th lo ad   d em an d .   T h s t o r ag b atter y   b an k s   h av e   b ee n   u s ed   t o   ad d r ess   clo u d y   d ay s ,   s u ch   as  o v er ca s o r   u n f av o r ab le  wea th er .   Fu r th er   m o r th o r o u g h   c o m p r e h en s io n   o f   co n s u m e r   lo ad   r eq u ir e m en ts   f o r   v a r io u s   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   h as b ee n   attain ed   v ia  d ata  an aly s is .         3.   DATA CO L L E C T I O N   I r aq   h as  an   ab u n d a n ce   o f   r en e wab le  en er g y   s o u r ce s ,   m o s tly   s o lar   an d   win d   en e r g y .   T h e   m icr o g r id   is   ev alu ated   f o r   ten   r esid en tial  h o u s es  co n n ec te d   to   th e   u tili ty   g r id   i n   B ag h d ad ,   I r a q .   T h is   s tu d y   u tili ze s   th l o a d   d em an d   an d   clim ato lo g ical  d a ta  in   th s p ec if ic  eq u atio n s   to   d eter m in th g en er ated   p o wer   th at  is   p r o d u ce d   f o r   th wh o le  y ea r .   T h p r o p o s ed   s y s tem   h as  b ee n   m o d elled   u s in g   ac tu al  m etr o lo g ical  d ata.   T h ese  d ata  ar e   r ec o r d e d   ev er y   s in g le  h o u r   f o r   th e n tire   y ea r   ( 0 1 /0 1 /2 0 2 3   to   3 1 /1 2 /2 0 2 3 ) .   I n   ad d itio n ,   th ese  d ata  wer e   co llected   f r o m   a   g r o u n d - b ased   m eteo r o lo g ical  s tatio n   ( Dav is   I n s tr u m en ts   Van tag Pro   2 ) ,   wh ich   was in s talled   at  th Min is tr y   o f   Scien ce   a n d   T ec h n o lo g y   ( c o o r d i n ates   at  3 3 . 2 7 7 1 9 3   latitu d an d   4 4 . 3 8 8 1 1 3   lo n g itu d e) .   I t   h as  p y r an o m eter ,   an   an em o m eter ,   an d   a   th er m o m eter   t o   m ea s u r t h s o lar   ir r ad ian c e,   win d   s p ee d ,   an d   am b ien tem p er atu r e,   r esp ec ti v ely .   Fig u r es  3 ,   4 ,   an d   5   illu s t r ate  th g r ap h ical  r ep r esen tati o n   o f   h o u r ly   d ata  o f   win d   s p ee d ,   s o lar   ir r ad ian ce ,   a n d   am b ie n t te m p er atu r e,   r esp e ctiv ely .     E n er g y   d em a n d   h as  b ee n   co ll ec ted   an d   h o u r ly   r ec o r d ed   f r o m   lo ca m eter s   ( in s talled   b y   th Min is tr y   o f   E lectr icity )   in   th r esid e n tial  h o u s e.   T h p r ep r o ce s s in g   s tep s   u s ed   lin ea r   in ter p o latio n   to   im p u te  m is s in g   d ata  p o in ts .   T h p r o ce s s ed   d ata  wer class if ied   in to   s ea s o n al   lo ad   v ar iatio n   in   2 0 2 3   f o r   th e   s tu d y   ar ea .   T ab le   2   in clu d es  th a v er ag e   d aily   l o ad ,   e n er g y   d e m an d ,   an d   m a x im u m   d aily   lo ad   f o r   ea c h   s ea s o n .   T h lo a d   p r o f ile   o f   th r esear ch   r e g io n   is   p r ed icate d   o n   s ea s o n al  f lu ctu atio n s s u m m er   ( J u n e,   J u ly ,   Au g u s t) ,   a u tu m n   ( Sep tem b er ,   Octo b e r ,   No v em b er ) ,   w in ter   ( Dec em b er ,   J an u ar y ,   Feb r u a r y ) ,   a n d   s p r in g   ( Ma r ch ,   Ap r il,  Ma y ) .   Fig u r 6   d ep icts   th lo ad   d em an d   o f   all  s ea s o n s .   Data   an aly s is   is   e s s en tial  f o r   co m p r e h e n s iv k n o wled g o f   u s er   lo ad   n ee d s   f r o m   v a r io u s   r en ewa b le  en e r g y   s o u r ce s .   Su m m er   d em o n s tr ates  th p ea k   l o ad   d em a n d   ac r o s s   all  s ea s o n s   an d   d is p lay s   th e   g r ea test   s en s itiv ity   to   h o u r ly   f l u ctu atio n s .   I n   th ea r ly   m o r n in g s   ( 1 :0 0   am 5 : 0 0   am ) ,   o b s er v d e clin in   lo a d   d em an d ,   wh ich   r ea ch es  lo ar o u n d   4 :0 0   am   d u to   r e d u ctio n   in   am b ien tem p er atu r e,   th er eb y   r ed u cin g   th n ee d   f o r   co n tin u o u s   c o o li n g   lo a d s .   T h e   d em a n d   r is es  d r am atica lly   b etwe en   6 :0 0   am   an d   8 :0 0   am   wh en   a p p lian ce s   an d   co o lin g   s y s tem s   co m o n lin d u to   cu s to m e r s '   n ee d s .   r elat iv d ec r ea s in   d em an d   s tar tin g   at  9 :0 0   am   to   1 :0 0   p m   d u to   th er m al  en er g y   s to r ag an d   s witch in g   o f f   th co o lin g   s y s tem s   ( cu s to m er s   jo in in g   th eir   wo r k   an d   lef h o u s es).   Du r in g   th late  af ter n o o n   ( 2 :0 0   p m ) ,   a   co m p ar ativ ely   h ig h   an d   co n ti n u o u s ly   in cr ea s in g   d em an d   is   n o ticea b le,   in d icatin g   p ea k   d em an d   at  9 :0 0   p m   d u to   th in cr ea s in   th am b ien t te m p er atu r e,   tu r n in g   o n   th ap p lian ce s ,   an d   co n tin u o u s   co o lin g   lo ad s .   Af ter   1 0 :0 0   p m ,   th d em an d   g r ad u ally   d ec r ea s es  d u to   th s witch in g   o f f   th e   ap p lian ce s ,   ex ce p th e   co o lin g   s y s tem s .     T h d em a n d   le v els  in   th e   win ter   lo ad   p r o f ile  ar m o d er ate   to   h ig h   an d   clea r ly   v ar y   th r o u g h o u t   th d ay .   T h e   f lu ctu atio n   o f   d em a n d s   f o llo ws  ap p r o x im ately   t h s am v ar ian ce   in   s u m m er   w ith   lo wer   d em an d s .   Sp r in g   an d   a u tu m n   h av th s m o o th est we ath er   v ar ian ce   d u to   th s tab le  clim ate  ch an g e,   th er eb y   r esu ltin g   i n   th lo west  lo ad   d em a n d .   D u r in g   th ese  two   s ea s o n s ,   th f lu ctu atio n   o f   d em a n d   p r o f ile   ex h ib its   th s am v ar ian ce   in   W in ter   d u to   u tili zin g   to   th h ea tin g   s y s te m s .   W h ile  in   a u tu m n   th d em an d   r ed u ce s   to   m in im u m   lev el,   s u c h   as a t 1 :0 0   am   an d   at  1 1 : 0 0   d u to   t h e   elim in atio n   o f   t h n ee d   f o r   co o lin g   d e v ices.           Fig u r 3 .   An n u al  d ata  f o r   win d   s p ee d   in   B ag h d ad /I r a q   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   858 - 879   862       Fig u r e   4 .   An n u al  d ata  f o r   s o la r   ir r ad ian ce   i n   B ag h d a d /I r aq           Fig u r 5 .   An n u al  d ata  f o r   a m b ien t te m p er atu r i n   B ag h d a d /I r aq           Fig u r 6 .   Daily   lo a d   p r o f ile  f o r   r esid en tial h o u s in   B ag h d ad ,   I r a q       T ab le  2 .   Seaso n al  lo a d   v ar iati o n   f o r   th in d iv id u al  y ea r   ( 2 0 2 3 )   in   B ag h d ad /I r a q   S e a so n s   A v e r a g e   d a i l y   l o a d   ( k W ) / se a so n   M a x i m u m   d a i l y   l o a d / s e a s o n ( k W )   S e a so n a l   e n e r g y   d e m a n d s   ( M W h )   W i n t e r   9 5 . 7   1 2 1 . 1 7   2 0 6 . 7 1   S p r i n g   6 8 . 2 6   9 0 . 9 8   1 5 0 . 7 2   S u mm e r   1 0 7 . 7 0   1 4 2 . 5 1   2 3 7 . 8 1   A u t u mn   7 7 . 3 3   1 0 1 . 6 2   1 6 8 . 8 9       4.   DE S I G O F   T H E   P RO P O S E M I CRO G RI   Nu m er o u s   s tu d ies  f o c u s   o n   m icr o g r id   o p er atio n   s ch ed u lin g ,   p lan n in g ,   an d   o p tim izatio n .   T h h y b r id   p r o p o s ed   s y s tem   s h o wn   in   Fig u r 1   c o m p r is es  r en ewa b le  e n er g y   s y s tem s   ( p h o to v o ltaic  a n d   win d   tu r b in es),   b atter y   s to r ag e,   d iesel g en e r ato r s ,   an d   th AC   r esid en tial lo ad   co n n ec te d   to   th u tili ty   g r id .   T h is   f ig u r d ep icts   th co n f ig u r atio n   an d   c o n tr o f r am ewo r k   o f   th g r id - co n n ec ted   m icr o g r id   d esig n ed   to   m ee th lo ad   d em an d s   o f   r esid en tial  u n its .   An   AC - to - DC   in v er ter   lin k s   win d   tu r b in e,   wh ile  th p h o to v o ltaic  ar r ay   is   co n n ec ted   v ia  DC - to - DC   co n v er ter .   Fu r t h er m o r e ,   th b atter y   b an k   is   lin k ed   v ia  b ilater al  DC - to - DC   co n v er ter   to   f ac ilit ate  th b id ir ec tio n al  co n v er s io n   o f   p o wer   b etwe en   AC   an d   DC .   T h ce n tr alize d   co n tr o ller   an d   ch a r g e r   co llab o r ate  to   co o r d in ate  th p o wer   f lo to   an d   f r o m   th b atter y   b an k .   Mo r eo v e r ,   it  r eg u lates  th av ailab le   en er g y   a m o n g   th in teg r ated   s y s tem   co m p o n en ts   b y   u tili zin g   an   E MS  [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .       5.   M O DE L I NG   AN P ARA M E T E RS O F   T H E   P RO P O SE M I CRO G R I D   T h p h y s ical  an d   co n tr o ar c h itectu r o f   th p r o p o s ed   s y s tem   is   d esig n ed   to   m ee t h d e m an d   o f   th e   r esid en tial  lo ad s   in   I r a q ,   as   in d icate d   in   Fig u r 1 .   M o d elin g   is   th e   p r o ce s s   o f   d eter m in in g   o b jectiv es,  v ar iab les,  an d   lim itatio n s   ass o ciate d   with   p ar ticu lar   s c en ar io s .   Nu m er o u s   p ap e r s   h av d o cu m en ted   m ath em atica l m o d elin g   f o r m u las f o r   g r id - co n n ec ted   s y s tem   em p lo y in g   D g en   in   co n j u n c tio n   with   r en ewa b le   en er g y   r eso u r ce s .   T h m o d el ed   f o r m u las  o f   th R E Ss   ar e   ex ten s iv ely   u s ed   b y   r esear ch er s   to   in clu d all  s y s tem   co m p o n e n ts   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       R u le - b a s ed   e n erg ma n a g eme n t str a teg ies fo r   a   h yb r id   micro g r id   u s in g     ( S a r mid   S h a kir A b d u ls a tta r )   863   5 . 1 .     P ho t o v o lt a ic  s y s t em   Var io u s   s im u latio n   m o d els  h av b ee n   p r o p o s ed   in   th liter atu r [ 2 2 ] - [ 2 5 ]   to   co m p u te  th o u tp u t   p o wer   o f   s o lar   s y s tem s .   T o   d eter m in th p r ed icted   o u tp u p o wer   o f   th PV  s y s tem ,   th m o d el  m u s u s th e   m an u f ac tu r er ' s   p ar am eter s   to g eth er   ( s ee   T ab le  3 )   with   ti m e - s er ies  d ata  o n   s o lar   ir r ad iatio n   an d   am b ien t   tem p er atu r e   [ 2 6 ] - [ 3 0 ] .   T h m o d el  eq u atio n   is   p r esen ted   in   [ 24 ] ,   [ 2 5 ] ,   [3 1 an d   s h o wn   in   ( 1 )   to   ascer tain   th e   an ticip ated   o u tp u t p o wer   f r o m   th PV sy s tem .      _  =  _ × G ( t ) 1000 × [ 1 + ( _  ) ]   ( 1 )     W h er  _    r e p r esen ts   th o u tp u p o wer   o f   t h p h o to v o ltaic  m o d u le  m ea s u r e d   in   watts  ( W ) ;    _   is   th r ated   p o wer   o f   th e   p h o to v o ltaic  m o d u le  u n d e r   s tan d ar d   test   co n d itio n s   ( STC)  m ea s u r ed   i n   watts  ( W ) ;   G ( t )   r ep r esen ts   th h o u r ly   s o lar   i r r ad ian ce   d ata  m ea s u r ed   in   wa tts   p er   s q u ar m eter   ( W /m ²) ;       s p ec if y   th tem p er atu r e   co ef f icie n o f   th s o lar   m o d u le,   wh ich   is   3 . 6 ×1 0 −3   ( 1 /C °) an d   _    r e p r esen ts   th ce l l   tem p er atu r u n d e r   s tan d ar d   te s co n d itio n s ,   ty p ically   estab li s h ed   at  2 5   °C .     d en o tes  th ce ll  tem p er atu r in   d eg r ee s   C elsi u s   ( ° C ) ,   ca lcu lab le  b y   ( 2 )   [2 4 ] - [ 2 6 ] ,   [ 3 1 ] [3 2 ] .     = + × T  20 800   ( 2 )       d en o tes  t h am b ien tem p er at u r in   d eg r ee s   C elsi u s   ( °C ) ,   d er iv ed   f r o m   tim e - s er ies  d ata,   T     d en o tes   th n o m in al  o p er atin g   ce ll  tem p er atu r in   d eg r ee s   C elsi u s   ( °C ) ,   an d   PV  m an u f ac tu r er s   s p ec if y   th T     v alu e.   T h e   to tal  p o wer   p r o d u ce d   b y   p h o to v o ltaic  p an els  (  _  )   in   watt  is   d eter m in ed   b y   m u lt ip ly in g   th e   o u tp u p o wer   o f   th p h o to v o ltaic  m o d u le  (  _  )   b y   th to tal  n u m b er   o f   p h o to v o ltaic  m o d u les  in   th s y s tem   (  )   as d ep icted   in   ( 3 )   [2 5 ] ,   [ 26 ] .      _  =    ×  _    ( 3 )       T ab le  3 .   E c o n o m ic  a n d   tech n i ca l sp ec if icatio n s   o f   s o lar   p h o t o v o ltaic  s y s tem   C o m p o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   U n i t s   S o l a r   p h o t o v o l t a i c   [ 2 6 ] - [ 3 0 ]   S o l a r - r a t e d   p o w e r   a t   S T C   Te mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   N o mi n a l   o p e r a t i n g   c e l l   t e mp e r a t u r e   Ef f i c i e n c y   Li f e t i me   I n v e st m e n t   c o s t   R e p l a c e m e n t   c o s t   O p e r a t i o n   a n d   ma i n t e n a n c e   c o s t   0 . 5   - 0 . 3 6   4 1 ±   3   2 0 . 9   20   6 0 0   3 5 0   6   kW   %/ o C   o C   %   Y e a r s   $ / u n i t   $ / u n i t   $ / k W h / y e a r       5 . 2 .     Wind   po wer   s y s t em   T h s ec o n d   r e n ewa b le  en e r g y   g en er ato r   is   th win d   tu r b in e,   wh ich   is   th m o s o f te n   u s ed   g lo b ally .   I t   ca n   h ar n ess   th m ax im u m   am o u n o f   win d   en er g y   a v ailab le   d u r in g   d a y   h o u r s   a n d   tr a n s f o r m   it  in to   elec tr ical  p o wer .   W in d   tu r b in es  ar cla s s if ied   in to   two   ca teg o r ies:   v er tical - ax is   tu r b in es  an d   h o r izo n tal - ax is   tu r b i n es.   T h h o r izo n tal - ax is   d esig n   is   p r ed o m in a n am o n g   co n tem p o r ar y   c o m m er cial  win d   tu r b in es,  wh er eb y   th e   b lad es  s p in   p ar allel  to   th e   win d   f lo w.   T h ad v a n tag es  o f   th e s tu r b in es  ar in cr ea s ed   ef f ic ien cy ,   r ed u ce d   c u t - in   win d   s p ee d s ,   an d   lo wer   c o s ts   p er   k W h   o f   o u tp u t.   T h e   ( 4 )   h as  b ee n   u s ed   f o r   d eter m in in g   th o u tp u t   p o wer   g en er ated   f r o m   t u r b in es  [ 2 6 ] ,   [ 3 3 ] ,   [ 3 4 b y   u tili zin g   th tec h n ical  s p ec if icatio n   o f   win d   tu r b in es in   T ab le  4 .     = {     0 × ( t )     ( )                   ( )       <   ( ) <       <   ( ) <                                ( 4 )       r ep r esen ts   th o u tp u p o wer   g en er ated   b y   win d   tu r b in in   k W   an d     d en o tes  th r ated   o u tp u p o wer   in   watts  ( W ) .   Fu r th er m o r e,     d en o tes  th r ated   win d   s p ee d   in   m /s ,      s ig n if ies  th lo cu t - in   s p ee d   in   m /s ,   wh e r ea s      in d icat es  th h ig h   cu t - o u s p ee d   i n   m /s ,   ( )   d ep icts   th win d   s p ee d    at  t u r b in e   h u b   h eig h in   m /s .   T h to tal  o u tp u p o wer   g e n er ated   b y   win d   tu r b in es  (  )   in   k W   ca n   b ca l cu lated   b y   m u ltip ly in g     with   th to tal  n u m b er   o f   in s talled   win d   tu r b i n e s   (  )   as  illu s tr ated   b y   th f o llo w in g   ( 5 )   [ 2 6 ] ,   [ 3 3 ] ,   [ 3 4 ] .      =   ×      ( 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   858 - 879   864   As  s h o wn   in   ( 6 ) ,   th g en er at ed   p o wer   f r o m   win d   tu r b in es   m ay   b co m p u ted   m o r ac c u r ately   b y   tak in g   h u b   h eig h ( )   in to   ac c o u n t   [ 3 4 ] .   He r e,     is   d ef in ed   a s   th co r r elatio n   b etwe en   alti tu d an d   win d   v elo city   in   m .     d en o tes  th r at ed   v elo city   o f   th e   win d   tu r b in in   m /s ,   wh ile    is   th s p ee d   o f   win d   f lo in   ( m /s ) .   An   a n em o m eter   m ea s u r es  th em   at  a   r ef e r en ce   h eig h t   o f       in   m ,   wh ile  th e   h u b   h eig h t   i s   in d icate d   b y   .   Fu r th er m o r e,   th lan d s ca p f r ictio n   co ef f icien is   d en o t ed   b y   .   T h is   co ef f icien ( γ * )   v ar ies  am o n g   lo ca tio n s   b ased   o n   th e   to p o l o g ical  s u r f ac o f   th at  r e g io n ,   wh i ch   is   u s ed   as  0 . 1   i n   a   f lat  f ield   an d   0 . 2 5   in   n o n - f lat  f ield .   Fig u r 7   illu s tr ates th p o wer   c h ar ac ter is tics   cu r v e   o f   th win d   tu r b i n e.     =   × ( )   ( 6 )       T ab le  4 .   E c o n o m ic  a n d   tech n i ca l sp ec if icatio n s   f o r   win d   t u r b in es   C o m p o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   U n i t s   W i n d   t u r b i n e   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] ,   [ 3 5 ] ,   [ 3 6 ]     Tu r b i n e   r a t e d   p o w e r   C u t - i n   s p e e d   (   )   C u t - o u t   sp e e d   (  )   R a t e   S p e e d   (  )   B l a d e d i a met e r   Li f e t i me   I n v e st m e n t   c o s t   R e p l a c e m e n t   c o s t   O p e r a t i o n   a n d   ma i n t e n a n c e   c o s t   1   2   40   9   2 . 4   20   2 3 0 0   1 5 0 0   23   kW   m/ s   m/ s   m/ s   m   Y e a r s   $ / u n i t   $ / u n i t   $ / k W h / y e a r           Fig u r 7 .   T h o p er atio n al  r e g i o n   o f   th id ea l p o wer   cu r v an d   win d   s p ee d   [3 3 ] ,   [ 3 4 ]       5 . 3 .     B a t t er y   ener g y   s t o ra g e   s y s t em   T h en er g y   p r o d u ce d   b y   R E R s   ( s o lar   an d   win d   e n er g y )   th at  is   n o alwa y s   ac ce s s ib le  h as  to   b s to r ed   in   b atter y   b an k .   I is   u tili ze d   as  b ac k u p   e n er g y   th at  s u p p lies   h o m es  o n   clo u d y   d ay s .   I n   ( 7 )   is   u s ed   to   d eter m in th b atter y   s to r ag ca p ac ity   in   am p er e - h o u r s   ( Ah )   [ 6 ]   b y   d e p en d i n g   o n   th tech n ical  s p ec if icatio n s   in   T ab le  5 .   Her e,     r ep r esen ts   th r ated   ca p ac ity   o f   th e   r ec h a r g ea b le  b atter y   in   Ah ,   a n d   auto     d e n o tes  th e   d u r atio n   o f   d ay s   d ev o id   o f   s o lar   ir r ad ian ce   ( au to n o m y   d a y s ,   wh ich   is   3 - 5   d ay s ) .     d en o tes  th m ea n   d aily   lo ad   r eq u i r ed   in   k W ,      is   th s y s tem   o p er atin g   v o ltag ( 4 8   v o l ts ) ,      in d icate s   th m ax im u m   p er m is s ib le  d ep th   o f   d is ch ar g f o r   th b a tter y   ( 8 0 %)  as  in d icate d   in   F ig u r 8 ,   an d   ,   in d icate   an   in v er ter   an d   b atter y   ef f icien c y   o f   9 5 %,  8 5 %,  r esp ec tiv ely .     =  × au t o    × ×  ×   ( 7 )       T ab le  5 .   E c o n o m ic  a n d   tech n i ca l sp ec if icatio n s   f o r   b atter y   b an k   C o m p o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   U n i t s   B a t t e r y   s t o r a g e   b a n k   [ 24 ] ,   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] ,   [ 3 6 ]               B a t t e r y   n o mi n a l   v o l t a g e   N o mi n a l   c a p a c i t y   Li f e t i me   Ef f i c i e n c y   I n i t i a l   S o C   o f   b a t t e r y   S o C m i n   S o C m a x   D e p t h   o f   d i s c h a r g e   ( D o D )   I n i t i a l   c a p i t a l   c o st   R e p l a c e m e n t   c o s t   O p e r a t i o n   a n d   ma i n t e n a n c e   c o s t   12   40   5   85   1 0 0   20   1 0 0   0 . 8   1 7 6   67   5 . 2 8   V   Ah   Y e a r s   %   %   %   %   %   $ / u n i t   $ / u n i t   $ / k W h / y e a r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       R u le - b a s ed   e n erg ma n a g eme n t str a teg ies fo r   a   h yb r id   micro g r id   u s in g     ( S a r mid   S h a kir A b d u ls a tta r )   865       Fig u r 8 .   T h p r i n cip al   co n ce p t o f   Do a n d   So C   in   th s to r ag b atter y       5 . 4 .     Diesel g ener a t io n sp ec if ica t io ns   T h m ajo r   f o c u s   f o r   t h m icr o g r id   b ac k u p   s u p p ly   is   th b a tter y   b an k ,   wh ich   f u n ctio n s   a s   th m ain   b ac k u p ,   wh ile  th d iesel  g e n er at o r s   ( D g en )   is   s ec o n d ar y   b ac k u p   s u p p lier .   Po wer   g en er at io n   d e p en d s   o n   th e   av ailab ilit y   o f   r e n ewa b le  en e r g y   r eso u r ce s   ( s o lar   an d   win d   e n er g y ) .   I n   th ab s en ce   o f   t h ese  r eso u r ce s ,   an d   th e   b atter y   b an k   attain s   th m in i m u m   s tate  o f   ch a r g ( So C ) ,   th D g en   wo u ld   co m m en ce   o p er atin g   to   m ee t   cu s to m er   d em an d s .   T h s u b s e q u en ( 8 )   ar em p lo y e d   to   m o d el  th D g en   with   its   f u el  co n s u m p tio n   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] ,   [3 7 b y   u s in g   th tech n ical  s p ec if icatio n s   in   T ab le  6   a n d   T a b le  7 .      ( ) = ( ) + ( )   ( 8 )     W h er  ( )   r e p r esen ts   f u el   co n s u m p tio n   m ea s u r ed   in   L iter /h ,     r ep r esen ts   th e   co ef f icien o f   f u el   co n s u m p tio n   ( 0 . 2 4   L iter /k W h ) ,     ( t)   d en o tes  th o u tp u p o w er   f r o m   th d iesel  g en er ato r   i n   ( k W ) ,     is   an   ad d itio n al  co ef f icien o f   f u el  co n s u m p tio n   ( 0 . 0 8 4   L iter /k W h ) ,   an d   ( )   d en o tes  th g en er a to r ' s   r ated   p o wer   in   k W .   T h f u el  c o s t (  )   in   US$ /h   th r o u g h o u t th s y s te m ' s   life tim i s   d elin ea ted   in   ( 9 )   [3 2 ] ,   [ 38 ] .      = (  ( ) ) ×    ( 9 )       r ep r esen ts   th p r esen co s o f   d iesel  f u el  f o r   ea ch   liter   ( US $ /Liter )   an d      r ep r esen ts   th cu m u lativ p r esen t v alu th r o u g h o u t a   te m p o r al  s p ec tr u m ; its   ca lcu latio n   m ay   b f o u n d   in   ( 1 0 )   [3 2 ] .      =   ( 1 + ) / ( 1 + )   1   ( 1 0 )     W h er   d en o tes th in ter est r at e   an d     d en o tes th p r o ject' s   lif tim ( 2 0   y ea r s ) .       T ab le  6 .   E c o n o m ic  a n d   tech n i ca l sp ec if icatio n s   f o r   d iesel  g e n er ato r   C o m p o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   U n i t s   D i e se l   g e n e r a t o r   [ 2 7 ] ,   [ 3 0 ] ,   [ 3 6 ]     R a t e d   p o w e r   o f   t h e   d i e se l   g e n e r a t o r   I n i t i a l   c o s t   Li f e t i me   Li f e t i me   R e p l a c e m e n t   c o s t   O p e r a t i o n   a n d   ma i n t e n a n c e   c o s t   F u e l   c o st   4   7 0 0   2 0 , 0 0 0   9   7 0 0   8   1   kW   $ / u n i t   h o u r s   y e a r s   $ / u n i t   $ / k W h / y e a r   $ / l i t e r       T ab le  7 .   E c o n o m ic  p ar am eter s   o f   th p r o p o s ed   s y s tem   C o m p o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   U n i t s   Ec o n o mi c   p a r a m e t e r s   [3 7 ] - [ 39   Li f e s p a n   o f   t h e   p r o j e c t   I n f l a t i o n   r a t e   I n t e r e st   r a t e   20   2   6   Y e a r s   %   %       5 . 5 .     P o wer   co nv er t er   Bi - d ir ec tio n al  in v er ter   co n n ec ts   b etwe en   th AC   an d   DC   b u s ,   wh ich   tr an s f er s   t h p o we r   f r o m   th en er g y   s o u r ce s   to   th lo ad s .   I is   m o d eled   b ased   o n   its   ef f icien cy .   I is   ess en tial  to   n o te  th at  an y   s elec ted   co n v er ter   m u s b ca p ab le  o f   h an d lin g   th m ax im u m   an ticip ated   AC   lo ad s   an d   th p o ten tial  s u r g es  th at  o cc u r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   2 ,   J u n e   20 2 6 :   858 - 879   866   d u r in g   th f ir s s tar tu p   o f   g a d g ets.  T h in v e r ter   r atin g   ( )   in   k W   m ay   b d eter m i n ed   u s in g   ( 1 1 )   [3 2 ] ,   [ 4 0 ]   an d   T ab le  8 .     ( ) = ղ   ( 1 1 )     W h er th e     in d icate s   th e   p ea k   r esid en tial  lo a d   d em an d   in   k W ,   wh ich   is   co n s id er ed   th cr u cial  f ac to r   in   s elec tin g   th ap p r o p r iate  in v er ter ,   an d   th e   in v er ter   ef f icien c y   is   r ep r esen ted   b y   ղ .     5 . 6 .     Ut ility   g rid int eg ra t i o ns   T h p r im ar y   g r id   ca n   p r o v id elec tr icity   to   th m icr o g r id   in   th ab s en ce   o f   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s ,   D g e n ,   a n d   a t   a   m i n i m u m   S o C ( t ) .   T a b l e   9   [4 1 ]   a n d   ( 1 2 )   a r e   u s e d   t o   c a l c u l a t e   t h e   i n c o m e   ( )   i n   U S $   f r o m   t h e   e n e r g y   g e n e r a t e d   b y   p h o t o v o l t a i c   s y s t e m s   ( PV )   a n d   w i n d   t u r b i n e s   ( W T )   t o   t h e   u t i l ity   g r i d   [4 2 ].     =      8760 = 1 ×    ( 1 2 )     W h er        p er tain s   to   th f ee d - in   tar if f   r ate  ex p r ess ed   in   $ /k W h ,      r ef er s   to   th en er g y   s o ld   to   th u tili ty   g r id   in   k W h ,   an d   th to tal  n u m b er   o f   h o u r s   in   y ea r   is   r ep r esen ted   b y   8 7 6 0 .   Fu r th er m o r e,   ( 1 3 )   is   u s ed   to   ca lcu late  th p r ice  o f   p u r ch asin g   e n er g y   ac q u ir e d   (    )   i n   US$   f r o m   th g r id   [ 3 6 ].      = ×  8760 = 1   ( 1 3 )     W h er   d en o tes  th co s t   o f   ac q u ir in g   1   k W   o f   elec tr icity   f r o m   th g r id   i n   $ /k W h   [3 7 ]  8760 = 1   r ef er s   to   th t o tal  en er g y   p u r c h ased   f r o m   th u tili ty   g r id   f o r   th in d iv id u al  y ea r   in   k W h .       T ab le  8 .   E c o n o m ic  a n d   tech n i ca l sp ec if icatio n s   f o r   in v e r ter   C o m p o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   U n i t s   I n v e r t e r   [ 7 ] ,   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ]         I n v e r t e r   c a p a c i t y   Ef f i c i e n c y   Li f e s p a n   C a p i t a l   c o st   R e p l a c e m e n t   c o s t   O p e r a t i o n   a n d   ma i n t e n a n c e   c o s t   1   95   15   1 2 7   1 2 7   1   kW   %   Y e a r s   $ / u n i t   $ / u n i t   $ / k W h / y e a r       T ab le  9 .   E c o n o m ic  s p ec if icati o n s   f o r   u tili ty   g r id   C o m p o n e n t s   S p e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   U n i t s   U t i l i t y   G r i d   [4 1 ]   P u r c h a se   p r i c e   S e l l i n g   p r i c e   0 . 0 2 3   0 . 0 1 5   $ / k W h   $ / k W h       6.   SUPERV I SO RY  CO N T RO L   AL G O RI T H M   T h is   s tu d y   em p lo y s   s u p er v is o r y   co n tr o alg o r ith m   f o r   m an ag in g   p o wer   f lo w.   T h er e   ar th r ee   p r im ar y   ca teg o r ies  o f   t h ese  alg o r ith m s lear n i n g - b ased   ( L B ) ,   r u le - b ased   ( R B ) ,   an d   o p tim izatio n - b ased   ( OB ) .   E ac h   alg o r ith m   wo r k s   in d ep e n d en tly   a n d   p r o d u ce s   d if f er in g   lev els  o f   p r ec is io n   in   its   f in d in g s .   T h e   r u le - b ased   en er g y   m an ag em e n t stra teg ies h av b ee n   p ar ticu la r ly   s elec ted   f o r   t h in v esti g atio n   i n   co n c er n .     6 . 1 .     T he  pro po s ed  rule - ba s e d e nerg y   m a na g em ent   s t ra t e g ies   T h m o s im p o r tan cr iter i o n   in   m icr o g r id   d esig n   is   r esil ien en er g y   m a n ag em en t   s y s tem   ( E MS) .   T h R B - E MS  h as  b ee n   p r o p o s ed   to   r eg u late  th p o wer   d is tr ib u tio n   a m o n g   d if f er en p ar t s   o f   th m icr o g r id   [ 4 3 ] .   R B - E MS  ad d itio n ally   e n h an ce s   s y s tem   e f f icien cy ,   r e d u ce s   b atter y   d eter io r atio n ,   o p tim izes  th u s e   o f   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s ,   an d   d ec r ea s es f u el  co n s u m p tio n ,   y ield in g   co n s id er ab le  co s t a d v an tag es a n d   en er g y   co n s er v atio n .   Fu r th er m o r e,   th ey   p r o v id r ea l - tim c o n tr o with   m in im u m   co m p u tatio n al   r eq u ir em e n ts   [ 4 4 ] T h is   ar ticle  ex am in es  s ix   o p er atio n al  s ce n ar io s   f o r   th b est  f u n ctio n in g   o f   g r i d - co n n ec ted   m icr o g r id s .   T h ese  s ce n ar io s   ad h er e   to   a   ce r tain   s et  o f   p r ed eter m in ed   in s tr u ctio n s .   T ab le  10   p r esen ts   th e   R B - E MS  s ce n ar io s   f o r   th p r o p o s ed   m icr o g r id   s itu atio n s .     6 . 2 .     Sequ ent ia l f lo o f   t he  r ule - ba s ed  ener g y   m a na g em e nt  s t ra t eg y   T h u n p r e d ictab le  n at u r e   o f   r en ewa b le  e n er g y   s u p p lies   a n d   th e   ir r e g u lar ity   o f   d e m an d   ar e   th p r im ar y   f ac to r s   th at  co m p licate  th E MS.   C o n s eq u en tly ,   f u lf illi n g   en er g y   d em an d   with   s in g le  en er g y   s o u r c e   is   u n f ea s ib le  ec o n o m ically   a n d   tech n ically   d u to   co n s tr ain ts   in   av ailab ilit y ,   d ep en d ab ilit y ,   an d   s ca lab ilit y .   T o   m ain tain   th b alan ce   b etwe en   p o wer   g e n er atio n   a n d   d em an d ,   d iesel  g en er ato r   an d   s to r ag b atter y   u n its   m ay   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       R u le - b a s ed   e n erg ma n a g eme n t str a teg ies fo r   a   h yb r id   micro g r id   u s in g     ( S a r mid   S h a kir A b d u ls a tta r )   867   b in teg r ated   with   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s .   No n eth eless ,   t h p r o p o s ed   s y s tem   m u s t e n s u r th co m p lete  u s o f   r en ewa b le  e n er g y   s o u r ce s   wh ile  m in im izin g   th u s ag o f   th d iesel  g en er ato r   an d   s to r ag b atter y .   T h is   is   ac h iev ab le  ju s with   s u itab le   an d   well - cr af ted   R B - E MS  ap p r o ac h .   T h e   p r im ar y   o b jectiv e   o f   th E m eth o d   is   to   co o r d in ate  an d   ef f icien t ly   m an ag th en er g y   co m p o s itio n   o f   th m icr o g r id   c o m p o n en ts   [ 4 5 ] .   T h e   p r o p o s ed   E MS  co m p r is es  R B   f r am ewo r k s ,   m o s tly   u s in g   "if an d   "th en s tatem en ts .   T h f lo wch ar ts   o f   R B   E MS  ar d em o n s tr ated   in   Fig u r 9 ,   wh ich   s h o ws  th p r io r it y   o p er atio n   s tep s   o f   s y s tem   co m p o n en ts   to   m ee th lo ad   d e m an d   [ 4 6 ] .       T ab le  10 O p er atio n al  s ce n ar i o s   o f   th p r o p o s ed   m icr o g r id   S c e n a r i o s   O p e r a t i o n   sc e n a r i o s   M o d e   1   Th e   g e n e r a t e d   e n e r g y   f r o m   t h e   R E   sy st e ms ( W a n d   P V )   s u p p l i e s   t h e   r e si d e n t i a l   l o a d s wi t h   e l e c t r i c   p o w e r .   M o d e   2   Th e   e x c e ss  e n e r g y   g e n e r a t e d   b y   t h e   R s y st e ms  ( W a n d   P V )   c o v e r t h e   l o a d   d e ma n d s,  a n d   c h a r g e b a t t e r i e i f   S o C ( t ) < S o C ( t )   m a x .     M o d e   3   En e r g y   g e n e r a t e d   b y   t h e   R sy s t e ms  ( W a n d   P V )   e x c e e d t h e   l o a d   d e ma n d s,  a n d   t h e   b a t t e r y 's  st a t u i S o C ( t ) = S o C ( t ) ma x ,   t h e n   t h e   s u r p l u s   e n e r g y   w i l l   b e   so l d   t o   t h e   u t i l i t y   g r i d   ( s e l l   t o   t h e   g r i d ) .   M o d e   4   I f   t h e   e n e r g y   g e n e r a t e d   b y   t h e   R sy st e ms  ( W a n d   P V )   i n o t   e n o u g h   t o   f u l f i l l   t h e   l o a d   d e ma n d ,   a n d   t h e   b a t t e r i e s'   st a t u i s S o C ( t ) > S o C ( t ) m i n ,   t h e n   t h e   s t o r e d   e n e r g y   i n   t h e   b a t t e r y   b a n k   w i l l   b e   u t i l i z e d   t o   f e e d   t h e   l o a d   d e ma n d s.   M o d e   5   En e r g y   g e n e r a t e d   b y   t h e   R s y st e ms ( W a n d   P V )   i n o t   e n o u g h   t o   f u l f i l   t h e   l o a d   d e ma n d ,   a n d   t h e   b a t t e r y 's  st a t u i s   S o C ( t ) < S o C ( t ) mi n ,   t h e n   t h e   d i e s e l   g e n e r a t o r   ( D g e n )   w i l l   b e   u t i l i z e d   t o   f e e d   t h e   l o a d   d e ma n d s   a n d   c h a r g e   t h e   b a t t e r y   b a n k .   M o d e   6   En e r g y   g e n e r a t e d   b y   t h e   R s y st e ms  ( W a n d   P V )   i n o t   e n o u g h   t o   f u l f i l   t h e   l o a d   d e m a n d ,   a n d   t h e   b a t t e r y   s t a t u i s   S o C ( t ) < S o C ( t ) mi n .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   D g e n   d o e n o t   w o r k   o r   d o e s n o t   c o v e r   t h e   d e m a n d s;   i n   t h i s re g a r d ,   t h e   u t i l i t y   g r i d   w i l l   b e   u t i l i z e d   t o   f e e d   t h e   l o a d   d e m a n d s   a n d   c h a r g e   t h e   b a t t e r y   b a n k   ( p u r c h a s e d   f r o t h e   u t i l i t y   g r i d ) .                 Fig u r 9 .   Flo wch ar ts   o f   th s e q u en tial f lo o f   th r u le - b ased   en er g y   m an ag e m en t stra teg ie s         Fig u r 9   is   d iv i d ed   i n to   f o u r   f lo wch ar ts th e   m ain   f lo wc h ar ( it   g en er ates  A   an d   B   f lo wch ar ts )   d ep icts   th f ir s d ec is io n ,   wh i ch   r u n s   h o u r ly .   I b eg i n s   b y   r ea d in g   t h m etr o lo g ical  d ata   s et.   T h en   f in d   t h o u tp u p o wer   f r o m   p h o to v o lta ic  ( PP V)   an d   win d   tu r b in ( P W T )   s y s tem s .   Af ter   th at,   th R B - E MS  wi ll  d o   th Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.