I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 ,   p p .   2 1 9 7 ~ 2 2 0 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 7 . i 3 . p p 2 1 9 7 - 2 2 0 9           2197       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Rea l t ime  f uz zy  e nerg y  ma na g ement of  hy br id stora g e sy stems  in DC  micro g rids  wit h  dyna mic v o ltag e re sto rer  a ss is ted  po we r  qua lity enha ncem ent       Ya cine  B ena t a lla h 1 ,   Abdelk r im   B ena li 1 ,   M a bro uk   Da ha ne 1 ,   So m ia   B ena li 2   1 I LA M   La b o r a t o r y ,   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   N o u r   B a c h i r   El - B a y a d h   U n i v e r si t y   C e n t e r ,     El   B a y a d h ,   A l g e r i a     2 D e p a r t me n t   o f   C o mm e r c i a l   S c i e n c e s,   F a c u l t y   o f   Ec o n o m i c ,   C o mm e r c i a l   a n d   M a n a g e m e n t   S c i e n c e s,     A h me d   Z a b a n a   R e l i z a n e   U n i v e r s i t y ,   R e l i z a n e ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   2 0 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Au g   2 1 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Au g   2 4 ,   2 0 2 6       Th is  p a p e r  p re se n ts  a   re a l - ti m e   fu z z y   lo g ic – b a se d   e n e rg y   m a n a g e m e n t   sy ste m   (EM S )  fo r  a   h y b r id   DC  m icro g rid   su p p l y i n g   a   c o n sta n t  D C  lo a d   a n d   a n   AC  se n siti v e   lo a d   p ro tec ted   b y   a   d y n a m ic  v o lt a g e   re sto re r  (DV R).   Th e   sy ste m   in teg ra tes   a   25 - kW   p h o to v o lt a ic  (P V)  a rra y ,   a   10 - kW   f u e l  c e ll   (F C),   a  15 - kW   b a tt e ry   e n e rg y   sto ra g e   sy ste m ,   a n d   a   3 9 6  V  su p e rc a p a c it o r  b a n k .   Th e   EM S   c a lcu late s  th e   n e t  p o we r  b a lan c e   ( ΔP =  P PV   -  P load ),   c o m p a re s  it   with   th e   sta tes - of - c h a rg e   ( S o C)   o f   t h e   b a tt e ry   a n d   su p e rc a p a c it o r,   a n d   d y n a m ica ll y   a ll o c a tes   p o we r   re fe re n c e s  to   e a c h   so u rc e .   F u z z y   ru les   p rio ri ti z e   re n e wa b le  g e n e ra ti o n ,   e x p lo i t   th e   su p e rc a p a c it o r  fo r  fa st   tran sie n t   c o m p e n sa ti o n ,   a n d   sc h e d u le  t h e   b a tt e ry   a n d   fu e l  c e ll   fo r  m e d i u m -   a n d   lo n g - term   p o we r  b a lan c in g .   Th e   DV R  a c ts as   a   se rie s a c ti v e   p o we r  fil ter,  in jec ti n g   re a l  p o we r  d u ri n g   sa g s   a n d   a b so r b in g   e x c e ss   e n e rg y   d u ri n g   sw e ll s,   wh il e   t h e   EM S   m a in tain s  DC   b u s  sta b il it y   u n d e r  fa u lt   c o n d it i o n s.   S imu lati o n   re su lt s   d e m o n stra te  e n h a n c e d   DC  b u s  v o lt a g e   re g u lati o n ,   re d u c e d   b a tt e r y   c y c li n g ,   e fficie n t  h y d ro g e n   u ti li z a ti o n ,   a n d   ra p id   re c o v e ry   fr o m   v o lt a g e   d is tu rb a n c e s .   Th e   p r o p o se d   stra teg y   imp r o v e s  p o we r  q u a li t y   a n d   e n su re s  c o n ti n u o u s   o p e ra ti o n   o f  se n sit iv e   l o a d s,   m a k i n g   it   s u it a b le  f o r  sm a rt  g rid   a n d   r e n e wa b le - b a se d   m icro g ri d   a p p li c a ti o n s .   K ey w o r d s :   DVR    Fu el  ce ll    Fu zz y   E MS   Hy b r id   DC   m icr o g r id   Po wer   q u ality   DC   b u s   R eg u latio n   Vo ltag e  s ag /s well  c o m p en s atio n     T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ab d elk r im   B en ali   I L AM   L ab o r ato r y ,   Dep a r tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   No u r   B ac h ir   E l - B ay ad h   Un iv e r s ity   C en ter   Af lo u   R o ad ,   B P 3 2 0 0 0 ,   E l Ba y ad h ,   Alg e r ia   E m ail:  b en aliab d @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   g r o w i n g   i n t e g r a t i o n   o f   r e n e w a b l e   e n e r g y   s o u r c e s   i n   D C   m i c r o g r i d s   s u p p l y i n g   s e n s i t i v e   l o a d s   i n t r o d u c e s   s i g n i f i c a n t   v a r i a b i l i t y   i n   b o t h   g e n e r a t i o n   a n d   d e m a n d ,   r e s u l t i n g   i n   v o l t a g e   f l u c t u a t i o n s   a n d   p o w e r   i m b a l a n c e s   t h a t   c o n v e n t i o n a l   c o n t r o l   s t r a t e g i e s   c a n n o t   e f f e c t i v e l y   h a n d l e .   T o   o v e r c o m e   t h e s e   c h a l l e n g e s ,   e n e r g y   s t o r a g e   s y s t e m s   c o o r d i n a t e d   b y   a d v a n c e d   e n e r g y   m a n a g e m e n t   s y s t e m s   ( E M S )   a r e   w i d e l y   e m p l o y e d   t o   s m o o t h   r e n e w a b l e   i n t e r m i t t e n c y ,   r e g u l a t e   t h e   D C   b u s   v o l t a g e ,   a n d   e n s u r e   r e l i a b l e   p o w e r   s u p p l y   [ 1 ] ,  [ 2 ] .   I n   p a r t i c u l a r ,   h y b r i d   e n e r g y   s t o r a g e   s y s t e m s   c o m b i n i n g   b a t t e r i e s   a n d   s u p e r c a p a c i t o r s   e n h a n c e   s y s t e m   r e s i l i e n c e   b y   i m p r o v i n g   p o w e r   q u a l i t y   a n d   a l l e v i a t i n g   b a t t e r y   s t r e s s   w h e n   m a n a g e d   t h r o u g h   o p t i m i z e d   E M S   s t r a t e g i e s   [ 3 ] .   N e v e r t h e l e s s ,   f l u c t u a t i o n s   i n   r e n e w a b l e   o u t p u t ,   r a p i d   l o a d   v a r i a t i o n s ,   a n d   n e t w o r k   d i s t u r b a n c e s   c a n   s t i l l   l e a d   t o   v o l t a g e   i n s t a b i l i t y   a n d   a c c e l e r a t e d   b a t t e r y   d e g r a d a t i o n   i f   n o t   p r o p e r l y   a d d r e s s e d   [ 4 ] - [ 6 ] .   A s   a   r e s u l t ,   r e c e n t   r e s e a r c h   h a s   f o c u s e d   o n   i n t e g r a t i n g   r e a l - t i m e   E M S   w i t h   h y b r i d   s t o r a g e   a n d   f a s t - r e s p o n s e   c o m p e n s a t i o n   t e c h n i q u e s ,   i n c l u d i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2197 - 2 2 0 9   2198   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l ,   m o d e l   p r e d i c t i v e   c o n t r o l ,   a n d   d y n a m i c   v o l t a g e   r e s t o r e r   ( D V R ) - b a s e d   a p p r o a c h e s ,   t o   e n h a n c e   v o l t a g e   s t a b i l i t y ,   o p t i m i z e   p o w e r   s h a r i n g ,   a n d   e x t e n d   b a t t e r y   l i f e t i m e   u n d e r   d y n a m i c   c o n d i t i o n s   [ 7 ] - [ 9 ] .   R e c e n t   c o n t r i b u t i o n s   f u r t h e r   a d v a n c e   t h e   c o o r d i n a t i o n   o f   h y b r i d   e n e r g y   s t o r a g e   s y s t e m s   ( H E S S )   i n   D C   m i c r o g r i d s   o p e r a t i n g   u n d e r   i n t e r m i t t e n t   r e n e w a b l e   g e n e r a t i o n .   F o r   i n s t a n c e ,   f r e q u e n c y   d e c o m p o s i t i o n – b a s e d   p o w e r - s h a r i n g   s t r a t e g i e s   h a v e   b e e n   s h o w n   t o   i m p r o v e   s y s t e m   s t a b i l i t y   w h i l e   r e d u c i n g   b a t t e r y   s t r e s s ,   w h e r e a s   b a t t e r y - s u p e r c a p a c i t o r   c o n f i g u r a t i o n s   e f f e c t i v e l y   m i t i g a t e   D C - l i n k   v o l t a g e   f l u c t u a t i o n s   u n d e r   v a r y i n g   l o a d   a n d   i r r a d i a n c e   c o n d i t i o n s   [ 8 ] ,  [ 9 ] .   M o r e o v e r ,   m o d e l   p r e d i c t i v e   c o n t r o l   s c h e m e s   h a v e   b e e n   s u c c e s s f u l l y   a p p l i e d   t o   h a n d l e   v o l t a g e   s a g   a n d   s w e l l   e v e n t s   a s   w e l l   a s   r e v e r s e   p o w e r   f l o w   i n   s p e c i f i c   a p p l i c a t i o n s   [ 1 0 ] ,   w h i l e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   c o n s i s t e n t l y   d e m o n s t r a t e   t h e   s u p e r i o r   t r a n s i e n t   p e r f o r m a n c e   o f   H E S S   c o m p a r e d   t o   b a t t e r y - o n l y   s o l u t i o n s   [ 1 1 ] .   H o w e v e r ,   m o s t   e x i s t i n g   a p p r o a c h e s   d o   n o t   i n t e g r a t e   r e a l - t i m e   D V R   o p e r a t i o n   w i t h   f u z z y   l o g i c – b a s e d   e n e r g y   m a n a g e m e n t   w h i l e   j o i n t l y   c o n s i d e r i n g   b a t t e r y   a n d   s u p e r c a p a c i t o r   S o C   c o n s t r a i n t s   d u r i n g   d y n a m i c   v o l t a g e   d i s t u r b a n c e s .   T h i s   l i m i t a t i o n   r e v e a l s   a n   i m p o r t a n t   g a p   b e t w e e n   p o w e r   q u a l i t y   e n h a n c e m e n t   a n d   h y b r i d   e n e r g y   m a n a g e m e n t   i n   D C   m i c r o g r i d s .   T o   a d d r e s s   t h i s   i s s u e ,   t h i s   p a p e r   p r o p o s e s   a   r e a l - t i m e   f u z z y   E M S   f o r   a   h y b r i d   D C   m i c r o g r i d   i n t e g r a t i n g   a   2 5   k W   P V   a r r a y ,   a   10 - kW   f u e l   c e l l ,   a   15 - kW   b a t t e r y ,   a n d   a   s u p e r c a p a c i t o r   b a n k .     T h e  p r o p o s ed   E MS  s im u ltan eo u s ly   co n s id er s   th e  n et  p o wer   b alan ce   an d   th e  s tate - of - ch ar g e  ( So C )   co n d itio n s   o f   th e  b atter y   an d   s u p er ca p ac ito r   to   ac h iev e  co o r d in ated   p o wer   s h ar i n g   am o n g   th e  h y b r i d   s o u r ce s .   T h e  s u p er ca p ac ito r   p r o v id es  r ap id   co m p en s atio n   f o r   s h o r t - t er m   p o wer   f lu ctu atio n s ,   wh ile   th e  b atter y   an d   f u el  ce ll  s u p p o r t   m ed iu m -   a n d   l o n g - ter m   e n er g y   r e q u ir em e n ts .   I n   ad d itio n ,   a   d y n am ic  v o ltag e   r esto r er   ( DVR)  is   in teg r ated   to   m itig ate  v o ltag e   s ag   an d   s well  ev en ts   an d   p r o tect  s en s itiv e  lo ad s   ag ain s t  v o ltag e  d is tu r b an ce s .   Un lik e  co n v en tio n al  s tu d ies  th at  s ep ar ately   in v esti g ate  f u zz y   E MS  o r   DVR  co m p en s atio n ,   th e  p r o p o s ed   f r am ewo r k   co m b in es  r ea l - tim e  en er g y   m an ag e m en t  an d   D VR - ass is ted   p o wer - q u ality   en h an ce m en t  with in   a  u n if ied   h y b r i d   DC   m icr o g r i d   ar ch itectu r e.   T h is   co o r d in at ed   s tr ateg y   im p r o v es  DC - lin k   v o ltag e   s tab ilit y ,   r ed u ce s   b atter y   s tr ess   th r o u g h   f ast  s u p e r ca p ac ito r   co m p en s atio n ,   an d   en h a n ce s   o v er all  s y s tem   r o b u s tn ess   u n d er   tr a n s ien t  o p er atin g   c o n d itio n s .   T h e  p r o p o s ed   in teg r atio n   th er ef o r e  p r o v id es  a  co m p r eh en s iv e  s o lu tio n   f o r   h y b r id   DC   m icr o g r id s   r e q u ir in g   b o t h   ef f icien t e n er g y   m a n ag em en t a n d   r eliab le  p o wer - q u ality   s u p p o r t.   T h e   p r o p o s e d   s y s t e m   i s   m o d e l l e d   a n d   v a l i d at e d   i n   M A T L A B /S i m u li n k   u n d e r   s e v e r e   d is t u r b a n c e s ,   i n c l u d i n g   0 . 2   p u   v o l t a g e   s a g   a n d   1 . 6   p u   s w e l l   c o n d i t i o n s .   S im u l a t i o n   r e s u lt s   d e m o n s t r a t e   s t a b l e   5 0 0   V   D C - b u s   r e g u l a t i o n   w it h   v o l t a g e   d e v i a tio n s   l i m it e d   t o   ± 1 . 1 8 % ,   t o g e t h er   w i t h   e f f e c ti v e   c o o r d i n a t e d   p o w e r   s h a r i n g   a m o n g   t h e   P V ,   b a t t e r y ,   f u e l   c e ll ,   a n d   s u p e r c a p a c i t o r .   T h e   r a p i d   D V R   r e s p o n s e   f u r t h e r   c o n f i r m s   t h e   ef f e c t i v e n e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   E M S – D VR   f r a m e w o r k   f o r   s i m u l t a n e o u s   e n e r g y   m an a g e m e n t   a n d   p o w e r   q u a l i t y   e n h a n c e m e n t .   T h e  m ain   co n tr i b u tio n s   o f   th is   wo r k   ar e  s u m m ar ized   as  f o llo ws:   i)   Dev elo p m en t  o f   a  f u zz y   E MS  f o r   d y n am ic   p o wer   allo ca tio n   am o n g   PV,  f u el   ce ll,  b atter y ,   an d   s u p er ca p ac ito r   b ased   o n   lo a d   d em a n d   an d   So C   co n s tr ain ts ;   ii)  R ea l - tim e  in teg r atio n   o f   DVR  o p er atio n   with   h y b r id   en e r g y   m an ag em e n t  f o r   m itig atio n   o f   v o ltag e  s ag   an d   s well  d is tu r b an ce s ;  an d   iii)   Valid atio n   o f   th e  p r o p o s ed   f r a m ewo r k   u n d e r   d iv e r s e  o p e r atin g   s ce n ar io s ,   d em o n s tr atin g   im p r o v ed   DC - b u s   s tab ilit y ,   r ed u ce d   b atter y   cy clin g   s tr ess ,   an d   e n h an ce d   m ic r o g r i d   r eliab ilit y   co m p ar e d   with   co n v en tio n al  E MS  ap p r o ac h es.   T h e  r em ain d e r   o f   th e  p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo ws:   i)   Sect io n   2   p r esen ts   th e  h y b r id   DC   m icr o g r id   ar ch itectu r e,   h y b r i d   s to r ag e   c o n f ig u r atio n ,   f u zz y - b ased   E M S,  an d   DVR - ass is ted   co n tr o l  m o d el ;  ii)   Sectio n   3   d is cu s s es  th e  s im u latio n   s etu p ,   o p er atin g   s ce n ar io s ,   a n d   s y s tem   p er f o r m an ce   u n d er   n o r m al  an d   d is tu r b e d   co n d itio n s ,   in clu d in g   c o m p ar a tiv e  an aly s is   an d   p r ac tical  co n s id er atio n s ;  an d   iii)   Fin ally ,   Sectio n   4   co n cl u d es   th e  p ap er   a n d   o u tlin es f u tu r e  r esear ch   d ir ec tio n s .       2.   M E T H O D    Fig u r e  1   illu s tr ates  th e  p r o p o s ed   h y b r id   en er g y   s to r ag e  DC   m icr o g r id ,   wh ich   s u p p lies   co n s tan t  DC   lo ad s   an d   s en s itiv e  AC   lo ad s   th r o u g h   a  d y n am ic  v o ltag e  r e s to r er   ( DVR)  f o r   m itig atin g   v o ltag e  s ag s ,   s wells ,   an d   tr a n s ien t  d is tu r b an ce s .   T h e  s y s tem   in te g r ates  m u lti p le  d is tr ib u ted   en e r g y   r eso u r ce s   ( DE R s )   with   d ed icate d   p o we r   elec tr o n ic  c o n v er ter s   to   ac h iev e  co o r d in ated   en er g y   m an ag e m en t  an d   en h an ce d   p o we r   q u ality .   T h e  PV  ar r ay   p r o v id e s   th e  p r im ar y   r en ewa b le  s o u r c e  with   a  r ated   p o wer   o f   2 5   k W ,   wh ile  th e  10 - kW   f u el  ce ll a cts as   an   au x iliar y   an d   d is p atch ab le  s o u r ce   d u r in g   en er g y   d e f icits .   A  15 - kW   b atter y ,   m o d elled   u s in g   a  T h ev en in   e q u iv alen t,   p r o v id es  m ed iu m -   an d   lo n g - ter m   en er g y   b ala n cin g ,   wh e r ea s   th e  s u p er ca p ac ito r   b an k   s u p p lies   h ig h - p o wer ,   s h o r t - d u r atio n   b u f f er in g   to   c o m p e n s ate  f o r   r ap id   l o ad   v a r iatio n s   an d   v o ltag e  tr a n s ien ts .   T h e  PV  ar r ay   is   co n n ec ted   to   th e  DC   b u s   th r o u g h   a  u n i d ir ec tio n al  DC /D C   b o o s t  co n v er ter   eq u ip p ed   with   MPPT  to   m ax im ize  en e r g y   e x tr ac tio n   u n d er   v ar ia b le  ir r ad ian ce .   I n   co n tr ast,  t h e  b atter y   an d   s u p er ca p ac ito r   ar e  in ter f ac e d   th r o u g h   b id ir ec tio n al  DC /DC   co n v er ter s ,   en a b lin g   c o n tr o lled   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   wh il e   s u p p o r tin g   DC - b u s   v o ltag e  s ta b ilizatio n .   T h e   f u el   ce ll  is   co n n ec ted   th r o u g h   a   DC /DC   co n v er ter   to   r eg u late   its   o u tp u t  an d   p r o v id e  d is p atch ab le  p o wer   wh e n   r en ewa b le   g en er atio n   a n d   s to r ag e   ar e   in s u f f icien t.  T h is   co n f ig u r atio n   en ab les  co o r d in ated   o p e r atio n   o f   t h e  en e r g y   s o u r ce s   an d   s to r ag e   u n its   wh ile  allo win g   th e   DVR   to   p r o v id e  r a p id   v o ltag e  co m p en s atio n   f o r   s en s itiv e  lo ad s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         R ea l time   fu z z y  en erg y  ma n a g eme n t o f h yb r id   s to r a g e  s ystems   in   DC   micro g r id s   …  ( Ya cin e  B en a ta lla h )   2199   A  f u z z y   l o g i c – b as e d   E MS   c o o r d i n a t e s   t h e   o p e r a ti o n   o f   t h e   PV   a r r a y ,   b a t te r y ,   s u p e r c a p a ci t o r ,   a n d   f u e l   c e l l   a c c o r d i n g   t o   l o a d   d e m a n d ,   p o w e r   b a l a n c e ,   a n d   s t o r a g e   S o C   c o n d i ti o n s .   T h e   s u p e r c a p a c i t o r   p r o v i d e s   f a s t   c o m p e n s a t i o n   f o r   s h o r t - te r m   p o w e r   f l u c t u a ti o n s ,   w h il e   t h e   b at t e r y   a n d   f u e l   c e ll   s u p p o r t   m e d i u m -   a n d   l o n g - t e r m   e n e r g y   r e q u i r e m e n t s ,   t h e r e b y   i m p r o v i n g   r e n e w a b l e   e n e r g y   u t i l i z a ti o n   a n d   r e d u c i n g   b a t t e r y   s t r e s s .   I n   p a r a l l e l ,   t h e  D V R   p r o v i d e s   r a p i d   c o m p e n s at i o n   d u r i n g   v o l t a g e  s a g   a n d   s we l l   e v e n ts ,   s u p p o r t i n g   s t a b l e  o p e r a t i o n   o f   s e n s i t i v e  l o a d s .   T h e   c o o r d i n a t e d   E M S – D V R   s t r a te g y   t h e r e f o r e   e n a b l e s   s i m u l t a n e o u s   e n e r g y   m a n a g e m e n t ,   D C - b u s   s t a b il i z at i o n ,   a n d   p o w e r - q u a l i ty   e n h a n c e m e n t   u n d e r   v a r y i n g   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n s   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .           Fig u r e  1 .   Sy s tem   o v er v iew       2 . 1 .     P V  m o del   T h e  p h o to v o ltaic  ( PV)   ar r ay   is   th e  p r im ar y   2 5   k W   en er g y   s o u r ce   o p er atin g   o n   a  5 0 0   V  D C   b u s   an d   is   m o d elled   u s in g   a   s in g le - d io d e  eq u iv ale n t  to   ca p t u r e  ir r a d i an ce -   an d   tem p er at u r e - d e p en d en t  I – V  b e h av io u r   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] .   T h e  o u tp u t c u r r en t  is   g iv en   b y   ( 1 ) ,   in c o r p o r atin g   p h o to c u r r en t  I ph ,   d io d e  s atu r ati o n   cu r r en t   I s ,   s er ies   R s   an d   R sh   s h u n t   r esis tan ce s ,   an d   th e r m al  ef f ec ts   V T .   Fo r   e f f i cien t  en er g y   ex t r ac tio n ,   th e  P V  ar r ay   is   in te r f ac ed   th r o u g h   a  u n id ir ec tio n al  DC – DC   b o o s t  co n v e r ter   co n tr o l led   b y   a  p er tu r b - an d - o b s er v e   MPPT  alg o r ith m ,   wh ich   r eg u lates o p er atio n   at  t h e  m ax im u m   p o wer   p o in t  u n d er   v ar y i n g   ir r a d ian ce   co n d itio n s   [ 1 6 ] .       I = I ph − I s ( e V PV + I PV . R s η V T − 1 ) − V PV + I PV R s R sh   ( 1 )     2 . 2 .     F C  m o del   T h e  p r o to n   e x ch an g e  m em b r an e  f u el  ce ll  ( PEM FC )   is   m o d elled   as  a  d y n am ic  s y s tem   in   wh ich   v ar iatio n s   in   r ea ctan t  p a r tial  p r ess u r es,  o p er atin g   tem p er at u r e,   a n d   g as  f lo w  r ates  in f lu e n ce   th e  o p en - cir cu it  v o ltag e  E oc ,   ex ch a n g e  cu r r en t  i 0 ,   an d   T af el  s lo p e  A.   T h ese  p ar am eter s   ar e  u p d ated   in   r ea l  tim e  to   ac cu r ately   r ep r esen t  ac tiv atio n ,   o h m ic,   a n d   co n ce n tr atio n   lo s s es  with in   th e  f u el  ce ll  s tack .   T h e  o p e n - cir cu it  v o ltag e  is   ca lcu lated   u s in g   th e  Ner n s t  ( 2 ) :   with   A =R T/(zα F )   an d   i 0 = i 0, reff  ( T ,  P H2 ,  P O2 ) .   Her e,   R   is   th e  g as  co n s tan t,  F   th e  Far ad ay   co n s tan t,  an d   α   th e  c h ar g e  tr an s f er   co e f f icien t;  P H2   an d   P O2   d en o te  th e  p ar tial  p r ess u r es  o f   h y d r o g e n   an d   o x y g en .   T h is   m o d el  ca p tu r es  tem p er atu r e -   an d   p r es s u r e - d ep en d en t  PEM FC   ef f ec ts ,   with   r ea l - tim e  u p d ates  o f   E oc ,  i 0 ,   an d   A  en ab lin g   ac cu r ate  d y n am ic  an d   s tead y - s tate  m o d ellin g   o f   PEM FC   b eh av io u r   u n d er   v ar y in g   tem p er atu r e,   p r ess u r e ,   an d   lo a d   co n d itio n s ,   en ab li n g   r ea lis tic  p r ed ictio n   o f   p o l ar izatio n   lo s s es  an d   tr an s ien t r esp o n s e  f o r   h y b r id   m icr o g r id   s tu d ies [ 1 7 ] - [ 1 9 ] .     oc = K c + E n = zF k ( P H2 + P O2 ) ∆ v Rh e − Δ G RT   ( 2 )     2 . 3 .     Acid  lea d  ba t t er y   mo del   T h e  lead – ac id   b atter y   is   m o d elled   as  a  SOC - d ep en d en t  co n tr o lled   v o ltag e  s o u r ce   g o v er n ed   b y   th e   Sh ep h er d   ( 3 )   [ 2 0 ] ,   wh er e  E 0   is   th e  o p en - cir cu it  v o ltag e,   K   th e  p o lar izatio n   co n s tan t,  R in t   th e  in ter n al  r esis tan ce ,   A   an d   B   ex p o n e n tial p ar am eter s ,   an d   vp ( t)   t h e  tr an s ien t v o ltag e  co m p o n en t.       ( ) = 0 − −  ( )   ( ) −   ( ) +   −    ( ) + ( )   ( 3 )     T h e  s tate  o f   ch ar g e  is   co m p u ted   as   ( 4 ) ,   wh er e  Qn o m   is   th e  n o m in al  ca p ac ity   an d   η(i)   is   th e  C o u lo m b ic  ef f icien cy   ( ηch   =  0 . 8 5 - 0 . 9 5 ,   ηd is ≈ 1 ) .   T h e   s em i - em p ir ic al  m o d el  ac cu r ately   ca p t u r e s   lead - ac id   b atter y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2197 - 2 2 0 9   2200   n o n lin ea r ities ,   h ig h - cu r r en t v o ltag e  d r o p s ,   e x p o n en tial b eh a v io u r   n ea r   f u ll c h a r g e,   an d   lo w  So C   v o ltag e  d ec ay   with   p ar am eter s   id en tifie d   f r o m   m an u f ac t u r er   d ata  o r   e x p er i m en tal  test s   [ 2 1 ] .      ( ) =  ( 0 ) − 1 ∫ ( )   ( )    0   ( 4 )     2 . 4 .     Su perc a pa cit o r  ( SC)   m o del   Su p er ca p ac ito r s   o f f er   f ast,  h ig h - p o wer   tr a n s ien t  s u p p o r t  i n   th e   DC   m icr o g r i d ,   m itig atin g   v o ltag e   f lu ctu atio n s   an d   r eliev in g   b att er y   s tr ess ,   an d   ar e  m o d elled   u s in g   a  s im p le  E SR – C   r ep r esen tatio n   [ 2 2 ] .      ( ) =  ( 0 ) + 1 ∫  0 ( )  −  ( )    ( 5 )     W h er e  C   is   th e   ca p ac itan ce ,   R ESR   th e  e q u iv alen t   s er ies  r esis tan ce ,   a n d   i SC   th e   ca p ac ito r   cu r r en t  [ 2 3 ] .   T o   ca p tu r e   ch ar g e   r ed is tr ib u ti o n   an d   d if f u s io n   ef f ec ts ,   a  m u l ti - R C   b r an ch   m o d el  is   em p lo y ed :      ( ) = ( ) − ∑ , = 1 ( )   ( 6 )     wh ich   ef f ec tiv ely   r ep r o d u ce s   t r an s ien t  b eh av i o u r   wh ile  r em a in in g   co m p u tatio n ally   ef f icien t  [ 2 3 ] .   T h e  u s ab le   en er g y   b etwe en   v o ltag e  lim it s   V min   an d   V max   is   E =1 /2 C ( V ² max −V ² min ) ,   an d   th e   p ea k   p o wer   is   lim ited   b y   Peak ≈ V²/R ESR   [ 2 2 ] .   T em p er atu r e  an d   s elf - d is ch a r g e  ef f ec ts   ar e  in clu d ed   th r o u g h   s im p le  r esis tan ce - ca p ac itan ce   ad ju s tm en ts   [ 2 4 ] .     2 . 5 .     E nerg y   m a na g e m ent   s t r a t eg y   T h e  p r o p o s ed   f u zz y   lo g ic – b ased   E MS  co o r d in ates  th e  h y b r i d   DC   m icr o g r id ,   m a n ag in g   P V,   b atter y ,   s u p er ca p ac ito r ,   an d   PEM FC   o p er atio n   to   m ain tain   DC   b u s   s tab ilit y ,   en s u r e  r eliab le  lo ad   s u p p l y ,   r eg u lat e   s to r ag e  SOC ,   an d   m in im ize  f u el  ce ll  u s e  wh en   r en ewa b le  g en er atio n   is   s u f f icien t.   Fig u r e  2 ( a) - 2 ( d )   illu s tr ates  th e  p r o p o s ed   f u zz y   in p u t – o u tp u t m em b er s h ip   f u n ctio n s   d ef in in g   th e  lin g u is tic  v ar iab les f o r   th e  E MS.             F i g u r e   2 .   F u z z y   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   p l o t s   o f   i n p u t   v a r i a b l e s :   ( a )   D P ,   ( b )   S O C - b a t t ,   ( c )   S O C - S C ,   a n d   ( d )   P - F C r e f       2 . 5 . 1 .   I np ut  v a ria bles   T h e  f u zz y   E MS  u s es  f iv e   in p u ts :  i)   DC   lo ad   d em a n d   P load   ( k W ) ;  ii)   PV  o u tp u t   P PV   ( 2 5   k W ,   5 0 0   V) ;  iii)   B atter y   SoC Batt   (0 – 1 0 0 %,  1 5   k W ,   5 0 0   V) ;  iv )   S u p e r ca p ac ito r   So C SC   (0 – 1 0 0 %,  7   k W ,   5 0 0   V,   2 9   F) ;   an d     v )   F u el  ce ll v o ltag e  VFC   ( 1 0   k W   n o m in al,   1 5   k W   m ax ,   5 0 0   V) ,   in d icatin g   FC   av ailab ilit y .     2 . 5 . 2 .   F uzzy   rule - ba s ed  ener g y   ma na g e m ent   s y s t em   ( E M S)   A  f u zz y   r u le - b ased   E MS  co o r d in ates  p o wer   am o n g   PV,  SC ,   b atter y ,   an d   FC   to   m ee t   lo ad   d em an d   wh ile  k ee p in g   s to r a g e  So C   with in   lim its .   Po wer   d ev iatio n   d ir ec ts   en er g y   f lo w:      DP =   P PV   -   P Load   ( 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         R ea l time   fu z z y  en erg y  ma n a g eme n t o f h yb r id   s to r a g e  s ystems   in   DC   micro g r id s   …  ( Ya cin e  B en a ta lla h )   2201   W h e n   D P  >   0 ,   s u r p l u s   PV  p o we r   is   u s ed   t o   c h a r g e  th e  s u p e r ca p ac i to r   if   S o C SC   is   b el o w   its   u p p e r   li m it;   o t h e r wis e,   t h e   b a tte r y   is   c h a r g e d .   W h e n   DP   <   0 ,   t h e   s u p e r c ap ac i to r   s u p p l ies   p o w er   i f   SOC SC   is   a b o v e   i ts   m i n im u m   t h r es h o ld ;   o th er wis e ,   t h e   b at te r y   is   d is c h a r g e d .   T h e  f u e l   ce ll   is   ac t iv ate d   o n l y   w h en   t h e   b att er y   SOC   b e co m es   l o w .   T h e  E MS   f o ll o ws  t h e  p r i o r it y   o r d e r :   PV   →   SC   →   B att e r y   →   F u e l  C ell .   T h e   f u z z y   c o n tr o l le r   in p u ts   a r e   DP ,   S o C SC ,   a n d   S o C Batt ,   w h i le  t h e  o u tp u t  is   t h e   r ef er en ce   f u e l  c ell  p o we r   P FCr ef .   Sy s t em   r ati n g s   a r e :  P PV   =   2 5   k W ,   b att er y   n o m i n a l  p o we r   P Ba tt   =   1 5   k W   wit h   S o C   li m its   o f   3 0 – 8 5 % ,   s u p e r c ap ac ito r   n o m i n al   p o we r   P SC   =  7   k W   wit h   So C   li m its   o f   3 0 – 8 5 % ,   a n d   f u el   ce ll   n o m i n al - m a x i m u m   p o w er s   o f   1 0   k W   a n d   1 5   k W ,   r es p e cti v e ly .   T h e   f u el  ce ll  r ef e r e n c e  cu r r e n t   is   g iv e n   b y   I FC re f   = P F Cre f /V FC   wit h   c u r r e n t   l im i ts   o f   0 – 5 0   A .     2 . 6 .     DVR  co ntr o l st ra t eg y   T h e  d y n am ic  v o ltag e  r esto r er   ( DVR)  is   a  s er ie s - co n n ec ted   cu s to m   p o wer   d ev ice  d esig n ed   to   m itig ate  v o ltag e  d is tu r b an ce s   in   d is tr ib u tio n   s y s tem s .   B y   in jectin g   a  co n tr o lled   v o ltag e   in   s er ies  with   th e   s u p p ly   lin e,   th e  DVR  co m p en s ates  f o r   s ag s   b y   s u p p ly in g   th e  m is s in g   v o ltag e  an d   f o r   s wells  b y   ab s o r b in g   th e   ex ce s s ,   th u s   m ain tain in g   th e   lo ad   v o ltag e  clo s e  to   n o m in al.   Mo d er n   DVR  d esig n s   em p lo y   ad v a n ce d   co n tr o l   s tr ateg ies  an d   en e r g y   s to r ag e   u n its   to   e n s u r e  f ast  d y n am ic  r esp o n s e  an d   m in im al   d is to r tio n   in   s en s itiv e  lo ad s   [ 2 5 ] .   T h e  s er ies in jecte d   v o ltag e  o f   th e   DVR ca n   b e  wr itten   as   ( 8 ) .     = −   +     ( 8 )     I n   th e   in teg r ated   DVR  s y s tem ,   th e   E MS  r eg u lates  th e  DC - li n k   v o ltag e   b y   co o r d in atin g   th e  ch ar g in g   an d   d is ch ar g i n g   o f   th e  b att er y   an d   s u p er ca p ac ito r ,   en s u r in g   s u f f icien t  en er g y   av ai lab ilit y   f o r   DVR  co m p en s atio n   d u r in g   v o ltag e   s ag   an d   s well  ev e n ts .   T h e   s u p e r ca p ac ito r   p r o v id es  r a p id   tr a n s ien t  s u p p o r t,  wh ile   th e  b atter y   co n tr ib u tes  to   l o n g er - d u r atio n   e n er g y   b alan cin g ,   th er eb y   r e d u cin g   ex ce s s iv e  b atter y   s tr ess   an d   h elp in g   m ain tain   th e   s to r ag e  u n its   with in   th eir   o p er ati n g   lim its .   T h e  DVR  tr an s f o r m er   p ar am eter s ,   s u m m ar ized   in   T ab le  1 ,   we r e  s elec ted   ac co r d in g   to   p r a ctica l  r an g es  co m m o n ly   r e p o r ted   in   th e  DVR   liter atu r e,   en s u r in g   r ea lis tic  v o ltag e - in jectio n   b eh a v io r   an d   tr an s ien t  c o m p en s atio n   ca p ab ilit y .   T h is   co o r d in ate d   o p e r atio n   co n tr ib u tes  to   s tab le  DC - lin k   r eg u latio n ,   r eliab le  v o ltag e  co m p en s a tio n ,   an d   im p r o v ed   o v er all  s y s tem   s tab ilit y   [ 2 6 ] ,   [ 2 7 ] .       T ab le  1 .   DVR tr an s f o r m e r   p ar am eter s   u s ed   in   th e  MA T L AB /Si m u lin k   m o d el  a n d   co m p ar i s o n   with   r ep r esen tativ e  v alu es r e p o r ted   in   DVR liter atu r e   P a r a me t e r   S i mu l i n k   m o d e l   Ty p i c a l   DVR   l i t e r a t u r e   r a n g e   N o mi n a l   p o w e r   4  k V A   4 – 1 0   k V A   F r e q u e n c y   5 0   H z   5 0   H z   P r i mary   v o l t a g e   3 8 0   V   3 8 0 – 4 1 5   V   S e c o n d a r y   v o l t a g e   3 8 0   V   3 8 0 – 4 1 5   V   W i n d i n g   r e s i st a n c e   0 . 0 2   p u   0 . 0 0 5 – 0 . 0 3   p u   Le a k a g e   i n d u c t a n c e   0 . 0 2   p u   0 . 0 1 – 0 . 0 4   p u       3.   SI M UL A T I O N   A ND  RE SU L T S   3 . 1 .    Si m ula t io n  s et up   a nd   s ce na rio s   T h e   p r o p o s e d   h y b r i d   e n e r g y   s y s te m   i n t e g r ates   P V,   SC ,   b at te r y ,   a n d   FC   u n d er   a   f u zz y   E MS   f o ll o wi n g   th e   p r i o r it y   s eq u e n ce   P V  →  S C   →  B atte r y   →  FC .   T h e  DC   b u s   s u p p li es  t h e   DC   l o a d   an d ,   th r o u g h   t h e   DVR,   in t er f a ce s   w it h   t h e   AC   m ic r o g r id   to   p r o v i d e  v o l ta g e   s u p p o r t  an d   e n h a n ce   p o we r   q u a lit y   d u r in g   d is t u r b a n c es.  Fig u r e  3   p r es e n ts   th e  s o l ar   i r r a d ia n ce   p r o f ile   u s e d   i n   t h e   s im u la ti o n s ,   wh ic h   is   d y n am ica ll y   v ar ie d   t o   r e p r ese n t   ch an g i n g   o p e r a ti n g   c o n d it io n s   wh i le   m ai n tai n in g   a   c o n s ta n t   a m b ie n t   te m p e r at u r e   o f   2 5   °C .   T h e  s im u latio n   ca m p ai g n   ev al u ates sy s tem   b eh av io r   u n d er   a   s er ies o f   s ce n ar io s :   i)   I r r ad ian ce   v a r iatio n :  T h e  s tu d y   ev alu ates  s y s tem   p er f o r m an ce   u n d er   s tep p ed   ir r a d ian ce   ch an g es,  allo win g   ass es s m en t o f   PV o u tp u t,   tr an s ien t r esp o n s e,   an d   E MS  co n tr o l e f f ec tiv en ess .   ii)   DC   lo ad   v ar iatio n :  T h e  DC   lo ad   is   v ar ied   b etwe en   7 ,   1 5 ,   1 9 ,   an d   2 1   k W   to   ev alu ate  p o wer   s h ar in g   am o n g   th e  PV,  SC ,   b atter y ,   an d   FC .   iii)   State - of - ch ar g e  m o n ito r i n g :  So C   tr ajec to r ies  o f   th e  SC   an d   b atter y   ar e  m o n ito r ed   to   v e r if y   th at  th e  E MS  m ain tain s   o p er atio n   with in   So C   lim its .   iv )   Fu el  ce ll  m etr ics:   Fu el  ce ll  c u r r en t,  h y d r o g en   c o n s u m p tio n ,   an d   ef f icien c y   ar e  ev alu ated   ac r o s s   v ar y in g   lo ad   co n d itio n s .   v)   D C   b u s   v o lt a g e :   D C   b u s   v o l t a g e   i s   m o n i t o r e d   t o   e n s u r e   s t a b i li ty   u n d e r   v a r y i n g   s o u r c e   a n d   l o a d   c o n d i t i o n s .   v i)   DVR  b eh av io r :  T h e  DVR’s  ab s o r b ed   a n d   in jecte d   p o wer   ( P DVR )   an d   its   im p ac t  o n   th e  AC   m icr o g r id   v o ltag e  ( s u p p lied   b y   th e  AC   g en er ato r )   a r e   an aly ze d .   All  test s   ar e  in itially   p er f o r m ed   u n d e r   n o r m al  ( n o n - f au lted )   co n d itio n s .   A  s u b s eq u en t  f au lt  s ce n ar io   in clu d es  v o ltag e  s ag   ( 0 . 2   p u )   a n d   a  s well  ( 1 . 6   p u )   f r o m   0 . 4 – 1 . 7   s   to   e v alu ate  DVR co m p en s atio n ,   E MS  r esil ien ce ,   a n d   s y s tem   f au lt r esp o n s e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2197 - 2 2 0 9   2202       Fig u r e  3 .   I r r ad ia n ce   p r o f ile  d u r in g   s im u latio n   ( W /m ²)       3 . 2 .   P o wer   f lo w  pro f iles   un der  no   f a ult   T h is   s u b s ec tio n   p r esen ts   th e  p o wer   b eh a v io r   o f   th e  h y b r id   s y s tem   u n d er   th e  f u zz y - b ase d   E MS.   I t  illu s tr ates  h o w  th e  en er g y   s o u r ce s   co o r d i n ate  to   m ee t  th e  l o ad   f o llo win g   th e   p r io r ity   s eq u en ce   PV  →  SC   →   b atter y   →  FC .   B y   ex am in in g   th e  in d iv id u al  p o wer   p r o f ile s ,   th e  E MS  ef f ec tiv en ess   in   m ain tain in g   e n er g y   b alan ce ,   en s u r in g   s m o o th   tr an s itio n s ,   an d   s u p p o r tin g   DC   b u s   v o ltag e  s tab ilit y   u n d er   v ar y in g   ir r ad ia n ce   an d   lo ad   co n d itio n s   is   ev alu ated .   Fig u r e  4   s h o ws  p o wer   p r o f iles   o f   th e  PV  ar r ay   ( P PV ) ,   f u el  ce ll  ( P FC ) ,   s u p er ca p ac ito r   ( P SC ) ,   Pb atter y   (P Battery ) ,   an d   lo ad   ( P Load )   u n d e r   lo ad   lev els  o f   7 ,   1 5 ,   1 9 ,   a n d   2 1   k W .   T o   ev alu ate   th e  d y n a m ic  r esp o n s e   o f   th e   p r o p o s ed   E MS,   th e   s o lar   ir r ad ian ce   is   v ar ied   s tep wis e  f r o m   0   to   3 4 0 ,   8 1 0 ,   5 6 0 ,   a n d   0   W /m ²  at  t=0 t=0 ,   0 . 7 6 ,   1 . 4 ,   2 ,   an d   2 . 5   s ,   r esp ec tiv ely ,   r ep r o d u cin g   r ap i d ly   ch an g in g   o p er atin g   co n d itio n s .   Fig u r es   4 ( a) – 4 ( d )   p r esen t   th e  co r r esp o n d in g   p o wer - s h ar i n g   r esp o n s es  f o r   t h e  f o u r   lo a d   lev els,  s h o win g   th e   co o r d in at ed   o p e r atio n   o f   th e   h y b r id   s o u r ce s   u n d er   v ar y in g   ir r ad ian ce   an d   lo ad   d em an d .   T h e  PV  ar r a y   s u p p lies   th e  a v ailab le  r en ewa b le   p o wer ,   wh ile  th e  s u p er ca p ac ito r   r ap id ly   c o m p e n s ates  f o r   s h o r t - ter m   p o wer   im b alan ce s ;  th e  b atter y   an d   f u e l   ce ll  p r o v id e   ad d itio n al  s u p p o r t  wh en   r e q u ir ed .   As  th e  lo a d   in cr ea s es,  th e  E MS  d y n am ically   ad ju s ts   th e  co n tr ib u tio n s   o f   th e  s to r a g e  u n its   an d   f u el  ce ll to   m ain tain   p o wer   b alan ce   an d   s tab le  DC - b u s   o p er atio n .   At  lo w  ir r ad ian ce   lev els,  th e  f u zz y - b ased   E MS  p r io r itizes  en er g y   s u p p o r t  f r o m   th e  s u p e r ca p ac ito r   an d   b atter y ,   w h ile  th e  f u el  ce ll   is   d is p atch ed   o n ly   wh en   th e  c o m b in ed   PV  an d   s to r ag e   p o w er   is   in s u f f icien t   to   m ee t  th e   lo ad   d em a n d .   As  ir r ad ian ce   in c r ea s es,  th e  PV   co n tr ib u tio n   r is es  ac co r d i n g ly ,   r e d u cin g   r elian ce   o n   th e  b atter y   an d   f u el  ce ll,  an d   e x ce s s   p o wer   is   ab s o r b ed   b y   th e  s to r ag e  u n its .       3 . 3 .     F a ult  s ce na rio s   a nd   DVR  perf o rm a nce   T h is   s u b s ec tio n   ass ess e s   th e  d y n am ic   p er f o r m a n ce   o f   a  h y b r id   PV – SC – B atter y – FC   s y s tem   co m b in ed   with   a  DVR  u n d er   g r id   d is tu r b an ce s ,   f o cu s in g   o n   th e  DVR' s   ab ilit y   to   m ain ta in   AC   lo ad   v o ltag e  q u ality   wh ile   th e   E MS  co o r d i n ates  en er g y   d eliv er y   f r o m   th e  h y b r id   s o u r ce s   a n d   s tab ilizes  th e  DC   lin k .   T wo   f au lt  s ce n ar io s   a r e  test ed   b et wee n   t  =   0 . 4   s   a n d   t  =   1 . 7   s :  a  0 . 2   p u   v o ltag e  s ag   ( Scen a r io   1 )   a n d   a   1 . 6   p u   v o ltag e  s well  ( Scen ar io   2 ) .   T h e  DC   lo ad   is   f ix ed   at  1 5   k W ,   h ig h   en o u g h   t h at  PV  alo n e  ca n n o t  m ee t  d em a n d ,   r eq u ir in g   th e  E MS  to   ac tiv el y   co o r d in ate  th e  s u p er ca p ac it o r ,   b atter y ,   an d   f u el  ce ll,  wh ile  r em ain in g   lo w  en o u g h   to   av o id   u n r ea lis tic  s y s tem   co llap s e.   Du r in g   ea ch   d i s tu r b an ce ,   th e  DVR  in jects  co m p en s atin g   v o ltag e  to   k ee p   th e  lo ad   v o ltag e  with in   lim its ,   d r awin g   d y n am ic  s u p p o r t  f r o m   th e  h y b r id   s o u r ce s   v ia  E MS  r eg u latio n   o f   th e  DC - lin k   v o ltag e:  th e  s u p er ca p ac ito r   h a n d les  f ast  tr an s ien ts ,   wh ile  th e  b atter y   an d   f u el  ce ll  co v er   s u s tain ed   lo ad s .   T h e  ev alu ati o n   ex am in es  DVR  in jecte d   p o wer ,   DC - lin k   v o ltag e  s tab i lity ,   an d   AC   lo ad   v o ltag e  p r o f iles   ac r o s s   b o th   s c en ar io s .     3 . 3 . 1 .     Ca s e  A :   m edium   v o lt a g e  s a g   o f   0 . 2   pu   o cc urring   bet wee n 0 . 4   s   a nd   1 . 7   s   Fig u r e  5   illu s tr ates   th e  DVR  p er f o r m a n ce   d u r in g   a   v o ltag e   s ag   ev en t.  Fig u r e  5 ( a)   s h o ws  th e  o n s et  o f   th e  s ag   at  ar o u n d   4 0 0   m s ,   wh er e  th e  s u p p ly   v o ltag e  d r o p s   s h ar p ly   to   ab o u t  5 5   V,   wh ile  th e  DVR  in jects  a   co m p en s atin g   v o ltag e   o f   ap p r o x im ately   2 2 1   V,   m ain tai n in g   t h e  lo a d   v o ltag e  n ea r   its   n o m in al   lev el.   Fig u r e  5 ( b )   r ep r esen ts   th e  en d   o f   th e  s am e  s ag   e v en t  at  ar o u n d   1 7 0 0   m s ,   w h er e  th e  DVR  co n tin u es  to   p r o v id e   co m p en s atio n   u n til  th e  s u p p ly   v o ltag e  r ec o v er s .   T h e  r esu lts   co n f ir m   th e  DVR’s  ab ilit y   to   d y n am ically   r esto r e   th e  lo ad   v o ltag e  th r o u g h o u t th e  en tire   s ag   p er io d .   Du r in g   t h e  v o ltag e  s ag   d is tu r b an ce ,   th e  to tal  g en er ate d   p o wer   an d   th e   b atter y   co n tr i b u tio n   wer e   an aly ze d   o v e r   th e  1 3 0 0   m s   in ter v al  f r o m   4 0 0   m s   to   1 7 0 0   m s .   T h e  to tal  p o wer   o u tp u t  f r o m   t h e  h y b r i d   s o u r ce s - 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I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         R ea l time   fu z z y  en erg y  ma n a g eme n t o f h yb r id   s to r a g e  s ystems   in   DC   micro g r id s   …  ( Ya cin e  B en a ta lla h )   2203   in clu d in g   t h e  b atter y   an d   f u el   ce ll -   is   in d icate d   b y   th e  y ello w - s h ad ed   ar ea   ( Ar ea   1 ) ,   s itu at ed   b etwe en   th e   cy an   cu r v e  ( to tal  p o wer   u n d er   n o r m al  o p er atio n   at   1 5   k W ,   n o   f a u lt)  an d   th e   d ar k   b lu e   cu r v e  ( to tal  p o wer   at  1 5   k W   d u r in g   th e  s ag   ev e n t) .   T h e  b at ter y   p o wer   r esp o n s e  is   h ig h lig h ted   in   Ar ea s   2 ,   3 ,   an d   4 ,   b o u n d ed   b y   th e  y ello w   cu r v e  r ep r esen tin g   b atter y   p o wer   u n d er   n o r m al  co n d itio n s   an d   th e  p u r p le  cu r v e  c o r r es p o n d in g   to   th e  s ag   co n d itio n .   D u r in g   t h e  v o ltag e  s ag ,   th e  b atter y   in cr ea s es  its   p o wer   co n tr ib u tio n   to   c o m p e n s ate  f o r   th e  r esu ltin g   p o wer   d e f icit  an d   s u p p o r t  th e   DC - s id e  p o wer   b alan ce .   T h is   co o r d in ate d   r esp o n s e  h elp s   m ain tain   a  s tab le  to tal  o u tp u t  d esp ite  th e  v o ltag e  d is tu r b an ce ,   d em o n s tr atin g   th e  b a tter y ’ s   r o le  in   s u p p o r tin g   s y s tem   s tab ilit y   d u r in g   tr an s ien t c o n d itio n s .           ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r e  4 .   Po wer   p r o f iles   o f   th e   PV a r r ay   ( P PV ) ,   f u el  ce ll ( P FC ) ,   s u p er ca p ac ito r   ( P SC ) ,   Pb atter y   ( P Battery ) ,   an d   lo ad   ( P Load )   u n d er   d i f f er en t D C   lo ad   co n d itio n s : ( a )   7   k W ,   ( b )   1 5   k W ,   ( c)   1 9   k W ,   an d   ( d )   2 1   k W           ( a)   ( b )     Fig u r e  5 .   Sin g le - p h ase  v o ltag e   wav ef o r m s   u n d er   a   s ag   d is tu r b an ce ,   illu s tr atin g   ( a )   th e  in s ta n t o f   s ag   in itiatio n   an d   ( b )   v o lta g e  r ec o v er y   f o llo win g   s ag   clea r an ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2197 - 2 2 0 9   2204   Fig u r e  6 ( a )   s h o ws  th e   b atte r y   p o wer   v a r iatio n ,   w h ile  Fig u r e  6 ( b )   d ep icts   th e   f u el   ce ll  p o wer   co n tr ib u tio n   d u r in g   th e  s ag   d is tu r b an ce   ( Ar ea   5 ) .   B o th   p lo ts   clea r ly   illu s tr ate  th e  co o r d in a ted   r esp o n s e  o f   th e   h y b r id   e n er g y   s to r ag e  an d   g en er atio n   u n its   in   s u s tain in g   to tal  s y s tem   p o wer   th r o u g h o u t  th e   ev en t.  Fig u r e  6 ( c )   illu s tr ates th e  s u p er ca p ac ito r   ( SC )   co n tr ib u tio n   d u r in g   th e  v o ltag e  s ag   d is tu r b an ce .   T h e  y ello w - s h ad ed   a r ea   r ep r e s en ts   th e  SC   ac tiv e - p o wer   r e s p o n s e  d u r in g   th e  v o ltag e  s a g .   T h e  SC   r ap id ly   in cr ea s es its   p o wer   co n tr ib u tio n   to   c o m p e n s ate  f o r   t h e  tr an s ien t p o wer   d e f icit a n d   s u p p o r t th e  DC   b u s .   T h is   f ast  r esp o n s e  r ed u ce s   th e  b u r d e n   o n   th e  b atter y   an d   co n tr ib u tes  to   im p r o v ed   t r an s ien t  s tab ilit y   o f   th e  h y b r id   m icr o g r id .           ( a)   ( b )     ( c)     Fig u r e  6 .   C o n tr i b u tio n   o f   b atter y ,   FC ,   an d   SC   d u r in g   s ag   d is t u r b an ce :   ( a)   b atter y   p o wer ,     ( b )   FC   p o wer ,   a n d   ( c )   SC   p o wer       3 . 3 . 2 .     Ca s e  B :  m edium   v o lt a g e  s well  o f   1 . 6   pu   o cc urring   bet wee n 0 . 4   s   a nd   1 . 7   s   Fig u r e  7   s h o ws  th e  s in g le - p h ase  v o ltag e  wav ef o r m s   d u r in g   a  v o ltag e   s well  d is tu r b an ce ,   in clu d in g   th e  s u p p ly ,   DVR - in jecte d ,   an d   lo ad   v o ltag es.  I n   Fig u r e   7 ( a) ,   th e  s well  b eg in s   ar o u n d   4 0 0   m s ,   ca u s in g   th e   s u p p ly   v o ltag e  to   e x ce ed   its   n o m in al  v alu e   an d   cr ea tin g   a n   o v er v o ltag e  co n d itio n .   T h e  D VR   p r o m p tly   in jects   a  co m p en s atin g   v o ltag e  o p p o s ite  to   th e  s well,   k ee p in g   th e  lo ad   v o ltag e  clo s e  to   its   r ated   lev el.   Fig u r e   7 ( b )   d ep icts   th e  en d   o f   th e  s well  at   ap p r o x im ately   1 . 7   s ,   wh er e  th e  DVR  co n tin u es  to   p r o v id e  co m p en s atio n   u n til   th e  d is tu r b an ce   clea r s .   T h ese  r esu lts   d em o n s tr ate  th e  DVR’s  ef f ec tiv en ess   in   m itig atin g   v o ltag e  s well  ev en ts   an d   m ain tain in g   s tab le,   ac ce p t ab le  v o ltag e  at  th e   lo ad .   Fig u r e  8   illu s tr ates  th e  co n t r ib u tio n   o f   th e  b atter y   a n d   f u el  ce ll  ( FC )   d u r in g   a  v o lt ag e  s well  d is tu r b an ce ,   h ig h lig h tin g   th e  c o o r d in ate d   p o wer   r esp o n s e  o f   b o th   s o u r ce s .   Fig u r e  8   illu s tr at es  th e  co o r d in ated   p o wer   c o n tr ib u tio n s   o f   th e   b at ter y ,   f u el  ce ll  ( FC ) ,   an d   s u p er ca p ac ito r   ( SC )   d u r in g   a   v o lta g e  s well.   As  s h o wn   in   Fig u r e  8 ( a) ,   wh en   PV g en er atio n   tem p o r ar ily   ex ce e d s   th e  n o m in al  1 5   k W   lo ad   d u r i n g   th e  s well,   th e  b atter y   s h if ts   to   ch ar g in g   m o d e  ( n e g ativ e  p o wer   r e g io n s ) ,   ab s o r b i n g   ex ce s s   en er g y   an d   p r ev en t in g   o v e r g en e r atio n .  Simu ltan eo u s ly ,   Fig u r e  8 ( b )   s h o ws  th at  th e  FC   o u tp u t   is   r ed u ce d ,   f u r th e r   s u p p o r t in g   p o wer   b alan ce .     Fig u r e  8 ( c )   h ig h lig h ts   th e  SC ’ s   f ast  d y n am ic   r esp o n s e  d u r i n g   th e   v o ltag e   s well.   T h e  b r i ef   n eg ativ e   p o wer   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4         R ea l time   fu z z y  en erg y  ma n a g eme n t o f h yb r id   s to r a g e  s ystems   in   DC   micro g r id s   …  ( Ya cin e  B en a ta lla h )   2205   p ea k   in d icate s   r ap id   ch ar g i n g ,   allo win g   th e  SC   to   a b s o r b   tr an s ien t  e x ce s s   en er g y   g e n er ated   d u r in g   th e   d is tu r b an ce .   T h is   f ast  en er g y   ab s o r p tio n ,   to g eth er   with   th e  c o o r d in ate d   r esp o n s es  o f   th e  b a tter y   an d   FC ,   h elp s   m ain tain   p o wer   b alan ce ,   lim it  o v er v o ltag e  ef f ec ts ,   an d   en h an ce   th e  tr an s ien t stab ilit y   o f   th e   h y b r i d   m icr o g r id .           ( a)   ( b )     Fig u r e  7 .   Sin g le - p h ase  v o ltag e   wav ef o r m s   u n d er   a   s well  d is t u r b an ce ,   illu s tr atin g :     ( a)   th e  in s tan t o f   s well  in itiati o n   an d   ( b )   v o ltag e   r ec o v e r y   f o llo win g   s well  clea r an ce           ( a)   ( b )       Fig u r e  8 .   C o n tr i b u tio n   o f   B atter y ,   FC   an d   SC   d u r in g   s well  d is tu r b an ce :   ( a)   b atter y   p o wer ,     ( b )   FC   p o wer ,   a n d   ( c )   SC   p o wer         Fig u r e  9   p r esen ts   th e  DC   b u s   v o ltag e  ( V DC )   p r o f ile  u n d er   b o th   v o ltag e  s ag   a n d   s well  d is tu r b an ce s ,   co m p ar ed   with   th e  n o m in al  5 0 0   V  u n d er   n o - f au lt  co n d itio n s .   Du r in g   th e  test ,   a  s m all  p o s itiv e  d ev iatio n   o f   +0 . 7   V  o cc u r s   at  t  =  0 . 7   s ,   f o llo wed   b y   a  m ax im u m   p o s itiv e  p ea k   o f   + 1 . 4   V  at  t  =  1 . 4   s .   T h e  m ax im u m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 2 6 :   2197 - 2 2 0 9   2206   n eg ativ e  d ev iatio n   r ea ch es  – 2 . 7   V  at  t  =  2 . 5 7 1   s ,   r e d u cin g   V DC   to   4 9 7 . 3   V.   T h ese  lim it ed   DC - lin k   v o ltag e   f lu ctu atio n s ,   co n f in ed   to   with i n   ± 0 . 5 4 %,  r em ai n   well  in s id e  ac ce p tab le  o p e r atio n al  m a r g in s   an d   ar e  p r im ar ily   in d u ce d   b y   PV  ir r ad ian ce   v ar i atio n s ,   th er eb y   c o n f ir m in g   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   t h e  p r o p o s ed   co n tr o l  s tr ateg y   in   m ain tain in g   DC - lin k   v o ltag e  r eg u latio n   an d   en s u r i n g   r o b u s t  s y s tem   o p er atio n   u n d er   d y n a m ic  co n d itio n s .   Fig u r e  1 0   s h o ws  th e  b atter y   cu r r en t  a n d   So C   u n d er   v o ltag e  s ag   an d   s well  at  1 5   b k W .   T h e  b atter y   alter n ates  b etwe en   d is ch ar g i n g   an d   ch ar g in g   to   c o m p e n s ate  f o r   d ef icits   an d   ab s o r b   ex ce s s   PV  en er g y     ( Fig u r e  1 0 ( a) ) ,   with   So C   d ec r ea s in g   d u r i n g   d is ch ar g e   an d   r i s in g   d u r i n g   c h ar g e   ( Fig u r e   1 0 ( b ) ) ,   d em o n s tr atin g   d y n am ic  c o o r d i n atio n   u n d er   tr an s ien t c o n d itio n s   co m p ar ed   to   n o r m al  o p e r atio n .           Fig u r e  9 .   VDC b u s   u n d er   s ag   an d   s well  co m p ar e d   to   VDC  u n d er   n o r m al  c o n d itio n s   at  1 5   k W   lo ad           ( a)   ( b )     Fig u r e  1 0 .   B atter y   cu r r e n t a n d   So C   u n d er   v o ltag e  s ag   an d   s well  d is tu r b an ce s ,   co m p a r ed   with   b atter y   cu r r en t  d u r in g   n o r m al  o p e r atio n   at  a  1 5 - k W   lo ad :   ( a)   b atter y   c u r r e n t  an d   ( b )   b atter y   So C       3 . 4 .     Co m pa ra t iv e  a na ly s is ,   s ca la bil it y ,   a nd   pra ct ica l c o ns idera t io ns   T ab le  2   co m p ar es  th e   p r o p o s ed   E MS – DVR  f r am ew o r k   with   r ep r esen tativ e   h y b r id   en er g y   m an ag em en t  a n d   p o wer - q u al ity   en h an ce m e n t  ap p r o ac h es   r ep o r te d   in   r ec e n t  liter atu r e.   T h e  co m p ar is o n   co n s id er s   DVR  in teg r atio n ,   h y b r id   s to r a g e  co n f ig u r atio n ,   E MS  m eth o d o lo g y ,   DC - b u s   s tab ilit y ,   an d   b atter y   s tr ess   m itig atio n   ca p ab ilit y   to   ev alu ate  th e  r elativ e  ad v an ta g es  o f   th e  p r o p o s ed   c o o r d in at ed   co n tr o l  s tr ateg y .   As  s h o wn   in   T ab le  2 ,   m o s t  ex is tin g   s tu d ies  in v esti g ate  ei th er   h y b r i d   E MS  co o r d in atio n   o r   p o wer - q u ality   en h an ce m e n t  s ep ar ately .   I n   co n tr ast,  th e   p r o p o s ed   f r a m e wo r k   c o m b in es   r ea l - tim e  f u zz y   E MS,   b atter y – s u p er ca p ac ito r – f u el  ce ll  co o r d in atio n ,   a n d   DVR - ass is ted   v o ltag e  co m p en s atio n   with in   a  u n if ied   DC   m icr o g r id   a r ch itectu r e.   T h e  p r o p o s ed   co o r d in ated   s tr ateg y   ac h iev es  im p r o v e d   DC - b u s   s tab ilit y   an d   r ed u ce d   b atter y   s tr ess   u n d e r   s ev er e   v o ltag e  d is tu r b a n ce s   th r o u g h   f ast  s u p er ca p ac ito r   tr an s ien t  co m p en s atio n   an d   ad ap tiv e  p o wer   s h ar i n g   am o n g   th e  h y b r id   s o u r ce s .   B ey o n d   th e  co m p a r ativ e  p er f o r m a n ce   ev alu atio n ,   th e   p r o p o s ed   E MS – DVR f r am ewo r k   also   d e m o n s tr ates stro n g   p o ten tial f o r   p r ac tical  s m ar t - g r i d   ap p licatio n s .   T h e  m o d u lar   h y b r id   s to r ag e  ar ch itectu r e  f ac ilit ates  s ca lab ilit y   to war d   lar g er   DC   m icr o g r id s   in teg r atin g   m u ltip le  d is tr ib u te d   en er g y   r eso u r ce s   ( DE R s ) ,   E V  ch ar g in g   s tatio n s ,   an d   cr itical  lo ad s   r eq u ir in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.