Fuzzy logic-based control strategy for hourly power dispatch of grid-connected photovoltaic with hybrid energy storage

The inconsistency of solar irradiance and temperature have led to unpredictable output power fluctuation of photovoltaic (PV) system. This paper proposes a simple control scheme for hybrid energy storage (HES) system to mitigate the long-term and short-term output power fluctuations of the PV system. The proposed control scheme employed the fuzzy logic controller in order to manage the power compensation of the HES system and to maintain the state-of-charge (SOC) level of the HES system within safe operating limits during the mitigation process. In the control scheme, the long-term output power fluctuation is eliminated by using battery energy storage, while short-term output fluctuation is compensated using the ultracapacitor. Apart from that, an hourly PV power dispatch was applied in the control scheme since the grid-connected PV system was considered in this study. The simulation evaluations of PV/HES with the proposed control scheme was conducted in the MATLAB/Simulink environment. The effectiveness of the proposed control scheme was verified through several case studies. Initially, the control scheme was evaluated with different initial SOC levels of HES. Then, the control scheme was evaluated using five days of actual PV system output in order to verify the robustness of the proposed control scheme in actual circumstances. Overall, the simulation evaluation was verified that the proposed control scheme of the PV/HES system effectively mitigates the output power fluctuations of the PV system and output power is dispatched out to the utility grid on an hourly basis. Also, it was able to regulate the SOC of HES at the operational limit throughout the process. The simulation result showed the control scheme successfully reduced the unacceptable output power fluctuation from 20% to less than 1%. The results also showed the SOC of HES was regulated within the range of 38%-75% and 42%-60% of its capacity along the process, respectively.

---

Niespójność natężenia promieniowania słonecznego i temperatury doprowadziła do nieprzewidywalnych wahań mocy wyjściowej systemu fotowoltaicznego (PV). W niniejszym artykule zaproponowano prosty schemat sterowania hybrydowym systemem magazynowania energii (HES) w celu złagodzenia długo- i krótkoterminowych wahań mocy wyjściowej systemu fotowoltaicznego. Zaproponowany schemat sterowania wykorzystywał sterownik logiki rozmytej w celu zarządzania kompensacją mocy systemu HES i utrzymania poziomu stanu naładowania (SOC) systemu HES w bezpiecznych granicach operacyjnych podczas procesu mitygacji. W schemacie sterowania długoterminowe wahania mocy wyjściowej są eliminowane przez zastosowanie magazynowania energii akumulatora, podczas gdy krótkotrwałe wahania mocy wyjściowej są kompensowane za pomocą ultrakondensatora. Poza tym w schemacie sterowania zastosowano godzinową dyspozytornię mocy fotowoltaicznej, ponieważ w niniejszym opracowaniu uwzględniono system fotowoltaiczny podłączony do sieci. Oceny symulacyjne PV/HES z proponowanym schematem sterowania przeprowadzono w środowisku MATLAB/Simulink. Skuteczność proponowanego schematu kontroli zweryfikowano za pomocą kilku studiów przypadku. Początkowo schemat kontroli oceniano przy różnych początkowych poziomach SOC HES. Następnie schemat sterowania został oceniony przy użyciu pięciu dni rzeczywistej mocy wyjściowej systemu fotowoltaicznego w celu zweryfikowania niezawodności proponowanego schematu sterowania w rzeczywistych warunkach. Ogólnie rzecz biorąc, ocena symulacji została zweryfikowana, że proponowany schemat sterowania systemem PV/HES skutecznie łagodzi wahania mocy wyjściowej systemu fotowoltaicznego, a moc wyjściowa jest wysyłana do sieci energetycznej co godzinę. Ponadto był w stanie regulować SOC HES na limicie operacyjnym podczas całego procesu. Wyniki symulacji wykazały, że schemat sterowania skutecznie zmniejszył niedopuszczalne wahania mocy wyjściowej z 20% do mniej niż 1%. Wyniki pokazały również, że SOC HES był regulowany w zakresie odpowiednio 38%-75% i 42%-60% jego pojemności w trakcie procesu.