I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   4 3 ,   No .   2 A u g u s t   2 0 2 6 ,   p p .   3 8 4 ~ 3 9 9   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 4 3 .i 2 . pp 384 - 3 9 9           384     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Co o rdina ted  mul t i - ba tt ery  co ntrol  f o r sing le - sta g e isl a nded AC   micro g rids       Adhi   K us m a nto ro 1 L uk m a n   H a run 2   1 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 a s PG R I   S e mara n g ,   S e m a r a n g ,   I n d o n e si a   2 D e p a r t me n t   o f   M a t h e m a t i c s ,   U n i v e r s i t a s   P G R I   S e mara n g ,   S e mara n g ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ap r   3 0 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u n   2 8 ,   2 0 2 6     Re li a b le  p o we m a n a g e m e n t   i e ss e n ti a fo isla n d e d   AC  m icro g rid s   in teg ra ti n g   p h o to v o l taic   (P V)  g e n e ra ti o n   a n d   b a tt e ry   e n e r g y   sto ra g e ,   p a rti c u larly   u n d e v a riab le  so lar  irrad ian c e   a n d   lo a d   c o n d it i o n s.  T h is  p a p e r   p ro p o se a   c o o r d in a ted   m u lt i - b a tt e ry   c o n tr o l   stra teg y   u si n g   a   si n g le - sta g e   AC - c o u p led   c o n f ig u ra ti o n   t o   e n su re   u n i n terru p ted   p o we su p p ly   wh il e   imp ro v i n g   sy ste m   re li a b i li ty .   T h e   p r o p o se d   t o p o lo g y   e m p lo y s   two   P V   a rra y s: o n e   d irec tl y   c o n n e c ted   to   a   b a tt e ry   in v e rter t o   su p p ly   t h e   AC l o a d   a n d   a n o th e d e d ica ted   to   b a tt e ry   c h a rg in g .   F o u b a tt e ry   u n it a re   c o o rd i n a ted   th ro u g h   a   fu z z y   lo g ic  c o n tr o ll e ( F LC),   w h ich   se q u e n t ially   re g u late b a tt e r y   d isc h a rg e   b a se d   o n   P V g e n e ra ti o n   a n d   l o a d   d e m a n d .   S imu latio n   st u d ies   we re   c o n d u c ted   u n d e tw o   o p e ra ti n g   sc e n a rio s.  I n   t h e   first   sc e n a rio ,   a a   so lar   irrad ian c e   o f   1 0 0 0   W/ m ² ,   th e   P V   sy ste m   g e n e ra ted   a p p r o x ima tely   1 2 0 0   W,   a n d   th e   p ro p o se d   c o n tr o ll e m a in tain e d   p o we b a lan c e   a th e   l o a d   d e m a n d   in c re a se d .   In   t h e   se c o n d   sc e n a rio ,   wh e n   P V   o u t p u t   d e c re a se d   d u e   t o   re d u c e d   so lar   irrad ian c e   o r   c o m p lete   so u rc e   in terr u p ti o n ,   t h e   F LC   c o o r d in a t e d   b a tt e r y   o p e ra ti o n   a 0 . 0 7   s,  0 . 3 4   s,  0 . 6 4   s,  a n d   0 . 9 3   s,  e n su ri n g   c o n ti n u o u p o we r   d e li v e ry   to   t h e   l o a d .   T h e   sim u la ti o n   re su lt d e m o n stra te  th a t h e   p ro p o se d   c o o rd i n a ted   c o n tr o stra teg y   e ffe c ti v e ly   e n h a n c e p o we c o n ti n u i ty ,   o p e ra ti o n a sta b i li ty ,   a n d   e n e r g y   m a n a g e m e n in   sin g le - sta g e   isl a n d e d   A C   m icro g rid s.   K ey w o r d s :   AC   co u p lin g   m o d el   AC   m icr o g r id   B atter y - in v er ter   Mu lti - b atter y   Sin g le - s tag co n f ig u r atio n   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 :   Ad h i K u s m an to r o   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g U n iv er s itas   PGR I   Se m ar an g   5 0 2 3 2   Sem ar an g ,   I n d o n esia   E m ail:  ad h ik u s m an to r o @ u p g r is . ac . id       1.   I NT RO D UCT I O N     T h in cr ea s in g   d em an d   f o r   el ec tr ical  en er g y ,   d r iv e n   b y   p o p u latio n   g r o wth   an d   r ap i d   tec h n o lo g ical   d ev elo p m e n t,  h as  ac ce ler ated   th tr an s itio n   f r o m   f o s s il  f u el - b ased   g en er atio n   to   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s .   Am o n g   th av ailab le  r en ewa b le  r eso u r ce s ,   p h o to v o ltai ( PV)   s y s tem s   h av em er g ed   as  o n o f   th m o s t   p r o m is in g   s o lu tio n s   b ec au s e   o f   th eir   e n v ir o n m en tal  s u s tain ab ilit y ,   ab u n d an a v ailab ilit y ,   an d   d ec lin i n g   in s tallatio n   co s ts .   S in ce   alter n atin g   cu r r e n ( AC )   lo ad s   d o m in ate  r esid en tial,  co m m er cial,   an d   in d u s tr ial   ap p licatio n s ,   in teg r atin g   PV  s y s tem s   in to   AC   m icr o g r id s   h as  b ec o m a n   ef f ec tiv ap p r o ac h   f o r   im p r o v in g   en er g y   s u s tain ab ilit y   an d   s u p p ly   r eliab ilit y .   I n   ad d itio n   t o   r e d u cin g   g r ee n h o u s g as  em is s i o n s ,   AC   m icr o g r id s   im p r o v p o wer   q u ality ,   in cr e ase  en er g y   ef f icien c y ,   r e d u ce   tr an s m is s io n   lo s s es,  an d   en h an ce   g r id   r esil ien ce   th r o u g h   is lan d ed   o p er atio n   d u r in g   u tili ty   d is tu r b a n ce s   o r   o u t ag es  [ 1 ] .   T o   im p r o v e   th r eliab ilit y   an d   o p er atio n al  ef f icien cy   o f   AC   m icr o g r id s ,   n u m e r o u s   p o wer   m an ag em en t   an d   co n t r o s tr ateg ies  h av b ee n   p r o p o s ed .   R ec en s tu d ies  h av e   in v esti g ated   d ec e n tr alize d   p o wer   m a n ag em e n s ch em es  f o r   h y b r id   AC /DC   m icr o g r i d s ,   en ab lin g   in ter c o n n ec ted   s u b g r id s   to   co o p er ate   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o o r d in a ted   mu lti - b a tter co n tr o l fo r   s in g le - s ta g is la n d ed   A C   micro g r id s   ( A d h i Ku s ma n to r o )   385   wh ile  m ain tain in g   ac ce p tab le   p o wer   q u ality   u n d er   v ar y in g   lo ad   co n d itio n s   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   Hier ar ch ical  co n tr o f r am ewo r k s   h a v also   b ee n   d e v elo p ed   f o r   c o m m u n ity   m icr o g r id s   to   co o r d in ate  m u ltip le  AC   an d   DC   s u b g r id s   u n d er   b o th   is lan d ed   an d   g r i d - co n n ec ted   o p e r atin g   m o d es,  th er eb y   im p r o v i n g   o p e r atio n al  f lex ib ilit y   an d   ec o n o m ic  p e r f o r m an ce   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   Fu r th er m o r e,   tem p o r al  en e r g y   m an a g em en s tr ateg ies  co n s id er in g   r en ewa b le   en er g y   g e n er atio n ,   b id i r ec tio n al  AC /DC   co n v er ter   ch ar ac t er is tic s ,   an d   tim e - of - u s e   elec tr icity   p r icin g   h av e   b ee n   in tr o d u ce d   to   o p tim ize  m icr o g r id   o p er atio n   wh ile  m in im izin g   o p e r atin g   co s ts   [ 6 ] [ 1 0 ] .   Alth o u g h   th ese   ap p r o ac h es  h av s ig n if ican tly   im p r o v e d   en er g y   m an ag e m en an d   p o wer   s h ar in g ,   m a in tain in g   co n tin u o u s   p o wer   s u p p l y   u n d er   f l u ctu atin g   PV  g en er atio n   r em ain s   m ajo r   ch allen g i n   is lan d ed   m ic r o g r id s .   Var iatio n s   in   s o lar   ir r a d ian ce   d i r ec tly   af f ec PV  o u tp u t,   lead in g   to   p o wer   im b alan ce ,   v o ltag e   d ev ia tio n s ,   an d   r ed u ce d   s u p p ly   r eliab ilit y   if   b atter y   e n er g y   s to r a g is   n o p r o p e r ly   co o r d i n ated .   C o n s eq u e n tly ,   an   ef f ec tiv b atter y   co o r d in atio n   s tr ateg y   is   r eq u ir ed   to   en s u r s tab le  p o wer   f lo an d   u n in ter r u p ted   o p er ati o n   u n d e r   d y n a m ic   o p er atin g   c o n d itio n s .   R ec en s tu d ies  h av f u r th er   im p r o v e d   th o p er atio n   o f   h y b r id   AC /DC   m icr o g r id s   th r o u g h   ad v an ce d   co n tr o a n d   en er g y   m a n ag em e n s tr ateg ies.  Hy b r id   AC /DC   m icr o g r id s   h av e   d em o n s tr ated   s u p er io r   f lex ib ilit y ,   ef f icien cy ,   an d   ec o n o m ic  p er f o r m an ce   co m p ar e d   with   co n v en tio n al  AC   o r   DC   m icr o g r id s ,   p ar ticu lar ly   wh en   co o r d in ate d   u s in g   h ier a r ch ica co n tr o ar ch itectu r es  co n s is tin g   o f   p r im ar y ,   s ec o n d ar y ,   a n d   ter tiar y   co n tr o lev els  [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Ho wev e r ,   th in teg r atio n   o f   in ter lin k in g   co n v er ter s   an d   m u ltip le  d is tr ib u te d   en e r g y   r eso u r ce s   in cr ea s es  th co m p lex ity   o f   p o wer   m an a g em en a n d   r eq u ir es  m o r s o p h is ticated   co n tr o s tr ateg ies   th an   th o s em p lo y e d   in   co n v en tio n al  m icr o g r id s   [ 1 3 ] .   T o   ad d r ess   th ese  ch alle n g es,  s ev er al  in tellig en an d   d ec en tr alize d   co n tr o m eth o d s   h av b ee n   p r o p o s ed .   I n tellig e n ag en t - b ased   en er g y   m an a g e m en s y s tem s   h av e   b ee n   d ev elo p ed   to   co o r d in ate   AC   an d   DC   s u b g r id s   th r o u g h   b id ir ec tio n al  co m m u n icatio n ,   en ab lin g   o p tim al   d em an d   s h if tin g ,   lo ad   s h ed d in g ,   an d   p o wer   e x ch an g w h ile  im p r o v i n g   s y s tem   r eliab ilit y   an d   r ed u cin g   o p er atio n al  c o s ts   [ 1 4 ] [ 1 6 ] .   I n   ad d itio n ,   d ec en tr alize d   v o ltag e - s u p p o r tin g   co n tr o s tr ateg ies  h av b ee n   in tr o d u ce d   to   m ain tain   s tab le  AC   an d   DC   b u s   v o ltag es  d u r i n g   is lan d in g   ev e n ts   an d   to   ac h iev p r o p e r   p o wer   s h ar in g   b etwe en   i n te r co n n ec ted   s u b g r id s   with   m i n im al  f r eq u en cy   d e v iatio n   [ 1 7 ] .   R ec en r esear ch   h as  also   f o cu s ed   o n   im p r o v in g   b atter y   e n er g y   s to r ag c o o r d i n atio n   a n d   s y s tem   s tab ilit y .   Ap p r o ac h es  s u ch   as   v ir tu al   s u p er ca p ac ito r   c o n tr o b ased   o n   b atter y   s tate  o f   c h ar g ( SOC ) ,   clo u d   en er g y   s to r ag s y s tem s   ( C E SS ) ,   in tellig en ANFI S - b ased   co n tr o ller s ,   an d   o p tim al  PV b atter y   s izin g   h a v b ee n   p r o p o s ed   to   en h an ce   tr an s ien s tab ilit y ,   im p r o v v o l tag r eg u latio n ,   o p tim ize  en e r g y   u tili za tio n ,   an d   ex ten d   b atter y   life tim [ 1 8 ] [ 2 1 ] .   Alth o u g h   t h ese  m eth o d s   h av s ig n i f ican tly   i m p r o v e d   m icr o g r id   p er f o r m an ce ,   th ey   p r im a r ily   e m p h asize  s y s tem - lev el  e n e r g y   m an ag e m en a n d   s to r ag e   o p t im izatio n .   L im ited   atten tio n   h as  b ee n   g iv en   t o   co o r d in ated   o p er atio n   o f   m u ltip l b atter y   u n its   with in   s in g le - s tag AC - co u p led   ar ch itectu r to   en s u r u n in te r r u p ted   p o wer   s u p p l y   u n d er   f lu ctu atin g   PV   g en er atio n .   R ec en s tu d ies  h av in cr ea s in g ly   f o cu s ed   o n   b atte r y   en e r g y   m an a g em en t   to   im p r o v e   th r eliab ilit y ,   ef f icien cy ,   an d   o p er atio n al   f lex ib ilit y   o f   is lan d ed   m icr o g r id s .   Var io u s   a p p r o ac h es  h a v e   b ee n   p r o p o s ed ,   in clu d in g   r es id en tial  m icr o g r id s   with   s u r p lu s   PV  g en er atio n   f o r   co m m u n ity   en e r g y   s h ar in g ,   b atter y   en er g y   m an ag em e n s y s tem s   ( B E MS)   th at   co o r d in ate  d iesel  g en er ato r s   an d   PV  s y s tem s ,   an d   au to n o m o u s   co n tr o s tr ateg ies  th at  r eg u late  PV - b atter y   u n its   th r o u g h   d r o o p   co n tr o to   m ain tain   p o wer   b alan ce   d u r in g   is lan d ed   o p e r atio n   [ 2 2 ] [ 2 4 ] .   I n tellig en t   ch ar g in g   an d   d is ch ar g in g   tec h n iq u es  b ased   o n   f u zz y   lo g i h av also   b ee n   d e v elo p e d   to   im p r o v b atter y   u tili za tio n   an d   ex ten d   b atter y   life tim b y   ad ap tin g   b att er y   o p er atio n   to   v ar y i n g   lo ad   an d   g en e r atio n     co n d itio n s   [ 2 5 ] .   Fu r th er m o r e,   d ec en tr alize d   p o wer   m a n ag e m en s tr ateg ies  h av b ee n   p r o p o s ed   to   co o r d in ate   PV - b atter y   s y s tem s   wh ile  m ain tain in g   v o ltag an d   f r e q u en c y   s tab ilit y   in   is lan d ed   m icr o g r i d s   [ 2 6 ] .   R ec en d ev elo p m e n ts   h av al s o   ad d r ess ed   b atter y   d e g r ad a tio n ,   co o r d in ated   o p e r atio n   o f   m u ltip le   h y b r id   u n its ,   an d   ad v an ce d   e n er g y   s to r ag ar c h itectu r es.  B atter y   wea r   m o d els  h a v b e en   in co r p o r ated   in to   d ay - ah ea d   en e r g y   m an a g em e n alg o r ith m s   to   o p tim ize  b a tter y   u tili za tio n   a n d   p r o lo n g   s er v ice  life   [ 2 7 ] C o o r d in ated   p o wer   m an a g em en m eth o d s   f o r   m u ltip le  PV - b atter y   h y b r id   u n its   h a v b ee n   d e v elo p ed   b y   co n s id er in g   th a v ailab le  PV  g en er atio n ,   b atter y   SOC ,   d is p atch ab le  g e n er atio n   ca p ac ity ,   an d   lo a d   d em an d   to   im p r o v p o wer   s h ar in g   am o n g   d is tr ib u ted   e n er g y   r eso u r ce s   [ 2 8 ] [ 3 0 ] .   I n   ad d itio n ,   d u al - b atter y   e n er g y   m an ag em en t   s tr ateg ies  h av e   b ee n   p r o p o s ed   to   s ep ar ate   lo n g - ter m   en er g y   s to r ag e   f r o m   s h o r t - ter m   v o ltag r eg u latio n ,   t h er eb y   en h a n cin g   s y s tem   s tab ilit y   an d   o p er atio n al  f lex ib ilit y   [ 3 1 ] [ 3 4 ] .   Alth o u g h   t h ese  s tu d ies  h av s ig n if ica n tly   a d v an ce d   b atter y   en er g y   m an a g em en t   in   m icr o g r id s ,   m o s a p p r o ac h es  f o cu s   o n   o p tim izin g   ch ar g in g / d is ch ar g in g   s tr ateg ie s ,   b atter y   life tim e,   o r   d is tr ib u ted   p o wer   s h ar in g .   L im ited   atten tio n   h as  b ee n   g iv en   to   co o r d in ated   co n tr o o f   m u ltip le   b atter y   u n its   with in   s in g le - s tag AC - co u p led   i s lan d ed   m icr o g r id ,   wh er b att er ies  o p er ate   s eq u e n tially   to   m ain tain   c o n tin u o u s   p o wer   s u p p l y   d u r in g   f l u ctu atio n s   o r   in ter r u p tio n s   in   PV  g en er atio n .   Ad d r ess in g   th is   lim itatio n   i s   es s en tial   f o r   im p r o v i n g   p o wer   co n tin u ity ,   s im p lify in g   co n v er ter   ar ch itectu r e,   an d   e n h an cin g   t h r eliab ilit y   o f   s tan d alo n r en ewa b le  e n er g y   s y s tem s .   Alth o u g h   c o n s id er ab le  p r o g r ess   h as  b ee n   m ad in   th d ev elo p m en o f   en e r g y   m a n ag em en an d   b atter y   co n tr o s tr ateg ies  f o r   h y b r id   m icr o g r id s ,   s ev er al   ch allen g es  r em ain .   E x is tin g   s tu d ies  p r im ar ily   f o cu s   o n   d ec en tr alize d   p o wer   m a n a g em en t,  b atter y   c h ar g in g   an d   d is ch ar g in g   o p tim izatio n ,   o r   d is tr ib u ted   en er g y   s h ar in g .   Ho wev e r ,   lim ited   att en tio n   h as  b ee n   g iv e n   to   t h e   co o r d i n ated   o p er atio n   o f   m u ltip le  b atter y   u n its   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   2 ,   Au g u s t   20 2 6 :   384 - 3 9 9   386   with in   s in g le - s tag AC - co u p led   ar ch itectu r to   m itig ate  t h i n ter m itten cy   o f   PV  g en er a tio n .   C o n s eq u en tly ,   f lu ctu atio n s   in   s o lar   ir r ad ian c m ay   s till   r esu lt  in   p o wer   i m b alan ce ,   v o ltag e   v ar iatio n s ,   an d   in ter r u p tio n s   in   p o wer   s u p p ly ,   p ar ticu lar l y   u n d er   is lan d ed   o p er atin g   co n d itio n s .   T o   ad d r ess   th ese  lim itatio n s ,   th is   p ap er   p r o p o s es  co o r d in ated   m u lti - b atter y   co n tr o s tr ateg y   f o r   s in g le - s tag is lan d ed   AC   m icr o g r id .   T h p r o p o s ed   AC - co u p led   co n f i g u r atio n   em p lo y s   f o u r   b atter y   u n its   co n n ec ted   in   p ar allel  to   th b at ter y   in v er ter ,   wh e r e   b atter y   o p er atio n   is   co o r d in ated   s eq u en tially   u s in g   f u zz y   lo g ic   co n t r o ller   ( FLC).   Du r in g   PV  p o wer   f lu ctu atio n s   o r   co m p lete  s o u r ce   in ter r u p tio n s ,   th co n tr o ller   r eg u lates  th d is ch ar g s eq u en ce   o f   B atter y   1   ( B 1 ) ,   B atter y   2   ( B 2 ) ,   B atter y   3   ( B 3 ) ,   an d   B atter y   4   ( B 4 )   to   m ain tain   s tab le  DC /AC   b u s   v o ltag a n d   e n s u r e   co n tin u o u s   p o wer   d eliv er y   to   th l o ad .   I n   ad d itio n ,   B 1   is   c h ar g ed   u s in g   s u r p l u s   PV  p o wer   av ailab le   o n   th e   AC   b u s ,   wh er ea s   B 2 ,   B 3 ,   an d   B 4   ar ch ar g ed   in d e p en d e n tly   b y   d ed icate d   PV  s o u r ce s .   T h is   co o r d in ated   ch ar g in g   an d   d is ch ar g i n g   m ec h an is m   im p r o v es  b atter y   u tili za tio n   wh ile  en h an cin g   th r eliab ilit y   an d   s tab ilit y   o f   th is lan d ed   m icr o g r id .   T h p r o p o s ed   co o r d in ate d   co n tr o s tr ateg y   p r o v id es  p r a ctica s o lu tio n   f o r   im p r o v in g   p o wer   c o n tin u it y   i n   r en ewa b le  en e r g y - b ased   is lan d ed   m icr o g r id s .   B y   c o m b i n in g   a   s in g le - s tag e   AC - co u p led   co n f ig u r atio n   w ith   in tellig en m u lti - b atter y   co o r d in atio n ,   th e   p r o p o s ed   s y s tem   ef f ec tiv ely   co m p en s ates  f o r   PV  in ter m itten cy ,   m ain tain s   s tab le  b u s   v o ltag e,   an d   en s u r es  u n in ter r u p ted   p o wer   s u p p ly   u n d er   v ar y i n g   o p er ati n g   c o n d i tio n s .       2.   M E T H O D     C o n v en tio n al  d r o o p   co n tr o i s   wid ely   em p lo y ed   f o r   p o we r   s h ar in g   in   DC   an d   h y b r id   m icr o g r id s   b ec au s o f   its   s im p le  im p lem en tatio n   an d   d ec en tr alize d   o p er atio n .   H o wev er ,   th o u tp u v o ltag r ef e r en ce   d ec r ea s es  lin ea r ly   as  th o u tp u cu r r en in c r ea s es,  m ak in g   t h co n tr o p er f o r m an ce   s en s itiv to   lin r esis tan ce   an d   lo ad   v ar iatio n s .   C o n s eq u en tly ,   u n eq u al  p o wer   s h ar in g   an d   b u s   v o ltag d ev iatio n s   m ay   o cc u r   u n d e r   d y n am ic   o p er ati n g   c o n d itio n s   [ 3 5 ] [ 3 9 ] .   T o   o v er c o m t h ese  lim itatio n s ,   th is   s tu d y   em p lo y s   a   FLC  to   co o r d in ate   th o p er atio n   o f   m u ltip le  b atter y   u n its ,   p r o v id in g   ad ap tiv p o wer   r eg u latio n   an d   im p r o v ed   v o ltag e   s tab ilit y   d u r in g   f l u ctu atio n s   in   PV g en er atio n   a n d   lo a d   d em a n d .   T h p r o p o s ed   r esear ch   m eth o d o lo g y   co n s is ts   o f   s ix   s tag es.  First,  D C DC   b o o s c o n v er ter   is   d esig n ed   to   in cr ea s th e   PV  o u tp u v o ltag to   th r e q u ir e d   DC   b u s   lev el.   Seco n d ,   s in g l e - s tag AC - co u p led   m icr o g r id   c o n f ig u r atio n   i n co r p o r atin g   m u ltip le  b atter y   u n it s   is   d ev elo p ed .   T h ir d ,   an   FL C - b ased   co o r d in ate d   co n tr o s tr ateg y   is   d esig n e d   t o   r eg u late  th s eq u e n tial  ch ar g i n g   an d   d is ch ar g in g   o f   th b att er y   u n its   ac co r d in g   to   th av ailab le  PV  p o wer   a n d   lo ad   d em an d .   Fo u r th ,   t h e   p r o p o s ed   co n f i g u r atio n   an d   co n tr o s tr ateg y   ar e   ev alu ated   th r o u g h   MA T L AB /Si m u lin k   s im u latio n s   u n d er   v ar io u s   o p er atin g   s ce n a r io s .   Fifth ,   lab o r at o r y - s ca le  h ar d war p r o to ty p is   d ev elo p e d   to   v alid ate  th e   p r o p o s ed   s y s tem   ex p e r im e n tally .   Fin ally ,   th e   s im u latio n   an d   ex p e r im en tal  r esu lts   ar an aly ze d   to   ev alu a te  th ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   co o r d in ate d   m u lti - b atter y   co n tr o l stra teg y   in   m ain tain in g   s tab le  b u s   v o lta g an d   u n in ter r u p ted   p o wer   s u p p ly .     2 . 1 .   DC/DC  co nv er t er   des ig n   T h p r o p o s ed   s in g le - s tag AC   m icr o g r id   em p lo y s   DC /D C   co n v er ter s   to   r eg u late  th v o ltag lev els  o f   th PV  ar r ay s   an d   b atter y   en er g y   s to r a g s y s tem   b ef o r p o wer   is   d eliv er ed   to   th b att er y   in v er ter .   Pro p er   v o ltag e   r eg u latio n   is   ess en ti al  to   en s u r s tab le  p o w er   f l o w,   im p r o v en er g y   co n v er s io n   ef f icien cy ,   an d   m ain tain   a   co n s tan DC   b u s   v o ltag u n d er   v a r y in g   s o lar   ir r ad ian ce   an d   lo ad   co n d itio n s .   As  illu s tr ated   in   Fig u r 1 ,   b u ck   co n v er ter   is   e m p lo y ed   o n   th PV  ch ar g in g   b r an ch   to   r eg u late  th c h ar g in g   v o ltag ac co r d in g   to   th b atter y   r e q u ir em e n ts ,   wh ile  b o o s co n v er ter   is   co n n ec ted   to   th b atter y   d is ch ar g b r an ch   to   in cr ea s e   th b atter y   o u tp u v o ltag to   th r eq u i r ed   DC   b u s   lev el.   T h is   co n f ig u r atio n   en ab les  th b atter ies  to   p r o v i d s u f f icie n in p u t   v o ltag e   to   t h in v e r t er   d u r in g   p er io d s   o f   r ed u ce d   PV  g en er a tio n   o r   co m p lete  PV  in te r r u p t io n .   B o th   c o n v e r ter s   co n s is o f   an   in s u lated - g ate   b ip o lar   tr an s is to r   ( I GB T ) ,   an   i n d u cto r ,   d io d e,   ca p ac ito r ,   an d   ap p r o p r iate  f ilter in g   co m p o n en ts .   T h p ass iv e   co m p o n en ts   ar d es ig n ed   to   a ch iev co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d e   ( C C M) ,   th er eb y   m in i m izin g   cu r r en r ip p le   an d   im p r o v in g   v o ltag e   s tab ilit y .   T h c o n v er te r   p ar am ete r s   ar s elec ted   b ased   o n   th e   r eq u ir ed   o u t p u v o ltag e,   s witch in g   f r eq u en c y ,   allo wab le  cu r r en r ip p le,   a n d   lo ad   d e m an d .   T h cir c u it  co n f ig u r atio n   o f   th p r o p o s ed   b u ck   co n v er ter   is   p r esen ted   in   Fig u r e   1 ,   wh ile  th e   co r r e s p o n d in g   d esig n   eq u atio n s   ar d escr ib ed   in   t h f o llo win g   s u b s ec tio n .   T h o u t p u t   v o ltag v alu e   d ep e n d s   o n   t h co m p o n e n p ar am e ter s   u s ed .   T h p ar am eter   v alu es   o f   d u ty     cy cle  ( D) ,   ca p ac ito r   ( C ) ,   an d   in d u cto r   ( L )   ca n   b ca lcu lated   u s in g   th e   f o llo win g   ( 1 ) .   Me an wh ile,   th e   co m p o n en t v alu es o f   th b u ck   co n v er ter   ar s h o wn   i n   T ab le  1 .     =   ( 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o o r d in a ted   mu lti - b a tter co n tr o l fo r   s in g le - s ta g is la n d ed   A C   micro g r id s   ( A d h i Ku s ma n to r o )   387   T ab le  1 .   B u ck   c o n v e r ter   p ar a m eter s   P a r a me t e r   V a l u e   Fs   1 0   k H z   D   6 7 %   L   1 . 3 4 7   mH   C   2 7 . 8 7   u F           Fig u r e   1 .   B u ck   c o n v e r ter   d esi g n       T h DC - DC   b o o s co n v er te r   m ig h b e   u s ed   in   C C an d   d is co n tin u o u s   co n d itio n   m o d f r o m   an   o p er atin g   p er s p ec tiv ( DC M) .   W h ile  in   th b o o s co n v er ter   cir cu it  s h o wn   in   Fig u r 2 ,   t h e   co m p o n e n v alu es  ar ca lcu lated   as f o llo ws   in   T a b le  2 .           Fig u r 2 .   B o o s t c o n v er ter   d esig n       T ab le  2 B o o s t c o n v er ter   p ar a m eter s   P a r a me t e r   V a l u e   Fs   1 0   k H z   D   7 5 %   L   9 . 3 8   mH   C   3 6 0 0   u F       2 . 2 .   P r o po s ed  s ing le - s t a g mo del c o nfig ura t io n   I n   th e   co n v en tio n al  AC   C o u p lin g   m o d el,   th in s talled   PV se r v es to   s u p p ly   p o wer   to   th lo ad   th r o u g h   th in v er ter .   W h en   th e r is   ex ce s s   p o wer   o n   th AC   b u s ,   it  will  b s to r ed   in   th b atter y   u s in g   b id ir ec tio n al   DC - DC   co n v er ter .   I n   th co n v en tio n al  co n f ig u r a tio n ,   th av ailab ilit y   o f   b atter y   p o wer   is   v er y   lim ited ,   d u to   th p o wer   s to r ed   in   th b atte r y   wh e n   th e r is   a n   ex ce s s   o f   p o we r   o n   t h AC   b u s .   I n   t h n ew   m o d el   AC   C o u p lin g   u s es  s in g le - s tag co n f ig u r atio n   with   m u lti - b a tter y   s o u r ce .   T h e   f ir s b atter y   is   ch ar g in g   f r o m   PV1 ,   th s ec o n d   b atter y   is   ch ar g in g   f r o m   PV2 ,   th t h ir d   b a tter y   is   ch ar g in g   f r o m   PV3   a n d   th f o u r th   b atter y   is   ch ar g in g   f r o m   PV4 .   W h en   th PV  o u tp u t   p o wer   is   c u o f f ,   th e   f ir s to   f o u r th   b at ter ies  co o r d in ate   in   s u p p ly in g   p o wer   to   th AC   b u s .   T h PV  u s ed   h as  th s p ec if i ca tio n s   in   T ab le  3 ,   w h ile  th b atter y   u s ed   h as  th s p ec if icatio n s   in   T ab le  4 .   T h f ir s PV  is   PV  ar r ay   a n d   co n s is ts   o f   1 2   PV  m o d u les  co n n ec ted   i n   p ar allel,   s o   th at  th o u tp u v o ltag is   1 8   DC .   T h f ir s t   PV  o u tp u p o wer   ca p ac ity   is   7 2 0   W .   W h ile  th s ec o n d   to   f o u r th   PV  is   P V   ar r ay   with   to tal  o f   6   PV  m o d u les.  T h is   PV  ar r ay   h as  co n f ig u r atio n   co n n ec ted   i n   p ar allel.   T h PV  co n f ig u r atio n   is   s h o wn   in   Fig u r 3 .   I n   Fig u r 3 ,   ea ch   PV  u s es  MPPT  to   p r o d u ce   m ax im u m   o u tp u p o we r   f o r   c h ar g in g   t h b atter y .   E ac h   PV  is   co n tr o lled   s ep ar ately   u s in g   MPPT.   T h o u tp u v o ltag o f   PV  is   r ed u ce d   b y   u s in g   a   b u c k   co n v er ter ,   PV1   u s in g   a   b atter y   b u c k   c o n v e r ter   1   ( B C B 1 ) ,   PV2   b ein g   r e d u c ed   u s in g   b atter y   b u ck   c o n v er te r   2   ( B C B 2 ) ,   PV 3   b ein g   r ed u ce d   u s in g   b atte r y   b u c k   co n v er ter   3   ( B C B 3 ) ,   PV4   b ein g   r e d u ce d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   2 ,   Au g u s t   20 2 6 :   384 - 3 9 9   388   u s in g   b atter y   b u c k   co n v er ter   4   ( B C B 4 ) .   T h v o ltag c o n tr o ller   f u n ctio n s   to   p r o d u ce   a   PW co n tr o s ig n al ,   to   tr ig g er   th tr an s is to r   s ig n al  o n   th b u ck   co n v er ter .   T h c o m p ar is o n   b etwe en   th MPPT  s et  p o i n an d   th PV c u r r en t is u s ed   as in p u f o r   th v o ltag c o n tr o ller .       T ab le  3 PV m o d u le  s p esifica tio n s   P a r a me t e r   V a l u e   N o mi n a l   v o l a t g e   1 8   V   M a x i m u m   p o w e r   6 0   W   N u mb e r   o f   c e l l s   Ns   36   S t a n d a r d   l i g h t   i n t e n s i t y   S0   1 0 0 0   W / m2   R e f .   t e m p e r a t u r e   ( Tr e f )   2 5   ° C       T ab le  4 L ith iu m   io n   b atter y   s p ec if icatio n s   P a r a me t e r   V a l u e   N o mi n a l   v o l a t g e   3 . 7   V   R a t e d   c a p a c i t y   5 . 4   A h   D i sch a r g e   c u r r e n t   1 . 0 8   A   I n t e r n a l   r e s i st a n c e   0 . 0 5   o h m   D i sch a r g e   c u t - o f f   v o l t a g e   2 . 5   V           Fig u r 3 .   PV c o n f ig u r atio n   f o r   b atter y   ch a r g in g       T h s o lar   en er g y   c o n v er s io n   s y s tem   is   o b tain ed   u s in g   PV  co n n ec ted   AC   b u s   v ia  DC - lin k   an d   b o o s co n v er ter .   T h is   ca n   b ex p r ess ed   b y   t h f o llo win g   eq u atio n      1  =  1   ( 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o o r d in a ted   mu lti - b a tter co n tr o l fo r   s in g le - s ta g is la n d ed   A C   micro g r id s   ( A d h i Ku s ma n to r o )   389   =  1  1   ( 3 )       2 . 3 .   B a t t er y   co ntr o l desig n us ing   F L C   T r ad itio n ally ,   th b atter y   e n er g y   s to r ag e   s y s tem   r eq u ir es  t wo - s tag co n v er ter   t o   cr ea te   t h p u ls in g   ch ar g in g / d is ch ar g in g   c u r r e n f o r   th b atter y   an d   t o   ac h iev e   th DC /AC   f u n ctio n   f o r   th AC   b u s   co n n ec ted   in v er ter .   Sad ly ,   it  will  lo we r   th p r icele s s   en er g y   s to r ag e' s   ab ili ty   to   co n v er p o we r .   Ad d itio n ally ,   to   d eter m in th e   b atter y   m o d u le   o u tp u p o wer   f o r   th e   o u tp u p o wer   r e g u latio n ,   ex p e n s iv cu r r en s en s o r s   a r n ee d ed .   T h two - s tag s etu p   an d   th e   p r icey   cu r r en s en s o r   en d   u p   b ein g   th m ain   o b s tacle s   f o r   th e   b atter y   en er g y   s to r ag s y s tem .   T h e r e f o r e,   in   th is   m u lti - b atter y   co o r d in atio n   s tu d y   it  is   p r o p o s ed   to   u s b atter y - in v er ter ,   wh ich   is   s h o wn   in   Fig u r 4 .   I n   th is   s tu d y ,   n o   cu r r en s en s o r   is   u s ed .   T h b atter y - in v er ter   u s ed   ca n   r eg u late  th f l o o f   p o wer   to   th AC   b u s .   I n   Fig u r 4   it  c an   b s ee n   th at  ea c h   b atter y   i s   co n n ec ted   to   th e   b o o s t c o n v er ter .   T h o u tp u t p o wer   o f   ea c h   b atter y   is   r eg u lat ed   alter n ately   u s in g   FLC .           Fig u r 4 .   Pro p o s ed   AC   co u p lin g   m o d el       Fig u r 5   s h o ws  co o r d in at ed   co n tr o l   s tr ateg y   f o r   d is tr ib u tin g   b atter y   p o wer   to   t h AC   b u s   u s in g   a   FLC.  B a tter y   1   ( b 1 ) ,   b atter y   2   ( b 2 ) ,   b atter y   3   ( b 3 ) ,   an d   b atter y   4   ( b 4 )   wo r k   s eq u en tially   with   th in itial su p p ly   o f   b atter y   p o wer   u s in g   b atter y   1 .   W h en   b atter y   1   d ec r ea s es,  b atter y   2   will  wo r k   to   s u p p ly   p o we r   to   th b atter y .   AC   b u s ,   an d   s o   o n   u n til  b atter y   4 .   I n   th is   s tu d y ,   th d ata  f o r   th lo ad   o f   o n r esid en tial  h o u s h as  to tal  p o wer   u s ag f o r   o n d ay   o f   1 , 1 1 8   W h .   T ak in g   in to   ac co u n th 8 0 d ep th   o f   d is ch ar g e   ( DO D )   o f   th e   b atter y ,   th ca p ac ity   o f   o n b a tter y   u n it u s ed   is   2 6 0   Ah .   E ac h   b atter y   u n it is   co m p o s ed   o f   6 0   b atter y   ce lls .     T h to tal  lo ad   in   th e   m icr o g r i d   s y s tem   with   b atter y   s o u r c is   th s u m   o f   th p o wer   o f   e ac h   b atter y   u n it,  wh ich   ca n   b e x p r ess ed   b y :      ( ) = 4 = 1 = 1 ( ) + 2 ( ) + 3 ( ) + 4 ( )     ( 4 )     T h b atter y   w h en   ch a r g in g   is   ex p r ess ed   b y   ( 5 )   a n d   wh e n   it i s   d is ch ar g in g   it is   ex p r ess ed   b y   ( 6 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   2 ,   Au g u s t   20 2 6 :   384 - 3 9 9   390   ( ) = 4 = 1 ( ) ( ) = 1   ( 5 )     ( ) = 4 = 1 ( ) ( ) = 1   ( 6 )           Fig u r 5 .   C o o r d in ated   c o n tr o b atter y   with   FLC       T h f u zz y   r u le  b ase  in   th is   s tu d y   co n s is ts   o f   if - th en   r u les  as  s h o wn   in   T ab le  5 .   T h ta b le  s h o ws  th at  FLC  is   d esig n ed   with   f o u r   in p u ts   an d   ea ch   in p u u s es  s ev en   m em b er s h ip   f u n ctio n s .   W h ile  th FLC  o u tp u is   th b atter y   o u tp u p o wer   ( B O P ) ,   as  th b atter y - in v er ter   i n p u t.   Fig u r 6   s h o ws  th b atter y   co o r d i n at ed   co n tr o l   f lo wch ar t.       T ab le  5 .   R u les o f   c o o r d i n ated   co n tr o l b atter y   e / d e   ( b 1 - b 4 )   NB   NE   NS   ZE   PS   PE   PB   NB   PB   PB   PB   PB   PE   PS   ZE   NE   PB   PB   PB   PE   PS   ZE   NS   NS   PB   PB   PE   PS   ZE   NS   NE   ZE   PB   PE   PS   ZE   NS   NE   NB   PS   PE   PS   ZE   NS   NE   NB   NB   PE   PS   ZE   NS   NE   NB   NB   NB   PB   ZE   NS   NE   NB   NB   NB   NB       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o o r d in a ted   mu lti - b a tter co n tr o l fo r   s in g le - s ta g is la n d ed   A C   micro g r id s   ( A d h i Ku s ma n to r o )   391   FLC  is   d esig n ed   to   u s f o u r   in p u ts   an d   o n e   o u tp u t.  T h e   f o u r   FLC  in p u ts   co n s is o f   f ir s b atter y   p o wer   ( PB 1 ) ,   s ec o n d   b atter y   p o wer   ( PB 2 ) ,   th ir d   b atter y   p o w er   ( PB 3 ) ,   an d   f o u r th   b atter y   p o wer   ( PB 4 ) .   I n   th is   s tu d y ,   th co n tr o l   o f   th B OP  th at  af f ec ts   th lo ad   p o wer   is   s im u lated   u s in g   Ma tlab ,   with   th s im u lin k   s h o wn   in   Fig u r 6 .   Fig u r 7   s h o ws  th FLC  d esig n   u s in g   Ma tlab ,   s ee n   in   co n tr o llin g   th o u tp u p o wer   o f   th b atter y   is   d o n s eq u en tially .   T h er ef o r e,   in   Ma tlab ' s   Simu lin k   d esig n ,   f o u r   b atter y   in p u ts   an d   an   i n v er ter   o u tp u ar u s ed .   W h en   th er is   f lu ctu at io n   in   th PV  o u tp u p o wer ,   b atter y   1   will  s u p p ly   p o wer   t o   th in v er ter .   W h en   th o u tp u p o wer   o f   b atter y   1   d ec r ea s es,  b atter y   2   will  s u p p ly   p o wer   to   th in v er ter .   An d   s o   o n   b atter y   3   an d   b atter y   4   will su p p l y   p o wer   to   th in v er ter   s eq u en tially .           Fig u r 6 .   Flo wch ar o n   b atter y   co o r d i n ated   co n tr o l     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci Vo l.  4 3 ,   No .   2 ,   Au g u s t   20 2 6 :   384 - 3 9 9   392       Fig u r 7 .   Simu lin k   d esig n   f o r   b atter y   co o r d in ated   co n tr o l       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   ex p lain s   th r esu lts   o f   r esear ch   u s in g   s im u la tio n   an d   im p lem en tatio n   o f   c o o r d in ate d   co n tr o l h a r d war on   m ic r o g r id   s y s tem   with   m u lti - b atter ies.     3 . 1 .     S o la r   po wer   ( P V)   t o   lo a ( ca s s t ud y   1)   I n   ca s 1   th e   PV  o u tp u p o w er   s u p p lies   to   th l o ad   th r o u g h   th in v er ter ,   in   th is   ca s PV1   th r o u g h   PV4   s u p p lies   p o wer   to   th b at ter y .   Fig u r 8   s h o ws th in ten s ity   o f   s o lar   r a d iatio n   as a   PV in p u t so u r ce .   I n   th is   s im u latio n ,   th in ten s ity   o f   s o lar   r ad iatio n   is   1 0 0 0   W /m 2   with   tem p er atu r o f   2 5 ° C.           Fig u r 8 .   I n ten s ity   o f   s o lar   r ad iatio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       C o o r d in a ted   mu lti - b a tter co n tr o l fo r   s in g le - s ta g is la n d ed   A C   micro g r id s   ( A d h i Ku s ma n to r o )   393   W ith   s o lar   r a d iatio n   i n ten s ity   o f   1 0 0 0   W /m 2 ,   PV  o u tp u p o wer   o f   1 2 0 0   watts  is   g e n er a ted ,   wh ich   ca n   b s ee n   in   Fig u r 9 .   W h il Fig u r 1 0   s h o ws  th lo ad   p o wer .   I n   a   s tar tim o f   u p   to   0 . 4   s ec o n d s   th PV  o u tp u p o wer   d ec r ea s es  an d   t h lo ad   p o wer   in c r ea s es  with   tim o f   0 . 4   s ec o n d s   to   1   s ec o n d .   T h is   s h o ws  th at  with   an   in cr ea s in   lo a d   p o wer ,   th o u t p u t p o wer   o f   s o lar   PV w ill d ec r ea s e.   Fig u r 1 1   s h o ws  th DC   b o o s co n v er ter   o u tp u v o ltag a n d   co n n ec ted   to   t h DC   b u s   at  2 0 0   V.   T h er ef o r e,   th b o o s c o n v er te r   o u tp u v o ltag with   s o lar   PV  s o u r ce   is   th s am as  th DC   b u s   v o ltag e .   Fig u r 1 2   s h o ws  th b atter y - i n v er ter   o u tp u t c u r r e n co n n ec te d   to   a n   AC   lo ad .   W h en   c o n n e cted   to   a   s in u s o id al  v o ltag in v er ter ,   th lo a d   cu r r en is   4 . 8   A.   I n   ca s 1 ,   b atter y   1 ,   b atter y   2 ,   b atter y   3 ,   an d   b atter y   4   h av e   n o s u p p lied   p o wer   to   th l o ad .   T h is   is   b ec au s s o lar   PV  is   s till   ab le  to   s u p p ly   p o we r   to   th l o ad .   I n   th is   ca s 1 ,   PV1   s u p p lies   p o wer   to   b atter y   1 .   L ik ewise,   PV2 ,   PV3 ,   a n d   PV4   s u p p ly   p o wer   to   b atte r y   2 ,   b atter y   3 ,   an d   b atter y   4 ,   r esp ec tiv ely .           Fig u r 9 .   So lar   PV o u tp u p o w er           Fig u r 1 0 .   L o ad   p o wer   with   s o lar   PV so u r ce s           Fig u r 1 1 .   DC   b u s   v o ltag e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.