Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

12
International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013 www.ijesci.org doi: 10.14355/ijes.2013.0306.02 383 Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microgrid Faruk A. Bhuiyan *1 , Amirnaser Yazdani 2 , Serguei L. Primak 3 *1,3 Electrical and Computer Engineering Dept., Western University, London, Ontario, Canada 2 Electrical and Computer Engineering Dept., Ryerson University, Toronto, Ontario, Canada *1 [email protected]; 2 [email protected]; 3 [email protected] Abstract Considering both real and reactive power, this paper presents the modeling, simulation, and performances analysis of various power management strategies (PMSs) for the sizing of an enhanced renewable energy penetrated islanded microgrid (IMG), which consists of an integrated photovoltaicwinddieselbattery system. The models of the PMSs are illustrated by flowcharts which can be utilized to determine optimal sizes of the IMG components. When the IMG contains both a battery energy storage system (BESS) and a diesel generator system (DGS), there are several ways to meet the load demand. The various options of fulfilling the load demand make the PMSs complex. The complexities in PMSs have significant impact on the incurred costs through the fuel usages rate of DGS and the deterioration level of BESS. The PMSs are presented by considering unknown component sizes of the IMG. The paper considers the effect of reactive power on BESS charging. The effectiveness of the modified PMSs is demonstrated through simulation studies in the MATLAB/Simulink environment. Then the performances of the PMSs are compared and the costvarying areas are identified meticulously by utilizing the simulation results. Keywords Battery; Dispatch; Microgrid; Photovoltaic; Power Management; Wind Introduction Electrification of remote communities remains a challenge in Canada and elsewhere due to the economical and technical barriers. Most of the Canadian remote communities have been supplied by diesel generator systems (DGSs), while the rest have used low to medium penetration wind/pv diesel systems (Arriaga et al. 2012; Weis et al. 2008). Thus far, many studies (BernalAgustin et al. 2009) of islanded microgrid (IMG) have been performed and many systems are installed with various configuration of components. Among the installed systems, many projects have failed due to improper design. The systems design can be improved if optimization methods are applied (Zhou et al. 2010). The sizing optimization of an IMG can be performed by either analytical techniques or chronological timeseries/probabilistic simulations. Analytical techniques are difficult to implement due to the large number of variables, nonlinearity in the models, and complexity of the configurations. The timeseries/probabilistic simulation techniques require welldefined power management strategies (PMSs) and are computationally intensive. Power management in an IMG can be performed by either controlling the energy resources or/and load management (LujanoRojas et al. 2012); the accommodation of load management strategies during the design phase may not be a good idea. Barley et al. (1996) proposes a number of control strategies for the operation and simulation of a windphotovoltaicdieselbattery system. Utilizing load setpoint to start and stop the diesel engine, and state of energy (SOE) setpoint to charge the battery energy storage system (BESS), an optimization method for the control strategies is proposed in Ashari et al. (1999). Bagen et al. (2005) presents a simulation technique for the operating strategies of standalone power systems by giving the priorities to the operation of nonconventional generating units, conventional generating units, and BESS in sequence. DufoLópez et al. (2005) combines two of the operating strategies of Barley et al. (1996) in a photovoltaic (PV) system with energy storage and identified a critical load. Katiraei et al. (2007) proposes an energyflow model for an autonomous winddiesel system for the investigation of the the daily and monthly performances. Various PMSs for standalone hybrid power system integrated with hydrogen energy storage are proposed in Ipsakis

description

http://www.ijesci.org/paperInfo.aspx?ID=10104 Considering both real and reactive power, this paper presents the modeling, simulation, and performances analysis of various power management strategies (PMSs) for the sizing of an enhanced renewable energy penetrated islanded microgrid (IMG), which consists of an integrated photovoltaic-wind-diesel-battery system. The models of the PMSs are illustrated by flowcharts which can be utilized to determine optimal sizes of the IMG components. When the IMG contains both a battery energy storage system (BESS) and a diesel generator system (DGS), there are several ways to meet the load demand. The various options of fulfilling the load demand make the PMSs complex. The complexities in PMSs have significant impact on the incurred costs through the fuel usages rate of DGS and the deterioration level of BESS. The PMSs are presented by considering u

Transcript of Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

Page 1: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013    www.ijesci.org 

doi: 10.14355/ijes.2013.0306.02 

383 

Modeling, Simulation, and Performance 

Analysis of Power Management Strategies for 

an Islanded Microgrid Faruk A. Bhuiyan*1, Amirnaser Yazdani2, Serguei L. Primak3 

*1,3Electrical and Computer Engineering Dept., Western University, London, Ontario, Canada 2Electrical and Computer Engineering Dept., Ryerson University, Toronto, Ontario, Canada 

*[email protected][email protected][email protected] 

 

Abstract 

Considering  both  real  and  reactive  power,  this  paper 

presents  the  modeling,  simulation,  and  performances 

analysis of various power management strategies (PMSs) for 

the  sizing  of  an  enhanced  renewable  energy  penetrated 

islanded microgrid  (IMG), which  consists  of  an  integrated 

photovoltaic‐wind‐diesel‐battery  system. The models  of  the 

PMSs are  illustrated by  flowcharts which can be utilized  to 

determine optimal  sizes of  the  IMG  components. When  the 

IMG  contains  both  a  battery  energy  storage  system  (BESS) 

and a diesel generator system (DGS), there are several ways 

to meet  the  load demand. The  various  options  of  fulfilling 

the load demand make the PMSs complex. The complexities 

in  PMSs  have  significant  impact  on  the  incurred  costs 

through  the  fuel  usages  rate  of DGS  and  the  deterioration 

level  of  BESS.  The  PMSs  are  presented  by  considering 

unknown component sizes of the IMG. The paper considers 

the  effect  of  reactive  power  on  BESS  charging.  The 

effectiveness of the modified PMSs is demonstrated through 

simulation  studies  in  the MATLAB/Simulink  environment. 

Then  the performances  of  the PMSs  are  compared  and  the 

cost‐varying  areas  are  identified  meticulously  by  utilizing 

the simulation results. 

Keywords 

Battery; Dispatch; Microgrid;  Photovoltaic;  Power Management; 

Wind 

Introduction

Electrification of remote communities remains a challenge 

in Canada  and  elsewhere due  to  the  economical  and 

technical  barriers.  Most  of  the  Canadian  remote 

communities  have  been  supplied  by  diesel  generator 

systems  (DGSs),  while  the  rest  have  used  low  to 

medium penetration wind/pv diesel  systems  (Arriaga 

et  al.  2012; Weis  et  al.  2008).  Thus  far, many  studies 

(Bernal−Agustin  et  al.  2009)  of  islanded  microgrid 

(IMG)  have  been  performed  and  many  systems  are 

installed  with  various  configuration  of  components. 

Among  the  installed  systems,  many  projects  have 

failed due to improper design. The systems design can 

be  improved  if  optimization  methods  are  applied 

(Zhou et al. 2010). The sizing optimization of an  IMG 

can  be  performed  by  either  analytical  techniques  or 

chronological  time‐series/probabilistic  simulations. 

Analytical techniques are difficult to implement due to 

the  large  number  of  variables,  non‐linearity  in  the 

models,  and  complexity  of  the  configurations.  The 

timeseries/probabilistic  simulation  techniques  require 

well‐defined  power  management  strategies  (PMSs) 

and are computationally intensive. Power management 

in an  IMG can be performed by either controlling  the 

energy  resources  or/and  load  management 

(Lujano−Rojas et al. 2012); the accommodation of  load 

management  strategies during  the design  phase may 

not be a good idea. 

Barley  et  al.  (1996)  proposes  a  number  of  control 

strategies  for  the  operation  and  simulation  of  a 

wind‐photovoltaic‐diesel‐battery  system.  Utilizing 

load  setpoint  to  start  and  stop  the diesel  engine,  and 

state  of  energy  (SOE)  setpoint  to  charge  the  battery 

energy storage system (BESS), an optimization method 

for  the  control  strategies  is  proposed  in Ashari  et  al. 

(1999).  Bagen  et  al.  (2005)  presents  a  simulation 

technique  for  the  operating  strategies  of  stand‐alone 

power systems by giving the priorities to the operation 

of  nonconventional  generating  units,  conventional 

generating units, and BESS in sequence. Dufo−López et 

al.  (2005)  combines  two of  the operating  strategies of 

Barley et al. (1996) in a photovoltaic (PV) system with 

energy storage and identified a critical load. Katiraei et 

al.  (2007)  proposes  an  energy‐flow  model  for  an 

autonomous wind‐diesel  system  for  the  investigation 

of  the  the  daily  and monthly  performances.  Various 

PMSs  for  standalone hybrid power  system  integrated 

with hydrogen energy storage are proposed in Ipsakis 

Page 2: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

www.ijesci.org                                                            International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013 

384 

et  al.  (2009).  Zhou  et  al.  (2011)  proposes  the 

‘source‐following’  and  ‘grid‐following’  dynamic 

control approaches in order to enable exchange power 

amongst  the  sources,  and  to  manage  energy  of  the 

grid‐connected  system.  Considering  real  power  only, 

Vrettos et al. (2011) proposes three operating modes for 

a  small  isolated  high‐penetration  renewable  energy 

system  integrated with  a  BESS. Ohsawa  et  al.  (1993) 

has  applied  artificial  neural  network  to  the  control 

strategies  of  PV‐diesel  power  system,  although  few 

researchers  (Lin  et  al.  2011;  Yasin  et  al.  2011)  have 

proposed  intelligence‐based  approaches  for  the 

dynamic  control  of  autonomous  hybrid  power 

systems. 

Various  software  tools  (HOMER  ; HYBRID2;  iHOGA; 

INSEL  ;  RETScreen  ;  TRANSYS  )  are  used  for 

simulation, optimization, and performance evaluation 

of  IMGs.  Amongst  them,  HOMER  (Hybrid 

Optimization Model  for Electric Renewable) has been 

widely  used  for  optimization  studies,  HYBRID2  is 

popular  for  simulations,  and  HOGA  (Hybrid 

Optimization by Genetic Algorithms) is primarily used 

for multi‐objective optimization. 

However,  the  aforementioned  software  tools  and 

papers  have  not modeled  PMSs  for  the  objective  of 

determining the component sizes considering both real 

and reactive powers of the load. This paper models the 

PMSs in detail by utilizing flowcharts, where both real 

and reactive powers of the load are considered. 

Study System

Fig.  1  shows  a  schematic  diagram  of  an  IMG whose 

main  components  are  DGS,  a  wind  power  system 

(WPS), a photovoltaic power system  (PVS), an energy 

storage  system,  a  dump  load,  a  primary  load,  and 

power‐electronic  converters.  In  this  configuration,  the 

energy  storage  system  is  assumed  to  be  a  battery 

energy storage system  (BESS) connected  to  the power 

system  through  a  bi‐directional  power‐electronic 

converter.  In  turn,  the  PV  power  system  comprises 

multiple  PV  modules  interface  with  the  point  of 

common coupling  (PCC)  through a DC/AC converter. 

Also,  the  BESS  is  composed  of  a  bank  of  series‐/ 

parallelconnected  batteries  and  a  power‐electronic 

converter.  The  WPS  delivers  power  at  unity  power 

factor to the PCC, represented as Pw. The delivered real 

and  reactive  powers  of  the  PVS  are  denoted 

respectively  by  Ppv  and  Qpv.  The  real  and  reactive 

powers delivered by  the DGS are denoted by Pdi and 

Qdi, respectively. The power delivered by  the batteries 

is referred to as the discharged power and denoted by 

Pb.  The  real  and  reactive  powers  of  the 

power‐electronic converter of the BESS are denoted as 

Pcon and Qcon, respectively; the typical high efficiency of 

the power‐electronic converter  implies that Pb and Pcon 

are  almost  equal  and  are  therefore  used 

interchangeably  in  this  paper.  The  real  and  reactive 

power  components  of  the  primary  load  are 

represented by Pl and Ql, respectively. The dump load 

is assumed to be a resistive load and represented as Pdl. 

At  any  instant,  stable  operation  of  the  IMG 

corresponds to following power‐balance equations (1): 

Pw(t) + Ppv(t) + Pdi(t) + Pcon(t) − Pl(t) − Pdl(t) = 0 

Qdi(t) + Qpv(t) + Qcon(t) − Ql(t) = 0                 

(1) 

FIG. 1 SCHEMATIC DIAGRAM OF AN ISLANDED MICROGRID 

Reactive Power and Charging/Discharging of BESS

Figs.  2  (a)  and  (b)  show  that  the  primary  load  is 

decoupled  into real power, Pl, and reactive power, Ql. 

Depending  on  the  control  strategy,  the  load  reactive 

power, Ql,  can  be  supplied  by  the  converters  of  the 

PVS, BESS or DGS. To deliver  the  rated power of  the 

PVS  into  the  PCC,  the  PVS  converter  rating,  pvconS , 

must be the same as the rated power of the PVS,  pvratP . 

The  power  delivered  by  the  PVS  usually  falls  below pv

ratP in  a  year.  Therefore,  the  PVS  converter  can  be 

utilized  to  supply  reactive  power  of  the  load.  If  the 

instantaneous real power of the PVS  is Ppv(t), then the 

PVS can deliver a reactive power of   

2 2( ) ( )pv pv pvconQ S P where  2 2( ) ( )pv pv

conS P                              

(2) 

Page 3: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013    www.ijesci.org 

385 

(a) 

(b) 

FIG. 2 REAL AND REACTIVE POWER PHASORS AT (a) EXCESS RENEWABLE 

GENERATION, AND (b) SHORTAGE OF RENEWABLE GENERATION 

Figs.  2(a)  and  (b)  indicate  that  a  part  of  the  load 

reactive power is supplied from PVS, as Qpv, while the 

remaining  load  reactive power  can  be  supplied  from 

the  BESS  converter  and/or  DGS.  Fig.  2  further 

illustrates that the real power supplying capacity of the 

BESS  converter  decreases  when  the  load  reactive 

power  needs  to  be  compensated.  Thus,  the  BESS 

converter real power, conavaP , is formulated as, 

22( ) (max 0,( )pvcon con lava rat

lrem

P S Q Q

Q

(3)

where  conratS   is  the  rating  of  the  BESS  converter,  and

lremQ is  the  remaining  load  reactive  power  demand; conratS needs to be higher than  l

remQ when DGS does not 

run. However,  if DGS  runs  and  delivers  real  power, 

the  load  reactive  power  can  be  shared  by  the 

converters and DGS, 

(max 0,( ) )

(max 0,( ) )

conpvcon lrat

con dirat rat

lrem

dipvdi lrat

con dirat rat

lrem

SQ Q Q

S SQ

SQ Q Q

S SQ

                                  (4) 

where Qcon and Qdi are the reactive‐power output of the 

BESS converter and DGS, respectively. In (4)  diratS is the 

rated power of DGS, and,  lremQ   should not be higher 

than  the  aggregated  value  of  conratS and di

ratS . 

Consequently,  the  effective  real  power  of  the  BESS 

converter  ( )conavaP   and the DGS  max( )diP   decrease as   

2 2

2 2max

( ) ( )

( ) ( )

con con conava rat

di con dirat

P S Q

P S Q

                                                (5) 

The rate of charge of BESS, ( )bavaP , depends on state of 

energy  (SOE),  Eb(t),  and  the  rated  charging  power, 

maxbP , is 

maxmax

( )min ,max(0,

Δ

b bb b

avaE E t

P Pt

                          (6) 

If  bavaP in  (6)  is  larger  than  con

avaP ,  then  the charging of 

the BESS needs  to be  lowered  to  conavaP ; otherwise,  the 

BESS can be charged by  bavaP . Fig. 2 (a) shows surplus 

power, Psur, at higher renewable power generation. The 

actual charging of  the BESS, equation  (7),  is the lowest

of the three values bavaP ,  con

avaP   and Psur.   

min( , , )b con bsur ava avaP P P P                                                 (7) 

If  the  surplus  power  Psur  is  higher  than  the  absolute 

value  of  Pb,  then  the  remaining  power  must  be 

dumped.  Fig.  2  (b)  illustrates  the  real  and  reactive 

powers  of DGS  and BESS  converter. When DGS  and 

BESS converter run, the  load reactive power  is shared 

by DGS and BESS as described by (4). During the BESS 

discharge, the available discharging power from BESS 

can be formulated as   

minmax

( )min ,max(0, )

Δ

b bb b

avaE t E

P Pt

                          (8) 

Since  the  BESS  discharges  through  its  converter,  the 

maximum discharge power of the BESS is determined 

by  the real power  that flows  through  the converter.  If 

the net  load, Pde  f, needs  to be delivered by  the BESS, 

then the BESS discharge power is   

min( , , )b con bava ava defP P P P                                                   (9) 

Depending on  the PMS, Pde f may need  to be supplied 

by  both  the  BESS  and  the  DGS.  Otherwise,  power 

shortage  will  occur.  In  Fig.  2  (b),  the  negative  Psur 

means positive Pde f .   

The SOE in the BESS can be expressed as   

( Δ ) ( )(1 ) ( )Δb b b bE t t E t P t t                             (10) 

where is  the  self  discharge  coefficient,  b is  the 

efficiency during charging and discharging, and  Δt   is 

Page 4: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

www.ijesci.org                                                            International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013 

386 

the time step. 

Power Management Strategies and Their Flowcharts

Two distinct types of control in an IMG are (i) dynamic 

control,  which  deals  with  the  frequency  and 

magnitude of the voltage, and (ii) PMS, which controls 

the energy resources of an IMG. This paper deals with 

four  different  PMSs,  which  are  described  in  the 

following subsections. 

Power Management Strategy‐A (PMS‐A) 

Fig. 3  illustrates the algorithm of the PMS‐A, utilizing 

the  renewable  resources  first  for  the  real  load power 

demand.  The  load  reactive‐power  demand  is 

compensated  from  converters  (PVS  and  BESS)  and 

DGS. The real power limit of the BESS converter ( conavaP ) 

and  that  of  the  DGS  ( maxdiP )  are  then  calculated 

(explained  earlier).  If  the  renewable  resources  cannot 

meet  the  net  real  load  i.e.,  Pde  f  >  0,  then  the  BESS  is 

employed  to  compensate  the demand  (at  ( 2b

defP P )); 

otherwise,  the DGS  shall  start. The “power  shortage” 

in Fig. 3  indicates  that  the  resource sizes do not meet 

the load demand. The BESS enters into charging mode 

if the aggregated delivered power from the renewable 

resources exceeds  the primary  load demand  (Psur > 0). 

The  actual  charging  power  (Pb)  depends  on  the 

capacity and power rating of the batteries, and the real 

power handling capability of the BESS converter. If the 

surplus  power  cannot  be  absorbed  by  the  BESS  (i.e.

1b

surP P ),  the  rest  is  burnt  in  the  dump  load.  The 

PMS‐A does not  allow DGS  to  charge  the BESS. The 

exception is when the DGS operates at a low load with 

a non‐zero minimum setpoint ( mindiP ) setting. When the 

net load demand falls below the minimum setpoint of 

the DGS, the DGS then runs at its minimum operating 

point. The extra generation from the DGS is then used 

to charge  the BESS. Otherwise  it can be dumped. The 

PMS‐A is a modified form of load following strategy.

 

 

FIG. 3 FLOWCHART OF PMS‐A 

Page 5: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013    www.ijesci.org 

387 

Power Management Strategy‐B (PMS‐B) 

The  PMS‐B  allows  the  DGS  for  charging  the  BESS. 

Fig.4  illustrates  a  flowchart  for  the  PMS‐B.  First  the 

aggregate renewable power is compared with load real 

power.  The  real  powers  from  the  converter  of  BESS 

and the DGS are then calculated upon supplying load 

reactive  power  (described  earlier).  If  the  surplus 

generation, i.e. Psur > 0 is higher than Pb, then the BESS 

enter  the charging mode at  its maximum rate and  the 

rest  is burnt  to  the dump  load; otherwise at Psur < Pb, 

the  DGS  runs  for  a  while  to  charge  the  BESS  at  a 

maximum  rate. At  min( )b bE t E   of  the BESS and/or at 

‘on’  status  (k  =  1)  of  DGS,  if  aggregate  surplus 

generation from the renewable resources is lower than 

Pb,  then  the  DGS  starts/continues  operation  for 

charging  the  BESS.  The  DGS  is  commended  to  stop 

when SOE  in  the BESS reaches at bsocE .  If Pde f > 0, and 

( )b bsocE t E in BESS, and the DGS is off (k = 0), the net 

real load (Pde f) is supplied by the BESS; if fails, the DGS 

starts  to  compensate  the  remaining  net  load. When 

DGS  is  already  in  ‘on’  status  (k  =  1)  and  SOE  of  the 

BESS  stays  above minimum  ( min( )b bE t E )  and  below

bsocE ,  the  DGS  continues  its  operation  for  charging 

BESS at its maximum rate. The energy at BESS may fall 

at/below minimum  level  ( min( )b bE t E ) with DGS  ‘off’ 

status. In such a situation, the DGS goes into operation 

mode  for  charging  BESS. As  soon  as  the  SOE  of  the 

BESS  reaches  at bsocE ,  the DGS  stops  for  charging  the 

BESS. The bsocE is considered a lavel which is lower than

maxbE . The Fig. 4 represents all possible scenarios under 

unknown sizes. The “power shortage” of Fig. 4 is true 

if the reserve and renewable resources cannot meet the 

primary  load demand. The PMS‐B  is a modified  form 

of SOC setpoint dispatch strategy. 

 

FIG. 4 FLOWCHART OF PMS‐B AND PMS‐C 

Page 6: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

www.ijesci.org                                                            International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013 

388 

FIG. 5 FLOWCHART OF PMS‐D 

Power Management Strategy‐C (PMS‐C) 

When  the  DGS  is  utilized  for  charging  the  BESS  at 

maxbE instead of b

socE , then the PMS‐B becomes PMS‐C. It 

is  a modified  form  of  the  cycle  charge  strategy.  The 

strategy may need the DGS to continue at its operation 

mode  for  a  longer  period  than  that  of  PMS‐B. 

According  to PMS‐B and PMS‐C,  the DGS runs either 

at full power or at a rate not exceeding the aggregate of 

BESS  charging  power  and  net  load  demand.  The 

flowchart for the PMS‐C is given in Fig. 4 where both 

real  and  reactive  power  balances  are  depicted.  The 

PMS‐C  also  indicates  that  the  dumping  of  power, 

generated  from  the DGS,  is required. Fig. 4  illustrates 

that  “power  shortage”  may  occur  under  various 

conditions,  especially  with  improper  sizes  of 

components in IMG. Fig. 4 illustrates the DGS ‘on’/‘off’ 

status by a flag variable ‘k’.   

Power Management Strategy‐D (PMS‐D) 

Utilizing the per unit energy cost curve of DGS (Barley 

et al. 1996), the calculation steps of critical load Pd and 

cycle  charge  load  Pc  are  shown  in  the  end  of  this 

subsection.  The  Pd  is  the  intersecting  point  of  direct 

diesel  cost  and  BESS  deterioration  cost.  It  is  more 

economical  to  use  the  batteries when  net  load  stays 

below  Pd;  otherwise  the  operation  of  DGS  is  more 

economical. Fig. 5 illustrates the PMS‐D which utilizes 

the critical load, Pd, upon fulfilling load reactive power 

demand. The PMS‐D is the modified form of the frugal 

discharge strategy. Fig. 5  illustrates  that when  the net 

load Pdef  is  above Pd,  the DGS provides power  to  the 

load at its fullest capacity; otherwise, the BESS delivers 

the  remaining  load  power.  Alternatively,  if  the  net 

load, Pdef, falls below Pd, the BESS discharges power at 

its  extent. Power  failure may  occurs  if  both  the DGS 

and the BESS cannot meet the net load demand, which 

may  occur  due  to  inappropriate  component  sizes. 

Subsection‐1 shows the procedure for deriving Pd and 

Pc. 

1) Determination  of Critical  and Cycle Charge  Load: The 

Page 7: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013    www.ijesci.org 

389 

per unit costs of energy  for  the DGS  includes capital, 

operation,  maintenance,  and  replenishment.  Capital 

costs  depend  on  the  rating  of  the DGS.  The  running 

costs depend on operation and maintenance costs. The 

operation cost is mainly the fuel costs, which including 

fuel,  transportation,  and  inventory  holding  cost.  The 

fuel  consumption  of  the DGS  is  not  linear.  The  fuel 

consumption  can be assumed as a quadratic  function 

with  a  cost  at  no‐load  operation.  Thus,  the  fuel 

consumption (L/h) of DGS for Pdi, can be expressed as 

(Zhu 2009). 

21 2 3( )di di di di

c ratF g P g P g P                                     (11) 

Where 1g , 2g ,  and  3g   are  fuel  consumption 

coefficients in L/kW2h, L/kWh, and L/kWh, respectively. 

Here  diratS is  the  same  as  di

ratP taken  at  unity  power 

factor. The fuel consumption cost in $/kWh for DGS can 

thus be expressed as 

1 2 3( )di

di di ratf fdi

PC g P g g C

P                                       (12) 

where Cf is in $/L and includes fuel, transportation and 

inventory holding cost. 

Maintenance  cost  of  the  DGS  varies  at  the  level  of 

produced  power  and  number  of  start‐stop.  The  per 

kWh hourly maintenance cost, dimhC , is given as 

didi mmh di

rat

CC

P                                                                       (13) 

Where  dimC is  the maintenance  cost  for di

ratP capacity  of 

DGS.   

The hourly running cost of the DGS for per kWh diesel 

generated  energy  is  the  sum of  the  fuel  consumption 

cost  (operation cost) and  the hourly maintenance cost 

expressed as   

1 2 3( )di di diom f mh

diratdi

PC g P g g C C

P                             (14) 

where  diomC   is  the  hourly  operation  and 

maintenance/running cost. The capital cost of the BESS 

depends on size. The BESS wear cost  is  treated as  the 

cost  of  delivered  energy  from  BESS  and  the 

maintenance cost. The BESS wear cost is expressed as 

bb bcw mhb

eqc rat

CC C

DOD E                                                   (15) 

where  bwC ,  b

cC , DODeqc,  bratE , and  b

mhC   are wear cost, 

capital cost, equivalent depth of discharge, kWh rating 

of  BESS,  and  hourly  maintenance  cost  of  BESS 

respectively. Number  of  cycle  to  failure  (Ncf)  for  the 

BESS can be expressed as (Drouilhet et al. 1997). 

1

0

( 1)u DODce

cf uN e

NDOD

                                                    (16) 

where Nce, u1, and u0 are parameters  for  the  equation. 

The DOD is the depth of discharge for the BESS. Based 

on battery manufacturer life cycle data, (16) can be best 

fitted  for  a  specific  BESS.  As  an  example, 

manufacturer’s  life  cycle  data  for  NiCd  cell  is  best 

fitted,  which  provides  the  parameter  values  u0=1.67, 

u1=‐0.52, and Nce = 2055. Once the best fitted values are 

fixed,  then  the  equivalent  depth  of  discharge  can  be 

calculated as 

1

1( ) ( )

M

eqc n ncfn

DOD N DODM

                                    (17) 

where M  is  the  total  number  of  observation point  to 

figure out the values of Ncf for different DOD utilizing 

(16). This DODeqc is required for (15). For charging the 

BESS, DGS can be used to run in excess to the net‐load 

and  thus  requires extra generating costs.  If  the  round 

trip efficiency of  the BESS and  the charger  is R ,  then 

the cost of cycle charge can be written as 

dii fdi

cR

F cC

                                                                  (18) 

The sum of battery wear costs and cycle charge costs 

can be written as 

dii fe di b b

c c w wR

F cC C C C

                                        (19) 

where diiF   is the extra fuel required to charge the BESS. 

The DGS optimum stopping set‐point occurs when the 

BESS wear costs and DGS running costs becomes equal. 

Thus,  the  equation  (14)  and  (15)  can  be  equalized  to 

calculate the roots of Pdi, which is expressed as   

2 22 1 32

1 1

( ) 4

2 2

di b dib diw ratf mh fw f mh

df f

g c C C g g c PC g c CP

g c g c

 

(20) 

From (14) and (19) the cycle charge load is expressed as Pc

and can be calculated by (21)

2 22 1 32

1 1

( ) 4

2 2

di e die dic ratf mh fc f mh

cf f

g c C C g g c PC g c CP

g c g c

 

(21) 

Simulation Results

To demonstrate the performances of the PMSs, several 

case  studies  are  conducted  in  the MATLAB/Simulink 

environment  by  utilizing  the  values  of  Table  I.  The 

Page 8: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

www.ijesci.org                                                            International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013 

390 

values  of  Table  II  are  used  on  (20)  to  determine  the 

critical load, Pd, and thus to simulate PMS‐D. The bwC of 

(20)  is  determined  using  (15)  and  (17).  The  hourly 

average  time  series wind  speed data,  for  a Canadian 

site,  is  obtained  from Weather  Canada;  and  hourly 

average  time  series  solar  irradiation  data,  based  on 

latitude and longitude, is produced by using HOMER 

package. The wind power and PV power are produced 

by employing (Bhuiyan et al. 2010) and (Lee et al. 2008), 

respectively. To generate Fig. 6, probabilistic treatment 

is  included  on  the  time  series  data  at  15  minutes 

interval. For other figures, year around hourly average 

time‐series data  is used. In Fig. 1, the Pb is positive for 

delivered  power  of  the BESS;  however,  in  all  figures 

except  Fig.  6,  the  BESS  power  is  represented  by  −Pb. 

The  real  and  reactive  load  power  components  are 

calculated  utilizing  IEEE RTS  load model  (IEEE RTS 

1979) and a time series of load power factor (Saha et al. 

2010). 

TABLE I SIMULATION PARAMETERS 

Simulation Parameters  Values 

WPS rating  600 kW 

PV power rating  150 kW 

Diesel generator rating  320 kVA 

Inverter rating  640 kVA 

BESS capacity rating  7.2 MWh 

BESS power rating  450 kW 

Base power  300 kW 

Base power factor  0.9 

Base BESS discharge time  1 hr 

Base BESS capacity  300 kWh 

Efficiency of PV system ( pv )  15% 

Cut‐in wind speed  3.5 m/s 

Rated wind speed  12 m/s 

Cut‐out wind speed  23 m/s 

Period under observation  8760 hrs 

BESS minimum level Emin  40% 

BESS SOC level Esoc  60% 

Initial BESS SOC  80% of rated 

Self discharge of battery  0.2% per hour 

Efficiency of inverter (discharging)  95% 

Efficiency of rectifier (charging)  95% 

TABLE II CRITICAL LOAD, Pd, DETERMINATION PARAMETERS 

FOR PMS‐D 

Parameter    Value    Comments 

1g   0.00012 L/kW2h    equation (11) 

2g   ‐0.011 L/kWh    equation (11) 

3g   0.16 L/kWh    equation (11) 

diratP   300 kW    equation (11) 

Fuel price, fc   1 $/L    equation (12) 

dimhC     0.11 $/h for 1 kWh    equation (13) 

/b bc ratc E     400 $/kWh    equation (15) 

bmhC   0.05 $/h for 1 kWh    equation (15) 

eqcDOD   1100 cycles    equation (17) 

Impact  of  Converter  Reactive  Power  on  BESS 

Charging 

This  case  demonstrates  the  impact  of  converter 

reactive power on the BESS charging for the PMS‐A of 

the  IMG  which  is  considered  composed  of  without 

PVS. The rating of the BESS converter is taken 0.5 p.u.. 

As Fig.6  (a)  shows, Pw  remains above 1 p.u., which  is 

more  than  the primary  load demand. Therefore, DGS 

does not require to run, and thus Pdi and Qdi in Fig. 6 (a) 

are  zero  from  1520th  hour  to  1525th  hour.  Fig.  6  (b) 

indicates  that  the SOE of BESS has not reached  to  the 

maximum  level  until  1525th  hour.  Thus,  the  excess 

wind power  is stored  in  the BESS. At 1520.25th hour, 

the  reactive  power  demand  is  0.5  p.u.,  which  is 

supplied by the BESS converter, as shown in Fig. 6 (a). 

Although  there  is  excess wind  power,  and  BESS  has 

the  capacity  remaining  for  charging,  the  actual  BESS 

charging  power  (Pb)  is  zero  due  to  the  lower  size 

converter. 

 

FIG. 6 IMPACT OF CONVERTER REACTIVE POWER ON BESS CHARGING 

Simulation Results for PMS‐A 

Fig. 7 illustrates the effectiveness of the PMS‐A by the 

real power, reactive power and SOE of the BESS. From 

2171th  hour  to  2192th  hour,  the  aggregate  renewable 

Page 9: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013    www.ijesci.org 

391 

power  is  sufficient  for primary  load as  shown  in Fig. 

7(a);  thus,  the BESS  is  in charging mode. As Fig. 7(a) 

shows,  the  aggregate  renewable  power  is  low  for 

primary  load  from 2238th hour  to 2285th hour. Thus, 

the  shortage  is  compensated by  the BESS;  if  fails,  the 

DGS  runs  e.g.  2286th  hour  to  2378th  hour.  The 

operation from 2114th hour to 2170th hour in Fig. 7(b) 

indicates that the SOE of BESS stays at minimum. Fig. 

7(a)  further demonstrates  that short‐term start/stop of 

DGS (e.g. 2325th hour) may occur depending on wind 

and PV  resource output. The Pdl of Fig. 7(a)  indicates 

that  the  excess  renewable  power  is  dumped  when 

BESS and converter cannot accommodate. As Fig. 7(c) 

shows, the load reactive power is mostly delivered by 

the PVS converter and then the rest is supplied by the 

BESS converter and/or DGS. 

FIG. 7 POWER AND ENERGY OF IMG COMPONENTS FOR PMS‐A 

Simulation Results for PMS‐B 

Fig. 8 demonstrates the capability of PMS‐B by the SOE 

of  the BESS,  the  real and  reactive powers of  the  IMG 

components,  presented  from  3300th  hour  to  3475th 

hour. Fig. 8 (a) shows that the delivered wind power is 

low  for many hours, between 3300th hour and 3475th 

hour.  The  BESS  does  not  have  enough  SOE  for 

discharging as shown in Fig. 8 (b). Therefore, the DGS 

operates for load real power and for charging the BESS 

(e.g.  3305th  hour  to  3316th  hour).  Once  the  SOE  of 

BESS reaches at bsocE , then the DGS stops. The BESS can 

deliver the part of net load until the SOE of BESS stays 

above minbE , and  thus Fig. 8(b)  illustrates  that  the DGS 

starts  again  when  the  SOE  of  BESS  touches  at minbE . 

Thus,  the  DGS  mostly  runs  with  heavy  load, 

subsequently its short‐period start/stop decreases. Fig. 

8(c)  demonstrates  further  that  the  reactive  power  is 

supplied mostly  by  the  PVS  converter;  after  that  the 

BESS delivers the remaining reactive power and at the 

end the DGS helps. 

FIG. 8 POWER AND ENERGY OF IMG COMPONENTS FOR PMS‐B 

Simulation Results for PMS‐C 

Fig.  9  illustrates  the productiveness of  the PMS‐C by 

the  real power,  reactive power and SOE of  the BESS. 

From 3395th hour to 3410th hour in Fig. 9 (b) indicates 

that the DGS operates for charging the BESS up to the 

maximum  level. As Fig. 9(a) shows, the DGS operates 

almost  at  full  load  for  charging  the  BESS  and  for 

fulfilling  the  net  load  demand.  By  observing  Figs.  8 

and  9,  it  can  be  stated  that  the  operating  periods  of 

DGS  in  this  strategy are  longer  than  those of PMS‐B. 

As  the  SOE  of  BESS  goes  at maximum  level  by  the 

DGS  operation,  Fig.  9(a)  illustrates  that  the dumping 

power has  increased  (e.g.  from 3350  th hour  to 3367th 

hour). Thus, the renewable energy penetration for  the 

primary load is expected to decrease. 

FIG. 9 POWER AND ENERGY OF IMG COMPONENTS FOR PMS‐C 

Simulation Results for PMS‐D 

Fig. 10 demonstrates the performance of PMS‐D by the 

simulation  results,  presented  from  2105th  hour  to 

2110th  hour.  As  Fig.  10(a)  shows,  the  DGS  operates 

Page 10: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

www.ijesci.org                                                            International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013 

392 

when net load exceeds Pd; otherwise the BESS delivers 

the net load, e.g. 2111th hour to 2117th hour. Thus, the 

operation of the DGS and  the BESS  is complementary 

for  the net  load demand unless any constraints work. 

Therefore,  the  DGS  operation  contains  frequent 

start/stop, and it can be inferred that this causes higher 

maintenance  costs  for  DGS.  Fig.  10(b)  demonstrates 

that the SOE decrease rate in BESS is lower compared 

to that  in other strategies. The slow decreasing rate of 

SOE  in  the  BESS may  enhance  the  life  cycles  of  the 

batteries. Fig. 10 indicates that the charging rate of the 

BESS is much higher than that of the discharging rate. 

FIG. 10 POWER AND ENERGY OF IMG COMPONENTS FOR PMS‐D 

SOEs of BESS for the PMSs 

Figs. 11 (a), (b) and (c) respectively illustrate the SOEs 

of the BESS for the PMS‐A, PMS‐C, and PMS‐D. As Fig. 

11(a) shows, the SOE of BESS for PMS‐A remains low 

from  2900th  hour  to  5500th  hour  due  to  seasonal 

variations  of wind  speed.  The magnified  plot  in  Fig. 

11(a) demonstrates that the SOE of BESS has decreased 

significantly  below  minimum  level  due  to 

self‐discharge  of  the  BESS.  The  situation  becomes 

worse when the BESS reaches at minimum level along 

with low renewable power generation (e.g. 1376th hour 

to  1475th  hour).  Thus,  the  PMS‐B  and  PMS‐C  utilize 

the DGS  for charging BESS; Fig. 11(b)  shows  that  the 

SOE of BESS does not reach below minimum level. Fig. 

11(b)  further  shows  the  SOE  of  BESS  reaches 

frequently at maximum level. The SOE of the BESS for 

PMS‐B is excluded as it is very similar to PMS‐C. It can 

be  inferred that the SOE of BESS  in PMS‐B would not 

frequently  reach  the maximum  level  like PMS‐C. The 

SOE  of  BESS  for  PMS‐D,  (shown  in  Fig.  11(c)), 

illustrates that the rate of discharge from BESS is lower, 

as  the BESS only discharges  for  low net  load. Figs. 11 

(a) and  (c)  show  that  the SOEs and  self discharges of 

BESS are similar both in PMS‐A and in PMS‐D. 

FIG. 11 SOE OF BESS FOR (a) PMS-A, (b) PMS-C, AND (c) PMS-D

Reactive Power Management in IMG without PVS 

The  reactive powers of  the  IMG, which  is constituted 

without  PVS  for  the  PMS‐A,  PMS‐B,  PMS‐C  and 

PMS‐D  are  shown  in  Figs.  12  (a),  (b),  (c)  and  (d), 

respectively. All of the sub‐figures of Fig. 12  illustrate 

that  the Qpv  is  zero. Thus,  the BESS  converter mostly 

delivers the reactive power (Qcon), when the DGS does 

not  require  to share. Fig. 12  (a) demonstrates  that  the 

reactive power demand at around 2121th hour  is 0.45 

p.u., which  is  shared by both  the BESS  converter and 

the DGS; where the Fig. 12 (b) (c) and (d) indicate that 

the reactive powers are delivered only from the BESSs. 

FIG. 12 REACTIVE POWER MANAGEMENT IN IMG OF NO PVS

Comparison of PMSs 

All of  the aforementioned  studies are  represented  for 

few hours of total simulation which is for the clarity of 

the figures. Table III compares the performances of the 

strategies based on a year around (8760 hrs) simulation. 

As Table III shows, the SOE of BESS stays at minimum 

level  for  3898  hours,  156  hours,  72  hours,  and  1143 

hours,  respectively,  for  PMS‐A,  PMS‐B,  PMS‐C,  and 

Page 11: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013    www.ijesci.org 

393 

PMS‐D. The number of hours,  the SOE of  the BESS at 

minimum  level,  is  significantly  lower  for PMS‐B  and 

PMS‐C  compare  to  others. The  number  of  hours,  the 

SOE stays above the 97% of  its maximum  level,  is the 

highest  for  the  PMS‐C  compare  to  the  others’. 

Consequently, the renewable energy penetration is the 

lowest and thus the dumping power is the highest for 

the PMS‐C. Although the DGS is used for charging the 

BESS  in  PMS‐B  and  PMS‐C,  the  number  of  DGS 

operating hours are lower in the strategies due to near 

full  load  operation.  Alternately,  the  DGS  operates 

longer hours with variable load in PMS‐A and PMS‐D. 

Moreover,  the  self  discharges  in  PMS‐A  and  PMS‐D 

are higher (presented earlier). The low operating hours 

of  the DGS  indicate  low maintenance  and  operating 

costs needed for the DGS.

TABLE III PERFORMANCES COMPARISON OF PMSs 

Items  PMS‐A  PMS‐B  PMS‐C  PMS‐D 

SOE at min.  3898 hrs  156 hrs  72 hrs  1143 hrs 

SOE above 97% 

of max. 1559 hrs  1824 hrs  2506 hrs  1864 hrs 

DGS operation  3671 hrs  1763 hrs  1678 hrs  3614 hrs 

Renew. Energy 

penetration 69.15%  66.83%  62.62%  66.55% 

Dumping 

energy (kWh) 1183  1375.2  1620.3  1414.5 

BESS self disch.  high  low  low  high 

DGS operation  variable  rated  rated  variable 

BESS expected 

life‐cycle low  moderate moderate  low 

Expected 

maint. cost high  low  low  high 

Conclusions

The paper has modeled few PMSs and it has compared 

the  performances  of  them.  The  paper  has  also 

presented the  insight complexities  in the model of the 

PMSs.  Moreover,  the  impact  of  converter  reactive 

power on BESS charging  is  incorporated  in  the study. 

The performance  analysis,  based  on  case  studies  and 

long  term  simulation,  indicates  that  the  PMS‐B  is 

comparatively better PMS than that of the others. The 

study  further  illustrates  the  situation  and  impact  of 

BESS  self‐discharge,  SOE  condition  of  BESS  at 

maximum  and  minimum  level,  hours  of  DGS 

operation  and  frequent  start/stop  of  DGS.  Thus,  the 

analysis  has  figured  out  few  sensitive  parameters, 

which  need  to  be  taken  into  account  during  system 

design and feasibility study. In this study the necessity 

of sizing optimization for the  IMG  is focused, so  that, 

the optimal sizes and the optimal power management 

strategy can be determined effectively by utilizing the 

flowcharts of the PMSs. 

ACKNOWLEDGEMENT

The  first  author  would  like  to  thank  Ministry  of 

Training,  Colleges,  and  Universities,  Ontario,  and 

Natural  Sciences  and  Engineering  Research  Council 

(NSERC),  Canada,  for  awarding  Ontario  Graduate 

Scholarship  (OGS)  and Canada Graduate  Scholarship 

(Doctoral), respectively. 

REFERENCES 

Arriaga M., Canizares C. A., and Kazerani M. “Re‐newable 

energy  alternatives  for  remote  communities  in northern 

ontario, Canada.”IEEE Trans. on Sust. Energy 4(3); (2013): 

661−70. 

Ashari  M.,  Nayar  C.  V.  “An  optimum  dispatch  strategy 

using  set  points  for  a  photovoltaic  (PV)‐diesel‐battey 

hybrid power system.” Solar Energy 66(1); (1999): 1−9. 

Bagen,  Billinton  R.  “Evaluation  of  different  operating 

strategies  in  small  stand‐alone  power  systems.”  IEEE 

Trans. Energy Convers 20(3); (2005): 654−60. 

Barley  C.  D.,  Winn  C.  B.,  “Optimal  dispatch  strategy  in 

remote  hybrid  power  systems.”  Solar  Energy  58(4‐6); 

(1996): 165−79. 

Bernal‐Agustin  J.  L,  Dufo‐Lot’pez  R.  “Simulation  and 

optimization  of  stand‐alone  hybrid  renewable  energy 

systems.”  Renew  and  Sust  Energy  Rev.  13(8);  (2009)  : 

2111−18. 

Bhuiyan  F.  A.,  Yazdani  A.  “Reliability  assessment  of  a 

wind‐power system with integrated energy storage.” IET 

Renew Power Generation 4(3); (2010); 211−20. 

Drouilhet S.,  Johnson B. L., Drouilhet S. and  Johnson L.: “A 

battery  life  prediction  method  for  hybrid  power 

applications.” National  Renewable  Energy  Labora‐tory, 

US  Dept.  Energy,  Chicago,  IL  1997;  Contract 

DE‐AC36‐83CH10093. 

Dufo−López  R.,  Bernal‐Agustín  J.  L.  “Design  and  control 

strategies  of  PV‐Diesel  systems  using  genetic 

algorithms.” Solar Energy 79(1); (2005): 33−46. 

Ipsakis D.,  Voutetakis  S.,  Seferlis  P.,  Stergiopoulos  F.,  and 

Elmasides  C.  “Power  management  strategies  for  a 

stand‐alone  power  system  using  renewable  energy 

sources and hydrogen  storage.”  International  Journal of 

Hydrogen Energy 34(16); (2009): 7081−95. 

Page 12: Modeling, Simulation, and Performance Analysis of Power Management Strategies for an Islanded Microg

www.ijesci.org                                                            International Journal of Energy Science (IJES) Volume 3 Issue 6, December 2013 

394 

Katiraei F., Abbey C. “Diesel plant sizing and perfor‐mance 

analysis  of  a  remote wind‐diesel microgrid.”  IEEE  PES 

Gener Meeting 2007; p. 1−8. 

Lee  D.  J.,  Wang  L.  “Small−signal  stability  analysis  of  an 

autonomous  hybrid  renewable  energy  power 

generation/energy  storage  system  part  I:  time‐domain 

simulations.”  IEEE Trans. Energy Convers  23(1);  (2008): 

311−20. 

Lin W. M., Hong C. M.,  and Chen C. H.  “Neural‐network 

‐based  MPPT  control  of  a  stand‐alone  hybrid  power 

generation  system.”  IEEE  Trans.  Power  Elec‐tronics 

26(12); (2011): 3571−81. 

Lujano‐Rojas  J.  M.,  Monteiro  C.,  Dufo‐López  R.,  and 

Bernal‐Agustin  J.  L.  “Optimum  load  management 

strategy  for wind/diesel/battery hybrid power  systems.” 

Renewable Energy44 (2012): 288−95. 

Ohsawa  Y.,  Emura  S.,  and  Arai  K.  “Optimal  operation  of 

photovoltaic/diesel  power  generation  system  by  neural 

network.”  Proc.  of  the  second  international  forum  on 

application of neural networks to power system (1993); p. 

99−103. 

Saha  T.  K.,  Kastha  D.  “Design  optimization  and  dynamic 

performance analysis of a stand‐alone hybrid wind‐diesel 

electrical power generation system.” IEEE Trans. Energy 

Convers 25(4); (2010): 1209−17. 

Subcommittee  P.  M.  “IEEE  reliability  test  system.”  IEEE 

Trans.  on  Power  Appar.  and  Syst.  PAS‐98(6);  (1979): 

2047−54. 

Vrettos  E.  I.,  Papathanassiou  S.  A.  “Operating  policy  and 

optimal sizing of a high penetration RES‐BESS system for 

small  isolated grids.”  IEEE Trans. Energy Convers 26(3); 

(2011): 744−56. 

Weis  T.  M.,  Ilinca  A.  “The  utility  of  energy  storage  to 

improve  the  economics  of wind−diesel  power  plants  in 

Canada.” Renewable Energy 33(7); (2008): 1544−57. 

Yasin A., Napoli G., Ferraro M, Testa A., and Antonucci V. 

“Fuzzy  logic based management of a stand‐alone hybrid 

generator.” Clean Electric Power Confer,  Italy  (2011); p. 

690−6. 

Zhou W.,  Lou  C.,  Lu  L.,  and  Yang H.  “Current  status  of 

research  on  optimum  sizing  of  stand‐alone  hybrid˝ 

solarUwind power generation systems.” Applied Energy 

87(2); (2010): 380−9. 

Zhou  T.,  François  B.  “Energy  management  and  power 

control of a hybrid active wind generator for distributed 

power  generation  and  grid  integration.”  IEEE  Trans. 

Indus. Electronics 58(1); (2011): 95−104. 

Zhu, J.: Optimization of power system operation, Wiley‐IEEE 

Press, 2009. 

HOMER:ʺhttp://www.nrel/gov/HOMER.“ 

HYBRID2:ʺhttp://www.ceere.org/rerl/projects/software/hybri

d2/.“ 

iHOGA:ʺhttp://www.unizar.es/rdufo/hoga‐eng. htm.“ 

INSEL:ʺhttp://www.insel.eu.“ 

RETScreen:ʺhttp://www.retscreen.net/.“ 

TRANSYS:ʺhttp://www.trnsys.com/.“ 

Available  at:“http://climate.weatheroffice.gc.ca/ʺ.  ac‐cessed 

Nov. 2012.