OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION
Microgrids have become essential in modern power systems, enabling reliable and sustainable energy distribution while operating independently or with the main grid. The growing integration of renewable sources like photovoltaic (PV) and wind energy, along with battery storage, necessitates advanced...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/572 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1856543199652216833 |
|---|---|
| author | Mogilicharla, Veera Narasimha Murthy Gudapati, Sambasiva Rao |
| author_facet | Mogilicharla, Veera Narasimha Murthy Gudapati, Sambasiva Rao |
| author_sort | Mogilicharla, Veera Narasimha Murthy |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-12-31T13:24:56Z |
| description | Microgrids have become essential in modern power systems, enabling reliable and sustainable energy distribution while operating independently or with the main grid. The growing integration of renewable sources like photovoltaic (PV) and wind energy, along with battery storage, necessitates advanced control strategies for efficient power management and grid stability. This paper presents an optimized power flow control strategy for a PV-Wind-Battery hybrid microgrid using a Voltage Source Converter (VSC) to regulate active and reactive power while maintaining DC link voltage stability. A Proportional-Integral (PI) controller plays a crucial role in ensuring system performance under varying conditions. However, conventional PI tuning is challenging due to the nonlinear nature of renewable energy sources. To overcome this, an optimized tuning approach based on the Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm is proposed. Inspired by the social structure and hunting behaviour of grey wolves, GWO efficiently balances exploration and exploitation to determine optimal control gains. The PV system employs Perturb and Observe (P&O) Maximum Power Point Tracking (MPPT), while an adaptive P&O MPPT strategy is used for wind energy to maximize power extraction. The battery storage system dynamically switches between charging and discharging to maintain power balance. The GWO-based PI controller is compared with conventional methods, including Ziegler-Nichols (ZN), Genetic Algorithm (GA), and Particle Swarm Optimization (PSO). Simulation results demonstrate superior transient response, reduced steady-state error, and minimized power fluctuations. Additionally, Total Harmonic Distortion (THD) analysis confirms lower harmonic distortion, enhancing power quality and system reliability, making GWO a promising approach for microgrid optimization. |
| first_indexed | 2026-02-08T07:59:26Z |
| format | Article |
| id | veorgua-article-572 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T07:59:26Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | veorgua-article-5722025-12-31T13:24:56Z OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION ОПТИМІЗОВАНЕ ПРОПОРЦІЙНО-ІНТЕГРАЛЬНЕ КЕРУВАННЯ ДЛЯ РЕГУЛЮВАННЯ ПОТОКУ ПОТУЖНОСТІ ТА НАПРУГИ ПОСТІЙНОГО ЛАНЦЮГА В МІКРОМЕРЕЖІ PV-ВІТРО-АКУМУЛЯТОРНОГО ТИПУ З ВИКОРИСТАННЯМ АЛГОРИТМУ ОПТИМІЗАЦІЇ «СІРИЙ ВОВК» Mogilicharla, Veera Narasimha Murthy Gudapati, Sambasiva Rao Grey Wolf Optimization (GWO), PI Controller Tuning, Power Flow Control, DC Link Voltage Regulation, PV-Wind-Battery Microgrid, Voltage Source Converter (VSC) Control алгоритм оптимізації «Сірий вовк» (GWO); ПІ-регулятор; керування потоком потужності; регулювання напруги постійного ланцюга; мікромережа PV-вітро-акумуляторного типу; керування перетворювачем напруги (VSC). Microgrids have become essential in modern power systems, enabling reliable and sustainable energy distribution while operating independently or with the main grid. The growing integration of renewable sources like photovoltaic (PV) and wind energy, along with battery storage, necessitates advanced control strategies for efficient power management and grid stability. This paper presents an optimized power flow control strategy for a PV-Wind-Battery hybrid microgrid using a Voltage Source Converter (VSC) to regulate active and reactive power while maintaining DC link voltage stability. A Proportional-Integral (PI) controller plays a crucial role in ensuring system performance under varying conditions. However, conventional PI tuning is challenging due to the nonlinear nature of renewable energy sources. To overcome this, an optimized tuning approach based on the Grey Wolf Optimization (GWO) algorithm is proposed. Inspired by the social structure and hunting behaviour of grey wolves, GWO efficiently balances exploration and exploitation to determine optimal control gains. The PV system employs Perturb and Observe (P&O) Maximum Power Point Tracking (MPPT), while an adaptive P&O MPPT strategy is used for wind energy to maximize power extraction. The battery storage system dynamically switches between charging and discharging to maintain power balance. The GWO-based PI controller is compared with conventional methods, including Ziegler-Nichols (ZN), Genetic Algorithm (GA), and Particle Swarm Optimization (PSO). Simulation results demonstrate superior transient response, reduced steady-state error, and minimized power fluctuations. Additionally, Total Harmonic Distortion (THD) analysis confirms lower harmonic distortion, enhancing power quality and system reliability, making GWO a promising approach for microgrid optimization. Мікромережі стали невід’ємною складовою сучасних енергетичних систем, забезпечуючи надійний і стійкий розподіл електроенергії як у режимі автономної роботи, так і при підключенні до основної мережі. Зростання частки відновлюваних джерел енергії, зокрема фотоелектричних (PV) і вітрових систем, у поєднанні з акумуляторними сховищами потребує вдосконалених стратегій керування для підвищення ефективності енергорозподілу та стабільності мікромережі.У цій роботі запропоновано оптимізовану стратегію керування потоком потужності для гібридної мікромережі PV-вітро-акумуляторного типу з використанням перетворювача напруги (VSC), який регулює активну та реактивну потужність, а також стабілізує напругу постійного ланцюга. Ключову роль у забезпеченні стабільної роботи системи відіграє пропорційно-інтегральний (ПІ) регулятор. Проте традиційне налаштування ПІ-регулятора є складним через нелінійність характеристик відновлюваних джерел. Для вирішення цієї проблеми запропоновано використати алгоритм оптимізації «Сірий вовк» (Grey Wolf Optimization, GWO), який ефективно визначає оптимальні коефіцієнти регулятора завдяки поєднанню пошукової та експлуатаційної поведінки.У PV-системі реалізовано метод відстеження точки максимальної потужності (MPPT) «збурення та спостереження» (Perturb and Observe, P&O), тоді як для вітрової системи застосовано адаптивну стратегію P&O MPPT з метою максимізації виробітку енергії. Акумуляторна система автоматично перемикається між режимами заряджання та розряджання для підтримання енергетичного балансу.Результати моделювання показали, що ПІ-регулятор, налаштований за допомогою алгоритму GWO, має кращі перехідні характеристики, меншу похибку в сталому режимі та знижені коливання потужності порівняно з традиційними методами налаштування (Ziegler-Nichols, Genetic Algorithm, Particle Swarm Optimization). Аналіз гармонічних спотворень (THD) засвідчив нижчий рівень гармонік, що сприяє підвищенню якості електроенергії та надійності системи.Таким чином, застосування алгоритму GWO можна вважати перспективним підходом до оптимізації мікромереж у сфері відновлюваної енергетики. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2025-12-27 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/572 10.36296/1819-8058.2025.4(83).18-33 Возобновляемая энергетика; № 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 18-33 Відновлювана енергетика; № 4(83) (2025): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 18-33 Vidnovluvana energetika ; No. 4(83) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 18-33 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2025.4(83) en https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/572/483 Copyright (c) 2025 Vidnovluvana energetika |
| spellingShingle | Grey Wolf Optimization (GWO) PI Controller Tuning Power Flow Control DC Link Voltage Regulation PV-Wind-Battery Microgrid Voltage Source Converter (VSC) Control Mogilicharla, Veera Narasimha Murthy Gudapati, Sambasiva Rao OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION |
| title | OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION |
| title_alt | ОПТИМІЗОВАНЕ ПРОПОРЦІЙНО-ІНТЕГРАЛЬНЕ КЕРУВАННЯ ДЛЯ РЕГУЛЮВАННЯ ПОТОКУ ПОТУЖНОСТІ ТА НАПРУГИ ПОСТІЙНОГО ЛАНЦЮГА В МІКРОМЕРЕЖІ PV-ВІТРО-АКУМУЛЯТОРНОГО ТИПУ З ВИКОРИСТАННЯМ АЛГОРИТМУ ОПТИМІЗАЦІЇ «СІРИЙ ВОВК» |
| title_full | OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION |
| title_fullStr | OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION |
| title_full_unstemmed | OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION |
| title_short | OPTIMIZED PI CONTROL FOR POWER FLOW AND DC LINK VOLTAGE REGULATION IN A PV-WIND-BATTERY MICROGRID USING GREY WOLF OPTIMIZATION |
| title_sort | optimized pi control for power flow and dc link voltage regulation in a pv-wind-battery microgrid using grey wolf optimization |
| topic | Grey Wolf Optimization (GWO) PI Controller Tuning Power Flow Control DC Link Voltage Regulation PV-Wind-Battery Microgrid Voltage Source Converter (VSC) Control |
| topic_facet | Grey Wolf Optimization (GWO) PI Controller Tuning Power Flow Control DC Link Voltage Regulation PV-Wind-Battery Microgrid Voltage Source Converter (VSC) Control алгоритм оптимізації «Сірий вовк» (GWO) ПІ-регулятор керування потоком потужності регулювання напруги постійного ланцюга мікромережа PV-вітро-акумуляторного типу керування перетворювачем напруги (VSC). |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/572 |
| work_keys_str_mv | AT mogilicharlaveeranarasimhamurthy optimizedpicontrolforpowerflowanddclinkvoltageregulationinapvwindbatterymicrogridusinggreywolfoptimization AT gudapatisambasivarao optimizedpicontrolforpowerflowanddclinkvoltageregulationinapvwindbatterymicrogridusinggreywolfoptimization AT mogilicharlaveeranarasimhamurthy optimízovaneproporcíjnoíntegralʹnekeruvannâdlâregulûvannâpotokupotužnostítanaprugipostíjnogolancûgavmíkromerežípvvítroakumulâtornogotipuzvikoristannâmalgoritmuoptimízacíísírijvovk AT gudapatisambasivarao optimízovaneproporcíjnoíntegralʹnekeruvannâdlâregulûvannâpotokupotužnostítanaprugipostíjnogolancûgavmíkromerežípvvítroakumulâtornogotipuzvikoristannâmalgoritmuoptimízacíísírijvovk |