TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol.12, No.5, May 2014, pp . 3586 ~ 35 9 4   DOI: http://dx.doi.org/10.11591/telkomni ka.v12i5.4918          3586     Re cei v ed O c t ober 2 4 , 201 3; Revi se d Decem b e r  15, 2013; Accept ed Ja nua ry 6,  2014   A Reference Compensation Current Control Strategy  for Grid-Connected Inverter of Three-Phase Distributed  Generators      Yunqing Zha ng 1 , Shaoru Zhang 1 *, Pingjun Wang 1 , Lijun  Wang 2 ,  Ruiy e Zhan g 1 ,   Xiaobo Liu 1 , Lingling  Liu 1 , Yuan y u an Wu 1   1 Hebe i Norma l Univers i t y ,   2 Shijiaz h u a n g  Mana geme n t Dep a rtment for Road a nd Bri d ge,   NO.20 Roa d  East of 2nd Ri ng  S outh, Shiji az hua ng, 03 11-8 078 73 00   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : shaoruz ha ng @hotmai l .com       A b st r a ct   Ren e w able  e n e rgy res ourc e s  (RES) are  b e i ng i n cre a sin g ly  conn ected  in  distrib u tion  sys tems  by  utili z i n g   pow er  electro n ic co n v erters. How e v e r, the  exte nsi v e use  of pow er el ectronics  has res u lted  in  a  rise in p o w e r qua lity (PQ) concer ns faced  by the ut ility. A novel co ntro l strat egy impl ementi ng refer enc e   compe n satio n   current w a s pr opos ed i n  this  pap er. So  that these gri d -c onn ect ed i n ver t ers can ach i e v e   max i mu m  ben efits w hen th e y  w e re insta l l ed i n  3- ph ase  4-w i re d i strib u tion syst ems.  The i n verter  is   control l ed  to p e rform as  a  mu lti-f uncti on devic e  by inc o rpor ating   acti ve  pow er fi lter  functio nal ity. T h e   inverter c a n  th us b e  uti l i z e d   as: 1) p o w e r c onverter  to  tra n sfer activ e  p o w er from  RES  to the  grid,  an d 2)   loa d  reactive  pow er de ma n d  supp ort; 3) current  har monics co mpen sation at PC C; and 4) cu rrent  unb ala n ce  a n d  ne utral  curre n t  co mpe n sati o n  i n  c a se  of 3- phas e  4-w i re s ystem. M o reov er, w i th a deq u a te   control of gr id -interfaci ng i n v e rter , all the f our ob jectiv es  can be  acco mp lish ed  eithe r  indiv i du al ly or   simulta neo usly . Simu latio n  an d exper i m e n tal  results show  the val i dity a nd  capa bil i ty of the nove l  pro pos e d   control strategy.     Ke y w ords : gri d -con necte d in verter, referen c e co mp ens ati on curr ent, po w e r qual ity (PQ), active pow e r   filter (APF ), distributed g e n e ra tors      Copy right  ©  2014 In stitu t e o f  Ad van ced  En g i n eerin g and  Scien ce. All  rig h t s reser ve d .       1. Introduc tion  With the con s umptio n of e nergy, ai r poll u tion,  global  warming  con c erns, it is  ne ce ssary   to exploit and utilize the renewabl e energy resources (R ES), such as solar  po wer, tidal power,  and geoth e rmal  po we r a nd so on  [1 -3].  The market  liberalization a nd  gov ernment’s in ce ntives  have furthe r accele rated t he re n e wable  energy secto r  gro w th.   Ren e wable  energy re so urce (RES)  integrate d  at  distrib u tion  level is termed a s   distrib u ted g enerators  (DG). The   utility is con c ern ed du e to t he hig h  pe n e tration l e vel of  intermittent RES in distribution system s  as it may  pose a threat to network  i n  terms of stability,  voltage re gul ation an d po wer-q uality (PQ) issu es .  Therefore, th e DG  sy stem s are requi re d to  comply with  stri ct techni cal and re gul atory frame w orks to en su re safe, relia ble and effici ent  operation of overall net wo rk. With the  advan ceme nt in powe r  el ectro n ics an d digital cont rol   techn o logy, the DG  syste m s can no w  be actively  controlle d to e nhan ce the  system ope rati on   with imp r ove d  PQ at  the p o int-of-com m on-cou p lin g (PC C ) .  However ,  the  extensive use of  po we r  electroni cs  b a se d eq uipm ent and  non -linea r lo ads  at PCC  re sults i n  ha rmonic  cu rre n ts,  unbal an ced v o ltage, poo r  power fa ctor,  powe r  lo sse s  and oth e r p o we r quality  disturban ce s  [1 - 2].  Gene rally, current contro lled voltage  sou r ce inv e rters a r e u s ed to inte rf ace th e  intermittent RES in distrib u ted syste m . Recently , a few co ntrol strategie s  for  grid conn ect ed  inverters in co rpo r ating PQ  solution h a ve been p r o p o se d. In [3]  an inverte r  o perate s  a s  a c tive  indu ctor at a  certain freq uen cy  to absorb the ha rm onic  curre n t. But the exa c t cal c ulatio n  of  netwo rk i ndu ctan ce in  re al-time is  difficult  and  ma y deteriorate  the cont rol  perfo rman ce.  A  simila r ap pro a ch  in  whi c h  a shunt  acti ve filter  a c ts as  active  condu ctan ce t o  dam p o u t the  harm oni cs in  distrib u tion n e twork is p r o posed in [4].  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Refere nce Com pen satio n  Curre n t Co ntrol Strateg y  for Grid -Con necte d… (Yu nqing Zh ang )  3587 The  non -line a r lo ad  cu rre n t ha rmoni cs  may re sult i n  voltage  harmonics  and  can  cre a te   a se rio u s PQ  pro b lem in  the po we r  system netwo rk. Active po we r filters (APF) are  extensiv ely   use d  to com pen sate the load current h a rmo n ics  and  load unbal a n ce at di strib u tion level. This  results in an  addition al hardwa r e cost.   The featu r e s   of APF was inco rpo r ate d  i n  t he co nvent ional  i n verter interfaci ng re newable   with the  gri d , witho u t any  addition al ha rdwa re  co st in  this  pap er.  And a  novel  control  strate gy   impleme n ting  referen c e compen satio n  curre n t wa s prop osed.  Here, the m a in idea i s  t h e   maximum util ization  of inverter  ratin g  which i s  m o st  of the time u nderutilize d  d ue to inte rmit tent  nature  of RE S. It is shown in this pa p e r that  the g r id-co nne cted  inverter  can  effectively be  utilized to perform followi ng import ant  functions: 1) as  a power converter  t o  transfer active   power from  RES to the grid, and 2) a s  a shu n t APF to compen sate current unbal an ce, load   curre n t ha rm onics, lo ad  re active p o wer  deman d a n d   load  neutral  current. All of t hese fun c tion s  may be a c co mplish ed eith er individ ually  or  simultan e ously. With  such  a control,  the co mbinat ion  of grid - co nn ected i n verte r  and th e 3-p hase 4- wire l i near/n on -line a r un bala n ce d load at P C C   appe ars a s  b a lan c ed li nea r loa d  to the  grid. Th e  sim u lation a nd e x perime n tal result s confirme d   the validity a nd capability of the  novel proposed co ntrol strategy  for grid - connected  invert er  whe n  they installed in 3-p h a se 4 - wi re di stribute d  gen erato r s.       2. Rese arch  Metho d   2.1. Sy stem  Des c ription   The pro p o s e d   sy stem co nsi s ts of RES  interfa c ed  to  the dc-lin k  of  a   gri d -co nne cted   inverter a s  shown in Figu re 1. A set of 3-pha se a n d  1-pha se lo a d s are co nne cted to the grid.  The voltage  sou r ce invert er is  a key e l ement of  a  DG  system a s  it interfa c e s  the rene wa ble   energy sou r ce to the grid and, it delivers the  ge nera t ed powe r  by  DG system t o  the grid. The  grid -conn ecte d inverte r  i s   con n e c ted to  the g r id   at  PCC via filter inductor,  which can  reduce  swit chin g fre quen cy ri pple  of the i n vert er  cu rre nts.  The  RES ma y be a  DC  source  or an   AC  sou r ce with rectifier co upl ed  to dc-lin k.  Usua lly, the  fuel  cell a n d  photovoltai c  ene rgy  sou r ce s  gene rate po wer  at variab le low d c  vol t age, while t he varia b le speed  wind tu rbine s  g ene rate  power at va ri able a c  volta ge. Thu s , the  power  g ene rated from th e s e  rene wa ble  sou r ces nee ds  power  conditi oning  (i.e., dc/dc o r  a c /dc) before  con nectin g  on d c -lin k [5-7]. The dc-cap acit or  decoupl es th e RES from  grid a nd al so  allows ind e p ende nt co ntrol of inverte r s on eithe r  si d e  of  dc-li n k.           Figure 1. Sch e matic of Pro posed Rene wabl e Based Distribute d  Ge neratio n System      2.2. Propose d  Control Ari t hmetic   2.2.1. DC-Lin k Voltage an d Po w e r Con t rol Oper atio n  Due  to the  in termittent nat ure  of  RES, the  g ene rated  po we r i s  of  variable  natu r e. T h e   dc-li n k pl ays  an impo rtant role in tra n sfe rrin g   this vari able po we r from ren e wabl e energy sou r ce   to  the  grid. RES  are rep r esented as curre n t  so u r ces conn ecte d to the dc-l ink of a gri d -   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3586 – 35 94   3588 interfaci ng in verter. Fig u re  2 sh ows th e  system at ic  repre s e n tation  of power t r a n sfer from th e  rene wa ble e nergy resou r ce s to the g r id via t he d c -lin k. The  current inje cte d  by rene wa ble   energy re sou r ce s into d c -li n k at voltage  level can b e  given as:     dc RES dc V P I 1                                                                                                                                                 (1)    Whe r e  RES P is the power ge ne ra ted from RES .           Figure 1. DC-Link Equival e nt Diagram       The cu rrent flow on the oth e r sid e   of dc-l ink can be re pre s ente d  as:     dc Loss G dc inv dc V P P V P I 2                                                                                                              (2)    Whe r e inv P ,  G P  and  Loss P  are total p o we r availabl e at grid -inte r facin g  invert er si de, activ e   power su ppli ed to th e  grid   and i n verte r  l o sse s , resp e c tively. If inverter l o sse s   are ne gligibl e , then G RES P P .  In additional,  based o n  the energy co nse r vati on la w, as for as the whole system in  Figure 1 is co nce r ne d, (3)  must hold:     0 L Loss s RES P P P P                                                                                                                (3)    Whe r e s P  and   L P  are  total p o we r avail a b l e at PCC  b y  grid  gen erated, an d to tal po wer  con s um ed by  load, respe c tively.    2.2.2. Proposed Co ntrol  Arithme t ic   a) The g r id -conne cted inv e rter p e rfo r m s  the functio n  as a sh unt APF  The p r opo se d cont rolle r i s  ba sed  on t he re quireme nt that the so urce current s need to  be bala n ced,  undisto r ted,  and in pha se with the  source voltag es. The fun c tions of the grid - con n e c ted in verter  are:  1) to unitize  su pply po we r f a ctor;  2) to  minimize ave r age  real p o w er  con s um ed o r  sup p lied by the grid -con n e cted inve rter; 3) to comp e n sate h a rm o n ics and  rea c tive   curre n ts. To   carry out th e  function s, the  de sire d thre e-ph ase  sou r ce  cu rre nts  o f  (4)  mu st be  in   pha se with th e sou r ce voltage s of (5):     ) 120 sin( ) 120 sin( ) sin( t I i t I i t I i m sc m sb m sa                                                                                                          (4)    ) 120 sin( ) 120 sin( ) sin( t V v t V v t V v m sc m sb m sa                                                                                                           (5)    Lo s s G in v P P P G P RE S P Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Refere nce Com pen satio n  Curre n t Co ntrol Strateg y  for Grid -Con necte d… (Yu nqing Zh ang )  3589 Whe r e V m  a nd   are the  voltage mag n itude a nd the ph as e an gle of the  source voltag es  respe c tively. Und e r the  co ndition s that the loa d   activ e  po wer i s   su pplied by the  sou r ce an d the   grid -conn ecte d inverte r  do es n o t provid e or  co nsum e  any re al po wer, it is  req u ired to d e termi n e   the current  m agnitud e  Im from the  sequ e n tial  in stanta neou s volta g e  an d  real  po wer  comp one nts  sup p lied  to t he lo ad. A c cordin g to  the  symmet r ical -co m po nent t r an sform a tion  for th e th re e- pha se ro ot mean squa re (rms)  curre n ts  at each  h a rm onic o r de r, the three - ph ase instanta neo us  load current s can b e  expre s sed by:    K k i i i i n lkn n lkn n lkn lk , 1 0 1 1                                                                                        (6)    In (6), K = { a , b, c}; 0, +, and -  stand f o r zero -, po si tive-, and ne gative-sequ e n ce  com pon e n ts,  respe c tively,  and n re pre s ents the fun damental (i.e ., n = 1) and the harmo nic compo n e n ts.   Since th e ave r age  real p o wer  con s u m ed   by the lo a d  ove r  o n e  pe r i od  o f  time   T  mu s t  be   s u pp lied  by the source  and it requi res that th e gri d -conn ecte d i n verter  co nsu m es or su ppli e s  n u ll  ave r a ge  real po we r, (7 )–(11) m u st h o ld:    f l s p p p                                                                                                                                       (7)    T K k sk sk s dt i v T p 0 1                                                                                                                        (8)    T K k lk sk l dt i v T p 0 1                                                                                                                     (9)    0 f p                                                                                                                                                        (10)      l s p p                                                                                                                                                        (11)    Substituting  (6) into  (9 ) yie l ds the  su m o f  t he fundam ental an d the  harm oni c po wer term s at  the  three sequ ent ial comp one n t s, as given in  (12):     0 0 1 1 1 lh lh lh l l l l p p p p p p p                                                                                          (12)    Whe r e:     2 3 1 1 0 1 0 1 m m sk T K k sk lk T K k sk l I V dt i v T dt i v T p                                                         (13)    And,  0 0 0 1 1 lh lh lh l l p p p p p                                                                                                      (14)    Each p o wer term in (1 4 )  is dete r mi ned ba se d  on the orth o gonal the o re m for a pe ri odic   sinu soi dal fun c tion. Then, (9) be com e s:     T K k sk sk l s dt i v T p p p l 0 1 1                                                                                                 (15)    By (11), (13 ) , and (15 ) , the desi r ed so urce cu rr ent magnitud e  at each ph ase is determi ned  to  be:  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3586 – 35 94   3590 m T K k lk sk m l m TV dt i v V p I 3 2 3 2 0                                                                                                           (16)    and the source curre n ts of (4)  can b e  expre s sed by:    K k v V p V v I i sk m l m sk m sk , ) ( 3 2 2                                                                                              (17)    The req u ired curre n t  comp ensation at  e a ch   ph ase by  the  grid -conn ected  inve rter is the n   obtaine d by subtra cting the  desired sou r ce curr ent fro m  the load cu rre nt as given  in (18):     K k v V p i i i i sk m l lk sk lk fk , ) ( 3 2 2                                                                                    (18)    The ave r age  real p o we r con s um ed  or suppl i ed  by the grid -con ne cted in verter i s   expre s sed a s :    dt i v T p fk T K k sk f 0 1                                                                                                                          (19)    Substituting (18) into (19)  yields:     0 2 ) ( 3 ) ( 3 2 1 ) ( 3 2 1 2 2 2 0 2 0 l l m m l l T K k sk m l lk T K k sk f p p V V p p dt v T V p dt i v T p  (20 )     Therefore, th e grid -co nne cted inverter d oes  n o t con s ume or suppl y average re al powe r   whe n  it performs the fun c tion as a  shu n t APF.  b) th e g r id -conne cted  inv e rter pe rform s  the   fun c tio n  a s   a p o we r  conve r ter to tra n sfe r   active po wer  from RES to the grid.   Whe n  the ge nerate d  po we r by RES is not equal  to zero, the inverter will start i n jectin g   active po wer  from RES. And wh en the  gene rated  p o w er i s  mo re than the loa d  power de man d ,  the additional  powe r  will feed ba ck to the grid. The  active powe r  sup p lied by  the inverter is  determi ned b y  the dc bu s voltage. The  differen c e of  the actu al dc-l ink voltage a nd refe ren c e  dc- link voltage i s  given to a PI controller to main tain a con s tant d c -lin k voltage  under varyi n g   gene ration  a nd loa d   con d itions. T h e  PI cont rolle r then  gen e r ates the  re feren c e  cu rrent  magnitud e  co rre sp ondi ng to the output a c tive power o f  RES.    2.2.3. Av era g e Models of Four-Le g  Voltage - Sourc e  In v e rter   The  avera g e  model  of  4-leg inve rter  can   be  obtai ned  by the f o llowin g   stat e spa c e  equatio ns:     sh sa Inva Inva L v v dt di                                                                                                                               (21)    sh sb Invb Invb L v v dt di                                                                                                                                (22)    sh sc Invc Invc L v v dt di                                                                                                                                (23)    sh sn Invn Invn L v v dt di                                                                                                                                (24)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Refere nce Com pen satio n  Curre n t Co ntrol Strateg y  for Grid -Con necte d… (Yu nqing Zh ang )  3591 dc Invnd Invcd Invbd Invad dc C i i i i dt dV                                                                                        (25)    Whe r e  Inva v ,  Invb v ,  Invc v  an d  Invn v are th e thre e-ph ase a c  switchi ng volta ges  gene rate d on th e   output te rmi nal of i n vert er. Th ese in verter   output  voltage s  ca n be  mo del ed in  term s of  instanta neo u s  dc b u s volta ge and  swit ch ing pul se s of the inverter a s :    dc Inva V P P v 2 4 1                                                                                                                                (26)    dc Invb V P P v 2 6 3                                                                                                                               (27)    dc Invc V P P v 2 2 5                                                                                                                                (28)    dc Invn V P P v 2 8 7                                                                                                                               (29)    Similarly the cha r gin g  cu rrents  Invad i ,  Invbd i ,  Invcd i , and  Invnd i on dc bu s du e to the each  leg of inverter can be exp r e s sed a s :    ) ( 4 1 P P i i Inva Invad                                                                                                                           (30)    ) ( 6 3 P P i i Invb Invbd                                                                                                                              (31)    ) ( 2 5 P P i i Invc Invcd                                                                                                                              (32)    ) ( 8 7 P P i i Invn Invnd                                                                                                                           (33)    The  swit chin g pattern of  each IGBT i n sid e  inve rte r  can  be fo rmulated  on t he b a si s  of  error  betwe en a c tu al and refe re nce  curre n t of inverter, whi c h can be ex plaine d as:   If  b Inva Inva h i i * , then S 1  u pper  swit ch  will be OFF (P 1  = 0) and lowe r switch  S 4  will   be ON  (P4 =  1) in the pha se “a” le g of inverter.   If  b Inva Inva h i i * , then S 1  u pper switch  will b e  O N   (P 1  =  1)  and  lo wer  switch S 4  will  be OFF (P4  = 0) in the pha se “a ” leg of i n verter.   Whe r e h b  is the width of hystere s is b a n d . On  the sa me prin ciple,  the switchi n g pulse s  for the other  remainin g thre e legs  can b e  derived.       4. Results a nd Discu ssi on   4.1. Block Di agram of the  Proposed Controller   Figure 3 de picts the  blo ck di ag ram  of the  control circuit ba sed o n  the  prop osed   approa ch to fulfill the fun c tion of the referen c e  co mpen sation  current cal c ul ator. The so urce   voltages a r e  input to a ph ase - lo cked -lo op  (PLL ), wh ere the p e a k  voltage mag n itude V m , the   unity voltage s  (i.e.,   m sk V v  )  and  the p e rio d  T  are  ge ne rate d.  The  avera ge real  po we r of th e  load  con s u m ed is calculat ed by u s in g the Equ a tion  (15 )  an d i s  in put to a divid e r to o b tain t he  desi r ed  so urce cu rrent am plitude I m  in (16). DI  denot es the  cal c ul at ion of defini t e integral  (DI).  The  d e si red   source cu rrent s  in (1 7) and referen c e  co mpen sation  currents of the  grid -conn ect e d   inverter in  (18 )  are  co mput ed by usi ng the vo ltage m agnitud e  and  the unity voltage s (b ecau se of  the po we r lo ss a nd the  po wer ge nerate d  by RES,  th e a c tual  sou r ce  cu rrent m agnitud e  sho u ld  be equ al to  I’’ m  +I m ). These referen c e  compen satio n   curre n ts a r e  given to HCC. The hystere s is  controlle r the n  ge ne rate s t he  swit chin g  pulses (P 1  to P 8 ) fo r the  g a te d r ives of  the bidi re ctio nal   swit che s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3586 – 35 94   3592 3 2 t si n 1 12 0 t si n 1 120 t si n 1 a p l p b p c p m I m V T la i lb i lc i sa v sb v sc v m I m I * sa i * sb i * sc i sa i sb i sc i * sn i sn i   Figure 3. The  Propo sed  Co ntrol Strategy       4.2. Simulati on Results  In ord e r to  verify the p r o posed  cont ro l app roa c h t o  a c hieve  m u lti-obje c tives for g r id   interfaced DG  system s co nne cted  to  a  3-ph ase 4-wire netwo rk, an   extensive si mulation  stud y is   carrie d out u s ing MA TLA B /SIMULINK. A 4-leg  cu rrent  controlle d voltage  so urce inve rter is  actively co ntrolled to a c hi eve bala n ce d sin u soidal  grid  cu rre nts at unity po wer facto r  (UPF)  despite of highly unbala n c ed no nline a r  load at  PCC un de r varying re ne wable gen erating   con d ition s . A RES with v a riabl e outp u t  powe r  i s   conne cted  on  the dc-lin k  of grid -interfa cing   inverter. An  unbal an ced  3-ph ase 4 - wi re n online a r  load, who s e  unbal an ce,  harm oni cs, a n d   rea c tive po wer n eed to  be  com pen sate d, is  con n e c ted at P CC. T he waveform s of g r id volt ag e   ( v sa ,  v sb , and   v sc ), unbala n ce d load cu rre nts( i la ,  i lb , and  i lc ), grid  cur r e n ts ( i sa ,  i sb , and  i sc ) a nd  inverter c u rrents   ( i Inva ,  i Invb , and  i Invc ) are  sho w n in Fig u re 4.           (a) g r id v o ltag e      (b) u nbal an ce d load current s      (c ) grid  cu rre nts       (d) inv e rter  c u rr ents   Figure 4. Simulation Results      Initially, the grid-connected in verte r  i s  n o t  con n e c ted t o  the  network (i.e., the l oad  po wer  deman d is to tally supplie d  by the grid  alone ). Th e r e f ore, befo r e t i me 0.56 s, the grid  cu rren t  profile in  Figu re 4 ( c) is i d e n tical to the l oad  curr e n t p r ofile of Fig u re 4(b ) . At t =  0.56s, the  gri d - con n e c ted in verter is con necte d to the network. At   this instant the invert er starts injecting the  curre n t in su ch a way that the profile of  grid  current starts changi n g  from unb al anced no n linear  to balan ced  sinu soi dal cu rre nt as  sho w n in Fi gure  4(c). As the i n verter  also  sup p lie s the l oad   neutral  cu rre nt demand, th e grid ne utral  curre n t beco m es  zero aft e r 0.56 s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     A Refere nce Com pen satio n  Curre n t Co ntrol Strateg y  for Grid -Con necte d… (Yu nqing Zh ang )  3593 At t = 0.5 6 s,   the inverte r   starts i n je cting   active  po we r gen erate d  from  RES. Since th e  gene rated  po wer is mo re t han th e lo ad  power  dem an d, the a dditio nal p o wer i s  f ed b a ck to  th e  grid. Mo reov er, the g r id-i nterfaci ng in verter al so  supplie s the l oad rea c tive power d e m a n d   locally. Thu s , once the in verter is in o peratio n, the grid only su pplie s/re ceive s  fundam ent al  active po wer.   At t = 0.73s,  the active p o we r from  RES is  increa sed to evaluat e the pe rformance of   system un de r variable p o w er g ene rati on from RE S. This resul t s in incre a sed magnitu d e  o f   inverter curre n t. As the  lo ad p o wer  de mand i s   c o n s ide r ed  a s   consta nt, this  addition al po wer  gene rated  fro m  RES flows  towards gri d ,  whi c h  c an  be  notice d  fro m  the in cre a se d mag n itude  of  grid current a s  indi cated by  its profile.   Thus fro m  th e si mulation   results, it i s   evi dent that t he g r id -  con n e cted  inverte r   can  be   effectively used to co m pen sate the  load  rea c tive powe r , current unbal ance and current  harm oni cs in  additio n  to  active p o wer inje ction  fro m  RES. Thi s  ena ble s  the  grid  to  sup p ly/  receive sin u soidal an d bal anced po we r at UPF.    4.3. Experimental Results  To demo n st rate the fast d y namic respo n se of the g r i d -conn ecte d inverter b a se d on the   prop osed  co ntrol st rategy , an experi m ental  setup i s  devel ope d  whe r e the  6170 3 Chro ma  Programma bl e AC sou r ce  is used a s  the three ph ase sup p ly. The sen s o r  unit  con s ist s  of LEM  LA 55 -P Hal l -effect  cu rre nt se nsors a nd LE M  LV 20-P  Hall -effect voltag e  sen s o r s for  the  measurement  of the sou r ce  an d loa d  cu rr ents, and  the so urce  a nd  d c -lin k  voltag es,   respectively.  The digital si gnal processi ng  board  dSPACE DS1103 im plements the proposed  control algo ri thm in MATLAB/SIMULINK environm e n t with the sampling freq uen cy of 50kHz.   The ADCs an d DA Cs  of DS1103 p r ovid e the di sc reti zed  mea s u r e m ent si gnal s  for the dSPA CE-  MATLAB/SIMULINK  platfo rm a nd th e  analo g  refe rence curre n ts  for  the hystere s i s  cu rrent  controlle r, re spe c tively. Base d on th e  differen c e  b e twee n the  referen c e  and  actual  so urce  curre n ts, the  analog hy stere s is  cu rre n t  controlle r d e cid e s the  switchi ng stat e for the gri d -  con n e c ted in verter.   Two differen t  loads are  con s ide r ed  for  this experim ental st udy, Load-1: 6-pul se  uncontroll ed rectifier with a n  R-L loa d  of (60+j ω 0.1)H, and Load-II:  combi nation  of 3-phase R-L  load of (60 + j ω 0.1)H in p a rallel  with a 6-pul se u n co ntrolle d rectifier with  an R-L load  of  (60 + j ω 0.1)H. The  pe rforma nce of  t he de veloped g r id - con necte d in verter  system  for these two   different lo ad  co ndition s i s  eval uated  for th e  stead y state a nd t he dyn a mic  con d ition s . T h e   measurement s are orde rly sho w n in  th e  four o scill oscop e  su b-sc reen s as  (a ) source voltag e s ,  (b)  sou r ce cu rre nts, (c) loa d  curre n ts,  (d ) injecte d  cu rrents an d dc-li n k voltage.          Figure 5. The  Performa nce  of Grid-con n e cted  Inverter with  Load -I  Figure 6. The  Performa nce  of Grid-con n e cted  Inverter with  Load -II      The experi m ental re sults for the grid- conne cted i n verter  with the prop osed  control   scheme  with   Load -I an d L oad-II a r e  re spe c tively sh own i n  Fig u res  5-6. T he  sou r ce voltag e i s   sinu soi dal wit h  the pea k a m plitude of 7 0 V and fr eq u ency of 50 Hz. With Load-I,  the load cu rrent  is hig h ly di storted  with a  total ha rmoni c dist o r tion  (T HD) of  25.7 %  and the  p eak  amplitu d e  of  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 5, May 2014:  3586 – 35 94   3594 2.2A. Where a s, with Lo ad -II the load current TH D is 18% with the pea k amplit ude of 3.25A  as  the linea r loa d  is in pa rall e l  with the dio de re ct ifier.  With gri d -  co nne cted inve rter, the so urce is   relieved  of the harm oni cs  and rea c tive curre n ts,  and  is req u ired to sup p ly only  the fundame n tal   active cu rrent s. Hen c e, the  source  curre n ts ar e  sinu soidal with the  THD of 2.9 %  and 2.6% for   Load-I  and Load-II, respectively.  T he source  current   THD will be wi thin the  permissi ble limit  of  5%. This pre v ents the introdu ction of harmo nics in  the grid an d there b y impro v es the qualit y of  the power bei ng delivered.       5. Conclusio n   This  pap er  h a s p r e s e n ted  a novel  co n t rol for  an e x isting g r id-conne cted i n verter to   improve the  quality of power  at  PCC for a 3-pha se  4-wi re DG system. It has been sho w n  that   the grid-connected i n verter can  be effectively utilized f o r  power conditioning wi thout affecting i t s   norm a l ope ration of real  powe r  tran sfer. The g r i d -conn ecte d  inverter wit h  the prop o s ed  approa ch can  be utilized to :  a)  inject re al po wer g ene rate d from RES to the grid, an d/or,   b)  operate as a  shu n t Active Powe r Filter (APF).  This ap pro a ch thu s  eli m in ates th e n e e d  for ad dition al po we r  co n d itioning  eq ui pment to  improve the  quality of powe r  at PCC. Ex tensive MATLA B /SIMULINK simulation  and   experim ental  re sults  hav e validated t he p r opo s e d  app roa c h a nd have  sh o w n that the   grid- connected inverter can be  utilized  as a  multi-function device.   It is furth e r  demon strated  that the  cu rre nt un bala n ce,  cu rrent  harmoni cs  and l oad   rea c tive power, due to un balan ce d and  non-lin ea r lo ad co nne cted  to the PCC, are  comp en sated   effectively su ch that th e g r id sid e   curren ts are al ways maintain ed a s  bal an ced  a nd si nu soid al  at  unity po wer f a ctor.  Mo reov er, the  loa d  n eutral  current  is prevented   from flo w ing  i n to the  gri d   si de   by comp en sa ting it locally from the fourt h  leg  of inverter. Whe n  the  powe r  ge nerated from  RES  is more than t he total load  power de man d , the grid -interfaci ng inve rter with the p r opo sed  cont rol  approa ch not  only fulfills  the total load active and  reactive po wer d e man d  (with harm o nic  comp en satio n ) but also d e livers the e x cess ge ner a t ed sinu soid a l  active powe r  to the grid at  unity powe r  factor.       Ackn o w l e dg ements   This  wo rk was fin a n c ially su ppo rted  by  the Natural Scie nce  Found ation  of He be i   Province (E2 0132 0517 3),  Educatio nal  Commi ssion  of Heb e i Province  (20 0 9 141), a nd P h D  Found ation of  Hebei  Norm al University (L200 8B04 ) .      Referen ces   [1]    Guerrero JM, De Vicu na LG, Ma tas J, Castilla M, Miret J. A  w i re less co ntroll er to enh ance d y n a mi c   performa nce  o f  paral lel  inv e r t ers in   distrib u t ed g ener atio n  s y stems.  IEEE Trans. Power Electron.   200 4; 19(5): 12 05-1 213.   [2]    Enslin JHR, Heskes PJM. Harm onic int e racti on bet w e e n  a large n u m ber of  distribute d  po w e r inverter s   and the  distrib u tion n e t w ork.  IEEE Trans. Power Electron.  2004; 19( 6): 158 6-15 93.   [3]    Borup U, Bl a abj erg F ,  Enj e ti PN. Shari ng of no nl ine a r loa d  in  pa ralle l-co nnecte d three- phas e   converters.  IEEE Trans. Ind.  Appl.  20 01; 37( 6): 1817- 18 23.   [4]    Jintakos on w i t  P, F u jita H, Akagi H, Og asa w a r a S. Impl e m entatio n a n d  per forma nce of  coop erativ e   control  of shu n t active fi lters  for harmo nic  dam p i ng  throu gho ut a p o w e r  distrib u tion  s ystem.  IEEE  T r ans. Ind. Appl.  200 3; 39(2):  556-5 64.   [5]    Blaa bjer g F ,   T eod orescu R,  Liserre M, T i mbus  A V. Overvie w  of contro l   and gri d  s y nc hron izatio n for  distrib u ted p o w e r gen erati on s y stems.  IEEE Trans. Ind. Electron . 2006; 5 3 ( 5): 1398- 14 09 .  [6]    Carrasco  JM, F r anqu elo  LG, Bial asie w i cz J T , Galv án E, Guisa do R C P, P r ats MÁM, Leó n JI, Alfon s o   N M. Po w e re le ctronic s y stem s for the grid  i n tegr ati on of r ene w a b l e e ner g y  s ourc e s: A surve y .  IEEE   T r ans. Ind. Electron.  2006; 5 3 ( 4): 1002- 10 16 .  [7]    Renders B, De Gusseme K,  R y ck aert W R , Stockman K, Vand ev el de  L, Boll en MHJ .  Distribute d   gen eratio n for  mitigati ng vo lta ge d i ps  i n  lo w - voltag e distri bu tion gri d s.  IEEE Trans. Power. Del.  20 08;   23(3): 15 81- 15 88.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.