I n d on e s ian   Jou r n al   o f   E lec t r ica l   E n gin e e r in a n d   Com p u t e r   S c ience   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   2022 ,   pp.   680 ~ 689   I S S N:  2502 - 4752,   DO I 10 . 11591/i j e e c s . v 25 .i 2 . pp 680 - 689             680       Jou r n al  h o m e page ht tp: // ij e e c s . iaes c or e . c om   P e r f or m an c e  e n h an c e m e n t  of  a  h ig h - sp e e d   r ai lw ay  su p p ly   sy st e m  w ith   m u lti  m o d u le  c on v e r t e r :  a l ab or at or y  p r o t ot y p e   m od e f or  In d ia n   r ai lw ay s       Ve n k at as u p u r Ve m u l ap at i 1 Ye r r a m   N.   Vij ayk u m a r 2 Nagal am ad ak Vis a l i 1   1 D e pa r tm e nt   of  E l e c tr i c a a nd   E l e c tr o ni c s  E ngi n e e r in g, J a w a ha r la N e hr T e c hn o l o gi c a U ni v e r s it y  A na nt a pur   ( J N T U A )   C ol le ge   of   E ngi ne e r in g, A na nt a pur I ndi a   2 D e pa r tm e nt   of  E l e c tr i c a a nd   E l e c tr o ni c s  E ngi n e e r in g,  S r V e n ka te s w a r a  C o ll e ge   of  E ngi n e e r in g a nd  T e c hn o l o g y  ( S V C E T ) , C hi tt oor I ndi a       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve J a n   7 2021   R e vi s e De c   21 2021   A c c e pt e De c   27 2021       T h e   p r e s en t   I n d i a n   t rac t i o n   s u p p l y   s y s t em ’s   c o m p l i c at i o n s   (n eu t ral   s ec t i o n s   o t h e   c at e n ar y   l i n e   an d   i s s u e s   o p o w e q u al i t y res t ri c t   t h e   g ro w t h   o f   rai l w a y   t ran s p o rt at i o n ,   p art i c u l arl y   h i g h - s p ee d   ra i l   n et w o rk s   t h at   are   fas t   g ro w i n g   g l o b al l y .   T h e   n eu t ral   s ec t i o n s   (N S)  r e s u l t s   i n   l o s s   o s p ee d ,   mo m en t u m   an d   mech an i c a l   fai l u r e s   t h at   are   al l   t h reat e n i n g   t h e   fas t   an d   s t a b l e   o p e rat i o n   o f   t rai n s   an d   s y s t em s .   In   t h me an t i me ,   i s s u e s   w i t h   t h p o w e q u a l i t y   s u ch   as   t h e   n eg at i v e   s e q u e n ce   cu rr e n t s   (N SC),   t h e   re a c t i v p o w e a n d   h ar m o n i c s   m a y   c r e at e   p ro b l em s   o n   t h e   t h r ee  p h as e   g ri d   s i d e   t h at   c an n o t   b e   o v e rl o o k e d .   T o   ad d r e s s   t h e s e   t w o   i s s u e s   c o n c u rr en t l y ,   n ew   t rac t i o n   p o w e s u p p l y   s y s t em   i s   d e s i g n e d   i n   t h i s   p ap er.   T h e   p ro p o s al   w i l l   al s o   an al y s e s   t h e   t h e o r y   o o p e rat i o n ,   b u i l d   t h e   m at h em at i c al   mo d el   an d   d ev e l o p   t h e   co n t ro l   s y s t em   fo b a ck   t o   b ack   c o n v e rt e rs .   S m al l   s c al p ro t o t y p e   i s   al s o   m a d e   fo v al i d at i o n   o s i mu l at i o n   r e s u l t s .   T h e   r e s u l t s   s h o w s   t h at   i t   c a n   f u l f i l   t h e   p rac t i c a l   r e q u i r eme n t s .   T h e   e x p e r i me n t al   r e s u l t s   s h o w s   t h at   t h e   o v e ral l   s y s t em   i s   p rac t i c a l l y   mo r e   ap p ro p ri at e   f o t h e   h i g h   s p ee d   rai l w a y .   K e y w o r d s :   I n d i a n   r a i l wa y s   H i g h   s pe e r a i l w a y   n e t wo r B a c to   b a c c o n v e r t e r s   P o we r   qua l i t y     M u l t i - m o du l a r   c o n v e r t e r s   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l u n d e r   t h CC  B Y - SA   l i cen s e.     C or r e s pon din A u th or :   Ve n ka t a s upur a   Ve m u l a pa t i   De pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n E l e c t r o ni c s   E n g i ne e r i n g,   J a wa h a r l a l   N e h r T e c hn o l o gi c a l   U ni ve r s i t y   An a n t a pur   ( J NT UA )   C o l l e ge   o f   E n g i ne e r i n   An a n t h a pur a m u - 515002,   An d h r a   P r a de s h ,   I n d i a   E m a i l vv s upur a @s v c o l l e ge s . e du. i n       1.   I NT RODU C T I ON   E l e c t r i c a l   po we r   gr i d s   a r e   s pr e a a c r o s s   t h e   n a t i o n   a n a r e   a n   i m po r t a n pa r t   o f   da i ly   l if e   [ 1] .   E l e c tr i c   r a i l wa y s   a r e   c o m m o n   e l e c tr i c   p owe r   tr a n s m i s s i o c a t e g or y   us e d   to  d r i v e   p a s s e n ge r   a n d   f r e i gh t   l o c o m ot i v e s .   S o m e   e xi s t i n tr a c t i o n   p owe r   s u ppl y   s c h e m e s   a r e   p r e s e n t e i n   F i gur e   1   [ 2 ] .   T r a c t i o n   s y s t e m   us i n b a l a n c e d   tr a n s f or m e r   i s   s h o wn   i n   F i gur e   1( a ) .   T h e   I n di a tr a c t i o n   s up p l y   s y s t e m   is   s h own   i n   F i gu r e   1 ( b)   w hi c im p l e m e n t s   a   s hif t i ng  p h a s e   o r de r   m e t h o to   de l i ve r   po we r   to   t h e   t r a i n   [ 3] .   I n   g e n e r a l   t h e   t r a c t i o n   po we r   s upp l y   p h a s e   w i ll   b e   c h a n g i ng  f o r   e v e r y   35 - 40   k due   to   s i n g l e   p h a s e ,   n o nli ne a r   a n a r bi t r a r y   c h a n g i ng  l o a c h a r a c t e r i s t i c s   o f   t h e   t r a i n .   T h e r e f o r e   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   i s o l a t e   t h e   a r e a s   o f   v a r i o us   p h a s e   s e que n c e s ,   whi c c o n t r i b ut e s   to   t h e   e xi s t e nc e   o f   a   ne ut r a l   s e c t i o n   ( NS) n o n - e l e c t r i c al   r e g i o n   [ 4] .   T h e   NS  l e a ds   t o   l o s s   o f   t r a i s pe e a n t e n s i o n   i n   t r a c t i o n   po we r   s uppl y   [ 5] .   F ur t h e r m o r e ,   t r a i n   r a m i nc i de n t s   a n t r a c t i o n   s ub s t a t i o f a il ur e s   ( t r i pp i ng)   a r e   a l r e a d y   o c c ur r i n b e c a us e   o f   t h e s e   NS  [ 6] .   T h us ,   t h e   qu i c a n s t a bl e   o pe r a t i o n   o f   t h e   t r a i n   a n s y s t e m   i s   t r u l y   r e qu i r e t o   a v o i d   s a f e t y   r i s ks .   T h e   pr o bl e m   o f   t h e   NS  n e e d s   to   b e   a ddr e s s e in  t r a c t i o n ,   pa r t i c u l a r l y   hi g h - s pe e t r a c t i o n .   M a ny   s c h o l a r s   h a v e   s ugg e s t e n u m e r o us   s c h e m e s   i n   r e s po n s e   to   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       P e r f or manc e   e nhanc e me nt  of   high   s pe e r ail w ay   s upply  s y s tem   w it h     ( V e n k atas upur V e mulapati )   681   d i f f i c u l t i e s   o f   t h e   NS   a s   pr e s e n t e i F i gur e   1( c ) .   T h e   c o n t i n uo us   po we r   pa s s i ng  t h r o ug h   n e ut r a l   s c he m e s   h a s   r e c e n t l y   b e e n   g i ve n   m o r e   im po r t a n c e   [ 7] .   Al t h o ugh   t h o s e   s y s t e m s   a r e   n ot   a bl e   to   s o l v e   t h e   po we r   pr o bl e m s   c a us e by   t h e   NS  [ 8] ,   [ 9] .   T h e   F i gur e   1( d)   s h o w s   t h e   t r a c t i o n   s u b s t a t i o n   m o de l   w hi c h   i s   m o s t   s u i t a bl e   f o r   hi g h   s pe e r a i l w a y   w i t h   t h r e e   ph a s e   to   s i n g l e   p h a s e   po we r   c o n ve r t e r s   a n z e r NS.       R P C ( a ) ( b ) ( c ) T h r e e   p h a s e   R e c t i f i e r   S i n g l e   P h a s e   I n v e r e t r R P C R S S - 1 ( d ) R S S - 2 R S S - 1 R S S - 2 R S S - 1 R S S - 2 T h r e e   p h a s e   R e c t i f i e r   S i n g l e   P h a s e   I n v e r e t r R S S :   R a i l w a y   S u b s t a t i o n R P C :   R a i l w a y   P o w e r   c o n t r o l l e r N S N S :   N e u t r a l   S e c t i o n     F i gur e   1 .   S o m e   e xi s t i n t r a c t i o n   po we r   s uppl y   s c he m e s   us i ng :   ( a )   b a l a n c e t r a n s f o r m e r ,   ( b )   ph a s e   e xc h a n g e   m e t h o d ,   ( c )   p o we r   c o n tr o l l e r s ,   a n d   ( d)   po we r   e l e c t r i c s   c o n v e r t e r s       P o we r   qua l i t y   i s s ue s   a r e   a n o t h e r   m a j o r   pr o bl e m   c o nf r o n t e by   t h e   AC   t r a c t i o n   s upp ly   s y s t e m   [ 10] .   N o n - l i n e a r ,   s i n g l e - ph a s e   a n d   s p o n tan e ous   f l uc t u a t i ng   l o c o m ot i v e   l o a ds   tr i gg e r   t h e   p o w e r   q ua l i t y   pr o b l e m s   i n   t h e   g r i [ 1 1 ] .   Ne tw or a n e q u i p m e n t   a r e   t h r e a ten e d   by   t h e   i s s ue s   o f   p owe r   q ua l i t y .   N e ga t i v e   s e qu e n c e s   d ue   to  n e tw or k   un b a l a n c e   c a n   h a r m   ge n e r a t i n a n d   tr a n s m i tt i n e qui p m e n [ 12 ] .   Hi gh   f r e q ue n c y   h a r m o ni c s   a r e   l i ke ly   to  c a u s e   da m a g e   to  e l e c tr i c a l   e q u i p m e n a n d   a c c i d e n t s ,   p a r t i c u l a r l y   t h e   h i gh e r   or de r   h a r m o ni c s   take n   by   t h e     AC - DC - A C   e l e c tr i c   tr a i n s   [ 13 ] .   R e a c t i v e   p owe r   c a n   e n h a n c e   l i n e   a n d   d e vi c e s   f a i l ur e ,   i n c r e a s e s   t h e   p o w e r   l i n e s   a n d   tr a n s f or m e r s   v o l t a g e   dr op   a n d   h a v e   a dv e r s e   e f f e c t s   on   t h e   g r i d   a n d   e q u i p m e n [ 1 4 ] .   R e s e a r c he r s   ha v e   s ugge s t e a   n u m be r   o f   s c h e m e s   i r e s po n s e   to   pr o bl e m s   o f   po we r   qua l i t y   [ 15] .   T h e   h a r m o ni c s   a n d   r e a c t i ve   po we r   p r o bl e m s   w e r e   s o l ve t h r o ugh   a   pa s s i ve   f il t e r   [ 16] .   T h e   s t a t i c   v a r   c o m pe ns a t or   i s   e m p l o y e t a ddr e s s   t h e   ne ga t i v e   s e que n c e   c ur r e n t s   ( N SC )   a n r e a c t i v e   po we r   c o n t r o l ,   b ut   i t s   a bil i t y   t o   r e m o ve   h a r m o ni c s   i s   r e l a t i v e ly   v e r y   s m a ll   [ 17] .   S t a t i c   s y nc h r o n o us   c o m pe ns a t or   ( S T A T C OM )   h a s   im pr o v e ha r m o ni c   c h a r a c t e r i s t i c s   a n c a n   b e   u s e f o r   t h e   c o m pe n s a t i o n   o f   NSC ,   h a r m o ni c s   a n r e a c t i ve   po we r   [ 18] .   T h e   a c t i ve   po we r   f i l t e r   i s   a bl e   to   e f f i c i e n t l y   r e s o l ve   i s s ue s   o f   po we r   qua l i t y   [ 19] .   H o we v e r ,   t h e   s o l ut i o n s   a r e   p r o p o s e d   o nl y   t o   de a l   w i t h   i s s ue s   o f   po we r   qua l i t y   b ut   a r e   n o t   i n t e n de t o   s o l v e   t h e   n e ut r a l   s e c t i o n   i s s ue s .   S o m e   i nve s t i g a to r s   h a ve   r e c e n t l y   s ugge s t e c o - ph a s e   po we r   s uppl y   s t r uc t u r e s   to  a ddr e s s   n e ut r a l   pr o bl e m s   a n d   po we r   qua l i t y   s i m u l t a n e o us ly   [ 20] .   On e   t y p e   i s   th e   c o - ph a s e   p ow e r   s u ppl y   c o m pe n s a t i o n   s y s t e m ,   wh i l e   t h e   oth e r   i s   t h e   a dv a n c e d   c o - ph a s e   p ow e r - s up p l y   s c h e m e   [ 2 1 ] .   T h e   c o m pe n s a t i o n   s y s t e m s   wi l l   s i m u l t a n e ous l y   s o l v e   th e   p r o b l e m s   wi t h   p ow e r   q ua l i t y   a n d   t h e   n e u tr a l   s e c t i o n   [ 2 2 ] .   T h e s e   c o - ph a s e po we r   s upp ly   s c h e m e s   us i ng   po w e r   c o n t r o l l e r s   i nc l ude   C hi na ' s   f i r s t   c o - ph a s e   po we r   s upp l i e r ,   o pe r a t i n i 2010  o n   M e r s h a t r a c t i o s ubs t a t i o n   a n d   t h e   f i r s t   s i n g l e   c o - ph a s e   po we r   de li ve r y   u ni t   i 2014   i t h e   S h a n g y u   t r a c t i o s u bs tat i o n ,   a s   we l l   a s   t h e   a c t i ve   po we r   c o m pe n s a to r   a n t h e   r a i lwa y   po we r   c o n d i t i o n e r   [ 23] .     Ho we v e r ,   i n   t e r m s   o f   b a s i c   po we r   s upp l y   m o de ,   t h e s e   po we r   s upp l y   s y s t e m s   a r e   n o t   pr e c i s e ly  e x p l a i ne d.   T h e   f a s t   tr a i ns   a r e   de v e l o p i ng  wo r l dw ide  be c a u s e   o f   t h e i r   s pe e d,   hi g h   c a pa c i t y ,   mi n im u m   a ve r a ge   e n e r g y   c o ns u m pt i o n ,   s li g h t   e c o l o g i c a l   im pa c t s   a n go o f i na n c i a l   pr o f i t s   a tt r a c t   gr e a t   i n t e r e s t   f r o m   m a n y   c o un t r i e s .   J a pa n   i s   f i r s t   us i n A T   po we r   s uppl y   mo de s   o n   hi g h - s pe e t r a i n s   t o   i n c r e a s e   t h e   t r a c t i o n   n e t wo r k' s   po we r   s uppl y   c a pa bil i t y ,   mi n im i z e   t h e   s u b s t a ti o n s   qua n t i t y   a n t h e   e l e c t r o m a g ne t i c   i n t e r v e n t i o n   to   n e i g hb o r i n t r a n s m i s s i o n   c o n duc t o r s   [ 24] .   Onl y   G e r m a ny   i ns t a l l e a   r a il wa y   po we r   gr i a t   a   f r e que nc y   o t h e r   t h a n   t h e   ut i l i t y   gr i d,   t o   e x c l ud e   i t   f r o m   t h e   pu bli c   gr i d,   c o m p l e t e   t h e   s a m e   pr o c e s s ,   c a nc e l   t h e   ne ut r a l   po r t i o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 680 - 689   682   a n i m p l e m e n t   t h e   po we r   s upp l y   s y s t e m   c o - ph a s e [ 25] .   T h e   a d v a n c e s upp ly   s c he m e s   u s i n po we r   c o n v e r t e r s   c a n   a ddr e s s   po we r   qua l i t y   i s s ue s   a n r e m o v e   a ll   n e ut r a l   s e c t i o n s   o f   t he   t r a c t i o n   s y s t e m   s i m u l t a n e o us ly .   T h e s e   po we r   s upp l y   m e t h o ds   c a n   b e   b r o ke n   do wn   i n t o   c o m pe n s a t o r y   po we r   s upp l y   s y s t e m s   a n c o n t i n uo us   s upp ly   s c h e m e s .   C o m p e n s a t i v e   p o we r - s uppl y   c o - ph a s e   s c h e m e s   i nc l ud e   j o i n t   po w e r - s upp ly   s y s t e m s .   C o n t i n uo us   c o   ph a s e   s upp ly   s c he m e s   i nc l ude   c o n t i n ue j o i n t   p h a s e   po we r   s upp l y   s y s t e m s   b u il t   o c a s c a d i ng  ha l f   b r i dge   de s i g n ,   c o n t i n uo us ,   m u lt i l e v e l   m o du l a r   s upp ly   s c h e m e s   ( M M C ) .   T h e   pr i m a r y   c o n t r i b ut i o o f   t hi s   r e s e a r c h   pa p e r   i s   t h a t   a   n e w   M M C   b a s e t r a c t i o n   s upp ly   s c h e m e   w i t h   a   DC   li nk ,   whi c h   is   m e a n t   to  a s s ur e   t h e   r e gul a r   pe r f o r m a n c e   o f   pr o p o s e s y s t e m   t h r o ugh   c o n t r o l   a n m o du l a t i o n   t e c hni que s .   Ne ut r a l   s e c t i o n s   m a y   f u ll y   b e   e l im i na t e a n pr o ble m s   o f   po we r   qua l i t y   m a y   b e   c o m pr e he n s i ve ly   r e s o l v e i n   t h e   pr o p o s e s y s t e m .   T h e   t e c h ni qu e   o f   m o du l a t i o n   us i n m o du l e   v o l t a ge   b a l a nc e ,   M M C   b a s e r e c t i f i e r   c o n t r o l   t e c hni que s   a n dr oo c h a r a c t e r i s t i c s   b a s e c o n t r o l   o f   i nve r t e r s   a r e   de v e l o p e i n   t hi s   wo r k ,   whi c gua r a n t e e   t h a t   t h e   s ugge s t e s y s t e m   w il l   f u n c t i o n   pr o pe r l y .   I s e c t i o n   2,   t h e   pr o p o s e s y s t e m   s t r uc t ur e   i s   e nli g h t e n e d.   M a t he m a t i c a l   m o de ll i ng  a n c o n t r ol   o f   r e c t i f i e r   i s   d i s c us s e i s e c t i o n   3 .   S im u l a ti o n   a nd   e x pe r im e n t a l   s e t up  i s   de s c r i be i n   s e c t i o n   a n f in a ll y   t he   c o n c l u s i o n s   a r e   pr é c i s e i n   s e c t i o n   5.       2.   P ROP OS E D   T RA C T I ON  S UB S T AT I ON  P OW E S UP P L S T RU C T UR E   T h e   pr o p o s e t h r e e   ph a s e   to   s i n g l e   p h a s e   p o we r   tr a n s mi t t i n s c h e m e   c a n   a ddr e s s   n e ut r a l   s e c t i o n   pr o bl e m s   a n po we r   qua l i t y   c o n c e r n s   s im u l t a n e o us l y   a n e f f e c t i v e ly .   T h e   c o m pe ns a t o r y   po we r   s upp l y   s y s t e m   i s   t o   b e   c o m bi ne w i t h   t h e   t r a c t i o t r a n s f o r m e r   to   s upp l y   t h e   po we r   to   r a i l   ne t wor k .   A   po we r   e l e c t r o ni c   b a c k - to - b a c s t r uc t ur e   us e f o r   t h e   c o n t i n uo us   c o - ph a s e   s y s t e m   o f   po we r   s upp ly   i s   d i r e c t l c o n n e c t e to   t h e   tr a c t i o n   n e t wo r k .   I i s   po s s i bl e   to  r e gul a t e   t h e   f r e que nc y   a n m a g ni t ude   o f   t h e   o u t pu v o l t a ge .   T h e   r a i l   ne t wor wi ll   s t r e t c h   t h e   s a m e   p ha s e   a c r o s s   t h e   w h o l e   c a t e n a r y   li ne   a n d   a c hi e v e   a   c o m p l e t e   c o n t i n uo us   po we r   l i ne .   S im u l t a ne o us l y ,   t h e   N S C ,   r e a c t i v e   po we r   a n h a r m o ni c s   c a n   a l s o   b e   we l l   c o m pe ns a t e d.   I n   a   n o v e l   c o - ph a s e   p owe r   s up p l y   s y s t e m ,   t h e   tr a c t i o n   tr a n s f or m e r   i s   r e pl a c e d   wi t h   a   c o - ph a s e   p ow e r   s u ppl y   un i t,   wh i c h   us u a l l y   c o n s i s t s   o f   s w i t c h i n g   d e vi c e s   i n   b a c k   to  b a c k   s tr u c tu r e s   a s   s h own   i n   F i gu r e   2 ,   i n   t h e   c o nv e n t i o n a l   po we r   s upp l y   s y s t e m   t h a t   l i nk s   t h e   t h r e e - ph a s e   po we r   gr i a n t h e   t r a c t i o n   n e t wo r k .   T h e   po we r   qua l i t y   pr o bl e m s   c a n   b e   s o l ve o n   t h e   t h r e e   pha s e   g r i s i de   by   r e gu l a t i n g   t h e   r e c t i f i e r   s i d e   s t r uc t u r e .   T h e   p h a s e ,   a m p li t ude   a n t h e   f r e que n c y   o f   o ut pu t   v o l t a ge   pr o vi de t o   t h e   r a i l   n e t wor a r e   c o n tr o l l e to   a tt a i e qua l   o ut pu t   v o l t a ge   t h r o ugh   o u t   t h e   c o - ph a s e   t r a c t i o n   n e t wo r k ,   t h e r e by   de l e t i n t h e   NS  by   m o ni t o r i n t h e   i nve r t e r   s i d e   w i t h   t h e   b a c t b a c s t r uc t ur e .   T hi s   e n a bl e s   t h e   po we r   s uppl y   t o   s o l v e   NS  pr o bl e m s   a nd  po we r   qua l i t y   pr o bl e m s   c o m p l e t e l y   a n s im u l t a n e o us l y .         T h r e e   P h a s e   R e c t i f i e r   S i n g l e   P h a s e   I n v e r t e r D C   L i n k T h r e e   P h a s e   R e c t i f i e r S i n g l e   P h a s e   I n v e r t e r D C   L i n k T r a c t i o n   s u b s t a t i o n   b a s e d   o n   c a s c a d e   c o n v e r t e r s T h r e e   p h a s e   p o w e r   g r i d S i n g l e   P h a s e   C a t e n a r y   S u p p l y 2 V d c 2 V d c S M   1 S M   1 S M   1 S M   1 S M   1 S M   1 S M   1 S M   1 S M   1 S M   1 S M   2 S M   2 S M   2 S M   2 S M   2 S M   2 S M   2 S M   2 S M   2 S M   2 + - S M       F i gur e   2 .   T h r e e   ph a s e   to   s i n g l e   p h a s e   t r a c t i o n   s u b s t a t i o n   s t r uc t ur e   wi t h   M M C       M u l t i l e v e l   m o du l a r   c o n ve r t e r s   ( M M C )   a r e   us e i b a c k - to - b a c t r a c t i o n   s u b s t a t i o n   s t r uc t ur e .   M M C   s t r uc t ur e   i s   m a i n ly   d i v i de i n t o   t h r e e   pa r t s ,   f i r s t   o n e   i s   t h e   t h r e e   p ha s e   r e c t i f i e r   a n s e c o n o ne   i s   t h e   DC   c o n t r o l l e r   u ni t   a n f i na ll y   t h e   s i ng l e   p h a s e   i nve r t e r   a t   o u t pu t   s i de .   I n   t hi s   pa pe r   t h r e e   m o du l e s   i e a c h   a r m   h a v e   b e e n   t a ke n   f o r   t h e   s i m u l a t i o n .   T h e   i m po r t a n s i m u l a t i o n   pa r a m e t e r s   a r e   gi v e n   i n   t h e   T a bl e   1.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       P e r f or manc e   e nhanc e me nt  of   high   s pe e r ail w ay   s upply  s y s tem   w it h     ( V e n k atas upur V e mulapati )   683   T a bl e   1 .   S i m u l a t i o n   pa r a m e t e r s   o f   t h e   s ugge s t e s c h e m e   I mpor ta nt   P a r a m e t e r   V a lu e   P r im a r y  & S e c o nda r y   vo lt a g e   of  t r a ns f o r m e r   132kV/ 27.5kV   D C  C a pa c it o r   5400 µF   D C  V o lt a ge   r e f e r e n c e   v a lu e   50 kV   P ha s e  mo du la ti o n i nduc ta nc e   1.4 mH   S w it c hi ng  f r e que n c y   1000 Hz   C a pa c it y   35 M V A   O ut put  s id e  s moo th in in duc t or   7.2mH   O ut put  vo lt a g e   27.5kV       3.   DE S I GN  AN CONT ROL   OF   T HRE E   P HAS E   RE CT I F I E AN I NV E RT E R   OUT P U T   T h e   t o p o l o gy   s ugge s t e i n   t hi s   pa pe r   i s   i nde e a   t w o   wa y   po we r   f l o w   de s i g n   a t   t h e   r e c t i f i e r   s i de ,   whi c h   c o ns i s t s   o f   t h r e e   l e g s   a n e a c h   l e c o n s i s t s   o f   s i m o du l e s   ( t h r e e   m o du l e s   a r e   pr e s e n t   i n   uppe r   a r m   a n d   r e m a i n i ng  t h r e e   a r e   i n   l o w e r   a r m )   a s   m e n t i o n e i F i gur e   2 .   A   t h r e e - ph a s e   M M C - b a s e r e c t i f i e r   s t r a t e gi c   a ppr o a c h   a n s i ng l e - p h a s e   i nv e r t e r   c o n t r o l l e r   de s ign   a r e   i n c l ude i n   t h e   o v e r a l l   M M C   c o n t r o l   s y s t e m   o f   t h e   pr o p o s e un c o n v e n t i o n a l   t r a c t i o n   e n e r g y   s upp ly   s ys t e m .   T h e   M M C - b a s e r e c t i f i e r   c o n t r o l   s t r a t e gy   c o m pr i s e s   o f   t h e   DC   v o l t a ge   m o ni t o r   a n d   dua l   c ur r e n t   l o o c o n t r o l   w hi c m a i n t a i t h e   s t a bil i t y   o f   t h e   DC   v o l t a ge   a n d   gua r a n t e e   t h e   f u n c t i o ni ng  o f   t h e   u ni t   po we r   f a c t or   a t   t h e   A C   s i de .   T h e   s i ng l e - p h a s e   M M C - b a s e i n v e r t e r   in  t hi s   s t ud y   h a s   a   c o n t r o l   t e c hni que   o f   c a s c a de c o n t r o l   w i t h   dr oo c o n tr o l   m e t h o d.     3. 1.     M od e l l in an d   c on t r ol   at   t h e r e   p h as e   r e c t if ier   s id e   T h e   c o n t r o l   s t r a t e gy   m us t   b e   e n c o un t e r e a s   a   c o - ph a s e   t r a c t i o n   s y s t e m   i a c c o r da n c e   w i t h   t h e   o pe r a t i n pr i n c i p l e   o f   pr o p o s e t r a c t i o n   s y s t e m   o t h e   r e c t i f i e r   s i de   a t   t h e   s a m e   m o m e n t .   T h e   m a i n   pr i n c i p l e   i s   t o   pr e v e n t   P pr o bl e m s   i n i t i a t e by   t h e   t r a c t i o s y s t e m   a n t h e   D C   li nk  v o l t a ge   s h o u l be   a ll e vi a t e c l o s e   to   t h e   r e f e r e n c e   va l ue   a t   t h e   s a m e   t i m e .   T he   c o n t r ol   t a r ge t s   o f   c o n t r o l l a bl e   a m p li t ude   a n o ut pu t   v o l t a ge   m u s b e   a c hi e v e o n   t h e   i nv e r t e r   s i de   i n   o r de r   to  m a i n t a i n   t h e   v o l t a ge   o f   t h e   e qua l   a m p li t ude   a n ph a s e   i n   a ll   t he   s ubs t a t i o n s   o f   t h e   r a i l   n e t wo r k .   F ur t h e r m o r e ,   a   v o l t a ge   o f   27. 5   kV,   s i n g l e   ph a s e   A C   v o l t a ge   i s   r e qu i r e f o r   t h e   c o n n e c t i o n   b e t we e n   t h e   n e t wor a n t h e   r a i l .   A c c o r d i n t o   t h e   bl o c d i a gr a m   s h o wn   i F i gur e   3,   a pp l yi ng  c i r c u i t s   l a ws   t h e   f a ll o w i ng  ( 1 a)   a n d   ( 1 b )   c a n   b e   de p i c t e a s      =    1 2  , ( = , , )     ( 1 a)      =    1 2  , ( = , , )   ( 1 b)     = + ,   0 R   i s   s o   i n s i g nif i c a n t   t h a t   c a n   b e   o v e r l o o ke d.   M a ke    = 0   a dd i n a n s u b t r a c t i n a b o ve   t w o   e qua t i o ns   f r o m   e a c h   o t h e r ,   t h e   r e s ul t s   o b t a i n e a s :      = 2 (   )  1 2 (   ) ;   ( = , , )     ( 2 a)      = (  +  )  + (  +  ) ( = , , )     ( 2 b)     wh e r e ,     -   s o ur c e   c ur r e n t   -   C i r c u l a t i n c ur r e n t -   U ppe r   a r m   c ur r e n t -   L o we r   a r m   c ur r e n t .     =   ( 3 a)     = + 2   ( 3 b)     T h e   m a t h e m a t i c a l   r e l a t i o n   a m o n t h e m   a s   ( 4) .     , = 2 +   ( 4)     As   pe r   t h e   i n s t a n t   po we r ,   t h e   r e c t i f i e r   s i d e   a s   e xa mi ne d,   a n t h e   c o n s e que nc e s   a s   f a ll o ws :      =       ( 5 a)        =   .     ( 5 b)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 680 - 689   684   Ov e r l o o k i n t h e   h a r m o ni c   c o n t e n t s   r e s ul t s   t h e   b r i d ge   a r m s   c ur r e n t   a n v o l t a ge   e x pr e s s i o n   a s   f a ll o w s :      ,  = 1 2  ± 2  .   ( 6)      ,  = ± 1 2 2  (  + ) 1 3    ( 7)       P I P I P I P I P I d q a b c a b c d q a b c d q L P F L P F P I 1 / 2 1 / 2 1 / 2 V d / 2 V d / 2 V d / 2 V d c * V a V b V c I a u I a l I b u I b l I c l I c l I a s I b s I c s I a c I a c I b c I c c + I b c I c c * * * V s a V s b V s c * * * * V l a * V l b V l c * * V u a V u b V u c * * V a d V a q I s d * I s q * I s q I s d V a d V a q V c a * V c b * V c c * - - + - + + + + + + + - + - + - + - + - + - + + + + + + - + + - - S   V   P   W   M     F i gur e   3 .   C o n t r o l   bl o c d i a gr a m   o f   t h e   t h r e e   ph a s e   r e c t i f i e r       3. 2.     S in gl e   p h as e   in ve r t e r   c on t r o l   ( d r oop   c h a r a c t e r i s t ics )   T h e   s i ng l e   p h a s e   i nve r t e r   s tr uc t u r e   a n dr o o c o n tr o l   c h a r a c t e r i s t i c s   a r e   il l us t r a t e i F i gur e   4 .   T h e   L C   f i l t e r   i s   us e t o   r e duc e   t h e   n o i s e   s w i t c hi n g   i n   hi g h   f r e que n c i e s .   T h e   a c t ua l   a n r e a c t i v e   p o we r   a r e   c o m put e to   e l im i na t e   a ny   hi g h - f r e que n c y   s i g n a l   be f o r e   t h e   m e a s ur e v o l t a ge   a n f r e que n c y   a r e   c o m pa r e to  t h e   r e f e r e n c e   v a l u e s   a s   t h e   i n put   f o r   t h e   b r e a c o n tr o l   s y nc h r o ni z a t i o n   w i t h   a n o t h e r   i nv e r t e r .   T h e   P I   c o n t r o l l e r   ge n e r a t e s   t h e   r e f e r e n c e   c ur r e n t   a n t hi s   pr o duc e po we r   i s   t h e n   s upp l i e to   t h e   v o l t a ge   po i n t   by   a dd it i o n a l   P I   c o n t r o l l e r .   T h e   i nv e r t e r   o u t pu i s   c o m bi ne by   a   c o upl i ng  i n du c t or .   A   da m p i ng  r e s i s t o r   R d   i s   e m p l o y e a t   r e s o n a n t   f r e que n c y   t pr e v e n t   i n s t a bil i t y .   P L L   i s   u s e to   c oo r di n a t e   t h e   f r e que n c y   w i t h   a   d i r e c t   a xi s   b a s e o t h e   d - t e c hni que .   T h e   o r t h o g o n a l   t r a n s f o r m a t i o n   t a ke s   p l a c e   w i t h   t h e   P L L   p h a s e   a n g l e .   E a c h   i nve r t e r   h a s   i t s   o wn   l o c a l   r e f e r e n c e   f r a m e .   W hil e   a   g l o b a l   r e f e r r a l   f r a m e wo r i s   a v a il a bl e   t h a t   i s   t h e   i nve r t e r   r e f e r e n c e ,   t h e   ot h e r   i nv e r t e r   m us t   t r a n s f o r m   i t s   c o nf i ne o r i e n t a t i o n   to   a   uni v e r s a l   o r i e n t a t i o n .       V o l t a g e   R e g u l a o r V o l t a g e   R e g u l a o r C u r r e n t   R e g u l a t o r C u r r e n t   R e g u l a t o r d q P W M P W M V S I V S I D r o o p   C o n t r o l l e r D r o o p   C o n t r o l l e r L P F L P F C a l c u l a t i o n s   o f   P o w e r   C a l c u l a t i o n s   o f   P o w e r   d q a b c d q a b c V d c C f R a   δ d q a b c P P Q Q P L L P L L L P F L P F w V o q i q i d V q V d i q d δ w i o q i o d v o q v o d V a b c , I a b c L c                 R c                 L f                   R f                     F i gur e   4 .   L i ne   d i a gr a m   o f   d r oo c o n t r o l   m e t h o f o r   s e l f - s y nc h r o ni z a t i o n   o f   t w o   pa r a l l e l   i nve r t e r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       P e r f or manc e   e nhanc e me nt  of   high   s pe e r ail w ay   s upply  s y s tem   w it h     ( V e n k atas upur V e mulapati )   685   4.   S I M UL AT I ON  AN E XP E RI M E NT A L   RE S UL T S   I n   t hi s   s e g m e n t ,   s i m u l a t i o n   dr a f t s   t h e   o pe r a t i o n a l   m e t h o o f   t h e   s ugge s t e to p o l o g y .   A   pr a c t i c a l   A C - DC - AC   s u b s t a t i o n   m o de l   i s   c o n s t r uc t e d.   T h e   i nput   p o we r   gr i d   v o l t a ge   i s   t a ke n   a s   132   kV.   A   s t e p - do wn   t r a n s f o r m e r   i s   u s e t o   pa s s   t h e   l o we r e v o l t a ge   f r o m   t h r e e   p ha s e   gr i t o   t h e   t o   t h e   AC   gr i d   o f   t h e   s ub s t a t i o n .   T h e n   a tt a c h   t h e   s e c o n da r y   s i d e   to   t h e   b a c to  b a c k   M M C   c o nv e r t e r .   T h e   r a t e ph a s e   v o l t a ge   i s   m a i n t a i n e a s   27. kV   o n   t h e   o u t pu t   s i de .   T h e   pr o po s e c o - ph a s e   po we r - s uppl y   ne e ds   t o   pe r f o r m   t h e   f o l l o w i ng   f u n c t i o n a li t i e s   t o   a c hi e v e   t h e   o bj e c t i ve s .   I n   o r de r   to   pr e v e n t   po we r   p r o bl e m s   i n   t he   po we r   gr i d,   t h e   r e c t i f yi ng   s i d e   s h o u l d   e li m i na t e   NSC ,   r e a c t i v e   c ur r e n t ,   h a r m o ni c s   a n d   s t a bil i z e   t he   DC   b us   v o l t a ge .   A s   o n   t h e   i nv e r t e r   s i d e ,   t h e   a m p l i t ude   a n p h a s e   o f   t h e   o ut pu v o l t a ge   m us t   b e   r e gu l a t e a t h e   r e f e r e n c e   v a l ue   o f   t h e   c o n tr o l .   T h e   v o l t a ge   a n c ur r e n t   o n   t h e   r e c t i f i e r   s i de   e s s e n t i a ll y   do   n o h a v e   a   p h a s e   ga p,   m e a ni n t h a t   t h e i r   po we r   f a c t o r   i s   e s s e n t i a ll y   o n e .   T he   v o l t a ge   a n c ur r e n t   r e s u l t s   h a ve   a   s t e a d y   w i dt a n de c e n t   wa v e f o r m s   w i t h   n o   NSC   a n h a r m o ni c   e l e m e n t s ,   whi c h   m e e t   t h e   powe r   s upp l y   s y s t e m   f u nc t i o n a l   s pe c if i c a t i o n s   o n   t h e   t h r e e   ph a s e   r e c t i f i e r   s i de   i s   m e n t i o n e i F i gur e   5( a ) .   T h e   F i gur e   5( b )   s h o ws   t h a t   t h e   DC   b us   v o l t a ge   c a n   b e   i nc r e a s e by   t h e   mi n im u m   v o l t a ge   a n s t a bil i z e a t   t h e   r e f e r e nc e   v a l ue ,   f u l f il li ng  t h e   D C   b us   v o l t a ge   r e qu i r e m e n t s .   T h e   m a g ni t ude   a n p h a s e   o f   t h e   v o l t a ge   c a n   b e   a l l e vi a t e a t   t h e   r e f e r e n c e   va l u e   o n   t he   o u t pu s i d e ,   a n t o   c h e c t h a t   t h e   v o l t a ge   s t a y s   s t a bl e   a n pr a c t i c a l ly   u n c h a n ge d   w h e n   t he   c ur r e n t   s hif t s   a b r upt l y .   T h e   m ut a t i o n   o f   t h e   l o a i s   0. s ,   w hi c h   im med i a t e l y   s hif t s   t he   c ur r e n t .   T h e   v o l t a ge   i s   c o ns t a n t   a n e s s e n t i a ll y   u n c ha n ge d,   i t   c a n   b e   s e e n   f r o m   F i gur e   6( a ) .   T h e   i nv e r t e r   s i de   w il l   a l s o   s a t i s f y   t h e   f u n c t i o n a l   n e e ds   o f   t h e   po we r   s upp ly   s y s t e m .   I n   s u mm a r y ,   i t s   c o nf i r m e t ha t   t h e   wh o l e   s y s t e m   i s   a bl e   to   s a t i s f y   t h e   s y s t e m   r e qu i r e m e n t s   o f   t h e   p o we r   s uppl y   f o r   co - ph a s e   s y s t e m   s c h e m e .   F i ve   l e v e l   t r a c t i o n   s u bs t a t i o n   o u t pu v o l t a ge   i s   s h o w n   i n   F i gur e   6( b ) ,   whi c h   i nd i c a t e   c l e a r ly   th a t   i f   t h e   n u m be r   o f   m o du l e s   i nc r e a s e s   t h e n   t he   o u t pu wa v e f o r m   i s   s e a ml e s s ly   s i nus o i da l   i n a t ur e .         T i m e   i n   S e c V o l t a g e   ( V ) C u r r e n t   ( i )   ( a )   V o l t a g e   ( V ) T i m e   i n   S e c C u r r e n t   ( i )   ( b )     F i gur e   5.   T h r e e   ph a s e   i n put   s i de   v o l t a ge   a n c ur r e n t   wa v e f o r m s :   ( a )   wi t h o ut  z oo m ,   a n d     ( b )   w i t h   z oo m e o ut pu t       A   l o v o l t a ge   pr otot y pe   c o m pa r e d   t pr a c t i c a tr a c t i o n   s y s t e m   i s   b u il t   t f ur t h e r   v a li da t e   t h e   pr o p o s e n e M M C   t r a c t i o n   po we r   s upp l y   a n t h e   pr otot y pe   i s   r e pr e s e n t e i n   F i gur e   7.   I t   c o n s i s t s   o f   a   t h r e e - ph a s e   M M C   r e c t i f i e r ,   t wo   tr a c t i o n   s u bs t a t i o n s   a n a   DSP   pr im a r i ly   c o n t r o l   s y s t e m .   He r e   t h e   ha r dwa r e   im p l e m e n t a t i o n   o f   M M C   f o r   a   s i ng l e   p h a s e   w i t h   t h e   DSP   c o n tr o l l e r   i s   im p l e m e n t e a n t h e   pr o gr a mi ng  t t h e   c o nv e r t e r   i s   do n e   us i ng  t he   e m be dde d   c o de r   i M A T L A B .   T h e   pr o c e dur e   w i t c i r c u i t   a n o utput s   a r e   e x p l a i ne d   i t hi s   s e c t i o n .   T wo   pa r a l l e l   i nve r t e r s   a r e   c o nn e c t e a n d   s y nc h r o ni z e w i t h   t h e   dr oop  c o n t r o l   c h a r a c t e r i s t i c s .   T h e   i nd i v i dua l   s u b   m o du l e s   a r e   f e d   by   t h e   pu l s e s   a r e   ge n e r a t e by   DSP .   M OSE T   s wi t c h e s   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 680 - 689   686   o pe r a t e a n c o n t r o l l e w i t h   pu l s e s   a s   de s c r i be pr e vi o us ly .   P u l s e s   a r e   i nve r t e b e f o r e   s e n t   to   t h e   c o n t r o l l e r   a s   uppe r   a n l o we r   a r m   m o du l e s   h a v e   t o   b e   ope r a t e i n   n   d i f f e r e n t   m o de .   T h e   L C   s e c t i o n   o f   a   f il t e r ' s   i nduc t a n c e   a n c a pa c i t a n c e   pa r a m e t e r s   c a n   b e   a d j us t e to   t h e   f r e que n c y   a t   whi c h   s y s t e m   h a r m o ni c s   a r e   f o c us e d   m a i n ly   t o   r e duc e   o pe r a t i n v o l t a ge .   T h e   t r a c t i o n   l o a d   h a r m o ni c s ,   f o r   e xa m p l e ,   a r e   m o s t ly   c o n c e n t r a t e i n   t h e   t hi r d   h a r m o ni c s   a c c o r d i n t pr i o r   s t udi e s .   T hi s   wo r i s   t h e r e f o r e   t un e d   t o   th e   t hi r d   h a r m o ni c s   o f   t h e   i nve r t e r   ph a s e   c o m bi ne w i t h   L C   v a l ue s .         T i m e   i n   s e c o n d s V o t a g e   i n   V o l t s   ( a )   V o l t a g e   ( V ) T i m e   i n   S e c   ( b )     F i gur e   6 S i m u l a t i o n   o u t pu t   v o l t a ge   wa v e f o r m s :   ( a )   DC - l i nk  v o l t a ge ,   a n d   ( b )   s i ng l e   ph a s e   i nve r t e r   v o l t a ge           F i gur e   7 .   E x pe r i m e n t a l   s e t up  pi c t ur e       A   l o w   pa s s   f il t e r   i s   a dde a f t e r   t h e   r e a l   a n d   r e a c t i ve   po we r   i s   c a l c u l a t e to   r e m o v e   a ny   u n wa n t e hi g h   f r e que nc y   s i g n a l   b e f o r e   i t   i s   g i ve n   a s   i nput   to   t h e   dr oo p   c o n tr o l l e r   s y nc h r o ni z a t i o n   w i t h   o t h e r   i nve r t e r .   T h e   r e f e r e nc e   c ur r e n t   i s   ge n e r a t e f r o m   t h e   P I   c o n t r o l l e r .   T hi s   ge n e r a t e c ur r e n t   i s   t he n   i nput   to   a not h e r   P I   c o n t r o l l e r s   t o   ge n e r a t e   t h e   v o l t a ge   r e f e r e nc e .   A   c o upl i ng   i nduc t or   i s   us e t o   c o upl e   t h e   i nve r t e r   out pu t.   A t   r e s o n a n t   f r e que n c y   t o   a v o i i ns t a bi li t y   a   da m p i ng  r e s i s t or   ( R d i s   u s e d.   P L L   b a s e d   o n   t h e   dq   m e t h o d   i s   us e d   to  s y n c h r o ni z e   t h e   f r e que n c y   w i t h   d i r e c t   a xi s .   E a c h   i nve r t e r   i s   s y nc h r o ni z e to   i t s   o wn   l o c a l   f r a m e   o f   r e f e r e n c e .   T h e   s i ng l e   p h a s e   i nv e r t e r   o u t pu t   v o l t a ge   wa v e pr m   i s   s h o wn   i n   F i gur e   8( a )   t h r o ugh   t h e   f il t e r .   Dr oo p   c o n t r o l   t e c hi qu e   i s   us e a l o n w i t h   t h e   L C   f il t e r   to   s y n c h r o ni s e   t h e   t wo  i nv e r t e r s   o f   s uc c e s s i ve   t r a c t i o s ubs t a t i o n s   a n t h e   r e s u l t s   a r e   d i p i c t e i n   t h e   F i gu r e   8( b ) .   T h e   m a g ni t ude   a n p h a s e   o f   t h e   o u t pu t   v o l t a ge   o f   t h e   t w o   tr a c t i o n   s u bs t a t i o n s   a r e   i de n t i c a l   w hi c s h o ws   t h a t   t h e   pr o p o s e dr oo c o n t r o l   i s   s u i t a bl e   f o r   pr o p o s e hi g h   s pe e t r a c t i o n   s upp l y   s y s t e m   t h e   s y nc h r o ni z e o ut pu v o l t a ge   w i t h   dr oo p   c o n tr o l   i s   s h o w n   i F i gur e   8( c ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       P e r f or manc e   e nhanc e me nt  of   high   s pe e r ail w ay   s upply  s y s tem   w it h     ( V e n k atas upur V e mulapati )   687       ( a )     ( b )       ( c )     F i gur e   8 .   I n v e r t e r   o u t pu v o l t a ge :   ( a )   wi t h   o u f il t e r ,   ( b )   wi t h   f il t e r ,   a n d   ( c )   w i t h   dr oo c o n tr o l   ch a r a c t e r i s t i c s       5.   CONC L USI ON     T hi s   pa pe r   ha s   d i s c u s s e d   a n   im pr o v e t r a c t i o n   po we r   s uppl y   s y s t e m   ba s e o n   M M C   c o nv e r t e r whi c h   i s   pr e d i c t e to  b e   r e m o v e   a ll   t h e   ne ut r a l   po r t i o n s   i n   t h e   s t a n da r t r a c t i o n   e n e r g y   s y s t e m   a n a l l e vi a t e   po we r   qua l i t y   pr o bl e m s .   T h e   po s s i bl e   s o l ut i o ns   f o r   i m pr o vi n po we r   qua l i t y   i n   I n d i a n   r a i lwa y s   a r e   m e n t i o n e a n s u i t a bl e   s t r a t e g y   i m p l e m e n t e i n   t hi s   pa pe r .   M M C   b a s e d   r e c t i f i e r   a n d   i nve r t e r   s y s t e m s   a r e   de v e l o pe f o r   c o n t r o l   a n e f f e c t i v e   t r a c t i o n   o pe r a t i o n .   E x pe r i m e n t a l   f i nd i ng s   s h o ws   t h a t h e   v o l t a ge   o f   t h e   m o du l e   c a pa c i t o r   i s   b a l a n c e d.   Uni f o r m   po we r   f a c t or   o pe r a t i o n   a n DC   v o l t a ge   s t a bi li s a t i o m a y   b e   m a i n t a i ne by   t h e   r e c t i f i e r   u n de r   t h e   s t r a t e gi c   do ubl e   c ur r e n t - l o o p   c o n t r o l   w i t h   t h e   DC   v o l t a ge   c o n t r o l .   Dua l   c l o s e l o o c o n t r o l s   a r e   d e v e l o pe f o r   t h e   i nve r t e r s   c o m bi ne w i t t h e   dr o o c o n t r o l   a n d   t h e   c i r c u l a t i n g   c ur r e n t   i n   t h e   s y s t e m   i s   s uppr e s s e to   e n s ur e   t h e   s tan da r o pe r a t i o n   o f   pa r a l l e l   t r a c t i o n   s u bs t a t i o n s .   P r e d i c t i o a n d y na m i c   l o a s h a r i n g   a m o n t h e   p a r a l l e l   i nv e r t e r s   i n   t r a c t i o n   s u b s t a t i o ns   i s   t he   s c o pe   o f   t h e   pr a po s e s y s t e m.         RE F E R E NC E S     [ 1]   R L i,   H L in C C a i,   L Z hu,  H Y a n ,   a nd  Z S hu,   " V o lt a g e   B a la nc in a nd  H ig h - e f f i c ie n c y   P o w e r   T r a ns mi s s o T e c hn o l o gi e s   f or   A   P o w e r   E l e c t r o ni c   T r a c ti o T r a ns f o r m e r , "   2019  22nd  I nt e r n at io nal   C onf e r e nc e   on  E le c tr ic al   M ac hi ne s   and  Sy s te m s   ( I C E M S) ,   2019, pp. 1 - 4, do i 10.1109/I C E M S .2019.8922078.   [ 2]   Y Y in g,  Q L iu M W u ,   a nd  Y Z ha i,   " T h e   F l e x ib l e   S m a r T r a c ti o P o w e r   S uppl y   S y s t e a nd  I ts   H i e r a r c hi c a E n e r g M a na ge me nt  S tr a t e g y , "   in   I E E E   A c c e s s v o l.  9, pp. 64127 - 6414 1, 2021, do i:  10.1109/AC C E S S .2021.3075768.   [ 3]   R .   P r a ma ni k   a nd   B.   B P a ti ,” M o d e ll in a nd  c o nt r o of   a   no n - i s o la te ha l f - br id g e   bi di r e c ti o na D C - D C   c o n ve r t e r   w it a e n e r g y   ma na ge me nt   t o p o l o g y   a ppl ic a bl e   w it E V /HE V ,   J our nal   of   K in g   Saud  U ni v e r s it y   -   E ngi ne e r in g   Sc ie nc e s ,   2021,   do i:   1 0.1016/j .j ks ue s .2021.03.004.   [ 4]   K V a le r i y S V ik to r H P e tr o S M y a m li n,  K Y e v he n ,   a nd   L V it a li j,   " H y br id   r a il w a y   tr a c ti o p o w e r   s uppl y   s y s t e m, "   2 020   I E E E   4t h   I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  I nt e ll ig e nt   E ne r gy   and  P o w e r   Sy s te m s   ( I E P S) ,   2020,  pp.   208 - 211,  do i:   10.1109/I E P S 51250.2020.9263194.   [ 5]   L L iu N D a i,   K W L a o ,   a nd  W H ua " A   C o - P ha s e   T r a c ti on  P o w e r   S uppl y   S y s t e B a s e o A s y mm e tr i c   T hr e e - L e H ybr id   P o w e r   Q ua li t y   C o ndi ti o n e r , "   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  V e hi c ul ar   T e c hnol ogy v o l.   69,  n o 12,  pp.  14645 - 146 56,  D e c 2020,  do i:   10.1109/ T V T .2020.3032939.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2502 - 4752   I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i ,   Vo l .   25 ,   N o .   2 F e b r ua r y   20 22 680 - 689   688   [ 6]   Y N V ij a y kuma r V V e mul a pa ti N V is a li ,   a nd  K R a ju " R a il w a y   P o w e r   S uppl y   S y s t e us in M o dul a r   M ul ti le ve C o n ve r t e r   w it D r oo C ha r a c t e r is ti c s , "   2020  4t I nt e r nat io nal   C on f e r e nc e   on  E le c t r oni c s C om m uni c at io and   A e r os pa c e   T e c hnol ogy   ( I C E C A ) , C oi m bat or e , 2020, pp. 12 - 20, d o i:  10.1109/I C E C A 49 313.2020.9297599.   [ 7]   Q W a ng,  S L in ,   T .   L i ,   a nd  Z .   H e ,   " I nt e ll ig e nt   P r o a c ti ve   M a i nt e na nc e   S y s t e m   f o r   H ig h - S p e e R a il w a y   T r a c ti o n   P o w e r   S u ppl y   S y s t e m, "   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  I ndus tr ia I nf o r m a ti c s v o l.   16,  n o 11,  pp.  6729 - 6739,  N ov 2020,  do i:   10.1109/ T I I .2020.2974872.   [ 8]   H H u,  Z H e X L i,   K .   W a ng ,   a nd  S G a o " P o w e r - Q ua li t y   I mpa c A s s e s s me nt   f or   H ig h - S p e e d   R a il w a y   A s s oc ia t e W it h   H ig h - S pe e T r a in s   U s in T r a in   T im e ta bl e P a r I M e th o d o l o g y   a nd  M o de li ng, "   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  P ow e r   D e li v e r y ,   v o l.   31,     no . 2, pp. 693 - 703, Ap r il  2016, d o i:  10.1109/ T P W R D .2015.2472994.   [ 9]   V.   V e mul a pa ti Y N V ij a y a kuma r ,   a nd  N V is a li " D r oo C ha r a c t e r is ti c s   ba s e H ig S pe e T r a c ti o P o w e r   S uppl y   s y s t e u s in g   M o dul a r   M ul ti le ve C o n ve r te r , "   2020  4t I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  T r e nd s   in   E le c t r oni c s   and   I nf o r m at ic s   ( I C O E I ) T ir une lv e li ,   I ndi a , 2020, pp. 111 - 118, do i:  10.1109/ I C O E I 4818 4.2020.9142920.   [ 10]   S J A la a nd  S R A r y a " C o n tr o of   U P Q C   ba s e o s te a d y   s ta te   li n e a r   K a lm a f il t e r   f o r   c o mp e ns a ti o of   p o w e r   qua li t y   pr o bl e ms , "  i C hi ne s e  J our nal  of  E le c t r ic al  E ngi ne e r in g ,   v o l.  6 , no . 2, pp. 52 - 65, J un e  2020, d o i:  10.23919/C J E E .2020.000011 .   [ 11]   M C he n,  Q C he n,  W S h e ng ,   a nd  C Z h e ng,  " R e s e a r c h   o D C   bus   vo lt a ge   r ip pl e   a nd  c ir c ui d e gr a da ti o of   3 L - N P C   in v e r t e r s , "   2019  14t I E E E   C onf e r e n c e   on  I ndu s tr ia E le c tr oni c s   and  A ppl ic a ti ons   ( I C I E A ) 2019,   pp.  799 - 803,  do i:   10.1109/I C I E A .2019.8834188.   [ 12]   V V e mul a pa ti   a nd  S .   L D e vi L a b or a to r y   P r o t o t y p e   M ode of   a   H ig S p e e R a il w a y   S uppl y   S y s te f o r   P e r f or m a nc e   E nha nc e m e nt   w it M ul ti   M o dul e   C o n v e r t e r   in   I ndi a n   R a il w a y s ,   2021 do i:   10.21 39/ s s r n.3852693 .   A v a il a bl e   a t   S S R N :   ht tp s :/ /s s r n.c o m/ a bs tr a c t= 3852693   o r     [ 13]   J L T o r r e L A M B a r r o s J L A f o ns o ,   a nd  J G P in to " D e ve l o pme n of   a   P r o p o s e S in gl e - P ha s e   S e r i e s   A c ti ve   P o w e r   F il te r   w it ho ut   E x t e r na P o w e r   S o ur c e s , "   2019  I nt e r nat io nal   C onf e r e nc e   on  Sm ar E ne r g y   Sy s t e m s   and  T e c hnol ogi e s   ( SE ST ) ,   2019,    pp. 1 - 6, do i 10.1109/S E S T .2019.8849010.   [ 14]   X S un,  R H a n,  H .   S h e n,  B W a ng,  Z L u ,   a nd  Z C he n,   " A   D oubl e - R e s is ti ve   A c ti ve   P o w e r   F il t e r   S y s t e t o   A tt e nua te   H a r m oni c   V o lt a g e s   of   a   R a di a P o w e r   D is tr ib ut i o n   F e e d e r , "   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  P o w e r   E le c tr oni c s vo l.   31,  n o .   9,  pp.  6203 - 62 16,    S e pt . 2016, d o i:  10. 1109/ T P E L .2015.2500913.   [ 15]   X Z hu  a nd  B W a ng,  " T he   p o w e r   qua li t y   a na l y s is   of   t r a c ti o n   po w e r   s uppl y   s y s t e m, "   P r oc e e di ngs   of   th e   33r d   C hi ne s e   C on tr ol   C onf e r e nc e ,   2014, pp. 6313 - 6318, do i:  10.1109/C hi C C .2014.6896027.   [ 16]   D X ia o M C he n,  a nd  Y .   C he n,  " N e ga ti ve   s e q u e n c e   c ur r e nt   a nd  r e a c ti ve   p o w e r   c o mpr e h e ns i v e   c o mp e ns a ti o f o r   f r e ig ht   r a il w a y   c o ns id e r in th e   im pa c of   D F I G s , "   in   C P SS  T r ans ac ti ons   on   P o w e r   E le c tr oni c s   and  A ppl ic at io ns ,   v ol 6,  no 3,  pp.  235 - 241,     S e pt . 2021, d o i:  10.24295/C P S S T P E A .2021.00022 .   [ 17]   M .   C he n,  J .   L u o ,   W .   J ia ng ,   a nd  Y .   W a ng,  " S tu d y   o n   ne w   tr a c ti o n   p o w e r   s uppl y   s y s t e m   f o r   p o w e r   qua li t y   c o mp r e he ns iv e   c o mp e ns a ti o n   in   e l e c t r i f i e r a il w a y , "   T E N C O N   2015  -   2015  I E E E   R e gi on  10   C onf e r e nc e 2015,   pp.  1 - 5,  do i:   10.1109/ T E N C O N .2015.7372869.   [ 18]   H V .   N gu y e n   a nd  D L e e ,   " C o mpa r is o n   of   p o w e r   l o s s e s   in   s in gl e - pha s e   t o   th r e e - pha s e   A C /DC /AC   P W M   c o n ve r t e r s , "   2015   9t I nt e r nat io nal   C onf e r e n c e   on  P ow e r   E le c tr oni c s   and   E C C E   A s ia   ( I C P E - E C C E   A s ia ) 2015,   pp.  940 - 945,  do i:   10.1109/I C P E .2015.7167894.   [ 19]   M L e al .,   " F o ur - P o r M o dul a r   M ul ti l e v e A C /AC   C o nve r t e r   in   C o nt in u o us   C o - pha s e   T r a c ti o P o w e r   S uppl y   A ppl i c a ti o n, "   2020 I E E E  E ne r gy  C onv e r s io n C ongr e s s  and E x po s it io n ( E C C E ) , 2020 , pp. 1477 - 1481, d o i:  10.1109/ E C C E 44975.2020.9236 132.   [ 20]   Y .   Z ha o N Y .   D a i ,   a nd  B A n,  " A ppl i c a ti o of   th r e e - pha s e   mo dul a r   mu lt il e v e c o n ve r te r   ( M M C )   in   c o - pha s e   tr a c ti o p ow e r   s uppl y   s y s t e m, "   2014  I E E E   C onf e r e n c e   and  E x po  T r ans por ta ti on  E le c tr if ic at io A s ia - P ac if ic   ( I T E C   A s ia - P ac if ic ) 2014,   pp.  1 - 6,  do i:  10.1109/ I T E C - A P .2014.6941064.   [ 21]   B P u r ka y a s th a   a nd  T .   B ha tt a c ha r y a " S ub m o dul e   C a pa c it o r   V o lt a g e   R e gu la ti o of   M o dul a r   M ul ti le ve C o n ve r t e r   B a s e d   T r a c ti o n   P r o pul s io S y s t e W it M e di um  F r e qu e n c y   I s o la ti o n, "   in   I E E E   T r ans ac ti ons   on  I ndus tr y   A ppl ic at io ns ,   v o l.   57,  n o.  1,    pp. 904 - 914, J a n. - F e b.  2021, d o i:  10.1109/ T I A .2020.3036327.   [ 22]   X H e   e al .,   " A d v a nc e T r a c t i o P o w e r   S uppl y   S y s t e B a s e o M o dul a r   M ul ti l e v e C o n ve r t e r s , "   2018  A s ia C onf e r e nc e   on   E ne r gy , P o w e r  and T r ans por ta ti on E le c tr i f ic at io n ( A C E P T ) 20 18,   pp. 1 - 8, do i 10.1109/AC E P T .2018.861 0818.   [ 23]   B L i,   J H u,  S Z ho u ,   a nd  D X u,  " H y br id   ba c k - to - ba c M M C   s y s te f or   v a r ia bl e   s pe e A C   ma c hi ne   dr i v e s , "   in   C P SS   T r ans ac ti ons   on  P o w e r   E le c tr oni c s   and  A ppl ic at io ns vo l.   5,  n o .   2,  pp.   114 - 125,  J un e   2020,   do i:   10.24295/C P S S T P E A .2020.00010.   [ 24]   S N .   D ua r t e B C .   d e   S o u z a P M .   d e   A lm e id a L R .   d e   A r a új o ,   a nd  P G .   B a r b o s a " A   C o mp e ns a ti o S tr a t e g y   B a s e o n   C o ns ume r ' s   V o lt a ge   U nba la nc e   A s s e s s me nt   f o r   a   D is tr ib ut io S ta ti c   S y nc h r o n o us   C o mp e ns a to r , "   in   I E E E   L at in   A m e r ic a   T r ans ac ti ons , v o l.  18, n o . 01, pp.  156 - 164, J a nua r y  2020, d o i:  1 0.1109/ T L A .2020.9049473.   [ 25]   X H e H R e n,  P H a n,  Y C he n,  Z S hu ,   a nd  X H e " O p e C ir c ui F a ul D ia gn o s is   of   A d v a nc e C o pha s e   T r a c ti o P o w e r   S up pl y   S y s t e B a s e o N e ur a N e tw or k, "   2018  I nt e r nat io nal   C on f e r e nc e   on   I nt e ll ig e nt   R ai T r ans po r ta ti on  ( I C I R T ) 2018,   pp.  1 - 5,  do i:   10.1109/I C I R T .2018.8641605.       B I OG RA P HI E S   OF   AU T HO RS        V enk a ta s u pu ra   V e m u l a pa ti           b o rn   i n   1 9 8 9   i n   I n d i a n d   r ece i v e d   h i s   B. T ec h   d eg r ee   i n   E l ec t ri c al   an d   E l ec t ro n i c s   E n g i n ee ri n g   fr o m   K   L   U n i v e rs i t y   (F o r me rl y   K L CE ) ,   G u n t u r,   In d i i n   2 0 1 0   an d   M. T ec h   d eg r ee   fr o m   J N T U A   C o l l e g o f   E n g i n ee r i n g ,   A n an t ap u r,   I n d i i n   2 0 1 2 .   Cu rre n t l y   h e   i s   p u rs u i n g   Ph . D   i n   J N T U A   Co l l eg e   o f   E n g i n ee r i n g ,   A n an t ap u r,   In d i a.   H i s   r e s e ar ch   i n t e r e s t s   i n cl u d e   p o w er  e l ec t ro n i c s   a n d   d ri v e s ,   Po w er  q u al i t y   a n d   rai l w a y   p o w er  s u p p l y   s y s t em s .   H e   c an   b c o n t ac t e d   at   em a i l :   v v s u p u ra@ s v co l l e g e s . ed u . i n .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n do n e s i a n   J   E l e c   E n &   C o m S c i     I S S N:   2502 - 4752       P e r f or manc e   e nhanc e me nt  of   high   s pe e r ail w ay   s upply  s y s tem   w it h     ( V e n k atas upur V e mulapati )   689     D r.   Y erra m   N .   V i ja y k um a r           recei v ed   h i s   Ph . D .   i n   E l ec t ri c a l   E n g i n ee r i n g   fro m   J N T U A   Co l l e g e   o E n g i n ee ri n g ,   K ak i n a d a,   In d i i n   2 0 1 6 .   H e   i s   c u rr e n t l y   w o rk i n g   as   p ro fe s s o h e ad   o t h e   e l ec t ri c al   a n d   el ec t ro n i c s   en g i n ee r i n g   d e p art men t   at   Sri   V en k at e s w ara   Co l l eg e   o E n g i n ee r i n g   T ech n o l o g y   ( A ),   Ch i t t o o r,   I n d i a .   H i s   r e s e ar ch   i n t e r e s t s   i n cl u d e   p o w e r   e l ec t ro n i c   co n v e rt e rs ,   co n t ro l   en g i n ee r i n g   an d   p o w er  q u al i t y   an al y s i s   i n   p o w er  s y s t em .   H e   m a y   b e   c o n t ac t e d   at   em a i l :   y n . v i j a y k u m ar @ g m a i l . c o m .         D r.   N a g a l a m a da k a   V i s a l i           recei v ed   h e r   Ph . D   d e g r ee   fr o m   J N T U A   Co l l eg o e n g i n ee r i n g ,   A n a n t h ap u r,   In d i i n   2 0 1 3 .   Pre s e n t l y   s h i s   w o rk i n g   as   Pro f e s s o an d   h e a d   o t h e   E l ec t ri c al   &   E l e c t ro n i c s   E n g i n ee ri n g   d e p art men t ,   J N T U A   C o l l e g o f   E n g i n ee r i n g ,   A n a n t h ap u r,   I n d i a.   S h e   h as   al s o   p u b l i s h ed   mo r e   t h an   5 0 p ap e rs   i n   r e p u t ed   j o u rn al s   an d   I E E E   co n e r en ce s .   H e re s e ar c h   i n t e r e s t s   i n cl u d e   E l ec t ri c al   d i s t ri b u t i n g   s y s t em s ,   F A CT d e v i ce s   an d   d e r eg u l at ed   p o w er  s y s t ems .   Sh e   m a y   b e   co n t a c t ed   at   em ai l :   n v i s al i @ g m ai l . co m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.