TELKOM NIKA Indonesia n  Journal of  Electrical En gineering   Vol. 12, No. 9, September  2014, pp. 66 2 2  ~ 663 2   DOI: 10.115 9 1 /telkomni ka. v 12i9.514 9          6622     Re cei v ed  No vem ber 1 5 , 2013; Re vi sed  May 10, 20 14 ; Accepte d  Ju ne 5, 2014   Simulation Research o n  Static and Dynamic Behavior  of M-STATCOM      Riz.Ja fri 1 , Zha Xiaoming 1 , S . Al i 2  1 High Vo ltage  and Insu lati on  T e chnolog y Ins t itute,   Schoo l of Elect r ical En gin eeri ng, W uhan U n i v ersit y , W u h a n  4300 72, Ch ina   2 Huazh ong  uni versit y  of sci en ce and tec hno l o g y , coll eg e of Electrical  and  Electron ic Engi neer ing,  W uhan, P.R. 4300 74, Ch ina   Corresp on idn g  author, e-mai l : kame79 70@ yaho o. com, xmz ha@ w h u.e du.c n , 1441 94 89 25 @qq.com       A b st r a ct     In this p a p e r, a nov el static   synchro nous  c o mpe n sator/co nde nsor  base d  on th e state-o f -the-art   mo du lar multil evel co nverter  called M-ST A T C OM is  introduce d . In order to support bus bar volta g e ,   ma inta in th e st abil i ty of  DC-l i n k ca pacit or v o ltag e,  o b tain   har mo nics fre e  outp u t vo ltag e  an d c o mpe n s a te  reactive p o w e r under u n b a la nced o per ation ,  a novel d i rec t  current control (DCC) tec h niq ue is pr opo se d .   For high acc u r a cy and g o o d  control syste m   respo n se p u rp ose Lev el-sh i ft sine p u lse w i dt h mo du latio n  ( L S- PW M) techni q ue  is se lecte d   as the   mo dul ati on strate gy. T h e M-ST A T C OM is si mul a ted   in PS CAD/EM T DC  envir on me nt and its static  an d dyna mic res pons es are dis c ussed.  The ef fectiveness a n d feasib ility of the   prop osed  mod u lati on a nd con t rol strategy  is valid ated  by the simul a tion re sults.    Ke y w ords : M-ST A T C OM, LS-PW M  modu lat i on strategy, va r gener atio n, static and dy na mic respo n ses     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   Industry l oad s  cau s e  increasi ng p o wer quality p r obl ems to  the  u t ility grids. A m ong st    many  com p e n satio n   tech nique s  only  static   syn c h r onou s comp e n sato r  (STA TCOM )  is  fo und    to provid e  p r eci s e   a nd   flexible   con t rol   to   mitigate  di sturba nce s  and effectively  improve     power  qualit y [1]. The  multilevel  converter  base d   STATCOM  ea sily  reach  up  to  medium  or  high-volta ge   high -po w e r    appli c ation s  without    t r an sformers  (a s t hey are u n rel i able).  The  m o st  comm only used multilevel  conve r ters are: Neutra l  point clam pe d (NP C ), the  flying capa citor  (FC), mo dula r  multilevel  converte rs (M MC).  NPC  an d FC a r e di scarde d  d ue to   their d r a w ba cks  [2]. But the   MMC   is the    next-gen eration  m u ltilevel    converte rs   so   its   op erat ing p e rfo r ma nce,    PWM schem e, experime n t are examine d  in [3]. MMC pr ovide s   a  viable  appro a ch  to  con s t r uct   a  relia ble a n d   co st  effective  STATCOM  (calle d   M-STATCOM )   with in crea sed   numb e r   of    levels,  ca pa ble  of  elimin ating  interfa c e tran sfor m e rs  and   repl a c e  them   by  che ap  rea c tors    to  allo w a c ti ve  and   rea c tive  power    excha nge   wi th  the   po we r   system. T h e  a c tive  p o wer     redi strib u tes i n  the inte rn al loop s  can  b e   u s ed fo r n egative sequ ence bal an ci ng  p u rpo s e  [4].  Therefore, M - STATCOM  can  wo rk co nt inuou sly   und er the three - p hase unb alan ce   conditio n s ,    cap able  of   surviving   symmetrical  a nd asymm e tri c al   faults   wi thout  increa sing  the  ri sk  of    system  collap s e an d it has  faul t manage ment cap abili ty too.  The topol ogy  of M-STATCOM is expl ain ed in  sectio n  two. Then,  se ction three d e s cribe s   the Level -shift sine  pul se  width mod u lati on (LS-P W M)  tech niqu e a s  well  a s   corre s po ndin g  di re ct  cur r e n t  co nt r o l s c he me,   in se ct ion  f our M - S T A T COM i s   si mulat ed i n   P S C A D / E MT DC  environ ment  and its sta t ic and dyna mic re sp on ses are discu s sed while the se ction fi ve   con c lu ded o u t  the paper.       2.  Topolog y  of M-STATCOM   Figure 1  de monst r ate s  t he topol ogy  stru ctur e of t h ree  ph ase  MMC. In the  co nverte r,  each ph ase  consi s ts of two leg s  that  are nam es a s   positive le g a nd ne gative l eg respe c tively.  Each l eg  co ntains 50 i denti c al, eve n ly a nd  seri ally  co nne cted sub - module s  (SM s ) alon g with an   indu ctor l  (tha t limits fault  curr ent). Ea ch   sub - mo dule  consi s t of  a flo a ting d c  capa citor C an d t w o  insul a ted-gat e bipola r  tran sisto r s  (Tu a n d  TL ) that form a bi-directi onal chop per  [5].    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Sim u lation Rese arch on S t atic and Dyn a m i c Behavi o r of M-STAT COM (Ri z .Jaf ri)  6623 The voltag e  of ea ch  cap a c itor i s  Vd/ N  (V d i s  the v o ltage of th e  dc  bu s). In  a sub- module, whe n  the uppe r switch i s  on (lo w er  swit ch is   off), C is inse rted in the circuit, in whi c h the   state of the sub-m odul e is  defined  “o n ”   or “1”; when t he upp er  switch i s  off (lo w er switch is  o n ),  C is  bypa sse d , here  the  sub-m odul e is  “off” o r   “0’.    Then   by  co ntrolling   stat es  of  the s e   sub - module s ,  the levels in th e legs  can b e  cha nge d.The termin al voltage of ea ch sub - mo dule  can   be either its  capa citor volta ge or zero,de pendi ng  on th e swit chin g st ates a s  sh own in Table 1       Table 1. Swit chin g States of the Sub-M odule   Mode   Tu  TL  State  1  1 0 ON   2  0 1 OF F   3  0 0 BLOCK     Table 2. Swit chin g States of Single Pha s e  MMC  P+Q  P  Q  Lev  Diff  2+2 2  2  0  2+1 2  1  -1   2 2  0  -2   2+1 1  2  1  2 1  1  0  2-1  1  0  -1   2 0  2  2  2-1  0  1  1  2-2  0  0  0      Tab.2  sho w s  some  po ssibl e  state s  of  a  singl e ph ase  MMC  with fifty sub - mo dule s  p e r l eg.  Here P and Q  are the num bers of the   “on ” sub-mod u les in the p o sitive and n egative legs   respe c tively.The output le vel is decid e d  by  the differen c e  betwee n  voltage s of the posit ive and n egative leg s  and the loa d  curre n t.          Figure 1. The  Structure of Thre e-p h a s e  M-STATCOM  along with S ub-M odul e       3. Modulatio n and Direc t   Curre nt Con t rol Techniq u es   MMC mod u la tion  st rategy has  a si gnificant  impact o n  the output voltage, harmonics,  swit chin g lo sses and  capa citors’ vo ltage bal an ci ng. Multi-ca rrier-ba se d P W M te chni q u e   (multicarrier  PWM mo dula t ion) i s  a  co m m on m odulati on meth od fo r multi-l e vel  converte r. Mul t i- carrie r mo dul ation techniq ue u s e s  a referen c e  or  m o dulating sign al  (u sually sin u soi dal) whi c h  is  comp ared a n d  sa mpled  th roug h a  num ber  of ca rri er  sign al (u su all y  triangula r   waves) a s  sho w n   in Figure 2.  For hig h  a c cura cy and g o od co ntrol  system  re sp on se pu rp ose L e vel-shift sin e  pulse  width mo dula t ion (LS-P W M)[6] tech niq ue is  sele cte d  as the m o dulation  strat egy. It uses  two   reverse d  sin e  waves to co mpare with some trian gula r  wave s who  has the  sam e  amplitude an d   pha se but th e vertical p o sition shifts a l e vel one by  one, due to  whi c h the co nverter  can  work  both in ba sic-level-mo de a nd full-level - mode.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14: 66 22 – 663 2   6624 t p. u. t p. u. p. u. t -2 -1 -0 1 2 -2 -1 -0 1 2 -2 -1 -0 1 2   Figure 2. Multi-ca rri er PWM  Modulation       (a) Ba sic lev e l mode     (b) F u ll-level  mode    Figure 3. Modulation Strat egy for the MMC      For fa ste s t a nd p r e c ise  control, the  di rect   cu rrent control com p ensation sch e me[7]  is  selected.It is implemented  by vary ing modulation index in order to  get variation in output voltage  of STATCOM  while keepin g  cap a cito r voltage con s ta nt.    Applying KVL to Fig.1 the average of three-p h a s e sy stem mathema t ical model i s :    11 1 22 2 aa s a m a bb s b m b cc s c m c ii u u d L iR i u u dt ii u u                                                     (1)  -2 -1 0 1 2 0 0. 00 2 0. 0 0 4 0. 0 0 6 0 . 008 0. 0 1 0. 01 2 0. 0 1 4 0. 0 1 6 0. 01 8 0. 0 2 -2 -1 0 1 2 -5 0 5 0 0. 002 0. 004 0. 006 0. 008 0. 01 0. 012 0. 014 0. 016 0. 018 0. 02 2 3 4 5 6 -2 -1 0 1 2 0 0. 0 0 2 0. 00 4 0. 006 0. 0 0 8 0. 0 1 0. 0 1 2 0. 0 1 4 0. 01 6 0. 0 1 8 0. 02 -2 -1 0 1 2 -5 0 5 0 0 . 005 0.01 0.0 1 5 0.0 2 0 . 025 0. 0 3 0.03 5 0.04 0.0 4 5 0.0 5 3 3.5 4 4.5 5 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Sim u lation Rese arch on S t atic and Dyn a m i c Behavi o r of M-STAT COM (Ri z .Jaf ri)  6625 Whe r e,   u ma ~ mc  are th e out put voltage fo r ph ases a, b  and c re spe c t i vely.  ia~c are  M-STAT CO M  output  cu rre n t s for ph ases a, b  an d  c  resp ective ly.  By  tran sferri ng the  three  pha se  grid -si d e   voltages into  the synchro n ous d - q coo r d i nates a s :     22 co s( ) c o s ( ) co s( ) 3 2 33 22 3 0 si n ( ) s i n ( ) s i n ( ) 33 sa sd sb sq sc u tt t u v u u tt t u                                           (2)    Whe r e, T is called the  tran sform a tion m a trix given by:    22 co s( ) c o s ( ) c o s( ) 2 33 22 3 si n ( ) s i n ( ) si n ( ) 33 tt t T tt t                                                 (3)                                          Accordi ng to the defin ition of instantaneous reactive  theory[8],the expr essions of the  instanta neo u s  active an d reactive po we rs  in the dq  coordi nate sy stem are a s  follows:    () [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] 3 () [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] 3 d sd sq sd s q q sd sq sq s d Pt t t t t V i Qt t t t t V i UU II UU II                                                (4)            The in stanta n eou s a c tive p o we r a nd  rea c tive po we r e x chan ge b e twee n the  grid  and M - STATCOM  can be  co ntrolled by a d justing i d  an d iq, se parately. When i d  is po sitive, M- STATCOM  a b so rb s a c tive po we r a n d  the  co rr espondi ng cap a citors are cha r ge d.  If  id  i s   negative, M - STATCOM  re leases a c tive po we r to t h e  gri d  a nd th e  corre s p ondin g  capa citors  are   discha rge d . T he M-STAT COM rel e a s e s   leadin g  re acti ve power  wh en  iq  is  po si tive, and lagg ing   rea c tive power wh en iq is  negative [9].       4. Simulation Stud y     4.1. Static M ode   To  prove  th at  the  M-STATCOM,  ba sed   o n   pro p o se d co ntrol  strategy, provides the   desi r ed   com pen sation  effects a  thre e  pha se,  M-STATCOM  o f  Figure  1 i s   simul a ted  in    Matlab/Simuli nk environm e n t.  Simulation  and  load s’   paramete r s  are summa ri zed in Table 3.       Table 3. Simulation an d L oad Paramet e rs  Name    S y mbol   Parameters   Active pow er      P  5MW  inductive reactive  po w e r       Q L  5MVar.   Capacitive reactive  po w e r       Q c  0  Load inductance       L d  10mH   Load resistance    R d  24 Ω          DC capacitance    C  2.2nF          3-ph sour ce  voltage      V rm s  10kv  Carrier f r eq.     f c  5kHz  Dc resistance    r d  0.1 Ω   Dc voltage    V d  540v    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14: 66 22 – 663 2   6626 In Figure 4, a  singl e ph ase  of voltage an d cu rr ent at the poi nt of a  power sup p ly  netwo rk  are a nalyzed  (in the time i n terval rangin g  from  0 to  0.1S) with out the M-STAT COM actio n . Due   to inductive l oad the  current lags th e  voltage by 45°. The a c ti ve powe r  is  5MW  while t h e   indu ctive rea c tive po wer i s  5MVa r. Th e pha se  RM S volage is  5.3kv while the pha se  RMS  curre n t is 41 2A. Due to the large in du ctive r eactive power, the lo ss of line volt age is la rge  and  the load -si de  voltage drop i s  al so o b viou s (5%  of  the  rated voltag e ) , hen ce the  power q uality is  also p oor. Th us, in ord e r to  improve the  volt age level the eno ugh  ca pacitive re acti ve powe r  mu st  be given to the system thro ugh M-STAT COM a c tion.        Figure 4. A Single Pha s e of  Voltage and  Curre n t witho u t the M-STACOM Actio n       In Figure 5,  M-STATCOM  action i s   sh o w n a nd  a  sin g le ph ase of  voltage an d current at  PCC  are  an al ysed. As soo n  a s , the M - S T ATCOM  is   put into o p e r ation, the p h a se  RMS volt ag e   is in cre a sed t o  5.8kV  while  the pha se  RMS curre n t is redu ce d to 3 46A. It is also evident fro m   the Figure 5 that the curre n t and voltag e are in  ph ase. The load h a ve become  almost resi sti v e   becau se M - S T ATCOM  ge nerate d  the  cap a citive  re active po we r in order to  comp en sate  the   indu ctive rea c tive power. Thus, M - STATCOM im pro v ed the powe r  factor.        Figure 5. A Single Pha s e of  Voltage and  Curre n t at PCC with M-ST ATCOM Actio n       Figure 6(a - b )  sho w s the M-STATCOM output  voltage and  current wa veforms  respe c tively. Both the out put voltage a nd current waveform s hav e better q uali t y becau se t hey  have rea c he d si nwave a pproxim ation  with l east  THDs. T he  M-STATCOM  output volt age   althoug h gre a t er in amplitu de with the grid volt age but  both are in p hase. As the M-STATCOM  is   in capa citive mode he nce its current le ads the  gri d  voltage. However, the M-STATCOM o u tput  curre n t doe st not lead the grid voltage b y   90°becau se there a r e some losse s  o f  M-STATCO M  and a c tive cu rre nt.       0 0. 01 0. 0 2 0. 0 3 0. 04 0. 05 0. 06 0. 07 0. 0 8 0. 0 9 0. 1 - 8 000 - 6 000 - 4 000 - 2 000 0 2 000 4 000 6 000 8 000 t( s) u( V ) , i ( A ) u i 0 0. 01 0. 0 2 0. 03 0. 04 0. 05 0. 06 0. 07 0. 08 0. 09 0. 1 - 800 0 - 600 0 - 400 0 - 200 0 0 200 0 400 0 600 0 800 0 t( s) u( V ) , i ( A ) u i Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Sim u lation Rese arch on S t atic and Dyn a m i c Behavi o r of M-STAT COM (Ri z .Jaf ri)  6627   (a) M - STATCOM output vo ltage     (b) M - STATCOM output cu rre nt    Figure 6. M-S T ATCOM O u tput Voltage a nd Cu rrent       The FF T an al ysis of M - ST ATCOM  outp u t voltage a n d  cu rrent a r e  sho w n i n  Fig u re  7(a - b) re spe c tive ly.The output voltage has higher  h a rmonics (T HD=4.95% ) as  comp are to the  harm oni c co n t ents of the o u tput  cu rrent (THD=1.45% ) beca u se t he  con n e c ted im peda nce filters   the most of the harm oni cs.  So,  any other filter is not nece s sa ry thus  it is  c o s t  s a ving.        (a) Voltag e     (b) Cur r e n t    Figure 7. M-S T ATCOM o u tput volt age a nd cu rrent ha rmoni c conte n ts      M-STATCOM  DC bu s voltage and its F FT analysi s   shown in Figure 8. As can b e  see n   from Figu re  8(a ) , the DC bus voltage  fluctuat ion i s  small a nd  has the d oub le freque ncy  viz .   100 HZ ha rm onic  waves,  with least ha rmonic  co m p o nents (THD=47.94%).Thi s  proves that the   DC b u s volta ge reg u lato r control st rateg y  is good.       (a) M - STATCOM DC bu s voltage     (b)FFT an alyse s  of M-STA T COM  DC b u s  voltage     Figure 8. M-S T ATCOM  DC Bus Voltage  and Harm oni c Co ntent   0.0 2 0. 0 3 0.0 4 0.0 5 0.0 6 0. 0 7 0. 0 8 0.0 9 0.1 -1 . 5 -1 -0 . 5 0 0.5 1 1.5 x 1 0 4 Ti m e ( s ) Vo l t a g e ( V) 0. 0 2 0. 0 3 0. 0 4 0. 0 5 0. 0 6 0. 0 7 0. 0 8 0. 0 9 0. 1 -6 0 0 -4 0 0 -2 0 0 0 20 0 40 0 60 0 Ti m e ( s ) C u rre n t   (A ) I c I a I b 0 0. 0 1 0. 0 2 0. 0 3 0.0 4 0.0 5 0. 0 6 0. 0 7 0. 0 8 0. 0 9 0. 1 2 2. 1 2. 2 2. 3 2. 4 2. 5 x 1 0 4 Ti m e ( s ) V o l t ag e( v ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14: 66 22 – 663 2   6628 The M - STAT COM’S  cap a c itor m odul es voltages fo r  uppe r an d lo wer  bri dge s a r e  sho w n  in Figure 9. As  it can  be  se en  from  Figu re 9 that  the 14 cap a cito rs’  voltage fluctu ations b o th for  lowe r a nd u p per  arm  are  same  an d of  very sm a ll value a r o und  0.1%.Thus,it  verifies th at the  cap a cita nce voltage control  st rategy  is succe ssful.         (a)  Upp e r b r i dge arm Vc1 ~ 14     (b) L o wer b r i dge arm Vc1 5 ~2 8     Figure 9. M-S T ATCOM  Ca pacito r s’ Volt age s for Up p e r and L o wer  Leg       4.2. D y namic  Mode   No wad a ys m o stly city g r i d  are  con s truc ted  by the  unde rg rou n d  cable s  in stead of  overhe ad line s . The un dergrou nd cable s ’ ca pa citan c e to earthis hi gher tha n  the  overhea d on e.  The Fe rranti  effect [10]  (an in crea se  in vo ltage  occurrin g at  the re ceiving  end of a l ong  transmissio n  line, to  the  voltage  at  the sendi ng  end,  when  load  i s  lig h t  or th e l o a d  is  discon ne cted ) i s  mu ch  mo re p r ono un ced  in u nde rg rou nd  cabl es,  even in  short  le ngths,  be cau s e   of their high capa citan c e.   That’s  why  M-STATCOM  is u s e d . In  or d e r to  verify the M - STATCOM  d y namic  comp en satio n  effect, the  load i s  set variabl e.The l oad a c tive p o we r con s tan t  equal s to 5 M W  while th e lo ad re active  power Q va ries f r om  +5 MVar to -5 MVar at 0.1 s .The  simul a tion   para m eters a r e sh own in T able 4.       Table 4. M-S T ATCOM’ s Si mulation Parameters  Name  S y mbols  Parameters   3-phase source v o ltage  V rm s  10kv  DC po w e r suppl y  V dc  22.7kV  Active pow er   P  5MW  inductive reactive po w e r   Q L  5MVar   Capacitive reactive power   Q c  -5Mv ar   Dc capacitance  C  4.7nF   Dc capacitance  Zs a  70 Ω +10mH   Oper ating Fr equ enc y  f  50Hz  Triangular car r ier  frequenc y  f c  5kHz  DC equivalent re sistance   R dc  0.5 Ω       In Figure  9, in the time pe riod fro m  0 to 0. 2 S, a sing le pha se of voltage an d cu rre nt at  the  Point of Commo n Couplin g (PCC) a r e a naly z ed b e fore a nd after 0.1 s , without the  M- STATCOM a c tion. The r e  are two mod e s: Indu ctiv e mode rang e i s   from 0 to  before  0.1S and   cap a citive m o de rang e sta r ts from  0.1S to 0.2S.  Before 0.1s, i n  ind u ctive mo de,  the cu rrent la gs  the voltage b y  a certain a ngle. Besid e s  this the r e i s  large ind u ctive reactive  power an d hi gh   voltage d r op.  These fa ctors made  po wer  quality poo r.  As the lo ad i s   variabl e so  after 0.1 s ,in the   cap a citive m ode, the  cu rrent lead s the  voltage by  a  ce rtain a ngl e. Due t o  excessive capa ci tive  rea c tive power, voltage ri ses 5% high er  than the ra te d voltage, whi c h is al so u n w ante d  situati on.  So, in both the ca se s for the stable a nd effici ent g r id ope ration  M-STATCO M is absolut ely  necessa ry.  0 0. 0 1 0. 0 2 0. 0 3 0. 0 4 0. 0 5 0. 0 6 0. 0 7 0. 0 8 0. 0 9 0. 1 14 50 15 00 15 50 16 00 16 50 17 00 17 50 18 00 18 50 19 00 19 50 Ti m e ( s ) V o l t ag e( v ) 0 0. 0 1 0. 0 2 0. 0 3 0. 0 4 0. 0 5 0. 0 6 0. 0 7 0. 0 8 0. 0 9 0. 1 13 00 14 00 15 00 16 00 17 00 18 00 19 00 Ti m e ( s ) g( ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Sim u lation Rese arch on S t atic and Dyn a m i c Behavi o r of M-STAT COM (Ri z .Jaf ri)  6629   Figure 9. A Single Pha s e of  Voltage and  Curre n t witho u t the M-STACOM Actio n       In Figure  10, a singl e pha se of voltage and current a t  PCC with M - STATCOM a c tion i s   sho w n. As can be se en from the Figu re  10 that  after the M-ST ATCOM is p u t into operat ion,  either befo r e  or after the 0.1s, curren t and  voltage are su bsta ntially in phase and the l oad   became  equi valent to a  resi stive load.  Before  0.1 s , M-STAT CO M ope rate d i n  the  ca pa citive  mode. It generated  cap a ci tive reactive power, red u ced the indu ctive current  flowing throug h the   lines,  redu ce d line lo sse s , improve d  th e voltage  reg u lation at the  load  side  an d hen ce  provide d   a high  po we r factor. After 0.1s, M - STA T COM  ope ra ted in the i n ductive m ode  so it a b sorb ed   indu ctive rea c tive po wer  o f  the cha r gin g  po wer  ca bl e, redu ce d lin e losse s , re d u ce s the volt age  regul ation at PCC an d hen ce imp r oved t he po wer fa ctor.       Figure 10. A Single Pha s e  of Voltage and Cu rrent at PCC with M - STATCOM A c tion       Figure 1 1 (a -b)  sho w s t he M - STAT COM   3-pha se output voltage  a n d   cu rrent  respe c tively. Before th e 0 . 1s, the M - S T ATCOM  de tected i ndu ct ive load, th e  M-STAT CO M  output voltag e (Vc=1 k v) is gre a ter tha n  the gr id voltage (Vl = 0. 8kv) while af ter 0.1s the  M- STATCOM  d e tected  ca pa citve load, n o w the  M- ST ATCOM  outp u t voltage (V c=0.8kv )  is l e ss  than the  gri d  voltage  (V l=1 k v). The r efore,  whet h e r the l oad i s  ind u ctive  or  cap a citive  the  prop osed rea c tive cu rre nt detectio n  techniqu es  can  corre c tly sen s e natu r e of t he load  and t hen   cal c ulate s  the  requi red q u a n tity of  the co mpen sa tion  current (eithe r  cap a citive or i ndu ctive).      0 0. 02 0. 04 0. 06 0. 08 0. 1 0. 12 0. 14 0. 16 0. 1 8 0. 2 -1 -0 . 8 -0 . 6 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 x 1 0 4 t( s ) u( V ) , i ( A ) u i 0 0. 02 0. 0 4 0. 0 6 0. 08 0. 1 0. 12 0. 14 0. 16 0. 18 0. 2 -1 -0 . 8 -0 . 6 -0 . 4 -0 . 2 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 x 1 0 4 u i Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                               ISSN: 23 02-4 046                     TELKOM NI KA  Vol. 12, No. 9, September 20 14: 66 22 – 663 2   6630   (a) 3 - ph ase M-STATCOM  output voltage    (b) 3 - ph ase M-STATCOM  output cu rre nt    Figure 11. 3-pha se M-STA T COM O u tpu t  Voltage and  Current       Figure 12 de picts that by usin g  dire ct current co ntrol  techniqu e, the output cu rrent is in  good   tra c k with  the comm and cu rrent,  the resulting er ror is so  small that it  can b e  n egligi b le.   Hen c e fa stest  resp on se is  obtaine d.          Figure 12. Direct Cu rr ent Control Strateg y       In Figure 13  M-STATCOM ’ s capa citor  voltages fo r   uppe r an d lowe r b r idge  arm a r e   sho w n respe c tively. As can be see n  fro m  Figure  1 0  that voltage fluctuatio ns of uppe r arm’ s 14  cap a cito rs is  in go od track and  simil a r  with the  lowe r a r m’s 14  ca pacito r s an d  uppe r a r m. T h is  illustrate s tha t  the pro p o s e d  ca pa citan c e voltage b a l anci ng al gorit hm can a c hi e v es the d e si red   purp o se.           Figure 13. M-STATCOM  Capa citor Volta ge Up per a n d  Lowe r  Leg     0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 0. 1 4 0. 1 6 0. 1 8 0.2 -1 . 5 -1 -0 . 5 0 0.5 1 1.5 x 1 0 4 Ti m e ( s ) V o l t ag e( V ) U a U b U c U a U b U c 0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 0. 1 4 0. 1 6 0. 1 8 0. 2 -8 0 0 -6 0 0 -4 0 0 -2 0 0 0 20 0 40 0 60 0 80 0 Ti m e ( s ) C u rre n t (A ) I a I b I c I b I c I a - 1 000 0 10 0 0 Ti m e ( s ) Ir e f ( A ) - 1 000 0 10 0 0 Ti m e ( s ) Ir e a l ( A ) 0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 0. 1 4 0. 1 6 0.1 8 0.2 -1 0 0 0 10 0 Ti m e ( s ) Ir e s u l t a n t ( A ) 15 0 0 16 0 0 17 0 0 18 0 0 19 0 0 Ti m e ( S ) V o l t ag e( V ) 0. 1 2 0. 13 0. 14 0. 15 0. 16 0. 17 0. 18 0. 19 0. 2 14 0 0 16 0 0 18 0 0 Ti m e ( S ) V o l t ag e( V ) Up pe r ar m Lo w e r ar m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  2302-4 046     Sim u lation Rese arch on S t atic and Dyn a m i c Behavi o r of M-STAT COM (Ri z .Jaf ri)  6631 In Figure  14  M-STATCOM  DC b u s volta ge is  sho w n.  As ca n be  se en from Fi gure14, the  DC b u s volta ge fluctuatio n  is small with  least ha rmo n i c  co mpon ent s.          Figure 14. M-STATCOM  DC Bus Voltag e      In Figu re  15,  the re al p o we r P i s  p r ovide d  in  both th e  mode s  (ind uctive and  ca pa citive).  The differe nce is that befo r e 0.1s  (ind u c tive  mode ) P is provide d  more ab out 0.5MW a nd a fter   0.1s P is pro v ided less i.e  about half of the inductive  mode po we r 0.25MW. Similarly rea c ti ve   power  Q i s   provide d  in   both the  mo des (in d u c ti ve an d  capa citive). In ind u ctive mo de  Q=- 4.9MVAr are  given to the  system  whil e after 0. 1 s   that is ca pa citive mode Q = +3.9Mvar  a r e   absorb ed fro m  the system .          Figure 15. M-STATCOM’ s  Con s um ption  of Active Po wer a nd Rea c tive Powe r      5. Conclusio n   The  comp ute r  sim u lation  in the PSCA D /EMTDC e n vironm ent confirme d the  pro per  operation of the three - ph a s e M-STAT COM.Direct  cu rre nt control(DCC)  strate g y  along with LS- PWM validat es a qui ck re spo n se meth od with e s pe cial context to the followin g  points:   1)  Voltage sa g mitigation.  2)  Rea c tive po wer co mpe n sation in indu ctive as well as  capa citive mode.  3)  maintain the  stability of  DC-link capaci t o r voltage  4)  The line lo sses ,voltage drops  a nd Harmonic  can c ell a tion, and   5)  Simultaneo us load balan ci ng pro c e dure ,  while  cont ro lling and bala n cin g  all of the DC me an  voltages eve n  durin g the tran sient state s , etc.      Referen ces   [1]  Acha E. A New   ST AT COM  Mode l for Pow e r F l o w s Usi ng the Ne w t o n–R aphs on M e thod Po w e r   S y stems.  IEEE Transactions  on Power Elect r onics . 20 13; 2 8 (3): 245 5-2 4 6 5 .  [2]  Réd ha C H IBA N I, ElMadj id B E RKOUK, Mo hame d   Se ghir,  BOUCHERIT .  Stud y of  a n e w   D C  v o lta g e   equ alis ing  circ uit for F i ve- Lev el N eutral  Poi n t Clamp ed-V o lt age S ourc e  In verter.  Journ a l  of Electric al   System s . 20 11 ; 7-2: 131-1 4 8   [3]  S Rohner, S Bernet,  Mo d u lati on, L o sse s. Semicon d u c tor Req u irem ents of Mo du lar Mu ltilev e l   Conv erters.  IEEE transactions on industrial  electronics . 20 10; 57(8): 2 633 -264 2.  0 0. 0 2 0. 0 4 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 0. 1 4 0. 1 6 0. 1 8 0. 2 2 2. 1 2. 2 2. 3 2. 4 2. 5 x 1 0 4 Ti m e ( s ) Vo l t a g e ( V ) 0 0. 0 2 0. 04 0. 0 6 0. 0 8 0. 1 0. 1 2 0. 14 0. 1 6 0. 1 8 0. 2 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 x 1 0 6 P( W ), Q (V a r ) P Q Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.