I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.1 ,   No . 1 ,   Sep tem b er   2 0 1 1 ,   p p .   65 ~ 74   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694          65       R ec eive d   J u n   27 th ,   2 0 1 1 ;   R ev is ed   Au g   3 rd ,   2 0 1 1 ;   A cc ep ted   S ep  19 th ,   2 0 1 1 Unified  P o w er Q ua lity Co ndition e r f o V o ltag S a g  and  H a r m o nic  M i tiga tion o N o nl inea L oa ds     1 Y. K us u m a   L a t ha ,   2 Ch.Sa ib a bu 3 Y. P . O bu lesu   1. 3 De p a rtm e n o f   EE E,   L a k ired d y   Ba li re d d y   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   ( A u to n o m o u s ),   M y la v a ra m -5 2 1 2 3 0 ,   A . P ,   I n d ia   2 De p a rtme n t   o f   E lec tri c a En g g ,   Un iv e rsit y   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   (A u to n o m o u s),  JN T Uk ,   Ka k in a d a ,   A . P ,   In d ia   e - m a il k u su m a lath a y @g m a il . c o m c h s_ e e e @ y a h o o . c o . i n y p o b u l e su @g m a il . c o m         A b s tr a ct   Wit h   th w id a p p lica tio n   o f n o n lin ea r   a n d   elec tr o n ica lly  s w itch ed   d ev ices in   d is tr ib u tio n   s ystems ,   th p o w er   q u a lity  p r o b lem  b ec o mes  mo r s erio u s .   Th is   p a p er  d ea ls   w ith   U n ified   P o w er  Qu a lity  C o n d it io n   ( UP QC )   w h ich     is   a n   in teg r a tio n   o s eries   a ctive   fil ter  a n d   s h u n a ctive   filt er.  Th e   ma in   p u r p o s o a   UP QC   is   t o   co mp en s a te  f o r   cu r r en t   h a r mo n ics  a n d   vo lta g e   h a r m o n ics.  I h a s   th ca p a b ilit o f   imp r o vin g   p o w er  q u a lity  a t h p o in t   o in s ta lla tio n   o n   p o w er  d is tr ib u tio n   s ystem s .   T h p a p er  d is cu s s es  th co mp e n s a tio n   p r in cip le  a n d   d iffer en co n tr o s tr a teg ies  o th e   UP QC   in   d eta il.  Th p erfo r ma n ce   o UP QC   is   ex a min ed   b co n s id erin g ,   a   d io d r ec tifi er  feed in g   a n   R lo a d   ( n o n   lin ea r   lo a d )   th a t   a cts  a s   a   s o u r ce   o h a r mo n ics,  feed in g   h a r mo n ics  in to   th e   th r ee - p h a s d is tr ib u tio n   s ystem  o co n ce r n .   Th p erfo r ma n ce   is   a ls o   o b s erved   u n d er  in flu en ce   o u tili ty  s id d is tu r b a n ce s   s u ch   a s   s a g ,   s w ell,   a n d   flicker.   Th is   co n tr o s tr a teg g u a r a n tees  s in u s o id a l,  b a la n ce d   a n d   min imiz ed   s o u r ce   cu r r en ts   ev en   u n d er   u n b a la n ce d   a n d   o r   d is to r ted   s ystem  vo lta g es.   Th co n tr o s tr a teg ies  a r mo d eled   u s in g   MATLAB /S I MULI N K   a n d   s imu la tio n   r esu lts   a r p r esen t ed   to   va lid a te  th p r o p o s ed     c o n tr o l str a teg y .     K ey w o r d s UP QC P o w e r   Qu a lity,    Ha r mo n ics,  Lo a d   B a la n cin g ,   P o w er F a cto r   C o r r ec tio n ,   MATLAB /S I MULIN K .         1.   I ntr o du ct io n     So lili d   s tate   p o w er   co n v er ter s   ar w id el y   u s ed   i n   ap p licatio n s   s u ch   as  ad j u s tab le  s p ee d   d r iv es  ( ASD) ,   s ta tic  p o w er   s u p p lies   an d   as y n c h r o n o u s   ac - d lin k s   in   w i n d   an d   w a v g e n er atin g   s y s te m s [ 1 ] .   T h ese  p o w er   co n v er ter s   b eh a v as   n o n - li n ea r   lo ad s   to   ac   m ai n s   a n d   in j ec h ar m o n ics  a n d   r es u lt   in   lo w   p o w er   f ac to r   an d   ef f ic ien c y   o f   t h s y s te m   [ 2 , 3 ] .   C o n v en t io n all y   p as s iv e   f ilter s   w er t h c h o ice  f o r   th e li m in atio n   o f   th e   h ar m o n ic s   a n d   to   i m p r o v t h p o w er   f ac to r .   T h ese  p ass i v f ilter s   h a v t h e   d is ad v a n tag e   o f   lar g er   s ize,   r eso n an ce   an d   f i x ed   co m p e n s a tio n .   I n   th e   last   co u p le  o f   d ec ad es,  th co n ce p o f   ac ti v p o w er   f i lter s   ( A P F),   SV C   a n d   A SV C   ar v er y   p o p u lar   [ 3 ] , [ 4 ] .   Sev er al  ap p r o ac h e s u c h   as  h y b r id   f i lter s   an d   m u lti  s tep   in v er ter s   ar p r o p o s e d   to   r ed u ce   th s ize  o f   th ac tiv f i lter s .   Ma n y   co n tr o l   co n ce p ts   s u c h   a s   i n s tan ta n eo u s   p o w er   th eo r y ,   n o tch   f i lter   a n d   f l u x   b ased   co n tr o ller s   h av e   also   b ee n   in tr o d u ce d .   Mo s o f   th e s s c h e m e s   r eq u ir tr a n s f o r m atio n s   a n d   ar d if f ic u l to   i m p le m e n t.  I n s ta n tan eo u s   s y m m etr ical  co m p o n en th eo r y   is   v er y   ea s y   s ch e m t o   i m p le m e n i n   t h r ea ti m p r o ce s s   as  th er ar n o   co m p lic atio n s   o f   tr an s f o r m a tio n s   as  w el as  r ed u ce d   co m p u ta ti o n .   T h s tif f   s o u r ce   is   th o n l y   r eq u ir e m e n to   b m et  i n   o r d er   to   u s th i s   s ch e m as  co n tr o alg o r ith m   [ 5 ] .   Vo ltag s ag   is   o n o f   t h p r i m f ac to r s   d u to   w h ic h   p ar ti cu lar l y   p r o d u ctio n   i n d u s tr ies   s u f f er   h u g lo s s   [ 6 ] .   T h is   is   ev id en f r o m   m an y   p o w er   q u alit y   s u r v e y   r ep o r ts .   Mo s o f   th ese  v o lta g s e n s iti v cr itical  lo ad s   ar n o n - li n ea r   i n   n atu r d u to   ap p licatio n   o f   f a s ac tin g   s e m ico n d u cto r   s w itc h es  an d   t h eir   s p ec if ic  co n tr o s tr ateg y [ 7 , 8 ] .   Un d o u b ted ly   th e y   h a v r ev o l u tio n ized   th s tate  o f   t h ar o f   tec h n o lo g y   in   al m o s e v er y   f i eld ,   b u th e i r   lar g e - s ca le  p r esen ce   in   a   s y s te m   p o s s o m m aj o r   co n c er n s   as t h e y   a f f ec t t h d is tr ib u tio n   u ti lit y   in   s o m h ig h l y   u n d esira b le  w a y s .     P r im ar il y ,   t h ese   k i n d s   o f   lo ad   cu r r en t s   ar r ic h   i n   h ar m o n ic s   an d   th e y   m a y   r eq u ir s o m e   r ea ctiv V as   w ell.   T h h ar m o n ic  c u r r en ts   f lo w in g   t h r o u g h   t h f i n ite  s o u r ce   i m p ed an ce   o f   th e   u t ilit y   s u p p l y   ca u s th v o lta g d is to r tio n   at  th P o in o f   C o m m o n   C o u p li n g   ( P C C )   to   t h o th er   lo ad s   [ 9 ] .   I r esu lts   in   m al f u n ctio n   o f   co n tr o s i g n a ls ,   p r o tectio n   an d   m eter in g   o f   o t h e r   lo ad s   a n d   s y s te m   m e ter in g   d ev ices.   B u t h d is c u s s io n s   f o cu s   o n   s ep ar ated   co m p e n s at io n   f o r   r ea ctiv p o w er ,   n eg at iv e - s eq u en ce   cu r r en o r   h ar m o n ics.  R e ce n r esear ch   ef f o r ts   h a v b ee n   m ad to w ar d s   u tili zi n g   d ev ice  ca lled   u n if ied   p o w er   q u alit y   co n d itio n er   ( UP QC )   to   s o lv al m o s t a ll p o w er   q u a lit y   p r o b lem s   [ 10 ].         T h ai m   o f   t h p ap er   is   to   d es ig n   d if f er en t   co n tr o s tr ate g ies   f o r   Un i f ied   P o w er   Q u alit y   C o n d itio n er   ( UP QC ) ,   w h ic h   is   o n o f   th m aj o r   cu s to m   p o w er   s o lu tio n s   ca p ab le  o f   m it ig ati n g   t h ef f ec o f   s u p p l y   v o ltag s ag   a n d   s w ell  at  th e   lo ad   en d   o r   at  th P o in t   o f   C o m m o n   C o u p li n g   ( P C C ) .   I t a ls o   p r ev en ts   lo ad   cu r r en h ar m o n ics  f r o m   en ter in g   t h u tili t y   an d   co r r ec ts   t h i n p u p o w er   f ac to r   o f   t h lo ad   a n d   al s o   eli m in a tes  th e   d is to r tio n   in   th v o lta g ca u s ed   d u to   f lic k er in g ,   s p i k es e tc.   I n   t h is   p ap er   th co n tr o l stra teg ie s   ar i m p le m en ted   w it h   P I   C o n tr o ll er .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
6 6                                                                                                I SS N :   2 0 8 8 - 8 694 IJ PEDS    Vo l.  1 ,   No .   1 ,     Sep tem b er   2 0 1 1   :   65     74         2.   P ro po s ed  co ntr o s t a rt eg ies     T h p r im o b j ec tiv o f   p o w er   u tili t y   co m p a n ie s   is   to   p r o v id th eir   co n s u m er s   an   u n i n ter r u p ted   s in u s o id al  v o ltag o f   co n s ta n a m p lit u d e.   I n   ad d itio n   to   th is ,   ad h er en ce   to   d if f er en p o w er   q u alit y   s tan d ar d s   l aid   d o w n   b y   d if f er en t   ag en cie s   h as  b ec o m e   f ig u r e   o f   m er it  f o r   th p o w er   u t ilit ies  [ 1 - 3 ] .   Un f o r tu n atel y ,   t h is   is   b ec o m i n g   in cr ea s in g l y   d if f ic u lt  to   d o   s o ,   b ec au s th e   s i ze   an d   n u m b er   o f   n o n - li n ea r     an d   p o o r   p o w er - f ac to r   lo ad s   s u ch   a s   ad j u s tab le  s p ee d   d r iv es,  co m p u ter   p o w er   s u p p lies ,   f u r n ac e s ,   p o w er   co n v er t er s   an d     tr ac tio n   d r iv es  ar f in d in g   its   ap p licatio n s   at   d o m e s tic  a n d   in d u s tr ial   lev e ls .   T h ese  n o n l in ea r   lo ad s   d r a n o n - li n ea r   cu r r e n a n d   d eg r a d elec tr ic  p o w er   q u alit y .   T h q u alit y   d eg r ad atio n   lead s   to   lo w   p o w er - f ac to r ,   lo w   e f f ic ien c y ,   o v er h ea ti n g   o f   tr a n s f o r m er s   a n d   s o   o n   [ 4 ] .   A p ar t   f r o m   th i s ,   t h o v er all  lo ad   o n   th d is tr ib u tio n   s y s te m   is   s eld o m   f o u n d   to   b b alan ce d .   I n   t h p ast,   ef f o r ts   h a v b ee n   m ad to   m iti g ate  t h e s id en t i f ied   p o w er   q u alit y   p r o b le m s   u s i n g   co n v e n tio n al   p ass i v e   f i lter s .   B u t h eir   l i m itatio n s   s u c h   as,  f i x ed   co m p en s atio n ,   r eso n an ce   w i th   th s o u r ce   i m p ed an ce   an d   th d i f f ic u lt y   in   tu n in g   ti m d ep en d e n ce   o f   f ilter   p ar a m eter s   [ 3 ]   h av i g n i ted   Un if ied   P o w er   Qu a lit y   C o n tr o ller   is   n o v el  ap p r o ac h   p r o p o s ed   in   th d ir ec tio n   o f   attain i n g   b etter   q u alit y   o f   p o w er   in   t h d is tr ib u tio n   n e t w o r k s .   T h b asic   co n s tr u ct io n   o f   t h e   UP QC   i s   v er y   m u c h   s i m ilar   to   th at  o f   Un i f i ed   P o w er   Flo w   C o n tr o ller   ( UP FC ) .   T h b asic  b u ild in g   b lo ck s   o f   UP QC ,   an d   th eir   in ter   co n n ec tio n   is   as  s h o w n   in   Fig . 1 .     Fig   1   Gen er al  co n f i g u r atio n   o f   Un i f ied   P o w er   Q u alit y   C o n d i tio n er     T h UP QC   co n s is t s   o f   t w o   b ac k   to   b ac k   co n n ec ted   I GB T   b ased   v o ltag s o u r ce   b i - d ir ec tio n al  co n v er ter s   w it h   a   co m m o n   d b u s .   O n in v er ter   is   co n n ec ted   in   s er ie s ,   w h i le  th o th er   o n i s   p lace d   in   s h u n w it h   t h n o n li n ea r   lo ad .   T h in v er ter   co n n ec ted   in   s h u n w it h   th lo ad   ac ts   as  cu r r en s o u r ce   f o r   in j ec tin g   co m p en s ati n g   cu r r en t,  i c .   W h ile,   th s u p p l y   s id in v er ter   co n n e cted   in   s er ie s   w it h   t h lo ad   ac ts   as  v o lta g s o u r ce   f ee d in g   co m p en s at in g   v o ltag e,   v c   th r o u g h   a n   in s er tio n   tr a n s f o r m er .   A   d io d b r id g r ec tif ier   f ee d in g   R - L   lo ad   is   co n s id er ed   as n o n li n ea r   lo ad .   2 . 1   A ctive   F ilte r i ng   Sys tem   T h ac tiv f ilter s   ar v er y   q u i ck   in   r esp o n d i n g   to   a n y   p o w er   d is tu r b an ce   co m p ar ed   to   p ass iv f ilter s .   T h r ea p o w e r   s y s te m   u n d er g o es  m a n y   tr an s i en ts ,   w h ic h   ar e n o u g h   q u ic k er   th at  t h ese   ca n n o b ad d r ess ed   u s in g   s i m p le  p ass i v e   f ilter   a s s e m b l y .   T h is   m ad p o w er   s y s te m   an a l y ze r s   to   g o   to   ac tiv f ilter s ,   w h ich   ac ts ,   b as ed   o n   th p h ilo s o p h y   t h at  ad d r ess es  th lo ad   cu r r en d i s to r tio n   f r o m   ti m d o m ai n   r ath er   th an   f r eq u e n c y   d o m ai n   ap p r o ac h .   T h m o s t   ef f ec tiv w a y   to   i m p r o v t h d is to r ted   p o w er   f a cto r   in   n o n - s i n u s o id al  s it u atio n   is   to   u s n o n li n ea r   ac ti v d ev ice   th at  d ir ec tl y   co m p e n s a tes  f o r   th lo ad   cu r r en t d is to r tio n .     T h p er f o r m an ce   o f   th e s ac ti v f i lter s   is   b ased   o n   t h r ee   b asic d esig n   cr iter ia.   T h ey   ar e:     T h d esig n   o f   t h p o w er   i n v er ter   ( s e m ico n d u cto r   s w itc h es,  i n d u cta n ce s ,   ca p ac ito r s ,   d v o lt ag e) .     T h PW co n tr o l m et h o d   ( h y s ter esis ,   tr ia n g u lar   ca r r ier ,   p er i o d ical  s a m p lin g )     Me th o d   u s ed   to   o b tain   th cu r r en r ef er en ce   o r   th co n tr o s tr ateg y   u s ed   to   g en er ate  th r ef er en ce   te m p late.     2 . 2   Des ig n o f   p o w er inverte r s   I n ve r ters :   B o th   s er ie s   v o lta g co n tr o an d   s h u n c u r r en co n t r o in v o l v u s o f   v o lta g s o u r ce   co n v er ter s .   B o th   t h ese   in v er ter s   ar o p er ated   in   cu r r en t c o n tr o m o d e m p lo y in g   P W co n tr o l te ch n iq u e.   E ac h   t h r ee - p h a s v o ltag e   s o u r ce   co n v er ter   co n s is t s   o f   s i x   co n tr o llab le  s w itc h es   an d   ea c h   s w itc h   is   n o t h i n g   b u a n   I GB T   w it h   p ar allel  d io d co n n ec ted   i n   r e v er s e.   T h u s   ea c h   leg   o f   th r ee - p h ase   v o lta g s o u r ce   co n v er ter   co n s i s ts   o f   t w o   s w itc h es.  Sin ce   th e   co n v er ter s   ar b i - d ir ec tio n al,   c u r r e n ts   f lo w   f r o m   ac   to   d an d   v i ce   v er s a.   Dio d es  ca r r y   o u t   in s ta n ta n eo u s   r ec tif ier   o p er atio n   an d   I GB T s   ca r r y   o u t i n s ta n tan eo u s   i n v er ter   o p er atio n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ PEDS    I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Unified Power Quality Conditioner for Voltage Sag and ... (Y. Kusuma Latha)   67 C a p a cito r :   C ap ac ito r   is   u s ed   as  an   in ter f ac b et w ee n   t h e   t w o   b ac k   to   b ac k   co n n ec ted   in v er ter s   an d   t h v o ltag e   ac r o s s   it  ac t s   as  th d v o lta g e   s o u r ce   d r iv i n g   t h i n v er ter s .   T h u s ,   t h ca p ac ito r   th at   ac ts   a s   an   en er g y   s to r ag d e v ice  is   s h ar ed   b et w ee n   t h t w o   b i - d ir ec tio n al  co n v er ter s .   T h v o ltag ac r o s s   t h ca p ac ito r   is   h eld   co n s ta n at   t h r eq u ir ed   v alu e   u s i n g   clo s ed   lo o p   co n tr o l.    I n   o r d er   to   as s u r th e   f ilte r   cu r r en t   at  a n y   i n s ta n t,  t h D C   v o ltag e,   V dc    m u s t   b y   at  least  eq u al  to   3 /2   o f   th p ea k   v alu o f   t h lin A C   m ai n s   v o ltag e.   T h ca p ac ito r   is   to   b s o   d esig n ed   s o   as  to   p r o v id e   DC   v o lta g w it h   ac ce p tab le  r ip p le s.     I n terf a ce   I n d u cto r :   A n   i n d u cto r   is   u s ed   to   in ter f ac t h f ilter   ( eit h er   s h u n o r   s er i es)  w it h   t h d is tr ib u tio n   s y s te m . T h at  i s ,   th g e n er ated   ac   v o ltag ( g en er ated   b y   t h i n v er ter )   is   co n n ec ted   to   t h a s y s te m   v ia  a n   i n d u cto r .   T h er ef o r e,   co n tr o o f   th e   c u r r en w a v e - s h ap is   li m i ted   n o o n l y   b y   t h s w i tch i n g   f r eq u en c y   o f   th i n v er ter   b u al s o   b y   th a v ailab le  d r i v in g   v o lta g ac r o s s   t h i n ter f ac in g   i n d u cto r .   T h d r iv in g   v o ltag e   ac r o s s   t h i n ter f ac in g   i n d u cto r   d eter m in e s   t h m a x i m u m   d i/d th at   ca n   b ac h ie v ed   b y   t h f ilter .   T h is   is   i m p o r ta n b ec au s r elativ el y   h i g h   v a lu e s   o f   d i/d m a y   b n ee d ed   to   ca n ce h ig h er   o r d er   h ar m o n ic  co m p o n en t s .     T h er ef o r e,   th er is   t r ad e - o f f   i n v o lv ed   in   s izin g   th in ter f ac in d u cto r .     A   lar g in d u cto r   is   b etter   f o r   is o latio n   f r o m   th p o w er   s y s te m   a n d   p r o tectio n   f r o m   tr an s ien t   d is tu r b an ce s .     Ho w e v er ,   th la r g er   in d u cto r   v al u es l i m it th ab ilit y   o f   t h f ilter   to   ca n ce l h i g h er   o r d er   h ar m o n ic s .   2 .   3   C o ntr o l Str a teg to   Genera te  R ef erence  C ur r ent s   2 . 3 . 1   Sh un t Co ntr o l St r a teg ies   Sh u n co n tr o s tr ateg y   in v o lv e s   n o o n l y   g en er at in g   r ef er en c cu r r en to   co m p e n s ate  t h h ar m o n ic  cu r r e n ts   b u al s o   ch ar g i n g   th ca p ac ito r   to   th r eq u ir ed   v alu to   d r iv t h in v e r ter s .     P I   C o n tr o l   W ith   v ie w   to   h a v s e lf   r eg u la ted   d b u s ,   t h v o ltag e   ac r o s s   th ca p ac ito r   i s   s e n s e d   at  r eg u lar   in ter v als   an d   co n tr o lled   b y   e m p lo y i n g   s u it ab le  clo s ed   lo o p   co n tr o l.  T h d lin k   v o lta g e,   v d is   s e n s ed   at  r eg u lar   i n ter v al  an d   i s   co m p ar ed   w it h   it s   r ef er e n ce   c o u n ter p ar v dc * .   T h er r o r   s ig n al  is   p r o ce s s ed   in   P I   co n tr o ller .   T h o u tp u o f   t h P I   co n tr o ller   is   d en o ted   as  i sp(n) .   A   li m it  i s   p u o n   t h o u tp u o f   co n tr o ller .   T h is   e n s u r es  th at   th s o u r ce   s u p p lies   ac ti v e   p o w er   o f   th lo ad   an d   d b u s   o f   th UP QC .   L a ter   p ar o f   ac tiv p o w er   s u p p lied   b y   s o u r ce   is   u s ed   to   p r o v id e   s elf - s u p p o r ted   d lin k   o f   th e   UP QC .   T h u s ,   t h d b u s   v o lta g o f   t h UP QC   is   m a in ta in e d   to   h av e   p r o p er   cu r r en t   co n tr o l.         Gen era tin g   co mp en s a tin g   cu r r en t   Dir ec meth o d :   T h o u tp u t,  i sp   is   co n s id er ed   as  m ag n it u d o f   th r ee   p h ase  r ef er en ce   c u r r en t s .   T h r e p h ase  u n it  cu r r en v ec to r s   ( u sa ,   u sb   an d   u sc )   ar d er iv ed   in   p h a s w it h   t h th r ee   p h ase  s u p p l y   v o lta g es ( v sa ,   v sb   a n d   v sc ) .   T h ese  u n it c u r r en v ec to r s   ( u sa ,   u sb   a n d   u sc )   f o r m   t h p h a s es  o f   t h r ee   p h a s r ef er en ce   c u r r en ts .   Mu l tip lica tio n   o f   m a g n it u d I sp   w it h   p h ases   ( u sa ,   u sb   an d   u sc )   r esu lt s   in   t h th r ee - p h ase  r e f er en ce   s u p p l y   cu r r e n ts   ( i sa * ,   i sb *   a n d   i sc * ) .   Su b tr ac tio n   o f   lo ad   cu r r en ts   ( i la ,   i lb   an d   i lc )   f r o m   th r ef er en ce   s u p p l y   cu r r en ts   ( i sa * ,   i sb *   a n d   i sc * )   r esu lt s   in   th r ee - p h ase  r ef er e n ce   cu r r en ts ( i sh a * ,   i shb *   an d   i shc * )   f o r   th s h u n t in v er ter .   T h ese  r ef er en ce   c u r r en ts   i ref   (i sha * ,   i shb *   a n d   i shc * )   ar co m p a r ed   w it h   ac tu a s h u n co m p e n s atin g   c u r r en t s   i act   (i sha ,   i shb   an d   i shc )   a n d   t h er r o r   s ig n al s   ar th e n   co n v er ted   i n to   ( o r   p r o ce s s ed   to   g i v e)   s w itc h i n g   p u l s es  u s i n g   P W tech n iq u w h ic h   ar f u r t h er   u s ed   to   d r iv s h u n i n v er ter .   I n   r esp o n s e   to   th P W g atin g   s i g n als  t h s h u n i n v er ter   s u p p lies   h ar m o n ic  cu r r en ts   r eq u ir ed   b y   lo ad .   ( I n   ad d itio n   to   th is   it  also   s u p p lies   t h r ea ctiv p o w er   d e m a n d   o f   t h lo ad . )   I n   ef f ec t,  th s h u n b i - d ir ec tio n a co n v er ter   th at  is   co n n ec ted   th r o u g h   a n   in d u cto r   in   p ar all el  w it h   th lo ad   ter m i n als   ac co m p li s h es t h r ee   f u n ct io n s   s i m u lta n eo u s l y :     I t in j ec ts   r ea ctiv cu r r en t to   co m p e n s ate  cu r r en t h ar m o n ic s   o f   th lo ad       I t p r o v id es r ea c tiv p o w er   f o r   th lo ad   an d   th er eb y   i m p r o v p o w er   f ac to r   o f   th           s y s te m     I t a ls o   d r aw s   t h f u n d a m e n tal  cu r r en t to   co m p en s ate  t h p o w er   lo s s   o f   th        s y s te m   an d   m ak t h v o lta g o f   DC   ca p ac ito r   co n s tan t.     2. 3 . 2   Ser ies C o ntr o l st r a teg ies   T h s er ies  i n v er ter ,   w h ic h   is   a ls o   o p er ated   in   cu r r en co n tr o m o d e,   is o lates  th lo ad   f r o m   th s u p p l y   b y   in tr o d u cin g   v o ltag s o u r ce   in   b et w ee n .   T h is   v o ltag s o u r ce   co m p en s ates  s u p p l y   v o ltag d ev iat io n s   s u ch   as  s a g   an d   s w ell.   I n   clo s ed   lo o p   co n tr o s ch e m o f   t h s er ie s   in v er ter ,   t h th r ee   p h ase  lo ad   v o lta g ( v la ,   v lb   a n d   v lc )   ar s u b tr ac ted   f r o m   th th r ee   p h ase  s u p p l y   v o lta g ( v sa ,   v sb   an d   v sc ) ,   an d   ar als o   co m p ar ed   w ith   r e f er en ce   s u p p ly   v o lta g w h ich   r es u lts   in   t h r ee   p h ase  r e f er en ce   v o lta g es  ( v la * ,   v lb *   an d   v lc * ) .   T h es r ef er en ce   v o lta g es   ar to   b e   in j ec ted   in   s er ie s   w it h   th e   lo ad .   B y   tak i n g   r ec o u r s to   s u itab le  tr a n s f o r m atio n ,   th t h r ee   p h ase  r ef er en ce   cu r r e n ts   ( i sea * ,   i seb *   a n d   i sec * )   o f   th s er ies  i n v er ter   ar o b tain ed   f r o m   t h t h r ee   p h ase   r ef er en ce   v o lta g es   ( v la * ,   v lb *   a n d   v lc * ) .   T h ese  r ef er e n ce   c u r r en t s   (i sea * ,   i seb *   an d   i sec * )   ar f ed   to   P W cu r r en co n tr o ller   alo n g   w it h   th e ir   s en s ed   co u n ter p ar ts   ( i sea ,   i seb   an d   i sec ) .   T h g ati n g   s ig n al s   o b tain ed   f r o m   P W cu r r en co n tr o ller   en s u r th at  t h s er ies  i n v er ter   m ee ts   t h d e m a n d   o f   v o lta g s a g   an d   s w ell,   t h er eb y   p r o v id in g   s in u s o id al  v o lta g to   lo ad .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
  68                 I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.  1 ,   No .   1 ,     Sep tem b er   2 0 1 1   :   65     74       T h u s   s er ies  i n v er ter   p la y s   a n   i m p o r tan r o le  to   in cr ea s th e   r eliab ilit y   o f   q u alit y   o f   s u p p ly   v o lta g at  th lo ad ,   b y   in j ec tin g   s u itab le  v o lta g w it h   th s u p p l y ,   w h e n e v er   th s u p p ly   v o lta g u n d er g o es sa g .   T h s er ies  in v er ter   ac ts   a s   lo ad   to   th co m m o n   d li n k   b et w ee n   t h t w o   i n v er ter s .   W h e n   s ag   o cc u r s   s er ies  in v er ter   ex h a u s ts   th e   en er g y   o f   t h d lin k .   T h u s ,   u n li k D y n a m i Vo ltag e   R e s to r er ,   UP QC   d o es  n o t   n ee d   a n y   e x te r n a s to r ag d ev ice  o r   ad d itio n al  co n v er ter   ( d io d b r id g r ec tif ier )   to   s u p p l y   th d li n k   v o lta g e.         2 . 4     Mo d eling   o f   UP QC   2. 4 . 1   C o m p uta tio n o f   co ntr o q ua nti ties   o f   s hu nt inve r ter     Dir ec t c u r r ent c o nt r o l m etho d :     T h am p lit u d o f   t h s u p p l y   v o ltag is   c o m p u ted   f r o m   t h t h r ee   p h ase  s en s ed   v al u es a s :     v sm   =[   2 /3 ( v sa 2   + v sb 2   +v sc 2 )] 1/2                                                                                                                                                 ( 1 )     T h th r ee   p h ase  u n it c u r r en t v ec to r s   ar co m p u ted   as:   u sa    =  v sa /v sm   u sb    =  v sb /v sm ;   u sc    =  v sc /v sm ;               ( 2 )     Mu ltip licat io n   o f   t h r ee   p h ase   u n it  c u r r en v ec to r s   ( u sa ,   u sb   an d   u sc )   w i th   t h a m p li tu d o f   th s u p p l y   cu r r e n ( i sp r esu lt s   in   t h t h r ee - p h a s r ef er en ce   s u p p l y   cu r r en ts   as:     i sa *       i sp .u sa ;   i sb *     =  i sp .u sb ;   i sc *       i sp .u sc ;             ( 3 )     T o   o b tain   r ef er en ce   cu r r en t s ,   t h r ee   p h ase  lo ad   cu r r en t s   ar s u b tr ac ted   f r o m   t h r ee   p h ase  r ef er en ce   s u p p l y   c u r r en t s :     i sha *   i sa -   i la ;   i shb *   i sb -   i lb ;   i shc *   i sc -   i lc ;               ( 4 )   T h ese  ar th i ref   f o r   Dir ec cu r r en co n tr o tech n iq u o f   s h u n in v er ter .   T h i ref   ar e   co m p ar ed   w it h   i act   in   P W cu r r en t c o n tr o ller   to   o b tain   th e   s w itch in g   s i g n als  f o r   th d ev i ce s   u s ed   i n   th s h u n t in v er ter .   2. 4 . 2   C o m pu t a t io n o f   co ntr o l qua ntit ies o f   s er ies inv er t er :   T h s u p p l y   v o lta g an d   lo ad   v o ltag ar s en s ed   an d   th er f r o m ,   th d esire d   in j ec ted   v o lta g e   is   co m p u ted   as  f o llo w s :     v inj    =  v s - v l                  ( 5 )     T h m a g n it u d o f   th i n j ec ted   v o ltag i s   ex p r ess ed   as :     v inj      | v inj |               ( 6 )     W h er ea s ,   th p h a s o f   in j ec ted   v o ltag i s   g i v e n   as:     inj      tan ( R e[ v pq ] /I m [ v pq ])               ( 7 )     Fo r   th p u r p o s o f   co m p en s a ti o n   o f   h ar m o n ic s   in   lo ad   v o lta g e,   th f o llo w i n g   i n eq u a liti es a r f o llo w ed                                 v inj   < v injm ax                                     m ag n it u d co n tr o l;                                         0   inj   3 6 0                                               p h ase  co n tr o l;   T h r ee   p h ase  r ef er en ce   v al u es  o f   th i n j ec ted   v o ltag es a r ex p r ess ed   as:       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ PEDS    I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Unified Power Quality Conditioner for Voltage Sag and ... (Y. Kusuma Latha)    6 9   v la *       2v inj s in ( w t+ inj   v lb *       2v inj s in ( w t+2 /3 + inj   v lc *       2v inj s in ( w t - 2 /3 + inj                ( 8 )     Th th r ee   p h ases   r ef er e n ce   cu r r en ts   ( i ref )   o f   t h s er ies i n v er te r   ar co m p u ted   as  f o llo w s :     i sea *       v la * /z se ;   i seb *       v lb * /z se ;   i sec   *     v lc * /z se ;                   ( 9 )     T h i m p ed an ce   z se   i n cl u d es  t h i m p ed an ce   o f   in s er tio n   tr an s f o r m er .   T h c u r r en t s   ( i sea * ,   i s eb *   an d   i sec * )   ar id ea l   cu r r en to   b m ai n tai n ed   th r o u g h   t h s ec o n d ar y   w i n d i n g   o f   in s er tio n   tr a n s f o r m er   i n   o r d er   to   in j ec v o lta g es  ( v la ,   v lb   an d   v lc ) ,   t h er eb y   ac co m p li s h in g   t h d esire d   tas k   o f   co m p en s atio n   o f   t h v o lta g s a g .   T h cu r r en ts   i ref   (i sea * ,   i s eb *   an d   i sec * )   ar co m p ar ed   w it h   i act   (i s ea , i seb   an d   i sec )   in   P W cu r r en t c o n tr o ller ,   as a   r esu lt si x   s w it ch in g   s ig n al s   ar o b tain ed   f o r   th I GB T s   o f   t h s er ie s   i n v er ter .     T h b lo ck   d iag r a m   u s ed   f o r   th p r o p o s ed   co n tr o s c h e m e   is   g i v e n   i n   f ig   2 .   T h e   p r o p o s ed   co n tr o l sch e m i s   i m p le m en ted   u s i n g   Ma tlab /Si m u lin k   an d   it is   s h o w n   i n   f i g   3 .           Fig   2       C o n tr o l Sc h e m o f   T h r ee   P h ase  UP QC     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
  70                I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.  1 ,   No .   1 ,     Sep tem b er   2 0 1 1   :   65     74         Fig   3   Si m u lin k   d iag r a m   o f   UP QC  f o r   n o n li n ea r   s y s te m   3.   Resul t s   a n d Ana ly s is       A   t h r ee - p h ase  s u p p l y   o f   2 3 0 v ,   6 0 Hz  is   co n s id er ed   to   f ee d   d io d r ec tif ier   f ed   R L   L o ad   ( n o n - li n ea r   lo ad ) .   So u r ce   i m p ed an ce   i s   co n s id er ed   al m o s n e g li g ib le  w it h   R   s   an d   L   v alu es   b ein g   0 . 1 o h m s   an d   0 . 1 m r esp ec ti v el y .   B o th   s er ies  a n d   s h u n i n v er ter s   ar e   m o d eled   u s in g   u n i v er s al   b r id g es  w it h   I GB T /d io d es.  T h v alu e s   o f   s h u n ele m e n t s ,   in ter f ac in g   s h u n t i n v er ter   an d   th s y s te m   ar e:   sh  1 o h m ,   L   sh    =3 0   m H.   C   sh   =7 0 0   f . .   A p ar f r o m   th i s   s h u n p as s i v f ilter   an d   s er ie s   p ass i v f il ter   ar also   u s ed   f o r   b etter   co m p e n s atio n .   T h v al u es   o f   s er ies ele m en t s ,   i n ter f ac i n g   s e r ies in v er ter   w i th   t h s y s te m   i s :   se  0 . 1   o h m ,   L   se    1 2   m H.   T h v alu es  o f   p r o p o r tio n al  an d   in teg r al  co n s ta n ts   o f   t h P I   co n tr o ller   ar tak en   to   b 0 . 5   an d   5 0 0   r esp ec tiv el y .   T h e   v alu o f   th ca p ac ito r   p r o v id in g   d lin k   v o lta g is   7 0 0 f.   Fl ick er   is   in tr o d u ce d   u s i n g   a n   i n s er tio n   tr a n s f o r m er   w h o s m a g n it u d is   1 0 o f   th e   b ase  v o lta g e.   Sp i k es   ar in tr o d u ce d   in   s i m ilar   m an n er   w it h   m a g n it u d o f   1 5 % o f   t h b ase  v o lta g e.   T w o   f il ter s   ar e   u s ed   o n a t ser ies   in v er ter   ter m i n als t h o th er   at  th s h u n t   in v er ter   ter m i n als.   T h cu r r en an d   v o lta g w a v e f o r m s   ar e   s h o w n   in   Fig   4   to   1 2   f o r   w it h o u a n d   w ith   v o lta g f l ick er   f o r   w i th o u an d   w it h   UP QC .   Fro m   th r es u lt s ,   it is   n o ticed   t h at  th UP QC   i m p r o v es th p er f o r m a n ce   o f   t h s u p p l y   s y s te m .     3 . 1   Wit h o ut  UP Q C       Fi 4.   So u r ce   cu r r en w it h   h ar m o n ic  s p ec tr u m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ PEDS    I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Unified Power Quality Conditioner for Voltage Sag and ... (Y. Kusuma Latha)    7 1       Fig   5.   L o ad   cu r r en w i th   h ar m o n ic    s p ec tr u m           Fig   6.   Vo ltag f lic k er     3 . 2   Wit h   UP Q C       Fig   7.   So u r ce   cu r r en w it h   h ar m o n ic  s p ec tr u m         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
  7 2          I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.  1 ,   No .   1 ,     Sep tem b er   2 0 1 1   :   65     74         Fig   8.   So u r ce   v o lta g w it h   f lic k er       Fig   9.   So u r ce   v o lta g w it h   h ar m o n ic  s p ec tr u m           Fig   1 0.   So u r ce   cu r r en w i th o u t   f lic k er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ PEDS    I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Unified Power Quality Conditioner for Voltage Sag and ... (Y. Kusuma Latha)    7 3     Fig   1 1.   So u r ce   v o lta g w it h o u t f lic k er                        Fig   1 2.   C o m p en s ati n g   c u r r en       4.   Co nclus io n     T h UP QC   u s es  t w o   b ac k   to   b ac k   co n n ec ted   th r ee   p h ase  v o ltag s o u r ce   i n v er ter s   s h ar in g   co m m o n   d b u s .   T h ese  t w o   i n v er ter s   co n s tit u te  s er ies  ac tiv f ilter   a n d   s h u n t a cti v f i lter ,   ar u s ed   in   p o w er   s y s te m   n et w o r k s   w h er t h lo ad s   d is tu r b   th q u alit y   o f   th s u p p l y .   R es u lt s   o f   th UP QC   p r o v ed   th at  th p er f o r m an ce   o f   t h e   UP QC   ex a m i n ed   in   d ir ec cu r r en co n t r o tech n iq u e   is   i m p r o v ed .   I is   f o u n d   th at  th UP QC   o f f er s   s atis f ac to r y   le v el  o f   p er f o r m an ce   a n d   it  is   ef f ec tiv e   to w ar d s   co m p e n s a ti n g   t h h ar m o n ics   in   cu r r e n a n d   v o lta g a lo n g   w i th   th e   r ea ctiv p o w er   d e m an d   o f   t h n o n li n ea r   lo ad .   I t a ls o   co n tr o ls   th v o lta g f lick er   e f f ec tiv e l y     Ref er ence s   [ 1 ]     H.   A ka g i,  N ew  T r en d s   in   A ctive   F ilter   fo r   p o w er  co n d itio n in g ,   I E E E   Tr a n s .   I n d .   A p p lica tio n ,   vo l.  3 2 , n o .   6 ,   p p .   1 3 1 2- 1 3 2 2 ,   1 9 9 [ 2 ]   H.   F u jita   a n d   H.   A ka g i,  Th e   Un ified   P o w er  Qu a lity  C o n d itio n er:  Th I n teg r a tio n   o S e r i es -   a n d   s h u n ta ctive   filt ers ,   I E E E   Tr a n s .   P o w er E lectro n ics,  vo l.  1 3 ,   n o .   2 ,   p p .   3   1 5 - 3 2 2 ,   1 9 9 8   [ 3 ]   Ma u r icio   A r ed es,  K leme n s   He u ma n n   a n d   E d s o n   H.   W a la n d b le ,   A   Un ivers a A ctive   P o w er  Lin C o n d itio n er I E E E   Tr a n s .   On   P o w er De livery,   vo l.  1 3 ,   n o .   2 ,   p p .   5 4 5 - 55   1 ,   1 9 9 [ 4 ]   B .   S in g h ,   A L.K .   Ha d d a d   a n d   A .   C h a n d r a ,   ―A  r ev iew   o a ctive   filt ers   fo r   p o w er   q u a lity   imp r o ve men t,‖  I E E E   Tr a n s .   o n   I n d .   E lectro n ,   v o l.4 6 ,   p p .   9 6 0 9 7 1 ,   1 9 9 9 .     [ 5 ]   Yu n p in g   C h en ,   X ia o min g   Zh a   a n d   Jin   W a n g   etc.   Un ified   P o w er  Qu a lity  C o n d itio n er  ( UP QC ) :   Th e   Th eo r y,   Mo d elin g   a n d   A p p lica tio n .   P o w er  S ystem   Tech n o lo g y,   2 0 0 0   p r o ce ed in g s .   P o w er  C o n   2 0 0 0 .   I n tern a tio n a l   C o n feren ce   o n ,   vo l.   3 ,   p p .   1 3 2 9 - 1 3 3 3 , 2 0 0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
  7 4          I SS N :   2 0 8 8 - 8708   IJ PEDS    Vo l.  1 ,   No .   1 ,     Sep tem b er   2 0 1 1   :   65     74     [ 6 ]   P r o d a n o vic,   M.  a n d   T.C .   Green ,   C o n tr o a n d   filt er  d esig n   o th r ee - p h a s in ve r ters   fo r   h ig h   p o w er  q u a lity   g r i d   co n n ec tio n .   I E E E   Tr a n s a ctio n s   o n   P o w er De livery,   1 8 ( 1 ) :   3 7 3 - 3 8 0 ,   2 0 0 [ 7 ]   V . K h a d kika r ,   P .     A g a r w a l,  A . C h a n d r a ,   A . O.   B a r r a n d   T. D.   N g u ye n ,   ―A  s imp le  n ew   c o n tr o tech n iq u fo r   u n ified   p o w er q u a lity c o n d itio n er ( UP Q C ) , ‖ P r o c.   o n . Ha r mo n ics a n d   Q u a lity o f P o w er,    p p 2 8 9 - 2 9 3 ,   S e p t.2 0 0 4     [ 8 ]   B . S in g h , V .   V erma , A .   C h a n d r a   a n d   K .   A l - Ha d d a d ,   ―  Hyb r id   filt ers   fo r   p o w e r   q u a lity  imp r o ve men t,‖P r o c.   I E E   o n   Gen era tio n ,   Tr a n s mis s io n   a n d   Dis tr ib u tio n ,   vo l. 1 5 2 , p p . 3 6 5 - 3 7 8 , Ma y2 0 0 5 .     [ 9 ]     Ha n   B . ,   B .   B a e,   H.   K im,   S .   B a ek .   C o mb in ed   Op er a t io n   o Un ified   P o w er  Qu a lity  C o n d itio n er  W i th   Dis tr ib u ted   Gen era tio n .   I E E E   Tr a n s a ctio n s   o n   P o w er De livery,   2 1 :   3 3 0 - 3 3 8 ,   ,   2 0 0 6   [ 1 0 ]   Ha n ,   B . ,   B .   B a e,   S .   B a ek ,   G .   Ja n g .   N ew  co n fig u r a tio n   o UP QC   ( u n ified   p o w er  q u a lity  co n d itio n er)   fo r   med iu m - vo lta g a p p lica ti on .   I E E E   Tr a n s a ctio n s   o n   P o w er De livery,   2 1 ( 3 ) :   1 4 3 8 - 1 4 4 4 ,   ,   2 0 0 6               B ibl io g ra ph y   o f   a utho rs            Y.K u sum a   la t h a   r e c e i v e d   th e   B. (El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g d e g re e   f ro m   Na g a rju n a   Un iv e rsit y ,   G u n tu r. A . P ,   In d ia,   M . T e c h   d e g re e   f ro m   J a w a h a rl a Ne h ru   T e c h n o lo g ica Un i v e rsit y ,   A n a n tap u r,   In d ia i n   2 0 0 0   a n d   2 0 0 4 .   Cu rre n tl y   sh e   is  w o r k in g   f o h e P h . D.  S h e   is  w o rk in g   a a n   A ss o c iate   P r o f e ss o in   th e   De p t.   o El e c t rica a n d   El e c tro n ic  En g in e e rin g ,   a L a k ired d y   Ba li re d d y   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   (A u to n o m o u s),M y lav a ra m .   H e a re a o f   in tere st  a re   P o w e Qu a li t y ,   Ha r m o n ic  m it i g a ti o n     tec h n iq u e s,  A c ti v e   p o w e f il ters   a n d   DS P   Co n tr o ll e rs           Ch .   S a B a b u   re c e iv e d   th e   B. f ro m   A n d h ra   Un iv e rsity   (El e c tri c a l   &   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ),   M . T e c h   in   El e c tri c a M a c h in e a n d   In d u strial  Driv e f ro m   REC,   W a ra n g a a n d   P h in   Re li a b il it y   S tu d ie o f   HV DC  Co n v e rters   f ro m   JN T U,  H y d e ra b a d .   Cu rre n tl y   h e   is   w o rk in g   a a   P ro f e ss o in   De p t.   o f   EE in   JN T UCEK,  Ka k in a d a .   He   h a p u b li sh e d   se v e ra l   p a p e rs  in   Na t io n a a n d   In tern a ti o n a Jo u rn a ls   a n d   Co n f e re n c e s.  His   a re a   o f   in tere st   is  P o w e El e c tro n ics   a n d   Driv e s,  P o w e S y ste m   Re li a b il it y ,   HV DC  Co n v e rter Reliab il it y ,   Op ti m iza ti o n   o f   El e c tri c a l   S y st e m s an d   Re a T i m e   En e rg y   M a n a g e m e n t.             Y.  P.   O b u le su  re c e iv e d   h is  B. d e g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   A n d h ra   Un iv e rsity ,   V isa k h a p a tn a m ,   In d ia,   M . T e c h   d e g re e   f ro m   In d ian   I n stit u te  o f   T e c h n o l o g y ,   Kh a ra g p u r,   In d ia,  i n   1 9 9 6   a n d   1 9 9 8 . He   re c e iv e d   h is  P h d e g re e   f ro m   Ja wa h a rlal  Ne h ru   T e c h n o lo g ica l   Un iv e rsit y ,   H y d e r a b a d ,   in   2 0 0 6 .   He   g o t   pu b li c a ti o n i n   se v e ra Na ti o n a a n d   In ter n a ti o n a l   J o u r n a ls  a n d   C o n f e re n c e s.  His  a re a s   o in tere st  a re   sim u latio n   a n d   d e sig n   o f   p o w e r   e lec tro n ics   sy ste m s,  A c ti v e   f il ters ,   P o w e q u a li ty ,   f u z z y   lo g ic an d   n e u ra n e tw o rk   a p p li c a ti o n   to   p o w e r   e lec tro n ics   a n d   d riv es                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.