Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   12 ,  No.   1 ,  M a r 202 1 , p p.  57 6 ~ 58 4   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 1 . pp57 6 - 58 4       576       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Powe r qualit y im provem ent usi ng fu zzy logic - bas ed  co m pensation i n a hyb rid power s ystem       So umy a Ranj an   D as 1 ,  Deb ani  Pra s ad Mis hra 2 ,  Pra kash  Kum ar Ra y 3 , Surender   Re d dy Sa lk ut i 4 ,     Arun Kum ar   Sa h oo 5   1,2,5 Depa rtment   o f  Elec tr ical  Enginee ring ,   In te rn ational Insti tu te of   Inform a ti on   Tec hnology ,   Bhub a neswar,   Ind ia   3 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Co ll eg e of  Engi n ee rin g  a nd  Technol ogy   ( CET ) ,   Bhuban eswar,   Ind ia   4 Depa rtment of  Rai lro ad  and   E lectr i ca l   Eng ine er i ng,   Woosong   Univer sity ,   Da ej eo n,   Repub li c   of   Korea       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Sep  24 , 202 0   Re vised  Jan  19 , 2021   Accepte d  Fe b  9,   2021     Thi s  pape r  is  base d  on  the   im pro vem en t  of  power   qual it y   (PQ )  using  fue l  c el l   and  fu zz y   b ase d   con trol l er.  By   using  th e   proposed  cont rol le r ,   th e  qu al i ty   of   power  in   th e  gr i d  sys te m   espe ci a ll y  in  micro  gr id   conn ec t ed  wi th   non -   li n ea r   and  unba la n ce d   loa d   is  enha n ce d.   Th e  conf i gura ti on   of  th e   sys te m  is   com bin ed  with   hybrid  arr angem ent   of   photovolt ai c   ([PV )  with  wind  ene rgy   conve rsion   sys te m   (W ECS) ,   fu el  cell   (FC)   including   the  compress ed  a i r   ene rgy   storag e   sys te m   (CAES)  where   the  powe r  m ana g em en t   i s  cont ro ll ed   by  using  th e  dist ribut ed   power  sh ari ng  te ch n ique.  In  thi s  proposed   sys te m  th e   distort ions  in   vo lt ag e  a t  poin t  of   com mon   coup ling  (PCC )  is  de c rea sed  by   using  th e  FC   wh ic h   acts  as  com p ensa tor   in   hybri d  sys te m .   Refere nce  cur r ent  is  dev el oped   w hic h   depe nds   o n  re al  and   r eact iv e  power   of   th e  sourc e   conne c te d   to  the c ompe nsa tor.  Ba sed  on  d em and   o f  power  for   nonl i nea r  loa d ,   without   using  a ny  externa l   co m muni c at ion   inter fac es,   th e  propo sed  cont ro l  the ory  ca n   cha n ge  th e  mod es  of  oper ation  and   c a n  com p ensa te  th e  unba la n c e   in  th e  sys te m   w hic h  is  c ause d  d ue  to   s ingl e - ph a se  micro  sourc e s  and  lo ad  cha nges.   The  c ompl ete   produc t ive  design   of   th e  mi cro - sour ce s   and   power   el e ct roni c  conv ert ers  are  pre s ent ed   in   the  pape r.  Th e  op era t ion  and   per forma n ce  of   the  proposed   cont roller   used   in   microgrid   is  validated  through  simu la t i on  in  MA TL AB/ Simul ink  envi ro nme nt .   Ke yw or d s :   Fu el  cell   Fu zz y  lo gic c ontr ol   M ic r ogrid   Power q ualit y   Total  h a rm onic  d ist ort ion   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Su r en der Re dd y  Sal ku ti     Dep a rtme nt of  Ra il ro ad  a nd E le ct rical  En gi ne erin g   Woos ong U nive rsity   17 - 2,  Ja ya ng - Don g,   D ong - G u,   Daejeo n  -   3460 6,   Re public  of Ko rea   Emai l:  su re nde r@wsu.ac . kr       1.   INTROD U CTION   In  rece nt  sce na rio  mode rn  po wer  syst ems  [1]  fa ces  differe nt   chall en ges  li ke   re du ct io n  in  cost,  l os se s   in  tra nsmi ssio n  s ys te m,   heavy   de ma nd  of  power  at   l oa d  e nd  a nd   besi des   t hese   chall en ge s  reli a bili ty  c onditi on  is  al so   an  es s entia l  factor.  To  ov e rcome  these  issues ,  presentl y  t he  sc ie ntist   and   res earche rs  a re  movin g   towa rd s   an   al te rn at ive   so l ution  us i ng  the  di stribu te d  gen e r at ion   ( D G).  T hi s  us e  of  D G  i mp act s  a n  al te rn at ive  to  the  d evel opment  of   th e  e xisti ng   distrib ution   net works   [2 ] ,  [ 3].  N owadays  le ss  or  medium  DG   s ys te ms,   normall y  in cl udin g  po wer  rat ing s   f r om  1  K w  t o  10   M W   connecte d  at   t he   loa d  side   a re  widel y  acce ptable  because   of  the ir  bette r  ope ra ti ng   pe rfo rma nc e  with  hi gh   e ff i ci enc y.   At  the  prese nt  ti me  sever al   ren e wab le   so urce  eq uipment  li ke   the   PVs,  FCs,  al ong  with   mic ro - tu rb i nes  a r e  the  best  s ui ta ble  D Gs  f or  powe r   gen e rati on  duri ng  peak  hours  in  inte rio r  reg i on s   [4].  F rom  a  re port  it   has   been  fou nd  dur ing  la st  f ew   ye ars,  a   s ign ific a nt  de ve lop me nt  [5]  i n  util iz ing   this  ren e wa ble  sou r ce  eq uip me nt  wh ic h  is  recog nized,  an   ap propriat e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Power  qualit y  improve men t  usi ng fuzzy  lo gic - base d  c ompe ns ati on in a  hy br id   … ( Soumy a  R anja n Da s )   577   resu lt  fo r dist ribu te d gen e rati on. Mic r ogrids systems  [6] - [ 8] co ns ti tute c ollec ti on s  of  l oa ds  a nd micr o - s ources.   The  micro gri d  mu st  act   si ng le   co ntr olli ng   un it   to  pro vid e   e xcell ent  va lue  and  co ns ist ent  powe r  that  c ou nters   to  s ys te m   de vi at ion s.   T her e   e xist  a   co nce rn i ng  iss ue  on  t he   s yn c hro nisin g  [ 9,  10]   a nd  c on t ro ll in g  t he  powe r   qu al it y  dist urb ances   beca us e   of  la r ge  dif fusion  of  D Gs ,  to ge ther   al ong  li n ear  a nd  non - li ne ar  l oad s .  To   s upply  the p r efe rr e d  r eal  an d  re act iv e p ower t o  the  sy ste m c onnect ed  in micr ogri d,  the  D Gs  are  connecte d  i n  pa rall el ,  besides   th e  l oc al   sig nals  a re   a lso  util ise d  as   f eedb ac k  in   c ontrolli ng  the   c onve rters .  The   di stribu ti on   of  po we r  betwee n  the  D Gs  can  be  r eal iz ed  by  m on it ori ng  two  pa ra mete rs;  one  is  the  fr e quenc y  wh il e  the  oth e r   is  the  mag nitud e   of  the  es sentia l  vo lt age.  I ntr oduc ti on   on  fun da mental s  of  mic rogr i d  fo ll owe d  by  it s  c onfig ur at io n,   protect ion  sc he me  a nd  ma na geme nt  of  p ower   is  pr e sent ed  i n  [11 ] - [13 ] .  I n  [ 14]   anal ysi s  of  dif fer e nt   cu rr e nt  works  on  micr ogrid  is  disc usse d.   Se ve ral  poli ci es  of   ma na geme nt  of  po wer   with  co rr e sp on ding  co ntr olli ng   te chn iq ues  f or   a  micro gri d  is  project ed  i n  [ 15,  16].  The   pe rformance  of  t he  micr og ri d  duri ng   isl a nd i ng  an d  sy nc hro nisati on  is  disc us se d  in  [ 17 ] ,  [ 18 ].   The  nonlinea r  loads  (NL)  c onnecte d  in  t he   micro gri d  ge ner at es  harmo nics  [19 ] ,  [ 20]  w hich   in   tur n  pro duces  losses  i n  the   s yst em  as  well   as   re du ce   the  e ff i ci ency  le vel  of  the   sy ste m.  E xiste nce  of  ma ny   powe r  filt ers  and   FA CT S  con t ro ll er,  le a ds  to  com pe ns a te   the  har m on ic s  and  reduce  t he  pro blems  relat ed  t o  unbalance   in   three  phase  s ource   an d  l oad  conditi ons.  T o  mainta in  a n  e ffec ti ve  powe r  ma na ge ment  betwee n  the  util it y  gri d  an d  micr ogrid,   a  se ries - s hunt  c ompen s at or   is  us e d  a nd  is  discusse d  in   [ 21] .  Using   this  com pensat or,  t he  powe r  qual it y  is  e nha nced  betwee n  t he  t w o  gr i d  sy ste ms.   T he   pro po se d met hod p rese nted  i n t his  pap e r  is  va li dated usin g com pensat ing  dev ic e.         2.   SY STE M CO NFIGU RA TI ON   Figure  1  re pre sents  the  blo c k  co nf ig urat ion   of   t he  micr ogr id  net work.  T he   micro gri d  c onsist ing  of   diff e re nt  D G  s ys te ms  su c h  a s  wi nd.  FC,   P V  with  e nerg y  stora ge   syst em  s uch  as  ultr acapaci tor   ( U C)  an d  var i ou s   li near  and  no n - li nea r   loa ds   at ta che d  at   point  of  c om m on  c oupli ng.  T he  disto rt ion   i n  t he  volt age  at   PCC   is  comp e ns at ed  us in g  t hr ee  c ontrol  st rategies  na mel y  dro op  co ntr ol,  ST ATCO M   ba sed  c ontr ol  an d  fu zz y  lo gic - ba sed   f uel  cel l  c ompen sat ion  [ 22].  Fi gure  2  i ll us trat es  c onfi gurati on  st ru ct ur e   of  hy br i d  FC - D G  sy ste m.   T he pa rameter  of the   diff e re nt eleme nts  of  t he hyb rid  s ys te m is  r e presente d  in  Ap pendix  [2 3] .       C o m m o n   a c   b u s S t a t i c   t r a n s f e r s w i t c h P o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g P V   p a n e l   s y s t e m W i n d   t u r b i n e F u e l   c e l l s S u p e r c a p a c i t o r D i s t r i b u t e d   l o a d s M i c r o - g r i d     Figure  1. Bl oc k  c onfig ur at i on of the  micr ogr id n et wor k       S u p e r c a p a c i t o r G r i d L o c a l   L o a d V s F u e l   C e l l D C D C R L D C D C P C C D C   t o   A C C o n v e r t e r     Figure  2.   Co nf i gurati on str uct ur e  of  hybri d F C -   D G  s ys te m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   57 6   –   58 4   578   3.   SY STE M MO DELING  AN D CO NTRO L  STR ATEGIE S   3.1.     S olid  oxi de f u el  cell  model   Re fer e nce  [24]  pro poses  a   de velo ped  a nd  va li dated  m odel   base d  on  the   dyna mic  S OF C  sta ck  m odel .   The (1 )   represe nts the  volt age  of the  FC sta ck .      = 0 ( 0 +  2  ( ( 2 2 2 ) 0 . 5 ) ) − 0     (1)       2 ,  2 ,  2   are   re pr ese nt ed  by t he follo wing  (2),   ( 3) ,  a nd (4) ,       2 = − 1 2 ( 2 + 1 2 ( 2  − 2  ) )   (2)     2 = − 1 2 ( 2 + 2 2  )   (3)       2 = − 1 2 ( 2 + 1 2 ( 2 − 2  ) )   (4)     0   is  the   numb e r   of  FCs  j oin e d  in   series   in   the  pac k;  0 ,  nor mal  no - loa d  volt age; ,  ge ner a l  ga s   const ant  (× 101.325  kP a/ ( kmol· K));  T  is  the  abso l ute  te mp erat ur e  ( K );  0 ,  current  in  FC   sta ck  (A);    i s   Fara day’s  c onsta nt  (C/ kmol) ;  K H 2 ,K H 2 O   an d  K O 2   are  the  m olar  const ants  ( kmol/ (10 1.325  kPa·s) )  of   th e   hydro ge n,  wat er,   an d  ox yg e n  val ves,  resp ec ti vely;  K r ,   m odel ing   co ns ta nt   (kmol/(s ·A)) ;   2 ,  2   an d  2   are   the  par ti al   pr es su re   (×10 1.325  kP a )  of  hydr og e n,  water   an d  oxyg e n,  res pe ct ively;   2    is  t he   hy dro gen  in put   flo w  ( kmol/ s)   2    is  the  oxyge n  i nput  flo w  (km ol/s);  r  is   the  F C  inter nal  resis ta nce  ( Ω);  2 ,  2   an d   2   are  the  hydr og e n,   oxygen  a nd  wa te r  ti me  co ns ta nts  (s ),   res pecti vely  [25].  T he    is   evaluated   f r om   th e  be ha vio ur   amo ng   the  rate  of r eact a nt  hydro gen an d  t he  FC c urren t,  which is  a c on sta nt v al ue:       2 = 0 2 = 2   (5)     Wh e re     2   re pr es ents   t he  flo w   of  hydro gen  ( kmol/ s).  T he  f un ct io nal   va ria ble  ,  def i ne d  a s  the   div isi on  of the  total  f uel a nd i s prese nted  as   ( 6)   [ 26],         = 2  − 2  2  = 2 2    (6)     Wh e re,   2  is  the   hydro ge n  outp ut  flo w  (kmol/ s).  A   huge   ap pl ic at ion   is  re quired   as  it   re duces  the   necessa ry   fu el   and   flo w  of  ox i dan t  for  a  le ast   fu el   pri ce .  Furthe rm or e ,   a  basic   prot oty pe  of  re form er  that   pro du ces   hydr og e n  th rou gh  methane   is   pr esented .  T he   pro po se d  m odel   is  hav i ng  tr ansf e r   f un ct io n  with   seco nd - or der .   The   (7) rep rese nts the  mathe m at ic al  ex pr e ssion o f  t he  m ode l [27].        2   ℎ  =  1 2 2 + ( 1 + 2 ) + 1   (7)     3.2.   D C/D C  c onver ter desi gn     It  is  highly  re qu i red   to  raise  the  FC  volt age   and   t o  raise  quantit y  of   cel ls   for  li nk i ng   th e   FC  with  an  exter nal  netw ork .  F un ct io n  of  this  co nverter   is  to  up gr a de  FC  volt age,  po wer   c ontr ol  of  FC  an d  to  mainta in   the  volt age  re gu la ti on.  Fi gur e  3  il lustrate s  the  model  of   DC/DC  co nve rter.  T he   ( 8)  a nd   ( 9)   represe nts  tw o  nonlinea r  sta te   sp ace a ver a ge d eq uations  of  t he  e nh a nce d  c onve rter  [28].      1  = 1 − 2 +   (8)      2  = − ( 1 − ) 1 − 2    (9)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Power  qualit y  improve men t  usi ng fuzzy  lo gic - base d  c ompe ns ati on in a  hy br id   … ( Soumy a  R anja n Da s )   579   Wh e re  d  de no t es   duty   cycle  of  the  c onve rt er;  U,   in put  v ol ta ge;  X 1 ,  c urre nt  in  i nduct or ;   X 2 ,  vo lt a ge  acro s s ca pacit or.       Figure  3. Bo ost  d c/ dc  c onve rt er mo del       3.3.   D C/A C  c onver ter m od el ing   A  VS I   is  use d  in   orde r  t o  inte gr at e  var i ous  r enew a ble  e nergy  sou rces  between  sup ply   of   the  gr id   an d  the  loa ds .  P uls e  width  m odul at ion   ( PWM )  is  extensi vely  i mp le me nted  i n  integrati ng  a F C  betwee n  the su ppl y  and   l oa d.   F or  harmo nic  re du ct ion ,  filt ers  ar e  al li ed  in - between   t h e  c onve rter  a nd   t he  powe r  s ys te m,  denoted   by  L s  an d  R s ,   r especti vely   [29].  I n  Fig ur e   4,   ,  ,    a nd  , ,    a re  res pecti vely   AC  t hr ee   ph a se  outpu t   vo lt age  and  ou tpu t c urren ts  of  V S I.   W hile,   ,  ,    r epr ese nts t he g rid  bus  vo lt age .           Figure  4. Th re e - phase  DC/A C v oltage s our ce inv e rter       3.4.   Appl ic at i on   of  f uzzy  lo gic contr ol for  f uel cel l b as e d copmens at i on   Fu zz y  l og ic   c ontr ol   ( FLC )   is   treat ed  a s  one  of  the   e ff ic ie nt   ap proac hes   [ 23 ] - [ 25]   in   s of t   com pu ti ng  methods .  F LC  is  de rive d  fro m  f uzz y  set   t he ory.  FLC  is   very  dyna mic  in  de al ing  wit h  c ompli cat ions  li ke  par a mete r  va riat ion ,   am bigui ty  a nd  c omplexit y  i n  sy ste m   desi gn.  For   a   co nventio nal  con t ro l   syst em ,  the   structu re  is  ba sed  on  mathe mati cal   desig n  of  the  plant.  To  a nalyze  a ny  m odel ,  the  s ys te m  desig n  or   model   with  kn own  pa rameters  is  nee ded.  But  in   FL C  the  mathe ma ti cal   mo del  is  no t  require d  a nd  can   pro vid e   r obus t  performa nce   of  t he  li nea r   an d  non - li near  c on t ro l   syst em  with  pa rameter   va riat ion.  A   f uzzy  lo gic  co nt ro ll e r   can  be  cl assifi ed  as   f uzzifica t ion ,   kn ow le dge  base   an d  de f uzzifica ti on.  F uzzifica ti on  is  process   of  c on ver ti ng   to  li nguisti c  var ia ble  fro m  cri sp   val ue  bas ed   on   ce rtai n  me mb e rsh i p  f un ct ion .  FC  is  util i sed  as  an  al te r nativ e   for  the  t ypic al   PI   c on t ro ll er .  Bl ock   c onfig ur at ion   of   t he  F LC  is  eq uiv al e nt  to  t he  sc he me  sho wn  in  F igure  5  wh e re  FLC are  emp l oy e d  al te rn at ive  to PI  [ 30] .    In  this  m odel   t he  in put  to   the   FLC  a re  the   c risp   value s  whic h  are   ta ke n  a s  er ror  in   vo lt a ge  a nd  it s  der i vatives.  A nd   t he  outp uts  from  the  FLC  are  the  cris p  va lue  w hich  is  consi der e d  as  t he  re fer e nce  volt ages   for  t he  P W M   ge ner at or .   T racki ng  er ror  a nd  tr ansient  overs hoots   of  PWM   can  be  sig nific antly  dec re ase d  with   the  us e  of   FL C.  The  c on t ro l   su r face  of   the   FLC  can  be  buil t  to  represe nt  su it able  re a ct ivit y  for  in di vidual  op e rati ng point  co m par e d  to t he  ty pical  PI  c on t ro ll er. The  FLC is execute d  easi ly as a n  off - li ne  pre - cal c ulate d  with  c ontrol   su r face  of  th r ee - dime ns io nal   look up  ta ble.   Ge ner al ly ,  t he   co ntr olli ng  par a mete r  of  a  PI   Con tr oller is  fi xed.  It h as  to b e re desig ned if  there is  va riat ion i n o per at io n p oin t  of VSI  [ 31].        D U + - C V c R L I L Q I o C R s L s V i a V i b V i c V s c V s b V s a i a i b i c V d c n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   57 6   –   58 4   580       Figure  5. Bl oc k diag ram fo r f uzzy co ntr oller  (vo lt age  r e gu l at or )       First  F LC   rece ives  i nput  c ris p  value s  a s    a nd  ∆ .  W her e,   and  ∆ ΔV d   a re  re sp ect ively   the   vo lt age   er ror  a nd  it s  de rivati ve s.  Simi la rly ,  f or   t he  sec ond  c on t ro ll er  V q   a nd  ΔV q   are  co nsi der e d  as  t he  outp ut  crisp   values.  Wh e re,   V q   a nd   ΔV q   ar e  res pe ct ively  t he   volt age   er ror   an d  it s  de rivati ves   V dref   a nd  V qref   are  ta ken   as  volt ag e  re fe ren ce  [ 32].   Fi gure  6  il lustrate s  the  tria ng ular  mem be rsh i p  functi ons  w hic h  be ha ve  tria ngula r  sh a ped  by 50% - f old  over   f or  a n  eas y  a nd  a dvanced  co ntr ol  t un i ng. N ine m embe rsh i p  fun ct ion s  a re  i nduc ed  in   each  va riable.  Wh e re  NL,   N,   NM,  Z,  PS,   P M ,  P ,  PL  a r e  de fine d  as  me m ber s hip   f un ct io ns .  Fi gure  il lus trat es  an  inte gr at e d  c oor din at e  s ys te m  an d  can   imp rove d  by  mea ns  of  normal   bo os t  f or  eac h  va riable,  G evd   for   ΔV d ,  G rvd   f or  Δ V d ,  G evq   f or  Δ V d ,  and  G evq   f or  Δ V q .   The   FLC   with  81  ru le s   i s  sel ect ed.  T he   switc hi ng  fun ct ion   is   performe d  by  FLC u sin g  the  M a nd a ni's  im pl ic at ion   a nd  ce ntr oid  meth od f or d e - f uzzific at ion .   T he  a ppr opriat e  switc hing   patt ern  f or  t he   co nv e rter   is  co nt ro ll ed   by  t he  t rian gu la r   ca rr i er  mod ulati on  method.   Finall y,  the   gating patt er ns ca n be  pe rfor med  acc urat el y [ 33],   Fu zz y  R ule s how n  in  T able 1.           Figure  6. Tria ngula r  me mb e rs hip   f un ct io ns       Table  1 .   Fu zz y r ule   e   Δe   L   N   NM   NS   Z   PS   PM   P   PL   NL   NL   NL   NL   NL   NL   NL   N   N   NM   N   NL   NL   NL   NL   N   N   NM   NS   NS   NM   NL   NL   NL   N   N   N   NM   NS   NS   NS   NL   N   NM   NM   NM   NM   NS   NS   NS   Z   N   NM   NS   NS   Z   PS   PS   PM   P   PS   PS   PS   PS   PM   PM   PM   PM   P   PL   PM   PS   PS   PM   P   P   P   PL   PL   PL   P   PS   PS   PM   P   P   PL   PL   PL   PL   PL   PM   P   P   PL   PL   PL   PL   PL   PL   C o n s t a n t P W M + - + - V r e f V r e f d / d t F U Z Z Y F U Z Z Y d / d t a b c       d q 0 P L L d q 0 a b c V a b c G a i n θ θ G a i n G a i n G a i n P u l s e s - 1 - 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 - 0 . 2 0 0 . 4 0 . 6 1 0 0 . 5 1 N N M N L N S Z P S P M P P L Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Power  qualit y  improve men t  usi ng fuzzy  lo gic - base d  c ompe ns ati on in a  hy br id   … ( Soumy a  R anja n Da s )   581   4.   SIMULATI O N RESULTS   AND A NA L Y SIS   To  a uth e ntica te   the  pro posed   co ntr ol  strat e gy,   a  mic rogr i d  is  simulat ed   in   MATL AB /Si mu li nk.   This   micro gr i d  is  ra te d  at   38 0V   (rms  of  ph a se - to - phase )  an d  50   Hz  c onnecte d  to  no n - li nea r  load.  Tw o  D G s  (PV  and  wi nd  tu rbi ne)   with  FC  and  s up e rca pa ci tors  a re  c on nec te d  in  t his   hybri d  s ys te m  [ 34].  T he  carrier   fr e qu e nc y  of  the  inter face  in ver te r s  is  2  kHz.  Har m onic   com pen s at ion  for  the  hy br i d  D G  s ys te m  unde r   diff e re nt  scena rios  of  loa d  is  te ste d.   T he  c urren t  prof il e  of   the  hy br id   s ys te m  in  t he  a bs e nce  of   t he  pro po s ed   c on t ro ll er  unde r  bala nced   nonl inear loa d  is f ound to be 7.2 5%  an d 28.15 % f or s ource c urren t a nd  l oad current   resp ect ivel y.  S imult ane ou sl y,  the   same   s ys t em  is   te ste d  unde r   un balanc ed  nonli near  l oad,  a nd   the   s ource   current  a nd   l oa d  cu rr e nt  pro file   sh ows  a roun d  10.15%  a nd   35. 16%  res pecti vely .  The   values  a re  s how n  in   Table  2.   B ut  after  a pp li cat ion  of  fu zz y  c on t ro ll er,   the   current  pro file   is  obse rv e d  t o  be  im pro ve d.   The   pr i nciple  be hi nd  t he  im pro ve ment   is  t hat  FC  power  ge ne rati on  wh e n  s urplus  is  bein g  sto red   in  t he   su pe r  capaci tors.  T he n  the  sto re d  po wer   in super   ca pacit or  o f fers  the  re qu i red  r ea ct ive  powe r  by   the  load  i n  ord er  to   keep  the   vo lt a ge  at   PCC   at   c on sta nt  value .  Sy ste m   pe rfo r mance   is  op e ra te d  f or  balance d  a nd  nonlinea r  loa d  conditi ons  a nd   the   co rr e spo nd in g  source   volt age  ( ) ,  s ource  c urren t   ( ) ,  loa d  c urre nt  ( )   an d  co m pensat ing  current   (ic )  a re   prese nted   in   Figure   7.  Thei r  res pecti ve   T HD  values   a re   1.8 0%   a nd  19 .18%.   It   s hows   un der  balance d  loa d  t he  cu rrent  is  i mpro ve d  as  c ompa red   t o  the  sy ste m  with ou t   con t ro ll er .  Fig ur es  8a  a nd  8b  sh ows   the  TH D  valu es  of  sour ce  and   l oa d  cu rrents.  Now  the   performa nce  of   t he  s ys te m   is  analyse d  unde r   unbalance d  no nlinear   loa d  c onditi ons.  T he   corres pondin g  s ource  volt age   ( ) ,  source   c urren t   ( ) ,  loa d  current   ( )   and  c ompen sat ing  c urren t   ( )  wav e forms   are   sho wn  in   Fig ure  9.   Thei r  resp e ct ive  TH D   val ues   are  3.9 0%   an d  19. 84%.   T he   sy ste m   perfor mance   is   f ound  sat isfact ory   as  c ompare d  to  t he   pr opos e d  s ys te m   without c on t ro l le r.  T he  T H D values  are re presented  in F ig ures  10 ( a )   an d 1 0 ( b ) .           Figure  7. Per f orma nce  of   sy st em b al a nce d  a nd no nlinear  lo ad           (a)   (b)     Figure  8 .  ( a) .   Harmo nic s pec trum o f  s ource  current,   ( b) .   H arm on ic  s pectr um   of loa d  c urren t   0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 - 5 0 0 0 500 V s   ( V ) 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 -5 0 5 i l   ( A ) 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 -5 0 5 i s   ( A ) 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 -2 0 2 i c   ( A ) T i m e   ( s e c o n d s ) 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 H a r m o n i c   o r d e r T H D =   1 . 8 0 % Ma g   ( %  o f   F u n d a m e n t a l ) 0 5 10 15 20 0 2 4 6 8 10 H a r m o n i c   o r d e r T H D =   1 9 . 1 8 % Ma g   ( %  o f   F u n d a m e n t a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   57 6   –   58 4   582       Figure  9. Per f orma nce  of   sy st em un der  un ba la nced  a nd  nonl inear loa d           (a)   (b)     Figure  10 . ( a) .   Harmo nic s pec trum o f  s ource  current,   ( b) .   H arm on ic  s pectr um   of loa d  c urren t       Table  2 .  T H D anal ys is   Co n troller   Balan ced n o n - lin ear  lo ad  con d itio n s   %  THD  an aly sis   Un b alan ced n o n - lin ear  lo ad   co n d itio n s % THD   an aly sis   i s   i l   i s   i l   W ith o u t con troller   7 .25   2 8 .15   1 0 .15   3 5 .16   W ith  con troller us in g  FL C   1 .80   1 9 .18   3 .90   1 9 .84       5.   CONCL US I O N   In   t his  pap e r,   a  hybri d  powe r  s ys te m  base d  with  P V,   wi nd  an d  FC  ha s  bee n  pro po s ed  wh ic h  i s   furthe r  i ntegrat ed  with   in ver t er  t o  el imi nate   the   cu rr e nt  ha rm on ic s   in   the   sou rce  c urre nt.  T he   co mp e nsa ti ng   current  is  injec te d  at   PCC   to  red uce  t he  le vel   of   har m onic   con te nt  in  the  ut il it y  sy ste m.  T he  pro pose d  syst em   employs  FLC  te chn iq ue  t o  pe rform  fast  with  lo w   c omplex it y  bur den.  FL C  is  op e rated  unde r  both  bal anced   and  unbalan ce d  non - li near  l oa d.  T he  res ults  outc ome   re ve al s  that  t he  FL C  is  pro vid in g  bette r   perfor mance  unde r bo t h  the   loads  w it h mi ni mu m  TH D.       APPE ND I X   The para mete r of t he dif fer e nt  eleme nts  of th e hybrid  syst em is re presente d  in  Ta ble 3.   Table  3 .   Sy ste m  pa ramete rs   Para m eters   Valu e   Para m eters   Valu e   0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 - 5 0 0 0 500 V s   ( V ) 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 - 5 0 0 50 T i m e   ( s e c o n d s ) i c   ( A ) 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 - 5 0 0 50 i s   ( A ) 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 -5 0 5 i l   ( A ) 0 5 10 15 20 0 5 10 15 20 H a r m o n i c   o r d e r T H D =   3 . 9 0 % Ma g   ( %  o f   F u n d a m e n t a l ) 0 5 10 15 20 0 1 2 3 4 5 H a r m o n i c   o r d e r T H D =   1 9 . 8 4 % Ma g   ( %  o f   F u n d a m e n t a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Power  qualit y  improve men t  usi ng fuzzy  lo gic - base d  c ompe ns ati on in a  hy br id   … ( Soumy a  R anja n Da s )   583   Line v o ltag e and  f r eq u en cy   2 3 0 V,  5 0 Hz   Hy steresis  ban d  lim it   0 .5 A   Line an d  load  ind u ctan ce   1 m H,  (30 ,  2 0 ,  1 0 )  m H   Sam p lin g  tim e   2e - 5  seco n d s   Load   resistan ce   (20 ,  1 5  and  10 )  Ω   Switch in g  f requ en cy  of bo o st  co n v erter   2  kHz   Ind u ctan ce of bo o s t con v erter   (pv  sid e)   3 .5 m H   Balan ced activ e an d  r eactive lo ad   1 0  kW ,  6 k VAR,   Filter  co u p lin g  inductan ce   2 .25  m H   Un b alan ced activ e  an d  r eactive  lo ad   1 0  kW ,  9  kW ,  a n d  11  kW ;  6  kVAR ,  5 .5 k VA R, and   6 .6 k VAR.   Co n troller gain   KP=2 4 ,  KI=1.2       ACKN OWLE DGE MENTS   This  resea rch  work  was  sup porte d  by  “ Woo so ng   U niv e rsity's  Aca demic  Re search   F undi ng  -   ( 2020 - 2021) ” .       REFERE NCE S   [1]   S . M.  Ismael,   S.  Alee m ,   A . Y .   Abdelazi z ,   A . F.  Zo baa ,   “ Sta te - of - th e - art   of   hosting  ca pa ci ty  in  mod ern   power  sys tems   with  distributed   gene ra ti on , ”  Re n ewabl e   ene rg y ,   v ol.   130 ,   pp .   1002 - 1020,   2019 .   [2]   A .   Ehsan ,   Q .   Ya ng,   “ Opt im a l  integra t ion  and   pl a nning  of  r ene wa ble   d istri but ed  g ene ra ti on  in  the   power  distri bu tion  net works :  A r eview of ana ly ti c al  te chn ique s, ”  Ap pli ed   Ene rgy ,   vo l.   210 ,   pp .   44 - 59 ,   2018 .   [3]   S.E .   Ra za vi ,   E .   Rahi mi,   M.S.   Ja vadi ,   A. E.  Ne zh ad,  M.   Lo tfi,  M . S.   khah,  J . P.S.   Cat alão,  “Im p act  of   d istri but ed  gene ra ti on  on   p rote c ti on  and  vo lt ag e  reg u lation  of  distri bu ti on  s ystem s:  A  r evie w ,”  R ene wab le   and  Sustainable   Ene rgy  Revie ws ,   vol.   105,   pp.   15 7 - 167,   2019 .   [4]   K.H.  Ch ao,  S.H.   Ho,   M.H.   W ang ,   “Mode li ng   and  fau lt  di agnosis  o f  a   photovo ltaic sys te m, ”  E lectri c  Powe r  S yste ms   Re se arch ,   vol .   7 8,   pp .   97 - 105 .   2 008.   [5]   T.   Güney ,   “ Ren ewa ble  en erg y,   non - ren ewa bl e  ene rgy  and  sus t ai nab le   d evelop me nt ,”  Inte rnat i onal  Journal   of  Sustainabl e   Dev el opment   &   World  E col ogy ,   vo l.   26,   no .   5 ,   pp .   38 9 - 397,   2019 .   [6]   M.  R am li,   H.   Bo uche kar a ,   A . S.   Algham di ,   “ O ptimal  siz ing   of   PV /wind/ die se l   hyb rid  mi c rogrid   sy stem  using   multi - obje c ti ve   self - ad apt iv e  diff ere n tial evol ut ion al go rit hm ,”  Re n ewab le   ene rgy ,   vol .   1 21,   pp .   400 - 411 ,   2018.   [7]   S.  Hajiagha si ,   A .   Sal em n ia ,   M.   Hamz eh ,   “ Hybri d  energy  stor ag e  sys te m   for   microgrids  appl i ca t ions:  A  r evi ew , ”   Journal  of   En ergy   Storage ,   vo l.  21,   pp .   543 - 570 ,   2019.   [8]   H.  T ia n,   L .   Yunw ei ,   “ Virtu al  Re sistor  Based   Sec ond - Order  Ripp l e  Sharing   Contr ol  for   Distribute d  Bidi r ec t ional   DC - DC Conve rt ers  in  Hybri d  A C - DC Mic rogrid , ”  I EEE  Tr ans act ions o n  Powe r  El e ct ronics ,   pp.   1 - 1,   2020 .   [9]   S.  Shrivasta va ,   B.   Subudhi,  S.  D as,   “ Distribu te d  volt ag e  and  fr eq uenc y  synchroni sati on  con trol   sc hem e  for  isla nd e d  inve rt er - base d   m ic rogrid , ”  IET  S mar t  Gr id ,   vol .   1 ,   no .   2 ,   pp .   48 - 5 6,   2018 .   [10]   S.  T iwar i ,   B .   Si ngh ,   P . K .   Goe l,   “ Control  of   win d – die sel   hybrid   sys te m  with   BE SS   for  optimal  oper ation, ”  I EEE   Tr ansacti ons on Indus try  Applica ti ons ,   vo l. 55, no .   2 ,   pp .   1863 - 18 72,   2018 .   [11]   M.  Has san,   M.  Chen,   Q.  L i,   M.   Mehmood,   T .   Cheng,   B.   Li,  “ Microgr id  con tr ol  and  prot ec t io n  stat e  of  the   a rt :  a  com pre h ensive o ver vie w , ”  Journal  of   Elec tric al   S yste ms ,  vol .   14 ,   no.   2 ,   pp .   148 - 1 64,   2018 .   [12]   O.  U sta,   “ Micro grid  Protection  and  Automation s ,”  In   M ic rogr id   Archi t ectures,  Control  and  Pr ote c ti on  M et hod s ,   Springer,   Ch am,   pp.   631 - 655,   20 20.     [13]   P. B.   Nempu ,   N. S .  Jaya l akshmi ,   “ A  new  power  ma nag em en t  stra te gy  for   PV - FC - base d  au tonom o us  DC  mi cro grid ,”  Archi v es  of   Elec tric al   Engi n ee ri ng ,  vol .   67 ,   no .   4 ,   pp .   815 - 828 ,   2 018.     [14]   A.  Arani ,   G.B .   Ghare hpetian ,   M.  Abedi ,   “ Rev ie w  on  ene rgy   storage   sys tems  cont ro l  me thod s  in  m ic rogr ids ,”  Inte rnational   J o urnal  of  E lectri c al  P ow er  &   E ne rgy  S yste ms ,   vol .   107,   pp.   745 - 75 7,   2019 .     [15]   M.  Khan,   J .   W a ng,   M.  Ma ,   L.  Xiong,   P.   Li,  F.   W u,   “ Opt im a l  ene r gy  ma n age m ent   and  con trol   aspe ct s  of  d istri but ed   mi cro gr id  using  mul ti - age n t  sys t em s , ”   Sustainable  Ci ti es  and   Soc i et y ,   vo l.   44,   pp.   855 - 870,   2019 .   [16]   M.  Zia,   E .   El bo uchi khi ,   M.   Ben bouzi d,   “ Mi cro g rids  ene rgy   m an age m ent   sys tem s:  A  criti ca l   rev i ew  on  m et hods,  soluti ons, and  pr ospec ts , ”   App li e d  ene rgy ,   vo l .   22 2,   pp .   1033 - 105 5,   2018 .   [17]   G.  T alapur,  H . M .   Suryaw anshi,   L.  Xu ,   “ A   re liab le  microgrid   wit h  sea ml ess   tra ns it ion   be twee n   gr id  connect ed   an d  isla nded   mod e   for   resid ent i al  co mm uni ty   with   enha n ce d   p ower  qua li ty , ”   IEE E   Tr ansactions   on  Industr y   Appl ic a ti ons,   vo l.   54 ,   no .   5 ,   pp .   5 246 - 5 255,   2018 .     [18]   P.  Gong,  Z.  Lu ,   Z .   Lv,   “ Local   ada p ti v e  pinn i ng  synchronisa t i on  for  d istri but ed  sec ond ary   c ontrol   of   isl and ed  mi cro gr id , ”   IET  Gene ration, Tr ansm ission &   Distributi on ,   vol .   14 ,   no .   8 ,   pp .   1476 - 1482,   2020 .   [19]   U. K.  Ka ll a ,   B .   Singh ,   S . S .   Murth y et,   “ Slide  mode  con trol  of   m ic ro grid  using   sm al l   hydro  driv en   sin gle - phase   SEI G   int egr at ed   with   solar  PV   a rra y ,”  I ET  Re n ewabl e   P ower  Gene ration ,   vol .   11 ,   no .   11 ,   pp.   1464 - 1472 ,   2017.     [20]   P.   Shanthi,  G.   Uma,  M . S.  Kee rtha n a,   “ Eff ec t ive   power   t ran sfer  sche me  for  a   grid  c onnec t ed  hybri d   wind/phot ovolta ic   sys tem , ”  IET   Re newab le   Pow er  Gene ration ,   v ol.   11 ,   no .   7 ,   pp .   1005 - 1017,   201 7.     [21]   M.   E lsaha r ty,  “ Three - phase   c ustom  power   a ct iv e  tra nsform er  fo r   power   f low  con trol  ap pli c at ions ,”  IEEE   Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol .   34 ,   no .   3 ,   pp .   2206 - 2219 ,   2018.   [22]   B. R.   Madhu,   M. N.  Dinesh ,   T.  T hinl as,   D.   Men e ze s,   “ Enha nc ement   of  pow er  qu al it y   using   m ic r oproc essor - base d   shunt  active  po wer  filter  for  u nbal an ce d  loa d , ”  Int ernati onal   Journal  of   Elec tric al  and   Computer  Eng ine eri ng  (IJ ECE ) ,   vo l. 10 ,   no .   4 ,   pp .   3393 - 3402,   2020 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   57 6   –   58 4   584   [23]   D.  Dan al akshm i ,   S.   B ug at a ,   J.   Kohila,  “A  cont ro l  str at egy   on   po wer  qua li ty   im pr ovem en t  in   cons ume r   side   using   custom   power   devi c e , ”  Indone sian  Journal  of   Elec tri cal   Eng ine ering   and  C omputer  Scienc e ,   vo l.  15,   no .   1,     pp.   80 - 87 ,   2019 .   [24]   A.  Pawawoi,  Zu hel di ,   F.   Akbar,  R.   Naz ir,  “A na l ysis  of  ene rgy   lo ss es  red uct ion   p ote ntial   on  th e  d istri buti on   li n e  o f  ca mpus  bui ldi ng   through  elec t ric  power  qual i ty  i mprove m ent , ”  I ndonesian  Journ al  of  E le c tric al   Engi ne ering  and  Computer  Scien ce ,   vol .   17 ,   no .   2 ,   pp .   868 - 876 ,   2 020.   [25]   S.A.  Hus sien,   M.A.  D ea b,   N. S.  Hos ny,   “Im p roving  the   d el iv ere d  power  qu ality  from  WE CS   to  the   gr id  bas ed  onPM S G  cont ro l  mod el , ”  Inte rn ati onal   Journal   of  E lectric a l  an d  Computer  Eng ine ering   (IJ ECE) ,   vo l.  10,   no.   6,   pp.   6349 - 6360 ,   2020.   [26]   Amirul la h ,   O.  Penangsa ng,   A.   Soeprijanto ,   “ Matl ab/ si mul ink   simul at ion   of   unifi ed   power   q ual it y   condi t ion er - bat t ery   ene rgy   s tora ge   sys tem   supplie d   byPV - wind  hybr idusingf uzz y   log ic  con tr oll er , ”   Int ernational  Journal   of   El e ct rica l  and   C omputer  Engi n e ering  (IJ ECE ) ,   v ol.   9 ,   no .   3 ,   pp .   1 479 - 1495,   2019 .   [27]   G.  Jaya ra ju,   G. S.  Rao,   “In t el ligent  con trol l er - base d  power  q ual it y   im prov e me nt  of  micro gridi nte g ration  of  photovol taic   po wer  sys te m   usi ngnew  c asc ad e   multil eve l   inv ert er , ”  Int ernational  Journal   o f  E lectric a l  an d  Computer  Engi n ee ring ( I JE C E) ,   vol.   9 ,   no .   3 ,   pp .   1514 - 1523,   201 9.   [28]   P.  Gakha r,  M.  G upta ,   “A  nove l  c ontrol   stra te gy  f or  power  quality   im prove me nt   in   gridc onne cted  solar  photovo lt a i c   sys te m , ”  Indone sian J ournal  o f El e ct rica l  Eng in ee ring a nd   Computer  Sc ie nc e ,   v ol.   15 ,   no .   3 ,   pp .   1264 - 1272,   201 9.   [29]   T. S.  Guna wan ,   M.H.  Anuar,   M.  Kart iwi,   Z.   Jan in ,   “De sign  of  po wer  fac tor  meter   using  int ern et   o f  thi ngs  for  power  fac tor  im prov e me nt ,   re mot e   m onit oring  and  d at a  loggi ng , ”  In donesian  Journ al  of  E lectric a l   Engi ne ering  a nd   Computer  Scien ce ,   vol .   17 ,   no .   2 ,   pp .   700 - 709 ,   2 020.   [30]   J.  Padulles,   G . W .   Ault ,   J . R. M .  D onal d,   “ An   integ rat ed   SO FC   pla n t  dyna mi c   mod el  for  power   sys tems  simul at ion , ”   Journal  of   Power   sour ce s ,   vol .   8 6,   no .   1 - 2 ,   pp .   4 95 - 500,   2000 .   [31]   Y .  Alla hv irdi z ad eh,   M.   Moham a dia n ,   M. R. H .  Fa m,   “ Study  of  en erg y  con trol   str a te gi es  for  a   stan dal one   PV /FC/U C   mi cro gr id  in   a   rem o te , ”  In te r nati onal  Journal  of  Re n ewab le   Ene rgy  Re s earc h  (IJ RER) ,   vol.  7,   no.   3,     pp.   1495 - 1508 ,   2017.   [32]   S. R.   Das,   P. K.  Ray,   A.   Mohant y,   “ Fuz zy - Contr oll er - Design ed - PV - Based  Custom  Pow er  Devi ce  fo r  Pow er  Qua lity   Enha nc em en t, ”  I EE E   Tr ansacti o ns on  Ene rg y  Co nve rs ion ,   vo l. 34 ,   no .   1 ,   pp .   405 - 414,   2019 .   [33]   G.  Wu,  K.  Y.   L e e ,   L.  Sun ,   Y.   Xue,   “ Coordinated   fuz zy  logi c   cont r ol  strategy  for   h ybrid  PV   arr ay   with  fue l - cell  an d   ult ra - ca pa citor  i n  a  Mi cro grid , ”   I FA C - Pap ersO nLine ,   vo l. 50, no. 1, pp. 5554 - 555 9,   2017 .   [34]   A.N.  Hus sain,  A . J.  Al i,  F.S.   Ah m ed,  “Power   quali ty  i mprovement ba sed  on   hybrid   coor dinated   desi gn  of   ren ew abl e   ene rgy  sour ce s  f or  DC  li nk   ch an nel   DS TATCO M,”   Int ernati on al  Journal   of   Elec tri cal   and   Co mputer  Engi n ee r ing  (IJ ECE ) ,   vo l. 10 ,   no .   5 ,   pp .   5108 - 5122,   2020 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.