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.   9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8 ,   p p .   1 5 7 3 ~ 1 5 8 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v9 . i 4 . pp 1 5 7 3 - 1 5 8 3          1573       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   New  Alu m i nu m   Pot Lin e Re ctifo r m er  Sche m e   w i th  Ef fect iv e   H a r m o n ic Su ppr ess io n Capa bility       M a h m o o d Al - M a ha ri 1 S.   Al i A l - M a w s a w i 2 F a dh el  Alba s ri 3   1 A lu m in u m   Ba h ra in   (AL B A ),   Ba h ra in   2, 3 De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   U n iv e rsity   o f   Ba h ra in ,   Ba h ra i n       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l   9 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Sep   3 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Sep   10 ,   2 0 1 8       T h e   c o n v e rsio n   f ro m   a lt e rn a ti n g   c u rre n to   d irec c u rre n c re a tes   h a rm o n ics   a n d   c a u se p o w e q u a li ty   issu e e sp e c iall y   w h e n   larg e   a m o u n o f   p o w e b e in g   c o n v e rted .   T o   m it ig a te  th e se   issu e s,  c o n v e n ti o n a sc h e m e fo p o l in e   Re c ti f o r m e r a re   in teg ra ted   w it h   p a ss iv e   h a r m o n ic  f il ters   (P HF),   w h ich   a re   e it h e c o n n e c ted   d irec tl y   to   th e   f e e d in g   g rid   o c o n n e c ted   to   e a c h   tertiary   w in d in g   o f   th e   Re c ti f o r m e r e g u l a ti n g   tran sf o r m e r.   T h is  p a p e p re s e n ts  a   n e w   p o li n e   Re c ti f o rm e sc h e m e   th a re d u c e th e   d isto r ti o n   a t h e   R e c ti f o r m e r   term in a a n d   h a b e tt e h a rm o n ic  a tt e n u a ti o n   c a p a b il it y   a th e   p o i n o f   c o m m o n   c o u p li n g   ( P CC)  b y   u sin g   p a ra ll e d e lt a   c o n n e c ted   ( P DC)  tertiar y   w in d in g   b e tw e e n   tw o   a d jac e n Re c ti f o r m e rs.  T h e   p ro p o se d   p o li n e   sc h e m e   is   m o d e led   a n d   sim u late d   u s in g   M ATLA B/S i m u li n k .   A   c o m p a riso n   is  m a d e   w it h   A lu m in u m   Ba h ra in   ( A L B A )   n e w   9 0 0 M W   p o li n e   6   ( P L 6 )   sc h e m e   in   term o f   h a r m o n ic  e li m in a ti o n ,   c a p a b il it y ,   o p e ra ti o n a c o n str a in a n d   c o st/sp a c e   re q u irem e n ts.   K ey w o r d :   Me tals   in d u s tr y   R ec ti f ier s   P o w er   s y s te m   h ar m o n ics   P o w er   q u ali t y   Har m o n ic  a n al y s i s   Co p y rig h ©   201 In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Fad h el  A .   A lb asri,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   Un i v er s it y   o f   B ah r ai n ,   P . O.   B o x   3 2 0 3 8 ,   B ah r ain .   E m ail:  f alb asri @ u o b . ed u . b h       1.   I NT RO D UCT I O N   A l u m i n u m   S m elter   is   b asical l y   s er ies  o f   co n n ec ted   elec tr o ly tic  ce lls   ( P o ts )   s u p p lied   b y   d ir ec t   cu r r en elec tr ical  eq u ip m en k n o w n   as  R ec ti f o r m er .   T h R ec tif o r m er   is   co m b i n atio n   o f   r ec tif ier   co u p led   to   tr an s f o r m er   w h ich   is   u s ed   in   A l u m i n u m   s m el ter s   to   s u p p ly   th p o li n w it h   d ir ec c u r r en t.  A l u m in u m   B ah r ain   ( AL B A )   co m p a n y   co n s u m es  m o r th a n   1 . 6 GW   DC   p o w er   to   f ee d   th eir   f i v p o lin es.  C o n v e n tio n a l   p o lin s ch e m is   co n s is tin g   o f   s ix   R ec ti f o r m er s   co n n ec ted   in   p ar allel  an d   ea ch   is   p h a s s h i f ted   in   o r d er   to   ac h iev e   7 2   p u ls s y s te m   w h ic h   ef f ec t iv el y   r ed u ce s   th e   h ar m o n ic  cu r r en ts   at  P C C   [ 1 ] .   T h id ea ch ar ac ter is tic   h ar m o n ic  o r d er s   p en etr atin g   i n to   th n et w o r k   i n   th is   ca s w i ll b [ 2 ] - [ 3 ] :     = 72 ± 1   ( = 1 , 2 , 3 )     ( 1 )     Ho w e v er ,   th i s   s c h e m is   n o t   s u f f icie n to   k ee p   t h d is to r tio n s   b elo w   t h r ec o m m en d e d   s tan d ar d   ac ce p tab le  lim its   [ 4 ] .   P HF  w h ich   is   co n n ec ted   d ir ec tl y   to   th f ee d in g   g r id   is   m o s tl y   e m p lo y ed   to   atten u ate  t h e   h ar m o n ic  d is to r tio n s   a n d   to   p r o v id r ea ctiv p o w er   co m p en s atio n   [ 5 ] - [ 9 ].   T h ex is ti n g   h ar m o n ics   in   th e   elec tr ical  n e t w o r k   t h at   ca n   b o b tain ed   b y   m ea s u r e m e n o r   co m p u ter   s i m u latio n   w i ll  d ec id th t u n in g   f r eq u en c ies o f   t h P HF.    An o th er   a lter n at iv e   s c h e m e   i n   w h ic h   th e   h ar m o n ic   f ilter   i s   co n n ec ted   to   th e   r eg u lati n g   tr an s f o r m er   ter tiar y   w i n d in g   o f   ea c h   R ec t if o r m er   u n it  h as   b ee n   e m p lo y ed   [ 1 0 ] - [ 1 2 ] .   R ef er en ce   [ 1 0 ]   d is cu s s ed   t h m o s t   ec o n o m ical  m eth o d   to   m ai n tai n   th v o ltag T HD  w it h i n   2 %   w h ich   i s   ac h ie v ed   b y   co n n ec t in g   t h P HF  to   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1573     1 5 8 3   1574   r eg u lat in g   tr an s f o r m er   ter tiar y   w i n d in g .   P HF  co n n ec ted   t o   ter tiar y   w in d i n g   s c h e m is   also   d is cu s s ed   i n   r ef er en ce   [ 1 1 ] .   C o n n ec tin g   th P HF  to   th ter tiar y   w i n d in g   r ed u ce s   th h ar m o n ic  e f f ec ts   b y   cr ea ti n g   lo i m p ed an ce   p ath   f o r   h ar m o n ic   to   f lo w   a n d   ac h ie v es  th c u s t o m er   co m m er cia g o als  b y   r ed u cin g   t h r ea ctiv e   p o w er   d e m an d   w h ich   w i ll  r es u lt  an   o p ti m ized   s izi n g   o f   eq u ip m en t s   s u ch   a s   p o w er   ca b les .   T h n e w   s c h e m f o r   A L B A   P L 6   R ec ti f o r m er   u n its   is   b ased   o n   P HF c o n n ec te d   to   th r eg u lati n g   tr an s f o r m er   ter tiar y   w i n d in g   a s   s h o w n   i n   F ig u r e   1 .   T h is   co n f i g u r atio n   w a s   co n s id er ed   to   s at i s f y   t h I E E E   5 1 9   r ec o m m en d ed   d is to r tio n   li m it s .   Sa m e   s c h e m h as   b ee n   alr e ad y   i m p le m e n ted   in   Ma ad e n   ( Sa u d A r ab ia n   Mi n i n g   C o m p a n y )   [ 1 2 ] .   T h is   s ch e m w i ll  n o p r ev e n t h h ar m o n ics  f r o m   f lo w in g   in   t h r eg u lat in g   tr a n s f o r m er   w h en   t h P HF  i s   n o t   co n n ec ted .             Fig u r e   1 .   R ec tif o r m er   u n it  w it h   P HF c o n n ec ted   to   ter tiar y   win d in g       I n   th is   p ap er ,   n e w   s c h e m is   p r o p o s ed   an d   co m p ar ed   w it h   A L B A   P L 6   s ch e m i n   ter m s   o f   h ar m o n ic  atten u atio n   ca p ab ilit y ,   o p er atio n al  co n s tr ain s ,   co s t   an d   s p ac r e q u ir e m en ts .   I also   o p en s   d o m ai n   f o r   n e w   id ea s   f o r   o p ti m izi n g   th P HF  d es ig n   [ 1 3 ] .   MA T L A B /SIM U L I NK   en v ir o n m e n t   is   u s ed   to   e v al u ate   th p er f o r m a n ce   o f   b o th   s c h e m es.        2.   AL UM I NUM   S M E L T E R E CT I F O RM E R   I n   alu m i n u m   s m e lter s ,   d io d b ase  r ec tif ier s   ar m o s tl y   u s e d   r ath er   th an   t h y r is to r   b ase  r ec tif ier .   T h m ai n   r ea s o n   b e h in d   t h u s a g e   o f   d io d b ase  u n it   is   t h at  it  ca n   w o r k   m an u all y   i n   ca s o f   e m er g e n cies   ev e n   w h e n   co n tr o ls   f a il  an d   h a s   b et ter   p er f o r m a n ce   in   ter m s   o f   p o w er   q u ali t y   [ 14 ] .   I n   g en er al,   t h R ec ti f o r m er   u n i s h o w n   in   F ig u r e   2   an d   Fig u r 3   co n s is t o f   [ 15 ] - [ 17 ]:   a.   R eg u lati n g   T r an s f o r m er     b.   R ec ti f ier   T r an s f o r m er   c.   R ec ti f ier   d.   C o o lin g   s y s te m   e.   L o ca l c o n tr o l e q u ip m e n t   I n   g e n er al,   f o r   u n it  p o w er   le s s   th a n   1 2 0 MV A ,   t h r e g u lat in g   tr an s f o r m er   ca n   b lo ca ted   in   th s a m e   tan k   as  s h o w n   i n   Fig u r e   2 .   Ho w e v er ,   f o r   h ig h er   r ati n g ,   i ca n   b lo ca ted   i n   s ep ar ate  tan k s   a s   s h o w n   i      Fig u r 3 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N ew A lu min u P o t Lin R ec tifo r mer S ch eme   w ith   E ffecti ve   Ha r mo n ic  ....   ( Ma h mo o d   A l - Ma h a r i)   1575       Fig u r e   2 .   R ec tif o r m er   u n it  w it h   r eg u lati n g   a n d   r ec tif ier   tr an s f o r m er   in   t h s a m ta n k           Fig u r 3 .   R ec tif o r m er   u n it  w it h   r eg u lati n g   a n d   r ec tif ier   tr an s f o r m er s   i n   s ep ar ate  tan k s       2 . 1 .   Reg ula t ing   T ra ns f o r m er   T h r eg u lati n g   tr a n s f o r m er   i s   f itted   w it h   o n - lo ad   tap   ch an g er   f o r   th r eg u latio n   r an g o f   th e   s ec o n d ar y   v o lta g b y   s tep p i n g   t h r eg u latio n   tr an s f o r m e r   o n   lo ad   tap   ch an g er   u p w a r d s   o r   d o w n w ar d s   d ep en d in g   o n   t h v o lta g s e t v alu e.     2 . 2 .   Rect if ier  T ra ns f o r m er   T h r ec tif ier   tr an s f o r m er   w it h   t w o   s ec o n d ar y   w i n d in g s ,   b o th   co n n ec ted   to   s ep ar ate  th r ee   p h ase  b r id g r ec tif ier   in   o r d er   to   g et   t w el v p u l s o u tp u t.     Fo r   a   co m p lete   p o li n R ec ti f o r m er s ,   th p r i m ar y   o f   th e   r ec tif ier   tr an s f o r m er   is   p h ase   s h i f ted   i n   o r d er   to   ac h iev 7 2   p u ls es  f o r   s i x   u n it s   co n n ec ted   in   p ar allel  s c h e m e .   T h s atu r ab le  r ea cto r s   i n s talle d   in   t h r ec t if ier   tr an s f o r m er   ar u s ed   f o r   f in e   cu r r e n co n tr o b et w ee n   o n - lo ad   tap   ch an g er   s tep   b y   ac tin g   li k e   v ar iab le  i m p ed a n ce   to   th r ec tif ier   i n p u t.  T h f ea tu r o f   t h s at u r ab le  r ea cto r   ar d is cu s s ed   i n   [ 18 ] .   T h s atu r ab le  r ea cto r s   ar e   n o c o n s id er ed   in   th e   s i m u latio n   b ec au s t h r e s u l t s   ev alu a tio n   h as b ee n   d o n   at  s te ad y   s tate  i n   w h ic h   t h r ea cto r   ch ar ac ter is tic  i s   n o t v ar y i n g .     2 . 3 .   Rec t if ier   T h 1 2   p u ls d io d r ec tif ier   is   co n s tit u ted   b y   t w o   Gr a etz’   b r id g es  co n n ec ted   in   p ar allel  an d   h o u s ed   in   s ea led   s h elter   to   p r ev en t   th e   en tr an ce   o f   d u s t,  s a n d   an d   o t h er   co n ta m in atio n s .   T h r ec tif ier   d io d es   an d   f u s es  ar co o led   b y   d eio n ized   w ater   cir cu lati n g   th r o u g h   th al u m in u m   e x tr u d ed   p r o f ile.   T h m ain   f u n ctio n s   o f   th co o lin g   s y s te m   ar co o lin g   th r ec ti f ier   f r a m e s   an d   co o lin g   o f   t h air   in   th r ec ti f ier   co n tain er .     2 . 4 .   Co o lin g   E qu ip m ent   T h co o lin g   eq u ip m e n is   p r o v id ed   w it h   o il  to   air   h ea ex ch a n g er s   in s talled   r e m o te   f r o m   th e   tr an s f o r m er   as   s h o w n   in   Fi g u r e   3   o r   o n   th e   to p   o f   it   as  s h o w n   i n   F ig u r e   2 .   Mo s t d es ig n er s   ar m ai n tai n in g   o n e   r ed u n d an h ea t e x c h a n g er   b an k   o r   at  least o n e   r ed u n d a n t f a n   f o r   ea ch   b an k .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1573     1 5 8 3   1576   2 . 5 .   L o ca l C o ntr o l   T h lo ca c o n tr o co u ld   b h o u s ed   in   co n tr o b u ild in g   o r   n ea r   to   th u n i its el f   d ep en d in g   o n   t h e   d esig n .   T h lo ca co n tr o is   eq u ip p ed   w it h   all  n ec e s s ar y   a p p ar atu s   f o r   lo ca r ec tif ier   co n tr o l,  m eter i n g   a n d   p r o tectio n .   T h r ec tif ier   is   co n tr o lled   b y   p r o g r a m m ab le  lo g ic  co n tr o ller   ( P L C )   to   d o   r ec ti f ier   o p er atio n ,   f ast   cu r r en r e g u la tio n   a n d   r ec ti f i er   p r o tectio n .   Au x iliar ies   lo w   v o lta g s u p p l y   is   a ls o   co n tr o lled   b y   th lo ca l   co n tr o l e q u ip m e n t.       3.   P RO P O SE P ARA L L E L   D E L T CO NN E C T I O SCH E M E   ( P DC)   Fig u r e   4   s h o w s   t h p r o p o s ed   s ch e m o f   2 4   p u ls s y s te m .   T w o   R ec ti f o r m er s   w it h   th e ir   r eg u lat in g   tr an s f o r m er   d elta  co n n ec ted   te r tiar y   w i n d in g   is   co n n ec ted   in   p ar allel  f o r   h ar m o n ic  f ilter i n g .   T h is   s ch e m w a s   p r o p o s ed   f o r   HVDC  s y s te m ,   th w ir i n g   a n d   ter tiar y   w i n d i n g   d esi g n   h a s   b ee n   ev al u ated   in   r ef er en ce   [ 1 9 ] .   Si m i lar   ap p r o ac h   also   p r esen ted   in   [ 2 0 ]   w h er h ar m o n ics   at  s p ec if ic  o r d er   tr ap p ed   b y   s h u n co n n ec ted   tr an s f o r m er .   T h is   tech n iq u c an   b u s ed   also   f o r   h ig h er   h a r m o n ic  o r d er s .   T h r ea ctiv p o w er   co m p en s ato r   an d   t h t u n ed   p ass i v f il ter s   ar co n n ec ted   to   t h p ar alle li n k s   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 .   I n   t h i s   ca s e,   it  is   ass u m ed   t h at  t h lo ad   is   p u r e   DC   an d   b y   u s in g   s q u ar w a v an al y s is   a s   p r esen ted   i n   [ 1 9 ] - [ 2 1 ] ,   th cu r r en p as s in g   i n to   th r eg u lat in g   tr a n s f o r m er   s ec o n d ar y   o f   u n it 1   a n d   2   ca n   b ex p r ess ed   as:     1 = 4 3 [ c os  1 11 c os 11  + 1 13 c os 13  1 23 c os 23  + 1 25 c os 25  ]   ( 2 )     2 = 4 3 [ c os  + 1 11 c os 11  1 13 c os 13  1 23 c os 23  + 1 25 c os 25  ]   ( 3 )     T h cu r r en ts   p ass i n g   in   t h ter tiar y   w i n d in g s   o f   u n it 1   an d   2   r esp ec tiv el y   e x p r ess ed   as:     12 = 4 3 [ 1 c os (  + 6 ) { 11 11 c os ( 11  6 ) + 13 13 c os ( 13  + 6 ) 23 23 c os ( 23  6 ) + 25 25 c os ( 25  + 6 ) } ]   ( 4 )     22 = 4 3 [ 1 c os (  + 6 ) { 11 11 c os ( 11  6 ) 13 13 c os ( 13  + 6 ) 23 23 c os ( 23  6 ) + 25 25 c os ( 25  + 6 ) } ]   ( 5 )     T h cu r r en t p ass i n g   i n   t h p ar allel  lin k   is   o b tain ed   b y   ad d in g   ( 3 )   an d   ( 4 ) ,   w h ich   y ield s   to :     3 = 12 + 22 = 8 3 [ 1 c os (  + 6 ) + 23 23 c os ( 23  6 ) 25 25 c os ( 25  + 6 ) ]   ( 6 )     I n   th p r o ce ed in g   eq u atio n s ,   th co ef f icie n ts   k ( 1 ,   2 ,   3 ,   .   .   . )   ca n   b a p p r o x im ated   to   u n it y   as   d is cu s s ed   b y   [ 9 ] :     12 ± 1     1     ( 7 )     T h er ef o r e,   eq u atio n   ( 5 )   ca n   b e   s i m p li f ied   as:     3 = [ 1 c os (  + 6 ) + 1 23 c os ( 23  6 ) 1 25 c os ( 25  + 6 ) ]   ( 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N ew A lu min u P o t Lin R ec tifo r mer S ch eme   w ith   E ffecti ve   Ha r mo n ic  ....   ( Ma h mo o d   A l - Ma h a r i)   1577       Fig u r e   4 .    P DC   s ch e m o f   2 4   p u ls s y s te m       A cc o r d in g   to   ( 8 ) ,   th p ar all el  lin k s   co n n ec tin g   t h ter ti ar y   d elta  w i n d in g s   ca n   el i m i n ate  t h e   h ar m o n ics  o f   o r d er   1 2 n ± 1   ( n =1 , 3 ,   5 . . . )   w h ic h   f lo w   o u o f   t h ter tiar y   d elta  w i n d i n g s .   T h er ef o r e,   th h ar m o n ic   f ilter   s h all  b tu n ed   to   tar g et  th 2 4 n ± 1   o r d e r s .   W ith o u th P HF  co n n ec ted ,   th h ar m o n ics  o f   o r d er   2 4 n ± 1   ( n =1 , 2 ,   3 . . . )   w ill  b p r ese n ted   in   ( I P1 )   an d   ( I P2 ) ,   w h ic h   m ea n s   th a t h d o m in a n c h ar ac te r is tic  h ar m o n ics   o f   th 1 2 - p u ls u n it  ( 1 1 th   an d   1 3 th )   w ill   n o f lo w   i n to   t h r e g u la tin g   tr a n s f o r m er   e v e n   wh en   th P HF   is   n o co n n ec ted .       4.   M AT L AB   SI M UL I NK   SI M UL A T I O NS   4 . 1 .   P DC  M o del   T h P DC   s ch e m i s   s i m u la ted   u s i n g   t h M A T L A B /SI MU L I NK   en v ir o n m e n t.  T h s i m u la tio n   m o d ell in g   o f   th P DC   s c h e m e   is   p r esen ted   i n   Fi g u r e   5 .   T h elec tr ical  p ar a m eter s   o f   th s i m u lated   s y s te m   ar e   p r o v id ed   in   T a b le  1 ,   w h ich   i s   o b tain ed   f r o m   th ac t u al  p r o p o s ed   d ata  f o r   A L B A   P L 6   u n its .   I is   i m p o r tan t   th at  t h p h ase  s h i f t b et w ee n   th t w o   u n it i s   eq u al  to   [ 2 2 ]     Pha s e   s hift   = 60 N umb e r   of   c on ve r te r s =   360° N umb e r   of   pul s e s = 15 °     w h er e,   th n u m b er   o f   co n v er ter s   is   4   an d   th n u m b er   o f   p u ls es is   2 4 .       T ab le  1 E lectr ical  P ar am eter   o t h S y s te m                         M a i n   S u p p l y   S o u r c e   K V = 2 2 0   H z   =   5 0   M V A sc  =   8 0 0 0   X / R   =   2 4   U n d e r   G r o u n d   C a b l e   R =   4 0 µ Ω / m   L =   6 3 6 µ H / m   C =   0 . 2 1 µ F / m   L =   1 0 0 m   R e g u l a t i n g   T r a n sf o r me r   YY∆   M V A   =   2 3 0   K V s =   9 5   K V p   =   2 2 0   K V t   =   2 8   L p   =   4 7 . 5 mH   L s =   1 0 . 5 mH   L t   =   0 . 5 6 µ H   R e c t i f i e r   T r a n sf o r me r   Z Y   M V A =   2 x 1 1 5   K V p =   9 5   K V s=  1 . 3 9   P h a se   S h i f t =   ± 7 . 5 °   P H F   M V a r =   4 0   T u n i n g   H z =   1 2 0 0   Q =   2 0   K V =   2 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1573     1 5 8 3   1578       Fig u r e   5 .    MA T L A B   SIM U L I NK  m o d el  o f   P DC   2 4   p u ls s y s te m       4 . 2 .   P DC  Sche m S i m ula t io n Re s ults      Fig u r e   6   s h o w s   t h s i m u latio n   r es u lt  o f   p h a s A   p r i m ar y   c u r r en o f   u n i 1   ( I P1 )   w h ile  t h p ar allel   lin k   le f o p en   cir cu ited .   I n   t h is   ca s e,   th c u r r en T HD  is   5 . 7 d u to   t h p r esen ce   o f   ch ar ac ter is tic  h ar m o n ics   1 2 n ± 1   ( n 1 , 2 ,   3 …) .   Fig u r e   7   s h o w s   t h s a m cu r r en w it h   p ar allel  lin k   clo s ed .   I n   t h is   c a s e ,   th cu r r e n T HD  r ed u ce d   to   0 . 7 8 b ec au s t h h ar m o n ic s   o f   o r d er   1 2 n ± 1   ( n =1 , 3 ,   5 . . . )   h av b ee n   e li m i n ated .   T h P h ase   cu r r en o f   t h p ar allel   li n k   s h o w n   i n   Fi g u r e   8 ,   is   b as icall y   ca r r y i n g   t h h ar m o n ics   o r d er   o f   1 2 n ± 1   ( n =1 , 3 ,   5 . . . )   as  d escr ib ed   in   ( 6 ) .     W ith   th P HF  tu n ed   as  p er   ( 8 an d   co n n ec ted   as  s h o w n   in   Fi g u r e   5   to   tar g et  th 23 rd  an d   25 th  h ar m o n ic   o r d er s p h ase  p r i m ar y   cu r r e n of   u n it   1   i s   al m o s f r ee   f r o m   h ar m o n ic s   w it h   T HD  eq u al  to   0 . 0 6 % a s   s h o w n   i n   F ig u r e   9.   F u r th er m o r e,   i t c a n   b clea r l y   s ee n   f r o m   F ig u r e   10   th a P HF  p h ase  A   c u r r en t   ( I 3 )   is   ca r r y in g   h ar m o n ics o f   o r d er   2 3 rd   an d   2 5 th   as d is cu s s ed   in   ( 8 ) .             Fig u r 6 .     P h ase  A   p r i m ar y   cu r r en t o f   u n it 1   w it h   p ar allel  lin k   o p en       Fig u r 7 .     P h ase  A   p r i m ar y   cu r r en t o f   u n it 1   w it h   p ar allel  lin k   clo s e                     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N ew A lu min u P o t Lin R ec tifo r mer S ch eme   w ith   E ffecti ve   Ha r mo n ic  ....   ( Ma h mo o d   A l - Ma h a r i)   1579       Fig u r 8 .   P h ase  A   p ar allel  li n k   cu r r en t       F ig u r e   9 .     P h ase  A   p r i m ar y   cu r r en t to   u n it 1   w it h   P HF  co n n ec ted             Fig u r 1 0 .     P h ase  A   P HF c u r r en t     Fig u r 1 1 .     I m p ed an ce   ch ar ac t er is tic.   ( a)   P HF  i m p ed an ce   ch ar ac ter i s tic,   ( b )   im p ed a n ce   ch ar ac ter is tic  at  P C C       T h r ea ctiv p o w er   s u p p lied   b y   th P HF  ca n   b ch ec k ed   b y   ap p ly i n g   th i m p ed an ce   ch ar a cter is tic  to   th P HF  w h ile   it  i s   n o co n n e cted   to   th s y s te m .   T h i m p ed an ce   c h ar ac ter is tic  o f   t h P HF   alo n i s   s h o w n   in   Fig u r e   11 ( a ) .   T h r ea ctiv p o w er   at   t h e   f u n d a m e n tal  f r eq u e n c y   i s   eq u al  to :     M va r = V 2 Z = ( 28k ) 2 19 . 6 = 40     P ar allel  r eso n an ca n   b o b s er v ed   at  P C C   d u to   s o u r ce   im p ed an ce   an d   o th er   ap p a r atu s   in   th s y s te m   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   11 ( b ) .   T h is   is   o n o f   th d r a w b ac k   o f   u s i n g   P HF.  Ho w e v er ,   r eso n a n ce   w ill  n o ca u s e   h ar m o n ics  a m p lific atio n   i n   th s tu d y   s y s te m   b ec a u s t h g e n er ated   h ar m o n ics  o r d er s   d o s n o alig n   w ith   t h e   p ea k   o f   th i m p ed an ce   c h ar ac ter is tic  o f   t h s y s te m .     4 . 3 .   P er f o r m a nce  Co m pa riso   I n   t h is   s ec tio n ,   a   co m p ar is o n   b et w ee n   AL B P L 6   a n d   t h p r o p o s ed   P DC   s ch e m is   p r esen ted .   Fig u r e   12 ( a )   s h o w s   t h s ch e m o f   AL B A   P L 6 ,   w h er t h P HF  is   co n n ec ted   to   th ter tiar y   w i n d i n g   f o r   r ea ctiv p o w er   co m p en s atio n   an d   f o r   h ar m o n ic  a tten u atio n .   T h P HF  p ar a m eter s   ar ex tr ac ted   f r o m   t h e   p r o p o s ed   d ata  w h ic h   ar p r o v id ed   b y   t h s u p p lier .   T h e   P HF  t u n ed   to   el i m in ate   t h 3 r d ,   5 th ,   7 th   a n d   1 1 th   o r d er   w it h   to tal  r ea cti v p o w er   co m p e n s atio n   o f   2 4 0 Mv ar .   T h P DC   s ch e m is   s h o w n   i n   Fi g u r e   12 ( b ) .   T h P HF  tu n ed   at  5 th ,   1 2 th   a n d   2 4 th   w i th   s a m r ea cti v p o w er   co m p en s atio n   ca p ab ilit y .   S in ce   AL B A   P L 6   is   d esig n ed   f o r   N - 2   o p er atio n ,   t h p er f o r m a n ce s   o f   b o th   s c h e m e s   ar ev al u ated   at   t h r ee   o p er atin g   co n d itio n s   w it h   P HF   an d   w i th o u t P HF.  T h r ec ti f ier   tr an s f o r m er   n o   lo ad   v o ltag o u tp u t   is   ass u m ed   to   h a v 0 . 3 v o lta g e   u n b ala n ce   as  th i s   u n b alan ce   is   al w a y s   th er in   p r ac tice  [ 23 ] .   T h p ar am eter s   u s ed   in   b o th   m o d el s   ar s h o w n   in   T ab le  1 .     T h R ec tif o r m er   p h ase  s h i f ar r an g e m e n in   t h P DC   s ch e m m u s b co n n ec ted   as  s h o w n   i n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1573     1 5 8 3   1580   Fig u r e   12 ( b )   in   o r d er   to   eli m i n ate  t h 1 2 n ± 1   ( n =1 , 3 ,   5 . . . )   h ar m o n ic.   T h r es u lt s   s u m m ar y   i s   s h o w n   in   Fi g u r e   1 3   in   p er ce n tag e.   I t c an   b clea r l y   s ee n   f ro F ig u r e   1 3   th at   at  all   t h tes ted   s ce n ar io s ,   t h p er f o r m a n ce   o f   t h e   p r o p o s ed   P DC   s ch e m is   s u p er io r   o v er   t h at  o f   t h e   AL B A   P L 6   s c h e m in   ter m s   o f   h ar m o n ic  atte n u ati o n   ca p ab ilit y .   T h e   u n i cu r r e n T DD  in   P DC   s ch e m is   lo w er   th a n   AL B A   P L 6   s ch e m b y   m o r th a n   5 w h e n   all  u n its   ar e   i n   s er v ice .           ( a)   A L B A   P L 6   Sc h e m e         ( b )   T h p r o p o s ed   p o t lin R ec t if o r m er   S c h e m e     Fig u r e   1 2 .     A lu m i n u m   p o t li n e   R ec tif o r m er s   o f   AL B A   P L 6   an d   th p r o p o s ed   Sch e m es     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   N ew A lu min u P o t Lin R ec tifo r mer S ch eme   w ith   E ffecti ve   Ha r mo n ic  ....   ( Ma h mo o d   A l - Ma h a r i)   1581           Fig u r 1 3 .     Su m m ar y   o f   th s i m u latio n   r es u lt s       4 . 4 .   Dis cu s s io n   4 . 4 . 1 .   H a r m o nic s   At t enua t io n Ca pa bil it y   Fro m   t h o b tain ed   r es u lts ,   i ca n   b s ee n   t h at  th p r o p o s ed   s ch e m ca n   d ec r ea s t h o v er all   h ar m o n ic   d is to r tio n ,   e s p ec iall y   i n   t h r eg u lati n g   tr an s f o r m er s .   On   th o t h er   h an d ,   AL B A   P L 6   s c h e m w ill   n o t   p r ev en t h ch ar ac ter i s tic  h ar m o n ic s   f r o m   f lo w in g   i n to   t h r eg u lat in g   tr a n s f o r m er .   L o o k in g   at  t h t h r ee   o p er atin g   s ce n ar io s ,   th P DC   p er f o r m an ce   i s   b etter   in   atten u ati n g   t h o v er all  h ar m o n ic  d is to r tio n s   a s   co m p ar ed   to   AL B A   P L 6   s c h e m b y   i m p r o v in g   t h h ar m o n i s u p p r ess io n   p er f o r m an ce   wh ich   lead s   to   b etter   p o w er   q u alit y .   4 . 4 . 2 .   P ra ct ica l C o ns idera t io n   In   th p r o p o s ed   s ch e m e,   t h er w ill  b s i x   o u ta g es  p er   y ea r   f o r   th e   R ec r ti f o r m er s   a n d   th r ee   f o r   th e   b lo ck   f ilter s .   It   i s   r ea s o n ab le  to   ex p ec s o m 1 2   d ay s   p er   y e ar   to   d o   m ai n te n an ce   f o r   ea ch   R ec tif o r m er   an d   3   d ay s   p er   y ea r   f o r   ea ch   b lo ck   f ilter   w h ich   m ea n s   t h at   th p o tlin is   w ill  n o r u n   u n d er   n o r m al  o p er atin g   co n d itio n   ( R ec ti f o r m er   i s   o u o r   B lo ck   f ilter   is   o u t)   f o r   2 3 o f   y ea r   an d   t h p o tlin w il r u n   u n d er   n o r m a l   o p er atin g   co n d it io n   ( A l R ec r tif o r m er s   a n d   B lo ck   f ilter s   ar e   in   s er v ice)   f o r   7 7 o f   th e   y ea r .   B ase d   o n   th e   p r o p o s ed   p o tlin s ch e m e,   t h m a in te n a n ce   o f   th b lo ck   f ilter s   s h all  b d o n b ef o r o r   af ter   all  th e   m ai n ten a n ce   ac ti v itie s   ar co m p leted   o n   th R ec ti f o r m er   u n its .     T h is   is   r eq u ir ed   to   e n s u r m i n i m u m   d is to r tio n   b y   m ai n tai n i n g   t h p ar allel  lin k   clo s ed   o n   ea ch   b lo ck .     Du r in g   t h 7 7 o f   th y ea r ,   th 1 2 th  o r d e r   b r an ch   f ilter   is   n o r eq u ir ed   b ec au s o f   th p ar allel  lin k s   w h ic h   ef f ec ti v el y   eli m i n ate  t h 1 1 th   an d   13 th   o r d er   h ar m o n ics.    Ho w e v er ,   th i s   b r an ch   i s   r eq u ir ed   to   b in   s er v ice  w h en   o n R ec t if o r m e r   u n it  f o r m   t h s a m b lo ck   i s   tak e n   o u o f   s er v ice  as  w el as   to   s u p p o r th e   r ea ctiv p o w er   r eq u ir e m e n t s .       4 . 4 . 3 .   Co s t   a nd   Sp a ce   I n   t h p r o p o s ed   s ch e m e,   th e   n u m b er   o f   t h P HF  i s   t h r ee   as  co m p ar ed   to   AL B A   P L 6   s ch e m w h ic h   r eq u ir s ix .   C o n s eq u e n tl y ,   t h e   s p ac r eq u ir e m e n t s   w ill   r ed u ce .   Ho w e v er ,   th e   n u m b er   o f   r eq u ir ed   b r ea k er s   f o r   th f i lter   u n its   is   i n cr ea s ed   in   t h p r o p o s ed   s ch em e.   T h co s o f   th th r ee   P HF  u n its   as  co m p ar ed   to   s ix   cir cu i t   b r ea k er s   s h al b ev al u ated   b y   th o w n er .   T h m ain ten a n ce   an d   s p ar p ar ts   r eq u ir e m e n ts   f o r   th P HF  is   r elativ el y   h i g h er   t h an   cir c u i b r ea k er s .   I n d o o r   ty p s w i tch g ea r   is   r eliab le  w it h   m i n i m al  m ai n te n a n ce   r eq u ir e m en ts .   T ab le  2   s u m m a r ize  th co m p ar is o n   b et w ee n   th co n v e n tio n a l,  AL B A   P L 6   an d   t h p r o p o s ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1573     1 5 8 3   1582   p o t lin s ch e m e.   I n   t h co n v en tio n al  s c h e m e,   th P HF is d ir e ctl y   co n n ec ted   to   th h ig h   v o lt ag f ee d i n g   b u s .       T ab le  2 .   Su m m er y   C o m p ar is o n   b et w ee n   C o n v en t io n al,   A BA   P L 6   an d   P DC   Sc h e m e                 5.   CO NCLU SI O N   p r o p o s ed   P DC   s ch e m o f   2 4 - p u ls e   s y s te m   h a s   b ee n   s u cc es s f u ll y   m o d eled   an d   s i m u lated   i n   MA T L A B /SIM U L I NK  e n v ir o n m e n t.  T h p er f o r m an ce   o f   t h s ch e m is   ev al u ated   b y   s h o w i n g   th h ar m o n ic   co n ten t s   o f   u n it  1 ,   p ar allel  li n k   a n d   P HF  cu r r en ts .   T h p ar allel  lin k   h as  ef f ec ti v el y   tr ap p ed   th tar g eted   h ar m o n ic  o r d er s   w h ic h   h a s   r ed u ce d   th T HD  in   th p r i m ar y   cu r r en o f   t h r eg u lati n g   tr an s f o r m er   to   less   th a n   1 %.  I n   ad d itio n ,   th p r o p o s ed   alu m in u m   p o lin R ec ti f o r m er   s ch e m s h o w s   h ig h   ca p ab il it y   o f   r ed u c in g   t h e   o v er all  d is to r tio n   lev el s   at  PC C   as  w ell  as  at  ea ch   u n it  ter m in a at  o p er atin g   co n d iti o n   w h ic h   r ep r esen t   al m o s t   80 o f   t h y ea r .   C o m p ar is o n   o f   t h p r o p o s ed   s ch em w it h   co n v e n tio n al,   a n d   AL B A   P L 6   h a s   b ee n   d is cu s s ed   in   ter m s   o f   h ar m o n ic  atte n u atio n   ca p ab ilit y ,   o p er atio n   f le x ib ilit y ,   c o s an d   s p ac r eq u ir em e n ts .   On l y   h al f   o f   t h n u m b er   o f   t h P HF  is   r eq u ir ed   i n   t h p r o p o s ed   P DC   s c h e m as   co m p ar e d   to   th AL B P L 6   s ch e m e.   T u n i n g   t h P HF  to   ta r g et   11 th   an d   1 3 th   h ar m o n ic  o r d er   is   n o r eq u ir ed   in   th e   p r o p o s ed   s ch e m w h e n   it  is   r u n n i n g   u n d er   N   o p er a tin g   co n d itio n   d u e   to   t h p r esen ce   o f   th p ar allel  l in k s   b et w ee n   ad j ac en t   R ec ti f o r m er   u n it s .         ACK NO WL E D G E M E NT S   T h au t h o r s   w o u ld   li k to   th a n k   A l u m in u m   B a h r ain   ( AL B A )   f o r   t h eir   s u p p o r i n   t h is   r es ea r ch   w o r k   an d   f o r   p r o v id in g   t h r eq u ir ed   ac tu al  s y s te m   d ata.       RE F E R E NC E S     [1 ]   D.  V e n k a tas u b ra m a n ian   a n d   S .   P .   Na tara jan ,   A n a l y sis  o f   H a r m o n ics   a n d   Rip p le  Cu rre n i n   M u lt i - m o d u le   Co n v e rters   w it h   In c re a sin g   Nu m b e o f   M o d u les   f o Hig h   P o w e A p p li c a ti o n s,”  In ter n a ti o n a J o u rn a o P o we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m ( IJ PE DS ) ,   v ol /i ss u e :   7 ( 4 ) p p .   1 4 0 2 - 1 4 0 9 2 0 1 6 .   [2 ]   M .   Zh i h e n g ,   e a l . ,   Ha rm o n ic  a n a l y sis  a n d   si m u latio n   o f   m u lt i - p u lse   re c ti f iers   a p p li e d   in   e lec tro ly sis   in d u stry ,   IEE In d u stry   Ap p li c a t io n S o c iety   A n n u a M e e ti n g ,   2 0 1 4   [3 ]   Ra jes h   T .   a n d   Nirm a lk u m a A . ,   A   S h u n t   A c ti v e   P o w e F il ter  f o 1 2   P u lse   Co n v e rter  Us in g   S o u rc e   C u rre n t   De tec ti o n   A p p ro a c h ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o P o we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ( IJ PE DS ),   v ol / issu e :   7 ( 1 ) ,   p p .   225 - 2 3 4 2 0 1 6 .   [4 ]   H .   K .   T h a k k a r,   e a l. ,   Ha r m o n ics   in   i n d u strial  p o w e n e tw o r k o f   a lu m in iu m   s m e lt e rs  -   A   c o m p re h e n siv e   m it ig a ti o n   a p p ro a c h ,   I n ter n a ti o n a J o u rn a o f   S m a rt Grid   a n d   Cle a n   E n e rg y ,   v o l / issu e :   4 ( 1 ) 2 0 1 5 .   [5 ]   N.  G e rs c h ,   In v e stig a ti o n   in to   t h e   h a rm o n ic  b e h a v io o f   m u lt ip u l se   c o n v e rter  s y ste m in   a n   a lu m in iu m   sm e lt e r ,   Un ive rs it y   o W o ll o n g o n g ,   Bo y n e   S me lt e rs   L imit e d ,   Q u e e n sla n d .   Po we r q u a l it y   c e n ter ,   2 0 0 0 .   [6 ]   P .   P o ll o c k   a n d   C.   Du ff e y ,   P o w e q u a li ty   a n d   c o rre c ti v e   a c ti o n   in   a n   a lu m in u m   s m e lt e r,   Petro leu a n d   Ch e mic a l   In d u stry   c o n fer e n c e ,   In d u stry   A p p li c a ti o n S o c iety   4 5 t h   A n n u a l .   I EE E.   P a p e No .   P CIC - 98 - 2 0 ,   1 9 9 8 .   [7 ]   M .   Erm is,   e a l. ,   P o w e Qu a li t y   S o lu ti o n f o 1 2 - P u lse   S m e lt e Co n v e rters   in   ET A lu m in u m   W o rk s,”  IEE tra n sa c ti o n o n   in d u stry   a p p li c a ti o n s,  v o l /i ss u e :   40 ( 6 ) ,   2 0 0 4   [8 ]   A .   T.   Y o k o y a m a ,   e a l. ,   In v e stig a ti o n   a n d   m it ig a ti o n   o f   th e   a m p li f ica ti o n   o f   th e   h a r m o n ic  c u rre n to   f il terin g   s y ste m   o f   a n   a lu m in u m   s m e lt e r,   Pro c e e d in g o th e   6 th   W S E A S   In ter n a ti o n a Co n fer e n c e   o n   Po we S y ste ms ,   L isb o n ,   P o rtu g a l,   2 0 0 6 .   [9 ]   R D.  M .   S o o m ro ,   e a l. ,   P o w e Qu a li ty   I m p ro v e m e n in   QU C ES T   Lark a n a   Ca m p u b y   u sin g   T h re e   Ty p e s   o f   P o w e F il ters ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o Po we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ( IJ PE DS ) ,   v ol /i ss u e :   8 ( 4 ) ,   p p .   1 8 7 6 - 1 8 8 5 2 0 1 7 .   [1 0 ]   M .   W ies tn e r,   e a l. ,   P o w e q u a li ty   re su lt in   e n e rg y   e ff icie n a lu m in iu m   s m e lt e r,   AB S wit ze rla n d ,   AB B   T e c h n ica p u b li c a ti o n ,   2 0 1 0 .   [1 1 ]   Z Y .   Z h a o e a l. ,   Op e ra ti o n a c h a ra c teristics   o f   a   f il terin g   re c ti f ier  tran s f o r m e f o in d u strial  p o w e s y ste m s,”  T u rk ish   J o u rn a o El e c trica En g in e e rin g   &   Co mp u ter   S c ien c e s,   2 0 1 3 .   [1 2 ]   A .   Co ll ier,  e a l. ,   W o rk h o rse o f   in d u stry   -   In d u strial  tra n sf o rm e rs  in   a   DC  e n v iro n m e n t,   AB T e c h n ica l   p u b li c a ti o n ,   2 0 1 2 .   [1 3 ]   X .   L i,   e a l. ,   Da m p e d   Hig h   P a ss iv e   F il ter - A   Ne w   F il terin g   S c h e m e   f o M u lt ip u lse   Re c ti f ier  S y ste m s ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   Po we r De li v e ry ,   v ol /i ss u e :   32 ( 1 ) ,   2 0 1 7   C r i t e r i a   C o n v e n t i o n a l   P L 6   P D C   H a r mo n i c   A t t e n u a t i o n   *   **   ***   O p e r a t i o n a l   F l e x i b i l i t y   ***   **   *   C o st   ***   **   **   S p a c e   **   *   ***   N u mb e r   o f   P H F   U n i t s   ***   *   **   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.