Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r 2020 , pp.  15 8 8 ~ 1 59 5   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij ped s . v11.i 3 . pp 15 8 8 - 1 59 5          1588       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   T he enh anceme nt of po wer  qualit y for  t he  distri bution syst em  via dy namic volt age r esto rer       Ali B as im   M ohamme d, M ohd  Aifaa M ohd Ari ff   Facul ty   of Electr ic a l  and   E le c tron ic   Engi ne eri ng ,   Univer sity Tun H uss ei n  Onn Mal aysia (UTHM),  Mala ysia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   20 , 20 20   Re vised  A pr   4 ,  20 20   Accepte d  Apr   1 6 , 20 20       Thi s  pap er  rep r ese nts  a   new  co nfigura t ion  of  t he  dyna mi c   voltage  r estore r   consists  of  appr oxim ate  cl assic a l  slidi ng   mod e  d iffe ren ti a tor  (AC SM D)  with  the  termin al  sli ding  mode  con trol ler   (TSMC)  as   th e   nonli n ea r   slid ing   var ia b le .   In   thi s   study,   the  pro posed  struc ture  of  th e   DV R  is   uti lized   to   ma intain   th e  m a gnit ude   of  the  lo ad  vol ta g e  at   a  c onstant   v al ue ,   m ai nt ai n  the  sys te m  t ot al  har moni c   distortion   (THD),  boost   t he  robustness  pr oper ty  and   mi nimize  th e  st e ady - state  err or.  The   powe r  qu al i ty  has   recei v ed  more   int e rest   due  to   th e   im p lementati on   of   var ious  industrial   d evi c es  and   cr it i c al   loa ds  at  the   distr ibut ion   side.   Now ada ys,   t he  ma in   chall e nges  in  power  q ual it y   in  the  sys te m  are  voltage   sags/sw el ls,   har moni cs   and   voltage   i mba l a nce .   Var ious   devi c es  ar e  ut il i z ed  to   addr ess  th e se  challe ng es.   T he  dyna mi c   voltage  r estore r   is  one  of  the se   d evi c es.   It  is  con nec t ed  in  ser ie s  with  the   d istri bu ti on  sys te m  and  inject s  a  pr oper   voltage  magnitude   to  main ta in  the   vol ta g e   loa d  a t  th e  consta nt   val u e.  I n  thi s  p ape r ,   the  DV R  mode l   wi th  th e  AS MF   an d  TSMC   is  im plemented   in   using  MA TLA B/Sim uli nk.   The   propos ed  cont roller   is   eva lu at ed   using  t he  stand a rd  vo ltage  sag   ind ic es .   Ke yw or d s :   Dynamic  volt age  resto rer   Terminal  sli ding m ode   Power q ualit y   Total  h a rm onic  d ist ort ion   Vo lt age  sa g/swe ll   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 :   M oh d Aifaa  Mohd  Ar i ff ,   Faculty  of Elec tric al  an d El ect ronic E ng i neeri ng ,     Un i ver sit y T un Hussein  On n Malaysia  ( UT HM),    86400 Pa rit R aj a, Joh or ,   M al aysia .   Emai l:  aifaa@ uth m .edu. my       1.   INTROD U CTION   In c reasin g  t he  low  qual it y  of   loads   an d  s our ces  de gr a des   the  powe r  qu al i ty  in  both  el ect rical   util it ie s  and  c us to mers .   This   mea ns  th at   the  el ect rici ty  s uppl y  sy ste m  ma y  ha ve   unwa nted  f luctu at ion s   an d  dist or ti ons,   especial ly  i n  it s  f reque ncy  a nd  volt age  [1,  2].  Powe r  qual it y  has   tw o  vie wpoints;  from   the  sid e  of  the   su ppl y   of  el ect rical   po wer  with   the  s pecified   sta nda rd s   an d  from   t he  u ser   e nd.  It  means   that  el e ct ric  powe r  ha s  to  be  delivere d  t o  t he   load   a nd  eq uip me nt  with out  an y  dis ruption.  T he  powe r   qual it y  is  facing  a  wide   ra nge  of  disturba nces  li ke  har m onic s,   sag/swell ,  noise ,  inter ruptio n,   vo lt a ge  imb al ance,  a nd   t r ansients.   I n  order   t o  address  t hese  chall enges,  a  dynamic  vo lt a ge  rest or e r  ( D VR)  ma y  be  ut il iz ed  to  keep  issues  f or   t he   power  qu al it y  s uc h  as   sagg i ng /s well ing   of   volt ages  and   oth e r  dist urba nces  at   a  minimu m  val ue  to  protect   ap pliances   [3 - 7].  The  D V R  has  been   use d  in  pract ic e  to  mit igate   the   vo lt a ge  qual it y  issue   in  th e  powe r  distri buti on  sy ste m.   The   D VR  is  instal le d  bet wee n  the   gr i d  an d  t he  sensiti ve  loa ds  thr ough  a  tra ns f ormer   to  in je ct   the   require d vo lt a ge  magnit ude t o com pe ns at e f or the  volt age  di ff e ren ce  [8 – 10 ].   Con tr oll ing  a  DV R  requires   a  soph ist ic at ed  co ntr ol  s ys te m  su c h  as  sli ding  m ode  co ntr ol.  I n  thi s   pap e r,   t he  sli di ng   m ode  c on t ro l  is  use d  t o  con t ro l  the  D VR  in  re gula ti ng   t he  volt age   in  the  s ys te m .  The   sli din g  m od e   con t ro l  is   a  de cent  br a nch  of  co ntr oller  dea li ng   wi th  nonl inear  a ppli cat ion s .  Its  respo nse   is  qu ic k,   eas y  to   impleme nt,  an d  r obus t  t ow a r ds   the  va riat ion   of  op e rati ng  par a mete rs.   I n  [11],  quasi   Z  s ource  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       Th e e nhance m ent o f  powe r  qualit y for  the  di stri bu ti on syst em  vi a dy nami c volta ge  …   ( A li  Ba sim  Mo ha mm e d )   1589   inv e rter  ba sed  sing le - phase  D VR  is  pr ese nte d.   I n  the  pa per,   the  DV R  w orks  r obus tl y  a nd  re du ce s  the  s ys te m   total   harmo nic   disto rtion  (T HD)  at   the   lo ad  side .  T he  method  al s o  minimi zes  the   require ment  of   e ne rg y  stora ge.  T he  s li din g  m od e   c on t ro l - base d   DV R   with   12 - switc h  VSI   is  re ported   in   [ 12].  I n  this   pa per,  t he   ref e ren ce   vo lt a ge  is   gen e rated   by   util iz ing  th e  ad a ptive   no tc h  filt er.   The n,  a  sli ding   m od e   co ntr oller   bas ed  f or   a  three - phase  DV R  is  re port ed  in  [ 13]  to  r egu la te   the  volt age  at   the  distribu ti on  loa d.  The  a uthors  in  this   pap e r  util iz e  a  rec ur si ve  le as t  square   al gori thm  t o  gen e ra te   the  r efe ren c e  sync hron iz at ion .   M os t   of  t hese   pap e rs  util iz e  a  li near   sli ding  va riable  with  a  li nea r  di fferentia to r  to  obta in  the  e rro r   functi on  der iv at ive  in   pro vid in g  a  c orres pondin g  con t ro l  act io n.  The  a pp li cat ion   of   t he  li ne ar  dif fer e ntiat or   is  li mit ed  as  it   is   sensiti ve  to wa r d  the  prese nce  of noise t he  me asur e d  i nput si gn al .   This  pa pe r  pre sents  a  new   D VR  meth od  us ing   a n  a pproxi mate   cl assic al   sli din g  mode  di ff ere ntiat or   with  a   nonline ar  sli di ng  var ia ble  to   ov e rc ome   the   dra wb ac k  of  t he   li near  di ff ere ntiat or.  T he  nonlinea r   sli din g  var ia ble  is   ba s ed   on   the   a pp li cat ion  of   the   te rmin al   sli ding   mode   co ntr oller  t o  mainta in   t he   ma gn it ude   of  the  load  vo lt a ge  at   the  co ns ta nt  va lue,  im prov e  t he  s ys te m  T H D,   boos t  the  r obus t ness  pro pe rty  a nd   minimi ze  the  ste ady - sta te   error   of   the  c ontr oller  outp ut.  T he  pro pose d  m et hod  of  D VR  is  app li ed  a nd   inv est igate   by   us in g  M A TLAB/Si m ulink.   The  struct ur e   of  this  pa per  c on sist s   of  f our   sect ions.  t he  method ology  r epr ese nts  a s  a n  ap pro ximate   sli din g  m ode  di ff ere ntiat or  an d  nonlinea r  sli ding  var ia ble  a s  a  te r m inal  sli ding  mode,   the   D VR  st ru ct ure,  the   pro po se d  s ys te m  of  the  D VR ,  the  cal culat io n  of  vo lt a ge  sa g  a nd   t he  in di ces  of  volt age  sag  a re  disc us s ed  in   Sect ion   2,  the  resu lt s  a nd  dis cussion  with  t he  performa nc e  evaluati on  a r e  pr e sente d  in  Sect ion   3.  Sec ti on   4   discusse s the  c on cl ud i ng r e m ark s  of t his stu dy.       2.   METHO D OL OGY   2.1.   A ppr oxim at e  classic al  sli ding  m od e  differen tia to r   In  this   meth od,   t he   chatt eri ng   at ti tud e   in   the   sli ding  mode  c ontr oller  a nd  obser ve r  is   us e d  to   disti nguish   the   cha racteri sti c  in  the   meas ur e ment  t o  prov i de   the  a ppr opria te   con t ro l  act i on.   A n  a ppr ox i mati on   cl assic al   sli din g  m od e  dif fer e ntiat or   is  us ed   to  dif fer e ntiat e  this  at tribu te ,  al lowing  t he  measu reme nt  of   t he   ulti mate   bo und  of   the   er ror   be tween   the   act ua l   an d  est imat ed  value .   I n  a dd it ion ,  t he   meth od  al lo ws   the   use r  t o  con t ro l  this  bo und  by  cha nging   t he  est imat or   par a mete rs   [14,   15] .   The  a ppr ox imat e  cl assic al   sli din g  mode   diff e re ntiat or   i s  util iz ed  to  est imat e  error   si gnal   de rivati ves   in  the  pro po se d  s ys te m  to  minimi ze  the  e rro r  to  a   lowe r ban d  as  foll ow :     = +   (1)   ̇ = − 2 ∗ tan − 1 (  )   (2)     Wh e re     is  ob se rv e r  sli ding  va riable,     is  the   e rror  in put  si gnal ,  x   is  th e  obs erv e r  dyna mic,   ̇   is  the   der i vativ e   of  the   obser ve r  dyna mic,     an d    a re   the   sli di ng  m ode  dif f eren ti at or  desi gn  par a mete rs,  res pecti vel y.   The   value  of     will   be   sel ect ed  to  e ns ure  that    goe s  to  zer o  wh e n  > | ̇ | .  Let   the  est im at ion   of   e rror   be come  t he   ou t pu t  of the  foll ow i ng lo w p ass f il te r.       ̇ + = 2 ∗ t an − 1 (  )   (3)     W he re    is a ti m e co ns ta nt ,   an d    is t he  outp ut  of LPF , th e  AC SMD   be  as  f ollows ;     ̇ = 1 ( − + 2 ∗ tan − 1 (  ) )   (4)     2.2.   N on li ne ar  sli ding v aria ble   2.2.1.   Te rmi n al slidi ng mo d e   The   ap plica ti on  of  t he   te rmi nal  sli di ng  mode  c ontr oller  i s  re porte d  i n  [ 16 – 18] .   I n  thi s  pap e r,  the   con ce pt  of   a  te rmin al   sli di ng   var ia ble   with  a   nonlinea r  te rm   is  util iz ed  to  s olv e  t he  pro ble ms  of  the  finite   ti me  error  co nc ours e . T he  te r minal  sli ding  var ia ble is d e fine d  as   fo ll ow:       =   ̇ + /   (5)     Fr om   ( 5),    is  de fine d  as  the   sli din g  va riable   and  ̇   is  def ine d  as  the  ACS MD  out pu t.  ,    an d    are  the  sli ding  va r ia ble  par a mete rs.   T he  par a m et ers  ( β ,    an d  )   m us t  be  posit ive  odd  i nteg ers   [ 19]   a nd   [ 20] .  Additi on al l y,   > .   In ord e r  t o  est imat e the  ulti mate  b ou nd  on t he  e rror  , where   ( ) = / .   ̇ = { − ∗ ( ) + } ∗ sign ( ) = − | | + ∗ sign ( )   (6)   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 .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 8 8   –   1 59 5   1590     In  ( 6)  ̇   is  the  der i vative   of  the  L ya punov  f un ct io n ,   ( )   is  th e  f un ct io n  of  error,  sign ( )   is   the   sign al   f un ct io n,   λ   is   t he  sli di ng  var ia ble  par a mete r.   T o  est imat e  the  ulti m at e  boun d  on  the  e rror  ( ) ,  ( 6)  is   reformulat ed  in (7 )  as  foll ows:     ̇ = { − ∗ ( ) + } ∗ sign ( ) ≤ − | | / +   (7)     The     in   ( 7)  re pr ese nts  a   po s it ive  co ns ta nt.   Acc ordin gly,   the  ulti mate   bound  on   the   error    is  determi ned  usi ng the  f ollow i ng e qu at io n:     | ( ) | ≥ ( ) / ,   as   → ∞   (8)     With  a  s uitable   sel ect ion   f or   p   and   r ,  the  ulti mate   bound  on   the  erro r    will   be  small er  t han  the  li nea r   sli din g va riabl e.     2.3.   The i n dice s of  vo l tage sag    This  sect ion  di scusses   the   i ndic es  util iz ed   in   this   pa pe r  t o  descr i be   the   qual it y  a nd  reli abili ty  of  the   netw ork.   The s e  ind ic es   are   util iz ed  to  re present  t he  pow er  s ys te m  be ha viour   to  ai d  t he  op e rato r  de ci sion - making   pr oces s.  T he   Det ro it   E dison  sa g  s cor e   ( SS),  t he   volt age   sa g  l os t  e nerg y  i ndex  (VSLE I),  a nd  the   vo lt age  sa g  e ne rgy (  )   are  bri efly discu ssed  a s foll ow s:     2.3 .1 .   De tr oit E dison  s ag sc ore  (S S )   The   detai l  of  t his  i nd e x  ca n  be   obta ine d  i n  [ 21]   a nd  [22 ] .  T he   e qu at io n  to   cal culat e   this  i nd e x  is   sh ow n  in  (9 ) :        = 1 − + + 3 100%   (9)     V A ,  V B ,  a nd   V C   ind ic at e  the  ph a se  volt ages ,  res pecti vely .  The  value  of   SS  is  prefe rr e d  w he n  it   is   cl os er t o  ze ro , whic h rep rese nt s a  bette r rec overi ng volt age  fo ll owin g  t he  c ompen sat ion.     2.3.2.   V olt age  sag  l os t e ner gy  index  (VSL EI)   The  detai l  of  VS LE I  ca n  be   re ferred   to   in   [21]   a nd  [ 22] .  This  i nd e x  cal culat es  the   lost   ene rgy   ( W)   durin g  t he vo lt age sa g occ urr ence .  It is cal c ulate d usin g  t he  foll ow i ng  eq uation:     = [ 1 −  ] 3 . 14   (10)        is  def in ed   as  the  nominal  volt age ,   V  is  de fine d  as   the   phase  volt age ,   a nd  T   is  def i ne d  as   the   ti me d uri ng t he  sag i n  a  mil li second ,  r es pecti vely.       2.3.3 .   V olt age  sag  en ergy  (  ):   The     is  cal culat ed   us in g  t he  e quat ion s how n  a s foll ow s:      = ∫ { 1 − (   ( )  ) 2 } 0    (11)     wh e re  the   ( )   is  def ine d  as  the   volt age  ma gnit ude  at   ti me  ,  an d    is  def i ned   a s   the  du rati on   ti me  of  the  sag ,   resp ect ivel y  [22] .       3.   RESU LT S  AND  DI S C USS ION   3.1 .   The   sim u lation  an d  res ults  of   th e  syst em unde r s tudy   Figure  1  s how s  the  te st  syst em  m od el   us e d  to  eval uate  th e  perf or ma nce   of  the  pro po s ed  met hod.     The  pa rameter s  of  t he  te st   syst em  m odel   ca n  be  obta ine d  in  [ 23] .  T he   te st  sy ste m   m od el   is  m od el e d  us in g    the  MATL AB/ Simuli nk  s of t war e .  T he  pro po s ed  meth od  discusse d  i n  S ect ion   2  is  a ppli ed  to  the  te st   sy ste m   model  to   e valu at e  it s  pe rform ance  unde r  sev eral  ty pes   of  di sturb a nces   in   the  s ys te m.   T he   te st  s ys te m  model  consi sts o f  tw o fee der s  w it h d iffer e nt ty pes o f  loa d.   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       Th e e nhance m ent o f  powe r  qualit y for  the  di stri bu ti on syst em  vi a dy nami c volta ge  …   ( A li  Ba sim  Mo ha mm e d )   1591       Figure  1  –   T he  test  sy ste m  m od el   util i zed fo r  the  stu dy       3.1.1 .   Thre e - pha se  sh ort ci rcui t   In  this   stu dy,  the  s ys te m   is  su bject e d  t o  a   thr ee - ph a se  f ault  at   = 0 . 05 s.  T he   fau lt   is   ap plied  a t   Feede r  1  f or  0. 13 s .  Fi gure  2  s hows  t he  respo ns e  of  the  s ys t em,  incl ud i ng  the  DV R,   with   the  pro pose d  method   in  mit igati ng   t he  distu r ban ce   in  the  sy ste m .   Figure  2(a)  s hows  t he  thr ee - ph a se  volt age  in  Fee der   1  f ollow i ng   the  fau lt   i n  t he   syst em.   It  sho ws  t hat  th e  vo l ta ge  at   al l  t hr e e  phases   re duc ed  t o  ze r o  duri ng  the   a pp li cat ion  of   fau lt .   F ig ure  2 ( b )   s hows   the   volt age  at   the   a djacent   fee der,   Fee der  2  f ollo wing  t his  fa ult.  T he  res ult  in di cat es   that  the  vo lt ag e  of  al l  three  ph a ses  drops  to  65 %   of  it s  nominal  value .  T he  DV R  sens e s   this  c onditi on  a n d  injec t s   the  r eq uire d  vo lt age   mag nitud e   to   c ompen sat e  f o r   this  dif fer e nce .   Fig ur e   2 (c)   re pr ese nts  t he  volt age   com pensat ion  injec te d  by  th e  pro pose d  D VR .  As   a  res ult,  the   volt ag e  am plit ud e   af te r  the   co mp e ns at io n   impro ved   t o  0.998 1,   0.998 ,  0. 9981  in  P has e  A,   B,  a nd  C ,   as   show n  in   F ig ure  2 ( d) ,  res pect ively .   In  ad d it ion   t o  the  vo lt age   ma gn it ude,   the   T HD   at   the   loa d  be fore  t he  c ompe ns at io n  is  13.62 .   F ollo wing  the   co mp e nsa ti on ,   the  T H D  im pro ves   to   1.44 .  T he  res ult  i mp li es  t hat  t he   pr opos e d  D VR  is   able   to   mit igate   t he  vo lt age   disturba nce  ca us e d  by  a  bala nced  thre e - ph a se  fa ult.  The   pr opos e d  met hod  is  able  to  mainta in  the   loa d  vo lt age   and re duce the   THD at  the  ad j acent fee de r  f ol lowing a  fa ult i n  the  sy ste m .           (a)   (b)           (c)   (d)         Figure  2.   The   r esults f or  the  t hr ee - phase  sho rt circuit : (a )   t hree - ph a se s hort  circuit i n  F ee de r  1 , (b )   t he  un c ompe ns at e d  loa d v oltage,  ( c)  the  volt age  inject  by DVR , (d)   the c ompe ns at e loa d v oltage .   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 .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 8 8   –   1 59 5   1592   3.1.2 .   D oubl e - li ne - to - groun d fault   In   t his  case,   a   double - li ne - to - gro und  fa ult  of   Ph a se  A   an d  B  is  a pp li ed   to  the  s ys te m   at   = 0 . 1 s .     The   fa ult  is  a ppli ed  f or  0. 1s .   Figure   3(a)   re pr ese nts   the   lo ad  volt age   at   Feede r  1.  T he  resu lt   sho ws  t hat  the   vo lt age   at   phas e  A  a nd  B  is  r edu ce d  t o  zer o,  w hile  the  vo lt age  at   ph ase   C  is  reduce d  sli gh tl y  as  c ompa red   t o  the  nomi nal  va lue.  Fi gure  3(b )  s hows   the  load  volt age  measu red  at   F eeder   2,  wh ic h  is  th e  same   vo lt age   viewe d  by  the   pro po se d  D VR .  T he  r esults  s how  t hat  the   volt age  at   phase   A,  B  a nd  C  a r e  87.63%,   86. 31%,   and  93.23%   as   co mp a re d  t o  t he  nominal   vo l ta ge,   res pecti ve ly.  The n,  the   pro po se d  D VR   injec ts  t he  re quire d  vo lt age   t o  mit igate   t he  volt age  distu rbance .   Fi gure   3(c)   r epr ese nts   the   injec te d  volt ag e  f rom   the   pr opose d  DV R.   Fig ure  3(d)  sho ws  th e   load   volt age   at   Feede r  2  a fter  the   co mp e ns at io n.   T he  r esults  sho w  th at   the   pro po se d  D V R  is  able   to   resto re  the   volt age  f ollo wing  t he  fau lt   t ha t  occ urred  at   the  adjace nt  feed e r.   Con se quently ,  the  TH D  at   Fe eder   2  is   al so   i mpro ve d,   bein g  4.61  be fore  t he  c omp en sat ion  an d  im pro ve d  to   0.93 f ollo wing  the compe ns at i on.           (a)   (b)           (c)   (d)     Figure  3.  The   r esults f or the  double - li ne - to - gro und fa ul t : (a)   double  li ne  to gr ound   i n  F ee de r  1 , (b )   t he  un c ompe ns at e d  loa d v oltage,  ( c)   the  volt age  inject  by  DVR , (d)   the c ompe ns at e loa d v oltage .       3.1.3 .   Sin gle li ne to  ground   fa ul t   This  sect io n  di scusses   the  pe r forma nce  of  th e  pro posed   me thod  in   the  e ve nt  of  a   sin gle - ph a se  fa ult  occurre d  i n  th e  sy ste m .   This   case  is  cru ci a l  to  this  stu dy   because   a  sin gl e - phase  fa ult  is  the  most   co mmo n  fau lt   that   occ ur red  in   pract ic e.   I n  t his  stu dy,   a  sin gle  li ne   to   gro und  fa ult  a t  phase  C   is  c onside red.  T he   f ault  is   app li ed  at   t= 0. 05 s  a nd  cl eare d  at   t= 0.18 s .  Si mil ar  to  ot her   aforeme ntio ne d  cases,  t he  fa ult  is  app li ed  a t  Feeder  1.   Fi gure  4  s hows   the  resu lt s   ob ta i ned   from   this  stu dy.  Fi gure  4( a )  re pre sen ts  the  l oad   vo lt age   at   Fee der   1.  The  res ult  in di cat es  that  onl y  phase  C   is  reduce d  t o  ze r o  w hen  the   fa ult  occ urre d.  Ph ase   A   a nd  B  only  exp e rience d  a   sli gh t  re du ct io n  i n  volt age   duri ng  this   per i od.  Fig ur e   4(b )  s how s  t he  l oa d  volt age   at   F eeder   2.  The  fig ur e  sp e ci fies  the  vo lt a ge  ma gnit ud e   of   Ph a se  A ,  B,   an d  C  is  90 . 7 % ,  9 4 . 86 % ,  67 . 46 %  of   t he  nominal   vo lt age ,  resp e ct ively.  C on se qu e ntly,   the  pr opos e d  DV R   detect s  an d  i nject s  the  re quir ed  vo lt age   s hown  i n  Figure  4( c )  t o  com pensat e  f or  these   di ff e re nces.   As   a  re s ul t,  the  volt ag e  is  rest or e d  t o  it s  no minal  value  a s   sh ow n  in  Fig ure 4(d). A ls o,  it   is no te d  that t he  THD at the l oad  is im pro ve d  after  the c ompen sat ion. T he THD   befor e  and a fte r  the  compe ns a ti on  a re  6.23 a nd 1.18,  r es pec ti vely.     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       Th e e nhance m ent o f  powe r  qualit y for  the  di stri bu ti on syst em  vi a dy nami c volta ge  …   ( A li  Ba sim  Mo ha mm e d )   1593       (a)   (b)           (c)   (d)       Figure  4.   The   r esults f or sin gl e li ne  to  gro un d fault  DV R:   ( a) s in gle li ne  to gr ound i n  fee der   1 , (b )   the   un c ompe ns at e d  loa d v oltage,  ( c)  the  volt age  inject  by DVR , (d)   the c ompe ns at e loa d v oltage.       3.1.4 .   V olt age  imbal an ce d   In  this   case,   an   im balanc e d   volt age  is   ap plied   to   t he  sy ste m   at   t= 0.0 5 s   unti l  t= 0.185 s .     The  dist urba nc e  is  app li ed  to  Feede r  2.  Figure  5  s ho ws  the  r esult  ob ta ine d  for  this  stu dy.  Fig ur e  5( a )  il lustrate s  the  l oad  volt age  be fore  the   co mp e ns at io n.   In  this   operati ng  sit ua ti on ,  t he  loa d  vo lt age   of  pha se  A,   B,  a nd  C  a re   decr ease d  to   72. 69%,   52. 18 %,  a nd  79. 24%  of   the   nom inal  volt age ,  r especti vely .  F ollow i ng    this  disturba nc e,  t he  pro pose d  D VR  detect s   a nd   injec ts   th e  need e d   volt a ge   ma gn it ude   t o  re gu la te   the   vo lt age  at   the  loa d  side .   T he  i nject ed  vo lt age   is  s ho wn  in   Fig ur e   5(b ).   C onseq ue nt ly,  the   co mp e ns at ed   loa d  volt age  is   sh ow n  in   Fig ure  5(c) .  I n  t he  fig ur e,   the  l oa d  vo lt age   of  phase  A,   B,   an d  C  are  99.86%,   99. 73 % ,  a nd   99.82%   of  the  nomina l  vo lt ag e,  res pecti vely .  Acc ordi ng  t o  the   IE C  6100 0 - 3 - 13,   the  im bal anced  fact or   s hould    no t   excee d  2%   [ 24] .   In  thi s  stu dy,   the   imbala nc e  factor  is  11. 98  be fore  t he  c omp ensati on   a nd  r edu ce d    to   a pproximat e ly  zer o  after   th e  co mp e ns at io n.   I n  a dd it io n,  t he  total   harmo nic  distor ti on  a t  the  loa d  volt age  i s   al so   imp rove d;   the  TH D  is   equ al   t o  11. 25   be fore  the   com pensat ion   and   re du ce d  to  1.4 4  f ollow i ng     the compe ns at i on.           (a)   (b)         (c)       Figure  5.   S im ul at ion  r es ults  f or volt age im ba la nce: (a )  the   un c ompe ns at e d  loa d v oltage,  (b)  t he vo lt a ge   injec t ed   by DV R, (c )   the  com pensat e loa d v oltage.   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 .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 8 8   –   1 59 5   1594   3.2 .   P erf orm ance  evalu at i on   Table  1  summ arizes   the  perf ormance  of  th e  pro posed  w ork  i n  mit igati ng  the  volt age  disturba nce.   The  perf or ma nc e  is  eval uated   us in g  t he  i nd i ces  disc us se d  i n  Sect io n  2.3.  The  res ults  ta bula te d  in   the   ta ble  represe nts  the  performa nce  of  the  ACS M D  with  TS M C  m et hod  in  te r ms  of   S S ,  VS LE I ,   and   E  .  T he  res ul ts  sh ow  t hat  the   pro po se d  D VR  imp roves   the  qual it y  of  the  vo lt ag e  in  te rms  of  S S,  V SLE I ,  a nd  E  .    This  im plies  t ha t  ACS MD  with  TS M C   is  a bl e  to  mit igate   the  s ys te m   vo lt age  i n  t he  pr e s ence  of  th ree - phase,   double  li ne  t o gro und ,  and t he  sin gle li ne  to   gro und fault.       Table  1.   V oltage sa g  i nd ic es  for A C S M D  wi th TS M C       Con se quently ,  the  performa nc e  of  t he  pro pose d  met hod  is  co mp a re d  with  the   meth od  repor te d  i n  [23] .  The   met hod  in   [ 23 ]   ut il iz es  a  li near  sli ding   va riab le   with   a   li ne ar  dif fer e ntiat or   to   c ompen s at e  f or    the  volt age  disturbance  i n  t he  s ys te m.  Ta ble  2  s hows  t he  co mpa rati ve   analysis  i n  te rms   of   i nteg r al   ti me  abs olu te   er ror  (I T AE ).   T he  de ta il   of   IT AE  i s  obta ined   in  [ 25] .  Table  2   disp la y s   t he  perf ormance  c omp ariso n  betwee n  t hese   two  meth ods.   The   res ults  s how   that   the   pr opos e d  meth od   outpe rfo rms  the  meth od  repor te d  i n  [23]   in all   oper at ing  sit uatio ns co ns ide red in t his stu dy in  ter ms  of   IT AE.       Table  2.   I ll us tr at e the c on tra st  betwee n  [ 23]   with  ACS M D   wit h  T SM C   Op erating  con d itio n s   IT A E( DC )  [23 ]   IT A E  ( DC)   Three - p h ase sh o rt  circuit   1 .31 2   0 .15 2 6   Do u b le - lin e - to - g rou n d  f au lt   1 .33 5   0 .11 1 9   Sin g le - lin e - to - g rou n d  f au lt   1 .51 9   0 .12 5 4   Vo ltag e im b alan ce d   1 .55 7   0 .27 2 1       4.   CONCL US I O N   Con cl us ively ,  a  novel  DV R  volt age  c ompen sat ion   met hod  base d  on  ACS M D   with  TS MC ,  has  bee n  pro po se d.   T he   method  is  ba sed  on  a  nonl inear  di ff e ren t ia tor  to  obta in   the  error   fun ct ion   de rivati ve   in   pro vid in g  a   co r respo nd i ng   c ontr ol  act io n.  T he   meth od  is   a pp li ed   t o  a   te st   s ys te m   m od el   unde r  va rio us  vo lt age   disturba nce  sc enar i os   t o  e val uate  it s  perf ormance   in   mit ig at ing   t he  volt age  distu rb a nce.   The   resu lt s   show   that   the  DV R   base d  on  ACS MD  and  T SM C   ca n  im pro ve   the   vo lt age   fo ll o wi ng  a   th ree - ph a se  fa ult,  a   double   li ne   to  gro und  fa ult,  a  sin gle  li ne  f ault  an d  a  vo lt age  im balance  conditi on.  T he   study  has  s ho wn   t hat  the  pro po s ed   method   has   imp rove d  t he   vo lt age ,   TH D,  SS ,  V SLEI ,   and   "E"  _v s   of   the  s ys te m  after  the  volt age   com pensat ion.   Con se quently , t he  pe rformanc e o f  the  meth od is compa red   with a linear sl iding   va riable  with a  li near   dif fer e nt ia tor  meth od.  The   D VR  base d  on  ACS MD  and  T SM C   ou t performs   the   li near  sli ding   va riable  method   in   te r m  of  I TA E  i n  com pensat ing  t he  volt age   un de r  va ri ous  t yp e s  of  volt age   disturbance   occ urre d  i n  the s ys te m.       REFERE NCE S   [1]   R.   A.  Kumar ,   G.  S.  Kumar ,   B.   K.  Kumar ,   and  M.  K.  Mishra,   “ Compe nsati on  o f  volt ag e  sags  a nd  har monics  wit h   phase - jum ps   thr ough  DV R  with   mi nim u m   VA   ra ti ng   using  Par ti c le  Sw arm  Optimization,”   in   2009   World   Congress   on  Nature & Bio logi cally   Inspire d  Computing  (N aBIC) ,   2009 .   [2]   Rauf,  A.   M.,  an d   Khadkik ar,  V. ,   “An  En h anced   voltage   sag   co mpe nsati on   sch e me  for  dyn am i c   voltage   resto r er , ”   IEE E   Tr a nsacti o ns on  Industrial Elect ronics ,   vol .   62,   no.   5,   pp.   26 83 – 2692,   201 5 .   [3]   M.  B.   M.  Ro zla n,   A.  F.  Zobaa,   and  S.  H.  E.   A .   Alee m ,   “ The   op t im isation  of  st an d - al one  hyb rid  r ene wabl e  en erg y  sys te ms using  H OM ER, ”  Int erna ti onal Re vi ew   of   El e ct rica l  Eng in ee ring ,   vol .   6 ,   n o.   4 ,   p . 1802 - 181 0 ,   2011 .   [4]   A.  B .   Moha mme d,   M .   A .   M .   Ar if f,   and   S.   N.   Ramli,  “Power   qu al ity  i mprove m ent using  dyna mi c   v olt ag e  r estore r   in   el e ct ri ca l   distri b uti on  sys te m:   an   over vie w, ”  Ind onesian  Journal   of  Elec tri cal   E ngine ering  and  Computer  Sci en ce   (IJ EE CS) ,   vo l. 1 7,   no .   1 ,   pp .   86 – 93,   2020 .   [5]   H.  Haf ez i   and  R.   Far anda,   “D ynam i c  vo lt ag e   co nd it ion er:  A   new   con ce pt   f or  smar t  low - v olt ag e  d istri but i on   sys te m s,”   I EEE  Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol .   33 ,   no .   9 ,   pp .   7582 – 7590 ,   2018.   [6]   Moham me d ,   J.  A.  K.,   Hus sein,   A.  A.,   and   Al - Sakini,  S.  R. , “Vo lt ag e  disturba n c e  mi t igation  in  I raq ’s  low  volt ag e   distri buti on   sys t em , ”   Indone sian   Journal   o f  Elec t rical  Engi n ee rin g  and   Computer   Sci en ce   (IJ EE CS ) ,   vo l.  17 ,   no.   1 ,   Vo ltag e sag   in d ices   VSLE I  (pu )   Vo ltag e sag  energ y  ( E VS )  (pu )   Detroit Edis o n  sag  sco re  ( SS )  (pu )   Fau lt typ e   Befo re   After   Befo re   Afte r   Befo re   After   Three - p h ase  fault   1 4 .33 6 7   1 .17 7 4 × 10 - 6   4 7 .56 6 0   0 .00 1 5   0 .34 9 2   0 .00 1 9   Do u b le - lin e - to - g rou n d  f au lt   0 .35 6 8   1 .00 1 3 × 10 - 6   3 .86 2 7   0 .00 1 2   0 .10 9 4   0 .00 2 0   Sin g le - lin e - to - g rou n d  f au lt   3 .91 4 3   1 .61 1 3 × 10 - 6   1 5 .23 2 9   0 .00 1 7   0 .15 6 6   0 .00 2 0   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       Th e e nhance m ent o f  powe r  qualit y for  the  di stri bu ti on syst em  vi a dy nami c volta ge  …   ( A li  Ba sim  Mo ha mm e d )   1595   pp.   47 – 60 ,   2019 .   [7]   Abed,   A.  H . ,   Ra hebi ,   J.,  Saji r ,   H . ,   and   Far za mn i a,   A.   “Prot ec t io n  of  sensiti v e  lo ads  from  vo lt ag es  fluctuations  i n   Ira qi  grids  by  D VR,”   In  2017  I EE E  2nd   Inte rn ati onal  Conf ere nce   on  Aut omati c  Control  and  I nte lligent  Syst e ms   (I2CACIS) ,   pp.   1 44 – 149,   2017 .   [8]   A.  Pa kh ari a   and   M.   Gupt,   “Dyna mic  vo lt ag e   r estore r   for   co m pensa ti on   of   vo lt ag e  sag   and   sw el l:  A   literatur e  rev ie w, ”  In te rna ti onal Journal  o f   Adv an ce s  in En gine ering   &  Te c hnology ,   vol .   4 ,   no.   1 ,   p .   347 ,   20 12.   [9]   V.  Deshpande   C hinm ay  and  V.  Deshpande   Chaitanya,  “Opt im u m  design  of  dyn am i c  voltage  r estore r  for  vol ta g e   sag  mi ti g ation  i n  distri buti on  n et work,”   Inte rna ti onal  J ournal  o f  Powe r  E le c tronic   and  Dr iv e   S yste m   (IJ P EDS) ,   vol.   10 ,   no .   3 ,  p p .   1364 - 1372 ,   20 19.   [10]   D.   Dan al akshm i ,   S.   Bug 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  d evi c e,”  Indone si an  Journal  of  E le c tric al  Engi ne ering  and  Computer  Scienc e   (IJ EE CS) ,   vo l.   15 ,     no.   1 ,   pp .   80 - 87 ,   2019.   [11]   L.  P.  Vasud evan  and   V.   Prasad ,   “Per form anc e   enha nc em en t  o f   a   dyna mi c   vol t age  restor e r, ”   T urkish  Journal   of   El e ct rica l  Eng in ee ring  &  Compu te r Sc ie nc es ,   vol .   25 ,   no .   3 ,   pp .   2 293 – 2307,   2017 .   [12]   S.  Bir ic ik ,   H.   Komurc ugil,  N .   D.   Tuy en,  an d  M.   Basu,   “P rote c ti o n   of   se nsiti ve   lo ads  us ing  slid ing   mo de     cont rolled   three - phase   DV R  wi th  ada pt ive  not c h  filter , ”   IE EE  Tr ansacti ons  on  Industrial   Elec tronic s ,   vol.  66 ,     no.   7 ,   pp .   5465 – 5475,   2018 .   [13]   A.  J.   Sguare z i  F il ho,   D.   A.  Fern ande s,   J.  H .   Suá rez ,   F.   F.  Cost a,  and  J .   A.   T .   Alt una,  “Recursive   le ast   square s   an d   slidi ng  mod e  c ontrol   for  vol tage  com p ensa tio n  of  three - phas e  loa ds, ”  Journal  of  Control ,   Aut omation  and   El e ct rica l  S ystem s ,   vol. 29, no.  6,   pp .   769 – 777 ,   2018.   [14]   S.  A.  AL - Sa marrai e   and   oth ers,  “A  cha t te r ing  f r ee   sl idi ng   mod e  observ er  with   application   to   DC  mot or  spe e d  cont rol , ”   in  2018   Thir d  Scientific  Confe renc e  of   E l ec tri cal   Engi n eer ing  (SCEE ) ,   20 18.   [15]   Y.  Shtessel ,   C.   E dwards,  L .   Frid ma n,   A. Le v ant,  Sli ding  mod e co ntrol  and  observ ati o n ,   Birkhä use r ,  Springer ,   2014 .   [16]   M.  Zh ihong,  A.   P.  Pap li nski ,   a nd  H.   R.   Wu ,   “ A  robust  MIM O  te rm inal  sl iding  mode  cont ro l  sche me  for   rig id  roboti c   ma n ipul a tors, ”  I EEE  Tr ansacti ons on Auto matic   Con trol ,   v ol.   39 ,   no .   12 ,   pp .   2464 – 2469 ,   19 94.   [17]   M.  Zhi hong   an d  X.  Yu,   “A da pti ve   te r mi na l  s li ding  mode  tracki ng  cont rol   fo r  rigi d   robotic  ma nipulators  wi th   unce rt ai n  dyn a mi cs, ”  JS ME  I nte rnational   Jo urnal  Serie s  C   Me chan ic al   S yste ms ,   Ma chi n e  E le ments  an d   Manufac turing ,   vol.   40 ,   no .   3 ,   pp .   493 – 502 ,   1997 .   [18]   S.  T .   Venka ta r a ma n   and   S.   Gula ti ,   “Con trol  of   n onli ne ar  sys tems  using   t erm in al  slidi ng   mod es, ”   i n  1992   Ame ri ca n   Control  Confe r e nce ,   1992.   [19]   L.   Frid ma n ,   J.   A.  Moreno ,   B .   Ba ndyopadhya y,   a nd  S.  Ka ma l ,   Rece nt   advan ce s  in   slidi ng   mod es:  From  C ontrol  t o   int el li gen t  me ch atroni cs,   spring e r ,   vol .   24 ,   2015 .   [2 0]   R.   Fridm an,  L.,  Moreno,   J. ,   and   Iria rt e,  “Sl idi ng   mode s  aft er   th e   first  d ec ad e   of  t he  21st   c ent ury , ”  Le ct ure   note s   i n   cont rol an d   inf o rm ati on  scie n ce s ,   vol .   412 ,   pp .   11 3 – 149,   2011 .   [21]   “IE E E  guid e  for   vol ta g e  sag   ind i c es, ”  IEEE  Std   15 64,   pp .   1 – 55 ,   20 14.   [22]   A.  M.   Sae ed ,   Aleem,   S.   H.  A.   Alee m ,   A.   M.   I bra him,  M.  E.   Bal ci,  and  E .   A .   E l - Za h ab ,   “Po wer  conditioni n g    using  dynam i c  volt ag e  restor ers  under   diff ere nt  volt ag e  sag  typ e s,”   Journal  of  a dvanc ed  rese arc h ,   vol.   7 ,   no.   1 ,    pp.   95 – 103 ,   201 6 .   [23]   A.  I .   Om ar,  S.   H .   E.  A.   Ale em,  E .   E.  A.   E l - Za h ab,  M.   Algablawy,   and  Z.  M.   Ali ,   “ An  im prov ed  ap proa ch   for   robust  cont rol  of   dyna mi c  vo lt ag e  rest ore r  and  powe r  q ual it y   enha n cem ent   using gr asshopper  optimizat i o n  al gori thm,”   I SA  transacti ons ,   vo l .   95 ,   pp .   110 – 12 9,   2019 .   [24]   I.   E .   C .   (IE C) ,   “E l ec tro ma gn et i c  co mpa t ibi l it y  (EMC) - Part  3 - 6:   Li m it s  –   As sess me nt  of   emiss ion  li m it s  for  th e   conne c ti on  of   di storti ng  inst allati ons t o  MV ,   HV   and  EHV p ower   sys te ms,”   B asic   EM C  publicatio n,   ed . 2, ,   2008 .   [25]   H.  K.  Shaker ,   H.  E.  Zoghby,  M.  E.   B ahgat,   and  A.  M.  Abd el - Ghany,  “Adv anc ed   C ontrol   t ec hniqu es  for  a n  int er conne c te d   mul ti  ar ea   pow e r  sys te m  for   load  fre quen cy  cont rol, ”   in  2019   21st  Int ernati onal   Middl e   East   Po wer   Syste ms   Confe re nce   (M EP CON) ,   pp.   710 – 715 ,   20 19 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.