Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  Vol .   5 ,  No . 2, Oct o ber   2 0 1 4 ,  pp . 18 5~ 19 4   I S SN : 208 8-8 6 9 4           1 85     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Closed Loop Non Linear Contro l of Shunt Hybrid Power Filter  for Harmonics Mitigation in  Industrial Distribution System      A. Ariv ara s u,  R.Bal a su bra m anium   Departm e nt o f  E l ec tric al  a nd  Electronics Engin e ering, SA S T RA Univers i t y ,   Th an javur       Article Info    A B STRAC Article histo r y:  Received Apr 30, 2014  Rev i sed      Ju l 14 , 20 14  Accepte d Aug 8, 2014      In recent  y e ars, the am ount of  non-line a r loads  has increased c onsiderab l y   since ther e wer e  improvements in pow er elec t r onic equipm en t (s uch as   adjus t abl e  s p ee d drives  or co nverter  ac-d c ac-a c , d c -a c an d dc-dc)  i n   industrial sector s which cause  deter i or ation of  the quality   of the  electric  power supply  th rough distortion  of suppl y  voltage and supply  current. Th is  has led  to  improvement of man y  str i ngent needs regard ing g e neration o f   harm onic curren t , which ar e fo und in IEEE51 9  and IEC6100 0 standards.  This pap e r prop oses a non-linear functi on based  closed  loop  con t rol str a teg y   (without lo ad current ex traction )  for  three-phas e  Shunt Activ Power Line  Conditioner  and  LC passive filter to  com p ens a t e  harm onics , po wer facto r   improvement an d enhance the d y namic  performance of Shunt H y brid Power   Filter (SHPF). B y  using a PI  controll er th e DC bus voltage o f  the Shunt  Active Power Fi lter  is m a intain e d  cons tant. Resu lts obtain e d fro m simulation  s hows  the perform ance of expec t ed h y br id filt er i n  trans i ent and s t ead y s t a t operation . Th is indicates th at th e contro ller is able to compensate even under   s e vere load   curr ent im balan ces .   Keyword:  d - q  tran sform a tio n   Harm oni cs m i ti gat i o n   Non -  lin ear fun c tio Reactive powe r c o m p ensation  Shu n t  Hybrid Power Filter   Copyright ©  201 4 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r A. Ariv aras u,    Depa rtem ent of Electrical a n d  El ect ro ni cs E n gi nee r i n g,   SASTR A  Un iversity,  Thi r um al ai samut h i r am , Val l a m ,  Tanjav ur   62 10 2,  Tam i l  Nadu In di a.   Em a il: ariv arasu . ap a@g m ail.c o m       1.   INTRODUCTION  Th e in creased lev e l of  n onlin ear lo ad du e to   usa g of m o re elect ronic equipm ent leads t o   d e terioration  of power  q u a lit y in  th e powe r  system . W h e n eve r  the  nonl i n ear  l o a d  dra w s harm oni c u r r ent   fr om  a suppl y   t h ere  occu rs a  di st ort i o n i n  t h e su ppl y  v o l t a ge wa ve fo rm  at  t h e com m on cou p l i n g ( P C C )  p o i n t   because of the source im pedance .  T h distorted volta ge and curre nt  m a y cause e n d-user e q uipment to  m a l f unct i o n an d o v e r heat i n of c o nd uct o rs.  Due t o  t h i s , t h e com pone nt  con n ect ed at  t h e PC C  get s  af f ect ed   by re duction in efficiency and life pe riod.  Usu a lly, to  redu ce and  avo i d   cu rren t h a rm o n i cs, a p a ssi v e  LC p o w er filter is u s ed   wh en  con n ected  p a rallel to  th e lo ad. Th ese types o f  p a ssiv e  po wer filter h a ve so m e  d r awb a ck s,  d u e  to   wh i c h  it can no t p r o v i d e   a com p lete solution. These have the  di sadvantages  of large size, resona nce,  an d fi xe d c o m p ensat i o n .  I n  rece nt   days, base d on powe r electronic m e thods the harm oni c suppression fa cilities  have  been im prove d . These   facilities are known a s  active powe r filt er which ca n suppress  va rious  orde r ha rm onic com pone nts   si m u ltan e o u s ly  fo r lo ad wh ich  are  n o n lin ear in n a t u re.  Dep e nd ing   on th e co m p en satio n  typ e s, t h e activ powe r filter is categorized i n to  r eactive  powe r,  harm oni c, bala ncing of three - pha se  syste m s and  m u l tipl e   com p ensations .   Th is st u d y   of activ p o wer filter an d its op erati ng  prin cip l e were  introd u c ed  b y  H.Sasak i   and  T.m ach id a in   19 70   [1 ]. Th e cu rren t sou r ce co nv erter  typ e  b a sed   activ e po wer filters  were  im p l e m en te d  with   GTO th y r isto rs fo r fi rst ti me in  th e wo rl d in  1 9 8 2  [2 ], Nowad a ys th e IGBTs are been  u s ed  for th e real   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 2 ,  O c t o b e r 201 4 :   1 85 –   19 18 6 im provem ent in active powe r  filter technology.  Am ong  th e subjects  related to th e active filter’s  design  techniques  and applications, t h e tech nique used for  e x tracting  the harm oni c load curre nts  and determ ining the   filter referen c e curren t  h a s a m a j o r ro le. Th e accu r acy  an d respo n se sp eed of t h e SAPF are tak e n in to  consideration  [3],  [4]. T h e t echni que s of refere nce c u rre n t ge neration  are categorize d  as  below: 1) tim e - dom ai n and  2 )  fre que ncy  d o m a i n  m e t hod s [ 5 ] ,  [6] .  Ti m e -do m ai m e t hods  suc h  as  p q  t r a n sf orm a t i on an d d tran sform a t i o n  etc.  d e p e nd   on  t h e m easu r emen ts and   conv ersi o n   o f  th ree-ph ase qu an tities. Fast  respo n s e is  t h m a jor a d v a nt age o f  t h e  t i m e -dom ai n cont r o l  t echn i ques i n  c o m p ari s on  w ith the fre quency -dom ain  t echni q u es  de pen d i n o n  t h e fast  F o u r i e r  t r ans f o r m a t i o n.  On  t h ot h e r ha n d fre qu ency - dom ai n cont ro l   techniques det ect the indivi dual an d m u ltiple ha rm onic loa d  c u rrent  with  m o re accuracy. The  loop for c ont rol  of  op erat i o n o f  t h e co nt r o l l e can be cat e g or i zed as o p e n  l o o p  c ont rol  a n d cl ose d  l o o p   cont rol .  T h e c ont rol   alg o rith m  fo r clo s ed loo p  contro l system  is l e ss co m p licated  th en  i n   o p en  lo op  m e th o d  an d requ ires m i n i m a l   num ber  of  cu rr ent  se nso r s.   Many cont rol techni que s ha ve been shown in the  literature , suc h  as insta n tane ous active & reactive   po we r t h e o ry  [ 7 ] ,  sy nc hr o n o u s  refe renc e f r a m e [8] ,  Fu zzy  cont rol  [ 9 ] ,  P I   cont rol  [ 1 0] , S l i d i ng m ode c o nt r o l   [1 1] ,Ne u ral  Ne t w o r k  ap pr oac h   [1 2] , a n d  O p en l o o p   No nl i n ear c ont r o l   [1 3 ] In  th is  p a p e r, a th ree-ph ase sh un t h y b r i d  pow er filter is  m o d e led   in  th e th ree-ph ase “abc”  coo r di nat e s, a nd t h e n , t o  av oi d t i m e depe nde nce, t h e m odel  i s  t r ans f o r m e d t o  t h e ro t a t i ng "dq"  ref e rence  fram e . On  t h e   ot he han d ,  A   pr o p o r t i onal i n t e g r al  (P I)  c o nt r o l l e r i s   use d  t o  c o nt rol  t h SAP F   dc  bu v o l t a ge.  The dy nam i per f o r m a nces of t h e S A P F  u s i ng t h No n-l i near f u n c t i on  base d cl osed l o o p  co nt r o l  ap pr oac h   with  shu n t  LC   p a ssiv e  filter are  o b t ain e d   b y   si m u latio n  u s i n g  Sim u lin k .       2.   R E SEARC H M ETHOD      Fig u re 1 .   Con f i g uration  o f  Shu n t  Hybrid  Power  Filter      2. 1.   Estima tion  o f   Harm onics   Power  q u a lity measu r em en ts  are do n e   u s ing a p o we q u a li ty an alyzer. Th e power  q u a li ty an alyzer  u s ed  in  th is wo rk  is  Y OKOG AW A CW 240 .   I t  is cap ab le o f  d e tecting   th e pr esen ce  of  vo ltag e  and   cu rr en harm onics a n measuring their c h aracter istic s (order, am plitude  and  phase).  Loa d un der  st udy  i n cl u d n onl i n ea r l o ads   i n  t h e E  &  bui l d i n g  o f   De l phi -T VS , M a nn u r . L o a d include  power  electronics  equipm ent su c h  as a d j u s t a b le  sp ee d   d r iv e s  an D C  dr iv es .  The  r e ad ing s  ar e   ta k e n   at   t h i n p u t  di st ri but i o n pa nel .   T h c u r r e n t  THD   i s  fo u n d  t o  be 18 .3 a n d  vol t a ge   T H t o  be 2. 2 5 1 % . W i t h   o n l yp assiv e   filter b e ing  im p l e m en ted  in  th b u ild i n g, th e cu rren t THD is foun d  t o  b e   8 . 2 %  an d   vo ltage THD  to  b e  1.71 %.    2. 2.   Hy brid Po wer Filter Co nfiguratio Th h y b r i d  filter con f i g uration  is two f o l d ,   with   a non -linear con t ro l of  activ e filter and  RC p a ssi ve  filter. An active powe r filter, APF ,  com p ris e s a th ree phas pulse widt h m odulation  (P WM) volta ge source  i nve rt er. T h e i nve rt er  has o n e  50 0µF ca pac i t o r i n  t h e DC   side and is shunt connecte d  with the electrical grid.  Seri es p a ssi ve  el em ent  whi c h  con s i s t  of  t h r ee 3m H i n d u ct ors a n 0. 01   resisto r Th e p a ssiv e  filters are an  i m p o r tan t  p a rt  o f  th Active Filter d e sign . It m u st b e  d i m e n s io n e d   ap pro p riately  so  th at th e switch i ng   fre que ncy  d o e s  not  af fect  t h e sou r ce curre nts THDafter t h e com p ensatio n .  D u ri ng  de si gni ng car e m u st  be  tak e n  to   p r ev en t th e in terferen ce of th e p a ssiv e filters with th e co n t ro l of  th e Activ e Filter. In  th is p a p e r  an  Activ e Filter i s  p r esen ted  where ind u c t o r an d   resistor  h a b een u s ed  as  series p a ssiv filter, bu t th p a ssive  filter con f i g uratio n  can   b e  a LCor RLC, or ev en m o re co m p lex  top o l og ies. Each  on e of th ese topolo g i es  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Clo s ed   Loop  N o n Lin e a r  Con t ro o f  Shu n t   Hyb r id Po wer Filter fo Harmo n ics Mitig a tion  i n … (A.Ariva rasu 18 7 has d ra wbac ks  and a dva ntage s , whic m u st be weighted  according wit h   the type of loads that wi ll be   co m p en sated ,   th e IGBT switch i ng  freq u e n c y, th e co n t ro l o f   t h e Activ e Filter  and   th e fin a co stTh e sh un t   p a ssiv e   filter param e ters are selected  in  su ch a m a n n e r th at  it is cap ab le of eli m in atin g  5 th  harm oni cs a n d 7 th   harm oni cs  whi c h a r e m o re p r om i n ent .     2. 3.   Modeling  of S hunt Ac tive  P o wer Filter   2. 3. 1.   Modeling in T h ree Phase  ‘abc’ Fr ame   Th e m o d e l o f  activ e filter is  first d e v e l o p e d  in  th ree-ph ase ‘ab c ’ fram e . Kirchho ff’s  v o ltag e  and  current laws are applied at  th e su pp ly ter m i n al, and  it y i el d s  th e fo ll o w i n g  th ree d i fferen tial eq u a tio ns in  th e   st at i onary   ‘abc ’ f r am e [13] .     1 11 1 2 22 2 3 33 3 s ss s s ss s s ss s di EL R I V dt di EL R I V dt di EL R I V dt            ( 1 )     Whe r V 1 V 2 , and  V 3  i n di cat e t h e l i n e-t o - g r o un d v o l t a ges at  t h e poi nt   of c o m m on coupl i ng  (PC C ) E 1 , E 2 and   E 3  in d i cate t h lin e-to -groun v o ltag e  at th e su pp ly term in al.  Also,     1 11 2 22 3 33 f fF M M f f FM M f f FM M di VL V V dt di VL V V dt di VL V V dt        Th e vo ltag e  dro p  acro ss th e in du ctor is sm a ll as co m p ared to  th e Sh un t Activ e Filter vo ltag e , wh ich   gi ves  us  t h rel a t i on,     1 1 2 2 3 3 f f FM M f f FM M f f FM M di LV V dt di LV V dt di LV V dt     11 22 33 F MM F MM F MM VV V VV V VV V     B y  sum m i ng the t h ree e q uat i ons i n  ( 1 ) ,  an d  wi t h  an ass u m p ti on t h at  t h e vol t a ges  o f  AC  su ppl y  ar e   bal a nce d , a n by  ne gl ect i ng t h e zer o - seq u e n ce cur r e n t s  i n  t h e t h ree wi re s y st em s, (i .e.,)  usi n g t h f o l l o wi n g   assum p tions:     12 3 1 2 3 12 3 1 2 3 0; 0 0; 0 ss s f f f EE E V V V II I I I I       On e can ob tain:    3 1 1 3 F Mf M f VV            (2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 2 ,  O c t o b e r 201 4 :   1 85 –   19 18 8 Th e switch i ng   fun c tion   k sw of t h k th  leg  (fo r   = 1 2 3 )   of  t h e c o n v e r t e r ca b e  de fi ne d as:     1, ' 0, ' kk k kk i f S i sO n a n d S i sO f f sw if S i s O ff a n d S i s O n            (3 )     There f ore,  kM k d c Vs w V .T h e  dy nam i c equat i on o f  p h ase - k  filter’s m o d e l is d e n o t ed  b y  th e eq u a ti o n   giv e n   bel o w:     3 1 1 () 3 sk ks s s k k f d c f di EL R I s w s w V dt         (4 )     In add itio n,  we m a y d e fin e  a  fu n c tion   nk ss  switchin g   state fun c ti o n  wh ich is  d e n o t ed  as fo llows:    3 1 1 () 3 nk k f n f ss sw sw           (5 )     Equ a tio n (5 ) den o t es th at th e v a lu e of  nk ss   is  dep e nd en t on  t h e switch i n g  fun c tio k sw o f  all three leg s  of  th e sh un t active po wer  filter.  Th is sho w s that th e thr ee phases  in teracts with   each  o t h e r. Furth e r, d e pen d i n g   o n  (5 ) an d from   th e eigh t allo wab l e switch i n g  states  o f   the  activ e filter  (n =1… 7 ) th e co nv ersion  o f  [ nk sw to  [ nk ss ] is g i v e n   by th e fo llowing:   1 1 22 3 3 21 1 12 1 11 2 n n n ss s w s ss w s w ss                            (6 )     Note t h at [ nk ss ] h as  n o  ze ro -se que nce c o m pone nt   12 3 (. , 0 ) nn n ie ss ss ss    On   t h e ot he r h a nd , Anal y s i s  of   t h e dc  c o m pone nt  of   t h sy st em   gi ves:      3 1 11 dc dc k s k m dV is w i dt C C           (7 )     It can be  shown that,    33 11 ks k n ks k km s wi s s i             (8 )     An d i t  ca be  v e ri fi ed t h at :     3 1 1 dc nk s k m dV s si dt C           ( 9)    An d, usin 12 3 0 ss s ii i   and [ nk ss ]  in the func tions leads to t h e dif f ere n tial equatio on th e dc side as   sho w n belo w:     12 1 1 2 1 11 (2 ) ( 2 ) dc nn s n n s dV s ss s i s s s s i dt C C         (1 0)     From  this resul t , active filter i n  the  ‘abc’ referential obtains  it com p lete  m o del by  usi n g (4) for phases ‘1’ and  ‘2 ’, a n (1 0):   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I JPEDS   I S SN:  208 8-8 69     Closed  Loop N o n Linear Control  of  Shunt  Hybrid Power Filter for  Harm onics Mitigation i n … (A.Arivarasu)  18 9 1 11 1 2 22 2 12 1 1 2 1 (2 ) ( 2 ) s ss s n d c s ss s n d c dc nn s n n s di LR I s s V E dt di LR I s s V E dt dV C s s s s i ss ss i dt           (1 1)     The interaction betwee n the  three phases indicates  the disadva ntage  of the ‘abc ’ m odel. There f o r e ,   for achieving control, this  m odel  can  be converted to ‘dq’ refere nce fram e. T h positive-sequence  com pone nts a r e m a de consta nt be cause  o f   tim e -vary ing   trans f orm ation, an d t h ere  is  no  interactio n   effect   between the phases at the  swit chin g state  dec i sion le vel.     2. 3. 2.   The Model Tr ans f orm e d into  the  ‘dq’  Reference Fr ame   Using  Park’s transform a t i on, t h three-phase quantities  are  converted t o  a  ‘dq’  reference fram e. The  general transform a t i on m a trix is:    12 3 co s c o s ( 2 3 ) co s( 4 3 ) si n s i n ( 2 3 ) si n ( 4 3 ) dq PT               (1 2)     Whe r θ   ω t repre sents the actual phase a ngl e of the l i ne volta ge  space vect or a n d 12 3 1 1 2 3 12 3 () ( ) dq T dq dq PT PT P T   coordinate m a trix transform a tion.  The sy nch r on o u ‘d q’  f r am e obtained  f rom  the tra n s f o r m e d m odel  is de n o t ed as:     d s s d nd dc s q d q s s q nq dc s q q dc nd d n d q di L RI s s V L i E dt di L Ri s s V L i E dt dV Cs s i s s i dt            (1 3)     The  res u ltant  m odel from  th e sy nc hr on o u ort ho g onal  rota ting  fram e  is d e note d  as  f o llo ws:    0 0 sn d ss dd d nq s qq q ss dc dc nd nq Rs s LL ii E ss R d ii E dt L L VV ss ss                             (1 4)     The m odel given in (1 4 )  has no nlinea r natu re b eca use of t h e m u ltiplication term s prese nt betwee n   the state  varia b les {i d , i q , V dc } and t h e i n puts {ss nd , ss nq }.   Ho we ver ,  this   m odel is inde p e nde nt  of  tim e f o r  a  give n s w itchin g   peri od Her e , these  th ree  va riables s h o u ld  ha ve a n  i nde pe nde nt c o ntr o l. T h ere f or e, the   currents i d  and  i q  sho u ld   be m a de to  f o llo w a  refe re nce c u r r e nt {i d , i q of  v a ry ing  nat ure   . F or  m a intaining t h e   perform a nce of the active  f ilter in a com p ensatory m a nner, the  DC  voltage level  V dc  is adjusted to a set  point   whe n  t h ere  are  dy nam i c variations .     2. 3. 3.   Current Controller  In  the c u r r e n t loo p ,  o n has  th e f o llowi ng  ex pressi o n s f o r s w itchin g   fu nctions  ss nd  an d s s nq  as:    1 1 d nd s s d s q d dc q nq s s q s d q dc di s sL R i L i E Vd t di s sL R i L i E Vd t                 (1 5)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 2 ,  O c t o b e r 201 4 :   1 85 –   19 19 0 Let,    d d qq di u dt di u dt            u d  and u q  ca n be use d  t o  c o n t rol  t h e cu rre n t s i d  and i q . An  in tegrator is ad d e d  fo r atten u a ting  to  track  the  st eady - st at e er ro r w h i c h i s   u s ed as a t r ac ki ng c o nt rol l e r .   It  i s  desi g n ed  by  usi n g t h f o l l o wi ng e x pr essi ons   [1 3]   * ~~ * ~~ dd dp d i d qq qp q i q di d i uk i k i d t dt dt di di uk i k i d t dt dt       Whe r ~~ ** dd d q q q ii i a n d i i i   are  curre nt errors and ** {, } dq ii  are the refe rences  of  {, } dq ii   co rr esp ond ing l y. Th e pr opo r t i o n a (k pc ) a n d i n teg r al ( k ic gai n s a r obt ai ne d  as f o l l o ws:     2 2 2 p cn ic n k k     Whe r   is  the da m p ing factor, and  n  is th e cu rren t  loo p  n a t u ral an gu lar frequen c y.    2. 3. 4.   D C  Vo lta g e Reg u lat i on  To  m a in tain  co n s i d erab le lev e l of  V dc  ac ross the  SAPF  dc capacitor,  t h e losses t h rough the active  p o wer filter’s  resistiv e– ind u ctiv e bran ch es can  b e  m a n a g e d b y  wo rk ing   o n  th e source curren t.  Id eally, it   m u st   wo rk  o n  t h e ac t i v e com pone n t  of c u r r e n t   i d For  t h i s   pu r pos e, an  o u t e r c o n t rol  l o op  i s  de s i gne by  usi n g  a PI   regu lato r:     ** () ( ) dc p d c d c i dc dc Ik V V k V V d t          (1 6)     The cl osed-loop tra n s f er  funct i on  of  th e ou ter lo op  is g i v e n as fo llo ws:     2 2 2 pv v d c iv v d c kC kC     Whe r   is  the da m p ing factor, and  v  is th o u t er loop   n a tu ral  an gu lar frequ e ncy.          Fig u re  2 .  Con t ro l strateg y   of sh un t activ e power filter    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJPE DS   ISS N 2 0 88 - 8 6 9 4       Closed  Loop N o n Linear Control  of  Shunt  Hybrid Power Filter for  Harm onics Mitigation i n … (A.Arivarasu)  19 1 2. 4.   Modeling  of s hunt p a ssive  p o wer filter   The  passi ve  power  filter is t uned t o  elim in ate 5 th  an 7 th  ha rm onics.Th e  pa ram e ters are selecte d   base d on   the fo llowin g   e x p r es sion .     / lc hX X     Whe r e h  is  t h e harm onics nu m b er,  X l and X c are reacta n ce  of passi ve ele m ent.       3.   R E SU LTS AN D ANA LY SIS  The  pr o p o s ed   cont rol st rateg y  has  bee n  si m u lated u n d er  M A TL AB -Si m ulink e nvi ro nm ent and its   per f o r m a nce is verified . The  no nlinea load  consists of two thr ee- pha se re ctifier, so th at the effective n e ss of  the control schem e   to com p ensate  for unbalanced load was test ed. T h e rectifiers a r e feedi ng  R L -ty p circuits.F or  va riation i n  loa d s; the T H D  is  obtaine by  a n aly z ing the  so urce  cu rre nt  w a vef orm s deter m ined   fr om   the results of sim u lation . The m a in ob jective of the  sim u lation is  m a de to analy ze differe nt aspects  such   as: reactive powe r c o m p ensation and  harm onic load c u rr ents c o m p ensatio n; fo v a riations in l o ad the   cor r es po n d in dy nam i c resp o n se  of  the  S H P F .S om e results are  p r esente to dem onst r ate the  per f orm ance o f   no n - linear  fu n c tion- base d c o ntr o l schem e . The sim u lation  results a r e sh ow n in  Fig ure  3- 6.  The  par a m e ters  taken i n  th ese s i m u lations are   sho w belo w i n  Ta ble  1.       Table 1. Shunt Hybri Filter Param e ters   PARAMETERS  VALUE  L i ne voltage and fr equency   V s =230V( r m s ) , f s =50Hz  Active filter para meters   R=0.01 ,L=0 .1 mH  C dc =750 uF, V dc =700V  Non Linear  Load  R 1 =10  ,L 1 =10 m R 2 =10  ,L 2 =10 m Regulator  K pc =7K ic =800   K p v =4.5K iv =30  Series el e m ents   R=0.01   ,L=3 m H   Passive ele m ents   L 5 =13 m H C 5 =30uF  L 7 =6 .5 m H  C 7 = 30 uF      Figu re  3 s h o w s the sy stem  perf orm ance wit h o u hy bri d filt er. T h e T H D l e vel o f   voltage  an d cu rr ent  bef ore c o m p en sation are s h o w n i n  Fig ure  4 .  The c u r r ent T HD le vels are  obs er ved t o  be  18 .2%  .v oltag e  THD   were  2. 2 5 %.T h e c u r r ent T H D levels a r e o b ser v e d  to  be  8. 71 %,  voltage  TH D we re  1. 71 % with  o n ly  passi v e   filter being installed. The  waveform  and THD le vel are shown in Figure 5 a nd  6 respectively. The current  THD le vel after com p ensation  red u ce d to 1. 32 % an d v o ltage TH D lev e l to 0.4%  wh ich can be see n  wi t h   waveform  and  THD level i n   Figure  7 an d 8. The  dynam i perform a nce of filte is seen in  Figure 7. It can be  obs er ved  that t h ere  is sm ooth  cha n geo v er  f r o m  one l o ad   v a lue to  an othe r  val u e,T h DC  b u v o ltage  o f  SA PF  settles to its st eady-state value within two cycle of sine  wave. From  these results,  it can be concl uded that   SHP F  of fers   a very  g o o d  dy n a m i perf orm ance fo a step p e loa d   c u rre nt         Figu re  3.  V o ltage a n d  cu rre nt  wave f orm  bef o re c o m p ensatio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -86 94  I J PEDS   Vo l.   5 ,   No .   2 ,  Octob e r 201 4 :   1 85 –   19 19 2       Figu re  4.  C u rre nt an V o ltage  THD  b e f ore  co m p enstion           Figure  5. Voltage and current  waveform  with passi ve  filter            Figure 6.  Current  and Voltage THD  wit h  passive  filter          Figu re  7.  V o ltage a n d  cu rre nt  wave f orm  after com p ensatio n   0 2 4 6 8 10 5 10 15 20 25 30 Ord e r of   Ha rm oni c M a gni t ude  bas e d  on " B as e P eak "  -  P a r a m e t e r P e ak   M a gn i t u de S pec t r u m  c a l l ed by   S i m u l i n k T o t a l    RM S    =  2 1 . 9 347         21. 9794         21. 9387                D C       =  0. 0681         0. 0039           0. 07 2 F und.  R M S  =  2 1 . 4 2 2         2 1 . 4 6 89          21. 425 Har m .  R M S  =  4 . 713 9        4 . 709 9        4 . 719 4 A C          RM S  =   21. 9346         21. 9794         21 . 938 6 0 2 4 6 8 10 50 100 150 200 250 300 350 O r der  of  Har m oni c M agni t ude  bas ed  on " B as e P eak "  -  P a r a m e t e r Peak  M agn i t u d e Spec t r u m  ca l l e d   b y   Si m u l i n k T o ta l    R M S    = 2 4 8 .2           2 4 8 . 5              2 4 8              D C      =  0 . 7            0 . 4            1 . 1 F und.  R M S  =  248. 1           248. 5          24 7. 9 H a r m R M S  =  5 . 4            4 . 8            5 . 4 A C        RM S  =  248. 2           248.            24 8 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 50 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 O r d e r o f  H a rm o n i c M agni t ude bas ed  o n   " B as e P eak "  -   P a r a m e t e r P eak M agn i t u de  Spect r u m   cal l ed by  S i m u l i n k T o t a l    RM S   =  2 5 4 . 16 91         254 . 1 063          2 53. 66 3                D C      =  0 . 4 0 7 2          0 . 4 9 5 9         0 . 9 0 3 1 F u nd .  RM S   =   254 . 1 549         25 4. 0 8 9 7         2 53. 647 1 Har m .  RM S  =  2 . 65 12         2. 8 5 3 5         2 . 68 83 A C          RM S  =  25 4. 1 6 8 7         2 54. 10 58        2 5 3 . 66 14     0 2 4 6 8 10 10 20 30 40 50 60 O r der  of  H a rm oni c M a gni t ude  bas ed  on "B as e P eak " -  P a r a m e t e r Peak  M a g n it u de  S p e c t r u m   ca l l ed  by  S i m u l i n k T o t a l    R M S    =  41. 214        41 . 1229         41. 165 7                D C      =  0 . 0359         0. 141 4        0. 10 55 F u nd.  R M S  =  41. 1144        41 . 0208         41. 06 27 H a r m .  R M S  =   2. 8624          2. 893        2. 9092 A C         R M S  =  41. 2139        41 . 1226         41. 165 6 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJPE DS   ISS N 2 0 88 - 8 6 9 4       Closed  Loop N o n Linear Control  of  Shunt  Hybrid Power Filter for  Harm onics Mitigation i n … (A.Arivarasu)  19 3       Figu re  8.  C u rre nt T H D  be fo re  and  after  com p ensatio n       4.   CO NCL USI O N   The  Shunt Hybrid Power Filter  ba sed on non-linear f unction control has been  proposed and  sim u lated un d e r M A TL AB   envi ro nm ent to eval uate the  dy nam i c perform ance fo r v a ry ing  voltag e -so u r ce  ty pe of  no nline a r load c o nditions . Fr om  sim u lated res u lts , it has also bee n  sho w n that the  contr o l strateg y  has   a fast dy nam i c resp o n se  du ri ng la rge l o a d  v a riations a n d is  capa b le o f  m a intaining the THD  of  the  voltage at  PCC and the  s u pply curre nts  well below t h m a rk of 5%   specified  in  the IEEE-519 standard.      ACKNOWLE DGE M ENTS  The authors thank Del phi -TVS,M annur t o  carry  out t h proj ect work  on power quality.      REFERE NC ES  [1]   H Sa sa ki,  T Ma c h ida .  A Ne w  Me thod To Elimina te   AC Ha rmonic  Curre nts  By  M a gne tic   Flux Compe n sa tion  Consideration  B a sic Design I E EE Trans. Power   App. S y st.,  1971 ; 9(5): 2009- 2019 .   [2]   H Kawahira Nakam u ra, S  N a kazawa .  Ac tiv P o wer F ilters.   IE EJ I PEC  - T o k y o . 1983; 981-992 [3]   Akagi H. Trends  in  active power  line conditioners IE EE  T r ans. P o wer El ectron . ,   1994; 9(3): 263– 268  [4]   Singh B, Al-Haddad K, Chandr a A.  A rev i ew  of active f ilters  for power quality  improvement.  IEEE T r ans. In d.  Electron.,  1999; 46(5):  960–971.   [5]   BN Singh, B Si ngh, A Chandra, P Rast goufard, K Al-Haddad. An improved control algor ithm for activ e filters .   IEEE  T r ans. Po werDel. , 2007; 2 2 (2): 1009–1020   [6]   Singh, Bhim, Kamal Al-H a ddad, Ambrish Chandra. A  review of   activ e filters f o r power qu ality   improvement”  I ndustrial Electr onics, I E EE Transactions on.  199 9; 46(5): 960-97 [7]   RS Herrera, P Salmeron, H Kim. Instan t a neous  r eac tive power  th eor y   appli e d to  act ive power fi lt er com p ens a tion :   Different  appro a ches as s e s s m ent, and  exp e rim e nt al r e s u lts .   IEEE  Trans. Ind. Electron.,  2008; 55(1 ) : 184–196.  [8]   Mendalek ,  Nassar, Kama l Al- H addad. Modeling and non lin ear  contro l o f   shunt active po wer filter in  th s y nchronous ref e rence frame.  Harmonics and Quality of  Powe r,  2000. Proceedin g s. Ninth  Intern ational Conference  on . IEEE. 2000 1 .   [9]   Kumar, Parmod, AlkaMah a ja n .  S o ft com putin g techn i ques  fo r the  control  o f  an a c tiv e po wer filt er."   Pow e Delivery, IEEE  Transactions on.  2009; 24(1) : 45 2-461.  [10]   A Hamadi, K AI -Haddad, S Ra h m ani, H Kan aan . Comparison of  Fuzzy  log i and  Proportional Integral Con t roller o f   Voltage Sourc e  Active Fil t er  Com p ensati ngCurrent Harmonics and Power Factor Internatio nal Conference  on   industrial Techn o logy, IEEE IC I T 04 . 2004; 645- 650.  [11]   Gham ri A, MT Benchoui a, A Golea. S liding-m o de control b a sed  three-ph ase  shunt act ive power  filter: Sim u latio and exp e rimentation.  Electric  Po wer Components  and Systems.  20 12; 40(4): 383-3 98.  [12]   Bhattachar y a , Avik, Ch andan C h akraborty . A s hunt activ e pow er filter  with  en hanced  perform ance using ANN- bas e d pred ic tive   and ad aptiv con t rolle rs Industrial Electronics,  I EEE Transactio ns on.  2011; 58( 2): 421-428.  [13]   N Mendalek ,  K  Al-Haddad, F  F n aie c h,  LA Des s a int .  Nonlin ear  c ontrol t echn i que  to enh a nc e d y n a m i c perform an ce   of a shunt activ e power f ilter.  IEE Proceedings- E lectri c Power Ap plications.  2003 ; 150(4): 373 -379 .          0 2 4 6 8 10 50 10 0 15 0 20 0 25 0 30 0 35 0 O r d e r  of   Ha r m oni c M a gni t ud e b a s ed  on  " B as P e ak -  P a r a m e t e r P e ak   M a gn i t u d e S p ect r u m  cal l ed by   Si m u l i n k T o ta l   R M S    =   2 4 7 .9             2 4 7 . 4             2 5 2 . 5               D C       =   4 . 4             2 . 1             6 . 5 H a r m . R M S  =  2 4 .6             2 6 . 1             2 4 .9 A C         R M S  =  2 4 7 . 9             2 4 7 . 4             2 5 2 .5 Fu n d R M S   =   2 4 6 .6             2 4 6 . 1             2 5 1 . 2 0 2 4 6 8 10 5 10 15 20 25 30 O r d e r  of H a r m on i c M a gn i t u d e b a s ed o n  " B as e P e a k "  -  P a r a m e ter P e ak  M a g n i t u d e S p ec t r u m  c a l l ed  b y  S i mu l i n k T o t a l   R M S   =  23. 5 6 0 1       23. 3 681       23. 0 225            D C     = 0 . 1 3 2 2        0 . 1 0 7 3       0 . 0 2 4 9 F u n d . R M S  = 2 3 . 4 1 4 6       2 3 . 2 1 2 4         2 2 .8 8 5 H a r m .  R M S  =  2. 6 109        2 . 69 05      2. 5 127 A C       R M S  = 2 3 . 5 5 9 7       2 3 . 3 6 7 8       2 3 . 0 2 2 5     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN:  2 088 -86 94  I J PEDS   Vo l.   5 ,   No .   2 ,  Octob e r 201 4 :   1 85 –   19 19 4 BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       A.Arivarasu was born in Vellore, Tamil Nadu India in 1991 .He is currently pursuing hi M . Tech  (Int e gr ated)  P o wer s y s t em s  in S A S T RA Univers i t y ,  Than javur,  Ind i a.His  r e s ear ch  inter e sts inc l ude   Power quali t y  i m p r ovements, Generati on Optimization.          K.Muthukumaris currently  w ith  the dep a rtment of  Electr ical an d Electronics an d Engineering ,   S A S T RA Univers i t y , Than javur , India, as  As s i s t ant P r ofes s o rHe receiv e d M . Tech degr ee in  power s y stems from Annamalai  University ; Thanja vur, India in   2004.He is purs u ing his PhD in   ele c tri cal  engin e ering in S A S T R A  Univers i t y . H i s  res ear ch int e r e s t s  includ e los s  m i nim i zation  techn i ques in  po wer distribu tion  s y stems          R.Balasubramanian was born in Th ennamanadu Tamilnadu ,  India, in 1977 . He receiv e d the B . degree in  electrical and electron ics engineering  from the University  of Madras,  India, in 1999   and the M . Te c h  degree in co ntrol s y s t em s  a nd Instrumentation from SAST RA University Thanjavur, India in 2006   He is currently   with the depar tment of Elect r i c a l and El ect roni cs  a nd Engineer ing, SASTR A   Univers i t y , Th an javur, Indi a,  as  As s i s t ant P r ofess o r. His  res earch  interes t s  inc l ude  P o wer qualit improvements, control s y s t em s  a nd P o wer el ec tro n ics .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.