I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 7 ,   p p .   14 16 ~ 14 26   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 3 . pp 14 16 - 14 26     1416       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Po w er Q ua l ity I mpro v e m en t  by  Sol a r P ho to - v o ltaic/ Wind  Energ y  Integra te d Sys te m   Using   U nified  Pow er Q ua lity  Co ndition er       Sa rit a   Sa m a l ,   P ra k a s h K u ma r  H o t a   De p a rtme n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   V e e r  S u re n d ra   S a i  Un iv e rsity   o f   Tec h n o lo g y ,   Bu rla,  Od ish a ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   3 0 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   A u g   3 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   A u g   10 ,   2 0 1 7       T h e   re a l  p ro b lem s  in   d im in u ti o n   o f   p o w e r  q u a li ty   o c c u rs  d u e   to   th e   ra p i d   g ro w th   o f   n o n li n e a r  lo a d   a re   lea d s  to   su d d e n   d e c re a se   o f   so u rc e   v o lt a g e   f o r  a   f e w   s e c o n d s    i. e   sa g ,   sw e ll ,   h a rm o n ics   in   so u rc e   a n d   lo a d   c u rre n t,   v o lt a g e   u n b a la n c e   e tc.  A ll   th e se   p ro b lem s  c a n   b e   c o m p e n sa ted   b y   u sin g   Un if ied   P o w e r  Qu a li ty   Co n tro ll e r  (U P QC )  a n d   th e   o p e ra ti o n   o f   U P QC  d e p e n d s  u p o n   th e   a v a il a b le  v o lt a g e   a c ro ss   c a p a c it o r  p re se n t  in   d c   li n k .   If   th e   c a p a c it o r  v o lt a g e   is  m a in tain e d   c o n sta n t  t h e n   it   g iv e s  sa ti s f a c to r y   p e r f o r m a n c e .   T h e  p ro p o se d   re se a rc h   is  b a sic a ll y   o n   d e sig n in g   o f   P h o t o   Vo lt a ic  ( P V )  /W in d   e n e rg y   f e d   to   th e   d c   li n k   c a p a c it o r  o f   UP QC   so   a s  to   m a in tain   p ro p e r   v o lt a g e   a c ro ss   it   a n d   o p e ra te  th e   UP QC  f o r  p o w e r  q u a li ty   a n a l y sis.  T h e   sa i d   m o d e l  is   sim u late d   in   M a tl a b   a n d   re su lt s  a re   v e ri f ied   b y   u sin g   F F T   a n a ly sis. T h e   p ro p o se d   P V /  W in d   e n e rg y - U P QC  is  d e sig n   i n   M a tl a b   sim u latio n   f o r  re d u c ti o n   o f   v o lt a g e   sa g ,   s w e ll ,   in terru p ti o n   o f   v o lt a g e ,   h a r m o n ics   in   lo a d   c u rre n t  a n d   c o m p e n sa ti o n   o f   a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o w e r.   K ey w o r d :   C o n d iti o n er   Har m o n ic s   P o w er   q u ali t y   So lar   P V   Un i f ied   p o w er   q u alit y   W in d   en er g y     Co p y rig h t  © 201 7   I n s t it u te o f   Ad v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Sar ita  Sa m a l,    Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   Vee r   Su r en d r a  Sai   U n iv er s it y   o f   T ec h n o lo g y ,     B u r la,   o d is h a,   I n d ia    E m ail:  s ar i tar u c h y @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     T h e  u s e  o f   e lectr icit y   is   in cr ea s in g   v er y   r ap id l y   s o   th e   n ec e s s it y   o f   r en e w ab le  en er g y   b ase d   s o u r ce   is   r eq u ir ed   f o r   in ter co n n ec tio n   t o   th e  d is tr ib u tio n   n e t w o r k .   T h e  m a in   d r a w b ac k s   o f   t h e  r e n e w ab le  s o u r ce s   ar e  th e  p o w er   g e n er atio n   i s   n o t  c o n tin u o u s   an d   i t  is   s ea s o n   b a s ed .   T o   o v er co m e  t h ese  d is ad v an tag e s   n u m b er s   o f   r en e w ab le  s o u r ce s   ar e  i n ter co n n ec ted   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h e  co m p e n s atio n   p r in cip le  a n d   d if f er en t  c o n tr o l  s tr at eg ie s   o f   th e  UP QC   in   d etail   an d   p er f o r m an ce   o f   UP QC   is   e x a m in e d   b y   co n s id er in g ,   a  d io d e  r ec tif ier   f ee d in g   a n   R L   lo ad   ( n o n   li n ea r   lo ad )   th at  a cts  as   a  s o u r ce   o f   h ar m o n ics   [ 3 ] .   T h e  th eo r y ,   m o d elin g   a n d   ap p licatio n   o f   a   u n i f ied   p o w er   q u a lit y   co n d iti o n er   h as  b ee n   d escr ib ed   b y   [ 4 ] .   T h e  co o r d in ated   an d   in teg r a ted   co n tr o l  o f   s o lar   P V  g en er ato r s   w it h   t h e  m a x i m u m   p o w er   p o i n t  tr ac k i n g   ( MP PT)   co n tr o l  an d   b atter y   s to r ag e  co n tr o l  to   p r o v id e  v o ltag e,   f r eq u en c y   ( V - f )   an d   P - Q  co n tr o l,  r esp e ctiv el y ,   w ith   P V  g en er ato r   an d   b a tter y   s to r ag e   s u p p o r t  to   an   is lan d ed   Mic r o g r id   [ 5 ] .   Fe m ia  et  a l   [ 6 ]   h av e   d ev elo p ed   a   s ch e m e  f o r   m a x i m u m   p o w er   p o in t  tr ac k in g   ( MP PT )   o f   s o lar   P V  s y s te m   u s i n g   p er tu r b   an d   o b s e r v e  m et h o d .   Gae id   et   a l  [ 7 ]   h a v e  d esig n   a  u n i f ied   p o w er   q u alit y   co n d itio n er   ( U P QC )   in clu d i n g   a  s er ies  a n d   a  s h u n t  ac tiv e  p o w er   f ilter   ( A P F)  to   co m p en s ate   h ar m o n ics  i n   b o th   t h e  d is to r ted   s u p p l y   v o ltag e  a n d   n o n li n ea r   lo ad   cu r r en t.  I n   th e   s er ies  A P F  co n tr o l  s ch e m e,   a  p r o p o r tio n al - in te g r al  ( P I )   co n tr o ller ,   m ea n w h i le  a  P I   c o n tr o ller   an d   ar e  d esig n ed   in   th e  s h u n t  A P F  co n tr o l  s ch e m e  to   r eliev e  h ar m o n ic  cu r r en ts   p r o d u ce d   b y   n o n li n ea r   lo ad s .   B asu   et  a l   [ 8 ]   h av e  m ad e  a  co m p ar ativ e   ev alu a tio n   o f   t w o   m o d els  o f   UP QC   f o r   s u itab le  in ter f ac e  t o   en h a n ce   p o w er   q u ali t y .   Mo n ter o   et  a l   [ 9 ]   h av e   d ev elo p ed   n u m b er   o f   m et h o d   f o r   s h u n t  ac t iv e  p o w er   f i lt er s   u s ed   i n   th r ee - p h a s e  s y s te m .   L ee   et  a l   [ 10 ]  d escr ib ed   th e  co n tr o l  tech n iq u es  o f   s er ies  ac t iv e  p o w er   f il ter s   co m p en s ati n g   f o r   s o u r ce   v o l tag e  u n b ala n ce   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P - Q  I mp r o ve men t   b y  S o la r   P h o to - V o lta ic/W in d   E n erg y  I n te g r a ted   S ystem  u s in g   UP QC   ( S a r ita   S a ma l )   1417   cu r r en t  h ar m o n ics.  An   e f f ic ie n t  v o ltag e  s ag   r ec o g n itio n   p r o ce d u r e  f o r   a  d y n a m ic  v o ltag e  r esto r er   h as  b ee n   d ev elo p ed   b y   Fit ze r   et  a l   [1 1 ] .   T h e  s i m u la tio n   an d   ex p e r i m en tal  d esig n   o f   s h u n t  ac ti v e  p o w er   f ilter   f o r   h ar m o n ics  a n d   r ea cti v e  p o w e r   co m p en s at io n   h a v e  b ee n   d e s cr ib ed   b y   J ain   et   a l   [1 2 ].   T h e  ad v an ta g e  o f   t h e   ab o v e  m et h o d   is   th at   it  m ai n ta in s   th e   d c  li n k   v o lta g e  co n s ta n t a n d   w h e n   t h er e  is   n o   s u n   lig h t W i n d   en er g y   ca n   p r o v id e  n ec ess ar y   p o w er   to   t h e  UP QC   f o r   its   o p er atio n .   T h e  m aj o r   d is ad v an ta g e  o f   UP QC   is   t h at  it  ca n n o t  co m p e n s ate   t h e  v o ltag e  in ter r u p tio n   b u t  p r o p o s ed   m et h o d   ca n   p er f o r m   all  t h e  f u n ctio n   as  UP QC   ca n   an d   al s o   co m p e n s ate  t h e  v o ltag e  i n ter r u p tio n .         2.   P V/  WI ND  E NE RG Y   I N T E G RA T E D  UP Q C  CIRC UI T   AND  I T S F UNC T I O NS   I n   t h e  p r o p o s ed   m et h o d   th e   d esig n   a n d   d ev e lo p m en t  o f   th e   p r o p o s ed   P V/ W in d   en er g y - UP Q C   s y s te m .   B y   u s in g   in s ta n tan eo u s   d - q   co n tr o l  th eo r y   tec h n iq u es   alo n g   w i th   P I   an d   h y s ter e s is   b a n d   co n tr o ller ,   th e  m iti g atio n   o f   v o lta g e  s ag   a n d   s w ell  u n d er   d if f er en t  b ala n ce   an d   u n b ala n ce d   lo ad   co n d itio n s   ar e  s i m u lated .   T h e  u s e   o f   a  P V  ar r a y   an d   W i n d   en er g y   f o r   r eta in in g   f i x ed   DC   l in k   v o lta g e  i s   a n o th er   d i s tin g u i s h in g   f ea t u r e   o f   th e  P V/ W in d   en er g y   - UP Q C   s y s te m .   W ith   t h ese  f u n ct io n s ,   th e  p r o p o s ed   m et h o d   is   s u it ab le  f o r   co n n ec ti n g   at  P C C .   T h e  p r o p o s ed   co n f i g u r at io n   w i th   UP QC   i s   s h o w n   i n   F i g u r e   1 .   W h er e  v o ltag e  i n ter r u p tio n   r ei m b u r s e m e n t  a n d   ac ti v e  p o w er   i n j ec tio n   to   th e   P o in t  o f   C o m m o n   C o u p lin g   ( P C C )   in   ad d itio n   to   th e   o th er   r eg u lar   UP QC   o p er atio n   ca n   b e  ac h iev ed .       3 - P h a s e   S o u r c e N o n   l i n e a r   l o a d S o l a r   P V W i n d   e n e r g y   s y s t e m S e r i e s   A P F S h u n t   A P F S e r i e s   T r a n s f o r m e r S h u n t   I n d u c t o r D C   L I N K   C a p a c i t o r B o o s t   c o n v e r t e r     Fig u r e   1 .   B asic B lo ck   d iag r a m   f o r   P V/  W in d   en er g y   -   UP QC   s y s te m       2 . 1 .   M o delin g   o f   So la r  P V   So lar   p h o to - v o lta ic  s y s te m   wo r k s   o n   t h e  p r i n cip le  t h at  w h en   a  li g h t  e n er g y   f all s   o n   s o lar   ce ll  it   co n v er t s   it  to   elec tr ical  e n er g y .   T h e  F i g u r e   2   s h o w s   h er e  is   an   eq u i v ale n t  m o d el  o f   s o lar   P V  s y s te m   r ep r esen tin g   s in g le  d io d e  m o d el.   I t  c o n s is t  o f   a  p h o to   cu r r en t  I ph   w h ic h   d ep en d s   o n   te m p er at u r e  a n d   ir r ad iatio n ,   th e  s er ies  r esis tan ce   r ep r esen t  th e  in ter n al  r esis t an ce   d u e  to   w h ic h   cu r r en t  I   f l o w s   a n d   th e  s h u n t   r esis ta n ce   d escr ib e  th e  f lo w   o f   I sh   w h ich   i s   a  leak a g e  cu r r en t   [1 3 ].       I 0 I s h I R s h R s e V o c I p h     Fig u r e  2 .   So lar   ce ll si n g le  d io d e  m o d el       Fig u r e  3 .   B asic c ir cu it f o r   B o o s t c o n v er ter   T h e  lo ad   cu r r en t,  p h o to   cu r r en t a n d   o th er   E q u atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS  Vo l.   8 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 7   :   1 4 16 – 14 26   1418   I =        -     -         ( 1 )                                                   ( 2 )                                                    ⁄           ( 3 )                *       +       *              ,             - +   ( 4 )                                    *      ,                                 -     +   ( 5 )     W h er e    I PV - Dio d e  p h o to   cu r r en t    I O - R e v er s e  s at u r atio n   cu r r en t  o f   d io d e   V pv - Dio d e  v o lta g e    V oc   -   Op en   cir c u it v o lta g e   R se - Ser ies  R esi s tan ce     R sh - S h u n t r esi s tan ce         2 . 2 .   M P P T     T h e  s o lar   p an el  ef f icie n c y   is   i n cr ea s ed   b y   t h e  u s e  MP P   tech n iq u e.   T h e  MP PT   is   th e  ap p licatio n   o f   m ax i m u m   p o w er   tr an s f er   th e o r em   w h ich   s a y s   t h at   th e   lo a d   w il l  r ec eiv e   m ax i m u m   p o wer   w h e n   t h e  s o u r ce   i m p ed an ce   i s   eq u al  to   lo ad   i m p ed an ce .   T h e  MP PT   is   a  d ev i ce   th at   ex tr ac t s   h i g h e s t  p o w er   f r o m   t h e  s o lar   ce l l   an d   ch an g e s   th e  d u t y   r atio   o f   b o o s t c o n v er ter   s o   as to   m atch   th e  lo ad   i m p ed an ce   to   th e  s o u r ce .      2 . 3 .   P   a nd   O   M P P T   T h er e  ar e  m a n y   m et h o d   o f   M P PT   o u t  o f   w h ic h   P   &   O  tec h n iq u e  i s   m o s tl y   u s ed   b y   t h e  r esear ch er   d u e  to   it s   s i m p licit y   a n d   co s t  ef f ec ti v e.   T h i s   m et h o d   w o r k s   o n   a n   alg o r it h m   t h at  f ir s t   P V  p an el  ter m i n al   v o ltag e  a n d   cu r r e n t  ar e  ca lcu lated   an d   r elate d   v al u e  o f   p o w er   i s   m ea s u r ed   d en o ted   b y   P   ( k - 1 ) .   T h e  d etail  alg o r ith m   i s   s h o w n   in   b elo w   f lo w   c h ar t  f ig u r e  4   w h ich   d escr ib es  th e  al g o r ith m   f o r   d esig n i n g   th e  MP P   s y s te m   us i n g   P & O  b y   Ma tlab   s i m u lati o n   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ].         Fig u r e  4 .   Flo w c h ar t o f   P   &   O  MP PT   alg o r ith m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P - Q  I mp r o ve men t   b y  S o la r   P h o to - V o lta ic/W in d   E n erg y  I n te g r a ted   S ystem  u s in g   UP QC   ( S a r ita   S a ma l )   1419   2 . 4 .   DC/DC  Ste p up  Co nv er t er   A  s tep   u p   D C /D C   co n v er ter   i s   a  b o o s t  co n v er ter   w h ic h   i n cr ea s es  t h e  s o lar   v o ltag e   to   d esi r ed   o u tp u t   v o ltag e   as r eq u ir ed   b y   lo ad .   T h e  co n f i g u r atio n   i s   s h o w n   i n   F ig u r e   4   w h ich   co n s is t s   o f   an   in d u cto r   L ,   s w i tch   S ,  d io d e  D 1 ,   ca p ac ito r   C   f o r   f ilter ,   lo ad   r esis tan ce   R   an d   DC   in p u t  v o ltag e  V in .   W h e n   th e  s w i tch   S  is   tu r n ed   ON   b y   u s i n g   s w itc h i n g   p u ls e  t h e  b o o s t   in d u cto r   s to r es  th e  en er g y   f ed   f r o m   t h e  i n p u t  v o ltag e   s o u r ce   an d   d u r in g   th is   t i m e  t h e  lo ad   cu r r en t  i s   m ai n tai n   b y   t h e  ch ar g ed   ca p ac ito r   s o   th at  th e  lo ad   cu r r en t  s h o u ld   b e    co n tin u o u s   [ 1 6 ].   Du r in g   t h e  s w itc h   o f f   p er io d   th e  i n p u t   v o l tag e  a n d   th e   s to r ed   in d u cto r   v o ltag e   w ill  ap p ea r   ac r o s s   th e   lo ad   h e n ce   t h e  lo ad   v o lta g e  is   in cr ea s ed ,   s o   t h e  l o ad   v o ltag e  i s   d ep en d s   u p o n   w ea t h er   s w itc h   S  i n   O N  o r   OFF  an d   th is   i s   d ep en d s   u p o n   th e  d u t y   r atio   D. Sc ie n ce   th e  s w itc h   co n d u c ts   w it h   a  d u t y   r atio   D   an d   th en   t h e  o u tp u t D C   v o lta g e  is   g iv e n   b y   E q u a tio n   6 .                         ( 6 )     T h e  m in i m u m   v a lu e  o f   d u t y   c y cle  D m i n   an d   m a x i m u m   v a lu e  o f   d u t y   c y cle  D m a x   u s ed   f o r   a  lo s s les s   b o o s t  co n v e r ter   is   g iv e n   b y   t h e  f o llo w i n g   E q u atio n s .                                          ( 7 )     W h er e,   D m ax   is   t h e  m a x i m u m   d u t y   r atio   r eq u ir ed   to   k ee p   th e  co n v er ter   in   C o n ti n u o u s   C o n d u c tio n   Mo d e  ( C C M)                                          ( 8 )     W h er e,   D m in   i s   th e  m i n i m u m   d u t y   c y cle  r eq u ir ed   to   k ee p   th e  co n v er ter   in   C C M           Fig u r e  5 .   Si m u latio n   o f   So lar   P V  w it h   MP PT   an d   B o o s t c o n v er ter       2 . 5 .   M a t la b/S i m ula t io n o f   P V  S y s t e m   I n   g en er al  t h e  ef f icie n c y   o f   a  P V  u n it  is   ex tr e m el y   lo w ;  th e r ef o r e  it  is   ess en t ial  to   o p er at e  it  at  th e  p ea k   p o w er   p o in t  s o   th at   t h e  h ig h e s t  p o w er   ca n   b e  p r o v id ed   to   th e  lo ad   ir r esp ec tiv e  o f   c o n tin u o u s l y   v ar y i n g   en v ir o n m e n tal  co n d itio n s .   T h is   i m p r o v ed   p o w e r   m ak e s   it  w ell  a g ai n   f o r   t h e  u s e  o f   t h e   s o lar   P V  u n it.  A   DC /D C   co n v er ter   w h ic h   i s   lo ca ted   n ex t  to   th e  P V  u n it  e x tr ac ts   m a x i m u m   p o w er   b y   m atc h in g   t h e  i m p ed an ce   o f   th e  c ir cu it  to   th e  i m p ed an c e  o f   th e   P V  u n it  I m p ed a n ce   m atc h in g   i s   p o s s ib le  b y   ch a n g in g   th e   d u t y   r atio   o f   th e  b o o s t  co n v er ter .   T h e  s i m u latio n   o f   s o lar   P V  w it h   P & O   MP PT   an d   B o o s t  co n v er ter   i s   s h o w n   in   F i g u r e  5 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS  Vo l.   8 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 7   :   1 4 16 – 14 26   1420   T h e  P - V  an d   I - V  ch ar ac ter is ti c  o f   P V  m o d u le  i s   s h o w n   i n   F i g u r e   7   an d   F i g u r e  6 .         Fig u r e  6 .   I - V  C h ar ac ter is tics   o f   P V  m o d u le       Fig u r e  7 .   P - V  C h ar ac ter is tics   o f   P V  m o d u le           Fig u r e  8 .   W in d   en er g y   s y s te m   b lo ck   d iag r a m       3.   WI ND  E NE RG Y  SYS T E M   T h e  d iag r am   s h o w n   i n   Fi g u r e  8   is   th e  b asic  w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m   m o d el.   T h e  w i n d   k in e tic   en er g y   f ir s t   co n v er ted   to   r o tatio n al  m o tio n   a n d   b y   th e   u s e  o f   g ea r   b o x   it   is   m atc h es   t h e  s p ee d   o f   tu r b in e   an d   g en er ato r .   T h e  f u n ct io n   o f   g e n er ato r   is   to   co n v er t  th e  m ec h an ica l  en er g y   o f   tu r b i n e  to   elec tr ical  en er g y .   A  r ec tif ier   is   u s ed   to   co n v er t  th e   AC   v o lta g e  to   D C   an d   a  b atte r y   is   co n n ec ted   i n   s u ch   a  w a y   th at  it  ca n   c h ar g ed   b o th   th e  w a y     i.e   a  b id ir ec tio n al  co n v er ter   i s   u s ed   to   ch ar g ed   th e  b atter y   [ 1 7 ].     3 .1 .   M o delin g   o f   Wind   T urbi nes     T h e  k in etic  en er g y   o f   w i n d   is   co n v er ted   to   r o tatio n al  m o tio n   i.e   w i n d   p o w er   to   m ec h a n i ca l  p o w er   co n v er s io n   is   d o n e  w it h   t h e  h elp   o f   w in d   tu r b i n e  b lad e  in   co n tact  w ith   w i n d   s p ee d .   So   d i f f er en t  E q u atio n   ar e   g iv e n   fo r   p o w er   g en er atio n   f r o m   w i n d   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ].                                           ( 9 )     W h er e ,  P M –   Me ch an ical  p o w e r ,    A ir   d en s it y , – P itch   an g l e,   R – B lad e  R ad iu s – Sp ee d   o f   th e  w i n d      is   th e   tip - s p ee d   r atio ,   g i v e n   b y   R /  V .  W h er e ,   -   R o to r   s p ee d   o f   r o tatio n   ( i n   r ad / s ec )   an d   C P  ca n   b e  ex p r ess ed   as t h e  f u n c tio n   o f   t h e  tip - s p ee d   r atio   (  )               (                       )                 ( 1 0 )           .                                   /     ( 1 1 )     W h er e ,  C P  – P o w er   co ef f icie n t  o f   tu r b in e  a n d   1 – An y   co n s ta n t     10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 12 V o l t a g e   i n   V o l t C u r r e n t   i n   A m p 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 100 200 300 400 500 600 700 800 V o l t a g e   i n   V o l t P o w e r   i n   W a t t s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P - Q  I mp r o ve men t   b y  S o la r   P h o to - V o lta ic/W in d   E n erg y  I n te g r a ted   S ystem  u s in g   UP QC   ( S a r ita   S a ma l )   1421   3 . 2.   P er m a ne nt  M a g net   Sy n chro no us   G e nera t o r  ( P M SG )   I n   ca s e  o f   ( P MSG)   p er m a n en t  m ag n et   s y n c h r o n o u s   g en er ato r   th e  m a g n et ic  f ield   is   s tat io n a r y   an d   t h e   f l u x   is   p r o d u ce   b y   p er m an e n t  m ag n et   n o t  b y   elec tr o m a g n et,   s o   a  s ep ar ate  s u p p l y   is   n o t  r e q u ir ed   f o r   cr ea tio n   o f   m ag n etic  f ie ld   an d   t h e  f i eld   f l u x   r e m ai n   co n s ta n t.  An o th er   ad v an ta g e  o f   P MS G  is   t h at  t h er e  i s   n o   r eq u ir e m en t  o f   s lip   r in g .   A ll  o t h er   co n s tr u ctio n   r e m ain s   s a m e  a s   th at  o f   n o r m al  s y n ch r o n o u s     g en er ato r   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ].   T h e  e. m . f   in d u ce d   in   a  s y n ch r o n o u s   g en er ato r .                            ( 1 2 )     W h er e,   f  -   Fre q u en c y   i n   Hz,   Φm  -   m a x i m u m   f l u x   i n   W b   an d   t -   N u m b er   o f   t u r n s . T h e  s i m u latio n   o f   w i n d   tu r b in e  w it h   g en er ato r   an d   r ec tif ier   is   s h o w n   i n   Fi g u r e  9 .        Fig u r e  9 .   Si m u latio n   o f   w i n d   s y s te m   w it h   P MSG  an d   R ec ti f i er       A C   S o u r c e V A P E I C N o n l i n e a r   L o a d S h u n t   A P F S e r i e s   A P F U P Q C     Fig u r e  1 0 .   B lo ck   d iag r am   o f   UP QC       S u p p l y   V o l t a g e V a , V b , V c I n p u t   V r e f a b c   t o   d q 0   C o n v e r s i o n P L L d q 0   t o   a b c   C o n v e r s i o n G e n e r a t e   P W M   S i g n a l d q 0   t o   a b c   C o n v e r s i o n C o p m a r e   Fig u r e   11 .   C o n tr o l sch e m e  o f   s er ies  A cti v e   Fil ter   C o m p H y s t e r e s i s   C o m p a r a t o r S 1 S 2 I c a I c a *     Fig u r e  1 2 .   P r in cip le  o f   h y s ter e s is   c u r r en t  co n tr o ller   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS  Vo l.   8 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 7   :   1 4 16 – 14 26   1422   A b c   t o   d q 0 P L L L P F d q 0   t o   a b c P W M P I   c o n t r o l l e r c o m p c o m p I s 0 I s d I s q I s 0 I s d I s q V d c V d c   r e f I s a I s b I s c     Fig u r e   13 .   C o n tr o l sch e m e  o f   Sh u n t  A cti v e  P o w er   Fil ter       4.   CO NT RO L   ST R AT E G I E S  O F   T H E   UP Q C  SYS T E M   T h er e  ar e   s ev er al  co n tr o l  s tr ateg ies  av a ilab le  to   f in d   o u t  th e   r ef er en ce   v al u es  o f   th e  v o lta g e  an d   th e   cu r r en t  o f   UP QC .   T h e  F i g u r e   1 0   s h o w s   t h e  b lo ck   d iag r a m   f o r   co n tr o l  s tr ateg ies  o f   UP QC   s y s te m .   T h e   co n ce p t  o f   in s ta n tan eo u s   ac ti v e  p o w er   ( p )   an d   r ea ctiv e  p o wer   ( q )   an d   its   ap p licatio n   in   s h u n t  f i lter   r ef er en ce   cu r r en t  g en er atio n ,   th e  s y n c h r o n o u s   r e f er en ce   f r a m e  t h eo r y ,   th e  f u zz y   lo g ic  co n tr o l  ( F L C )   f o r   th e  co n tr o l  o f   UP QC   m et h o d   ar e  s o m e   o f   t h e  ab o v e  m e n tio n ed   co n tr o l s tr ateg ies.  B ased   o n   t h e  ab o v e  d i s cu s s io n ,   d - q   t h eo r y   w it h   h y s ter esi s   cu r r e n t  co n tr o l  m o d e  is   s u itab le  f o r   p ar allel  m o d e  o p er atio n   o f   UP QC   s y s t e m   an d   d - q   t h eo r y   w it h   P W M  v o lta g e  co n tr o l   m o d e  is   s u i tab le  f o r   in ter r u p tio n   m o d e   o p er atio n .   T h e  h y s ter esi s   co n tr o l  m et h o d   i s   s i m p le  to   i m p le m e n t  an d   it  h as  en h a n ce d   s y s te m   s tab ilit y ,   in cr ea s ed   r eliab ilit y   a n d   m i ti g ates  p o w er   q u alit y   p r o b lem s .     4 . 1 .   Co ntr o l Sche m e  o f   Series A ct iv e  F ilte r   T h e  b lo ck   d iag r am   f o r   s er ies  A P F  co n t r o l  s c h e m e  i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   11   w h e r e  P a r k ’ s  tr an s f o r m atio n   m et h o d   is   u s e d   f o r   g en er atio n   o f   u n it  v ec to r   s ig n al.   T h e  ac tu al  v o lta g e  a n d   th e  r ef er e n ce   ar e  co n v er ted   to   dq0   f r o m   a b c  co o r d in ates  an d   b o th   ar e  co m p a r ed   in   dq0  r ef er en ce   f r a m e.   Af ter   th e  co m p ar i s o n   b o th   ar e  ag ain   co n v er ted   to   a b c   r ef er en c e  f r a m e.   Fro m   P L L   ( p h ase  lo ck ed   lo o p )   Ø   ca n   b e  g en er ated   w h ich   i s   r eq u ir ed   f o r   P ar k ’ s   tr a n s f o r m atio n   an d   i n v er s e  P ar k ’ s   tr a n s f o r m atio n .   T h e  s w itc h i n g   p u l s es  r eq u ir ed   f o r   VSI   co n d u ctio n   ar e  g e n er ated   f r o m   t h e  co m p ar i s o n   o f   s elec ted   o u tp u t  v o lta g e  ( Vc * )   w it h   t h e  s en s ed   s er ies   A P F  o u tp u t v o lta g e  ( Vc)   in   a  h y s ter esis   v o ltag e  co n tr o ller .     4 . 2 .   Co ntr o l Sche m e  f o r  Sh u nt  Act iv e  P o w er   F ilte r   T h e  s h u n t  ( A P F)  is   n o r m al l y   co n n ec ted   in   p ar allel  to   th e   s y s te m   w h ic h   in d icate s   th e  h ar m o n ic s   co n ten t.   T o   eli m i n ate  t h e  h a r m o n ics,   t h e  eq u al   a m o u n t  o f   h ar m o n ic  co m p e n s ati n g   cu r r en t  is   i n j ec ted   in   o p p o s ite  p h ase  w . r . t  th e  h ar m o n ic  cu r r en t.  T h e  co n tr o l  s ch e m e  s h o w n   i n   Fi g u r e   13   in clu d es  th e  tr a n s f er   o f   s o u r ce   cu r r en t  f r o m   a - b - c   to   d - q   f r a m e.   I n   n o n lin ea r   lo ad   t h e  s o u r ce   cu r r e n t  i n cl u d es  b o th   o s cillati n g   as  w el l  as  d c  co m p o n e n t.  T h e  d c  co m p o n en t  is   o n l y   p o s iti v e  s eq u en ce   co m p o n en t  b u t  t h e  o s c illatin g   co m p o n en t   in cl u d es  p o s iti v e,   n e g ati v e  a n d   ze r o   s eq u en ce   co m p o n e n t s .   T o   m ai n tai n   t h e  D C   lin k   v o lta g e  t h is   ac ti v e  f il ter   w il l  ab s o r b   s o m e  ac ti v e  p o w er   f r o m   t h e  p o w er   s y s te m .   T h e  s h u n t  ac t iv e  f ilter   eli m i n a tes  th e  h ar m o n ic s   co m p o n e n t  p r ese n t  i n   th e  s o u r ce   cu r r en t  &   m a k e  t h e  s o u r ce   cu r r en t  w a v e  f o r m   p u r e  s i n u s o id al  b y   ac ti n g   a s   a   cu r r en t c o n t r o l led   v o lta g e  s o u r ce   in v er ter .     4 . 4 .   Desig n o f   Sh un t   Apf   a.   DC   li n k   ca p ac ito r :  T h e  ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o w er   f lo w   to   th e  s y s te m   i s   p r o v id ed   b y   t h e  li n k   ca p ac ito r           w h e n   it is   r eq u ir ed .   b.   Vo ltag e  s o u r ce   i n v er ter :  T h e  elec tr o n ics  d ev ice  w h ich   co n v er ts   d ir ec t  cu r r en t   to   alter n at i n g   cu r r en t  w h en           PW M  s ig n al  i s   g i v en   to   t h e  g ates   o f   its   I GB T   o r   G T O  etc.   Her e  t h e  m ai n   f u n ctio n   o f   t h e  V SI  is   to           co m p en s a te  t h e  s o u r ce   c u r r en t  h ar m o n ic s   p r ese n t  b y   i n j ec tin g   t h e  eq u al   an d   o p p o s ite  co m p e n s at in g           cu r r en t to   th e  s y s te m .   c.   H y s ter e s is   C u r r en t  C o n tr o ller :   H y s ter esi s   cu r r en t  co n tr o ller   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 2   g en er ates  P W M  s ig n al  b y           co m p ar in g   t h e  r ef er e n ce   s i g n al   w . r . t  to   t h e  ac t u al  s ig n al   th e  f i g u r e  b elo w   s h o w s   t h e  g en er atio n   o f   P W M           s ig n al  b y   co m p ar i n g   th e  t wo   cu r r en t si g n al s .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P - Q  I mp r o ve men t   b y  S o la r   P h o to - V o lta ic/W in d   E n erg y  I n te g r a ted   S ystem  u s in g   UP QC   ( S a r ita   S a ma l )   1423   5.   SI M UL I NK   M O DE L   O F   SO L AR  P V/W I ND  E NE R G Y - UP Q C  SY ST E M   5 . 1 .   Resul t   Ana ly s is   T h e  s i m u li n k   m o d els  o f   P V /W in d   en er g y - UP QC   ar e  s i m u lated   in   Ma tlab   w h ic h   is   s h o w n   in     Fig u r e  1 4   w h ic h   co n s is t   o f   s er ies  A P F,  s h u n t  A P F,  s o l ar   P V,   w in d   e n er g y   a n d   b o o s t  co n v er ter .   T h e  s i m u lat io n   r es u lt  s h o w n   i n   Fi g u r e  1 5   is   w i th o u t  s er ie s   f ilter   w h er e  v o lta g e  s ag   i s   clea r l y   s h o w n   f r o m   0 . 1 s ec .   to   0 . 3 s ec .   W h en   t h e  s er ies   ac tiv e  f il ter   in j ec ts   v o lta g e  f r o m   0 . 1 s ec . to   0 . 3 s ec   s h o w n   i n   Fig u r e  1 6 ,   th e   lo ad   v o ltag e   is   co m p e n s ated   to   ac t u al  v al u e  a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 7 .   T h e  Fig u r e  1 8   s h o w s   t h e  s i m u latio n   r es u lt  lo ad   cu r r en t  b e f o r e  co m p e n s atio n   an d   Fi g u r e  1 9   s h o w s   th e   h ar m o n ic s   co n ten t  i.e .   1 6 . 6 %  b y   u s in g   FF T   an al y s is .   W h en   t h e  s h u n t  ac ti v e  f ilter   in j ec ts   cu r r en t  f r o m   0 . 1 s ec . to   0 . 4 s ec   as  s h o w n   i n   Fi g u r e  2 0 ,   th e  lo ad   cu r r en t   h ar m o n ics  is   r ed u ce   to 2 . 3 3 %  as  s h o w n   in   th e   FF T   an al y s is   in   F ig u r e  2 2   f o r   w h ic h   t h e  lo a d   cu r r en t  i s   n ea r l y   s in u s o id al  as  s h o w n   in   Fig u r e  2 1 .         Fig u r   14 .   Si m u latio n   o f   P V/W in d   – UP QC   s y s te m           Fig u r e   15 .   L o ad   Vo ltag e  w i th o u t S A F                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N : 2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS  Vo l.   8 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 7   :   1 4 16 – 14 26   1424       Fig u r e   16 .   I n j ec ted   V o ltag e       Fig u r e  17 .   L o ad   Vo ltag e  w i th   S A F           Fig u r e   18 .   L o ad   cu r r en t b ef o r e  co m p e n s atio n             Fig u r   19 .   C u r r en t I n j ec ted   b y   s h u n t a ctiv e  f ilte r           Fig u r e   20 .   L o ad   cu r r en t  w ith   s h u n t  A P F       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS   I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P - Q  I mp r o ve men t   b y  S o la r   P h o to - V o lta ic/W in d   E n erg y  I n te g r a ted   S ystem  u s in g   UP QC   ( S a r ita   S a ma l )   1425       Fig u r e   2 1 .   Har m o n ics a n al y s is   w it h o u t  s h u n t  A P F       Fig u r e   22 .   Har m o n ics a n al y s is   w it h   s h u n t  A P F       6.   CO NCLU SI O N   T h e  ad v an ta g e  o f   P h o to   Vo lt aic  /   W in d   en er g y   S y s te m   i s   to   r etain   a  co n s tan t  v o lta g e  o f   7 0 0   v o lts   ac r o s s   th e  DC - L i n k   ca p ac ito r .   I n   th is   w o r k   th e   s o lar   P V  w i th   b o o s t  co n v er ter   o u tp u t   is   o b tain in g   7 0 0 V  an d   W in d   en er g y   w i th   b o o s t  co n v er ter   o u tp u t  is   a ls o   7 0 0 Van d   s i m u latio n   o f   P V/   W in d   e n er g y   - UP QC   m ai n ta i n s   co n s ta n t  v o lta g e  o f   7 0 0 V  w h en   Sag ,   S w ell  an d   I n ter r u p tio n   o cc u r .   I t  also   r ed u ce s   th e  h ar m o n ics  co n ten t  to   2 . 3 3 %  if   an y   n o n li n ea r   lo ad   is   ass o ciate d .   Hen ce   t h e  p r o p o s ed   s ch e m e  ca n   r e g u late  ac ti v e  an d   r ea ctiv e  p o w er   in j ec tio n   to   th e  g r id   an d   co m p en s ate  v o ltag e  i n ter r u p tio n   in   ad d itio n   to   th e  o th er   u s u al  o p er atio n   o f   UP QC .       ACK NO WL E D G E M E NT S    T h e  s u p p o r t  f r o m   t h e  E lectr ical  E n g in ee r i n g   Dep ar t m e n t   o f   Vee r   Su r en d r a  Sai  U n i v er s it y   o f   T ec h n o lo g y ,   B u r la,   I n d ia,   e x ten d ed   to   th e  a u t h o r s   f o r   th e  w o r k   r ep o r ted   in   th i s   p ap er   is   g r atef u ll y   ac k n o w led g ed .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.   M .   Ca rra sc o ,   L .   G .   F ra n q u e lo ,   J.   T .   Biala sie w icz ,   E.   Ga lv á n ,   R.   C  P o r ti ll o G u isa d o ,   M .   M .   P ra ts,   J.   I.   L e ó n ,   a n d   N.  M o re n o - A lf o n so ,   “ P o w e r - e le c tro n ic  sy ste m s  f o r  th e   g rid   in teg ra ti o n   o f   re n e w a b le  e n e rg y   so u rc e s  A   su rv e y ”,   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   in d u stri a l  e lec tro n ics ,   Vo l.   4 ,   p p .   1 0 0 2 - 1 6 ,   J u n e   2 0 0 6 .   [2 ]   I.   H.,   A lt a s,  a n d   A .   M .   S h a ra f ,   “ A  p h o to v o l taic   a rra y   si m u latio n   m o d e l  f o r  m a tl a b - sim u li n k   G UI   e n v iro n m e n t”,   Clea n   E lec trica l  P o we r,  ICCEP ' 0 7 ,   I n tern a ti o n a l  C o n f e re n c e   o n   IEE E,   p p .   3 4 1 - 3 4 5 ,   2 0 0 7 .   [3 ]   Y.K.  L a th a ,   C.   S a ib a b u ,   a n d   Y. P .   Ob u les u ,   “ Un if ied   P o w e r  Qu a li ty   Co n d it i o n e r  f o r  v o lt a g e   sa g   a n d   h a rm o n ic   m it ig a ti o n   o f   n o n li n e a r  lo a d s” ,   In ter n a ti o n a l  J o u r n a l  o f  Po we r  El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   V o l.   1 ,   No .   1 ,   p p .   65 - 7 4 ,   S e p tem b e r,   2 0 1 1 .   [4 ]   Y.  Ch e n ,   X.  Z h a ,   J.  W a n g ,   H.  L i u ,   J.  S u n ,   a n d   H.   T a n g ,   “ Un if ied   p o w e r  q u a li ty   c o n d it io n e r  (U P Q C):  T h e   th e o ry ,   m o d e li n g   a n d   a p p li c a ti o n ” ,   In P o we r  S y ste m  T e c h n o lo g y ,   Pro c e e d in g s.  P o we rCo n   I n ter n a ti o n a l   Co n fer e n c e   o n   IEE E ,   V o l.   3 ,   p p .   1 3 2 9 - 3 3 ,   2 0 0 0 .   [5 ]   B.   V .   Ra jan n a ,   S .   V.   N.   L .   L a li th a ,   G .   J.  Ra o ,   a n d   S .   K.  S h riv a sta v a ,   “ S o lar  P h o to v o l taic   G e n e ra t o rs  w it h   M P P T   a n d   Ba tt e ry   S to ra g e   in   M icro g rid s” ,   In ter n a t io n a l  J o u rn a l  o f  Po w e r  El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  pp.   7 0 1 - 7 1 2 ,   S e p tem b e r,   2 0 1 6 .   [6 ]   N.  F e m ia,  G .   P e tro n e ,   G .   S p a g n u o l o   a n d   M . V it e ll i,   “ Op t im iza ti o n   o f   p e rtu rb   a n d   o b se rv e   m a x i m u m   p o w e r  p o in t  trac k in g   m e th o d ” ,   IEE E   T ra n sa c t io n s  o n   Po we r E lec tro n ics ,   V o l .   2 0 ,   No .   4 ,   p p .   9 6 3 - 9 7 3 ,   Ju ly   2 0 0 5 .   [7 ]   K.   Ga e id ,   a n d   M .   T .   Ha m o o d ,   “ Un if ied   P o w e r  Qu a li ty   Co n d it io n e r  M o d e l  Ba se d   w it h   S e ries   a n d   S h u n t  F il ters ” ,   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f   Po we r  El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ms ,   V o l.   7 ,   No .   3 ,   p p .   7 4 3 - 7 5 8 .   S e p tem b e r,   2 0 1 6 .   [8 ]   M.   Ba su ,   S .   P.   Da s,  K.   G o p a l,   A .   Du b e y ,   “ Co m p a ra ti v e   e v a lu a ti o n   o f   tw o   m o d e ls  o f   UP QC  f o r  s u it a b le  i n terf a c e   to   e n h a n c e   p o w e r  q u a li ty ”,   El e c tric  Po we r S y ste ms   Res e a rc ,   V o l.   7 7 ,   No .   7 ,   p p .   8 2 1 - 3 0 ,   M a y   2 0 0 7 .   [9 ]   M.   I.   M.   M o n tero ,   E.   R.   Ca d a v a l,   a n d   F .   B.   G o n z a lez ,   “ Co m p a ri so n   o f   c o n tro l   stra teg ies   f o r  sh u n t  a c ti v e   p o w e r  f il ters   in   th re e - p h a se   f o u r - w ire  s y ste m s ” ,   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   Po we r  El e c tro n ics ,   Vo l.   2 2 ,   No .   1 ,   p p .   2 2 9 - 2 3 6 ,   2 0 0 7 .   [1 0 ]   G.   M.   L e e ,   D.   C.   L e e ,   a n d   J.   K.   S e o k ,   “ Co n tro l   o f   se ries   A c ti v e   P o w e r  F il ters   c o m p e n sa ti n g   f o r  so u rc e   v o lt a g e   u n b a la n c e   a n d   c u rre n t  h a rm o n ics ” ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   In d u st ria l  El e c tro n ics .,   V o l.   5 1 ,   No .   1 ,   p p .   1 3 2 - 1 3 9 ,   F e b ru a ry ,   2 0 0 4 .   [1 1 ]   C.   F it z e r,   M .   Ba r n e s,  a n d   P .   G re e n ,   “ Vo lt a g e   S a g   De tec ti o n   T e c h n i q u e   f o r  a   Dy n a m ic  V o lt a g e   Re sto re r” ,   IEE E  T ra n sa c ti o n s  o n   In d u stry   A p p li c a ti o n s ,   Vo l.   4 0 ,   No .   1 ,   p p .   2 0 3 - 2 1 2 , Ja n /F e b .   2 0 0 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.