In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  2, June  2 01 9, pp.  731~ 7 4 3   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 2.pp 7 31- 74 3           731     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   A co mp arative study and exp eri mental valida t ion on  sing l e  p h ase series active power filter  control strategies usi n g  PI, F LC  and sliding mode  controllers       A b da l l a h  B e n  A b d e l k a d er ,   O t h ma n e  Ab d elk h alek ,  I s mail Khalil Bou sse rha n e,    M o hame d A m ine  Ha r t an i ,  Aym en  O m a ri   F acul t y  o f  T ech no lo gy , Univ ersity  o f T a hri M ohamm ed  Bechar, Alg eria       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Sep  2 3 ,  2 018  Re vise d N ov  1 9 ,   201 8   Ac ce p t ed  J an  26 ,  2 0 19      S e ns it ive  lo ads   a r e  wid e ly  u sed  i n   i ndustr ial,  w hi ch  i s  t h e  ma i n   caus e   o f  sag - sw ell   a n d  h a rmo n i c s  v o lt ages   p rob l em s   that   c an  a f f ect  t he  p o w er   q uali ty.   Am o ng  t h e  dev i ces  t h a t  so lv e  such   p ow er  q uali ty   p ertu rbati o n s ,  th e  series  acti v e  p o w e r  Filter  APF S   i s  consid ered  i n   this  p a p er.  T h u s ,  a  s ing l e  ph ase   AP FS   i s  d e ve l o p e d  t h rou gh  an  a naly ti c  anal ys is,   su pp o r t e d  b y   a n   exp e rim e nt al  v a l id a tio n ,   w here  w e  ap pl ied   cl a ssi cal  p ro po rtio n a l  in te g r a t or   P I , f u zz y   l ogic F L C and sl id i n g   m o d e  S M   con t ro ll ers  t o  im p ro ve  th e   dy na m i c   r e sp on se o f   t h e AP FS .   I n  ad d i t i on,   a  com p a r a t i v e  st u d y  b et w een  t h es e   con t rol   st rateg i es  h as  m ad e  in   o rder  t o  m i t i g a te  v ol ta g e   s ag -swel l   a n d   es peci ally   h a rmon ic s,  w he re   t h e   S MC  h a s   s ho we d  mo re   e ffe c t iv e   a n d  ro b u st  r esu l ts   c o mpa r e d   t o  PI  a n d   FLC  a n d   pro v e d   b y  the   To ta l  ha rm on ic   d ist o rt i o n  THD  rati o.  R es ult s   o f   the  p r op ose d   c on trollers   a re  s im u l ated   i n  M A T LAB   sim u link ®   a n d   v ali d at ed  t hro ugh  exp e ri m e nt al  t est s   a pplied   o n   o ur  s y s te m   p r ototy p e . K eyw ord s :   Ser i es ac tive p o w e r   f ilter   apfs  Propo r tional integrator PI   Sa g-swell,  harmonics volta ges  Fuz z y logic   FLC  Sl id i n g  mo de   S M   Power quality   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   A bda lla h Be n  A bde lka d e r ,  F acul t y  o f  Electri cal Eng in eering,   Unive r sit y  of   T a hri Moha m m e d Bec h ar,  A l g eria  Em ail:  A bda lla hbe na bde lka d e r @ya h oo. fr       1.   I N TR OD U C TI O N    G i ve n   t h e  de ma nd  o f   i mpr ovi ng  the   p o w er   qua lit y  e s pe c i al l y   i n  i nd us t r y,  w here   t he  c ri t i ca l   equ i pme n t  a n d  se ns iti ve  l o a ds  a re   w idel y  use d   a n d   t he i r   p ow er   s up pl y   sh ou ld   n o t   i nt e r ru pt e d .  He re ,  u n i n t e rrup t ed , c l e an  a nd   r e g ul at ed  p o w er  s upp ly   i s  re q u i r e d  wh e n fee d in g loa d s tha t  ha v e im por tan t  tas k s . O n   the  ot her  ha nd,   m ost  com m o n   vo l t a g e  d i s t ur bance s   a p p ea r  in  a l t e r n at i v e   cur r ent  a p p l i a nc es  A C  pro v i d i ng  a   reduc tio n  i n   v ol t a ge  a mpl i t u d e   k now n  as  s ag.   Thus,  sa g   and  i n te rrup t i ons  p ro vi d e   m ost  of  t he   i n d u s t ria l   pro b lem s   ( 90 % )   t ha t   a f fe c t   t heir  s u p p l y  qu ali t y   [ 1] .  M o reove r,  sw el l  pr o b l e m  is  a l s o  a m ong   d is t u rba n ce s  th at   affec t   t he   p ow e r   qua lit y,  w h i c h   i s  de fi ned   by   a   r isi n g   i n   vol ta ge   a mp li tude   a b o v e   it s  nomi n a l   v al ue   [ 2].  In  a d dit i o n ,   h armo ni c  di st o r ti on   c an   p rov i d e   hug e   p r ob l e ms  i n  th e   w h o l e  of  t he   p ow er  c on v e r s i o n  c h a i n   su ch  a s   hea t i ng  the   sy stem   c ompo ne nt s,  m echa n i c a l   o sc illa t i ons,   un pr ed i c t ab le  b eha v ior  o f   p r o tec t in g  de v i c e s,  a nd   ma y c a use  dam a ge  [ 3,  4 ].  D u e   t o   t he se   p rob l em s,  it  i s   n e cessar y   t o  a p pro v e  pr ote c t ing   de v i ce s  an d  ef f ecti v e   so l u ti on   t o   so lv e  suc h   d is turba n ces.   In  t h i s  pa per,   w e  focu s  on   s erie  a c t ive   p o we r   f i lter  (APFS)  i n   o r d e r   to   m iti g a te  s ag -swell  and  ha rm on i c s   [5-8]   tha t   a ffe c t  o u r  system .  Th us,  a   ser i e   compe nsa t or   i n s erted  be tw ee n   the  so urc e   a n d   t he   loa d   c a l l e d  d y n am ic  v o lta ge  r estore r  D V R   i s  a l so  i m p l e me nte d   i n   t h i s  w o rk  t o  pr o t e c t   oper a tin g  v o l t a g e   o f   s e n s i t i v e  a n d  c r i t i c a l  a p p l i a n c e s  a g a i n s t  s a g   p r o b l e m  e s p e c i a l l y   [ 9 -12 ] .  APFS   h a v e   t h e  s a me  t o pol ogy   a s  th e   ac t i ve  f i l ter,   w ith  a n  e x ce l l en t  dy nam i c   ca pa bil i t y   t o  re stor e   the   l o a d   vol t a ge   t o   i   n o m i n a l  val u e  w i t h i n   a   f ew   mi l l i s econ d s  as  w el l   p r ovi ding   p o w er  d i s rupt ion   to   t h e   s upp li ed  l o a d s .   I n   o t h e r  r e s e a r c h e s ,  t h e  s e r i e  t o p o l o g y   aim s   t o  c o mpe n sa te  t he   s a g   w it h  a c t i v e  p o w er  [ 13]. I n  po w e r  qual it y  do m a in,  var i o u s  paper   ha s  use d   c lass ical   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   731  –  7 43   73 2 and   i n t e ll i g en t  con t ro l l e r s  in  o rder   t o   impr ove   t he   s ta bi l ity,   ro bu stn e ss  a nd  e x cel l e nt   d y n a mi c   res p on se  o f   t h e  A P F S   a s  m e ntione d   i n   [ 4,  1 5-18]. T he   c o n t ro l  s t rate g i e s   u se d  in  t h i s  p a p e r  s u c h   a s  P I ,   F L C   a n d  S M C   p r e s e n t s   rob u st  a nd  e f f i c i e n t  re su lts  w it h  d i ffe r en t  TH D   r a ti o,   w he re  S M C  ha s  prov i d ed  t he  b es t  ra tio  w i t h   3% .   Mo de ls  o f  t h e   t h r ee  c o n t r o lle r s   a re  d e v el op ed  m athem a t i c a ll y  as   c ite d  in   v ario us  w or ks   s uch  as  [ 1 9 -2 4] ,  an d   ada p te d to o ur  s ystem   t o p o l o g y .  The  rest  o f   the  paper  is  o rga n i zed  a s   f o ll ows:   s e c t i on1   p rese n t s   t h e   A P F S   m ode l  w i th   m ode l i n g   o f  t h e  po we r  sy ste m ,  se ct i o n   2   f o cu ses   on   t h e   c on t r ol   s t r a t eg i e s  w it h  a  comp ara t iv e   st udy   b et we en   t h e   u sed  st r a te gie s   a nd f i na lly,   th i s   p a p er  ends  w i t h  a c onc l u s i o n .       2.   DESCRIPTIO N  O F  TH E   S Y S TEM   2.1.   Se ries  a ctive  powe r  fi l t er  APFS  I n   t h i s  pape r,  t he  s t u d i e d   s yste m  is  c om pose d   m ai nly  b y   t h r e e   b loc k s,  a   p rogram m a ble  A C   s ourc e   t o   pro v i d e  sa g-sw ell  a nd  h a rm on i c s  v o l t a g es   s cena r i o s,   a   s e n s i t i ve   l o a d   (med i c al   e qui pmen t )   a nd   A P FS.  T h e   APF S  conta i ns   a   s ing l e-p h ase   P W M  vo l t age source   i n v er t e r  in ord er   t o  i n j e c t  t he  c ompe n s at i n g v o lta g e   by a n   in j e c t ion  trans f or me r  and   a n   L f  ,   Cf  s ec o nd  or de r  fi l e r  to  e l i m i n a t e   h i gh   fre qu en cy   c au sed   by   i n v e rt er  sw it c h i n g  act io ns.  Thi s   i n v e r t e r  i s   s upp l i ed  b y a  D C   s ource  a s  show n i n  F i gur e 1.           F i gure  1.  S ing l e - phase  ser i e s ac tive   p o w e r   fi lter  (A S F )     2.2.   M o de l i n g   o f   t he   A P F S  s y s t e m   Th is  s ec t i o n   d ea ls  w it h  t h e  m a them at ica l   m ode li ng   o f  t h e  se ries   a ct ive   pow er  f ilter   A PFS.   The  fu ll   st r u c t ure of the   A PF S   can  b e  re p r esen ted b y   a   c on verter   a s show n  i n   F i gur e  2,  w her e   K irchh o f f’s  v o lta g e   l aw   i s  a pp li ed   t o   t h e  A C   c l o s e d   c i r c u i t   t o  g et   t h e  f oll o wi ng  m at hem at i cal  e x p r essi o n   [5 ]:            ( 1 )         ( 2 )     w ith:   :  Con t r ol  in put  t o   t h e   seri e s  con v e rt e r   :  I nduc tor c u rre nt   o f t h e  serie s   c on ver t e r    :  O utp u t   v o l ta ge  of the  se ries c on verter   :   d c lin k v o l t a g e  :  The  in duc ta nc e   of the f ilter   :  The  c apac ita nc e  of the  f i l t e r   :  Equ iva l e n t se ries r esista nce  ES R of i nd uc t o r  :  The ESR of the  capacitor     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A com par a tive  st udy   a n d   e x pe rim e n t al  v a l i d a tio n on  s i n g l e ph ase  se rie s  ac tive .. . (Abda llah Be n  Abde l k ade r)  73 3     F i gure  2. E q u i v ale n t  circu it o f  serie s  con v e r t e r.       ̂       3       ̂       4       3.   CONT ROL S T RATEG IES  O F   T HE S YS TE M   T h e   c o n t r o l   s t r a t e g i e s  u s e d   i n  t h i s   w o r k  a r e   P I ,   F L C  a n d  S M   c o n t r oller s .  Th us,  a  com p ar ati v e  stud y   is  m a d e  be t w een  t he   t hree   m e t h ods  i n  or de r  to  i m p ro ve  t he i r   p er form ance   a nd  ro bus tn e s s  in  pow e r   q ua li ty .   The  3 m e th ods  a r e  de s cribe d   s epar ate l y a s   f ol l o w :     3.1.   C l ass i c a l   p r op ort i on al in t e g rator   PI c on trol l e r   Th e  PI  s t r u c tu re   c on si st s  of  a   s in gl e   ou t e r  v o l t ag e  l o op   t o   reg ul at e   t h e   i n j ect ed  v ol t a g e   o f  th e   APFS.   T h e   o u t p u t  o f   t h i s  l o o p   i s  t h e  p h a s e  a n g l e   t h a t  i s   p r o v i d e d  b y   the   P W M   s i g n a l   g e n e r ator.   Thus,  th e  P W M   gene ra tes  pu lse   si gna ls  t o   the   ga te   o f  sw itc h i n g   d e v ice  I G B T   [ 5 ] .   T he  f o l l o w i n g   t ra nsfe r  fu nc ti on  de fi nes  th e   P I  contro l l er  a s:        5     The   P I  c ont r o l l e r  c anno t c h a n ge abru p t l y i n  t he err or e ps (Vr ef  – Vrms). There f ore,  P I contr o l l e r  c an   deter m i n es  t he   i ns t a nt a n e ous   v a l ue s  o f   t he   e r r or  w it h o u t   c onsi d er i n g  the i r  d i ver g en c e   a nd  per t urba t i o n s,   w h ic h is de f i n e d  by  t h e de ri va te   o f t h e  err o r a nd de n o te d  ∆ e  [5 ].  The   tra n sfer  f u n ct i on o f   v olta ge -cl o sed  lo op  i n   s eries  co n v e r t e r is def ined  i n  (6) using ( 4 ):      ̂                  6           F i gure   3.  Co n t r o l ler   with PWM and  V SC      3.2.   Fu zzy  l o g ic  c o n troller   FLC    Th e  se con d   c o n t r o l l e r  u s ed   i n   t h i s   p ap er  i s  t h e  FLC   i n   o rder  t o  i m p r o v e  t h e  b e h a v i o r   o f   t h e   A P F S .   The  co ntro l l e r  in  ba sed  on  Ma m d ani’s sys t e m  and  i t s  struc t ur e i s  show n  in  F igure   4.  L i n g u i s t i c  v a r i a b l e s  a r e  t h e  e r r o r   e   a n d   i t s  d e r i v a t e   ∆ e ,   w h i c h   a r e   m appe d  from   ma t h e m a t ic a l   i npu t  val u es  i n t o  fu z z y  m e m b e r ship  f u n c tio ns.   A f ter,   e xec u t i ng  a l l  ap pl i c a b le  r u l es  i n  the   r u l e   b ase  aim s   t o   c o mp ut e  th e   fu zz y  out put   f un c t io ns .  Fi n a l l y ,   b y   d e -fu z z if yin g   t he  f uzz y   o u t pu t  func t i o n s,   w e   ge t  " c r i sp "   o u t p ut  v al ue s.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   731  –  7 43   73 4       F i gure   4.  F uz zy  c on tro l l e r      The s e  ou tpu t s  are   deter m ine d   u si n g   t he   i nfe r e n c e   e ngi ne   a nd  t h e   r ule  bas e   ( i f-the n  ru les )   a s  fol l ow :  IF   e   A N D   ∆ e,   T HEN  Kp   AND  Ki .  Th e  v a ri ati o n   of   K p   and   K i   c on st an t s   d ep e nd  on   ( e  a n d  ∆e ).  T h e   me mbe r ship  f unc t i o n   c urve s  of  e ,   ∆e,   K p   a n d   K i   are   show n  in   F ig ur e  5  a n d  6,  w h e re  a ll   m em be r s h i ps ’   fu nc ti o n s have   t ria n g u l ar  s hap e   [ 4].        (a)     (b)    F i gure   5.  Mem ber s h i p f u nct i o n   c ur ve s (a ) error   e, (b) D errived  of t he  er r or ∆e          F i gure  6. Me m be rsh i p  fu nct i o n  cur ves o f   b o t h   in p u t s  K p and  K i       T h u s ,   t h e   f u z z y   s u b s e t   f o r  e   a n d  ∆ e   a r e   ( N L ;  N M ,  N S ,  Z E ,   P S ,  P M ,  PL ).  T ab l e   1   p re se n t s  t h e  fu zzy  lo gic   con t ro l r u l e s for   the  var i ab les  K i   a n d   K p.      Ta b l e   1.  Ru l e   base  for  fuz z y  c on t r o lle r  de (n )   NB   NM   NS   ZE   PS   PM  PB   e( n )   NB   NB   NB   NB   NB   NM   NS   ZE   NM   NB   NB   NB   NM  NS   NZ   PS   NS   NB   NB   NM   NS   NZ   PS   PM   ZE   NB   NM   NS   ZE   PS   PM  PB   PS   NM  NS   ZE  PS  PM  PB  PB   PM   NS   ZE   PS   PM   PB   PB  PB   PB   ZE   PS   PM  PB   PB   PB  PB   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A com par a tive  st udy   a n d   e x pe rim e n t al  v a l i d a tio n on  s i n g l e ph ase  se rie s  ac tive .. . (Abda llah Be n  Abde l k ade r)  73 5 In  a d di tio n ,  a  3D  c urve   o f  the  relation  b e tween  i nputs  and  ou t puts  of  t h e   FLC  controll er  i s  a l so   plotte d   and sh own  in Fig ure   7.           F i g u r e  7.   The   re lat i on  s u rfac e  betw ee n in p u ts  a nd ou t p u t   o f  F L C       3.3.   S lid in g mod e   c on t r ol l e r  S M C     The   las t  c on t r o l ler   use d   i s  the   S M   c on trol ler  descr i be d b y  t h e   fol l ow ing  sta t e   spac e  mode l :       01 ⁄ 1 ⁄  ⁄   1 ⁄ 0 01 ⁄            7     wher e  i   a nd  i   a re the  f i l t e r i n d u c t or  c urr e nt a n d   s ource  c u r rent  r espec tive l y.    Ta k i n g   t he  i nj ec t e d  vo l t age  Vin j x   and  b y   d e r i v a t e  x   ,    x 1  x 2 .   Th e n ,  t h e   d e sc ri pti o n   of  t he  mode l bec o me :    x x x  x x i   u  u            8    first,  we  consider a  g eneral  s ec o nd or der dynamic  system a s fol low :        ,     ( 9 )     Where,  . , 1 , 2   a r e   s m o o t h  f unc t i ons  w i t h   c on ti n u o u s  fini te   tim e  de riva t i ve s  t o  e x i s t   and   . i s   i nve r tib l e .  The   ar gume n ts  o f  .   a nd   . ha ve  b e e n  r e m o v e d  for  simpl i c i ty  i n  the  ana l y s es  t o  fo l l ow .  The  pa ram e ter s   . , 1 , 2   a re  know n.  L et  t he  o u t pu t   o f   t he   s ys tem   be   x . .1 , 2 .  Def i ne  t he  err o r a s [18].  The   e rror  dyna m i c   is de f i n e d  a s  fol l o w :            10                11    The   sl idi ng s u r f ac e w i t h  its  d e r i v a tio n  can  b e   de fi ne d  as fol l o w:        12      13    A f ter,  usin g   t h e  foll o w i ng l y a p u n ov f u nct i on : Vs s ,  w i t h   its  tim e d e ri vat i v e a s  fol l o w :        14    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   731  –  7 43   73 6 F o r  st abl e   o perat i on,  V <0,  which  results  S < 0  f o r  S > 0  a n d   S > 0   f or  S <0.   The n ,  the  co n t rol  la w   c a n  b e   repr esente d  as fo llow   usin g e q 1 3  a nd  eq1 1 :                  (15)     F i gure  8  de sc ribes  t h e  fe e d back  c on tro l   d ia gram   o f  t h e   A P F S .   A s   s how n,  t he  V l o adre f  i s   t he   refere nce   l o a d  vol tage   d e s ire d   a t   t h e   P CC. T he er r or b e t w e en V l o a d r ef   a nd   V lo ad  g i v es  t h e   r e f e r en c e   i nj ec t e d  vo lta ge  s ig na l  pro v i d e d   b y  the   in ject i on  transfor me r.  B y  com p in g  the   o u t put  o f  t h e  l o w - pa ss  f i l t e r  w i t h   t h e   i n j ect ed   r e f e r en c e   vol t a g e ,  we   g e t  t h e   i n s t a nt an eou s   e rro r  si gn a l   c al l e d  z 1 .   A f ter,   t he er r or w it h it s deri v a te (e ,   ∆e)   a r e  used   b y  the   sli d in g  m ode   c o n t ro ller  to   g e n er ate   the   co n tr ol   l a w   u ,   w h ic h   i s   c on v e rted  t o  P W M  si gna l   of  t he  sw itc h i ng  dev i ce  IG B T   of the  i n v e r ter  [18].           F i gure   8.  F e e dbac k  c on tro l  c han g e  abr u p t l y  diagr am  of  A P F S       Th e   e r ro r ca n   b e  d ef in ed  as   f o ll o w               1 6     The n ,   the  error dynam i c  is  d erive d   u s i ng  (2):            17           18                  19    Th e   s e l e ct ed  sl i d in g   su rfa c e  was  s K z K z  a l o n g   w ith   t he  c o n tro l   l a w :      ∗    20    wher e        21   1  | |  | |   22    The  ne xt ste p i s  to  o b t a in  t h e   s l i di ng  mode  c on tro l  law  u us i n g  ( 1 4 ) .   F i nal l y ,  t h e   c o n t r o l  l a w   c a n b e  de r ive d  usi n g   eq  14,  19 and  20  as  f o l l o w :                23  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       A c o mpar ative   study and  expe r i m enta l  validation  on single phase   ser i es  ac ti v e   ... ( A bdal l ah B e n Abde l k ade r)  73 7 4.   RESU L T S  A ND DIS C U S S I ON   In   t hi s  se cti o n ,   w e   d i s c u s s   t h e  an a l y t i cal   a nd   e xp e r i m e n t a l   re s ults  o f  t h e   di ffe r e nt  c on t r ol   m e t ho d s   use d   i n  t h is  s tu dy.   F ir st,   we  p r e se nt  s i m ula t io n  data ,   the n   we  d iscuss  t h e   r e s u l t s .  T h u s ,  we   p re s e n t   e xper i m e nta l   r esu l ts  w ith  a   d e t a i l e d  d i scu ssion.     4. 1.   Si m u l a t i o n  r e s ul t s   S i m u l a t i o n   t e s t   has  m a de   i n  MA TLA B   S i mul i nk®  i n   or de r   t o   i m p r o v e  t h e  per f or m a nce   of  t he  u se d  c o n t r o l   st r a te g i es  s uc h  as  P I,  F LC  a nd  S M C.   T he   s im ul a tio n  c i r c uit is s h o wn  in   Figu re  9 .            F i g u r e   9 :  S i m u l a ti on  dia g r a m   of   t he  s ys tem       Th us,   simu lat i on  da ta  a r e   s u m m a r i z e d  i n   T able  2 .   The   si m u lat i on   r esul ts  o f   th e  APFS  are  p r esen ted  in   o rder   t o   im p r o v e  its  c a p a b i l i t y   o f  am el i o ra tin g  the   p o w er  q u a l i t y .  T h e  r e s u lts   a r e   d isc u sse d   se pa ra t e l y ,  whe r e  a  com p ara tive   a n a l y s e s   i s  m a de  b etwee n   t he  t hr ee  con t ro l l e r s  in  t he   t wo   c ase  (sag-swe ll   a n d   ha r m onic s ) .       Tab l e  2.  E lectric a l par a m e ter s   Pa r a m e te rs  V alue s   Sourc e   v o l t a g e   f r e q ue ncy   f     50  HZ   S our c e   volta g e  V s   5. 7  V r m s   L o ad   r es i s t a n c e  R L   1 2 . 3   Ω   C f   ( L C  fil te r  induct a n c e )   1   n F  Lf  ( LC filte r   c a p a c ita n c e )   9  m H  Tra n sform e r  1 2 V /   230V /  1  K V A   D C -bus  c a p ac itor,   D C - bus  2200  uF  –   re fe r e n c e   volta g e   V dc * = 35V   K p , K i  S i m u l a tion  re sult s  K p   = 7, 2-  K i = 33   Kp ,K i Ex p e r i men t a l  r esu lts  K p   =8 ,8 -   Ki =4 ,2 4   S l id i n g   mo d e   c o n tr o l ler   pa ra m e t e r s   2 5 0 , 0 . 0 2 3   5 7 , 4 00, 0 . 0 0 1 , 0 . 0 1     4. 1. 1.   Case of  t h e  h a rmon ics volt age  :  F i gur e   10,   1 1  a nd  12  pr esen t   t h e   vol tage   w avef or ms  o f  P I ,   F L C   a nd  th e   S M C .   T he  T H D   of  t he   sour c e   v ol ta ge   w a s   4 8. 3 4 %.   A s  sh ow n,   t he  A P F S   h as  c om pen s ate d   t he   v olta ge   h ar m o n i cs  s ucc e ssf u lly .   The   thr e e  c o n t r o lle r s   h ave   pr e s en ted  va r i ous  e x c e l l e n t   r esul ts,   w h i c h   i s  sh o w n  thro u gh  a m e l iora tin g  th e   vo lt a g e  f o r m  a n d   r e d u c i n g   t h e   T H D   v a l u e .  T h e  T H D   h a s   b e c o m e   4 . 1 5 %  w i t h   P I   c on tr o l ler ,   3 . 88%  w i t h  the  F L C  a n d   3. 29 %  w i t h   t he   S MC.   The  f o ll ow i ng  F i gur e  1 3 ,   14  and  1 5   s how   t he   s pe c t ra l  analy s is for  th e  thre e   c on tro lle rs.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   731  –  7 43   73 8   F i gure  1 0 .  S i mula tio n v o l t a g e   w a ve form es for P I  C ontr o ller     F i gure   1 1 .  S i mul a t i o n   v o l ta ge  w ave f orm e s  for  F u zz y  C ontr o ller           F i gure  1 2 :   S i m u l a tio n  vol ta ge  w ave f orm e s  for  sl id i n g  mode   Con t ro ll e r           (a)   ( b )( a ) ( b )    F i gure  13.  S pe c t r a l a n a l ysis f or P I c ontro ll e r ,   ( a )  sour ce  vo lta ge,  (b)  load v ol ta ge      F i gure   1 4 .   S p ectra l   ana l y s is for  f uz zy c o n t r o ller     ( a )  so ur ce  vo lta ge,  (b). load v ol ta ge          (a)   (b)     F i gure  1 5 .  S p e c tral a na ly si s  for  s l id in g   m o de  co n t ro ller  (a) sourc e  vo lta ge ,   ( b ) load  v o lta g e .      A s  a  r e s u l t ,  t h e  s l i d i n g   m o d e  c o n t r o l l e r   h a s   p r e s e n t e d   t h e   l o w e st   T HD  v a l u e ,   w hi ch   r ef l e c t s  t h e  ro bu stn e ss a nd t h e ef fi ci e n c y  o f   t h e con t ro l   st ru c t u r e .     0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 4 5 -10 -2 6 10 (B ) In j e cte d  vo l t a g e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 4 5 -15 -7 1 9 15 Ti m e (C ) Load  v o l t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 4 5 -15 -7 1 9 15 (A ) S ourc e   v ol t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -1 5 -7 1 9 15 (A) S our c e   v ol t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -1 5 -7 1 9 15 (B) I n j e c t ed  v o l t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -1 5 -7 1 9 15 Ti m e (C ) Loa d  v o l t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 45 -15 -7 1 9 15 (A ) S ourc e   v ol t a g e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 45 -15 -7 1 9 15 (B ) I n j e c t e d   v ol t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 45 -15 -7 1 9 15 Ti m e (C ) Load  v o l t age 0 50 0 1 000 0 10 20 30 F r equ enc y   (H z ) F u n d a m e n ta l   ( 5 0 H z)  = 8 .7 9 2  , T H D =  4 8 . 3 4 % M a g   ( %   o f   F undam e n t a l) 0 500 1000 0 0. 1 0. 2 0. 3 F r equenc y   (Hz ) F und am ent al   ( 50Hz )   =   6 . 79  ,   T H D =   4 . 15% M a g  ( %   o f   F undam e n t a l ) 0 200 400 600 800 1000 0 10 20 30 F r equenc y   (H z ) F undam ent a l   ( 5 0H z )   =   8 . 791  ,   T H D =   48. 34% M a g  ( %   o f   F u nda m e nt al ) 0 20 0 40 0 600 80 0 10 00 0 0. 2 0. 4 F r eq uen c y   ( H z ) F u n d a m ent al   ( 5 0 H z )   =   6. 81 7  ,   T H D =   3 . 8 8 % M a g  ( %   o f   F u nda m e nt al ) 0 20 0 40 0 60 0 800 100 0 0 10 20 30 F r equ enc y   ( H z ) F u n d a m e n ta l   ( 5 0 H z )   = 8 . 7 9 1  , T H D = 4 8 .3 4 % M a g  ( %   o f   F un dam en t a l ) 0 20 0 40 0 60 0 80 0 10 0 0 0 0. 2 0. 4 0. 6 F r eq ue nc y   ( H z ) F u nd am e n t a l   ( 50 H z )   =   6. 82   ,   T H D =   3 . 2 9 % M a g  ( %   o f   F un dam en t a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A com par a tive  st udy   a n d   e x pe rim e n t al  v a l i d a tio n on  s i n g l e ph ase  se rie s  ac tive .. . (Abda llah Be n  Abde l k ade r)  73 9 4.1.2.   Case  o f the  sa g-swell voltage:   I n   t hese   c ases   o f  sa g  a n d  s w e l l  v o lta ge ,  w e   p rove   t he  a bi l i t y   o f  the   APFS   t o  com p en sate   t h e   un ba lanc e   v o l t a ge  s a g s  a nd  sw e l l s .   F i g u re   16,  1 8  a n d  2 0   s how s  t he  pha se   v ol ta ge  s ou rc e  w i th  s a g   o f  5 0 %,   w h ic h  oc c u rre d  d u ri ng  [0. 1 4  s  –  0. 3  s].   The  thr ee  co ntr o l l e r s  h a s   c orr ected  t h e   l oa d  vo l t age   ( V lao d   RMS = 6. 87 1   V )  w ith  c om pen s at in g t h e  missed vo l t age   (5 0 %   i n  t h i s   case   re fer   to 3. 435 5  V ) .  The   sw el l  v o l t a ge  p he nom en on  is  s h o w n   i n   F i gure  1 7 ,  19  and  21 ,   wh ere  we  u sed   a  50 %  as  s wel l   vo lta ge  d u r i n g  the  sam e   t a m e   dom ai n  as  m e n t i o n ed  i n  sa g   c a s e.  T hus,  the  t h r ee  c ontro l l ers  has  als o   c orre cted   the  sw e ll  vo l t a g e  p h en om en o n   b y  i n je ct i ng  a  vo lta ge   i n  ph a s e  po sit i on   i n  o r d e r  t o   m it ig at e   th e   ov er-v ol t a g e   ratio ( 50% in this case r e f e r   to  3 .4355 V) .           Figure  1 6 .  Simu la tio n v o l t a g e   w a vefor m e s  for P I Con t r o l l e r     F i g u r e   17.  S i m ula t io n v o l t a g e   waveform es  f or PI   C o ntroller     F i gur e 1 8 .   S i mula t i o n  v ol t a ge   w a vef o rme s  for  fuz zy c on t r o lle r          F i gur e 1 9 .   S i mula t i o n  v ol t a ge   w a vefor m e s  for  fuz zy c on t r o ller   con t ro l l er    Fi g u r e 20 . Si mu l a t i o n   vo lt ag e  w a vefor m e s  for   sliding m ode   co nt rol l e r    F i gur e 2 1 .   S i mula t i on  v o lta ge   waveform es for  sliding   m o d e   con t ro l l er      4.2.   Exp e r i m e nt al   results   The   e x per i m e nta l   r es ults   t o  val i da te   t he   s im ulat i o n   t e sts   an d  i m p ro ve  t he   r obus t n ess   o f   t he   u s e d   con t ro l  m e t h o d s.   A s  i n   s im ula t io n,  t he  e x p erim en tal  re sul t s  are   d is cu ss ed   s ep a r a t ed   i n   e a c h   p h e n o me n on  (sag- s w e ll   a n d   h arm o n i c s  vo l ta ge  case s ) .   The   e x p e rime nt a l   t es t  has   r ealize d   a n d   e l a bora t ed  i n  S m art  G r id   a nd   R e n ewab l e   E ne rg i e s  Lab o ra tor y   ( S G RE-La b )  in  t he  U n i versi t y  of  T A H R I  Mo ha me d-Bé c h a r -A lger i a .  The  expe r i me nta l   p r o tot y pe   inc l ude s  a  dS P A CE  car d  11 04   p la tform   Texa s  In st r u me nt  w i t h   a  T M S 32F 24 0   D S P   c o nnec t e d   w i t h  a  P C   (P entium )   i n  or de r  to  e na ble   a u t o m a t i c i m p l e m entat i on  o f  th e   c o nt r o l  m e th ods  d irec tl y fro m   M a tla b  S i m u l i nk  as il l us t r ate d  i n   F i gure  22.    Th us,   the  tes t   b e n c h   c o n s i st s  of  a   v o l ta ge   i n v e r ter,   a n  ind u c t o r,   a n  in jec t ion  trans f o r mer,  H a l l  curr ent/ volt a ge sens o r s , linea r  load  a n d  a  program me d sou r c e .      0 0. 0 5 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 4 5 -1 0 -5 0 5 10 (A ) Sour c e   v ol t age 0 0. 0 5 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 4 5 -1 0 -5 0 5 10 (B ) I n j e c t ed   v ol t a g e 0 0. 0 5 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 4 5 -1 0 -5 0 5 10 Ti m e (C ) Load  v o l t ag e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -20 -10 0 10 20 (A ) Sour c e   v ol t age 0 0. 05 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -10 -5 0 5 10 (B ) I n j e c t ed  v o l t age 0 0. 05 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 25 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 45 -20 -10 0 10 20 Ti m e (C ) Load  v o l t a g e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -1 0 -5 0 5 10 (A ) S our c e   v ol t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -1 0 -5 0 5 10 (B ) I n j e c t e d   v ol t a ge 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -2 0 -1 0 0 10 20 Ti m e (C ) Loa d  v o l t a g e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 (A ) S o u r c e   v ol t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -1 0 -5 0 5 10 (B ) I n j e c t ed  v o l t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -2 0 -1 0 0 10 20 Ti m e (C ) Load   v o l t age 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -10 -5 0 5 10 (A ) S o u r c e     v o l ta g e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -10 -5 0 5 10 (B ) I n j e ct e d   vo l t a g e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 25 0. 3 0. 35 0. 4 0. 45 -20 -10 0 10 20 Ti m e (C ) Loa d  v o l t ag e 0 0. 05 0. 1 0. 15 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 3 5 0. 4 0. 45 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 (A ) S o u r c e  v o l ta g e 0 0. 05 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 35 0. 4 0. 4 5 -1 0 -5 0 5 10 (B ) In j e ct e d  vo l t a g e 0 0. 05 0. 1 0. 1 5 0. 2 0. 2 5 0. 3 0. 35 0. 4 0. 4 5 -2 0 -1 0 0 10 20 Ti m e (C ) L oad   v ol t a g e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :    7 3 1   –   7 43  74 0     F i gur e  2 2 :  Ex p e r i m e nta l   t e s t   ban s hee       4. 2. 1. C a se   o f   th e  h a rm on ics  v o lt a g e     The  PW M   sw i t c h ing   ga tes   was  selec t e d   1 5   KHz,   whic h  a r e  gener a te d  fr om   t he   d S P ACE,   c a r d   i n   re a l   t i m e  ex p e ri men t a l   t est s .  T h u s ,  a  l i n ea r  l o a d   w a s   s el ect e d .   A s  seen,   t h e  AP FS   h as  t he  a b ili ty   t o   mit i g at e  vo l t age  har m onic s   p r ovi de d  by  the  gr id  a n d   s u p p l ied  to  t he   c on n e c t ed   l oa d.   T he   v o l t a ge  h ar m o nic s   a r e   pr ovi de d  b y   t h e   v o l tage  i n v e r ter ,   w hic h   w as  c on nec t e d   i n   pa r a ll e l   w it h  th e   s o ur c e   v o l t a g e .   The  har m on ics   w a s  a ppl ie d  d u r i ng   [ 5. 6  s  –  6. 3  s] ,   w h er e  t h e   i n i tia l   TH D   befor e   a p ply i ng  the   co n t r o l  w a s  a bou t   4 6 . 4 %  as   show n  i n   F i gur e  24, 26  an d  2 8 .           F i gur e   2 3 .   Exp e r i m e nta l   v o lta ge   w a v ef or m e s  for   PI   c on tr ol l e r       (a)  (b )    F i gur e  2 4 .   S p e c tr al  a na lysis  o f   t he  s o u r ce  vo lt a g e  ( a )   and  lo a d   v o l t a ge  ( b)   f or   P I   c ontr o ller         F i gur e  2 5 .   Exp e r i me nt a l   v o l t a ge  w avef or m e s  for   fuz z y  co n t r o l l e r       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.