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.  1, Mar ch 20 19,  p p.  242~ 2 5 5   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 1.pp 2 42- 25 5           242    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   Rev i ew  o f th ree-p h ase i n verters  co n trol for unbalanced load  compensation      Ra ef  A bo el s a u d 1, ,   A . Ibrahim 2 ,   A l exan d e r G. Garg a n e ev 3   1, 2 D e p a rtm e nt  of El ectrical P ow e r  and  M achi n es Eng in eerin g ,  Z agazi g Univers ity,  E gypt   1, 2 , 3 Dep a rt m e n t   o f   Electri cal E ngin eer i n g , N atio na l   Research  Tom s k   P o l y t ech ni c U n ivers i t y ,  Russ ia         Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  May  5 , 2018  Re vise d O c t   2 9 ,  2018   A c c e pte d   D ec 11,  2 0 1 8       In  t h e   m i c rog r id  s yst e m s ,  t h re e-ph ase  in verter   b eco m e s  th e  m a in   pow er  elect roni c  i n t e rfac e   f or  r enewa b le  d istri b u t ed  e nerg y  resou r c e s   ( D E R s ),   esp eciall y   f or  t he  i s l an ded   micro g ri ds  i n   w h i c h   the  po wer  qual i t y   i s   easily  af f ected  b y   un b a l a nced   a nd   n on l i n ear  l o a ds,  t h is  i s  du e  to  t he  fa ct   t hat   the   vo lt age  and  f r equ e ncy   o f   t he  m icrog r id   a re  n o t   s u ppo rted   b y  th e   m ai n  po w e r  gri d   but   d eterm i n e d  onl y  by   t h e   i nvert ers.   T h e refo re,   t h e  co m p e nsa t io n  o f   t he   lo ad  u n b alan ces  a nd  harm o n i c s  in  a ut on o m o u s  m i cro g rid  inv e rters   a re  get t i n g  more  a tt enti on  i n  power  quality  r esearch  a reas.   T h e  mai n  p u r po se   o f  th is   p aper  i s  to  r epresen t   a n  o v erv i ew  o f   t h e  co ntro l  strateg i e s  of   v a r iou s   in vert ers   f o r un b a lan ced l oad   com p ensatio n.   K eyw ord s :   Control   Inver t e r   Loa d   unba lanc e s   M i c r ogr id   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:   R a ef Ab o el sau d ,   D e pa rtme nt   o f  El e c t rica l   P o w e r a nd Mac h i n e s  Eng ineer i n g ,    Za g azi g   Uni v ersi ty , Eg yp t.  Em ail:  rsahm e d@e n g. zu. e du. e g       1.   I N TR OD U C TI O N    To da y,  R ene w able   E ner gy  S ource s  (R ES s)  s uc h  a s   p h o t o v o l taic   s o l ar   s ys t e ms,   w i nd  t u rb ines,  fue l   ce l l s,  h y d r o po we r  turb ines,   e t c  be com e   a   p a r t  o f   f u t ur e  p o wer   g ener a tio n  sys t em s  [1] – [4]  wh ic h  a r e  use d   i n  mic r ogri d s  a s   D istri b ut e d   E ne rgy  Re so u r ce s  (D ERs)  a nd  t h eir  ap p l i cat i o ns  a re  p rom i si ng  a p proa c h es  t o  c o pe   w ith  t he   e nv i r onme n ta l   a n d   t e c h n i ca l  pro b l e m s .  Many   r e s e a rc hes  a r e   p r e s ent e d  fo r  d e vel o pi ng   m i c ro gri d s  t o   enha nc e  e n er g y   e ffic ienc y,  i m p r ove  p ow e r   qua li ty,   reduc e  tra n sm iss i o n   l osses,  a nd  decr ease   con s ume r    price s   [ 5]–[ 7].  M i cr o g r i ds  c a n   b e  c l ass i f i e d   i nto  tw o  m a i n   c la ss i f ica tio ns :  gri d-co nne c t ed  m i c ro gri d s  and  s t an d- alo n e  m i c r o g ri ds  [ 8].  The  grid-c onne c t e d   m ic ro grid  c a n   o p e ra t e   e i t h e r  a  g r i d - c o n n e c t e d  m o d e  o r   a n  i s l a n d i n g   mode   [ 9].   The   e f ficie n t  o p e r ati o n  i s   t he  k ey   c o n tr ol   i s s ue   i n  t he   g r i d-co n n e c te d  m ode   w he n   the   ma i n   pow er  gri d   s u ffe rs  f ro m   abnor ma l   c o nd iti o n s  the   mi cr ogri d   i s  c o nve rte d  t o   t he  i s l a n d i ng  m o de  a nd  the   v o lta ge  a n d   fre que nc y  co n t rol  be c o m e   t he   m ain  i s s u e in  t hi s  m ode.   O n   t he  o t her   ha n d ,  t h e   s t a nda l o n e   m i c rogri d   i s  a l w a ys  opera tin g  i n   t he  i sla n din g   m ode  w i t ho u t   c on nec tin g  w ith  t he  m ai n  p o w er  s ys t e m  b e cau se   i t   i s   u su al ly   in sta l led  in  t he r em ot e   a r ea s  such  a s m o u n t a ino u s  are a s or  i sl a nd w i th out  t he  pow e r  grid  [10].  The   D E Rs  i nc l ude   p rime   m ove rs  a nd  c o n v e r sion  i n ter f ac e s .  The   ou t p u t   o f  the   prime   move rs  i s  D C   f o r m  ( s u c h  a s   P V s ,  f u e l   c e l l s ,  b a t t e r i e s ,   e t c . )   o r  A C   f o r m  ( s u c h  a s   w ind  g e nera tor s ,   mic r ot urb i ne   g e n er ators)  bu t  u s ua l l y  c o nve r t ed   t o  D C   f orm a t  firs t.  T he   i n v e r ters  a re  u se d   a s  t h e  i n t e r f a c e s  b e t w e e n  t h e  p r i m e  m o v e r s   and  the   l o ca l  A C   b us of  the   m i cro g rid.  The  m a i n fu nc ti o n  of t h e  i nve rt ers is the  p ow er  tra nsfer  an d c o n t r o l .   Th e  po wer  q u a l i t y   in   a u t onomo u s   m i c ro g r id s  ca n   b e   a ff e c t e d   u n d e r  u n b a l a n c ed   a nd   nonl in ea r  lo a d s,  th i s   i s  d u e  t o   t he   f a c t  tha t   t h e   vol ta ge  a nd  fr eque nc y    a r e   not   s u p p o rte d   by  the  uti l i t y  [1 1].  U nbala nc e d   a nd   harm on ic-di s t o rted vo l ta ge ca n  ca u se se v ere   pro b lem s  on e q u i pme n t  su c h   as  vi b rat i on ,  ov er-v ol t a g e ,  ove rh e a t   and  s o   o n.   T he   p r oble m s  of  l ow   pow er  qua l i t y   i n  m i c r o g ri ds  c a n   be  m it iga t e d   b y  u s in g   a c ti ve  p ow e r   f i l t ers  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Rev i ew  of  t h ree-p h a s e i n v e rt e r s   c o nt rol   fo r  un ba l a n ced  l oad  co mp en sa t i on  (Ra e f  Abo e l s a u d )   24 3 (AP F s)  w hic h   c ompe n s ate   th e   l o a d   u n b a l an ce s  an d  harm o n ic s  by   c o mp en sat i ng   t h e   n eg a t iv e - se qu ence   a nd   harm on ic  v olta ge   a n d   c urrent s  t h r o ugh  c o u p l i n g   trans f o r me rs  [ 12 ].  H ow e v er,   it  is  u nec o nom i c   t o i n s t a l l  e x tra  A P F s   f or   e a c h   of  t he  D E R   i n  m i cro g ri d.  O n  t h e  othe r  han d ,   t h e  i nve r t e r   f or  e ac h  D E R  ca n  b e   u sed  t o   com p en sate  t h e  load- di s t ort i o n  by m e a n s of  a  pr oper  con t ro l [1 3 ],  [14].  Th is  p a p e r   s h o w s   a n  o v ervi ew   o f  the  c o nfi gura t i o n s   a nd  t h e  c o nt r o l   strate gi e s   o f  t h r ee- p h ase   in verter s  a s   a   p ar  o f  D E Rs  f or  l oa d  un b a la nce   c o m p e n sat i o n s.  T h e  p a p e r  i s   o rg an iz ed   a s  fo llo w s.  S e c t i on   2   gi ves   a  c o m p ara t i v e  r e view   o f  var i o u s  inve rt er  t o p o l ogie s   u sed  un der   s y s t em   unba la nc i n g  c o n d iti on   w h i c h   i s   fo l l ow e d   b y  a  descr i pt i on  of  a va ila ble   c o n t r o l   stra te g i e s   f rom  the   u nba la nced  l oad  c o m p ensa t i o n   p o i n t   o f  view   i n  sec t i o n  3.  C ompar a ti ve  a na l y sis  of  c on tro l   s t r uct u res  a nd  som e   s ug ges t i o ns  f or   t he   f u t ur e  re se ar ches   are   put forw a r d  in S ecti o n 4.  S om e   conc l u si ons a re  g ive n  i n S e c tio n 5.       2.   INVERTER TOPOLOG I E S   I n   t h i s  pa per,   t w o   c omm only  use d   t w o -le v e l   i n v erte r  t o p o l o g i es  are   disc u ssed  bas i ng  o n   t he  n um ber   o f  p rovi din g   wi re s.    2.1.    T h ree-phase  thr ee- wire  inver t er  t opol og y  H o w e ver,   t he   vol tage   u n b a l a n ces  a nd  har m on ics  c o m p e n s a ti o n   a bil it y  c a n  be   a c h i e ve d  b y   p r o p e r  c o nt rol   o f   t h e   3   l e g   V SI.  Th is  t o pol ogy   i s  le ss  in t e re sti n g   fo r   t he  l ow -vo l t a ge   d istri b u t ion  n e t w or ks  i n   w h ic h  [1 5]  a   n e u t r al  c on nec t i o n  i s   u sed  to  a ll ow   t h e   c irc u la tio n  o f   z er o  se que nce   c u rre nt   c omp o n en ts.  A lterna tive l y  one  c a n   u se  t h e   t hr ee- l e g  in v e rte r   w i t h  a  D - Y   transfor me r  [1 6]  or  z i g za g  trans f or me r  [1 7]  w hic h   i s  hea vy  an d  cos tly  a n d   t h u s   not  d e s i r ed  i n  ma ny app l ica t i ons.    The   ze ro  s e q u e nce  curre n t   c om po ne nt  w ou ld  b e  f ilter e d  i n   t he  z i gzag  t r a nsform er  o r   c i rculating  in  the  D   w i n d in g  of  D - Y   t r a nsfo rm e r   a nd  the  c o n t ro l  circ ui t  o f   t he   i n v erter   w o u l d  on l y   h a v e  t o   c om pe ns ate  t h e   un ba lanc e s  fr o m  negati ve  s e q uence   c u rren t s.    2.2.    T h ree-phase  four -wire   inve rte r  t opolog y   2.2. 1. C ap acitor  mid p o in t  top o lo gy   Ca pa ci tor   midpo i n t   to p o l o gy ,  show n  i n   Erro r!   R efere n ce  s o u rce  n o t   fo und. ,   i s  t h e  s i m p l e s t   to pol o g y   w i t h   t he   l ea st   n um b e r  of  s w i tches.   T he   n e u tral  i s  c o n n e c t ed   t o  th e   mid poi nt   o f   th e   spl i t   d c -l in k   ca paci t o rs.  A not her  a d van t a g e  is  t ha t   t h is  t o p o l ogy  a c t s   a s  thr ee  si n g l e - p h a se  h a l f-bri dge   i n v erter s ,  thus   e a c h  l e g  of   t h e   i nv ert e r  o f   c a n   b e   c o nt roll e d   i nd ep e n d e n tly   [ 18 ].  T h e  m a i n   d isa dva n t age   o f   t hi s  t opo l o gy  is  i n  th e   expe ns i v e  an d  large   c a pa c i t o r   w h ic h  is  r equ i red  to  ach ie ve   e qua l  vo lta ge   s har i ng  be tw e e n   t he   s p l i t   c apa c i t o rs   [1 9].   A n o t her  w e a k n e ss   w i t h   thi s   c onfig ur atio n  i s   t ha t  u nde r  se vere   u nb alance d   an d  non l i nea r   c o n d i t i o n s,   a   large   ne utra l   curr ent f l ow   t h r ou g h  the ne u t r al pa t h  an d c a u s es  a pe rturbat i on i n  t he  c on tr ol sc h e m e .           F i gure  1.  C a p a c it or m idp o i n t  to p o l o gy       2.2. 2. Th ree  H-b rid g e   in ver t e r   Th is  t y p e   o f   pow er   c on vert er   c onsis ts  o f  t h ree   si n g le- pha se   H - b ri dg es  t o  inte rfa c e   w it h  t h e   in div i dua l  ou t p u t   p hase s,   w hich  a re   c ou ple d   t o  t h e  l o a d s  w ith  a n  iso l a t ion  trans f or me r  a s   s how n  i n   Err o r!  Ref erence   so urce  n o t   f o u n d . .  Th i s   t opo logy   h a s   b e e n   p ro po sed   fo r  f our-wi r e   a c t i v e   p o w er  f i l t e r i n g  [20] ,  [2 1].   Com p ar ed  t o  the   othe r  t o p o l o g i es,  th is   t o p o l og y  ha s  adva n tage s  lik e  low e r   dc-li n k  v o lta ge   r equ i rem e nt   for  a  g i ven  o u t p u t   v o ltage ,  w h ic h  i s   h a l f  as  c ompa red  to  a   c a p a ci t o r  m i d poi n t   i n v erter .   A lt ho u gh  the   hi g h er   numbe r  of  d e v ice s   i s  re qu ire d   i n  t h is  pow e r   c on ver t e r ,   t h e  ou t p u t   v ol ta ge  o b t a i ne d  is  e q u i va le nt   t o  t h e  t h ree - leve l   i n ver t e r   r esulti n g   i n  b e tter   harm on ic   p r o f i le   a n d   r e duce d   r e quir e me nt  f or  p as sive   f i l t e r s.  H ig h e r  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     24 2 –  25 5   24 4 re l i a b ili t y   c a n   b e  ac hi ev e d   s in ce   e ac h   p h a se  i s  ind e p e nd en t  a n d   dur in g  a   fa ul t   in  a ny  o n e   phase ,  the   o t h e r   tw o  pha ses  can  s til l   source  pow e r  to the   gr id [ 22].          F i gure   2.  Thre e -H - b ridge i nv er t e r      2 . 2 . 3 . Fo u r - l e g   0 202  I n   t his   t o po l o g y ,   t h e   ne u t r a l  li ne  i s  c o nne c t i n g   t o   t he   m i d p o in t  of  t he   a dd it io na l  f o urt h   l e g ,   as  s h o w n   in  F i gure   3.  T he   m a i n  ad va n t age   of  t h i s  c o nfi gurat i on  i s   t ha t   i t  does  no t   nee d   t o  u til ize   la rge  a nd  e x p e ns iv e   ca paci t o rs  a n d   p r o vide   l ow e r   r ipple   v o lta ge  i n  the   D C -l i n k   c a pa c i t o r  [23].   M o r e over,   t he   m odu la tio n  in d e x  is   abo u t   % 1 5   h ighe r  in  c om p a ri son  w i th  t he  s pl it  D C -l in k   [ 1 8].  H o w ev e r ,  Th e   ext r a   t w o   swi t ch es  a re  r e s ul ti n g   in  h i g her  cost   m ore   com p li cated  c on tro l   [ 2 4 ].  T he  m a j or  d isa d va n t a g e  o f   t hi s  to pol ogy   i s   t h e   n e e d   f o r   isola t io n tra n sf orm e r(s) ,   w hi c h  m ay  n o t   b e d e si r e d i n   m a n y   app l ica t i o ns.          F i gur e 3.  F our-leg  i n v e r ter  top o l o gy       2.2. 4. Fou r  l e g imp e d a n ce sou r ce  in v e r te rs (Z S I)   O n e   o f   t he   m ain   l i mi tat i o ns  o f  t h e  V S Is  i s  t h a t   t he   D C  in pu t  v o lta ge  m u s t  be   g rea t er  t h a n  the   pea k   val u e  o f   t he  l i n e- to-li n e  o u t p u t  vo l t age .   S o  a   dc-dc   b o os t  con v erter  is  n eeded  for  all  DC  p rime  m over s ,  such  as  g rid-c o n n ec t e d  ph o t o v o lta i c   ( P V )  gener a t i o n   a n d   f ue l  c e ll  po w e r  c o n v e r si on,  i n  w h ich  a   low - v o l t a ge  d c   source   h a s  to b e  bo o st e d   t o  a   de s i r a ble ac o u t pu t v o lta ge   [ 2 5 ] .  Mo r eover ,  D ea d   time   is  r equ i red to pre v e nt the   sh oo t - t h rou gh  o f   t h e   s wit c h i ng   d evi c e s   o f  ea ch  i nvert e r   l eg ,  t h is  r esul t s   i n  di stor tio n  i n   o u t p u t     vo lta ge w a v e f o r m  [26].   The s e  lim i t a t i o ns  can  b e  s o l v e d   by  the  Z-so urc e   i nve rter s  (ZS I s )  [27]  i n  w h i c h  t h e   dc -d c  in put  s ta ge   is  r ep lac e d   w i t h   a  s p ec i a l  L C   Z -n e t w o rk  a s  sh ow n   i n   F ig ure  4.   T h e   Z S I   c a n   p rovid e   o utp u t   A C   v olt a ge  grea ter  t h a n   t h e   a v a il a b l e   d c   l i n k   v ol ta ge  [ 28] .  The   Z- ne t w ork  ca n   bo os t  the   dc   v o l t a ge  b y   me ans  of  t he   sho o t- thro ug h  ze ro  s ta t e   o f  th e  in verte r   s w i t c hi n g   c yc le   i n  w h i c h   s h o r t - c ir cui t   acr oss  the  dc  lin k  i s   c r e a t e d   b y   clo s in g  tw o   swit c h es  i n  one   l e g   s im ulta neo u s ly.   In  t his  ca se ,  e nergy  is  t ra nsfer r ed  t o  the   Z- netw ork  fr o m   t he   ca paci t o rs to t h e  ind u c t ors,  caus i n g  a  bo o sti n g in  t he  dc  v o l t a ge.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Rev i ew  of  t h ree-p h a s e i n v e rt e r s   c o nt rol   fo r  un ba l a n ced  l oad  co mp en sa t i on  (Ra e f  Abo e l s a u d )   24 5 The   ZS I  has  som e   s i g n i fi c a n t  dr aw bac k s ;   n am ely  t h a t   i n   t h e  b o o s t   m o d e  m a k e s  t h e  i n p u t   c u r r e n t   di sc o n t i n uo us  a nd  t h a t   l ar ge   c apa c itor s   a re  n e e d e d  t o   s us t a i n   a   h ig h   vo lta ge .  The   q u a s i-Z- sour ce  i n ver t e r   (qZS Is) is c ons i d e r e d   a s a   soluti on f o r th is d ra w b acks  [2 9].              (a)  ( b )     Fi g u r e 4 .  (a )  Z -s o u r c e   f o u r-l eg  i nv e r t e r t opol ogy , (b ) Th e   q Z S  four-le g  i n v erter   to po lo gy       2.2. 5. F o u r  l e g mat r ix c on ve r t er  (M C )  I n   c a s e  o f   v ari a bl e   spe e d  ge n e r a tion   syste m s,  s uch  a s   v ari a ble   spe e d  d i e s el-dri ve n  or  w in d  turb i n e  P e rm anent   M a gne t S y n c hron ous  G e n era t or  (P M S G ),  the  g ener at or i s  connect e d to  a  bridge r ec tifie r or  a 3-le g   V S I   a s   f irst   c onve r tin g  s t age  a n d   t h e  sec ond   c onve rt ing  sta g e  i s  perfor m e d   b y  a  4-le g   vo lta ge  s o u rce   in ve rter   (VS I )  at  t he   o u t pu t  [3 0],   [3 1].   The   4- l e g   V S I  is   u til ize d   f or   p r o vid i n g   a   n e u tra l   c on ne c t i o n  to   t he   l oa d.   T hes e   tw o  V S Is  a re   p rese n t e d   a s  7 - leg  back- t o- ba ck  t o p o l og y  w h ic h  ca n   b e  repla c e d   by  a  4-le g  ma t r i x   c on ver t er  (MC),  as  s ho w n   i n  F i gure   5  [3 2 ] .  This   t o p o l ogy  pr o v ide s   b i-d i re c tio na l  p o w e r  flow   a n d   c on trol la bl e   sinus o i da l  inp u t / out pu t  c u rre nts  [3 3].   The   a b se nce   o f   t h e   D C  L i nk  ca pa ci tor   is   c o n s ide r ed  a s  the   m a in   adva n t a g e  of  M C  m a ki ng  th e  MC  m or e  robus t  an d  rel i ab le  a n d   s av i ng  the   spac e  o f   M C  [34] ,  re sul t i ng  in  a   bet t er  o ve rall  e f f i c i e n c y .   Bu t  the   ma in  d isa d va n t a g e  o f   M C  is  t ha t  t h e   ma ximum   o u tp ut  v o l t a ge  i s  lim it e d   t o  a b out   8 7   %  o f   t h e   a v a i l a bl e   in put   A C  vo l t a g e .  M o re ov e r ,  i t   i s  p a r t i c u larl y  se ns iti ve  t o  t h e  d i s t ur ba nce s   o f  t h e   in put  v olta ge  [33] .          F i gure  5.  A  4-l e g  m atrix c onv e r ter      A  c o mp a r i s o n   b et we en   t h e   f ou r  wi re   i n v ert e r  t opo log i es  i s  p r e s e n t e d   i n  Ta bl e   1.  I t  is  g e n era lly   conc l ude d t h at  e ach top ol o g y   ha s it s ow n  a d van t a g es a nd  disa dva n t a g es, a n d   the r e is n o t o p o l o gy ca n  be  use d  for  all a p p l ica t i ons.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     24 2 –  25 5   24 6 Tab l e 1.  Comp a riso n of  t hr ee- pha se  f o u r-w ire   inver t e r  to p o l og i e s    C a p ac itor m i dpoint  F o u r - le g  V S I  T h ree   H- B r idge   Inve rte r   Fo u r  le g  ZS I   F o u r  leg  M C  Pow e r c onve rsion  D C -AC  D C - A C  D C -A C   D C -A C   A C -A C   I s ol a tion  tra n sf orm e r   no   n o     n o   no   N o .   o f  sw itc h e d   6  8  12   8   12  bidi r e c tiona l   Inp u t  ca p a c itor s i ze   V e r y   hi gh  m e diu m   l ow  h i gh  N o   n ee d   output  v olt a g e  a s a   pe rce n ta g e   o f   inpu t  volt a ge   < 50%  o f  input  D C   Volta g e   < 60%  o f  input  DC volta g e   <   10 0%   t he  i nput  D C   volt a g e   C a n   be   g ra te r  o r   le ss  t h a n   i nput  DC  Vo l t a g e   <  87  %   of   i n put   A C   volta ge   D e sign c o m p l e xi t y   l ow   h igh   m e diu m   h i gh  high   Si ze /wi ght  m ediu m   low   hi gh  m e diu m   l o w   A pplic a t i on i n   D ER  Se c ond  st a g e   c onve rt e r   f or   a ll  ty p e s of  DER  S e c ond  st a g e   c onve rt e r   f or  a ll  ty p e s of DER   Se c ond  st a g e   c o nve rt e r   f or  a l l   ty p e s of  DER  Si n g l e s t ag e   c onve r t e r   f or  P V   an d   f u el  c el l   DE R   Si n g l e s t ag e  c onve r t e r  for  V a r i ab l e  sp e e d  d i e se l  a nd  w i nd  DER       3.   CONT ROL S T RATEG IES  UNDER  UNBALANCE LOAD   CONDIT I ON  The   a v ai la b l e  c o n t r o l  s t rate gi e s   o f   thr ee- pha se  t wo- l eve l   i n v er t e rs  f o r   c omp e n s at i n g   lo ad   unb al an ce  in m i c ro gri d s a r e  i l l u st r a ted  in   t he  fol low i n g  sub sect i o n s .    3.1.   S ymme tric a l   c omp o n e n t  b ased  c ontr ol   s trat egy   S y mm etric a l  se que nce   dec o m pos i t i on  (S S D )  is  u se d  m a in l y   i n  p o w e r  elec t r i c   f au l t   a nal y s i s  [ 35].   The  S S D   i s   a ble   t o   r epre se nt  t he  u nba la n c e d   t hre e -p ha se   s i gna l  ( v o lta ge/c urre nt)  as   a   s um   o f  p o s i tive ,   nega t i ve  a n d   z er o  se q u ence s.  T he  p os i tive   and  ne ga ti ve  c ompo ne n t s  a r e  t h r e e - p h a s e  s y m m e t r i c a l  s i g n a l s ,   wher eas  t he  z er o  seq u enc e   i s  a  sin g l e-p h a s e   one.   In  t e r ms  o f  co n t rol l e r  de sign,   t he  c on ve nti ona l  c ontr o l   st r a te gy  uses  v ol t a ge  a n d   c urre n t   d q 0 -c omp o n en t  i n   a   r e f er ence   f r ame  ro t a t i n g   at   t h e   f un d a me nt al   f requ e n cy  (ω ).  If  the   loa d   i s  ba lanc e d ,  t h e  d-  a n d   q -c om po ne nt s  are   dc   q u ant i t i e s  and   t h e  0 - co mp on en t  i s   a bsen t .   U n d e r  u n b a l a n ced   c on dit i on s,  t h e   n eg a tiv e  se qu ence   a p p e a r s  as   a   d i s tu rba n ce  i n   d   a n d   q   c ompo ne nt  a t  a   fre que nc y  of  2 ω.   T his  is  b ec au se  t he   d q 0   r efe r enc e   fra m e   i s   r o t at i n g   i n   t he   p osi t i v e  di r e c t i o n  a t   a n  a n g u l a r   f re q u e n cy   o f  ω ,   w here as  t he   n e g a t ive   se q u e nce   dist urba n c e  rota te s  a t   a n   an gu l a r   f r e q u e n c y  o f   ω   i n  t h e   o p p o s i t e  d i r e c t i o n .   In  t h i s  c a se,   the  ze ro  s e q u e nce   ap pe ars  at   a   f r e quenc y  of  ω   i n  t h e  0 - com p o n en t,  b eca use  t h e  ze ro-a x i s    is  s ta tio na ry.  I n   [ 36],   a  c ontro l  s t ra t e gy  b a sed  o n   s ym me t r i c a l   s e q ue nc e  de c o m p o s itio n  i s   p ro po sed   t o   c ont rol  fo ur- l e g   i nver t er .  The   pro pos ed  c on tro l   m et ho d  i nde pe nde nt l y   r e g u la tes  t h e  t h r ee  se que nce s   c om po ne nt s  o f   loa d   v o l ta ge s  a nd  c u rren t s.  E a c h  c o m p o n e n t  is  c o n tro l l e d  in   o w n   dq  re fe re nce   fram   a s  dc   s i gna l   [ 37].  F i rstl y,  t h e  sy mmet ri c a l   co mp on en t s   o f   th e   u n b a l a n c ed   v o l t a g e s  a n d  c u rre nt s  a r e   d e riv e d  in   t hre e   c h a nn e l s  fo r  each  com p o n e n t   w h ic h  is  t he n  tra n sfer red  i n to  t he   dq  refere nc e  fra m e   s o   t h at   t he   c o n t r ol   v ari a b l es  c an   b e  a d j u st ed  in de pen d e n t l y   i n  thre e  differe nt  s e q u e nc e  c o m p o n e n ts  a s  show n  i n  F i g u r e  6.  T he  f irst   c ha nne l  co ntr o ls  t he   pos it ive   se que nc e  of  v o lta ges   an d  c u r r ents   i n  a   p o s i t i ve   d q   re f .   fram e ,   w h ich   ro tate s  c o u n terc loc k w i se,  w h i l e   the  se co n d   c ha nne l  r e g u l a t e s   t he   n e g a t i v e  se que nce   of  v o l t a ge s  a nd  c u rr ent s   i n  a  ne gat i v e  refere nce  fra m e ,   w h ic h  ro ta te s  cl ockw ise  a t   t he   s am e  a n gula r   f r e que nc y.   T he  t hir d  c h an ne l  a l s o   c ompe n s a t es   t he  z ero   seq u enc e   vol ta ge s  a nd  c u rr ent s   i n  a   ne ga t i ve   r efe r e n ce   fram e ,   t his  c a n   b e   d one   a f t e r   a pp ly ing  s p a t i a ll y  di sp lac e d   a t  1 20  deg.   f or  t he   z ero  seq u e n c e   s eque nc e   [38].   F i na l l y,   t he   c onve n t i o nal   P I   r egu l a t ors   a r e  a p p l ied  to re g ul a t e   t h e  vo ltage  and  c urre n t  l oo ps.  The   i d ea   o f t h e   SS D  ha s bee n  de v e l o p e d   u si n g   t he com b i na tio n o f   s yn c h ron o u s   a nd   s t a t i on a r y   f r a m e   con t ro l  stra te g y   f or  a   f o u r- l e g  ma t r ix  c on ve rter  i n  [3 2].  The   s ug g e st ed   s ch eme  i s   p a r t l y   si mi l a r  t o   t he  pro pose d   c o n t rol  i n   a   g r i d- in t e r f ac i n g  p o w e r  qua lit y  com p e n sa to r  us i ng  t h re e-pha se  f o u r-le g   V S I   i n  [4 0 ]   a nd   three   le g  V S I  in  [ 41].  I n   t he   p ro pose d   c o n tro l   s trateg y,   t he   p o s i tive   a n d  ne ga t i ve  c o m pone n t s  of  t he  l oa d   vo lta ge   a r e   r e gula t e d   w it ho ut   t he   n ee d   o f   c a l c u la t i o n   t he  s ymm e tric a l   c om po ne n t   d e c om p o s iti o n .  Tw o   sy nc h r ono us  r e f e r en c e   f rames   a r e  u s ed ,  on e   i s   r o t a t i n g   c l ock w i s e   a n d   th e  ot h e r  i s   r ot a t in g  c oun t e rcl o ck wi se   i n   o rd er  t o   con t ro l   th e   p o s itiv e   a n d  n e g a t i v e  se qu e n c e   re sp ec ti ve ly.  T w o   n o tc h  fi lter s   a r e   u se d   t o   f il te r   the   nega t i ve   s e que nc e  vo lta ge s  fr om   t he  pos it iv e  seq u e n c e   s ync hro n o u s   r ot a t in g  f r ame  and   th e   p o s it i v e  se qu en c e   vo lta ge s  fr om   t he   n e g a t i v e  se que nce  fr am e  as  s h o w n   i n  F i gure  7.   T he   z e r o  com p o n en t  o f   t he   l o a d  v o l t age   is  regu la t e d  by  a  sepa rate  r eso n a nt  c o n t r olle r  (RC)  i n  the   s t a t io n ary  fr am e;  w hile  t w o   P I  c o mpe n sa tor s   a re  u se d   for  pos it ive  an d ne ga t i ve  se q ue nce  v o l t a ge  re g u l a tio n.    I n   [ 39],   fo ur-leg  V S I   i s  em p l oye d   as  l oad   u nba la n c e  c o mp e n sa t o r   ( LUC ) .  Th e  co nt rol   co mp e n sa tes  the   un ba lanc in g  c u rre nts  of  t he  s ta nda l one   m icr ogri d   b y  i n j e c t i ng   t he   u nba la nc e  c u r r ent   r e q u ire d   f or   t he  loa d s. Eac h  ph ase curr en t of  t h e  m icro gr id  i m g_a , i mg _b , and  i mg _c   is tra nsfor m e d  i nt o a   ro ta ti n g  d– q -0  co o r di nate   i m g_d ,  i mg_ q ,  an d  i mg _0 .  In  t hi s  case ,   t he  f u nda me nta l   p os iti ve  s e q u e nce   c u rre nt   h a s   D C   v a lu e   whil e   th e   un ba lanc e   c u rre nt  c om p o n en t s ,  posi t i v e  a n d   ne ga t i ve   c urre nt  s eq ue nc es,  h a ve   a c   va l u e s   a nd  ar e  co nside r ed  a s   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       Revie w   o f   thre e- ph ase  inve rte rs c o n t ro l f o r u n b a l a n ce d lo a d  com p e n s a t i o n ( R aef Ab oe ls au d)   24 7 ha r m onic s   i n  d q   r efe r enc e   f r a m e   w hich  a r e   e xtr a c t ed  b y  usin g  lo w  pa ss  f ilter   ( L PF )  as  s how n  i n   F i gur e   8.  I n  the  pr op ose d   c on tr o l   s ys t e m,  thr e e   P I  contr o ll e r s  a r e  used  t o  r egu l ate  d – q - 0   c ur r e nt   c om p one n t s.            F i gur e   6.   C o n t r ol   s t r ateg y  bas e d  on  s y mm etric a l  com p o n e n t s  in  [3 6 ]   F i gur e   7.   T he   p r o pose d   c o n tr ol  s tr ateg y  f o r   4- le g  M C   i n  [ 3 2]           F i gur e  8.   T he  p r o pose d   u nba l a nc e  com p e n sa tor   in  [ 3 9 ]   ( a )  c o n t r o l  a l go r i t h m ,   ( b)  C ur r e nt  c on t r o ller       P o w e r   qual ity  i mpr o vem e nt  t hr o u g h   t hr ee - l eg  V S I   b a s ed  b at ter y   i nv e r t e r s   i n   mi cro g r i d s  i s   p ropo se d  i n   [ 42 ].  T h e   p ro po se d  c ont rol   st rat e gy   d e v e l o p s   a n  Unb a la n c e d   C ur r e n t   ( U C )   a n d   H a r m onic   Cur r e nt   ( H C )   c o mpe n sa t i on  us in g  bat t e r y  i nver t er s  base d   on  t h e  s t r u ct ur e   of  Pr o port i o n a l - R e s o n a n ce  ( P R)  c ontr o l l er  i n   sta t i o nary  r efe r enc e   f ra m e   [ 4 3 ] .   For  m i cr ogrids,   t he   b at terie s   c a n  be  u se d  no t  o n l y   f or   p e a k   s hap i ng  b u t   a ls o  f o r   p o w e r   qua lit y  im pr o v em ent.  T he  t r a n s fe r   f u nc tio n  o f   a   P R   co n t r o l l er   i s  sh ow n  in F i gur e  9,  w her e  K p  is   th e  pr opor ti ona l  g a in   a n d   K ih   i s   t h e  r e so na nce  g a i n   f or   eac h  ha r m onic  or de r .   T he   c on tr o l   s tr uc tur e   i s  a l so  s how n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94    I nt  J  P ow   E l e c  &  Dr i  S y st,   Vol.   10,   N o.   1 ,  Mar c h  2 0 1 9   :     24 2  –   255   24 8 in   F i g ur e   9,   w her e   o nly  fir s t  or der   an d  sec ond  or der   c o n t r o l l e r   a re   d ra wn .  T h e  ref e re n c e  cu rre n t s   o f   the  pr opose d   c on t r ol   ( i α_ r e f  and  i β_ re f )   a r e   the  ne gat i v e  seq u e n c e   a nd  ha r m on ic   c ur r e nts  of   t he   m icr o g ri d   i n   α β   r e f e re n c e   f r ame.  A   s i g n a l   c ond iti oni ng   u nit   is  u sed   t o   e x t ra c t   t h ese s   c ur r e nt s  o f   t he   m icr ogr id  m a i n  c u r r e nt  a s   show n  i n   F i gur e  9.          F i gur e  9.   T he   p r o pose d   c o n tr ol  s tr ate g y   i n   [ 42]   ( a )  P R   cont r o l l e r   s t r u c tu re ,   (b )   si g n a l   co nd i t i oni ng   uni t      I n   [ 1 4 ] ,   P I   and  m u lt i- Res on ant  c o n t r o l l er   a r e   c om bi ne d  i n   a   s i n g l e  sy nchr on ous  r efe r enc e   f r a m e   ( S RF)   a nd  us ed  f or   b o t h  t h e   vo lta ge   u n b a l a nce   a n d  ha r m onic   c o mp e n sa tio n.   T he   f un dam e n t a l   p osit i v e  se que nce   ( F PS )   volt a ge  is   c o nver t ed  to ‘ D C ’  un d er  t he f u n d am ent a l  p os itive   S R F .  The fun dam e n t a l   n e g at i v e - se que nce   vo l t a g e   i s   2 f 0  ( f 0   i s  the  f unda me nta l   f r e q u e n c y )   ‘ A C ’   c om po ne nt  u n d e r   t he  s a m e   S R F.  The  typ i ca l  vo l t age  ha r m onic s   s uc h  a s   t he  5 th,   7 t h,   1 1t h  an d  so  o n   ar e  sti l l  ‘ A C’   c om po nen t s  u nde r   t h e  f u n d a m enta l   pos i tive   S R F .   T he   d eta iled   tr ans f or me d  r e sul t s  of  eac h  c o mp o n en t   f r o m   ‘ a bc’   coor di na ti o n   t o  t h e   f u nda me nta l   pos it ive   S R F   ar e  gi ven  in  T a b l e   2 ,   w h er e  ‘  +  ’   and  ‘  −   ’  m eans  positive - s eque nce  a n d  ne gat i ve - se que nce ,   r esp e ctive l y .   T he  P I   contr o l l e r   i s  r e sp ons ible  t o  r e g u l a t e   t h e  F P S   w h i c h  i s   i n  ‘ D C’   c om po ne nt.   O n   the  ot h e r   han d ,   t he   r e s onan t   c on tr o l ler s   a r e   u sed  t o   a c h i e ve  t h e  zero -err o r   t rack in g   on  th e  2f 0 ,  6 f 0  a n d  1 2 f 0   ‘ A C ’   c om pone nt s.       Tab l e  2.   C on ve r t e d   r e s ul ts  f r o m  ‘ a bc ’   c oor di nat i on  t o   t he  f u nda me nt al  po s it i v e SR F   1 s t   1 s t   5th   7th   11th   13th   17th   ...   In   a bc c oor di na tion  +  -  -  +  -  +  -  . . .   In  positi ve   f 0  SRF  0  2f 0  6 f 0   6 f 0   12f 0   12f 0   18f 0   ...       3. 2.   P er  p h ase - b a se d  con t rol  st rat e gy  The  pe r - p hase   c on t r o l   s tr a t e gy  c a n   b e  on l y   a p p l i e d   o n  the   thr e e  p h a s e  f o u r   w i r e  i n v e r t e r s  w h i c h   pr ovi de a  n e u tr a l  c on nec tio n.   H e n ce,   e ac h   p h ase  vo l t a g e a n d   c u r r e n t  ca n  be c o n t r o l l ed   i nde pe nde n tly.   I n   [ 44] ,   a  reso n a nt-filter  b a nk   i n  comb in at ion   w i th   a   P ro po rtio nal  (P )  c on tr ol le r   is  u ti lize d   t o  r e gul a t e   eac h  phas e   vo l t age  of   a n  a u t o nom o u s  thr e e- pha se  f o u r - l e g  i n ver t er   [ 4 5 ] ,   as   s how n  i n   F igur e  10.   A   nove l  m i ni m u m   l o s s   di sco n t i nuo us  P WM   m et ho d  ba se d  o n   t he  C a r r i er - b ased  3 - D   S pa ce   V e c t o r   P W M   i s  u s e d .  A  c a p a c i t o r   c u r r e n t   fe e d b ack   l oop  i s  ad de d   t o  t he  c o n t r ol   s ch eme  to   p ro v i d e   a c t i v e  dam p i n g.  F ur t h er mor e ,   a vo lta ge   f ee d - f o r w a r d   lo o p   i s  a dde d  to  t he   f i l t er   f o r   a ccur a tel y   t r a c k i ng.   T h i s  c o n t r o l   s tr ate g y   i s   a lso  use d   i n  [ 4 6]   w i t h o u t   t he   ha r m onic   fr e q uenc y  r e so nan t   f il ter   con t r o l l e r s.   3 D   space   v ec tor   P WM  i n  abc  co o r di nat i on  i s   u se d  as     PW M   t ech ni q u e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Rev i ew  of  t h ree-p h a s e i n v e rt e r s   c o nt rol   fo r  un ba l a n ced  l oad  co mp en sa t i on  (Ra e f  Abo e l s a u d )   24 9     F i gure  1 0 .   Blo c k dia g r a m   of  t he c on t r o l   s yst e m   p r esented  b y  [44 ]      The   w o rk  i n  [31]  p rese n t s  a   re pet i t i ve  c o n t rol  tech n i q u e  of  a   f o u r- l e g  m a trix  c onve rt er  t o  m iti ga te   the  t o ta l  ha rmon i c   d is tor tio n   ( T H D )  in  t he  l oa d  vo l t a g es  i n  cas e   o f   n o n linea r  an d  un ba la n c e d   l oa ds.   I n   t he   pro pose d   c on tr ol  s tra t e g y,  t he   r epe tit i v e  co n t rol l er  i s  a dde d  t o   th e   c onv e n tio n a l   co nt roll er  C (z ),  w h i ch   c a n   b e  the  P R   c o n tr ol ler,   a s  show n  i n   F i g ure   1 1   w here   t he  r epe t i tive   c ontro l l er   ( RC( z ))   i s  use d   f or  l oa d  har m on i c   com p en sat i on,  w here as  t he   c o nve n tio na l   c o n t ro ller  (C(z) )   i s  use d  to pro vid e   t he bala n c e d   l o a d  v o l tage fo r   t he   un ba lanc e d  l oa d.  P l a nt   pha ses   a,  b ,  and c   r e prese n t   d i ffe r en t   s i n g l e   ph as e lo a d s co nn e c t e d   t o  t h e  i nv ert e r.  I n  [48] , t h e   h y s t e r esis v ol ta ge  r egu l a t or is   em pl o y ed  t o c o n t r o l t h e ou t p u t  v ol t a ges of 4-le g  V S I . Thi s   st r a te gy  uses  m easure s   t he   d i f fer e nce s   b e t w een  t he  f ee d b a c k  v o l ta ge   a nd  t h e  re fer e nc e   val u e ;   a fter w a rd,   this  di ffe re nce   is  s e n t  t o   t he  hyst e r e sis  c o m p en sa tor  as  d e p ic t e d  i n   F ig ure   1 2 .   Base d  o n   t h i s  di ffe r ence   a nd   t h e   w i d t h  of  t he  h yster e sis  l o o p   t he   s ta te  o f  sw itc hes  c a n   b e   c h a n g e d .  Thi s   m etho d  i s   e asi e r  t o   i m p lem e nt  t ha n   c o nv en tio n a l   c o nt rol l e rs  w it h  ca rri e r-b as ed   m o d u l a t i o n   app r o ach e s .  Neve rt h e l e s s ,  it   i s  c h a r ac t e ri zed   b y  th e  li m i ta t i o n   o f a   no n-c o nstan t   s w itc hi n g  frequ e n cy,  irregu la r sw i tc h i n g  an d   s low   dyn am i c  re s po nse   [4 9] .         F i gure  1 1 . ( a ) The   re pet iti ve  c on tro l  sys tem   (b) T hree   pha se  c o n tro l   s ys tem   incl u d i n g the  repe t i t i ve   c o nt rol   to pol o gy  Fi g u r e   12 . Vo l t ag e h y st e r esi s  c o n t r ol  sc h eme   f o r  t h e   th ree - p h ase fo u r-l eg  i nv erte r          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694   I nt   J  P ow  Elec   & Dr i   S y st, Vol. 10,  N o.  1, Mar c h 2 0 1 9   :     24 2 –  25 5   25 0 A u t hors  i n   [ 47 ]  sugge st  a n  im prove d   per-p ha se  c o n tr ol  a ppr oa ch  fo r  a   fo u r-l eg   a u t onomo u s   V SI   t o   regu la t e   o u t pu t   vo lta ge  u n d e r   h i gh  unba lan c e d   l oa d  c o n d i t i ons  [ 4 7 ].   T his  con t ro l l e r   i s  i m plem en te d  i n   t hre e   di ffe re nt  c ha nn els  i n   t h e   d q  fr am e.   T he   s truc ture   o f  the   s u g g es ted  c o ntro l  sche me   f or  t he   a -phase   i s  pr e s en ted   in  F igur e.  13.  I n  eac h  p h a s e ,   t he   c on t r o l   s y s te m  cons ists  o f  vo l t age  a n d   curr ent  l o ops  a nd   a dd i t i o na l  fe ed- forw a r d  pa th s  w h i c h  are   e m plo y e d   t o  dec o u p le  t he  d   a nd  q   chan ne l s   f r o m   ea ch  o ther.   T h e   dq  c o mpo n e n t s   o f  ea ch  o u t p u t    phase   v ol ta ge  c a n   b e   de term in ed  b y  a p p l yi n g   the  P a rk  t r a nsform ati o n,  a ft e r   c re ati ng  t h e  p s eu do- tw o-p h ase  syst e m . The  PI c ontro ller s   a re  e mpl o yed  in  t he v ol ta g e  and  c u rre nt   l o o p s .           F i gure .   13. S che m a t ic  d iagra m   o f the  per- phase  c o n tro l  str ateg y  p ropo se d i n  [ 47 ]      3.3.  A lte r n a t i ve  c on tr ol   s trategie s   The   fo l l ow i n g   ap proa c h es  a r e   b a s e d   on  ne i t he r  s y m m e trica l   c omp o ne nt s  co n t rol   s t r a t e gy   n or  t he   per- phase  c o n t rol  st r a te g y .  Henc e,   t hese  a p p roac hes  a r e  usin g  o ther   s tr ateg ies  to  c o m pe nsa t e  t h e  syste m   un ba lanc e c o n d i t i o n s.   The   M ode l  P r e d ic t i v e   C o n t r o l  (MP C )  is  r e cent l y   c on side red  as  o n e   of  t h e   m o s t   ef fe cti v e  wa y s   t o  con t ro l  pow e r   e lec t r o n i c s   c on ve rters  due  t o   i t s  fa st   r e s po ns e  a nd  hig h   c ontr o l  ac cura cy .  The  basic  i d ea  of  t h i s   appr oa ch  i s  to   m inimize   t h e   pre d i c te d  err o r,  by  eva l ua t i n g   t he  o b jec tive  func tio n  so  t ha t  the   r e fe renc e  vo lta ge s  or   c u rre nt s  ca n  be   t ra cked  a c c u ra te ly   u n d er   l oad   d i sto rt io n  c ond it i o n s .  A  numb e r  o f   s tu di es  h ave  bee n  pre se n t e d   u n d e r   t he nam e of M P C   f or   c ur rent c on tro l  of 4-l e g  V S I  [50],   [51], 4-leg  ZS I   [28] , 4-leg   qZS I   [5 2],   a nd for  vol t a ge c on t r o l   o f  4-le g V S I  [53].   The   w o rk  i n  [5 4] ,  uses  F in it e   Con t ro l  Set  M ode l  Pre d ic t i ve   C o n t rol  ( F CS-M P C )   for  an  a utonom ous   fo ur- l e g   V SI  t o  ma in ta in  b a l anc e d   o u t pu t  v o lta ges  for  u n b a lanc e d  l o a d s   wi th   l o w   h armo ni c   di st o r t i on   f o r   t he  no n l i n ea r  l o a d .   F u rtherm ore,   T he   c o n t rol  a l gor it hm   i s  de v e lo pe d   t o  redu c e   t he  n umbe r   of  t he   m athe m a tica l   opera tio ns  r eq uire d  for  the  c o n t ro l  s y stem   w it ho u t   a f f ec ti ng th e  cont ro l   p e rf o r ma n c e.  A s  a  re su l t ,  th e  si z e   and  cos t   o f  the   m i c r oproce ssor s   u se d  for   c o n t rol   s y stem   i mp l e m e nta t i o n  ar e  de cre a sed.   I n   t h is   s tra t eg y,   t he  t w o   ze ro  v e c t or  s t a t e s  a r e  c o n s i d e r e d   a s  one   c om bi ne d  zer o   ve c t or  s ta te   a nd  t h e  co ntr o l   a l gor i t hm   s e l e c ts   b e t w e e n   them   r a n dom l y .  Ther efore ,   t he  c on tro l   a l g ori t hm   w i ll  re qu i r e  th e  cal cul a tio n   of   1 5   sta t e s   i ns t ead   o f  1 6   f o r   ea ch  s a m p l i n g   per i o d .   M o re over,   t he  r efer e n ce  v o l ta g e   i s  a s sum e d  to  b e  co ns tan t   t h r ou gh  the   sam p l i ng   peri od.   T his  as sum p t i o n   w i l l  e l im ina t e  the  c a l c u l a tio n  time   req u i red  f o r  refere nce   v o l ta ge  e x t r a p o l at i on.   T he   bl oc k  d i agra m  of  t h e   s u g g es ted  c o n t ro l  sc he me   i s  prese n te d  in  F ig ure   14.   T o  ha nd l e   t he  d e s i r ed  c ontro l  ob jec t i v es,  the  c o st  f u n ct i on  is  c om pose d  of t h ree   c o st  f unc t i o ns  a s fo llow s :     2 * o g vv ( k 1 )                 (1 )     wher e  v *  is  t he   r e f e r enc e   o utp u t  v o lta ge   v e c t o r  a nd  v o  ( k   +   1 )  i s   t he  p re dic t e d   o ut p u t  vol t a ge   v e c t or.  I ( k )   a nd   io ( k )   ar e  the   o u t put  i nve r t er  c urre nt  a nd  lo a d   c ur ren t   v e c t o rs,  res pe ctive l y.   T he   p re d i c tive   m o d e l  is  u sed  t o   pred ic t   v o *  for  i n stant  ( k + 1 )  from   t he   m ea sur e d  va lue s   o f th e  l o a d   c urre nt   i 0 ( k )   a nd  o u t p ut  i n v erter   c u rrent i  a t   a n  i n s t a n t  ( k ) .   T he   o b j ec t i ve   f unc ti on  se le cts  the   bes t   s w i t c hin g   s ta te   acc o rdi n g  t o   t he   e rr or  b etw e en  t he  refere nce   vo lt a g e a nd t h e  pred icte d   v o lta ge.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst     I S S N :   2088- 86 94       Rev i ew  of  t h ree-p h a s e i n v e rt e r s   c o nt rol   fo r  un ba l a n ced  l oad  co mp en sa t i on  (Ra e f  Abo e l s a u d )   25 1     F i g u r e   14.  The  prop o sed  F C S - M P C  schem e  for  q ZS   f our- l e g  in v erte r  i n   [ 54 ]      In   [ 5 5 ] ,  a   nove l   co nt rol   st ra te g y   i s  de v e lo pe d   f o r  a   st and-a l on e  s p l i t   d c   b u s  V S I.   I n  this  c ontro l   tech n i q u e,   a n   in ner   discre te -time   sli d i n g   mode -con tro l led  (D SMC )  curr ent  l o op  w i t h   a n  o u te r  r obust   servom ec ha ni sm   c on t r olle d   ( R S C )   vo lta ge   l oo p  i s   c om bi n e d  as   s ho w n  i n   F i g u r e  1 5 .   T h i s   m e t h o d  i s   u s e d  t o   ac hi e v e  v o lta g e   r egu l at i o n  w i t h   l ow  s tea d y - state   e rror  an d  l o w  t o ta l  ha rm onic  dist ort i on  a n d  fa st  t ra nsien t   respo n se  u nde r  vario u s   l o a d   d isturba n ces   a nd   u n b a l a n ce s.   T he  c o ntro l   al gor it hms  a r e  de ve lope d  u nder   st a tio na ry  α β0  r e f er ence   fram e   a nd  a  m o d i fi ed  s p a c e   v ec t o r  pu l s e   w i dt h  m odu l a tio n  (M S V P W M)  i s prop ose d   to   i m p lem e n t   t he   a lg ori t hm   u nder  αβ 0  r e fe r e nc e  fra m e .   A ft e r   c o n ve rtin g  the   q u a n t i tie s  f r om   r efe r enc e   f r a m e   in to  α β0  r efere n ce  fram e,  a p p ly i ng  s y mm etry  o f  t h e  t h ree   dime ns i o ns,  and   con duc tin g  per   un i t   trans f or ma t i o n ,  t h e   s y ste m   m ode l  ca n   be  r educe d   i n t o  a  si ng le-p h a s e  p e r - u n i t   e q u i v a l e n t  c i r c u i t ,  a n d   t h e n  a   st a t e   s p ac e  repre s en t a t i on   m od e l   o f   t h e  p l ant  i s   d ev e l op e d .  M S V P W M   is  a   m odifie d   s pa ce  vec t or   p u l se   w id t h   modu la ti o n   i n v erte r,  v ref   i s  th e   re f e re n ce  loa d   v ol t a g e ,  i cmd *  i s   t he   d es ire d   i n v er t e r  c u rre nt  c om ma nd,  i cm d  i s   the  true  i n v er te r  c u r r ent  c o m m a nd,   v pwm *  is  t he  P WM  v o ltage   c om mand,  v pwm  a n d  i s   t h e   t r u e  m o d u l a t e d   in verter  ou t put   volta ge .  A c u rrent  lim i t e r  is a dde d be t w een  t he  tw o   l oo ps f or ove r-cur rent  pr o t e c t i o n.           F i gure   1 5 .  The  prop ose d  c o n t r ol  s ys tem   bl oc k  dia g ram   i n   [ 5 5 ]      4.   COMPARATIVE   ANALYS IS  OF  CONTROL   STRUC TURES  The   co n t rol  s t r a teg i es  o f  t h re e-pha se  i n v erter s   can  b e   cl assi fi e d   i n t o  s e ver a l  cate g o r ie s  based  o n   di ffe re nt  c o n si der a t i o n   a s  s h o w n  in  T a b l e   3 . F rom   t h e   v i e w   o f  mo du la ti on,  t he   m o d u la tio n  sc hem e s  can  b e   broa dl y  c l ass i fied   a s  the   f o ll o w in g:  c arr i e r   l ess  (hy s t e re sis  c o n t r o l  a n d  m o d e l  p r e d i c t i v e   c o n t r o l )  a n d  c a r r i e r - b a sed   (sin u s oid a l  pul se   w i d th   m od ul at i o n   (S P W M ) ,  Di sc o n ti nuo us  PWM   (DPW M )   [ 4 4 ] )  a n d   3 - D  sp ace  vec t or   m od u l a tio n  (3D - S V M)  [ 24] .  H o w e v e r,  t he  c arr i e r -less  m o d u la tio n  me tho d   p rov i de s  a  fas t   d y n am ic   respo n se,   the y   c ause  a   v a r iab l e  sw i t c h ing   fr e que nc y  o p e r at i on.  In   c on trast,   t he  c arrie r-ba s e d   m et h ods   i m pos e  a  con s ta n t   s w itc hi ng  fre q uen c y  o p er at ion.   T he  3 D - S V M   offers  g oo d   d c  b u s   u t i l i z a t i o n  a s   w e l l  a s   a   l o w e r   THD  i n   c o m pa ri ng   w it h  th e  SPWM ;   th e s e  adv a nt ag e s   m a k e   t h i s   m et h o d   m ore  i n tere st i n g.  H ow e v er,   t h i s   me tho d   i s  co m p lex  in  r ea l-ti m e   i mple me nt a tio n.  T he   d i s c o n t i n uo u s   P W M  (DPW M)   i s  in trod u ced  a n   alter n a t i v e  app r oa ch  i nstea d  o f  3D -SV M  as it m a ke  use  o f  the   m e rits of  b o t h  P W M   and  S V M m e tho d s.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.