Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r 2020 , pp.  1430 ~ 144 0   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 3 . pp143 0 - 144 0          1430       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Perform ance of t hree - phase th ree - wire  cas caded H - bridge  multile vel i nvert er - bas ed shunt a ctive p ow er filt er       Musa  Yu s up L ad a 1 , Mo hd Amr an   M oh d  Radzi 2 , Jas r oni ta Jasni 3 ,  H as him  Hizam 4 ,    Au z an i  Jidin 5 ,  Syah r ul Hish am M ohamad 6   1,5,6  Pow er  El e ct r onic   &  Driv e  L a bora tory, Ce n te r   for  Roboti cs  and   Industrial  Auto ma ti on ,     Facul ty   of Electr ic a l  Eng ineeri ng ,   Univer si ti T ekn ika l   Mala ysi a  M el ak a  (UT eM),   Mala ysia   2,3,4 Advanc ed Li ghtni ng,   Pow er  a nd  Ene rgy   Rese a rch   (ALPER)   Ce ntre ,   Facu lt y  of   Engi n e eri ng,     Univer siti   Putra M al aysia (UPM ),   Mal aysia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   30 , 2 0 20   Re vised  M a r   6 ,  20 20   Accepte d  A pr   26 , 20 20       Multi le v el  inv er te r   (MLI)  b ec o me s  mo re   signif ic an t  in  Ac ti v e  Pow er  Filt e r   (AP F)  appl ication  due   to   ca p a bil it y   to  it s   pro duce  low   har m onic  output  cur ren t   in   whi ch   a t  the  sam e  time   im prov ing  p erf orma n ce  of   AP F.  Among  the   topol ogi es  of  MLI,   Casc a ded  H - Bridge  ( CHB)  is  the  m ost  popula r   topol ogy  with  l e ss   power  devi ces   req uire m ent   an d  simpl e  design .   MLI  CHB  is  al so  ca p able  t o  produc e  poss i ble   outpu t  volta ge  at   twice  of  th e  numbe r  of   DC  source   whic h  in  thi s  ca se  of   AP F  is  the   best   suite d  topo logy   to  rep la c e   with  th e  conv entional  six  - step   in ver te r .   Thi s  pap er  pre sen ts  th e  p erf orma n ce   of  three -   ph ase   three - wire   CHB  MLI  used   in   Shunt  Act ive  Pow er  Filt er   (SA P F)  base d  o n  Dire c t  Curr ent  Control  (DCC)  and  Indir ect  Cur ren t  Con trol   (ICC)  sche mes .   Both   sch e me s  are  d ev el oped   and  ver ified   in   MA TL AB/S im uli nk.   The  simul at ion   result s  sho w  tha t   both  cur r ent   cont rol   al gorit h ms  ar e   ca p abl e   to  m it igate  loa d  cu rre nt  with   Total  Har moni c   Distorti on  b el ow   tha n   th e  per mi ss ibl e   val u e  b ase d  on  IEEE  519   sta ndar d.   Ke yw or d s :   Acti ve powe r  f il te r   Ca scaded H - Br idg e  M L I   In sta ntane ous  powe r  the ory   Self - tu r ning f il te r   Total  h a rm onic  d ist ort ion     This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   M usa   Yu s up L ada,    Faculty  of Elec tric al  Engineer ing ,   Un i ver sit i  Te knikal  M al aysia  M el a ka,   Hang T ua h  Ja ya , 76100  D ur ia n  T unggal , Me la ka ,  Mal aysia.   Emai l:  mu sa yl @u te m .edu. m y       1.   INTROD U CTION   In   t he  sta te   of   pro gr es sio n  within  the   powe r  el ect r on i c  el ements  w it hin   the  pow er  syst em,   app li cat io ns   of  no n - li nea r  load  a re  becomi ng   more  a nd   more  cr uc ia l.  As  th os e   app li cat io ns  hav e   expo nen ti al ly  i ncr ease d,  this  ph e nome non  will   gen e rate  a   powe r  qual it y  issue  in   po wer   sy ste m  ca us e d  by  th e   load   cu rr e nt  th at   dr a wing   no n - si nu s oi dal  c urren t   f orm.  T he  powe r  qual it y  disto rtio n  i n  pow e r  s ys te m  ca n  cause  var io us   pro blems  s uch  as  high - powe r   losses,  e xtra  c urren t  flo w  to  neu t ral  li ne,   pr oductio n  of  he at   and  impli ci t  hazar dous   e ff ect   to   the  sensiti ve  machine   [ 1 - 6].   In   t he  pa st  de cade,  passi ve   powe r  filt ers  su c h  as  series  in du ct a nce,  s hunt  ca pacit or  an d  zi gzag  thr ee - phase  trans f orm er  are   us e d  t o  mit igate   ha rm on ic   distor ti on   at   po wer   s ys te m.  H ow e ve r,   th os e  filt ers  cannot  work   e ff ic ie ntl y  an d  f ur t herm or e  the y  are  un able  to   mit igate   com pl et el y  low  f re qu e nc y  harmo nics  [7 - 9,  21 - 22].  He nce,   A ct ive   P ow e r  F il te r  (APF)  ha s  bee n  introd uced  to  mit igate   low  a nd  hi gh  ha rm onic s  dist or ti on  in  the  powe r  s ys te m.   I n  c on j un ct io n  t o  that ,  A P F   can  al s o  be  use d  for  reacti ve   powe r  c ompe ns at io n,   l oad  balancin g,  vo lt age  regulat ion  an d  volt age  f li cker   com pensat ion [ 1,   3,   5,   6,   10,   24] .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  of  three - phas e  three - wi re c as c ad e d  H - Brid ge  mult il evel  inverte r …   ( Mu sa Y us up  Lad a )   1431   M ulti le vel  I nv erter  ( M L I)   ha s  gaine d  m uc h  intenti on   i n  hi gh   powe r  sy st em  ap plica ti on  du e  t o  it s  adv a ntage s  s uc h  as  pro du ce   commo n  m ode   volt age,  dr a w   low  disto rtio n  input  cu rrent,   operate  in   lo w  a nd   high  s witc hing  f reque nc y,   and   c an  redu ce  harmo nic  distor ti on  us in g  sel ect ive  ha rm on ic   el imi nation  te chn iq ue.  As   the   tre nd  of  inc reasin g  in   resea rc h  of  ren e wa ble  e ne rgy   ap plica ti on s,   re searc hers  are   pro gr essi vely  dev el op i ng  ne w  to polo gies  a nd  al gorith ms  i n  desig ning  MLI  in   w hich   th e  fruit s  of  t he  r esearch   can  al so   be  ap plied  in  AP F  by   rep la ci ng   t he  co nventio na l  six - ste p  th re e - phase  in ve rter  as  sho wn   i n  Figure   1( a ).   T he  a dva ntage  of  us i ng   M L I  co mp a re  to  co nventio na l  six - ste p  i nver te r  is  it s  capabi li ty  to  pro du c e  lo w   harmo nic  ou t put  cu rr e nt  wh ic h  at   the   same   ti me  imp rovin g  the  performa nc e  of  AP F  [ 5,   11 - 15].   Furthe r more,   M L I  can  produce  hi gh   e ff ic ie ncy   f or  f unda mental   fr e qu ency,  is  capa bl e  to  work   un der   high  switc hing  fr e qu e nc y,   a nd   can  reduce  vo lt age  stresses  a cro ss   switc hes,  wh ic h  ma ke  i t  to  eve n  perform  in   me diu m   an d  high   volt age   a pp li cat io n  [5,   11 - 13,   15].  T he re  a re   th ree  c om m on   ty pes   of  M LI   namel y  Ca s cade d  H - Bridg e   (CHB) ,  Ne utra l  Po i nt  Diode  Cl amped  ( NPC )  a nd  Fl ying  Ca pacit or  ( FC)   [ 11,   12,   14,   15] .  Among   the m,  t he   CHB  is  t he  m os t  popula r   du e  to   it s  ad va ntages  su c h  as  l ess  power  dev i ces  re quireme nt,  Simple   des ign  an d  po s sible  to  pro du ce  outp ut  vo lt age  le vel  more  tha n  twic e  the  num be r  of  DC  source .  Fi gure  1( b)   s ho ws  the  topolo gy of C HB  M LI  in SA PF.         V a V b V c L a p f N o n - l i n e a r   L o a d S i x   S t e p   I n v e r t e r C d c I s a I l a I a p f a I s b I s c I l b I l c I a p f b I a p f c S 1 S 3 S 5 S 6 S 2 S 4   V a V b V c L a p f N o n - l i n e a r   L o a d C a s c a d e d   H - B r i d g e   M u l t i l e v e l   I n v e r t e r C d c 1 a I s a I l a I a p f a I s b I s c I l b I l c I a p f b I a p f c S 1 1 a S 1 3 a S 1 2 a S 1 4 a C d c 2 a S 2 1 a S 2 3 a S 2 2 a C d c 1 b C d c 2 b C d c 1 c C d c 2 c S 2 4 a S 1 1 b S 1 3 b S 1 2 b S 1 4 b S 1 1 c S 1 3 c S 1 2 c S 1 4 c S 2 1 b S 2 3 b S 2 2 b S 2 4 b S 2 1 c S 2 3 c S 2 2 c S 2 4 c   (a)   (b)     Figure  1. (a )  C onve ntion al  six - ste p  i nv e rter  ba sed SAP F  (b) C ascaded  H - bri dg e  Mult il evel I nv e rter  base d  SA P F       2.   CUR RENT   C ONTROL   AL GORIT HM S   A  c urre nt  c ontrol   al gorith m   is  us ed   t o  ge ne rate  s witc hing   sign al   f or  c ontrolli ng  t urn   O N  a nd   O F F   switc hing  de vice.  It  can   be   gro uped   into   tw o  m aj or  c on tr ol   scheme s  nam el y  Di rect  Cu r ren t  C ontrol   ( DCC )   and  Indirect   Con tr ol   Cu rr e nt  (I CC )   al gor it hm s.   T he  D CC   a lg or it hm  will   cal c ulate   the   c urren t   i nject ion  ref e ren ce   of  A PF  a nd  c ompa re  with   the   act ual  c urre nt  inj ect ion  of  APF  as  sta te d  in   E quat ion  1.  M ea nwhile ,  for  ICC  al gorit hm   the  sour ce  current  ref e rence   needs  to  be   cal culat ed  firs t  befor e  c ompa rin g  it   to  the  a ct ual  current   sou rce   as  sta te d  in   Eq uation  2.  In  te rm   of  c omplexit y  of  t he   al gorith m,  IC C  is  m or e   de s irable  com par e d  to   D CC .  ICC  us es   le ss  mathe mati cal   cal culat ion  an d  pract ic al ly  le ss   numb e r   of  se ns ors   co m par e d  to D CC   [ 16 - 19 ].      = − ,    (1)    = ,  −   (2)       3.   RESEA R CH MET HO DOL OGY   The   ef fecti ve   operati on   of   cu r ren t   co ntr ol  al gorith m  is  d epe nd i ng o n  i ns ta ntane ous pow e r  t heory  t hat   us e d  in   this   si mu la ti on.  The   instanta ne ous  powe r  the ory   or  p - q  t heory  was  i ntr oduce d  by   A ka gi  in   1983   an d  this  meth od  use s  al ge br a  t ransformati on,   w hi ch  is  al so  kn own   as  Cl ar ke  t ran s f or m ,  to   be   us e d  i n  th ree - phase   vo lt age   a nd  c urre nt [ 4,   9,   10,   12,   16] . Th is   t heor y  is   the   m os t p opular  h ar monic  e xtracti on  al gorithm,  w hic h  is   us ua l ly u se d for thr ee - ph ase  thr ee - wi re SAP F.  T he  il lustrati on   of  t his alg ori thm is s how n i n  Fig ur e  2,   w her e  p   is  instanta neou s  total   e nergy  flo w  per  unit   of  ti me  a nd  q   is  ene rgy  e xc ha ng e d  bet ween  the  phases   wi thout  trans ferrin g  e ne rgy.    The   m od i ficat ion  of  fil te ring  for  t he   instanta neous   par a mete r  is   done   by   r eplaci ng  t he  c onve ntion al   Lo w  Pass  Fil te r  (L PF)  or  Hi gh  Pass   Fil te r  ( HP F )  with  a  ne w  filt erin g  te c hn i qu e   cal le d  a s  Self  T urnin g  Fil te r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    143 0   –   144 0   1432   (S TF ).  T his   m od i ficat ion  wil l  imp rove   the   SA P F  t o  w ork   in   m ore  dece nt  wa y  of  pe rformi ng  filt erin g  i n  transient   or  ste ady  sta te   c on diti on  of  t he  sy ste m   [ 17,  18,   20,   23,  25] .  T he  detai le d  pri nci ple  of   STF  is   descr i bed in  Figure  3.            Figure  2. I ns ta ntane ous  powe r  the ory     1 1 S S x x x x K K f f + + + + + - - -     Figure  3. Self  t ur i ng f il te r  ( ST F)       In  math emat ic al   eq uation,  ST F  ca n  be  el a borated  i n  Eq uations  3  a nd  4,  w her e   x α   an d  x β   are  th e  in pu t   sign al s,   ̅ ̅ ̅   a nd  ̅ ̅ ̅   are  t he  outp ut  filt ering  sig nal s,  K   is  t he  s el ect ivit y  par am et er,   an d  ω f   is  t he   f unda mental   pu lsa ti on.   Sinc e,  the   f undam e ntal  f reque ncy is  50 H z,  t he  va lue o f  ω f   is  se t  to 1 00π rad /s ec  an d  t he  valu e  of K  is  set   to  100  i n  order   t o  de cre ase  the  STF   se le ct iv it y  proce ss  by  mea n  to  extract  the  fun dame ntal  com pone nt  from  t he  vo lt a ge  or   cu rr e nt  s ign al   that  was   disto rted  with ou t  phase  dela y  a nd  am plit ud e  c hangin g.  This  is   because  the  sm al le r  value  of  K wil l i ncr ease  the  filt er s el ect ivit y  in S TF.       ̅ ̅ ̅ = 1 [ ( − ̅ ̅ ̅ ) − ̅ ̅ ̅ ]   (3)   ̅ ̅ ̅ = 1 [ ( − ̅ ̅ ̅ ) + ̅ ̅ ̅ ]   (4)     CHB  M LI   S A PF  for   three - phase  t hr ee   wir e  syst em  us es   six  DC - li nk  c a pacit or s .  DC - li nk  ca pacit or   regulat ion   with  PI   c ontr oller   is  us ed  t o  co ntr ol  each  of   DC - li nk  capac it or s  co nnect e d  in  eac h  of  H - Bri dge   inv e rters.  T he  values  of   K p   a nd   K i   are  set   t o  0.8  a nd  8,  so  that  the  transi ent  an d  ste ad y  sta te   vo lt age  dro ps   in   each  of  capa ci tor  ca n  be  c ontr olled  ab ove  th an  the  re fer e nc e  value  of   a verage  DC - li nk   volt age.  T he  eas y  wa y  to g et  t he  act ua l DC - li nk ca pa ci tor vo l ta ge  is  by det ermi ning the  av e ra ge v oltage as  stat ed  in  E quat ion 5 .       ,  = ∑  ,   = 6   (5)     3.1. M od ific ati on   of  dire ct c urrent  contr ol a lg orit hm   Figure 4   s hows   the  m odific at ion  of D CC   al gorith m  f or  CH B  M L I  base d  S AP F .  T he  l oad curren t  a n d  so urce   volt age   are  t ran s f or me d  i nto  αβ   axis   as  sta te d  in   E quat ions  6  an d  7  res pecti vel y.  Since   the   syst em  on l y  involves  thr e e - ph a se th ree - wi re syste m,  the  zero se que nce  can  be neglect ed.     V α β   I α β   S T F P I V s   I L q V d c , a v e S T F I α β *   I a p f * I a p f P W M V d c , r e f + - p + + + - C a r r i e r   S i g n a l P d c     Figure  4 .   Mo dificat ion   of D C C al gorithm  fo r  CHB  MLI  ba sed  S APF       [  ] = [ 1 − 1 / 2 − 1 / 2 0 √ 3 / 2 − √ 3 / 2 ] [  ]   (6)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  of  three - phas e  three - wi re c as c ad e d  H - Brid ge  mult il evel  inverte r …   ( Mu sa Y us up  Lad a )   1433   [  ] = [ 1 − 1 / 2 − 1 / 2 0 √ 3 / 2 − √ 3 / 2 ] [  ]   (7)     STF  is   use d  to   filt er  αβ   axis   for  c urre nt  a nd  volt age   to  sup pr ess   harmo ni c  co mpo nen t   s o  t hat  on l y  fun dame ntal  c ompone nt  rem ai ns   f or  c omput ing  instanta ne ou s   real  powe r   p   a nd  i ns ta nta neous   r eact ive  powe r   q   as  stat ed  in  E qu at io ns 8  and  9.       = +   (8)   = −   (9)     Fr om  E quat ions  8  a nd  9,  the   ref e ren ce  cu rr e nt  αβ   can   be  c al culat ed  as  st at ed  in  E quat ion  10  before   trans formin g  it  into  act i ve  filt er c urren t  ref e r ence as  stat ed  i n  E quat ion 1 1.     [  ,  , ] = 1 2 + 2 [ − ] [ +  ]   (10)   [  ,  ,  , ] = √ 2 3 [ 1 0 1 / 2 √ 3 / 2 1 / 2 − √ 3 / 2 ] [  ,  , ]   (11)     The  DCC al go rithm pr oduces  error  c urren t a s stat ed  early i n  Eq uatio n  1  a nd  t o  be  c omp ared   with the   carrier  sig nal.  The  c omparis on  process  us e d  in  this  s ys te m   is  SPWM  bipolar  te ch ni qu e   wh ic h  is  the   error  sign al   w il l  be   com par e d  with   f our  dif fer e nt   sig nals  that   pro duce  diff e re nt  P W M   si gn a l  to  c reate  di fferent   le vels of  ou t put vo lt age . T he SPW M   bi po la r  sw it chi ng tech nique is s how n i n  Fi gure  5.        C 1   C 2   C 3   C 4   D C Q ! Q C 1   I a p f I a p f , r e f S 1 1   S 1 4   D C Q ! Q C 2   S 1 3   S 1 2   D C Q ! Q C 3   S 2 1   S 2 4   D C Q ! Q C 4   S 2 3   S 2 2   + -     Figure  5. SP W M   bipolar  swit chin g  te ch ni que       3.2. M od ific ati on   of Indirec t  C urre nt C ont rol a l go ri th m     Fig ur e   6  s ho ws   the   m od i ficat ion  of  ICC   al gorith m  f or  CHB   M LI   ba sed   S AP F .  M ost   of  the   equ at io ns   us e d  in  DCC  al gor it hm   are  use d  in  ICC  al gorithm.  T he  on l y  diff e re nce  of  usi ng   ICC  ov e r   DCC  al gorithm  is   it   on l y  us es   sin gl e  STF   f or  filt e rin g  αβ  volt ag e  co mp a re  t o  DCC  use d  tw o  STF   f or  filt eri ng  αβ   vo lt age  and  cu rr e nt. Othe r  tha n  that,  I CC   us e d  c urren t  sourc e f or  e rro r  c ompu ti ng a s stat e d  in   ( 1 ) .        V α β   I α β   S T F P I V s   I L   I α β *   I S * + - p & q   + + V d c , a v e V d c , r e f I s P W M + - C a r r i e r   S i g n a l P d c     Figure  6 .   Mo dificat ion   of I CC  algorit hm f or  CHB M LI  b as ed  S APF       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    143 0   –   144 0   1434   4.   SIMULATI O N RESULT   A ND AN ALYSIS    Simulat io n  model  for  both  al gorithms  is  car ried  out  us i ng   M A TLAB/Si m ulink   t oo ls.  B ot h  of   DC C   and ICC sim ul at ion  alg ori thm s u se  same  p a r amet ers  as  li ste d  in  Ta ble 1.    Figure  7  sho w s  the  no n - li ne ar  volt age  a nd  current  wh ic h  are  pro duced   by   c ombinati on   of   t hr ee - ph a se  recti fier  and  RL  l oad  a s  sta te d  ea rly   in  Ta ble  1.  Ba s ed  on  this   res ul t,  both  al gorithms   pro duce  s imi la r   patte rn  of  volt age  a nd  c urre nt  wa ve forms   du e   to  us e   o f  same  value  of   non - li near  lo ad.   The   volt ag e  an d  current  at  non - li near   loa d  al s o  remai n  the sa me  patte r n  befor e  a nd  a fter  th e  APF  is  c onne ct   to  the  s ys te m.  T he   resu lt s  pro ve   that  the   AP F   do es  not  a ff ect   or   distu r b  t he  performa nce  of  volt age  a nd  c urr ent  at   t he  non - li nea r   load w hile su dden  inject io n o f  the  APF c urr ent to t he  s ys te m.         Table  1 .   Para m et ers  of  SAPF   Para m eter   Valu e   Vo ltag e so u rce  p er  ph ase   2 4 0  Vp 5 0  Hz   Sm o o th in g  I n d u ct o r,  I ap f     2  m H   Cap acito r  Link ,  C dc   3 3 0 0  µF 4 0 0 V   Line Ind u cto r,  I l   2  m H   Switch in g  f requ en cy   2 5  kHz   No n - lin ear  lo ad   Rectifier  +  2 0 Ω 50 m H         (a)       (b)     Figure  7. N on - li near  loa d  c urr ent and  volt age  for   (a) DCC a nd (b) ICC  al gorith ms   Figure  8  show s  the  three - pha se  source  c urr ent,  loa d  cu rr e nt  an d  act ive  f il te r  cur re nt  f or  both  DCC   and  ICC  al go r it hm s.   T he  wa veform  sho ws   the  c onditi on  f or  bo t h  of  DC C  an d  ICC   al gorith ms   be fore   an d  after  c onnecte d  t o  the   AP F .  The  cl ea r  detai l  of  this   cha ng ing  c onditi on  s how n  i n  Fi gur e  9,  wh e re   onl y  s how   the  s ource   c urr ent,   loa d  c urre nt,  act ive  filt er   cu rrent   an d  a ct ive  filt er   volt age   at   ph a se  A   f or  both   DCC   an d  ICC  al gorith m s.  T he  us e d  of  STF   in  t his  si mu la ti on  prove  that  under  tr ansient  c onditi on  w hich   bet w een  in   transiti on  befo re  a nd  a fter  c onnecte d  t o  t he   A PF,  imme di at el y  the   loa d  current   bee n  mit igate d  to   produce d  le ss  ha rm on ic s   in  li ne  c urre nt.  Li ne  c urre nt  sta rt   to  cha ng e   int o  t he  s inu s oid al   wa ve form   after   th e  A P F   connecte d  to  t he  s ys te m.  Si nc e  the  sy s te m  us e d  MLI,  t he  act ive  filt er  vo lt age  shows  t he   sta ircase  sev en - le vel   vo lt age  for b ot h  al go rithm  D CC  an d ICC .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  of  three - phas e  three - wi re c as c ad e d  H - Brid ge  mult il evel  inverte r …   ( Mu sa Y us up  Lad a )   1435     (a)       (b)     Figure  8. Th re e phase s ource   current,  loa d  c urren t a nd acti ve fil te r  cu rr e nt  f or  (a)   DCC a nd (b) ICC   al gorithms         (a)       (b)     Figure  9. S our ce cu rr e nt,  l oa d  c urren t,  acti ve  f il te r  c urren t  and act ive  filt er  vo lt age  at P ha se A f or ( a ) D CC   and ( b) I CC  al gorithms       The   total   harmo nic  disto rtion  loa d  (T H D )  c urre nt  s pect rums  at   phase   A   for  both   D CC   an d  ICC   al gorithms  a re   sh ow n  in  Fig ur e  10.  Since  bo t h  DCC  an d  ICC  al go rit hms  us e  the  sa me  value  of   non - li near  load,   t he  TH D s  of   loa d  c urre nt  at   al l  ph ase s  for  both  al gorithms  produce   the  same  val ue   of   T HD,  w hi ch  is  23.89% .        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    143 0   –   144 0   1436     (a)       (b)     Figure  10. T H D  loa d  c urre nt  sp ect r um s  at  phase  A for  (a)  DCC an d ( b)   I CC  algorit hm s       Both  DCC  a nd  ICC  al go rith ms  perform   w el l  in  re duci ng   the   TH D   of  l oad  c urren t   so  that  t he  li ne   current  can   pr oduce  le ss   perce ntage   val ue  of  TH D  a nd  at   the  sa me  ti me   com ply  with  5%  of  T HD  in   IEEE   519 St an dard.   Fig ure  11 s hows  the  T HD li ne  c urren t  sp ec trum s  at p hase   A  f or  bo t h DCC  and I CC  al gorith ms.   The  T H D  val ue   of  li ne  c urre nt  at   phase  A  f or   DCC  al gorit hm   is  1.0 0%,   a nd  mea nwhile   for  ICC  al gorithm  is  0.53%,  w hich  i s  le ss  tha n  DC C  al gorithm .  T he  s ummar y  of  TH D  valu es   f or  loa d  c urren t   an d  li ne   cu rr e nt  are   li ste d  in   Ta ble 2 .   Ba sed  on  t his  re su lt ,   ICC   al gorithm  h as   a g oo d  pe rforma nce   in   mit igati on  c ompare d  t o  DC C   al gorithm.  In   t erm  of   per ce nt age  re duct ion,  DCC  al gorith m  mit igate s  95 .8 %  of   l oad   c urre nt,  an d  mea nwhile   IC C al gorith m  mit igate s 97.8 % of loa d  c urr ent,  wh ic h  is  hi gh e r  t han D CC  algorit hm.          (a)       (b)     Figure  11. T H D  li ne  c urre nt  sp ect r um s  at p hase  A for  (a)  DCC an d ( b)   I CC  algorit hm s       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  of  three - phas e  three - wi re c as c ad e d  H - Brid ge  mult il evel  inverte r …   ( Mu sa Y us up  Lad a )   1437     Table  2.  T H Ds  of loa d  a nd li ne  curre nt for b oth  al gorithm s   Ph ase   DCC   alg o rithms   ICC alg o rithms   Load   (%)   Line   (%)   Load   (%)   Line   (%)   Ph ase A   2 3 .89   1 .00   2 3 .89   0 .53   Ph ase B   2 3 .89   1 .00   2 3 .89   0 .53   Ph ase C   2 3 .89   1 .00   2 3 .89   0 .53       The  real  powe r s  at   s ource   an d  loa d  a re  s how n  i n  Fi gure   12  for  both  DCC  and  ICC   al gori thms.   T he  res ul t  sh ows   that,   rea l  powe r  l oad  a t  source   has  le ss  ri pp le   pe rce ntage   as  c omp ared  to   loa d  a f te r  the   A PFs   st art  to   perform   in   the   syst em.   This   conditi on  al s o  ha ppe ns   t o  t he   reacti ve   powe r  at   sourc e  a nd  loa d  for   both   DCC   and ICC al gorithms,  as s how n i n  Fi gure  13.          (a)       (b)     Figure  12. Rea l powe rs  at  s ou rce a nd loa d  f or ( a ) DCC  a nd  (b) ICC  alg or it hm s         (a)       (b)     Figure  13. Rea ct ive pow e rs  at  sour ce  and  l oa d for  (a)   DCC  and ( b) I CC  al gorithms     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    143 0   –   144 0   1438   Figure  14   s ho ws  the  DC  li nk  capaci t or   vo l ta ges  f or   eac h  of   ca pacit ors  c onnected  t o  th e  CHB  M L I.  The  PI   c ontr oller  will   ma ke  su re   that  eac h  of  DC - li nk  vol ta ges  are   c on st antly  at   400V  and  this  will   ensur e   that  the  CHB   M L I  w ork  a s  AP F  by  injec ti ng  the  AP F   cu rr e nt  to  s ys te m .  I f  the  DC  li nk  vo lt age s  dr op  belo w   than 4 00V  t he C HB MLI  w il l n ot wo rk as  A PF.         (a)       (b)     Figure  14: DC  li nk  ca pacit or  vo lt age  at P has e A ,  P hase B a nd P hase C  f or    (a)   DCC a nd (b) ICC  alg ori th ms       5.   CONCL US I O N    Ba sed  on  t he  s imulat ion  res ul t,  both   al gorit hms  hav e   perfor med   well   i n  m it igati ng   the   lo ad  c urre nt  so   that  T HD  of   li ne  c urre nt  reduces  belo w  tha n  pe rmis sible  value  of   IEEE  519  Stand a r d,   wh ic h  is  5%.  M odific at io n  of  ICC  a nd  DC C  al gorithms   by  rep la ci ng  t he   c onve ntio nal  l ow  pa ss  filt er  with  S TF  s ho ws  t hat   the  li ne  c urre nt  wa vefo rm  i n  eac h  ph ase   mana ged  to  i mmediate ly   imp rove  i n  tra ns ie nt  a nd  ste ad  sta te   conditi on,  w he re  the   li ne   cu rrent  do es   no t   ta ke  l ong  t o  bec om e   purel y  si nuso i dal  c urren t   an d  t he  wa veform  in   const antly  at   t he  sa me  am plit ud e.   T he  key   adv a ntage   of  I CC   al gorithm  with  le ss  cal c ul at ion   in vo l ve d  has   made  le ss  T H D of  li ne  c urre nt is  ob ta ine d o ver DCC al gor it hm .        ACKN OWLE DGE MENTS   The   aut hors   w ou l d  li ke   to   e xpress   their   si ncer e   gr at it ud e  to   the   M ini s try   of  Ed ucati on  M al aysia,   UPM,   ALP ER  UPM  and   UTe M   for  the  te ch nical   and   fina ncial   suppo rt  of  this  re search .  T he  res earch  was  fun de d  b y  Un i ver sit i P utr a M al a ys ia  un de r  P UTRA  Gra nt (9 656100)       REFERE NCE S   [1]   L.   L i,   M.  Hui ,   X.  Xu,  X.  Chen,  B.   Sun,  and  Y.  Xie,   “R epetit iv e   cont rol  im pl ementation  with  fr e quenc y  ad apt iv e   al gorit h m  for  sh unt  a ctive   power   filter , ”   2016   IE EE   8 th  Int.  Pow er  Elec tron.  Mot ion  Control   Con f.  IPE MC - ECCE  Asia  2016 ,   pp.   1 328 – 1332,   2016 .   [2]   M.  H.   Ala ee,  S.   A.  T ahe r ,   and   Z.  Dehgha n i  Aran i ,   “Im prov ed  p erf orma nc e  of   singl e - phase   shunt  active  power   filter   by  using  conse r vat iv e  power   th eor y  and  mod el  pre di ct i ve   control, ”   9th   Annu .   Int.   Powe r  Elec tron.  Dr ive  S yst .   Technol .   Conf .   P EDSTC 2018 ,   vo l.   2018 - J anu ary ,   pp.   163 – 168 ,   20 18.   [3]   S.  Al - Gaht ani  a nd  R.   M.   Nel ms,  “A  New   Voltage  Sensorl ess  C ontrol   M et hod   f or  a   Shunt   Acti v e  Pow er   Filt er  f or   Unbala nc ed   Con dit ions, ”  Proc.  -   2019  IE EE  Int .   Conf.  En vi ron.   E le c tr.   Eng.  2019   IEE E   Ind .   Comm er.   Powe r  S yst.   Eur.   E EE IC/ I  C PS  Eur.   2019 ,   n o.   2 ,   2019 .   [4]   S.  Bosch,   D.  L e bsanft,   and   H.  Stei nh art ,   “Sel f - a dapt iv e  resona n c e  fre quen cy  tr acking  for  digital   notc h - fi lt er - b ase d  ac t ive   d am ping   in  LCL - f il t er - ba sed  active  powe r  fil t ers, ”   2017  19th  Eur.   Con f.   Powe r  Elec tron.   Appl .   E PE   201 7  ECCE   Eur. ,   vol .   2017 - Janua ry ,   p p.   P1 – P10,  2017 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Perf orma nce  of  three - phas e  three - wi re c as c ad e d  H - Brid ge  mult il evel  inverte r …   ( Mu sa Y us up  Lad a )   1439   [5]   Y.  Hoon,  M.  A.  M.  Rad zi,  M.  K.  Hass an,  and  N.  F .   Mailah,   “A  simpl e  neutral - po int   volt ag e  dev ia t io n   mi nimization  method  for  thr ee - level  inv erter - base d  shunt  active  p ower  fil t er,”  Int .   J.   S imul.   S yst.   S c i.   Te ch nol . ,   vol .   17,   no .   41 ,   pp .   3 3. 1 - 33. 6 ,   2017 .   [6]   Y.  Hoon,   M.  A .   M.  Rad zi ,   M.   K.   Hass an,  and   N.   F.  Mailah,   “N eutral - poin t  vo lt ag e   deviati on   cont ro l  for   thr ee - l evel  inve rt er - base d  s hunt  active  power  filter  wi th  fuz zy - base d  dwe ll   t im e  al lo cation,”  IET  Powe r  E le c t r on. ,   vol .   10,   no.   4,   pp .   429 – 441 ,   2016.   [7]   M.  Büyük,   A.   T an,  M.  Inc i ,   and   M.  Tü ma y,   “A  n otc h  filter   base d   ac t ive  dam p ing  of  llcl   fi lt er   in   sh unt  a ctive   power   fil ter,”  19th   Int .   Symp.   Pow er  E l ec tron.   E e  2017 ,   vol. 2017 - Dec e m,   pp .   1 – 5 ,   2017 .   [8]   J.  Moral es,   L.  G.  D e   Vicuna,   R.   Guz ma n,   M.   Castilla,  and   J.   Miret,   “Mode l i ng  and   Slidi ng   Mode  Control  f or   Thre e - Phase   Ac t ive  Pow er  Fi lt e r s  Us ing  the   Ve ctor  Opera ti on  Techni que , ”  I EE E  Tr ans.  Ind.   El ect ron . ,   vol.   65 ,   no.   9,   pp .   6828 – 683 8,   2018 .   [9]   Panchbha i ,   N.   P raj ap at i ,   and  S.   Parma r,  “Co mparat iv e  study   of  r efe ren ce  cur r ent  gene ra ti on   for  s hunt  a ct iv e  pow er  fil ter,”  Int .   Con f. P ower  Embe d.   Dr iv e  Control .   I CPE DC 2017 ,   p p.   381 – 386 ,   201 7.   [10]   A.  Cleary - Bal d e ras,   A.  Med ina - Rios,  and  O .   Cr uz - Herné nde z,  “ Hybrid  active  po wer  fil t er  b ase d  o n  the   IRP  the or y  for  ha rmonic   cu rre nt   mitig at ion , ”  2016   I EEE  In t.  Aut umn   M ee t .   Pow er,   Elec tron.  Comput .   RO PE C   2016 ,   no .   Ropec ,   2017.   [11]   S.  Deva ss y  and  B.   Singh,  “Con t rol  of  solar  ene r gy  int egr at ed  active   power  f il t er   in  wea k  grid   sys te m,”  2017  7th   Int.   Con f.  Powe r   Syst. ICP S   2017 ,   pp .   573 – 578 ,   2 018.   [12]   H.  Ge,  Y.   Zhe n ,   Y.  Wa ng ,   and  D.  W ang,  “Re se arc h  on   LC L  f il t er  a ctive  d am p i ng  strategy  in  a ct iv e  power   filte r  sys te m, ”   Proc .   2 017  9th  In t.  Con f.   Mod el.  Id ent i f.  Control.  ICMIC   2017 ,   vo l.  2018 - Marc h,   no.   Icmi c,   pp .   4 76 – 481 ,   2018.   [13]   M.  C.   Joy,  V.   C hai th anya ,   and   B .   Jaya n and, “Thr ee - Phase  In finite   Le v el Inve rt er Based  Act ive Pow er  Filt er,”  I EEE  Int.   Con f. P ower   Elec tron .   Dr ive s E nergy   S yst. PEDES  2016 ,   vol .   2016 - Janua ry ,   n o.   2 ,   pp .   1 – 6 ,   20 17.   [14]   S.  Kama l a,   B .   D .   Reddy ,   B.   Sen ,   S.  K.  Panda ,   an d  G.  Amar a tung a,   “ Improveme n t  of  power  qua li t y  and  reliab il i ty  in  th e  distr ibut io n  sys te m  of   pe tr oche m ic a l  pl ant s   using  a ct iv e  po wer  filters, ”  Proc.   I EEE  Int .   Con f.   Ind .   Te chnol . ,   vol.   2018 - Febru ary ,   pp .   419 – 4 24 ,   2018 .   [15]   S.  Ray ,   N.   Gupt a,  and   R.   A.   G upta ,   “Com par ative   analysis  of   conve nt iona l   an d  mod ifi ed   p ea k - det e ct ion   b ase d  cont rol   t ec hn iqu e  fo r  ca sc ade d   H - bridge  multil e vel  inverter   b ase d  shunt   a ct iv e   p ower  f il t er,”   20 17  Innov .   Pow er   Adv .   Comput.   Te chnol .   i - PAC T 2 017 ,   vol .   2017 - J anua ,   pp.   1 – 6,   2 018.   [16]   Y.  Hoon,  M.  A.   Mohd  Radz i,   M.  K.  Hass an,   and  N.  F.  Mai lah,  “E nh anced  In stant an eous  Pow er  The ory  wit h  Avera ge  A lgori t hm  for  Ind irect   Curre nt  Con trol l ed  Thr ee - Le ve l  Inve rte r - B ase d  Shunt  Acti v e  Po wer  Filt er  und er   Dynami c   State  Condit ions, ”  Ma th.   Probl. E ng . ,   vol.   2016 ,   pp .   1 – 12,   2016 .   [17]   Y.  Hoon,  M.  A.  M.  Radz i ,   M.  K.   Hass an,   and  N.  F.  Mail ah ,   “A  r e fine d  self - tuni ng   fil t er - base d  inst ant an eous  power   the ory  a lgori th m  for  indi r ec t  c urre nt  con trol l e d  thre e - le v el   in ver te r - b ase d  shunt  active   power   fil ters   under   n on - sinusoidal   sourc e  vol ta ge   cond it i ons,”   En ergie s ,   vol.   10 ,   no .   3 ,   pp .   1 – 20 ,   2017 .   [18]   Y.  Hoon,  M .   A.   M.  Rad zi ,   M.   K.   Hass an,   and  N .   F.  Mailah,   “DC - li nk  ca pa citor  vo lt ag e  r egul a ti on   for  three - phase   thre e - le ve l   inv er te r - base d   shunt   ac t ive  power   fi lter  wi th   inverted   err o r  d eviati on   cont rol , ”   En ergi es ,   vol.  9 ,   no.   7 ,   2016.   [19]   Y.  Hoon,   M.   A.   M.  Rad zi,  M .   K .   Hass an,  N.   F.   Mail ah ,   and   N.   I .   A .   Wa h ab,  “A   Simpl ified   Sync hronous  Refe r en ce   Frame   for  Indir e ct   Curre n t  Contr oll ed  Th ree - le v e l  Inve rt er - base d  Shunt  Acti ve  Po wer  Filt ers,”  J .   Powe r  Elec tron . ,   vol.   16 ,   no .   5 ,   pp .   1964 – 1980 ,   20 16.   [20]   Y.  Hoon,   M.   A.   M.  R adzi,  M.   K.  Hass an,  and   N.  F.   Mailah,   “ A  self - tun ing  f ilter - base d   ad apti ve  l inear  n eur on  appr oac h   for   op era t ion   of   three - le ve l   inve r te r - b ase d  shunt   activ e  pow er   filters   under   non - ideal   sourc e  vo ltage   condi ti ons , ”  Ener gie s ,   vol .   10 ,   no .   5 ,   2017 .   [21]   M.  Y.  La d a,  S.  S.  Mohama d ,   J .   A.  M.   Gani ,   M .   R.   M.   Nawawi ,   and   G.   C.   Kim ,   “R eduction  of   har monic  using  single  phase   sh unt  active  powe r  fi lter   base d   o n  inst ant an eous   power   th eor y   f or  c asc ad ed   mu lt ilevel  inve r te r , ”  PE CON 2016  -   2016  IEEE  6 th  I nt.   Con f. P ower   Ene rgy ,   Conf.   Pr oce ed ing, pp. 70 2 – 706,   2017 .   [22]   H.  Park,   J.  Song ,   and  W.   M .   Hos ny,   “Com p arati v e  study  on  th e  p ositi on  of  shunt  ac t ive   power  fil t ers  i n  25  kV  AC   rai lway   sys te ms, ”  IETE   Techn ic a l  R ev i ew ,   Vol.   2 9,   No.   5,   pp.   421 - 431,   2012 .     [23]   J.  Ta nd eka r ,   A.  Ojha,   and  S.  Jai n,   “R ea l  ti m e  i mpl ement at ion  of  mul t il ev el   co nver te r   base d  sh unt  active  powe r   fil ter  for   har mo nic   com p ensa ti o n  in   distri bu ti on   sys te m,”  I ndia   Int.  Conf .   Pow er  Elec tron.  IIC PE ,   vol .   2016 - Novembe r, no.   1 ,   2016 .     [24]   H.  Yuan   and   X.   Jiang ,   “A   simp le  a ct iv e   dam p i ng  m et hod   for   Acti ve   Pow er   Filt ers , ”   Conf .   Pr oc.  -   IE EE  Appl.   Powe r E le c tron. Conf.   Ex po .  -   AP EC,   vol .   2016 - May,   pp .   907 – 9 12,   2016 .   [25]   Y.  Han ,   P.   Shen ,   and   J.  M .   Gue r rer o,   “St at ion ary   fra me  cur r ent  c ontrol  evalua t io ns  for  three - phas e  gr id - conn ec t ed  inve rt ers  with  P VR - base d  active  dam ped   LCL  filters, ”   Journal  o f   Powe r  E le c tronic s ,   Vol .   16,   No.   1,   pp .   297 - 309,   Jan.   2016 .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.