Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  Vol.  4, No. 4, Decem ber  2014, pp. 451~ 460  I S SN : 208 8-8 6 9 4           4 51     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Fuzzy B a ng-B an g Cont rol Scheme of  USSC f o r Voltage S a Mitigation due to Short Circuits  and Induction Motor Starting  in Distribution System       M. Mo ha mma di A . M o h a m m adi  Roz b ah ani ,  S. Ab asi   G a ravand M. Mont az eri, H. Mem a rinez h ad         Department o f  Electrical Engin e ering, Co lleg e  of   Engine ering,  Bo rujerd Br anch , Is lam i c Az ad Uni v ers i t y ,  Boruj e rd , Ir an       Article Info    A B STRAC Article histo r y:  Received  May 12, 2014  Rev i sed  Ju l 1 ,  2 014  Accepte J u l 25, 2014      Unified series shunt com p ensat o r (USSC)  has  been widel y  used to m itigat various  power  quality  disturb a nces  in   distribu tion n e twork. The USSC is  alm o s t  s i m ilar t o  the UP F C , b u t the  onl y d i ff erenc e s  ar e th at  the UP F C   inverters are in  shunt series connect ion and used in transmission sy stems  whereas  th e U S S C  inverters   a r e in  s e ries -s hu nt conn ect ion a nd us ed in   distribution s y stems. USSC, it is possi ble to co m p ens a te a d i ff erent powe r   qualit y probl em  as  com p ared to DS TATCOM and DVR. It i s  noted that,   m itigated  load  v o ltag e  b y  th e D V R is lower tha n  m itigat ed va lu e obta i ned  b y   USSC. In other  words the USSC  can miti gate voltage sag  better  in compared   to DVR and D-STATCOM.  Also in  cas e of  voltage flicker ,  unb alan ce  and   harmonics elimination it is mu ch e ffe ctiv e. Si m ilarl y, D-STATCOM is  unable  to con t rol  power flow.   It i s  seen that the pr oposed USSC can m itigat varie t y   of powe r  qualit y (PQ) p r oblem s. Hence  due to m u lti c a pabi lit y of   USSC in power quality  improvement, th is paper  presents th e scheme based   on fuzzy   bang- bang con t rol for  USSC.  Using Fuzzy  Log i c Co ntrol (FLC )   based on b a ng-b a ng con t rol;  the   USSC will contr i bute  to im prove  voltag e  sag   without d e ter i or ating  the eff e ct o f  the oth e compensating  devices Keyword:  Fuzzy  ban g - ba ng   co nt r o l   Power qu ality  Sh unt -com pen s at or   Uni f ied se ries    Vo ltag e  sag   Copyright ©  201 4 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r Ashka n  M oha mmadi Rozbahani  Depa rt m e nt  of  El ect ri cal  Engi neeri n g ,  C o l l e ge  of  En gi nee r i ng,  B o ru je rd   B r anc h   Islamic  Azad Uni v ersity,   Bo ru j e rd ,  I r a n ,   Em a il: m r .ash kan @ iau b .ac.ir       1.   INTRODUCTION  Vol t a ge  sag ca n cau se l o ss  of  pr od uct i o n i n   aut o m a t e d pr o cess si nce  vol t a ge sa g can t r i p  a m o t o r o r   cause i t s  co nt r o l l e r t o  m a l f un ct i on.   Vari ous   m e t hods  hav e  been a p pl i e d t o  re du ce o r  m i t i g at e vol t a ge  sags.   The c o nve n tional m e thods a r e by  using  ca pacitor banks,  introduction of  ne parallel fee d ers  and  by ins t alling  u n i n t errup tib le p o wer su pp lies (UPS) [1 ]. Co il h o l d-in  dev i ces are on e o f  trad ition a m i tig atio n   meth od.  These  de vices  are connected  betwee n the  AC supply and  t h e c ontactor a n d can  ge neral l y allow a cont actor t o   rem a i n  energi z e d [ 2 ] .  A  fer r o reso na nt  t r ans f orm e r, al so  kn ow n as a c o nst a nt  v o l t a ge t r a n sf orm e r (C V T ), i s   a   tran sform e r th at o p e rates in  th e saturatio n   reg i on  of  the transform e r B-H curve.  Vol t a g e  sags d o w n t o  30  %   retain ed vo ltage can b e  m i tig ated  throug h th e u s e of  fe rr or eso n a n t  tr an sf ormer s  [3 ].  Flywheel system s use the   en erg y  stored  i n  th e in ertia of  a ro tatin g   flywh eel to  m itig at e vo ltag e  sag s   In  t h e m o st b a sic syste m , a flywh eel is cou p led  in   series  wi th  a m o to r and a g e n e rato r wh ich  i n  turn  is connected i n  series with t h e lo ad.  The  flywheel is accel erated to a  ve ry  high spee a nd when voltage  sa occurs, the  rotational e n ergy  of the  d ecelera ting  flywheel i s  utilized t o  suppl y the loa d   [4]. To c o m p ensate the   vol t a ge sa g i n  a powe r  di st r i but i o n sy st em , app r op ri at e devi ces nee d  t o  be i n st al l e d at  sui t a bl e l o cat i ons .   These  de vices  are typically pl aced at t h point of c o mm on  coupling  [PCC ] whic h is  de fined as t h point of  the net w ork c h ange s.  A SVC  is a shunt connected power   el ect ro ni cs  ba se d devi ce w h i c h wo rk s by   i n j ect i ng  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   45 1 – 460  45 2 reactiv e cu rrent in to  t h e l o ad, th ereb y sup portin g th e vo ltag e  and  m i t i g a tin g th e vo ltag e   sag   [5 ]. Th DVR is   o n e   of th e cu st o m  p o w er d e vices wh ich  can i m p r ov e power qu ality, especially, v o ltage sag s   [6 ]. The DVR   in j ects t h ree sin g l e-ph ase  vo ltag e s i n  series  with  in co m i n g   su pp ly  v o ltag e s.    The m a gnitude  and phase a n gle of  injected volta ge are  variables  wh ich resu lt in   v a riab le real and  reactiv e power ex ch ang e  b e t w een  t h e DVR an d  th e sens itiv e lo ad  or  th e d i stribu tion  system Oth e rs h a v e   investigate d   ne w m e thods  to im prove  powe quality [7].  Us ually the c ont rol voltage   of t h e DVR in m i tigating  vol t a ge sa g i s  deri ved  by  com p ari ng t h e su ppl y  v o l t a ge  agai nst  a refe r e nce wa vef o r m  [8] .  There a r m a ny   so lu tion s  in  m itig atin g  th po wer  q u a lity prob lem s  at a  d i strib u tion  syste m  su ch  as  u s in g  su rg e arresters,  activ e power filters, iso l ation tran sfo r m e r,  u n i n t errup tib le po wer  supp ly and  static  VAR co m p en sato r are  som e  of ne m e t hods . I n  [ 9 ]  aut h or s p r o pos ed a  new  D-S T ATC O M  cont rol  al g o r i t h m  whi c h e n abl e s   sep a rate con t ro l of  po sitiv an d neg a tiv e seq u e n c e curre n t s an d d e coup led con t ro o f  d- an q - ax es curren t   com pone nt s. I n  [1 0]  t h m i tigat i on  of v o l t a ge fl i c ke r a nd  red u ct i o n i n  THD by  u s i n g STATC O M  ha s bee n   in v e stig ated Referen ce  [11] u s real time d i g ital sim u latio n   of  power electronic  s y ste m  which i s  a  heavily  com put er i n t e n s i v e o p erat i o n,  and  based  o n  VSC  D - ST AT C O M  po we r s y st em . From   the st u d i e s, i t  i s  sho w n   th at all th ese eq u i p m en ts are  cap ab le i n  so lvin g   po wer  qu ality p r ob lem s .   Th b e st eq u i p m en t to  so lve th is prob lem at d i stribu tion  system s at  min i m u m  co st is b y  using  C u st om  Power  fam i l y  of D- STATC O M .  B y  usi ng a  u n i f i e d ap pr oac h  of se ri es-s h unt  com p ensat o r s  i t  i s   p o s sib l e to  com p en sate fo a v a riety o f   po wer-qu ality  p r ob lem s  in  a  d i stribu tio n   syste m  in clu d i ng  sag  com p ensat i o n ,   fl i c ker  re duct i o n,  u nbal a nce  v o l t a ge m i ti gat i o n ,  a nd  p o we r- fl o w  co nt r o l  [ 1 2] . Si nce  t h i s   d e vi ce  is ab le to m i ti g a te sev e ral  of  p o wer qu ality d i stu r b a n ces, th erefo r e th is p a p e r fo cuses on  th is d e v i ce and   prese n t s  a  ne cont rol  st rat e g y  base d f u zzy  l ogi ba ng - b an g c ont rol  t o  m i t i g at e vol t a ge s a g.       2.   VOLTAGE SAG  CONCEPTS  Vol t a ge  sa g i s  re duct i o n i n  s u p p l y  v o l t a ge  m a gni t ude  f o l l o we by   vol t a ge  reco very  a f t e r a s h o r t   peri od  of tim e.  In the  IEEE  Standa rd  1159-1995, the term  “sag ” is defined as a  decrease in rm s voltage to  val u es  bet w ee 0. 1 t o   0. p. u,  f o r  d u rat i on s o f   0. 5 cy cl es  t o   1 m i n [ 8 - 1 0] . T h e t w o  m a i n  ca uses  o f   vol t a g e   sags are  net w o r k fa ul t s  an d t h e st art i ng  of  equi pm ent  whi c h d r aw l a r g e cur r ent s , part i c ul arl y  di rect - o n-l i n e   m o t o rs. Vol t a g e  sag i s  charac t e ri zed i n  t e rm s of t h e f o l l o w i ng pa ram e t e rs,  m a gni t ude  of  sag and  du rat i on  of   sag an d p h ase- angl e j u m p . D e pen d i n g o n  t h e t y pe of faul t ,  sag can be bal a nced  or u n b al anced . Nat u ral l y  for  the Three phas e to ground  (ABC-G)  fault the sag is symmetrical (bal an ced )  in  all three p h a ses as shown  i n   Fi gu re 1.   Whe r eas  for unbala nced fa ul ts like  A- G,  B-C,  BC- G th e sag  is  un symme trical in all three phases, as   sho w n i n  Fi gu r e  2.             Fi gu re  1.  B a l a nced  v o l t a ge  s a g i n  t h ree  pha ses  Fi gu re  2.  B a l a nced  v o l t a ge  s a g i n  t h ree  pha ses      Vo ltag e  sags  are m easu r ed u s ing  sp ecial ized  power  qu ality  m o n ito rin g  i n stru m e n t atio n .  Th in stru m e n t atio n  m u st b e  co nfigu r ed  with  a  sag  thresho l d   v o ltag e . Th at is, a vo ltag e  lev e l th at will trig g e r a  sag capt u re w h en t h rm s v o l t a ge fal l s  bel o w i t .  Fi g u re  3  sho w s a gra p hi cal  repre s ent a t i on o f  a vol t a ge sag   i n cl udi ng  t h e  s a g t h res hol d a n d t h e  pa ram e t e rs ( d urat i o n,  re t a i n ed  vol t a ge)  use d  t o  re p o rt   t h e sa g.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Fuzzy  Ba n g -B a n g  C o nt rol   Sc h e me  of  U S SC  f o r V o l t a ge  Sa g  Mi t i gat i o du e t o   Sh ort  ( M .Mo h a m m adi )   45 3     Fi gu re  3.  G r ap hi cal  re prese n t a t i on  of  v o l t a g e  sag       3.   USS C  MO DE LING   The Unified  Series Shunt Com p ensa to r is a  co m b in atio n  of series an d  shun t v o ltag e  so urce in v e rters  as sh ow n i n   Fi gu re  4. T h e  basi c c o m ponent o f  t h USSC  a r e t w 12 -p ul se  vo l t a ge so urce  i nve rt e r s   com posed  of f o rce d  com m utat ed po we r sem i cond uct o switch e s, typ i cally Gate Tu rn  Off th yristor valv es.  One  voltage  source  inverter is  connecte d  i n  s e ries with  th e lin e throug h a set o f  se ries i n jectio n  tran sformers,  wh ile th e o t h e r is conn ected  i n  sh un with  t h e lin e throug a set of shu n t  t r an sfo r m e rs.    The  dc t e rm i n al s of t h e t w o  i nve rt ers a r e  co nnect e d  t o get h e r  an d t h e i r com m on dc  vol t a ge i s   sup p o rt e d  by  a  capaci t o ban k  [ 13] Th e USSC is al m o st si m i lar to  th e UPFC,  but the only differe n ces are   that the UPFC  inverte r s are in shun t series co nn ection  and  u s ed  in  tr a n s m ission system s  whereas the USSC   i nve rt ers a r e i n  seri es- s h u n t  c o n n ect i o n a n use d  i n  di st ri b u t i o n  sy st em s [14] .              Fi gu re  4.  Ge ne ral  C o nfi g u r at i o n  o f   Uni f i e Seri es S h unt  C o m p ensat o r - U SSC       4.   C A P A B ILITIES  OF U S SC V E R S U S   D- STA T C O M  AN DVR  Si nce t h e i n t r o duct i o of F A C T S an d cust o m  powe r  co nc ept  [ 15] devi c e s suc h  as u n i f i e po wer - fl o w  co nt r o l l e r ( U P F C ) sy n c hr o n o u s st at i c  com p ensat o r  (ST A TC OM ),  dy nam i c vol t a ge r e st o r er  ( DVR ),   so lid -state tran sfer switch ,  and  so lid-state fau lt cu rren t  li m i ter are d e v e l o ped  for im p r o v i n g   p o wer  q u a li ty an reliab ility o f  a  syste m  [1 6 ] [1 7 ] . Ad van c ed con t ro and  i m p r o v e d  sem i co ndu ctor switch i ng   o f  th ese  d e v i ces  h a v e  ach i ev ed a n e w  ar ea fo r  pow er- q u a lity  mit i g a tio n .   I n v e stig ation s   h a v e   b een  carried  o u t  to  study th e   effectiv en ess of th ese d e v i ces in  p o w er-qu a lity  mi tig ati o n  su ch  as sag  com p en satio n ,  h a rm o n i cs eli m in atio n,  unbalance  c o m p ensation,  re active powe com p ensation,  po w e r - f l ow  co n t r o l, pow er   f acto r  cor r e ctio n and  flick e r redu ctio n  [18-19 ].  Th ese  d e v i ces h a v e  b e en  d e v e lop e d   fo mit i g a tin g  sp ecified  power-q u a lity  pr o b l e m s . B y   usi n g a  u n i f i e d  ap pr oac h  o f  se ri es-s hu nt  c o m p en sat o r s  i t  i s   pos si bl e t o  co m p ensat e  fo r a  vari et y   o f  pow er- q u a lity p r o b l em s in  a d i str i b u tion  syste m   in clu d i n g  sag  co m p ensatio n ,  f lick e r  r e du ction ,  unbalan ce  v o ltag e  m itig atio n ,  an d   power-fl o w  con t ro l [11 ] . Usually in d i v i du al cu sto m  p o wer  d e v i ces su ch  as  DSTATCOM  an d   DVR fo cus o n  so lv ing  specific p o wer  qu ality p r ob lems in  a d i strib u t i o n  system . Ho wev e r,  b y  using    USSC,  it  is   p o ssib l e  to  co m p en sate   a   d i fferen t    power   q u a lity   p r o b l em   as co m p ared  to  DST A TCOM   and DVR as  indicated i n  Ta ble 1  [20].          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   45 1 – 460  45 4 T a b l e 1. Power qu ality  m i t i g a tio n   u s i n g USSC v e rsu s  o t h e rs cu st o m  p o w er  d e v i ces    Power Qualit Mit i gation  DVR  D-ST ATCO M   USSC   Voltage Flicker    YES   Li m ited   YES   Voltage Sag Co m p ensation  NO   YES   YES   Unbalance   NO   YES   YES   UPS Mode   YES   YES   YES   Power Flow Contr o NO   NO   YES   Har m onic Eli m ina tion  NO   YES   YES       It is n o t ed  th at,  m i tig ated  lo ad v o ltag e  b y  th e DVR is a stea d y  state v a lu e b u t  th is v a lu e i s  lo wer th an   m i ti gat e d val u e obt ai ne d by  USSC In  ot he r wo r d s t h e U SSC  can m i t i g at e vol t a ge sag  bet t e r i n  com p are d  t o   DVR  an d D - S T ATC O M .  Al so i n  case of  vol t a ge  fl i c ker ,  un bal a nce a n d harm oni cs el im i n at i on i t   i s   m u ch  effectiv e. Sim i larly, D-STATCOM is  u n a b l e to  con t ro pow er f l ow . I t  is seen th at  the propose d  USSC  can  m i ti gat e  vari et y  of  PQ  p r obl e m s [21] .       5.   USSC INST ALLATION IN DIST RIB U TION  SYSTEM  B e fo re m odel i ng t h e U SSC ,  al l  di st ri but i on sy st em  com ponent s, i . e . , l i n es an d ca bl es, l o a d s,   transform e rs, l a rge m o tors and generat o rs have  to be converted into equi valent reactance ( X ) and  resis t ance   ( R o n  c o m m o n   bases.  T h e m a i n  sy st em  com ponent  m ode l s  are  use d  i n  t h fo rm ul at i on o f  i m pedance  m a t r i x   fo r vol t a ge   sa cal cul a t i o n [ 22] . I n   steady  state analysis, the se ries a n d s h unt inve rters  of t h USSC are  p r esen ted b y  t w o vo ltag e   sour ces  V d and  V sh   r e sp ectiv ely as show n in   Figu r e  5.        Fi gu re  5.  Eq ui val e nt  ci rc ui t  o f  U SSC       X sc   and  X sh   represents t h e rea c tance of th e  transform e rs associated  with  t h e seri es a nd  sh unt   v o l t a ge   sou r ce i nve rt er s, res p ect i v el y .  The r ef ore ,   vol t a ge eq uat i o of  seri es a n d s h u n t  i n ve rt ers  can  be e x p r ess e d a s   fo llows:     0 ) ( V jX I V V se se dq s           ( 1 )     ) ( ) ( sh dq sh se se dq s X I V jX I V V       ( 2 )     L sh sh L dq se s I X V V I I I I 0         ( 3 )     Whe r I sc   an I dq   are the se ries  and s h unt i nve rter c u rrents , re spectively.  The  voltage ac ross  the  di stri bution line  reactance,  X L  is:     L L L L se se dq s X I X V V V jX I V V V . ) ( 0        ( 4 )     Whe r e,   I L   is d i strib u tion  li n e   cu rren t.  The vol t a ge, V X , acr oss t h e  d i st ri but i o n l i n e  can  be c h an ge by  cha ngi n g   t h e i n se rt ed  v o l t a ge,  V dq Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Fuzzy  Ba n g -B a n g  C o nt rol   Sc h e me  of  U S SC  f o r V o l t a ge  Sa g  Mi t i gat i o du e t o   Sh ort  ( M .Mo h a m m adi )   45 5 wh ich  is in  series with  th e d i strib u tion  lin e. If we co nsid er V dq =0, th e d i strib u tion  lin send ing  end  vo ltag e V S , l ead s t h e  l o ad  vol t a ge  by  a n  a ngl i.e  . L S    The  res u lting  real and reactive powe flows  at the lo a d  si de  are  P a n d  Q ,   whi c h a r gi ve n as  f o l l o w s :     sin . 0 L L ussc X V V P          ( 5 )     ) cos 1 ( . 0 L L X V V Q            ( 6 )   W i th  an  i n j e c t io n  o f   V dq , th d i stribu tio n line vo ltag e   V 0  will lead  th e lo ad   v o ltag e   V L , a n . 0 L th u s  th resu ltin g  lin e cu rren t an d  am o u n t  o f   flow  W ill b e  ch ang e d .   W i t h  a larg er am o u n t  o f   V dq  in j ection ,   V 0   no w l a gs t h e l o ad  vol t a ge  V L , and  . 0 L    Co n s equ e n tly,  th e lin e cu rren t and   p o wer fl ow  will b e   rev e rsed     6.   CO NTR O L S T RATEG O F  V O LTA G E  S A M I TIGA TI ON    Seri es co nve rt er pr o v i d es t h e   m a i n  funct i o n  t h e USSC  by  i n ject i n g a vol t a ge V dq wi t h  cont rol l a bl e   m a gni t ude V d an d phase  a n gl se  in  series  with  th e lin e v i an  in sertio n  t r an sfo r m e r. Th is in j ected   vo ltag e   acts essentially as a sync hronous ac  voltage source T h e feede r   c u rrent flows  th r oug th is vo ltag e  sou r ce  resulting in rea c tive and real  powe r exc h a n ge betwee it and its ac system. The  reactive   powe r exc h a n ged a t   the ac terminal (ie. at the terminal  o f  series in j ection  transform e r) is g e n e rated  in tern ally b y  th e co nv erter.  The real  p o w e r  exc h an ge d at  t h e ac t e r m i n al  i s  conve rt ed  i n t o  dc p o w er , whi c h ap pear s at  t h e dc l i nk as a  p o s itiv or n e gativ real p o wer d e m a n d .   Accord ing  to  th e th eoretical co n c ep ts, th rota t i on of se ri es  vol t a ge p h as o r  Vd q wi t h  an gl se  cause   v a riation  o f   b o th  th e tran sm it ted  real p o wer ‘P’ and  th e reactiv e p o wer ‘Q’ with se i n  a si nus oi dal   m a nn er.   For  val i d at i n g t h e pr o pose d  c i rcui t   m odel  of  USSC , t h e m a gni t u de o f  seri es i n ject ed  vol t a ge i s  kept  co n s t a nt   at  2KV a nd i t s  angl e i s  vari e d  fr om  0o t o  36 0 o . Th e vari at i o n i n  real  an d re act i v e po wer i s  i nvest i g at ed a nd i t   i s  obse r ve d t h a t  t h e vari at i on  of r eal  and  rea c t i v e po wer  i s   si nus oi dal   wi t h  vari at i on i n  an gl e, t h us coi n c i di ng   with  th eo retical co n c ep ts. It can  b e  seen  th at  th e tr an sm itte d  real power is  m a x i m u m  at a n g l 9 0 o ,  m i n i mu at angle  270o  and m e dium  at angle 0o. He nce, these  val u e s  are  selected i n  the  s w itching  function.  The target  o f  d a m p ing  con t ro l is to  co nd u c t pro p e r switch i n g  of C0 C1  o r  C2  at strateg i c ti m e s a s  to  q u i ck ly mitig ate   vol t a ge  sa g.   The  output of s e ries converte r can  be  ba ng - b ang  co nt r o l l e t o  t h ree  di ffe re nt  val u es:     closed.   is   C2   switch   When closed.   is   C1   switch   When closed.   is   C0   switch   When 270 V 90 V 0 V Vdq      ( 7 )     Wh ere  Vdq  is  th e vo ltag e  i n jected  b y  t h e USSC; is th e m a x i m u m   mag n itu d e  of  v o ltag e   th at can   be  injecte d  by  the USSC.   Fu zzy log i c con t ro ller is an  in tellig en t techn i qu e wh ich   has b een  im p l an ted  in  th e con t ro l o f  facts   devi ces  o n   po wer sy st em . M r i d ul  Jha .  an S.P.  D ubey  i n   [2 3]  i n vest i g at ed t h Ne ur o- F u zzy  base d c o nt r o l l e for  th ree p h a se  fo ur wire  shu n t  activ e p o wer  filter  . Also so m e   au th ors h a v e  u tilized   th e fu zzy app r oach   i n   t h e cont rol  o f  r e newa bl e ene r gi es. B y  [24]  t h e im pl em ent a t i on o f  fuzzy  l ogi c co nt r o l l e r i n  ph ot o v o l t a i c  po wer   g e n e ration   u s i n g boo st con v e rter and   b o o s t i n v e rter h a b e en  an alyzed . The u ltim a t e o b j e ctiv e of t h is  wo rk  is  to  i m p l e m en t fu zzy log i c con t ro ller at th e lin e in   which USSC is c o nnected.  The i n put s t o  f u zzy   l ogi c   cont roller a r V and  δ  m easured  at  USSC term in als. Fo r the o u t p u t , t h e fuzzy lo g i c con t ro ller will cho o se o n of the t h ree s w itch states from C0,  C 1  an d C 2  t h r o ug h co m p eti t i on. A si m p l e  fuzzy  l ogi c schem e  co m p ri se s   t h ree  fu nct i o ni ng  bl ocks nam e l y  fuzzi fi cat i o n, i m pl i cat i on and  i n fere nce,  and  sel ect i o n  o f  co nt r o l .   In p u t  dat a   are  pr ocesse d t h r o ug h t h ese t h ree  bl ocks  se que nt i a l l y Fuzzification :   Crisp  inpu t d a t a  n e ed  to b e   co nv erted  i n to  me m b ersh ip  grad es  to  wh ich th ey  b e long   to each of the associated li nguistic levels. These levels are  repre s en te d by fuzzy sets. Fuzzification se rves a s   d a ta prepro cesso r fo r im p licatio n s   o f  li n g u i stic ru les in  a  later stag e. There are 10   d i stin ct lin gu istic lev e ls,  nam e ly  A1 -1 0,  f o r  i n put   V  an di st i n ct  l i n gui st i c  l e vel s nam e ly  B 1 - 5 f o r   δ .  Mem b ersh ip fu n c tion s  fo r the  corres ponding fuzzy sets are distinct  an d  tri a n g u l ar. A h e uristic trial-an d - er ro r  pro cedure is n eeded to find the   ap pro p riate fu zzy p a rtitio n i n g   b y  co m p aring  t h p r es en t an d e sired   response fo r fu zzy log i c con t ro l.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   45 1 – 460  45 6 Imp lica tion a n d   inferencing : Vari ous  fuzzifi ed inputs are  fed int o   a fuzzy   rule base for  i m plication  and i n fer e nci n g. Li n g u i s t i c  cont rol  r u l e s ar e const r uc t e d base d o n  o b se rvat i o ns o f  dy nam i c behavi o r s an switch i ng  cu rves.     W i t h  the use  of two state inputs (V and  δ ) ,   w e  ob tain  a tw o - d i m e n s i o n a l ru le b a se w ith  10x5  l i ngui st i c  l e vel s  as i n  Ta bl e 2 .        T a bl e 2 .   T w o - d i m e nsi onal   fuz z y  cont rol   rul e δ  A 1  A 2  A 3  A 4  A 5  A 6  A 7  A 8  A 9  A 10   B C 1  C 1  C 1  C 1  C 1  C 1  C 1  C 1  C 1  C 1   B C 1  C 1  C 1  C 1  C 2  C 1  C 1  C 1  C 1  C 1   B C 1  C 1  C 1  C 2  C 2  C 2  C 1  C 1  C 1  C 1   B C 1  C 1  C 2  C 2  C 2  C 2  C 0  C 0  C 1  C 1   B C 2  C 2  C 2  C 2  C 2  C 2  C 0  C 0  C 1  C 1       The  rule  base i s  a collection of fuzzy c o nditional stat em en ts in  th e fo rm  of ‘if-th en ’ ru les. Each  ru le  carries a weight  i  (cal l e d fi ri n g  st re ngt h) , w h i c h i s  a  m easur e of t h e c o nt ri but i o of i t h   r u l e  t o  t h ove r a ll  fuzzy  c o ntrol  a c tion.  The  firi n g  stre n g th  i  i s   d e fi ne d as:     ) y ( ) x ( 0 V 0 A i         ( 8 )     Whe r B , V A A;  µ denot es  gra d e o f   m e m b ershi p   de fi ne d f o r i n p u t  st at e (V an δ ) ,  xo a n d   yo  ar e th e i n put v a r i ab les used   at a  pa rticular tim e instant; and  Λ  is t h fu zzy  ‘A ND ’  o p e rator .   The m e m b ersh i p  val u of  eac pos si bl e s w i t c hi n g  st at e C 0 ,  C 1  a n d C 2  f o r  t h e F L C  i s   obt ai ned a s :     51 , 50 , 41 , 40 i 4 ) C ( i 0 i          ( 9 )     ,... 3 , 2 , 1 i 32 ) C ( i 1 i          ( 1 0 )     ,. . . 26 , 25 , 24 , 15 i 14 ) 2 C ( i i          ( 1 1 )     The m a i n  pur p o se o f  sel ect i o n o f  co nt r o l  i s  t o  ch oose a  no n- fuzzy   di scret e  cont r o l  t h at  b e st  resp on ds   to  cu rren t syste m  o s cillatio n s .  Th e fi n a l d i screte FLC  ou tp u t  ind i cates th e fin a l switchin g  state cho s en  fro m   C0, C 1  a n d C 2 The  choice i s  com p e titive and only one  s w itchi ng state  with  highest m e m b ershi p  µi a m ong  C0, C 1  a n d C2 is chose n .       7.   SIMULATION AND RESULT  Th e si n g l e li n e  d i agram  o f  t h e n e twork to  st ud y th vo ltag e   sag  m itig atio n  is sho w n  i n  Fi gu re 6.      Fig u re  6 .  Sing l e  lin e d i ag ram  o f  th n e two r k   to  stud y th e voltag e  sag m i tig atio Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Fuzzy  Ba n g -B a n g  C o nt rol   Sc h e me  of  U S SC  f o r V o l t a ge  Sa g  Mi t i gat i o du e t o   Sh ort  ( M .Mo h a m m adi )   45 7 Vol t a ge  sa g at   PC C  wi t h out   USSC   d u e t o  s h ort circu it fault is sh own  in  Fig u re  7 .             Fi gu re  7.  V o l t a ge sa g at   PC C   due  t o   sh ort  ci r c ui t  fa ul t        The sim u lated  syste m  with MATL AB/SIMULINK s o ft war e  t o  st udy  t h e f u zzy  ban g - ba n g  co nt r o l l e on   v o l t a ge sag  m i ti gat i on usi n g USSC   i s   sh o w n   i n  Fi g u re   8 .           Fig u re  8 .  Sim u lated  system  in  MATLAB/SIMULINK      Th e con t ro l st ru cture  o f   USSC u s ed  to  illu strate  th e p r o posed  fu zzy b a ng -b an g   con t ro ller  is  shown  in  Figur 9 .         Fi gu re  9.  Seri e s  an d s h unt  c o nve rt ers  o f   US SC  i n  M A TL A B / S IM UL IN K       Th e con t ro l st ru cture  o f   USSC u s ed  to  illu strate  th e p r o posed  fu zzy b a ng -b an g   con t ro ller  is  shown  in  Figur 1 0 Te shun t conver t er  can   b e  co n t r o lled fo main tain in g  con s tan t   vo ltag e   in  d c  bu s and   so  it is  co n t ro lled on ly to  m a in tain  d c  bu v o ltag e  at  th  de si red  l e vel .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   45 1 – 460  45 8     Fi gu re  1 0 Fuz z y  ban g - ba n g  c ont rol l e desi g n ed  f o r  U SSC       C h an gi n g  st at e of s w i t c hes C 0 , C 1   or C 2  as sho w n i n  Fi g u r e 11 ca n re gul at e t h e vol t a ge  i n ject ed  by   the series  controller.        Fi gu re  1 1 . C h a ngi ng  st at e o f  s w i t c hes C 0 , C 1  o r  C 2       The  bl oc di ag ram  of t h sy st em  cont r o l  f o refe r e n c e vo ltag e   g e n e r a tion  i s  show n in   Figu r e  12        Fi gu re 1 2 . Sy st em   cont r o l   f o r refe rence   v o l t a ge gene rat i o n       The inhected  voltage by USSC thro ug h se ri es con v e r t e r a nd i t s  ref r e n ce  i s  present e d i n  Fi g u re  13   an d Figu r e  14. Figu r e  15  ah ow s t h v o l t a g e  sag  co m p en sated   b y   USSC u s i n g fuzzy b a ng -b an g b a sed   cont roller.        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Fuzzy  Ba n g -B a n g  C o nt rol   Sc h e me  of  U S SC  f o r V o l t a ge  Sa g  Mi t i gat i o du e t o   Sh ort  ( M .Mo h a m m adi )   45 9       Fi gu re  1 3 In je ct ed v o l a t g e  by  seri es c o nve rt er  of  USSC t o  m itig ate v o l at g e  sag  Fig u r e   14 . Refer e n c e of  inj e cted  vo latg e b y   ser i es  co nv erter  o f  USSC to  m itig at e vo latg e sag          Fi gu re 1 5 . V o l t a ge  sa c o m p ensat e d   by  US S C   usi n g f u zzy  ban g - ba n g  bas e c ont rol l e r          8.   CO NCL USI O N   In t h i s  pa per ,  USSC  co nt r o l l e r i s  deri ve d b y  usi ng F u zzy  Lo gi c C ont r o l  (FLC based  o n  ba ng -ba n g   cont rol  t o  c o m p en sat e  t h v o l t a ge sag  occ u rre due  t o   sho r t circu it fau l t in  d i st ri bution system . Of c o urse   anot her m a i n  reaso n  o f  v o l t a ge sa g i s  m o t o r st at i ng  whi c h  has n o t  bee n  a n al y zed i n  t h i s  pape r. T h e m odel  i s   sim u l a t e d i n   M A TLAB / S I M U LI NK  pl at fo rm  and USS C  cont r o l l e r’s  per f o r m a nce i s  eval uat e d.  Nu m e ri cal   si m u latio n  prov ed  t h e effectiv en ess of th co n t ro ller i n  co m p en satin g   vo ltag e  sag .  Si m u la tio n s  h a ve b e en  carried   ou t to  ev alu a te th p e rform a n ce o f  the USSC.  Sim u l a tio n  resu lts re vealed that the  USSC ca n m itigate   effectiv ely v o l tag e  sag .  Th e resu lts rev ealed  th at th e USSC g i v e s a b e tter p e rfo r m a n ce in  p o wer qu ality   m i ti gat i on es p eci al l y  i n  vol t a ge sa g c o m p ensat i o n an p o we r fl o w  co n t rol  an d al s o   pr o v i d e m o re  po we q u a lity so l u tion s  as co m p ared  to th D-STATCOM and   DVR.         REFERE NC ES  [1]   PT Nguy en, TK  Saha. DVR against  balanced and  unbalanced Voltage  sags: Modeling  and simulation.  IEEE-S c hool  of Information  Technolog  and    Electrica l  Eng i n eering, University of Queesland ,  Australia,  2004 .   [2]   SR Mendis, MT  Bishop, JF  W itte. Invest igat ion s  of vo ltage flic ker in ele c tri c  a r c furnace powe r  sy st em s.  IEEE   Industry Applica tions Magazine 1996; 2(1): 28 –   34.  [3]   RW Boom. Sup e rconductive Magnetic  Energ y   Storage for  Elec tric Utilities--A  review of  the 2 0   y ear  Wisconsin   Program.  Proceedings of  the Interna tional  Power  Sources S y mposium . 1991; 1: 1- 4.  [4]   AliZa’f a ri . Miti gation of Fl ick e using STATCOM with Three-Level 12- pulse Voltage Source Inverter,  Worl Academy of Science  E ngineering  and Techno logy . 2011; 73: 263- 268.  [5]   VJ Gosbell, D Robinson, S Perera, The  Ana l ysis of Util it Voltage Sag D a ta Int e rnation a l Power Quali t y   Confer enc e , Sin g apore. 2002.  [6]   Yop Chung, Dong-Jun Won, Sang-Young  Park, Seung-Il  Moon andJong-Keun Park. The DC link energ y  con t r o method in d y namic voltage restorer s y stem.  International journal on Elec tric po wer and energy system . 2003; 25(7):  525-531.  [7]   T Larsson, C Poum arede. STAT COM, an effici e n t m eans for flicker m itiga tion .   IEEE Pow e r En gineering Society  Winter  M eet ing 1999; 2: 1208-1 213.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  4 ,   No 4 ,  D ecem b er  2 014  :   45 1 – 460  46 0 [8]   D i navahi  V ,  Ir a v ani R ,  Bon e rt  R. D e s i gn o f  a   real- tim e d i git a l  S i m u lator for  a  D - S T A T CO M  s y s t em Industrial  Ele ctr onics ,  IE E E  T r ans actions   on. 2004; 51(5):  1001-1008.  [9]   NH W oodley L Morgan, A  Sundaram .  Exp e rien ce with  an  inverter-based  d y n a m ic voltage restorer.  IEE E   T r ans actions  on  Power  D e l iver y 1999; 14(3): 118 1-1186.  [10]   S  Chandras ekha r, et a l . ,  M itig at ion of V o ltage f lick er and redu c tion in TH D  b y  us ing S T A T COM ,   International  Journal of Electrical and  Co m puter  Eng i neer ing   ( I JECE) .  2013;  3(1): 102-108   [11]   J G  N iels en, F  B laab jerg,  N  M ohan. Con t rol S t r a tegi e s  for D y na m ic V o ltag e Re s t orer com p ens a ting V o lt age  S a gs   w ith P h as e J u mp.  Proce e dings of 16th Annual I EEE App lied  Po wer Elec tronics  Conferenc e  and Exposition 2001 APEC 2001; 2:  1267-1273.  [12]   M A  Hannan, A  M oham e d. Unifi e d Seri es-S hunt Com p ensator M odeling  and Sim u lation ,   I EEE, N a tional  Power &   Energy Con ference ( PECon)  20 04 Proceedings ,  K u aIa  Lum pur,  M a la y s ia .   [13]   S  A s ha K i ranm ai, M  M a njul a, A V RS  S a rm a. M itigat ion  of V a rio u s  P o w e r Q u ality P r oblem s  U s ing U n ified S e ri es   Shunt Com p ensator in  PSCAD/EMTDC,  16th Na tional pow er sys tems conference.  2010.   [14]   M A  Hannan, A Moham e d, A Hu ssain. D y nam i c Phasor Modeling and EMT Simulation of USSC,  Proceed i ngs of  the World  Congress on Engin eeri ng and Compute r  Scien ce ,  WCECS.  San Fran cisco,  USA.  2009 1.     [15]   Arne z  RL,  L C   Z a net t a .  Uni f ie d powe r  fl ow  c o nt rol l e r  (UPFC):   It s versa t i l i t y  i n   ha ndl i n g   powe r   fl ow   a n   inter act i on  w ith  the  netw ork.  I IEEE/ PES Asia P a cifi c Transmission and Di stribu tion Conferenc e    and  Exhibition .   2002; 1338-134 3.  [16]   Hingorani NG,  L G y ug y i . Understanding FACTS Concept  and  Techno log y  of  Flexible AC Transm ission Sy stem   IEEE  Press , New York. 2000.  [17]   Su C, G. Joos. Series and shunt  act i ve power co nd itioners for co m p ensating distr i bution s y st em  faults.  Proceddin g   of   the  Canadia n  Conferen ce  o n    Electrica  an d  Co mputer  En gineering . 2000; 1182-1186.  [18]   Jin Nan, Tang Hou Jun, Yao Ch en, W u  Pan. Topolog y  and Con t rol of Chopper T y p e  D y n a m ic Voltage Regu lat o r ,   International  R e view  of  El ectri c a l  Eng i neering  ( I REE) ,  Febru a r y 2011; 6(2par t  A) : 160-168.  [19]   H e ndri M a s d i,  N o rm an M a riun,  S .  Bas h i ,  A z ah M oham e d. V o lt ag e S a g Com p ens a tion in  D i s t ribu ti on S y s tem  du e t o   SL G Fa ul t  Usi n g D-ST AT COM ,   International Review  o f   Electr ical Engin eering  ( I REE) . 2010;  5(6,part B): 283 6- 2845.  [20]   MA Hannan, A  Moham e d,  A  H u s s ain, M a j i al  D a bba y.  D e velo pm ent of th e U n ified  S e ries -S hu nt Com p ens a tor  for   P o w e r Q u alit M itigat ion,   Am e r ican Jour nal  of   Applied  Sc ien ces .  2009; 6(5): 978 -986.  [21]   M r idul Jha, SP  Dube y .  NeuroFuzz y   based Con t rolle r for a Three Phase F our W i re Shunt Active Power Filter ,   International  Jo urnal of  Power  Ele ctronics and   Drive Syst ems ( I JPEDS) 2011; 1 ( 2): 148-155 [22]   Abubakkar Siddik A, Shangeeth a  M .  Im plem entation of Fuzz y   Logic con t roll er  in Photovoltai c  Power generati on   using Boost Converter  and Boost Inverter In tern a tional Journal of  Power  Ele ctr onics and Drive  Systems ( I JPEDS) .    2012; 2(3): 249- 256.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.