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.   9 , No .   4 ,  Decem ber 2 01 8 , p p.   1709 ~ 1717   IS S N: 20 88 - 8 694,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v9 .i 4 . pp 1709 - 17 17          1709       Journ al h om e page :  http: // ia escore.c om/j ourn als/i ndex. ph p/IJPE D S   A  G ener alized  P aram eter   T uning   Meth od  of  P ropo rtional - R eso nant   Contr oll er s   f or D ynami c  V olta ge  R esto rer s       Phuong  Vu 1 ,  Ngoc Dinh 2 ,  Nam  Hoan g 3 , Q ua n  Nguyen 4 ,  Dich  Nguye n 5 ,  M inh  Tra n 6   1,2,3,5,6 School  of Electrical E ng in ee ring ,   Hano i  U nive rsity   of  Sci e nce   and Technol ogy,   Hanoi ,   Vi etnam   4 Depa rtment of  El e ct ri ca l   and   C omput er   Engi n e eri ng,   Th e  Univ e rsity  of Tex as  a t A ustin,   T exa s,   U . S.A       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   M a y   1 1 , 201 8   Re vised  A ug   11 , 2 01 8   Accepte d  Se p   11 , 201 8       T em por ary   vo ltage  sw ells  and   sags  appe a r  wit h  high  fr eque n c y  in  elec tr ic  power  sys te ms,   and  the y   signific ant ly   aff ect  sensi ti ve   lo ads  such   a s  industria l   ma nufa ct uring  o r  com mun ic a ti o n  devi c es.   Th is  pape r  pr ese nts  a   strat egy  t o   design  p ropor ti o nal - resona n t  c on trol lers   for   thr ee  full - bridge  v ol t age - s ourc e   c onver t ers  wi th   a  com mon   DC - l i nk  in   dyn am i c   v olt ag e  restor er   s ystem s .   Th e   proposed  cont r oll ers  al low   th e  sys te m   to  q uic kly   over co m e  t em pora ry   unba la n ce d  v olt ag e  sags.   S im ulation   result s  c ar rie d  out   in   MA TL AB/ Simul ink   and   expe ri me nt al  resul ts  i mpl ement ed   in   a  Typhoon   HIL 402  device   dem onstra te   the   abi lity  of  the   pr oposed  design   me thod .   Th e   result s  show   that  the  sys te m   wit h   th e   proposed   c ontrol l er s   can   r ide - through   single - phase   or   double - phase   v o lt ag e  sags  up  to  55%  and  thr e e - p hase   voltage   sags up  to   70%  i n  a  dur ation  l ess  tha n  on e  gr id - vo lt ag e  cy cle.   Ke yw or d:   Dynamic  volt age  resto rer   Pr op or ti onal - re so na nt c ontroll er     Hardwa re - in - t he - l oop   Copyright   ©   201 8  Ins t it ut e  o f  Ad vanc ed   Engi n e er ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Phuon g Vu,    School  of Elec tric al  Engineer ing ,     Hanoi  Un i ver si ty of  Scie nce a nd Tec hnolog y,   No.1,  Dai Co   Viet  Roa d,   Hai  Ba Tr ung,  Ha no i,  V ie tna m .   Emai l:   phuong .vuhoa ng@ hu s t.edu.v n       1.   INTROD U CTION   Power  qu al it y  disturba nce s  s uch   as  volt age   sag  an d  s well   ha ve   bee n  ca us in g  seri ous  con ce r ns   f or  moder n  distrib ution   sy ste m s  op e rated  at   lo w -   a nd  me dium - vo lt age  le ve ls.   The  per ce nt age  of  volt ag e  sags   cause d  by  sin gl e  li ne - to - gro und  fa ult,  double   li ne - to - gr ound  f ault,  a nd  ba la nced   t hr ee   phase - to - gro und  fa ult  in  power  s ys te ms  a re  68%,   19%,   13% ,  res pe ct ively  [1] .  S uch  vo lt age   va riat ion s   in   sho r t  durati ons   (les s  tha n  60  sec onds)  le ad  to   imp r op e r  ope rati on  of   sensiti ve  l oads,  w hile   lo nge r  volt age   va riat ion s  ca n  res ult  in   su sta ine d  inter ruptio ns   or  f ai lures .  T her e fore ,  mit igati ng   vo lt age  sags  a nd  swell s  in  lo w -   and   medi um - volt age   distrib ution s yst ems is crit ic al .   On e  of   t he  m ost   so luti on  to  i mpro ve  vo lt ag e  regulat ion   is   dynamic  vo lt a ge  rest or e rs  ( D VRs).   The   op e rati ng  pri nc iple  of   DV Rs  i s  to  injec t  appr opriat e  volt age   in  series  an d  s yn c hro nism  with  the  disto rted   AC   gr i d  s ource  t o  com pensat e  f or  the   am ount  of  volt age   sag   or  s well   [2 ] - [ 4] .   A  D VR  s ys te m  inclu des   an   energ y  sto ra ge,   a   th re e - phase   volt ag e - sou rce   in ve rter,  a nd  se ries  c onnected   tra nsfo rme rs  betwe en  a n  AC  gr i d  so urce   and  a  l oa d .  R egardin g  t he  t hr ee - phase   vol ta ge - s ource  i nverter s ,  it   is   necessa ry  to   c on t ro l  t he  pos it ive - ,  neg at ive - ,   a nd  zer o - s eq ue nc e  co mpo nen ts   to   co mp e ns a te   the  volt age   sag   or  s well   of  eac h  pha se  [ 5] .  Ther e f or e,   t he   c on tr ol   sche me  is   c ompli cat ed  a nd  i nsuf fici ently  reli ab le .  T o  e li mina te   volt age   sa gs   a nd  swell s ,  se ve ral  al te rn at ive   to po l og ie s   of  D VR  hav e   be en   intr oduce d  s uc h  as   a  t hr ee - ph a se  in ve rter s  with   a   neu t ral  point  c reated  by  a  D C - li nk   ca pacit or,  th ree - ph a se   fou r - wire  in ve rters,  a nd  th r ee  sing le - phas e  fu ll - br i dg e  i nv e rter s  with   a  c om m on  D C - li nk  ca pacit or   [6 ] , [ 7] .  The  la tt er  is  pr efer red  b eca use   of   t he  sim ple  pu lse - width   m odulati on   (PW M )     me thod.     In  D VR  s ys te ms  us in g  t hr ee   f ull - bri dge  i nverters  with  a   c om m on  DC - li nk  ca pacit or,  se ver al   c ontr ol   appr oach es   ha ve   bee n  s ugge ste d .   A  c oor din at io n  of   both   fee d - b ac k  a nd  fee d - forwar d  co ntr ol  in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Sy st ,  Vol.  9 , N o.   4 ,  D ecembe r  2018  :   1709   –   1717   1710   sy nc hro nousl y  ro ta ti ng  f rame   dq   is  intr oduce d  in   [ 8 ] , [ 9].  H ow e ve r,   t his  to po l ogy  does  not  ha ve  c urre nt   loops   to  com pe ns at e   for  the  l os ses   in  the  tra ns f ormer s  an d  ou t pu t  filt er,  w hic h  le ads  t o  a  sl ow   volt age  re s pons e .   Anothe r  a pproach  is  to  imp le ment   pro por ti on al - re sona nt  (P R)  or   H inf   con t ro l  f or   t he  volt age  lo op   a n d  pro portion al   ( P)   c ontrol  f or   t he  c urren t  l oo p  in   the  sta ti onary  f rame  αβ   [ 10] .   H oweve r,  co ntr olli ng   on ly  tw o  com pone nts  of   αβ   f rame   as  presente d  in   t hi s  ap proac h  is  no t  e ff ect ive   wh e n  t he  vo lt a ge  sa g  is  unba la nced ,  wh ic h  is  the  t yp ic al   case  in   pr act ic e.  A  P   con tr ol  f or   both  vo lt age  a nd  cu rr e nt  lo ops  with  in dep e nd e nt   con t ro l le rs   bet ween  eac h ph a se   is propose d i n  [11 ] . T his a ppr oach  is  un a bl e to eli minat e the stead y - st at e err or  in  s pite  of  it s  f ast   res pons e .   A  m ulti - lo op  with  P I  c ontrol le rs  is  a pp li ed   to  D VR  s ys te ms  in   [ 12] ,   but   ste ad y - sta te  error   al s o exist s.     Fr om  t his  li te ratur e  rev ie w ,  t he  c on t ro l  st ra te gy   us i ng   PR   co ntr ollers  f or  both   cu rrent  and  volt age   loops  is  the  m os t  ef fecti ve  f or   D VR  syst ems  to  im pro ve   dyna mic  res ponse   an d  el imi nate  ste ad y - sta te   error   [13] .  T o  t he  be st  knowle dge   of  the   a uthor s,  li tt le   resear ch  has  bee n  done   to   el ab or a te   on  the   pr oc ess  of   determi ning  pa rameters   f or  P R  con t ro ll ers ,  wh ic h  is  highl y  c ompli cat ed.  Seve ral  stu die s   ap ply   t rial   an d  er r or   proce dure s  to   ob ta in   the  paramet er s   of   PR  co ntro ll ers   [ 14] .  A nothe r  ap proac h  to  desi gn  PR  c on tr oll ers  is   base d  on   t he  SI S O  desig n  t oo l  i n  M A TL AB  a nd  sy ste m  dy namic  re sp onse   [ 15] .   S uch  meth ods  a re   ti me - consu min g  a nd not g e ne rali zed.    This  pap e r  proposes  a  syst emat ic   and  ge ner al iz ed   desi gn  meth od  f or  PR  vo lt ag e   and  cu rr e nt   con t ro ll ers  of   t hr ee si ng le - pha se f ull - br i dg e i nv e rters  with a  co mm on D C - li nk  ca pacit or   i n  D VR syst em s . Th e   major   co ntri buti on s  of this  pa per incl udes:   a)   An   eq uiv al e nt  ci rcu it   of  f ull - bri dge  in ver te r s   and   series  c on nected  t ran s f ormer s  i n  a  DV R   sy ste m .  U nlik e   oth e r  e xisti ng  methods ,  t he   model  of  t he  s eries  tra nsfo r mers   is  ta ke n  into   acco unt  i n  t his  pa per  w hen  desig ning t he  c on t ro ll ers  for t he DVR  sy ste m.   b)   A  met hod  t o  de sign  pa ramete rs  of   PR  c on t r ollers   i n  the   f r equ e nc y  doma in  f or  both   cu r ren t  a nd  vo lt a ge   loop s   t o  guar antees  s ys te m   sta bili ty  with   a   desire d  c r os s - over   f re quency  a nd  ph a se  ma rg i n.  T he   discreti zat ion i n  the   z - domain  of the  d esi gn e d  PR  co ntr oller s   f or   di gital  implementat io n  is  also i nclu ded.   c)   An  ap proac h  t o  ver if y  the  pro posed   co ntr oller  by  ha r dware - in - the - l oop  ( HIL)   real - ti me  ex per ime nts   us in g  a  Ty phoon  H IL 402  de vice .  HI L   sim ulati on   has   be en  highly  rec ommen de d  as   a n  ef fecti ve  des ign  appr oach  with   the  ease  i n  modif ying  c on t ro l le r  pa rameter s  and   creati ng   di ff e ren t  operat i ng  sce nar i os   of  gr i d vo lt age  [1 6 ] - [ 18] .    The remai nde r of  t his p a pe r  is orga nized  as  foll ows. S ect io n  2 desc ribe s  the gene ral co nt ro l t op ology   and   t he  m od e l  of   a  D VR  sy ste m  incl ud i ng   t he  eq uiv a le nt  ci rcu it   of  fu ll - br id ge  i nv e rter s   a nd   series   trans forme rs .   The  pro po se d  desig n  in   the  fr e qu e nc y  domain  of   t he  P R  current  a nd   volt age  c on t r ollers  i s   pr ese nted   ba se d  on  the   de vel op e d  e quivale nt   model .  T he  di screti zat ion   of  the  desig ne d  PR  co ntr oller  i s  al so   include d.  Sect ion  3  de monstr at es   the   ef fica cy   of  t he   pr opos e d  meth od  by  off - li ne   simu la ti on   a nd  H IL   real - tim e experime nts  us in g  T yphoon  HIL 40 2  s yst em.       2.   CONTR OL S CHE ME   A  scal ar  c ontr ol  sche me  f or  t hr ee  f ull - bri dg e  inv e rters  with  a  c om m on  D C - li nk   ca pacit or   i n  a  DV R   sy ste m  is  s hown   i n  Fig ure   1.  Simi la r  co ntr ollers  are  a ppli ed  se par at el y  f or   eac h  ph ase   corres pondin g  to  each   H - br i dg e   in vert er.  I n  t his  c ontrol  sc heme ,  volt ages  a nd  c urre nts  of   al l  phases  a re  c ontrolle d  in dep e ndently   us in g  nested  con t ro l  lo ops.   A t  each  pha se,  the  ou te r  vo lt age  co ntr ol   loo p  re gu la t es  the  volt age   at   the   seco nd a ry   side   of   t he  tra ns f ormer  w hile  the   inn e r  cu rr e nt  loop  re gula te s  the  outp ut  cu rrent  of  the  H - bri dge  inv e rter.   T he  s et   points  of  t he   cu rr e nt  l oop  are   the   outp ut   of  the   vo lt ag e   lo op,  w hile  the  set   points   of  th e   vo lt age   lo op   a r e  cal culat ed  ba sed  on   t he  r oot - mea n - s quare  ( RMS)  val ues  of  the  desire d  volt age  ( f or   e xa mp le ,  220 V)  a nd  t he  g rid v oltage.  I n  the  propose d con t ro l a ppro a ch,  si nce th e in sta ntane ou s  vo lt age an d  c urre nt ar e   me asu red,  PR  con t ro ll ers   are   ch os e n  t o  el i minate   the   ste ady - sta te   e rror.   The   resona nt  fr e qu e ncies   of  the  PR   con t ro ll ers  a re  equ al   to  t he  gr id  fr e quenc y.   I n  ad diti on,  pha se - loc ked   l oop  (P LL ),   wh ic h  is  require d  f or   gr i d  sy nc hro nizat io n,  is  im pleme nt ed  by  measu ri ng  the   volt age   at   eac h  phase   of  the   gr i d  s ou rce.   I n  this  pa per,  a  ph a se - loc ke d  loop   ( PLL )  al gorith m  base d  on  a   sec ond - ord er  ge ner al iz ed   integrat or  ph as e - loc ked  lo op   ( SOG I   PLL)  is used   [ 19] .   To  properly   de sign   PR  co nt ro ll ers ,  the  model  of  series  t r ansfo rmers  in  a  DV R  sy ste m   shou l d  be   ta ken   i nto   acc ount.  T he  e qu ivale nt   ci rc uit  of   eac h  H - bri dg e   an d  t he  si mp li fied   m od e l  of   t he  tra n sf orme r   ref e rr e d   to   th e  seco ndar y  s ide  are  sho wn  in  Fi g ure   2.  The  le a ka ge  impeda nce  of   the  tra ns f orm er  an d  capaci ta nce  res ult  in  a  sec ond - orde r  l ow - pas s  filt er.   T he  e quivale nt   impe da nce  ref e rr e d  to  t he  sec onda r y  si de   of the tra nsfo r mer  is  giv e n as  foll ow s:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t     IS S N: 20 88 - 8 694       A G e ner alized  Parameter  T uning   Met hod of  Propor ti onal - Reso nant C on t ro ll e rs for    . ...   (Phu ong Vu )   1711   1 22 , pp e q S s s rx Z r j x R j L NN   ( 1 )     wh e re  N   is  th e  tur ns   rati o  of  the  tra nsfo r mer,   r p   an d  r s   are  the  resist ances  of   t he  pri mar y  a nd   se conda ry  windin gs , p x an d  s x are  the   le aka ge   inducta nc es  of  the   pr im ar y  an d  sec onda r y  windin gs ,   an d R and   L are  the r es ulti ng r e sist ance and i nducta nce  of the  equivale nt  im ped a nce .       C dc F B   P h a s e   A F B   P h a s e   B F B   P h a s e   C 7 0 0   V S 1 , 2 , 3 , 4 a S 1 , 2 , 3 , 4 b S 1 , 2 , 3 , 4 c S i n P W M U dc S u p p l y i sa i sb i s u c PR i s * u abc i s u c V A V C _ r e f N : 1 V o l t a g e   c o n t r o l l e r s C u r r e n t   c o n t r o l l e r s + - + - PR θ S e n s i t i v e   l o a d P L L v gr i d V gr i d _ R M S V r e f _ R M S 2 2 0 x v r e f S 4 S 1 S 2 S 3 U dc + - - + F ul l  br i dge V 0 _ r e f _ R M S R M S i sc v i nj v i nj v i nj v sa v sb v sc C C C     Figure  1.  Co ntr ol  to po l ogy o f t he  in ver te r  in   DV R       X m r m X σ p / N 2 r s X σ p v i nj C G r i d L oa d S 4 S 1 S 2 S 3 U dc + - - + v sa / N Ni sa r p / N 2     Figure  2.  Eq ui valent circ uit o f per p hase a nd  ser ie s c onnect ed  tra nsfo rme r       A  PR  c ontr oller  ha s  a n  in finite   gain   at   a  sel e ct ed  res onant freq ue ncy ;  t hu s ,   the  zer o  ste ad y - sta te   e rror  or   t he  harmo nic  at   this  frequ e nc y  ca n  be  el imi nate d.  The  t ransfe r   functi on  of  a  PR  co ntr oller  is   mathemat ic al ly e xpresse d  as   fo ll ows  [ 20] :     2 2 1 . c r P R p ks G s k s   ( 2 )     wh e re  p k and  r k are  the  c oeffici en ts  of   t he  PR  c on t ro ll er  w hile  1 is  a  sel ect ed  fr e qu e nc y.   Th e  fr e quenc y  respo ns e c har a ct erist ic s o f  t he  PR c on tr oller  are calc ulate d  as foll ows:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Sy st ,  Vol.  9 , N o.   4 ,  D ecembe r  2018  :   1709   –   1717   1712   2 2 2 2 2 2 1 22 1 pr PR kk Gj     ( 3 )     22 0 a r c t a n . r PR p k Gj k     ( 4 )     Fr om  ( 3 ) ,  it  can be see n  t hat the PR  contr oller  has  a n  in fini te  g ai n  at   1 .  In  [ 21] ,  the tra nsfe r  f unct ion o f  t he   PR co ntr oller  wit h  the  d el a y com pensat ion  can  be writt en a s foll ows:     1 2 2 1 c o s s i n . dd c P R p r s G s k k s   ( 5 )     The  delay  ca n  be  c ompensate d  by  a ddin g  a  le ad  an gle  ( ) 1 ds kT  =   to  the  in ver se  Par k  tra ns f or m   ang le ,   w her e   k   is  an   inte ger  re pr ese ntin g  the   numb e r   of   pe ri od s   t o  be   c ompen sat ed   [ 21] .   In  t his   pap e r,  k   is  set  to 1.  T o  a vo i d an alge brai c lo op dur i ng the  di screte i mp le m entat ion ,  it  is s uggeste d  that t he direct  inte grat or  is   discreti zed  us i ng  the  for ward   meth od  w hile  the  fee dback   integ rator   is  dis creti zed  us in g  the  bac kwar d  method   [20 ] , [ 21]. T h e  PR co ntr oller  with the  d el a y com pensat ion  and  disc rete   P R co ntro ll er  is  sh ow n  in  Fi g ure   3.       y k r k p 1 s 2 1 1 s c o s ( θ d ) ω 1 s i n ( θ d ) x v u   ( a )   The  PR c ontrolle r wit h  t he  d el ay  comp en sat ion   x y k r k p 2 1 c o s ( θ d ) ω 1 si n ( θ d ) z - 1 De l a y 1 1 s T z 1 1 s T z v u v p r e   ( b )   T he res ulti ng  disc rete PR  con t ro ll er     Figure  3 .   Bl oc k diag ram of  P R co ntro ll ers .       2.1.   Design t he P R  co n tr oller  f or  t he  inner c ur rent l oop   Fr om Fi g ure   1 and Fig ure   2,  t he plant t ra nsf er fu nction o f  c urren t c ontr ol loop  i n  se ries c onve rter is  determi ned as  fo ll ows:     ( ) ( ) ( ) 22 1 . 1 sa iv sa is sC Gs vs N s L C s R C == ++   ( 6 )     The  c ross - over   fr e quenc y  is   usual ly  sel ect e d  to  be  far   l ow e r  tha n  t he  sam pling  f reque nc y  f s .  O n  the   oth e r  ha nd,  t he  cr os s - ov e r   fr e quenc y  f c   is  sign i ficant ly  hi gh e r  tha n  the  gri d  frequ e nc y  f 1 .  F rom  ( 3 ) , C P R p c G j k .  T he  par a mete r  pc k of  the   PR  regulat or  f or  t he  c urre nt  lo op  is  t hus  dete rmin e d  a s  fo ll ows:     1 1 . c i c i ci P R c iv pc iv G j G j k Gj              ( 7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t     IS S N: 20 88 - 8 694       A G e ner alized  Parameter  T uning   Met hod of  Propor ti onal - Reso nant C on t ro ll e rs for    . ...   (Phu ong Vu )   1713   Nex t,   base d  on  t he   desi red  phase  ma rg i n  c PM of  whole  s ys te m ,  the  par a mete r  rc k of  the   PR   co ntr oller  for  t he   current l oop  is   chosen  su c h  t ha t :                   0 +   1 8 0 . c i c i c P R c i v P M G j G j        (8)     Ther e f or e,  the   par a mete r  rc k   of t he  PR  r e gu la to r  is  determi ned as foll ows:     22 1 a r c t a n r c i c p c i k A k   ( 8 )     22 0 t a n , c p c i rc ci Ak k               (10)     wh e re  0   - 1 8 0 C c c iv A P M G j .     2.2.   Design t he P R  co n tr oller  f or  t he  o u ter  volt ag e  lo op   Fr om Fig ure   2, the p la nt tra nsfer fu nction o f  vo lt age c ontr ol loop  in ser ie s  conve rter is d e te rmin e d  a s   fo ll ows:     ( ) ( ) ( ) 1 . in j vi c vs Gs i s Cs ==   (11)     The ma gnit ude - f reque ncy an d p hase - fr e quen cy resp onse  of  ( ) vi Gs can  be writt en a s foll ows:     ( ) ( ) 0 1 , 90 v i v i G j G j C  = = −   (12)     1 . c v c v P R v iv p v c v G j G j kC                  (13)     Fr om  t he  desir ed  phase  mar gi n  v PM of  w hole   s yst em,  t he  par a mete r  rv k of  the   P R  co ntr oller  is   chosen   s uch   that :     0 +   1 8 0 . c v c v v P R v v i P M G j G j                ( 14)     Ther e f or e,  the   par a mete r  rv k   of t he  PR  r e gu la to r  is  determi ned as foll ows:     22 1 a r c t a n r v c v v p v c v k A k   (15)     22 0 t a n , v p c v rv cv Ak k   ( 16)     wh e re  0   - 9 0 vv A P M .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Sy st ,  Vol.  9 , N o.   4 ,  D ecembe r  2018  :   1709   –   1717   1714   3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS   3.1.   Simul at i on  re sults   The  pro posed   con t ro l  t opol ogy  is  validat ed   us i ng  M A TL AB/Si mu li nk/ Simp ow e r  Sys te ms.  T he   DC  vo lt age   is  700VDC  w hile  the  trans forme r  tur ns   rati o  N   i s  2.   The  t otal  of   le a kag e   in duct ance  L in  ( 1)  is   0.297 5mH,   th e  filt er  ca paci ta nce  C   is   30 µF,  a nd  the   s witc hing  fr e qu ency  f s   is  5k Hz.   U nipolar   PWM   te chn iq ue  is  i mp le me nted  t o  co ntro l  t he  s w it ching   of  the  I GBT  s witc hes  of   t he  H - br i d ge   inv e rters  [19 ] .  T he  ph a se  ma rg i n  and  cr os s - over   fr e quenc y  of  current  l oop  a r e  ch os en   to  be   45 0   an d  500H z,  res pecti vely .   The  ph a se ma rg i n  a nd cr os s - ove r  f reque ncy of  volt age lo op  are c ho s en  to be  45 0 , and 2 0 0Hz,  r e sp ect ively .    This  pa per   i nvest igate s  the  fo ll owin g  tra nsi ent  scenari os  of   the  gr i d  volt age:  sin gle - ph a se  55%  vo lt age   sa g  ( 0.1 - 0.2s),  doubl e - phase   55%   volt age  sag   ( 0.2 5 - 0.3 5s ),  a nd  t hr ee - phase   70%  volt age   sa g  ( 0.4 - 0.5s).  T he  R MS  val ue  of  the   phase - to - phas e  gri d  volt age   is  38 0  VA C ,  i.e.  the   phase - to - ne utral  vo lt a ge  is   220VAC.  The  three - phase  volt age  sags  ar e  create d  by   a  program mable  volt age  s ource  in  M at la b/Simp owwe r   Sy ste ms .    Fig ure   4  a nd  F ig ure  5  s how   the  respo ns e  of   the  D VR  s ys te m  wit h  the   pr opos e d   c ontr ol  duri ng  th e   su ppl y  volt age   sa gs .   It   is  cl ea r  t hat  the   DV R   is  a ble  t o  rest or e   c orrectl y  t o  t he   nomi nal  value   wit hin  ju st  one   cycle  of  gri d  volt age  ( 20  ms ).  The   ov e rs hoot s  of  t he  l oa d  volt age  a re   ne gl igible,  a nd  t he  ste ady - sta te   er r or  of  injec te d  vo l ta ge   an d  in ve rter  current  is   el imi nated  i n  t he  th r ee  cases  i n  Fi g ur e   5.  A  dr am a ti c  par t  of  the  delay   is d ue  to  the ca lc ulati on   of the  roo t  mean  squ are ( R M S ) of s upply v oltage .       0 . 1 0 . 15 0 . 2 0 . 25 0 . 3 0 . 35 0 . 4 0 . 45 0 . 5 - 4 0 0 - 2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 0 . 1 0 . 15 0 . 2 0 . 25 0 . 3 0 . 35 0 . 4 0 . 45 0 . 5 - 2 0 0 - 1 0 0 0 1 0 0 2 0 0 0 . 1 0 . 15 0 . 2 0 . 25 0 . 3 0 . 35 0 . 4 0 . 45 0 . 5 - 4 0 0 - 2 0 0 0 2 0 0 4 0 0 Su p p l y  vo l t a g e   ( V ) I n j e ct e d   vo l t a g e   ( V ) L o a d   vo l t a g e   ( V ) T i me ( s )     Figure  4. M ea s ur e d res pons e  of DVR ( gri d v oltages,   vo lt age s inject ed by t he   D VR , lo a d vo lt a ges)   0 . 1 0 . 15 0 . 2 0 . 25 0 . 3 0 . 35 0 . 4 0 . 45 0 . 5 - 1 5 0 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 1 5 0 0 . 1 0 . 15 0 . 2 0 . 25 0 . 3 0 . 35 0 . 4 0 . 45 0 . 5 - 2 0 0 - 1 0 0 0 1 0 0 2 0 0 I n j e ct e d   vo l t a g e _ p h a se   a   ( V ) I n ve rt e r  cu rre n t _ p h a se   a   ( A ) R e f Act R e f - Act R e f - Act T i me   ( s )     Figure  5. The  re fer e nce a nd a ct ual volt age a nd  current   of  ph as e a       3.2.   Ha rd w are - in - th e - l oop exper im enta l re sult s   The  pro posed   con t ro l  is   al so  ve rified   in  H IL  e nv i ronme nt  usi ng  a  Ty phoon  de vice.   This  de vice   consi sts  of   a n  HI L 402  ca rd   t hat  simulat es  gr i d  source ,  lo ad,   a nd   t hr ee  f ull - bri dge  with   a  commo n  D C - li nk  capaci tor   us in g  I GBTs.   T he   ha rdwar e   s ys te m  i s   sim ulate d  in   real   ti me  on  t he   H IL   plat form   wit h  a   ti me  ste p  of   1  μ s ,  wh ic h  is  cl os e  to  the   phys ic al   m odel .  The  car rier  fr e qu e nc y   of  t he  P WM   is  5  kH z .  T he  v oltage  an d  current c ontr ollers as  well  as  PLL a re im plemented  in   t he   DS P  T M S 320F2 808  ca r d.   All  data  of  H I L  is  rec ord ed  by   t he  T yphoon  H IL  C on tr ol   Ce nter  S of t w are  an d  s how n  in  Fig ur e  6.  T he  l oa d  vo lt age  a nd  t he  i nject ed  volt ag e  f rom  t he  D VR  s ys te m   ar e  meas ur e d  usi ng  the   osc il losc op e   HAME G   – 200MHz   at   te st  po ints  in   the   HI L   D SP   inter face   of   Ty phoo n.  These   volt ages   are   s how n  i n  Fig ur e   7.  It   is  cl ea r  t ha t  the   res pons e s  of  the   HI L   e xperime ntal  res ults   are   simi la r   to   th os e   in   the   sim ulati on  res ults  in   M A TLAB .  T he   D VR  s ys te m  is  a ble  to   r egu la te   t he  l oa d  volt age  with  a n  i gnorable   over sho ot  wit hin  an   acce ptable  per i od  (less  t han  20  ms )  i n  the   in je ct ion   m od e .  Wh e n  s uppl y  vo lt age   sta ble  at   the  nomi nal  value,   the DVR s ys te m is  op e rated  in  the  stan dby  mode,  w hich mea ns n o v oltage is i nject ed.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t     IS S N: 20 88 - 8 694       A G e ner alized  Parameter  T uning   Met hod of  Propor ti onal - Reso nant C on t ro ll e rs for    . ...   (Phu ong Vu )   1715   0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 - 400 - 200 0 200 400 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 - 200 - 100 0 100 200 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 - 500 0 500 S u p p l y   v o l t a g e   ( V )  I n j e c t e d   V o l t a g e   ( V )     L o a d   V o l t a g e   ( V )     T i m e   ( s )        Fig ure   6.  H IL e xp e rime ntal r esults:  sup ply   vo lt age , in je ct e d vo lt age , a nd  l oad   volt age         Loa d vo lt age s     Vo lt age s inject ed by t he D VR .   Loa d vo lt age s   Vo lt age s inject ed by t he D VR .     Loa d vo lt age s     Vo lt age s inject ed by t he D VR .   a. Single - phase  55%  volt age s ag   b.   D ouble - phas e 55%  volt age  sag   c.  T hr ee - phase  70%  vo lt age  sa g.     Figure  7 .   H IL e xp e rime ntal r esults i n   dif fere nt ope rati ng c onditi ons       4.   CONCL US I O N   This  pap e r  pro po s es  a  s ys te m at ic   and   ge neral iz ed  desi gn   method  for  PR   co ntro ll ers   of   three  si ng le - ph a se  f ull - bri dge  in ver te rs  w it h  a  co mm on  DC - li nk  ca pa ci tor   in  D VR  sy ste ms .  T he  pro po se d  c ontrol  is   desig ne d  f or   e ach  sin gle - ph a se  inv e rter,  ta ke n  into  ac co un t  the  model  of   the  series  tra nsfo rme rs.   MA TLAB  and   t he  H IL  e xp e rime ntal  re su lt s  validat e  t he  pe rfo rma nc e  of   vo lt a ge  in   scenari os :  sin gle - ph ase  a nd  double  ph a se  vo lt age   sags   up  to   55 %,  a nd  thre e - phase  volt age  s ag  up  to  70%  within  ac cepta ble  pe rio ds .   T he   res ults  pro ve  that  the   DV R  s ys te m   is  able  to  prote ct   the  loa d  f rom  volt age  sa gs  due  to  t hese  va rio us   ty pes  of  fau lt s.   Su c h promisi ng  resu lt s c reate  a crucia l f oundat ion f or th e  a pp li cat io n of   D VR s ys te ms i n i ndus tr y.           ACKN OWLE DGE MENTS   This  resea rc h  was  f unde d  by  the  M inist r y  of   Scie nce  a nd   Tec hnol og y  ( Viet nam )  unde r  pr oject   numb e r KC. 05.03/1 6 - 20.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694     I nt J  P ow  Ele c  &  Dri   Sy st ,  Vol.  9 , N o.   4 ,  D ecembe r  2018  :   1709   –   1717   1716   REFERE NCE S   [1]   ABB,  “ PC S100  AV C - 40  -   Acti v e  Volt age c ondi t ione r. ”     [2]   J .   G.  Nie lsen  an d  F.  Blaabjerg,  “ A  det ailed  com p ari son  of  sys te m   topol ogi es   for  d ynam i c  voltage   r estore rs, ”   IE EE  Tr ansacti ons on Indus try  Applica ti ons ,   vo l /i ss ue:   41 ( 5 ) ,   pp .   1272 - 1280,   2005 .   [3]   S .  Suraya ,   et   a l . ,   “A  Novel  Co ntrol   Stra te gy  f or  Compe nsat io n  of  Volta g e  Quali ty   Problem   in  AC  Drive s , ”   Inte rnational   Jo urnal  of Powe r  El e ct ronics  and   Dr iv e  Syst em  (I J PE DS),   v ol /i ss u e:   9 ( 1 ) ,   pp .   8 - 16 ,  2018 .     [4]   B .   Ferdi ,   et  al . ,   “De sign  and  Si mul ation  of   Dy nam i c  Volt age  Restore r   Based   on  Fuzzy   Contr oll er   Op ti m ized  by  AN FIS , ”  Inte rnational   journal  o f power e l ec troni c s and  drive system s   (IJP EDS),  v ol /i ss ue:   4 ( 2 ),   pp  212 - 222 ,  2014 .   [5]   H.  Aw ad,  et  al . ,  “ Mit iga t ion  of   unbal an ce d   voltage  d ips  u sing   stat i c  s eri es   compensat or, ”   I EEE   Tr ansacti ons  o n   Powe r E le c troni cs ,  v ol /i ss ue:   19 ( 3 ) ,   pp .   837 - 846 ,   2004.   [6]   S.  R.   Na idu  and   D.  A.  Fe rna nde s,  “ Dynam ic  vol ta ge   restor e r  bas ed  on  a  four - l eg   volt ag e  sourc e  conve rt er, ”   I ET  Gene ration, Tr ansm ission &   Distributi on ,  vol /i ss ue:   3 ( 5 ) ,   pp .   437 - 447,   2009 .   [7]   S .  Y .   Jeong ,   et  al . ,   “ High - Perf orma nc e   Contro l  of   Three - Phase  Four -   W ire  DV R  Sys te m s  using  Feedb ac k   Li ne ari z at ion , ”   J ournal  of Powe r  El e ct ronics ,  v ol / issue:   16 ( 1 ) ,   pp.   351 - 361,   2016 .   [8]   J.  G.  Nie lsen,   et  al. ,  “ Con trol   a nd  te sting   of  a   dynam i c  voltage   restor er  (D VR)  at   me diu m  vol t a ge  l evel, ”   IE E E   Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol /i ss ue:   19 ( 3 ) ,   pp .   806 - 813 ,   2004.   [9]   H .   Kim   and  S .  K .   Sul ,   “ Comp ensa ti on   vol ta ge   co ntrol   in   dynamic   voltage   r estore r s  by  use   of   fe ed   forwar d  and   st ate  fee dba ck  sch eme, ”   IE EE Tr ansa ct ions o n   Powe r   El e ct ronics ,   vol / issue:   20 ( 5 ) ,   pp.   1169 - 1177,   200 5.   [10]   Y.  W .   L i,  et  al. ,  “ Design   an d  Compa r ison  of  High  Perfor ma nc e  Sta ti ona ry - Frame   Con tr ol le rs  for   DV R  Impl ement at ion , ”   IE EE Tr ansacti ons on  Pow er  E le c tronic s ,   vol / issue:   22 ( 2 ) ,   pp .   6 02 - 612,   2007 .   [11]   F.  B.   Aja ei ,   et   a l. ,  “ A  Fast  and  Eff ective  Contro l  Scheme  for  t h e   Dynami c  Vol tage  Restore r , ”   IE EE   Tr ansacti ons   on  Powe r D el i ver y ,   vol /i ss ue:   26 ( 4 ) ,   pp .   2398 - 240 6,   2011 .   [12]   A .   Mee n a,  e t  al . ,   “ Design   and   cont ro l  o f  sin gle - phase   dyna mi c   voltage   res tore r , ”   Spring er  India ,  v ol /i ss u e :   42 (8),   pp .   1363 – 1375 ,  2017 .   [13]   S.  Andrews   and  S.  Jos hi,   “ Perfor ma nc e  Improv e me nt  of   Dynamic  Volta g e  Resto rer   using  Pro por ti onal  -   Resonan t   Control le r ,”   Pro ce ed ings  of   PCI M  Europe   2015 ,   Int ernati onal   E xhi bition  and   C onfe renc e  for  P ower  Elec tronics ,   Inte lligen t  Mot io n,   R ene wab le   En ergy   and  Ene rgy   Manage ment ,   N ure mbe rg ,   Ger m any,   pp .   1 - 8 ,  201 5 .   [14]   K.  C.   Chen ,   et   a l . ,   “ Sing le   ph ase   i nver te r  sys tem  u sing p roporti ona l  resona nt curre n t  cont rol ,”   In te rn ati onal  Journal   of  Pow er  Elec tronic s and  Dr ive   Syste ms ,   vol /i ss ue:   8 (4) ,   pp .   1913 - 1918 ,   2017 .   [15]   D .   Z am m it,  et  al . ,  “ Design   of   PR   cur r ent  control   with  sel ective  h arm oni c  com pen sators  using  M atlab, ”   Journal  o f   El e ct rica l  S ystem s and  Information  Techno logy ,  v ol /i ss ue:   4 (3) ,  p p.   347 - 358 ,   201 7 .   [16]   Typhoon  H .  I .  L . ,  “ Inve rte r  T esti ng  &  Pre - certi fi ca t ion  with  HIL  Te sting , ”   Avail ab le :  h tt ps :/ /www . typhoon - hil . com / appl i cati ons/conve rt er - tes ti ng .   [17]   Z.   R .   Iv anović,  et   a l. ,  “ HIL  Evalua ti on   of   Pow er  Flow  Control  Strategie s  for  En e rgy  S tora ge   Con nec t ed  to   Smar t   Grid  u nder   Unb al an ce d   Condit i ons, ”   I EE E   Tr ansacti ons  on   Po wer  Elec tronic s ,   vol / issue:   27 ( 11 ) ,   pp .   4699 - 47 10,   2012.   [18]   M.  S.  Vekić,  e t   al. ,  “ Ultr al ow  La t enc y  HIL  Pl at form  for  R apid  Dev el opm ent   of  Compl ex  Po wer  El e ct roni cs  Sys te ms, ”   I EEE  Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol /i ss ue:   27 ( 11 ) ,   pp .   4436 - 44 44,   2012 .   [19]   R.   T eodor esc u ,   e t  al . ,  “ Grid   conv ert ers  fo r  photov olt aic and   wind   power  sys te ms ,”   John W i le y ,   Lt d ,   2011 .   [20]   R.   Te odore s cu,  et   a l. ,  “ A  n ew  c ontrol   stru ct ur e  for  grid - connect ed  LCL  PV   inv ert ers   with   z ero   stea dy - sta te  err o r  and  se lecti v e   ha rmoni c   co mpe ns at ion , ”   Applied   Powe r  El e ct roni cs  Conf ere nc e  a nd  E xposit ion ,   2 004.   APEC  '04 .   Nine teenth   Annu al  IE EE ,  vol .   1 ,   pp.   580 - 586 ,  20 04 .   [21]   M.  S.  Lima,  e t   al. ,  “ Comp ari s on  analysis  of   resona nt   cont ro l le rs  in   discr ete  doma in   ta k ing  i nto  a cc oun t  the   com put at ion al   del ay , ”   2015  I E EE   13 th  Brazil ian  Pow er  Ele ct ronics  Con fe r enc e   and  1st   Southe rn  Pow e r   El e ct ronics  Con f ere nce (COBEP/ SPE C ) ,   Fortalez a,   pp .   1 - 6 ,  2 015 .       BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS         Phuong  Vu  r ec e ive d   his   B. S. ,   M.S.,  and   Ph.D.   degr ee s   from   Hanoi  Univ ersity  of   Sci ence   an d  Te chno logy,   Vi et na m,   in  2006 ,   2008,   and  201 4,   respe ct iv el y ,   al l  in  Contro l  Engi ne eri ng  and  Automa ti on .   Sin ce   2006  he  h as  bee n  e mpl oyed  at   Hanoi  Univ er sity  of  Scie n ce   and  Technol ogy ,   where   h e   is   a   l ec tur er   and   rese arc her   at  school   of   e le c trica l   en gine er ing.  His   r ese arc h   int er ests  inc lud e  mod el i ng  and   cont ro lling  of   power  el e ct roni cs  con ver te rs  for  app li c at ions  such   as  photovol taic ,   wi nd  sys te m, electr ic a l  m ac h ine   dr i ve.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t     IS S N: 20 88 - 8 694       A G e ner alized  Parameter  T uning   Met hod of  Propor ti onal - Reso nant C on t ro ll e rs for    . ...   (Phu ong Vu )   1717       Ngoc  Dinh   was  born  1994.   He   r ec e ive d   his   Enginee r’s  d egr e e   fr om  Hano i   Univ ersit y   of   Scie n c e   and  T ec hnology ,   Vie tna m   in  20 17,   in  Elec tr ical   Engi ne eri ng .   H e  is  cur ren t ly  p ursuing  M.Sc  a t   Hanoi  Univer sit y  of  Scie nc e  an d  Te chno logy  a nd  working  Instit ute   for  Control  Engi ne eri ng  an d   Automa ti on   -   ICEA.   He   rese arc h   intere sts  are po wer  elec troni cs   on  the DS P a nd  FP GA   pla tform .       Nam  Hoang   was   born  1994 .   H e  r ec e ive d   his  Enginee r’s  d egr e e  fr om  Hanoi   Unive rsity  of   Scie n ce  and  T ec hnology ,   Vie tna m   in  20 17,   in  Elec tr ical   Engi ne eri ng .   H e  is  cur ren t ly  p ursuing  M.Sc  a t  Hanoi  Univ ersity  of  Sc ie n ce  an d  Technol ogy .   He  rese arc h   in terests  ar e  mul t il e vel   conve r te r   an d  power  elec troni c s.       Quan  Nguyen   r e ce iv ed   his  B ac h el or’s  d egr e e   fro m  Hano i   Univer s it y  of   Sc ie nc e   a nd  T ec hnology ,   Viet na m  in   2012   and   th e   M.S  d e gre e   from   Th e   Univer sity   of   Texas  a t   Aus ti n,   U SA   in  2016 ,   both   in  E lectr i ca l   Eng ine er ing.  He  is  c urre ntl y   pursuin g  a   PhD   at  Th e  Univer sity  of   T e xas  at  Aus ti n .   Hi s  rese arc h   int er est s  are  power   sys t em  cont ro l  and   opti mization,   r e newa ble  en erg y   int egr at ion ,   pow e r   qual it y ,   and  pow er  e lectr oni cs.       Dich  Nguy en   r ec e ive d   th e   B. S.  d egr ee  in   elec tr ic a l   engi n eering  fro m   Han oi  Univ ersit y   o f  Te chno logy,  Ha noi,  Vie tna m ,   in   1997.   He   r ecei v ed  the  M.S.   d egr ee  in   e lectr i cal  e ngine er ing   from  the  Dresden   Uni ver sity   of   Techn ology,  Dresden,  Germ any   and   Ph . D  from   R it sume ika n   Univer sity ,   Kus at su,  Japa n,   in  2003  and  201 0,   respe ct iv el y .   Since   2000,   he  h as  bee n  wi th  Ha noi  Univer sity  o f  Scie nc e  a nd  T e chnol ogy,   Viet n am ,   where   he   is   cur ren tl y   an  A ss oci at e   Profess or  and  Execut iv e  Dea n  of  the   Ins ti tute  for   Contr ol  Engi n ee r ing  and  Autom at ion .   His  rese arc h   i nte rests  in cl ud e  ma gne ti c   be ari n gs,  selfbeari ng   mot or, a nd   sensorle ss   mot or   con tr ol.     Minh  Tra n   r ec e i ved  his   B. S.   deg ree  Techni ca l   u nive rsity   in   Bacu,  in   1983 .   He   r ec e ive d   his  M.S .   degr ee  fro m  As i an  Inst it ut e  of   T ec hnology ,   Thai la nd   and   Ph.D  fr om  Hano i  Univ e rsity  of   Sci ence   and  T ec hnology ,   Vie tna m ,   in   2 007  and  2014 ,   r espe ctivel y .   Sin ce 1983,   he  h as  bee n  with   Hano i   Univer sity  of  Sc ie nc e  and   Techn ology,   Vi et na m,   where   he  is  cur r ent ly  an  As sociate   Profess or  and   Exe cu ti ve   De an   of   the  Dep artme nt   of   Industr ia l   Autom at ion .   His  r ese ar ch  i nte rests   includ e  mode lling  and   cont ro ll ing   of   power  conve r te rs,  mul t ilevel  conve r te r ,   H VD C  tra nsmiss ion  te chno logy.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.