I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6 ,   p p .   743 ~ 75 8   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 7 . i3 . p p 7 4 3 - 758          743       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Unified  P o w er Q ua lity Co ndition e r Mo del Ba sed w i th  Seri es  a nd Shunt  F il ters       K ha la f   Sa llo u m   G a eid ,  M o u nir T.   H a m o o d    De p a rt m e n t   o f   El e c tri c a l   En g in e e rin g ,   T ik rit   Un iv e rsit y ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Mar   17 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   A p r   18 ,   2 0 1 6       W it h   th e   in c re a se   o f   th e   c o m p lex io n   in   th e   p o w e r  d istri b u ti o n   sy ste m ,   it   is  v e r y   p o ss ib le  th a t  se v e ra l  k in d s  o f   p o w e r   q u a li ty   d istu rb a n c e s  a r e   h a p p e n e d   in   a   p o w e r  d istri b u ti o n   sy ste m   si m u lt a n e o u sly . T h is  p a p e r  p r o p o se s  a   u n if ied   p o w e r  q u a li ty   c o n d it i o n e r  (U P QC)  in c lu d i n g   a   se ri e s  a n d   a   s h u n t  a c ti v e   p o w e r  f il ter  ( A P F )  to   c o m p e n sa te  h a rm o n ics   in   b o t h   th e   d isto rt e d   su p p ly   v o lt a g e   a n d   n o n li n e a r  lo a d   c u rr e n t.   In   t h e   se ries   A P F   c o n tro l  sc h e m e ,   a   p ro p o rti o n a l - i n teg ra l  ( P I)  c o n t ro ll e r,   m e a n w h il e   a   P I  c o n tr o ll e r   a n d   a re   d e sig n e d   in   t h e   sh u n t  A P F   c o n tro l  sc h e m e   to   re li e v e   h a r m o n ic  c u rre n ts  p ro d u c e d   b y   n o n li n e a r  lo a d s.  T h e   DC  v o lt a g e   is  m a in tain e d   c o n s tan t  u sin g   Tw o   d e g re e   o f   f re e d o m   p ro p o r ti o n a l  i n teg ra l  v o lt a g e   c o n tro ll e r   (2 Do F P I) .   T h e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   p ro p o se d   UP QC   is  sig n if ica n tl y   i m p ro v e d   c o m p a re d   to   th e   c o n v e n ti o n a l  c o n tr o l  stra t e g y .   T h e   f e a sib il it y   o f   th e   p ro p o se d   UP QC   c o n tro l  sc h e m e   is  v a li d a ted   th ro u g h   th e   sim u latio n s .   K ey w o r d :   2 Do FP I   c o n tr o ller   Ser ies  ac tiv e  f il ter   Sh u n t   ac tiv e  f ilter   UP QC   Vo ltag e  r eg u lato r   Co p y rig h t  ©   201 6   In s t it u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Kh ala f   Sallo u m   Gae id ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   T ik r it   Un iv er s it y ,   Sa llah ad d i n ,   T ir it   Un iv er s it y   C a m p u s ,   E n g in ee r in g   C o lle g e,   I r aq .   E m ail:  g ae id k h ala f @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  d is tr ib u ted   g e n er atio n   o f   p o w er   s u p p l y   q u alit y   h as   i n c r ea s in g   d e m a n d   eit h er   co n n ec ted   to   th e   co n v e n tio n al   g r id ,   s m ar t  g r id   o r   m icr o   g r id   [ 1 ] .   T h e  co m p en s atio n   o f   t h e  lo ad   cu r r en t   an d   t h e  d is to r tio n   o f   t h e   s o u r ce   v o lta g e  i s   t h e  m ai n   o b jectiv e  o f   U n if ied   P o w er   Qu a li t y   C o n d itio n er   ( UP QC )   i n   t h e  p o w er   d is tr ib u tio n   s y s te m   [ 2 ] .   T h e  d if f icu lties s   i n   t h e  p o w er   d is tr ib u tio n   s y s te m   h a v e  b ee n   g iv e n   r i s e    ac co r d in g   to   th e     b r o ad   u s e  o f   n o n li n ea r   lo ad s   s u c h   as  elec tr ic  w eld er s ,   ad j u s tab l e  s p ee d   d r iv es  an d   s w itch in g   p o w er   s u p p lies   i n   in d u s tr ial  ap p licatio n s .   T h e  h a r m o n ic  n o n li n ea r   cu r r en t s   lo ad s   in to   th e  n e t w o r k s   a n d   co n s eq u en tl y   d is to r t  th e   v o ltag e   w av e f o r m   at  t h e  p o i n t   o f   co m m o n   co u p li n g   ( P C C )   d u e  to   t h e  s y s te m   i m p ed a n ce s   [ 3 ] .   T h e  d ef icien c y   in   o p er atio n   o f   e lectr ical  a n d   elec tr o n ic  d e v ices   d is t u r b an ce s   to   v o ltag e   w a v e f o r m   ca n   r esu l t  i n   p r o b le m s   r elate d   to   th e  s p ec if icatio n s   o f   th ese  d ev ice s   an d   i n d u s tr ial  e q u ip m e n t.  A   co n s ta n t  s in e  w a v e  f o r m , f r eq u e n c y   an d   s y m m etr ical  v o ltag e  w it h   a  co n s tan t  R MS  v alu e  to   co n tin u e  th e  p r o d u ctio n   ar e  n ee d ed   in   an y   o p er atio n   p r ec is el y . T h is   y ie ld   in   i m p r o v e m en t  o f   ef f ic ien c y , eli m i n ate  v ar iatio n s   in   t h e  i n d u s tr y   a n d   r ed u ce     co m p le x it y   o f   th e  e x tr a  in s tr u m e n ts   t h at  le ad   to   m o r e  d is to r tio n   in   t h e  v o ltag e  w a v ef o r m   [ 4 ] .   T o   av er t  th e  t h is   p r o b lem   a n d   to   p r eser v e  t h e  lo ad s   f r o m   d is to r tio n s ,   t h e  h ar m o n ic  th e  v o ltag e     an d   cu r r en t   co m p o n e n ts   o f   m u s t  b e  f u ll y   co m p en s ated .   P ass iv e  f il ter s   a n d   s h u n t  ac ti v e  p o w e r   f ilter s   ( A P Fs )   ar e  r eg u lar l y   u s ed   to   r eliev e  h ar m o n ic  cu r r en ts   [ 5 ] .   T h e  e v alu a tio n   o f   t h e  c u r r en t  co m p o n en ts   e n s u r e  th e   ef f ec tiv e n e s s   o f   co n tr o l  al g o r ith m   to   eli m i n ate  t h e  u n d esira b l e  s o u r ce - e n d   cu r r en t  co m p o n e n ts   w i th   r esp ec t  to   h ig h er   h ar m o n ic s ,   r ea cti v e  p o w er   an d   n eg at iv e  s eq u en ce   c o m p o n en t s   o f   t h e  lo ad   cu r r en t   [ 6 ] .   A n o th er   A P F   co n n ec ted   in   s er ie s   to   in s er t  a   v o ltag e,   w h ic h   is   ad d ed   at  a  p o in t  o f   co m m o n   co u p lin g   ( P C C )   s u ch   t h at  th e   lo ad   en d   th e  v o lta g e  r e m a in s   u n c h a n g ed   b y   an y   v o lta g e  d is tu r b an ce ,   w h er ea s   t h e  s h u n t  A P F  i s   s u f f icien t    to   co m p e n s ate  f o r   lo ad   r ea ctiv e  p o w er   d e m an d   a n d   u n b alan ce ,   to   d elete   th e  h ar m o n ic s   f r o m   r eg u late  co m m o n   DC   li n k   v o ltag e  a n d   to   s u p p l y   cu r r en t  [ 7 ] .   A   n e w   tec h n iq u e     to   in s tall  r elie v i n g   eq u ip m e n t  th at  ca n   p r eser v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Un ified   P o w er Qu a lity Co n d itio n er Mo d el  B a s ed   w ith   S eries   a n d   S h u n t F ilter s   ( K h a la f S a l lo u m  Ga eid )   744   th e  b o th   p u r p o s es,  t h e  u tili t y   as  w ell  as  to   t h e  cu s to m er .   T h u s   w it h   t h e  i m p le m e n tatio n   o f   c u s to m   p o w er   d ev ices  i n   th e   d is tr ib u tio n   s id e,   p o w er   q u al it y   is   i m p r o v ed   [ 8 ] .   Ma n y   UP QC   tec h n iq u e s   h av e  b ee n   ex p a n d ed   to   r eliev e  h ar m o n ic  cu r r en t s   an d   v o ltag es  s u c h   asP Q  th e o r y ,   w av e let  tr an s f o r m ,   n eu r al  n et w o r k s ,   f u zz y   alg o r ith m ,   Fo u r ier   tr an s f o r m   t h eo r y ,   State  f ee d b ac k   co n tr o l l a w ,   p o w er   a n g le  co n tr o l c o n ce p t   [ 9 ] .   T h e  Un if ied   P o w er   Flo w   C o n tr o ller   ( UP FC )   is   a  s ec o n d   g en er atio n   F AC T S  d ev ice,   w h ic h   en ab les   in d ep en d en t c o n tr o l  o f   ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o w er   b esid esi m p r o v in g   r eliab ilit y   a n d   q u alit y   o f   th e  s u p p l y   [ 1 0 ] .   T h e  m o d er n   tec h n iq u e s   in   in d u s tr y   lead s   to   a  f a s t  d ev elo p m en t  in   th e  p o w er   g r id   s y s te m s   a n d   th e   ex p er ts   p a y   m o r e  atten tio n   to   h o w   to   d elete   th e    v o lta g e  an d   cu r r en t  h ar m o n ics.  A ct iv e  P o w er   Fi lter   ( A P F)  is   an   ac ti v e  to o l to   r ed u ce   th e   in f lu en ce   o f   h ar m o n ic s ,   s h u n t   AP F f o r   h ar m o n ic  c u r r en t,   s er ie s   A P F  f o r   h ar m o n ic   v o ltag e   an d   it  i s   m ai n l y   u s e d   in   lo w   v o lta g e  lo w   ca p ac it y   ap p licatio n s   [1 1 ] .   I n   o r d er   to   h a v e  m i n i m u m   d is to r tio n   in   th e  lo ad   v o ltag e,   th e  d if f er e n ce   b et w ee n   th e  lo ad   v o ltag e  a n d   th e   r ef er en c e  v o ltag e   ( er r o r )   m u s t   b e  ze r o   [1 2 ] .   T h e  er r o r   p r o d u ce d   is   t h e n   d eliv er ed   to   a  h y s ter es is   co n tr o ller   to   p r o d u ce   th e  r eq u ir ed   g ate  s ig n al s   f o r   s er ies  A P F a s   ca n   b e  s h o w n   i n   Fi g u r e   1.           Fig u r e   1 .   H y s ter es is   C o n tr o lle r       T h e   p er f o r m an ce   o f   h y s ter e s is   co n tr o ller s   ar e  p o w er f u l  a n d   s i m p le  to   i m p le m en t,  b u t   th e y   ar e   d if f ic u lt  to   d esig n ,   d u e  to   th e  v ar y i n g   s w itc h i n g   f r eq u en c y , t h e  co n tr o l  s p ec if icatio n   is   li m i ted   b y   th e  tr ad e - o f f   b et w ee n   th e  h y s ter esi s   b an d   an d   s w itc h i n g   f r eq u e n c y .     C o n tr o l  s p ec i f icatio n   m a y   b e  b etter   w h en   th e  h y s ter es is   b an d   is   d esi g n ed   to   b e  s m all.   No w ad a y s   t h e   i m p r o v e m en t s   in   t h e  p o w er   lectr o n ics  m a k e s   th e  s w i tch i n g   f r eq u e n c y   h ig h ,   th e n ,   th e   s w i tch i n g   lo s s   is   in cr ea s ed .       a l p h a ca V V * 3 / 2                 ( 1 )     )) * 2 / 3 (( ) * 5 . 0 (( * 3 / 2 b e t a a l p ha cb V V V           ( 2 )     )) * 2 / 3 (( ) * 5 . 0 (( * 3 / 2 b e t a a l p ha cb V V V           ( 3 )     V alp h a  a n d   Vb eta  v o ltag e   co m p o n en ts   ar e   g e n er ated   a f ter   ac tiv e  a n d   r ea cti v e  p o w er s   ( p , q )   ar e  i m p le m en ted   u s i n g   Ma tlab /Si m u li n k   a s   in   F ig u r e   2 . W ith   t h e  f o llo w i n g   in p u t v al u e s :     )) _ * ( ) _ * (( _ b e t a a l p h a a l p h a i q i P V               ( 4 )     )) _ * ( ) _ * (( _ a l p h a b e t a b e t a i q i P V               ( 5 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6   :   743 - 758   745       Fig u r e   2 .   Si m u li n k     Ge n er ate  A lp h a  a n d   B eta   C u r r e n t Co p o n en t s       T h e  in s tan ta n eo u s   s a m p l in g   o f   lo ad   cu r r en t  an d   s o u r ce   v o lt ag e  an d   cu r r en t  ar e  u s ed   to   p r o v id e    th e  co m p e n s at io n   v o ltag e   t h r o u g h   th e  UP Q C   s er ie s   i n v er ter   a n d   p r o v id es  co n d itio n i n g   c u r r en t   th r o u g h   t h e  s h u n t   in v er ter .   T h e  r ef er en ce   cu r r en ts   ar e  co m p ar ed   w it h   t h eir   s h u n t  in v er ter   o u tp u t  c u r r en ts ,   i n   a  h y s te r esis   t y p e   P W M  cu r r en t  co n tr o ller .   A   s u itab le  co n tr o llin g   m eth o d   h a s   b ee n   s elec ted   f o r   t h e    s i m u lati o n   an d   th e  r ati n g   o f   s er ies  an d   s h u n t  i n v er ter s   h a s   b ee n   ca lcu lated   t h r o u g h   lo ad i n g   ca lc u latio n s   o f   th e s e  in v er t er s   ap p ly i n g   p h aso r   d iag r a m   to   i n cr ea s e  t h e  d es ig n   ac c u r ac y .   I f   n o n l in ea r   lo ad s   ar e  u s ed   i n   a  s y s te m ,   a s   g iv en   i n   Fig u r e  2 ,   t h e   lo ad   cu r r en t is co m p o s ed   o f   th e  f u n d a m e n tal  co m p o n en t ( i f )   an d   h ar m o n ic  co m p o n e n ts   (   i h )   as f o llo w s :     ) ( s i n 1 L h f L I i i i                 ( 6 )     T h e  co m p e n s ated     s u p p l y   c u r r en t  to   s in u s o id al  a n d   i n   p h a s e   w ith   th e   s u p p l y   v o lta g e,   th e   t r ad itio n al  co n tr o l  m et h o d s   r eg u lar l y   i n v o lv e  h ar m o n ic  d etec tio n   a n d   cu r r en t  r eg u latio n   s ta g es   [1 3 ] .   T h e  Si m u lin k   i m p le m en ta tio n   o f   s er ies ac ti v e  f ilter   ca n   b e  ill u s tr ated   as i n   Fig u r e   3 .           Fig u r e   3.   Ser ies ac tiv e  f ilter   p r ep er atio n   s ig n al  Si m u li n k   i m p le m e n tatio n       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Un ified   P o w er Qu a lity Co n d itio n er Mo d el  B a s ed   w ith   S eries   a n d   S h u n t F ilter s   ( K h a la f S a l lo u m  Ga eid )   746   Har m o n ic  d etec to r s   ar e  ac h ie v ed   b y   u s i n g   t w o   E llip tic  lo w   p ass   f ilter   ( L P F).   C o n tr o l  s ch e m e  o f   s er ies  ac ti v e  f ilter   ca n   b e  s h o w n   i n   F ig u r e   3 .   T h is   u n it   is   co m p o s ed   o f   t h e  f o llo w i n g   b lo c k s ,   C lar k s   tr an s f o r m atio n   f o r   v o lta g e  an d   cu r r en t to   p r ep ar e  th e  d ata  f o r   th e  p o w er   ca lcu latio n   b lo ck .     T h e  p h ase  lo ck ed   lo o p   ( P L L )   ar e  u s ed   to   o b tain   s m o o t h   s i n u s o id al  w a v ef o r m   u s i n g   a  s e co n d   o r d e r   ellip tic  f ilter s .   L e t  t h e  lo ad   cu r r en t   (I L abc )   an d   d q   co m p o n e n t s   o f   cu r r en t  ell ip tic  f ilter   b e  th e  in p u t  to   g e n er ate   th e  r ef er e n ce   cu r r en t c o m p o n e n ts   o f   p h ase  a,   p h ase  b   an d   p h ase  c  as c an   b e  s h o w n   i n   Fi g u r e   4 .     Fig u r e   4   s h o w s   th at,   th e  r ef e r en ce   cu r r en t  co m p o n e n ts   g e n er ated   th r o u g h   a  C lar k   tr an s f o r m atio n   b lo ck   w ill  b e  co m p ar ed   to   th e  ac tu al  lo ad   cu r r e n t  co m p o n en ts   to   b e  f o r m   t h e  er r o r   s ig n al  o f   t h e  h y s ter esi s   co n tr o ller . T h e  s ig n al  o b tain e d   f r o m   t h e  h y s ter esis   co n tr o ller   is   th e  in p u t  to   th e  i n v er te r .   A cc o r d in g   to   th e   u s a g e  o f   th e s e  h y s ter e s is   c u r r en t  co n tr o ller s ,   th e  s tab ilizati o n   o f   th e  UP QC   ca n   b e  o b tain ed .   T o   d etec t  th e  co m p e n s ated   c u r r en t,   t h e  r ef e r en ce   cu r r e n t  h as   to   o b tain .   P L L   v al u e  i s   i m p r o v ed   b y   m e an s   o f   R MS   v a lu e.   R MS  o f   lo ad   ac tiv e  c u r r en t c a n   b e  o b tain ed   b y   t h e  f o l lo w i n g   f o r m u la:     dt t f T R M S T t f 0 ) ( ) ( / 1 2                 ( 7 )       T h e  d esig n   o f   t h e  s h u n t  A P F  i s   to   o p er ate  as  a  co n tr o lled   cu r r en t  s o u r ce   w h o s e  o u tp u t  c u r r en t  w o u ld   b e  au to m atica ll y   co n tr o lled   [1 4 ]   as c an   b e  s h o w n   i n   Fi g u r e   4 .           Fig u r e   4.   Sh u n t  F ilter   Si g n al  P r ep er atio n           Fig u r e   5 .   p r o p o s ed   alg o r ith m   o f   UP QC     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6   :   743 - 758   747   H y s ter e s is   co n tr o ller s   g o o d   co n tr o l  p er f o r m an ce   ca n n o t  b e  r ea lized   s in ce   s w i tch i n g   r ip p les  ap p ea r   in   th e  lo ad   v o lta g e  a n d   th e   s u p p ly   cu r r e n t.   T o   i m p r o v e  th e  p er f o r m a n ce   o f   th e   UP QC ,   t h is   p a p er   p r o p o s es   a  t w o   d eg r ee   o f   f r ee d o m   p r o p o r tio n al - in teg r al  ( 2 DOFP I )   co n tr o ller   to   co m p en s a te  t h e  D C   v o ltag e  w it h   v o ltag e   r eg u lat io n   f o r   th e  n o n lin ea r   l o ad .   I n   th e  s er ie s   ac ti v e  f ilte r   co n tr o l  s ch e m e,   a  P I   co n t r o ller   s atis f ies   g o o d   r esp o n s e.   Si m u latio n   o f   th e   UP QC   p r o p o s ed   c o n tr o l  s ch e m e   is   i n v e s ti g ated   th r o u g h   Ma tlab / Si m u li n k   ( R 2 0 1 3 a) .       2.   B ASI C  S T RUC T UR E   O F   UP Q C   As  m e n tio n ed   ea r lier ,   UP QC   is   co m p o s ed   o f   s er ies  a n d   s h u n t  A P F,  t h e   s er ies  a n d   s h u n t   A P F  u s e   s a m e  e n er g y   s to r ag e  s o   as  to   f ac ilit ate  t h e  s tr u ct u r e  an d   r ed u ce   th e  co s t  o f   UP Q C .   T h is   ca n   h elp   i n     p r o tect   th e  cr itical  lo ad   f r o m   v o ltag e   q u alit y   p r o b lem s   a n d   eli m in at es  th e  h ar m o n ic  c u r r en t  p r o d u ce d   b y   lo ad .   Mo s t   o f   th e  s y s te m s   s u f f er   f r o m   u n b alan ce   in   th e  lo ad   as  w ell  a s   p r esen ce   o f   r ea cti v e  p o w er   i n   t h e  p o w er   s o u r ce   w h ic h   s h o u ld   b e  a v o id ed   o r   m i n i m ized .   No r m all y   th e   r ea c tiv e  p o w er   co m es   f r o m   i n d u c tiv e  lo ad in g .   P o w er   Facto r   ( P F)  is   a  co m m o n l y   u s ed   p ar am eter   f o r   p r ese n ce   o f   r ea ctiv e  p o w er .   I t  is   ex p lai n e d     in   I E E E   s ta n d ar d   th at  p o w er   f ac to r   is   an   i m p o r t an t  p ar a m eter   f o r   p r esen ce   o f   r ea ctiv e  p o w er   in   a  s y s te m .   P F  is   d ef i n ed   as  th e   r atio   o f   th e  ac tiv e  p o w er   ( P )   an d   ap p ar en t  p o w er   ( S),   w h er e  th eir   r elatio n s h ip   w i th   r ea ctiv e  p o w er   ( Q)   s atis f ies t h e    eq u atio n :     Q P S                   ( 8 )     in   h ar m o n ic  f r ee   s y s te m .   [ 1 5 ] .   Fig u r e  5   s h o w s   t h e  b lo ck   d ia g r a m   o f   t h e  p r o p o s ed   UP QC     s ch e m e.   A s   s h o w n   in   Fi g u r e   5 ,   th e  n e w   p r o p o s ed   co n tr o l sch e m e  w it h o u t a n y   h a r m o n ic  d etec to r s .   Su p p l y   cu r r en t a n d   v o ltag e  ar e   m ea s u r ed   an d   co m p en s ated   to   b e  s in u s o id al.   Du e  to   th e  h ar m o n ic  d etec tio n   ab s en ce   i n   th e  p r o p o s ed   co n tr o l  s ch e m e,   th e  ac c u r ac y   a n d   th e  s tead y   s tate  p er f o r m an ce   o f   th e  UP QC   ca n   b e  i m p r o v ed   s ig n if ica n tl y .     T h e  co n tr o l sy s te m   o f   UP QC   co n tr o ller   is   co m p r i s ed   o f   th r e e  f o llo w in g   p ar ts   [ 1 6 ]:   1 .   DC   lin k   v o lta g e  co n tr o l    2 .   Sh u n t i n v er te r   co n tr o l   3 .   Ser ies in v er ter   co n tr o l   T h e  Si m u lin k   i m p le m e n tat io n   o f   th e  p r o p o s ed   alg o r ith m   ca n   b e  illu s tr ated   as i n   Fi g u r e   5.     2 . 1 .   DC  Vo lt a g e  L in k   Co ntr o l   A  f u n ctio n   o f   th e   P I   co n tr o ller   is   tr ac k i n g   t h e  er r o r   ex i s ts   b et w ee n   t h e   ac tu al   a n d   r ef er e n ce   v alu e s   o f   ca p ac ito r   v o ltag e  to   co n tr o l  t h e  D. C   lin k   v o lta g e  as  s h o w n   i n   Fi g u r e   5.   A   lar g e  v al u e  i n   P   g ain   m a k e  th e  r is e   ti m e  s o   s m all  w h ic h   in v er s el y   p r o p o r tio n al  to   th e  b an d   w id t h .   T h is   m ak e  t h e    co n tr o l  s y s t e m   s en s iti v e  to   an y   p ar am eter   v ar iat io n   an d   lead   to   in s ta b ilit y     a n d   s o   m u c h   r ed u ctio n   d ec r ea s es  t h e  r esp o n d in g   s p ee d   o f   co n tr o l   sy s te m .   I   g ai n   o f   co n tr o ller   tr y   to   eli m i n ate  th e  s tead y   s tate   er r o r   o f   ( SS E )   in   th e  v o ltag e   co n tr o l  s y s te m .   I f   th is   g ai n   v al u e  i s   lar g e,   th e  r esu lted   S SE  is   co r r ec ted   f as ter   an d   to o   m u c h   i n cr ea s e  i n   its   v al u e  e n d s   i n   o v er s h o o t in   s y s te m   r esp o n s e  [ 1 7 ] .       2 . 2 .   Sh un t   I nv er t er   Co ntr o l   T h e  UP QC   s h u n t  in v er ter   co n tr o llin g   b lo ck   d iag r a m   s h o w n   in   Fi g u r e   4   u s i n g   s y n ch r o n o u s   r ef er en ce   f r a m e  t h eo r y   w h er e  th e  lo ad   cu r r en ts   ar e  ( I La   ,   I Lb   I Lc ) .   C lar k   tr an s f o r m atio n   i s   u s ed   f o r     tr an s f er   lo ad   cu r r en ts     in to   d q 0   f r a m e.   As  m e n tio n e d   in   f ir s t  s ec tio n   , th e  s m o o t h   s in u s o id al  w av e f o r m s   ar e  o b tain ed   u s in g   P L L .   Her e,   th e  cu r r en ts   ar e  d iv id ed   in to   A C   a n d   DC   co m p o n e n ts .   T h e  ac tiv e  p ar t  o f   cu r r en t  is   id   w h ile  iq   r ep r esen t   th e  r ea ctiv e  o n e.   A C   a n d   DC   ele m en t s   ca n   b e  d er iv ed   b y   a  E llip tic  lo w   p ass   f il ter .   C o n tr o llin g   alg o r it h m   co r r ec ts   th e  s y s te m 's p o w er   f a cto r   an d   co m p en s ates t h e  all  c u r r en t h ar m o n ic  co m p o n e n ts .     0 * * sq sd q l q f ld fd i i i i i i                     ( 9 )     T h e  av er ag e  v al u e  o f   D C   v o lt ag e  ca n   b e  r ed u ce d   d u e  to   th e  f o llo w in g   r ea s o n s :   1.   S w itc h i n g   f r eq u e n c y     2.   Po w er   r ec eiv ed   f r o m   t h e  D C   lin k   ca p ac ito r s .   3.   Dis to r tio n s   s u ch   a s   u n b alan ce   co n d itio n s   4.   Su d d en   ch a n g e s   in   lo ad   cu r r en t.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Un ified   P o w er Qu a lity Co n d itio n er Mo d el  B a s ed   w ith   S eries   a n d   S h u n t F ilter s   ( K h a la f S a l lo u m  Ga eid )   748   2 Do FP I   co n tr o ller   is   n ec es s ar y   i n   o r d er   to   co m p en s ate   t h e   er r o r   b etw ee n   t h e  ac t u al  a n d   r ef er en ce   v o ltag e s   o f   th e  s h u n t  ca p ac ito r .   A s   s h o w n   in   Fi g u r e  6 ,   th e  r ef er en ce   cu r r en t s   ar e  tr an s f er r ed   in to   ab c   f r a m e   th r o u g h   r ev er s e  co n v er s io n   o f   s y n c h r o n o u s   r e f er en ce   f r a m e  C lar k e  V2   an d   C lar k e   V3   as  i n   Fi g u r e   4 .   R es u lted   r ef er e n ce   c u r r en t s   ( I a a* ,   I b b *   a n d   I cc * )   ar e  co m p ar ed   w it h   t h e  o u tp u t  c u r r en t s   o f   s h u n t  in v er ter     (I La   ,   I Lb   a n d   I Lc )   i n   an d   g e n e r ate   ( c1 ,   c2 ,   c3 ) .   T h e  P u ls e  w id th   Mo d u latio n   ( P W M)   s ig n als  is   g en er ated   b y   in v er ter   ap p l y i n g   th e s e  s i g n a ls   to   s h u n t   i n v er ter 's p o w er   s w it ch   g ate s   [ 1 8 ] .             Fig u r e  6 .   Sh u n t   i n v er ter   co n tr o l b lo ck   d iag r a m       T h e  u s e  o f   c u r r en t  co n tr o l  m o d e,   o n ly   th e n ee d   to   co n tr o l  th e  i n v er ter   o u tp u t  c u r r en t  tr ac k in g   t h e   v o ltag e  o f   t h e  g r id ,   w h ile  s ett in g   th e   s izeo f   th e   o u tp u t  cu r r en t,  y o u   ca n   ac h ie v e  t h e  s tab i lit y   o f   t h e  p ar allel  o p er atio n ,   th e  co n tr o l  m et h o d is   r elativ el y   s i m p le  a n d   th e  r es u lts   ar e  b etter ,   s o   it  h as b ee n   w id el y   u s ed   [ 19 ].     2 . 3 .   Series inv er t er   co ntr o l   T h e  s er ies  in v er ter   is   s h o w n   in   Fi g u r e  7 .   T h e  P W M  m eth o d   is   u s ed   to   o b tain   b etter   r e s p o n s e  o f   s er ies  in v er ter   [ 1 9 ] .   Sin u s o id a l  v o ltag e  co n tr o llin g   s tr ate g y   o f   lo ad   is   u s ed   to   co n tr o l  th e  s er ies  p ar t  o f   UP QC .   T h e  v o ltag e   d is to r tio n s   a n d   3 - p h ase   lo ad   v o lta g e  ca n   b e   m ai n tai n ed   w i th   s m o o th   s i n u s o id al  w a v e f o r m ,   th r o u g h   p r ec is e  co n tr o lli n g   o f   th e  d u t y   c y cle  o f   th e  s er ies i n v er ter .   T h e  s y n c h r o n o u s   r ef er e n ce   f r a m e  t h eo r y   is   ap p lied   to   ac h i ev e  t h at  ai m .   I n   t h is   m et h o d   t h e  d esire d   v alu e  o f   lo ad   p h ase  v o ltag e   in   d - a x is   a n d   q - a x is   i s   co m p ar ed   w it h   t h e  lo ad   v o ltag e  an d   th e  r es u lt  i s   co n s id er ed   as  th e  r ef er en ce   s ig n a l.  T h e  co n tr o llin g   cir c u it   o f   s er ies  in v er ter   is   s h o w n   i n   Fi g u r e  7 .   P W M   m et h o d   is   u s ed   to   p er f o r m   b es t   r esp o n s e  o f   s er ies i n v er ter   [ 20 ] - [ 2 1 ] .           Fig u r e   7 .   Ser ies   in v er ter   co n tr o l b lo ck   d iag r a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6   :   743 - 758   749       Fig u r e  8 .   B lo ck   d ia g r a m   o f   t h e  i m p r o v ed   P L L   s c h e m e       T h e  co n v en tio n al  P L L   is   u n a b le  to   o p er ate  s m o o th l y   u n d er   u p n o r m al    s u p p l y   v o lta g e  co n d itio n .   I n     th is   p ap er   an   i m p r o v e m e n t  P L L   is   d e v elo p ed .   L P F  is   a d d ed   b ef o r e  th e  P L L   b lo ck   an d   au to m atic  g ai n   co n tr o ller   ( A G C )   as  s h o w n   i n   Fig u r e  8   to   r ej ec t  th e  ef f ec t  o f   th e  h ar m o n ics  i n     s o u r ce   an d   lo ad   v o ltag es.  T h e   L P F  is   u s ed   in   th e  d q   f r a m e,   s o   th at  th e  s l u g i s h   p er f o r m an ce   o f   L P F  ca n   b e  av o id ed .   T h e   p h ase  an g le  s h o u ld   b e  d etec ted   p r ec is ely   to   a v o i d   th e  s y s te m   to   s p ik e  o r   o v er s h o o t  th at  lead   to   d eter io r a tio n   i n   th e   s y s te m   p er f o r m a n ce .         3.   ANALY SI S A ND  DE SI G N  O F   2 DO F P I   CO NT RO L L E R  &VO L T A G E   R E G UL AT O R   3 . 1 .   Ana ly s is   a nd   De s ig n  o f   t he  P ro po s ed  2 Do F P I   Co ntr o ller   T h e  n e w   2 DO F  P I D  co n tr o ller   ca n   b e  d escr ib ed   in   th e  co m p le x   v ar iab le  d o m a in   b y   t h e     r elatio n   ( 1 0 )   [ 2 0 ] .     )]} ( ) ( [ )] ( ) ( [ 1 ) ( ) ( { ) ( s Y s cW s T s Y s W s T s Y s bW K s U D I         ( 1 0 )     w h er e:   U( s ) ,   W ( s ) ,   Y( s ) ,   K,   T I ,   T D,   b ,   c  is   t h e  L ap lace    tr an s f o r m   o f   t h e  u ( t) ,   th e  L ap lace   tr an s f o r m   o f   t h e   r ef er en ce   i n p u t  w ( t) ,   t h e  L ap l ac e  tr an s f o r m   o f   t h e  ac t u al  o u tp u t  y ( t) ,   t h e  co n tr o ller   g ai n ,   t h e  in teg r al  ti m e,   t h e   d er iv ativ e  ti m e,   th e  s e t - p o i n t   w ei g h t  o f   th e  p r o p o r tio n al  ter m ,   th e  s et - p o in t  w ei g h t  o f   th e  d er iv ati v e  ter m   r esp ec tiv el y .     B o th   s et - p o in t  w eig h t s   ca n   c h an g e  i n   t h e  in ter v al  f r o m   0   to   1 .   T h e  co n tr o l  s y s te m   w it h   t h e  2 DOF  co n tr o ller   ( 1 1 )   ca n   b e  tr an s f o r m ed   in   t h e  s y s te m   i n   Fi g u r e9   w it h   t h e  in p u t  f ilter   w it h   th e  tr an s f er   f u n ctio n .           Fig u r e   9.   2 Do FP I   c o n tr o ller   w ith   D C   v o lta g e       1 2 1 2 ) ( ) ( ' ) ( s T s T T s bT s T cT s W s W s f G I D I I D I                 ( 1 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Un ified   P o w er Qu a lity Co n d itio n er Mo d el  B a s ed   w ith   S eries   a n d   S h u n t F ilter s   ( K h a la f S a l lo u m  Ga eid )   750   an d   th e  s ta n d ar d   P I D  co n tr o lle r   w it h   th e  T F.     ) 1 ) 1 1 ( ) ( 1 s r s r K s T s T K s c G D I             ( 1 2 )     T h e    2 DOF  P I   co n tr o ller     ca n   b e  d ev elo p ed     w h e n     b =c =1   an d     T D  =  0   ac c o r d in g   to     ( 1 1   an d   1 2 ) .   2 Do FP I   clo s ed   l o o p   c o n tr o l s y s te m   i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   10 .         Fig u r e   1 0 .   2 Do F c o n tr o l sy s te m   b lo ck   d iag r a m   T h e  o u tp u t  p o w er   lo s s es  ac co r d in g   to   th e  2 Do FP I   ca n   b e  s h o w n   i n   Fi g u r e   1 1   w h ic h   is   c o m p lete l y   co n s ta n t.   T h e  al g o r ith m   s w itc h in g   f r eq u e n c y     i s   lo w er   t h a n   o f   t h e  h y s ter esis   co n tr o ller   s o   th at    th e   p o w er   lo s s   is   r ed u ce d   in   th e  s tead y   s tate  r eg io n   as  s h o w n   i n   th e  s ec o n d   p ar t o f   th e  Fig u r e   11.           Fig u r e   1 1 .   2 Do FP I   co n tr o ller   o u tp u t( P o w er   lo s s )       3 . 2 .   Ana ly s is   a nd   De s ig n  o f   t he  Vo lt a g e  Reg ula t o r   A   f i x ed   o u tp u t  v o lta g e   is   th e   m ai n   p u r p u s e  o f   v o ltag e   r eg u lato r   to   p r o d u ce   a  co n s tan t   m ag n it u d e   r eg ar d less   o f   c h a n g e s   to   it s   in p u t  v o lta g e  o r   lo ad   co n d itio n s   [2 2 ] .   T h e  r eq u ir e  o f   s w itc h in g   r eg u lato r s   m ea n s   to   v ar y   t h eir   o u tp u t  v o lta g e  in   r esp o n s e  to   in p u t  a n d   o u tp u t  v o ltag e  c h a n g e s .   P W M  ap p r o ac h   is   to     co n tr o l s   th e  i n p u t  to   th e  a s s o ciate d   p o w er   s w i tch ,   w h ic h   co n tr o ls   it 's  o n   an d   o f f   ti m e  ( d u t y   c y cle) .   T h e  o u tp u t  v o ltag e   th at  f ilter ed   th r o u g h   a  r eq u ala to r     is   f ed   b ac k   to   th e  P W M  c o n tr o ller   to   co n tr o l  th e  d u t y   c y cle.   T h e    f ee d b ac k   ap p lied   to   th e  P W M  co n tr o ller   is   u s ed   to   s tab ilized   t h e  o u tp u t  v o lta g e  w h en   th e   f i lter ed   o u tp u t  te n d s   to   ch an g e  t h e  d u t y   c y cle.   T h e  p r o p o s ed   v o ltag e  r eg u lato r   i n   s h o w n   in   F ig u r e   12.   T h e  r atio n al  s tr u ct u r e  o f   t h e  b o th   2 DOF  P I D  an d   P I   co n tr o ll er s   as  n u m in a t o r   an d   d en o m i n ato r   h elp s   to   o v er co m e  t h e  p r o b lem s   tak e  p ar ts   in   th e  s y s te m .   T h e  n o m i n ato r   p ar t  o f   th e  clo s ed   lo o p   tr an s f er   f u n ctio n s   ca n   r e m o v e s   th e  u n s a tis f ac to r y   o v er s h o o ts   a n d   s tead y   s tate  er r o r   in   co n tr o l  s y s te m .   T h e  tu n i n g   o f   th e  2 DOF   p ar am eter s   ca n   b e  ea s l y   p er f o r m   as  th e   s et - p o in t   ch a n g e d   in   th e   i n ter v al   f r o m   0   to   1   [ 2 3 ] .   T h e  2 Do FP I   co n tr o ller   is   s o   p o w er f u ll  to   co m p e n s ate  t h e  D C - lin k   v o ltag e  v ar iatio n   an d   m a in ta in   t h e  o u tp u t  to   d esire d   v alu e.   I n   th e  h i g h   f r eq u e n c y ,   i ts   lab o r u s   f o r   t h e  co n v etio n al  P I   co n tr o ller   to   r em o v e  u n d esi r ed   co m p o n en ts   o f   h ar m o n ic  c u r r en ts   g e n er ated   b y   s h u n t  A P F.  T h e  tr a n s f er   f u n ctio n   o f   th e   p r o p o s ed   2 D o FP I   co n tr o ller   is   o b tain ed   as in   ( 1 3 ) .       0.5 1 1.5 2 0 2000 4000       y1 0.5 1 1.5 2 0.5999 0.5999 0.6 Tim e (se c) u1 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   2 0 1 6   :   743 - 758   751       Fig u r e   1 2 .   P r o p o s ed   Vo ltag e  r eg u la to r            1 4 . 4 9 9 s 3s   3 . 7 2 1 9 s 1+ *   8 . 6 8 2 0 G( s ) 2                                 ( 1 3 )     B o th   s h u n t  a n d   s er ies  i n v er te r s   s h ar e  a  co m m o n   d c  li n k .   No r m a ll y   t h e  s h u n t  i n v er ter   i s   u s ed   to   r eg u late  t h e  d c  li n k   at  a  r e f er en ce   v al u e.   T h e  UP QC   m a y   b e  ex p an d ed   w it h   a  P W M  cu r r en t  s o u r ce   i n v er ter   th at  u s es   s a m e  e n er g y   f o r m   th e  d c  li nk   [ 2 4 ] .   T h e  v o ltag e  r eg u latio n   a n d   P W M  b lo ck s   is   s h o w n   in   F ig u r e   13 .           Fig u r e   1 3 .   Vo ltag e  r eg u lat io n   an d   P W M  b lo ck s   d etails       I n   th i s   s c h e m e  t h e  r ef er e n ce   v o ltag e  q - a x is   as i n   ( 1 4 )       0 _ r e f q V                                                                                     ( 1 4 )     W ith   cu r r ier   f r eq u e n c y   2 K h z   T o   g en er ate  tr ian g le  s ig n al  th e ,   Ou tp u t  a  r ep ea tin g   s eq u e n ce   o f   n u m b er s   s p ec i f ied   in   a  tab le  o f   ti m e - v alu e  p air s . Va lu e s   o f   ti m e   s h o u ld   b e  m o n o to n icall y   in cr ea s i n g   a s   in   t h e  f o llo w i n g   s eq u e n ce .     [ 0   1 /Fc/4   3 /Fc/4   1 /Fc]   an d   t h e  co r r esp o n d in g   o u tp u t v al u es   s h o u ld   b e  as [ 0   - 1   1   0 ] .       4.   SI M UL AT I O N  R E S UL T S   T h e  Ma tlab /Si m u li n k   u s ed   to   ass ess m e n t  o f   t h e  p r o p o s ed   alg o r ith m   [ 2 5 ] .   A t  th e  b eg i n n i n g ,   th e   s i m u lat io n   m o d el  co n s is t s   o f   a   co n v e n tio n al  UP QC   w it h   a  n o n lin ea r   lo ad .   T h e  n o n li n ea r   l o ad   is   s u p p lied   w ith   d is to r ted   2 0 0   V  s o u r ce   as  in   th e  Fi g u r e   14.   Fig u r e   1 5   s h o w s   co n v en t io n al  n o n li n ea r   c u r r en t  th at  s h o u ld   b e  co m p e n s ated .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       Un ified   P o w er Qu a lity Co n d itio n er Mo d el  B a s ed   w ith   S eries   a n d   S h u n t F ilter s   ( K h a la f S a l lo u m  Ga eid )   752         Fig u r e   1 4 .     Si m u la tio n   r es u lts   w it h   t h e  co n v en t io n al  co n tr o l  s ch e m e           Fig u r e  1 5 .   L o ad   cu r r en t   w ith   t h e  co n v e n tio n al  co n tr o l sc h e m e       T h e  to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   f ac to r   o f   d is to r ted   s o u r c e  is   7 % a s   in   F ig u r e   16 .           Fig u r e   1 6 .   T HD  w h e n   UP QC   i s   n o t c o n n ec ted   to   th e  s y s te m       T o   in v esti g ate   th e   e f f ec t iv e n ess   o f   t h e   p r o p o s ed   alg o r ith m ,   t h e  UP QC   a   r ea cts  a g ai n s t  t h elo ad   n o n li n ea r   lo ad   cu r r en t  v ar iati o n   b et w ee n   ( 1 0 0 - 125 ) %   ch an g e  to   r eliev e  h ar m o n ics  i n   l o ad   cu r r en t  an d   to   0 0.2 0.4 0.6 0.8 300- 200- 100- 0 100 200 300 Tim e (se c) so urc e v olt ag e ( vo lt) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 -0. 4 -0. 3 -0. 2 -0. 1 0 0.1 0.2 0.3 Tim e (se c) I L oa d(A mp)     0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 2 4 6 8 10 12 14 F r e q u e n c y   ( H z)   T H D =   7 . 0 0 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.