I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em s   ( I J P E DS )   Vo l. 1 2 ,   No . 4 Dec em b e r   2 0 2 1 ,   p p .   25 45 ~ 25 56   I SS N:  2088 - 8 6 9 4 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / ijp ed s . v 1 2 .i 4 . pp 25 45 - 25 56     2545       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   M o deling  of hybr id activ e powe r f il ter  using  ar tif icia l   intelligence  contr o ller:  ha rdwa re  and so ft wa re  pros pective        Sa nd hy a   P 1 ,   Na g a ra j   Ra m r a o 2   1 De p ar t m e n t   o EE E t h e   Ox fo rd   Co ll e g e   o f   En g i n e e rin g ,   Be n g a l u r u ,   I n d ia   2 Ka las a li n g a m   Ac a d e m y   o Re se a rc h   a n d   Ed u c a ti o n ,   Tam il n a d u ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   May   1 ,   2 0 21   R ev is ed   Sep   2 7 ,   2 0 21   Acc ep ted   Oct  4 ,   2 0 21       Th e   p o we fa c to r   is  a   si g n if ica n t   c o n c e rn   in   p o we sy ste m s.  T h e   sig n ifi c a n t   p o we lo ss   o c c u rre d   d u e   to   e le c tro n ic  a n d   e lec tri c a e q u ip m e n t   d a m a g e a ffe c ted   b y   th e   d e v iati o n   o p h y sic a c h a ra c teristics ,   in c lu d i n g   v o l tag e ,   c u rre n t,   a n d   fre q u e n c y   p a ra m e ters .   Th e   p o we lo ss   a n d   q u a li ty   i ss u e we re   re so lv e d   b y   in tr o d u c in g   fil terin g   tec h n iq u e in   e lec tro n ic  a n d   e lec tri c a l   e q u ip m e n t .   M o st   o f   t h e   a v a il a b le   fil teri n g   m e th o d u se   p ro p e c o m p e n sa ti o n   c o n tro ll in g   a p p ro a c h e a n d   fa il e d   to   m in imiz e   t h e   to tal   h a rm o n i c   d is to rt io n   (THD),  a n d   h a rm o n ic  m it i g a ti o n   i n   p o we sy ste m h a it b e st.  In   t h is  a rti c le,  a n   e fficie n h y b rid - A P F   u sin g   a n   a rti ficia l - n e u r o   f u z z y   i n terfa c e   sy ste m   (AN F IS f o s o ftwa re   a n d   h a rd wa re   p e rsp e c ti v e   is   d e si g n e d .   T h e   p ro p o se d   a p p ro a c h   u se h y b r id   c o n tro ll in g   stra teg ies   wh ich   in c lu d e   P wit h   a rti ficia in telli g e n c e   (AN F IS c o n tro ll e r,   to   c o n tr o th e   p o we lo ss e fo H - APF .   Ad d it i o n a ll y ,   c u rre n t   c o m p e n sa ti o n   is  a c h ie v e d   b y   p o we q u a li ty   ( P Q - th e o ry ) ,   fo ll o we d   b y   h y ste re sis - c u rre n t - c o n tro ll e (HCC).   Th e   h a rd wa re   a rc h it e c tu re   o AN F IS   wi th   HC is  d e sig n e d   to   imp r o v e   t h e   c h ip - a re a   fo re a l - ti m e   p o we a p p li c a ti o n s.   Th e   p re se n w o rk   a n a ly z e d   b y   sim u latin g   t h e   v o lt a g e   a n d   c u rre n wa v e fo r m .   Th e   p ro p o se d - H - AP F   u si n g   AN F IS   c o n tro ll e r,   b o th   so f twa re   a n d   h a rd wa re   a p p ro a c h e s,  is  c o m p a re d   with   o t h e r   c o n tro tec h n i q u e li k e   H - APF   with   P a n d   F u z z y   lo g ic  c o n tro ll e b y   c o n c e rn in g   THD,   re a c ti v e   p o we r,   a n d   d iffere n t   h a rm o n ics   a n d   lo a d s   imp ro v e m e n ts.   K ey w o r d s :   Activ p o wer   f ilter   ANFI S c o n tr o ller     FP GA   Har d war e   Hy b r id - APF   PQ - T h eo r y   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   San d h y P   Dep ar tm en t o f   E E E ,   T h Ox f o r d   C o lleg o f   E n g in ee r in g     10 th   Milesto n e,   Ho s u r   R d ,   B o m m an ah alli,  B en g alu r u ,   Kar n atak 5 6 0 0 6 8 ,   I n d ia   E m ail: u r s s an d h y ar ai@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O   W i t h   t h e   r e c e n t   a d v a n c e m e n t   in   t e c h n o l o g y ,   s m a r t   g r i d   t e c h n o l o g y ,   a n d   i n d u s t r i a r e f o r m i n g ,   t h e   p o w e r   s y s te m ' s   d e m a n d   f o r   p o w e r   r e q u i r e m e n t s   i s   h i g h .   Us i n g   m o r e l e c t r o n i a n d   e l ec t r i c al   d e v i ce s   i n   p o w e r   s y s te m s   m a k e s   i t   d i f f i c u l t   t o   a c h i e v e   t h e   p o w e r   q u a l i t y   g o a l .   T h e   p o w e r   f a i l u r e s   a f f ec t   t h e   p o w e r   s y s t e m s   d u e   t o   m a l f u n c t i o n i n g   e l e ct r o n i c   o r   e l e c t r ic a l   e q u i p m e n t .   T h b u s i n e s s   e n v i r o n m e n t s   n e e d   s m a r t   a n d   c o m p a c t   c o m p u t e r s ;   s m a r t   r el a y s ,   u n i n te r r u p t i b l e   p o w e r   s u p p l y   ( U PS ) ,   a n d   p r o g r a m m a b l e   l o g i c   c o n t r o l l e r s   ( P L C s )   a r e   s i g n i f i c a n t   p o w e r   c o n s u m p t i o n   e q u i p m e n t .   T h e   b u s i n e s s   a n d   h o m e   a p p l i c a ti o n s   p o w e r   s u p p l i e s   a r e   c o m p u ls o r y   a n d   i n v e s t   m o r e   a m o u n t s   i n   p r e v e n t i n g   p o w e r   l o s s .   T h p o w e r   q u a l i t y   d e g r a d a t i o n   is   h a p p e n i n g   d u e   t o   f r e q u e n c y   m i s m a t c h ,   s w el l ,   s a g ,   v o l t a g e   r e g u l a ti o n ,   p h a s e   d e v i a t i o n ,   f l i c k e r s ,   a n d   h a r m o n i c s .   A n   e x t e n s i v e   p o w e r   s y s t e m ' s   m o n i t o r i n g   a n d   o p e r a t i o n   a n a l y s is   is   e x p e n s iv e   t o   i m p r o v e   t h e   PQ   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h e   h a r m o n i cs   a r m i t i g a t e d   u s i n g   f il t e r i n g   t e c h n iq u e s   p a s s i v e ,   a c t i v e ,   a n d   h y b r i d   a p p r o a c h e s   i n   p o w e r   s y s t e m s   f o r   l a r g e r   i n d u s t r i a a n d   c o n t r o l   a p p l i c a t i o n s   w it h   a d v a n t a g e s ,   T H D   r e d u c t i o n   wi t h   < 5 %   a s   p e r   I E E E   5 1 9   s t a n d a r d s ,   a n d   r e a c t i v Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  & Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   202 1   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2546   p o w e r   c o m p e n s a ti o n   f o r   P Q   im p r o v e m e n t s   [ 3 ] .   T h e s h a r m o n i c s   a r m i ti g a t e d   u s i n g   d i f f e r en t   m e t h o d s   b as e d   o n   i n t e r f e r e n c e   a v o i d a n c e ,   p r o p er   s u p p l y   o f   c u r r e n t / v o l t a g e s ,   a n d   v a r i o u s   m i t i g a ti o n s   t ec h n i q u e s   l i k e   r e ac t o r s - b a s e d ,   t r a n s f o r m e r - b as e d ,   a n d   f i l t e r i n g - b a s e d   a p p r o a c h e s   [ 4 ] .   T h e r e   a r e   m a n y   w o r k s   a l r ea d y   c a r r i e d   o u t   o n   H - A P F   b y   m a n y   r es e a r c h e r s .   T h e   h y b r i d   a p p r o a c h   o f   A P F   w i t h   P F   i s   c o n n e c t e d   i n   s e r i e s   is   c l a s s i f i e d   b a s e d   o n   f i l t e r ,   s u p p l y   s y s t e m ,   a n d   c o n v e r t e r   b a s e d .   T h e   c o n t r o l l i n g   s t r a t e g i e s   [ 5 ] - [ 9 ]   a r e   d e s i g n e d   b a s e d   o n   s i g n a l i n g   c o n d i t i o n i n g ,   r e f e r e n c e   s i g n a l   g e n e r a t i o n ,   f i r i n g   s i g n a l   g e n e r a t i o n ,   a n d   D C - l i n k   c o n t r o l   s t r a t e g y .   T h e   r e f e r e n c e   s i g n a l   g e n e r a t i o n   i s   c l a s s i f i e d   b a s e d   o n   t h e   t i m e   a n d   f r e q u e n c y   d o m a i n .   T h e   m o s t   c o m m o n l y   u s e d   r e f e r e n c e   s i g n a l   g e n e r a t i o n   t e c h n o l o g y   i s   b a s e d   o n   t i m e - d o m a i n   [1 0 ] ,   i n c l u d i n g   P Q   m e t h o d ,   D Q   m e t h o d ,   i n d i r e c t   c u r r e n t   c o n t r o l   m e c h a n i s m a n d   n o t c h   f i l t e r - b a s e d   a p p r o a c h ,   p r e d i c t i v e   a n d   i t e r a t i v e   a p p r o a c h e s .   T h e   D C - l i n k   c o n t r o l   m e c h a n i s m   i n c l u d e s   P I ,   f u z z y   l o g i c   c o n t r o l l e r   ( F L C ) ,   S l i d e   m o d e   a p p r o a c h ,   a d a p t i v e   c o n t r o l l i n g ,   a n d   n e u r a l   n e t w o r k   a p p r o a c h e s .     I n   th is   ar ticle,   T h e   H - APF  m o d ele d   u s in g   a   h y b r id   c o n tr o s tr ateg y   a p p r o ac h .   T h ar tific ial  in tellig en ce   ap p r o ac h   lik A NFI C   co n tr o ller   with   PI   co n t r o ller   is   in tr o d u ce d   in   s h u n t - APF.  I n   ad d itio n   to   th at,   th r ef er en ce   c u r r en c o m p en s atio n   u s in g   PQ  m eth o d   an d   HC C   f o r   f ir in g   s ig n al  g en er atio n   is   also   u s ed   to   m o d el   th h y b r id   ac tiv p o wer   f ilter .   T h e   H - APF  is   m o d eled   b o th   o n   s o f twar an d   h a r d war ap p r o ac h es  with   T HD  an d   p o wer   q u ality   i m p r o v e m en ts .   S e c t i o n   1   e x p l a i n s   t h e   b a c k g r o u n d   o f   t h e   H - A P F   w i t h   d i f f e r e n t   c u r r e n t   a n d   v o l t a g e   c o n t r o l   m e c h a n i s m s   f o r   a   p o w e r   s y s t e m .   S e c t i o n   2   d e s c r i b e s   t h e   d e t a i l e d   a r c h i t e c t u r e   o f   h y b r i d - A P F   w i t h   h y b r i d   c o n t r o l l i n g   s t r a t e g i e s   l i k e   t h e   c o m b i n a t i o n   o f   P I   w i t h   F L C / A N F I S   c o n t r o l l e r   b o t h   i n   s o f t w a r e   a n d   h a r d w a r e   a p p r o a c h e s .   S e c t i o n   3   d i s c u s s e s   t h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   a n d   c o m p a r a t i v e   a n a l y s i s   o f   d i f f e r e n t   d e s i g n   c o n t r o l l e r s   f o r   T H D   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   i m p r o v e m e n t s .   S e c t i o n   4   c o n c l u d e s   t h e   o v e r a l l   w o r k   w i t h   T H D   a n d   p o w e r   i m p r o v e m e n t s   a n d   f u t u r e   w o r k .       2.   RE VI E O R E L AT E R E S E ARCH   T h is   s ec tio n   elab o r ates  th e   ex i s tin g   ap p r o ac h es  o f   H - APF  u s in g   d if f er en c o n tr o llin g   tech n iq u es  an d   d if f er en co m p en s atio n   m eth o d s   f o r   d if f e r en lo ad s   f o r   p o wer   q u ality   im p r o v em en ts .   B elaid et  a l .   [ 1 1 p r esen t th 3 - p h ase  s h u n t - AP F u s in g   FLC f o r   co m p e n s at in g   th u n b ala n ce d   s o u r ce   v o ltag e.   T h p h ase - lo ck ed   lo o p   is   u s ed   to   co n tr o th S - APF  f o r   s o u r ce   v o ltag e.   T h PQ - th eo r y - b ased   p h ase  lo ck   l o o p   ( PLL )   is   u s ed   f o r   cu r r en r ef er en ce   g en e r atio n   with   f u zz y   lo g ic  co n tr o ller   ( FLC)  an d   HC C   is   u s ed   to   g en er ate  g at p u ls es  f o r   th V - I   in v er ter .   T h u y en   [1 2 ]   ex p lain s   n ew  d esig n   f o r   H - APF  u s in g   th s o cial  s p id er   alg o r ith m   ( SS A) .   Ar tific ial  s p id er s   ac h iev e   th e   m ea s u r ed   c u r r en t   f o r   a n   in v er ter ,   an d   th e   r ef e r en ce   cu r r e n is   ca lcu lated   u s in g   PQ - th eo r y   f o llo wed   b y   PW M.   B e h er et   a l .   [ 1 3 ]   p r ese n 3 - p h ase  h y b r id   f ilter   u s in g   f u zz y - b ased   PI   co n tr o ller   t o   r e d u ce   th e   h ar m o n ics  m itig atio n s   f o r   th e   p o w er   d is tr ib u tio n   s y s tem .   T h e   c o n tr o ller s   ar e   u s ed   v ec to r - b ased   PI  ( VPI ) ,   wh ich   im p r o v es th e   s y s tem ' s   r o b u s tn ess   an d   tr an s ien t p er f o r m an ce .   Similar ly ,   FLC  with   VPI   im p r o v es  th T HD  f o r   th m ain s   c u r r en t o f   th p o wer   s y s tem s .   T h H - APF   with   an   ad ap tiv c u r r e n co n t r o ller   is   d esig n ed   b y   C h au   [ 1 4 ] ,   wh ich   im p r o v es  th d y n a m ic  r esp o n s e,   b etter   o n lin co n tr o f o r   h ar m o n ic   ca n ce llatio n s .   T h n eu r o   f u zz y - b ased   c o n tr o l   s y s tem   h a s   p r ed ictio n   an d   id en tific atio n   m ec h a n is m   with   co s t f u n ctio n   to   m itig ate  h a r m o n ics o f   th e   m ain   H - APF.   K u m a r   a n d   B h at   [ 1 5 ]   p r e s e n a   h y b r i d   f i lt e r   u s i n g   F L C ,   w h i c h   i n c l u d es   s e v e n   f u z z y   r u l e s   s e f o r   c o n t r o l l i n g   t h e r r o r   i n p u t s   t o   g e n e r a t e   t h r e f e r e n c e   c u r r e n t ,   f o l l o w e d   b y   a   P u ls e   g e n e r at o r   f o r   a n   i n v e r t e r .   T h d i r e c t   c u r r e n t   ( D C)   v o l t a g e   s et t l i n g   ti m e   h a s   i m p r o v e d   t h a n   t h e   P I   c o n t r o l l e r   a p p r o a c h .   A   v e r y   f e w   r e s e a r c h - r e l a t e d   w o r k s   a r e   h a p p e n i n g   o n   a r t i f i ci a n e u r a l   n et w o r k   ( A N N )   b as e d   c o n t r o l l i n g   m e ch a n i s m s   f o r   p o w e r   q u a l i t y   i m p r o v e m e n ts   f o r   t h e x t e n s i v p o w e r   s y s te m .   C h o u d h a r y   e t   a l .   [ 1 6 ]   p r es e n t   c o n t r o l l i n g   s t r a te g y   o f   a r t i f i c ia l   i n t el l i g e n c e - b as e d   s i n g l e - p h a s e   S - AP F   i s   d e s i g n e d ,   w h i c h   i n c l u d e s   p r e d i ct i v e   a n d   a d a p t i v e   c o n t r o l l e r - b a s e d   AN N   wi t h   A d a l i n e   w it h   2 5   r u l e   s et s .   T h e   T HD   h a s   i m p r o v e d   f o r   AN N - b a s e d   c o n t r o l l e r   t h a n   t h p r e d i c t i v e   c o n t r o ll e r .   T h i n d i r e c t   c u r r e n t   c o n t r o l l e r   m e c h a n i s m   i s   i n c o r p o r a t e d   u s i n g   f u z z y   b a s e d   s i n g l e   v e ct o r   P W M   f o r   H - A P F   b y   S o m l al   e a l .   [ 1 7 ] .   T h e   S V P W M   g e n e r at e s   t h e   g a t e   p u ls e s   f o r   v o l t a g e - s o u r c e - c o n v e r t e r   t o   i m p r o v e   t h e   p o w e r   q u a l it y   f o r   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m s .   B a l as u b r a m a n i a n   e t   a l .   [ 1 8 ]   p r e s e n t   f u z z y   l o g i c - b a s e d - H - A P F   wi t h   a   n o n - l i n e a r   c o n t r o l li n g   m e c h a n i s m   u s i n g   D Q   t h e o r y .   T h e   c u r r e n t   l o o p   u s e s   5   r u l e s   s e t   a n d   7 - s e t   f o r   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p   i n   F L C   b a s e d   H - AP F .   T h e   s e r i es   H - A P F   w i t h   f u z z y   s l i d i n g   m o d ( F S M )   c o n t r o ll i n g   t e c h n i q u e   i s   i n c o r p o r a t e d   b y   Da s   e t   a l .   [ 1 9 ] ,   c o m p a r e d   w it h   HC C   w i t h   T H D   i m p r o v e m e n ts .     Sh ah alam i   an d   Ho s s ein i   [ 2 0 ]   p r e s en ANN  co n tr o ller   H - APF  f o r   win d   tu r b in e   ap p licatio n s ,   im p r o v in g   th e   p r o ce s s in g   tim b y   r ef er e n ce   cu r r en ca n ce llatio n   at  th e   tr an s ien an d   s tea d y - s tate  co n d itio n s .   Ped ep en k et   a l .   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ]   p r esen n eu r o   f u zz y - b ased   co n tr o llin g   m ec h an is m   f o r   H - APF,  wh ich   is   co m p ar ed   with   th co n v en tio n al  PI - b ased   co n tr o ller   with   T HD  im p r o v em en ts .   San d h y an d   Nag ar aj  [ 2 3 ]   d is cu s s   th co n tr ib u ti on   to   th e   s tu d y   o f   p o wer   q u ality   e n h an ce m en an d   v ar io u s   asp ec ts   o f   p o wer   q u ality   an d   cu r r en t   tr en d s .   Sah u   an d   Ma h ap atr a   [ 2 4 ]   p r esen all - on - ch i p - b ased   d is tr ib u tio n   s tatic  s y n ch r o n o u s   co m p en s ato r   ( DSTA T C OM )   co n tr o l - b ased   p o wer   q u ality   i m p r o v e m en u s in g   v ir tex - f i eld - p r o g r am m a b le  g ate  ar r ay   ( FP GA ) .   T h all - on - ch ip   ac ts   as  d ig ital  co n tr o ller ,   in clu d in g   c o n v e n tio n al   PI  co n tr o ller ,   lo w - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   o f h y b r id   a ctive   p o w er filter   u s in g   a r tifi cia l in tell ig en ce   co n tr o ller :   h a r d w a r e   a n d     ( S a n d h y a   P )   2547   p ass   f ilter s ,   HC C ,   in s tan tan eo u s   p o wer   ca lcu lato r ,   an d   s eq u en ce   d etec to r .   T h is   d ig ital   c o n tr o ller   is   u s ed   to   co m p en s ate  f o r   t h r ea ctiv e   p o wer   an d   also   m itig ate   th c u r r en h a r m o n ics.  T h c o m p lete  m o d el  is   d e v elo p e d   o n   th Xilin x   s y s tem   g e n er ato r   to o l a n d   co n v er t to   HDL   f o r   im p lem en tatio n   o n   th c h ip .     B alasu b r am an ian   et  a l .   [ 2 5 ]   d escr ib th s h u n h y b r id   co m p en s ato r   u s in g   th e   co n tr o m et h o d   o n   th e   h ar d war p latf o r m .   T h co m p en s ato r   m ain ly   c o n tain s   p as s iv f ilter s ,   an   in s u lated   g ate   b ip o lar   tr a n s is to r   ( I GB T )   in v er ter   as  an   ac tiv f ilter ,   an d   DC - lin k   ca p ac ito r .   T h c o n tr o m eth o d   lik s y n ch r o n o u s   r o tatin g   r ef er en ce   f r am e   ( SR R F)  is   u s ed   in   th s h u n h y b r i d   co m p e n s ato r .   T h e   s im u latio n   r esu lts   o f   th c o m p en s ato r   ar r ep r esen ted   as  3 - p h ase  VI   cu r r en t/ v o ltag wav e f o r m s   f o r   r ec tifie r   f ed   R C   lo ad   an d   n o n - lin ea r   lo ad   co n d itio n s .   T h e   T HD  o f   4 . 3 an d   4 . 7 f o r   b ala n ce d   an d   u n b alan ce d   lo a d   is   ac h iev ed   r esp ec tiv ely   f o r   s h u n t   h y b r id   co m p en s ato r   with   2 6 V   DC   lin k   v o ltag e.   Sy ch e v   et   a l .   [ 2 6 ]   p r esen t   th s h u n t - ac ti v f ilter   to   a n aly ze   th ef f icien cy   p ar am eter   b y   v a r y in g   th s o u r ce   an d   lo ad   p ar a m eter s .   T h s h u n a ctiv f ilter   is   m o d eled   in   f iv d if f er en wa y s .   I ts   p o wer   q u ality   in d icato r   v al u es  lik T HD,   cu r r en t,  a n d   v o ltag d e g r ee   o f   co r r e ctio n s ,   v o ltag d ip s ,   an d   d e v iatio n s ,   an d   cu r r en co n s u m p tio n   a r an aly ze d .   T h en tr al  et  a l .   [ 2 7 ]   d escr ib t h h y b r id   ac tiv p o wer   f ilter   u s in g   PQ - t h eo r y   a n d   s p ac e - v ec t o r   p u ls wid th   m o d u latio n   ( SVPW M)   m eth o d .   T h d esig n   u s es  7 th   tu n ed   h ar m o n ic  p ass iv f ilter   co n n ec ted   s er ies  with   an   ac tiv f ilter   to   m itig ate  th T HD.   T h d esig n   o b tain s   T HD  o f   8 . 3 2 %,  3 . 3 5 %,  an d   3 . 1 5 with o u u s in g   h y b r id   ac tiv p o wer   f ilter   ( H APF ) ,   HAP u s in g   PQ - th eo r y   an d   HAPF u s in g   SVPW M.     T h r ev iew   o f   th e x is tin g   ap p r o ac h es  f o r   H - APF  is   s o f twar ap p r o ac h es  with   m o d elin g   an d   v e r y   less   o n   h ar d war ap p r o ac h es  with   m o r ch ip   ar ea .   T h ex i s tin g   co n tr o llin g   s tr ateg ies  ar co n v en tio n al  an d   in d u v ial  ap p r o ac h es  f o r   H - AP F,  wh ich   ca n n o im p r o v th p o wer   q u ality   an d   T HD  im p r o v em en ts   to   g r ea ex ten t.  T h p r o p o s ed   s y s tem   o v er co m es th ese  p r o b lem s   with   h y b r i d   co n t r o llin g   s tr ateg ies.        3.   P RO P O SE WO RK     Th h y b r i d - a c t i v e   p o w e r   f i l t e r   (H - A P F )   i s   d e s i g n e d   t o   i m p r o v e   t h e   r e a c t i v e   p o w e r   a n d   h a r m o n i c   m i t i g a t i o n s   b y   u s i n g   d i f f e r e n t   c u r r e n t   c o n t r o l l i n g   t e c h n i q u e s .   T h e   H - A P F   i s   d e s i g n e d   u s i n g   d i f f e r e n t   d e s i g n   c o n t r o l l e r s   l i k e   P I ,   F L C ,   a n d   A N F I S   c o n t r o l l e r   a n d   a n a l y z e s   t h e   p e r f o r m a n c e   a n a l y s i s   i n   t e r m s   o f   T H D   a n d   r e a c t i v e   p o w e r .   T h e   H - A P F   d e t a i l e d   a r c h i t e c t u r e   i s   r e p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   1 .   T h e   H - A P F   i s   a   c o m b i n a t i o n   o f   p a s s i v e - f i l t e r s   a n d   s h u n t - A P F   c o n n e c t e d   i n   s e r i e s ,   w h i c h   i n c l u d e s   m a i n s   a l t e r n a t i n g   c u r r e n t   ( AC )   s o u r c e ,   R L   c o m p o n e n t s   c o n n e c t e d   w i t h   n o n - l i n e a r   l o a d ,   a n d   p a s s i v e   f i l t e r   s h u n t - A P F .   T h e   H - A P F   d e t a i l e d   a r c h i t e c t u r e   i n c l u d e s   3 - p h a s e   A C   m a i n   c o n n e c t e d   t o   n o n - l i n e a r   l o a d ,   p a s s i v e   f i l t e r ,   a n d   s h u n t - A P F .   T h e   n o n - l i n e a r   h a s   3 - p h a s e   R L   w i t h   s i x   d i o d e s   u n i t e d   i n   p a r a l l e l   a l o n g   w i t h i n   u n b a l a n c e d   l o a d   c o n n e c t i o n .   T h e   p a s s i v e   f i l t e r   i s   c o n n e c t e d   i n   a   s e r i e s   w i t h   u n i v e r s a l   b r i d g e - b a s e d   s h u n t - A P F   t o   r e d u c e   t h e   h a r m o n i c s ,   a n d   t h e   b r i d g e   e n d s   w i t h   D C - l i n k e d   c a p a c i t o r s   C 1   a n d   C 2 .   T h e   c o n t r o l l i n g   c o m p e n s a t i o n   t e c h n i q u e s   a r e   i n t r o d u c e d   t o   i m p r o v e   t h e   c u r r e n t   a n d   v o l t a g e s   u s i n g   P Q   m e t h o d .   D i f f e r e n t   c o n t r o l l e r s   l i k e   P I ,   F L C ,   a n d   A N F I S   c o n t r o l l e r   a r e   e x p l a i n e d   i n   d e t a i l   i n   t h e   b e l o w   s e c t i o n s .           Fig u r 1 .   Deta iled   ar c h itectu r e   o f   h y b r id - ac tiv p o we r   f ilter   (H - APF)  u s in g   PI  an d   FLC/ ANFI co n tr o ller       3 - P h a s e   A C   s o u r c e ( 4 0 0 V ,   5 0 M H z ) R L   C o m p o n e n t s 3 - P h a s e   V I   M e a s u r e m e n t s   N o n - L i n e a r   L o a d P a s s i v e   F i l t e r V s I s V l o a d I l o a d C o u p l i n g   I n d u c t o r 3 - P h a s e   V I   a b c I a b c A B C U n i v e r s a l   B r i d g e A B C g + - D c   C 1 D c   C 2 + - V d c E r r o r V s I l o a d I C a b c P Q - M e t h o d   I m I r e f g H C C S h u n t - A P F D c   V o l t a g e P I   C o n t r o l l e r F L C / A N F I S   C o n t r o l l e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  & Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   202 1   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2548   2 . 1 .    PQ   m e t ho d   T h PQ   m eth o d   c o m m o n ly   u s ed   an d   p o p u lar   tech n iq u e   u s ed   to   im p r o v t h p o wer   in   ce n tr al  p o we r   s y s tem s .   T h v o ltag e   an d   cu r r en wav ef o r m   v alu es  ar e   ex p r ess ed   b y   th r ee - p h ase  in s tan tan eo u s   s p ac v ec to r s   ( α β0 ) .   T h is   3 - p h ase  c u r r en ( I )   an d   v o lta g ( V)   v alu es  a r tr an s f o r m e d   to   α β0   v alu e s   with   ea ch   p h ase   d if f er en ce   o f   2 π/3 .   T h m a th em atica eq u atio n   f o r   th e   v o ltag an d   cu r r e n co n v er s io n   u s in g   C lar k s   tr an s f o r m atio n   is   ex p r ess ed   in   ( 1 )   an d   ( 2 ) ,   r esp ec tiv ely .       [ 0 ] = 2 3 [ 1 1 / 2 1 / 2 0 3 / 2 3 / 2 1 / 2 1 / 2 1 / 2 ] [    ]   ( 1 )     [ 0 ] = 3 2 [ 1 1 / 2 1 / 2 0 3 / 2 3 / 2 1 / 2 1 / 2 1 / 2 ] [    ]   ( 2 )     T h ab c   to   α β0   tr an s f o r m atio n   is   ac h iev ed   f o r   3 - p h ase  s o u r ce   v o ltag e   an d   lo ad   cu r r en t.   T h ze r o   s eq u en ce s   ar e   n o t   co n tin u ed   f o r   f u r th er   tr an s f o r m atio n   in   th 3 - p h ase  s y s tem .   T h e   in s tan t an eo u s   p - q   p o wer   is   an aly ze d   with   v o ltag an d   cu r r en α β  tr an s f o r m atio n   u s in g   t h as s h o wn   in   ( 3 ) .       = . + . = . + .   ( 3 )     T h p   an d   q   ar e   co m p en s ated   u s in g   o s cillato r y   v alu es  ( p ac q ac )   an d   av e r ag v alu es  ( p dc   a n d   q dc ) .   T h e   lo p ass   f ilter   elim in ates  th av er ag v alu es.  T h C o m p en s atin g   cu r r e n r ef er e n ce   g en er ato r   ( C C R G)   r ec eiv es  th co m p en s ated   v al u es  f r o m   t h co n tr o ller .   T h e   C C R G   o f   αβ v alu es  ar tr a n s f o r m ed   in t o   AB C   v alu es u s in g   in v e r s C lar k s   tr an s f o r m atio n   a n d   a r ex p r ess ed   in   ( 4 ) .     [    ] = 2 3 [ 1 0 1 / 2 3 / 2 1 / 2 3 / 2 ] [   ]   ( 4 )     T h e   tr an s f o r m e d   AB C   v alu es   ar u s ed   as  r ef er en ce   cu r r en ( I ca b c )   v alu es  an d   u s ed   in   h y s ter esis   cu r r en t   co n tr o ( HC C ) .   T h e   P Q   m eth o d   f o r   c u r r e n co m p en s atio n   alo n g   with   PI   an d   FLC/ ANFI co n tr o ller   is   r ep r esen ted   in   Fig u r 2 .   T h t h r ee   p h ases   V s   an d   I load   ar i n p u ts   to   ab c   to   α β0   tr an s f o r m a tio n   u s in g   ( 1 ) ,   ( 2 )   f o llo wed   b y   PQ  ca lcu latio n   u s in g   ( 3 ) ,   ( 4 ) .   T h e   f in al   r ef e r e n ce   cu r r en t   g en e r atio n   is   ac h i ev ed   u s in g   in v er s C lar k s   tr an s f o r m atio n   o n   ( 4 ) .   T h s hunt - APF p er f o r m an ce   is   im p r o v ed   an d   e n h an ce d   b y   DC - L in k   v o lta g e.           Fig u r 2 .   PQ  m eth o d   f o r   cu r r e n t c o m p e n s atio n   u s in g   PI  a n d   FLC/ AN FIS       2 . 2 .    P I   co ntr o ller   T h p r o p o r ti o n al - in teg r al  ( PI)   is   wid ely   u s ed   in   th c o n tr o s y s tem   f o r   in d u s tr ial  ap p licatio n s .   T h PI   f in d s   th lo s s   o f   th DC   v o ltag an d   DC - r ef e r en ce   v o lta g in   H - APF’s.  T h b lo ck   d iag r am   o f   th p i - co n tr o ller   is   r e p r esen ted   in   Fig u r 3 .   I c a b c V s I l o a d a b c   t o   α β     I n s t . P Q   C a l c u l a t i o n C C R G L P F V d c V d c _ r e f + - + + α β     t o   A B C   P I   +   F L C / A N F I S   C o n t r o l l e r P l o s s P a c T o   H C C   ( a s   a   R e f e r e n c e   C u r r e n t ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   o f h y b r id   a ctive   p o w er filter   u s in g   a r tifi cia l in tell ig en ce   co n tr o ller :   h a r d w a r e   a n d     ( S a n d h y a   P )   2549       Fig u r 3 .   B lo ck   d iag r am   o f   PI - c o n tr o ller       T h er r o r   ( e )   is   in p u to   th p r o p o r tio n al  g ain   ( K p )   an d   in te g r al  g ain   ( K i ) .   T h co n tr o lled   o u tp u ( o )   is   g iv en   b y   th as sh o wn   i n   ( 5 ) .     = . + .    ( 5 )     T h in teg r ato r   ac cu m u lates  th er r o r   s ig n al  co n ce r n in g   s am p le  tim e.   T h d is cr et f o r m   o f   PI  co n tr o ller   o u tp u t   co n tr o ls   th DC - lin k   v o ltag a n d   p lay s   an   ess en tial r o le  in   th co m p en s atio n   s tag e.     2 . 3 .    F uzzy   lo g ic  co ntr o ller  ( F L C)   T h FLC  is   u s ed   to   p r o ce s s   th d ata  b y   allo win g   p ar tial  s et  m em b er s h ip   th a n   cr is p   m em b er s h ip .   Fu zz y   lo g ic   is   lo g ical  s y s tem   an d   co n tr o lled   b y   f u zz y   co n tr o l.   T h e   FLC  is   b etter   ch o ice   f o r   m an y   in d u s tr ial  co n tr o s y s tem   ap p l icatio n s   an d   is   u s ed   in   m o s s ec to r s   lik s cien ce ,   p o wer   s y s tem s ,   tech n o lo g y ,   an d   o th e r   in d u s tr ies.  T h cu r r en an d   p o wer   ar ea s ily   co m p en s ated   u s in g   FLC.FLC  ac h iev es  th s o u r c e   cu r r en h ar m o n ic  d is to r tio n   r e d u ctio n   a n d   p er f o r m an ce   im p r o v em en t   o f   H - APF.  T h ar c h itectu r o f   FLC  is   r ep r esen ted   in   Fig u r 4 .   I t   is   h av in g   m ain ly   f u zz if ic atio n ,   r u le  b ase,   co n tr o r u le  ev alu atio n ,   an d   d ef u zz if ic atio n .   T h in p u ts   to   th FLC  ar an   er r o r   ( E ) ,   o r   v ar iatio n   o f   er r o r   o r   ch an g in   er r o r   ( C E ) ,   an d   o n e   o u tp u t ( OP) .           Fig u r 4 .   Ar c h itectu r o f   FLC       F u z z i f i ca t i o n   i s   a   p r o c es s   t h a c o n v e r t s   t h r e a ( c r is p )   n u m b e r   ( n u m e r i c   v a r i a b l e )   t o   a   f u z zy   n u m b e r   ( l i n g u i s ti c   v a r i a b le ) .   T h e   f u z z if i c a t i o n   r e c ei v e s   t h e   e r r o r   ( E )   a n d   i t s   v a r ia t i o n   ( C E )   s i g n a l s   a s   c r is p   v a l u es   i n to   f u z z y   s y s t e m s .   T h e   F u z z y   s y s te m s   ( o r   v a r i a b l e s )   a r e   a d d r es s ed   b y   l i n g u i s t i c   v a l u es :   f u z z y   s et s   o r   s u b s et s .   T h ese   f u z z y   s e ts   o r   s u b s et s   a r e   a d d r e s s e d   b y   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   c o n c e r n i n g   l o w ,   h i g h ,   m e d i u m ,   b i g ,   a n d   s m a l l .     T h r u le   ev alu ato r   m a k es  d ec is io n   lo g ic  to   co n tr o th e   lin g u is tic  r u les  wh ich   ar e   s to r ed   b y   th e   r u le   b ase.   T h r u leset  p lay s   c r u cial  in   s y s tem   p er f o r m a n ce   im p r o v em en ts .   T h b asic  f u zz y   s et  with   AND   ( in ter s ec tio n ) ,   OR   ( u n i o n ) ,   an d   NOT   ( co m p lem en t)   ar ap p lied   f o r   th e   ev alu atio n   o f   f u zz y   r u les.  Def u zz if icatio n   is   th e   r ev er s p r o ce s s   o f   f u zz i f icatio n ,   w h ich   co n v er ts   th e   lin g u is tic  v ar iab le  to   cr is p   va r iab le.   T h eses   lin g u is tic  v ar iab le  g en er ates  t h o u tp u t   cr is p   ( r ea l)   v a r iab les  as  p er   r ea l - t im r eq u i r em en ts .   T h d atab ase  s to r es th f u zz if ier   an d   d ef u zz if ier   m em b e r s h ip   f u n ctio n s .   T h f u zz y   r u le   s et  h as  9   r u le s   tab u lated   i n   T a b le  1 .   T h E r r o r   ( E )   an d   c h an g e   in   er r o r   ( C E )   ar allo ca ted   as  n eg ativ b ig   ( NB ) ,   ze r o   ( C Z ) ,   an d   p o s itiv b ig   ( PB ) .   Fo r   th FLC  d es ig n   m o d u le,   th m am d a n i   FIS  ty p is   s elec ted ,   th f u zz if icatio n   o f   two   i n p u ts   ( E   a n d   C E )   is   s et  b y   g en e r alize d   b ell - s h ap ed   m e m b er s h ip   f u n ctio n   ( g b ellm f ) ,   a n d   th o u tp u m em b er s h ip   f u n ctio n   is   tr ian g u lar   s h ap ed   ( tr im f ) .   T h d ef u zz if icatio n   is   d o n b y   th ce n tr o id   m eth o d .     I n t e g r a t o r K p K i E r r o r ( e ) + + O u t p u t ( o ) F u z z i f i c a t i o n E v a l u a t i o n D e f u z z i f i c a t i o n R u l e   B a s e D a t a b a s e E C E O P Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  & Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   202 1   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2550   T ab le  1 .   R u le  s et  o f   FLC   E/ C E   NB   CZ   PB   NB   NB   NB   CZ   CZ   NB   CZ   PB   PB   CZ   PB   PB       2 . 4 .    Art if ici a neuro - f uzzy   i nte rf a ce   s y s t em   ( ANF I S)  co ntr o ller    T h ex ten s io n   o f   FLC  is   ANFI S,  wh ich   r ea lizes  th f u zz y   in ter f ac s y s tem   ( FIS)   b y   n eu r al  n etwo r k s   au to m atica lly .   I p r o v i d es  p er m is s io n   to   ac ce s s   th co m b i n atio n   o f   n u m er ic  an d   lin g u is tic  v ar iab les.  I is   ca p ab le  o f   g en er atin g   lin g u is tic  v ar iab le  to   n u m er ic  v a r iab le.   T h p r im o b jectiv o f   th ANFI S is   to   u s n eu r al  n etwo r k   ( NN)   t o   o p tim ize  th FIS.   T h FIS  ca n   i n ter p r et  f r o m   o n v ar ia b le  to   o t h e r s   an d   in teg r ates  th m ea n in g f u d ata,   wh er ea s   an   ar tific ial  n eu r al  n etwo r k   ( AN N)   p r o v id es  s tr o n g   lear n in g   p o ten tial  s k ills et.   T h FIS  s y s tem   u s ed   in   th FLC  is   s im i lar   to   ANFI S.  T h FIS  h as  two   in p u ts   E   an d   C E   an d   o u t p u ( OP) .   T h e   er r o r   in p u is   o b tain ed   f r o m   t h PI  co n tr o ller   o u tp u t,  an d   C E   is   d er iv ed   f r o m   th s am P I   co n tr o ller   o u t p u t,   wh ich   in clu d es c o n s t an t D C   v o ltag an d   ca p ac ito r   DC   v o lta g e.   T h e   d a t a s e t   i s   g e n e r a te d   f r o m   t h e   D C   v o l t a g es   a n d   s a v e   i n   d a ta   f i l e   f o r m a t .   F i r s t ,   d es i g n   t h e   F I S   w it h   n e w   m e m b e r s h i p   f u n c t i o n   f o r   t h e   A N F I S   c o n t r o l l e r ,   t h e n   l o ad   t h e   d a t a   s e t   f r o m   t h e   s a v e d   lo c a t i o n   t o   t r a i n   t h e   d a t a .   T h e   g e n e r a t e d   A N F I S   s y s t e m   is   u s e d   f o r   t r a i n i n g   u s i n g   a   h y b r i d   o p t i m i z a t i o n   m e t h o d   w i t h   e r r o r   t o l e r a n c e .   F i n a l l y ,   t e s t   t h e   F I S   s y s t e m   t o   g e n e r a t e   t h e   f i n a l   n e u r al   n e t w o r k   o u t p u t   a n d   i s   r e p r e s e n te d   i n   F i g u r e   5 .           Fig u r 5 .   ANFI co n tr o ller   r e p r ese n tatio n       Fo r   th ANFI d esig n er   m o d u le,   T h Su g en o   FIS  ty p is   s elec ted ,   th f u zz if icatio n   o f   two   in p u ts   lik E ,   C E ,   an d   th o u tp u m e m b er s h ip   f u n ctio n   is   s et  b y   tr i an g u lar   s h ap ( tr im f ) .   T h d ef u zz if icatio n   is   d o n e   b y   th weig h av e r ag in g   ( wtav er )   m eth o d .   T h s am r u leset  f r o m   T ab le  1   is   r etain ed   f o r   th ANFI co n tr o ller .   T h er r o r   an d   c h an g in   er r o r   h av th r e m em b e r s h ip   f u n ctio n s   in clu d es  n eg at iv b ig   ( NB ) ,   ze r o   ( C Z ) ,   an d   p o s itiv b ig   ( PB ) ,   is   r ep r esen ted   b y   ( 6 )   an d   ( 7 ) ,   r e s p ec tiv ely .     = {  ,  ,  }   ( 6 )        = {   ,   ,   }     ( 7 )     Similar ly ,   th o u tp u t o f   t h A NFI S h as th r ee   lin g u is tic   v ar ia b les an d   is   r ep r esen ted   as sh o wn   in   ( 8 ) .        = {   ,   ,   }     ( 8 )     T h n e u r al  n etwo r k   ( NN)   is   t h h ea r o f   th e   ANFI co n tr o l ler .   T h e   ANFI is   tr ain ed   wit h   th e   in itial   d ataset  p r o d u ce d   b y   th p r e v io u s   FIS.   T h n eu r al  n etwo r k   g en er ates  n ew  FIS,   an d   th s am ANFI i s   p lace d   in   an   o v er all  s y s tem   f o r   th e   n e x t in ter ac tio n .     2 . 5 .    H y s t er es is   curr ent   co ntr o ller  ( H CC)   T h HC C   g en er ates  th Pu l s es  o r   g ate  s ig n als  f o r   H - APF;   it   wo r k s   b ased   o n   th f ee d b ac k   m ec h an is m .   T h e   s witch in g   g a te  s ig n als  ar g iv e n   wh e n   th e   er r o r   lim itatio n   cr o s s es  th g i v en   to ler a n ce   v al u in   H - APF.  T h h ar d war e   ar ch i tectu r o f   HC C   u s in g   s y s tem   g en er ato r   is   r ep r esen ted   i n   Fig u r 6 .   T h PQ   m eth o d   g e n er ates  th co m p en s ated   r ef e r en ce   th r ee - p h ase  cu r r e n ( I rabc ) ,   an d   th m ea s u r ed   cu r r en ( I mabc )   f r o m   th s o u r c in p u t   to   th HC C   m o d el.   T h s witch   o r   r elatio n   o p er ato r   ( >= )   r ec e iv es  two   in p u ts   an d   c o m p a r es  th em .   T h s witch   g en er ates  th r ee   g at es  g 1 ,   g 2 ,   a n d   g 3 .   T h e   in v er s i o n   o f   g 1 ,   g 2 ,   an d   g ar e g 4 ,   g 5 ,   an d   g 6 T o tally   s ix   g ates  ar g en er ated   b ased   o n   m u ltip lex o r an y   o f   th g ates  i s   in p u to   th I GB T   in v er ter   ( Un i v er s al  B r id g e) .   I f   ( I ra > =   I ma ) ,   t h e n   g 1   w i l l   b e   a c t i v a t e d   ( s w i t c h   O N ) ;   o t h e r w i s e ,   g 4 w i l l   b e   a c t i v a t e d .   S i m i l a r l y ,   i f   ( I rb > =   I mb t h e n   g 2 e l s e   g 5   g a t e   p u l s e s ,   a n d   I f   ( I rc > =   I mc ) ,   g e l s e   g g a t e   p u l s e   i s   g e n e r a t e d .   T h e   s w i t c h i n g   c o n t r o l   o f   t h e   h y b r i d - A P F   u s i n g   H C C   i s   a c h i e v e d   t o   g e n e r a t e s   t h e   g a t e   p u l s e s   a n d   i n p u t   t o   t h e   U n i v e r s a l   B r i d g e   ( I G B T   I n v e r t e r ) .   T r a i n i n g   D a t a G e n e r a t e   F I S T r a i n   F I S T e s t   F I S I n p u t s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   o f h y b r id   a ctive   p o w er filter   u s in g   a r tifi cia l in tell ig en ce   co n tr o ller :   h a r d w a r e   a n d     ( S a n d h y a   P )   2551       Fig u r 6 .   Har d war ar ch itectu r o f   HC C   u s in g   s y s tem   g en er ato r       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   T h e   h y b r i d - A P F   ( H - A PF )   m o d e l i n g   i s   d e s i g n e d   u s i n g   M A T L A B - S i m u l i n k   t o o l   f o r   s o f t w a r a p p r o a c h ,   a n d   X i l i n x   s y s te m   g e n e r a t o r   f o r   h a r d w a r e   a p p r o a c h e s .   F o r   s i m u l at i o n ,   c o n f i g u r e   t h e   t o o l   b y   s e l ec t i n g   t h s i m u l at i o n   t y p e - d is c r e t e ,   S o l v e r - T u s t i n ,   a n d   s a m p l p e r i o d   o f   5 µ s e c .   T h e   H - AP is   c o m p a r e d   w i t h   o t h e r   d i f f e r e n t   d e s i g n   c o n t r o l l e r   t e ch n i q u e s   c o n c e r n i n g   T HD ,   r e al   p o w e r   ( KW ) ,   a n d   r e a c ti v e   p o w e r   ( K V AR )   o f   s o u r c e   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t .   T h e   M o d e l l i n g   p a r a m e te r s   co n s i d e r e d   a s   a   s p e ci f i c at i o n   f o r   d i f f e r e n t   d e s i g n   c o n t r o l l e r   t e c h n i q u e s   a r e   r e p r es e n t e d   i n   T a b l e   2 .   T h e   3 Ф - A C   s o u r c e   v o l t a g e   4 0 0 V   w i t h   a   f r e q u e n c y   o f   5 0 H z   i s   s e l e ct e d   f o r   d i f f e r e n t   d e s i g n   c o n t r o l l e r   t e c h n i q u es   t o   m i ti g a t es  t h e   h a r m o n i c s   a n d   i m p r o v e   t h e   r e a c t i v e   p o w e r .       T ab le  2 .   Sp ec if icatio n   f o r   d if f er en t f ilter in g   d esig n   D e si g n   sp e c i f i c a t i o n s   V a l u e s   3 - P h a se  M a i n   V o l t a g e ,   4 0 0 V   F u n d a m e n t a l   F r e q u e n c y   5 0 H z   Li n e   I mp e n d e n c e   R s =   0 . 0 1 ,   L s   =   1 µ H   U n b a l a n c e d   L o a d   2 ,   4 ,   6   C o u p l i n g   I n d u c t o r   1 . 2 mH   D C   C a p a c i t a n c e   ( C dc )   C dc 1 =   4 0   µ F ,   C dc 2 =   4 0   µ F ,   R e f e r e n c e   D C   V o l t a g e   V dc _re f =   4 0 0 V       T h ex p er im en tal  s etu p   is   co n d u cted   f o r   n o n - lin ea r   lo ad ,   lo ad   with   PF ,   h ar m o n ic  f ilter ,   S - APF,  an d   H - APF,  H - APF  f u zz y   l o g ic   co n tr o ller   ( FLC),   H - APF  a r tific ial  n eu r o - f u zz y   i n ter f ac s y s tem   ( ANFI S)   co n tr o ller   with   s o f twar ap p r o ac h   to   g en er ate  t h T HD  an d   r e ac tiv p o wer   r esu lts .   T h H - APF  u s in g   ANFI co n tr o ller   with   h ar d war ap p r o ac h   also   in clu d ed .   T h h y b r id - APF  u s in g   ANFI co n tr o ller - b ased   s o f twar an d   h a r d war ap p r o ac h es  g e n er ate  th t h r ee - p h ase  V s ,   I s ,   V load ,   an d   I load   wav ef o r m s .   T h PQ  m eth o d   a n d   HC C   co m p en s atio n   tech n iq u ar in clu d ed   in   s o f twar e - b ased   ap p r o ac h es.  On ly   th HC C   co m p en s atio n   tech n iq u is   u s ed   in   h ar d wa r e - b ased   ap p r o ac h es,  an d   b o t h   ar r ep r esen ted   in   Fig u r 7   ( a)   a n d   Fig u r 7   ( b ) .     T h FF T   an aly s is   o f   p er ce n tag T HD  r esu lts   is   o b tain ed   af te r   s im u latin g   th d if f er en t   co n tr o ller   tech n iq u m o d els  with   l o ad   is   r ep r esen ted   in   Fig u r 8 .   T h T h r ee - Ф   s o u r ce   with   p r o p o s e d   h y b r id - APF  u s in g   PI  co n tr o ller   o b tain s   2 . 2 9 T HD,   h y b r id - APF  u s in g   FLC  o b tain s   1 . 8 5   T HD,   h y b r i d - APF  u s in g   ANFL C   o b tain s   1 . 7 3 T H D,   an d   h y b r id - APF  u s in g   ANFI co n tr o ller   ( h ar d war ap p r o ac h )   o b tain s   1 . 9 5   T HD,   f o r   s o u r ce   cu r r en t,  ar r ep r esen ted   in   Fig u r 8   ( a) - ( d )   r esp ec tiv ely .     T h T HD  ca lcu latio n   is   g en er ated   at  0 . 3   s ec   s im u latio n   tim e.   T h h ar d war e - b ased   H - APF  with   ANFI co n tr o l ler   is   d es ig n ed   b y   Xilin x   s y s tem   g en er ato r   ( Sy s g en )   b y   s elec tin g   ar tix - 7   FP GA.   T h HC C   an d   PI  with   ANFI co n tr o ller   b lo ck s   ar d esig n e d   u s in g   th Sy s g en   to o l.   T h r est  o f   t h b lo c k s   is   r etain ed   f r o m   th Simu lin k   m o d els.  T h r es o u r ce s   ar esti m ated   as  p er   A r tix - 7   FP GA  co n f ig u r atio n s   an d   tab u lated   in   T ab le   3 .   T h o v er all  d esig n   u tili ze s   1 3 8   s lices,  5 4   f lip - f lo p s ,   an d   2 0 4   L UT s .   T h r eso u r ce s   ar u tili ze d   1 o n   Ar tix - 7   ch ip .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  & Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   202 1   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2552       ( a)   ( b )     Fig u r 7 .   Hy b r id   - APF u s in g ;   ( a)   ANFI co n tr o ller   s o u r ce ,   ( b )   lo ad   v o ltag a n d   cu r r en wa v ef o r m s           ( a)     ( b )             ( c)     ( d )       Fig u r e   8 .   FF T   an aly s es o f   s o u r ce   cu r r en t - T HD  v alu es  f o r   d if f er en t d esig n   c o n tr o ller   tec h n iq u es ;   ( a)   h y b r id - APF u s in g   PI  c o n tr o ller ( b )   h y b r id - APF u s in g   PI+   FLC ( c)   h y b r i d - APF u s in g   PI  ANFI c o n tr o ller   ( d )   h y b r id - APF u s in g   PI  ANFI S c o n tr o ller   ( h ar d war e)       T ab le  3 .   R eso u r ce   esti m atio n   f o r   H - APF u s in g   ANFI co n tr o ller   R e s o u r c e s   O v e r a l l   O n l y   H C C   P I   + A N F I S   S l i c e   1 3 8   27   1 1 1   F l i p   F l o p s (F F s)   54   0   54   LU Ts   2 0 4   51   1 5 3   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t   I SS N:  2088 - 8 694       Mo d elin g   o f h y b r id   a ctive   p o w er filter   u s in g   a r tifi cia l in tell ig en ce   co n tr o ller :   h a r d w a r e   a n d     ( S a n d h y a   P )   2553   T h 3 - p h ase  s o u r ce   cu r r en t' s   T HD  is   ca lcu lated   co n ce r n in g   d if f er e n d esig n   co n tr o ller s   at   co n s tan s im u latio n   tim o f   0 . 3   s ec o n d s ,   r ep r esen ted   in   Fig u r 9 .   T h e   T HD  o f   s o u r ce   c u r r en t p h ase - I sa ,   an d   p h ase - ‘I sc   ar e   alm o s s im ilar   a f ter   s h u n t - APF.   T h e   T HD  ca lcu latio n   co n ce r n in g   tim e   f o r   d if f er en d esig n   c o n tr o ller s   is   r ep r esen ted   in   Fig u r 1 0   b y   s elec tin g   p h ase  a'   s o u r ce   cu r r en t.  T h ANFI co n tr o lle r   ( h ar d war e )   p lace   s ig n if ican t g r o wth   f r o m   0 . 1   s ec   with   m o r c o n s id er ab le  m a r g in   th an   o th er   tech n iq u es.    Th T HD  is   ce n tr al  p a r o f   t h E lectr ical  mod u les   to   r ed u ce   th h ar m o n ics  in   m ain   p o w er   s y s tem s   as  p er   I E E E   5 1 9   s tan d ar d s .   T h T HD  ca lcu latio n   co n ce r n in g   h ar m o n ics  an d   lo ad s   f o r   d if f er en d esig n   co n tr o ller s   is   r ep r esen ted   in   Fig u r 1 1   an d   Fig u r 1 2   b y   s elec tin g   p h ase  ' a’   s o u r ce   cu r r en t,  r esp ec tiv ely .   T h e   ANFI co n tr o ller   ( h ar d war e )   p lace s   b etter   T HD  th an   o th e r   t ec h n iq u es f o r   b o th   d if f er en h ar m o n ics an d   lo ad s .     T h T HD   ca lc u latio n   ( %)  o f   I s   f o r   lo a d   a n d   d if f e r en t   d esig n   c o n tr o ller   tech n iq u es  is   ta b u lated   i n   T ab le  4 .   T h e   n o n - lin ea r   lo a d   ac h iev es  1 0 . 3 3   T HD  with o u f ilter in g   tech n i q u es.  B y   u s in g   s h u n t   p ass iv e   f ilter   ac h iev es  1 0 . 5 5   %   T H r ed u ctio n   o v er   th n o n - lin e ar   lo ad   m o d el.   T h h ar m o n ic  f ilter   ac h iev es  7 . 1 7   T HD  r ed u ctio n   o v er   t h p a s s iv f ilter   o n ly .   T h e   s h u n t - A PF   f ilter   ac h iev es  7 1 . 6 6 %T HD  r ed u ctio n   o v er   th h ar m o n ic  f ilter .   T h h y b r id - APF  u s in g   PI  co n tr o ller   a ch iev es  6 . 1 1   T HD  r ed u cti o n   o v er   s h u n t - APF  f ilter   f o r   s o u r ce   cu r r en t .   Similar ly ,   T h H - APF u s in g   FLC  a ch iev es  1 9 . 2 1   % T HD  r ed u cti o n   o v er   h y b r i d - APF  u s in g   PI  C o n tr o ller .   T h H - APF  u s in g   AN FIS  co n tr o ller   ac h iev es  6 . 4 8 T HD  r ed u ctio n   o v er   h y b r id - APF  u s in g   FLC.  T h H - APF  u s in g   ANFI co n tr o ller   ( h a r d war e)   ac h iev es  1 6 . 5 1   T HD  r e d u ctio n   o v er   h y b r id - APF u s in g   PI  co n tr o ller .           Fig u r 9 . T HD  ca lcu latio n   v /s   d if f er en d esig n s   at  0 . 3   s ec   s i m u latio n   tim f o r   3 - p h ase  s o u r ce   cu r r e n t           Fig u r e   10 . T HD  ca lc u latio n   v /s   tim f o r   d if f er en d esig n   co n t r o ller s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
      I SS N :   2088 - 8 694   I n t J  Po E lec  & Dr i   Sy s t ,   Vo l.  12 ,   No .   4 Dec em b er   202 1   :   2 5 4 5     2 5 5 6   2554       Fig u r 1 1 .   T HD  ca lcu latio n s   f o r   d if f e r en t c o n tr o ller s   u s in g   d if f er en t h a r m o n ics           Fig u r 1 2 .   T HD  ca lcu latio n s   f o r   d if f e r en t c o n tr o ller s   u s in g   d if f er en t lo ad s       T ab le  4 .   T HD  ca lcu latio n   ( %)  o f   i s   f o r   lo ad   a n d   d if f er en f il ter in g   tech n i q u es   TH D   O n l y   Lo a d   P a ssi v e   F i l t e r   H a r mo n i c   F i l t e r   S h u n t - A P F   H A P F   PI   H A P F   F LC   H A P F   A N F I S   H / w   b a se d   H A P F A N F I S   S o u r c e   C u r r e n t   ( I s )   1 0 . 3 3   9 . 2 4   8 . 5 7 7   2 . 4 3   2 . 2 9   1 . 8 5   1 . 7 3   1 . 9 2       T h e   p e r c e n t a g e   o f   r e a c t i v e   p o w e r   i s   c a l c u l a t e d   f o r   l o a d ,   a n d   d i f f e r e n t   c o n t r o l l e r   t e c h n i q u e s   a r e   t a b u l a t e d   i n   T a b l e   5 .   T h e   r e a c t i v e   p o w e r   f o r   a   n o n - l i n e a r   l o a d   i s   1 2 . 0 6 % ,   t h e   H - A P F   u s i n g   A N F L C   u s e s   5 . 0 5   %   K V A R   a n d   t h e   H - A P F   u s i n g   A N F I S   c o n t r o l l e r   ( h a r d w a r e )   u s e s   4 . 2 3 8   %   K V A R .   T h e   r e a c t i v e   p o w e r   f o r   H - A P F   u s i n g   A N F I S   c o n t r o l l e r   ( h a r d w a r e )   u t i l i z e s   1 5 . 3 2   %   l e s s   t h a n   H - A P F   u s i n g   t h e   A N F I S   c o n t r o l l e r   ( s o f t w a r e )   a p p r o a c h .   T h HAPF  u s in g   ANFI co n tr o ller   ac h iev es  th T HD  o f   1 . 7 3   an d   1 . 9 2   f o r   s o f twar an d   h ar d war ap p r o ac h es,  wh ich   is   r elativ e ly   b etter   th an   t h o th er   co n t r o llin g   ap p r o ac h es.  T h h ar d war e - b ased   HAPF   m o d u le  u s in g   ANFI u s es  4 . 2 3 8   KVAR  o f   r ea ctiv p o we r ,   wh ich   is   r elativ ely   less   th a n   o th er   co n tr o llin g   ap p r o ac h es.  T h p r o p o s ed   H APF  u s in g   ANFI c o n tr o ller   p r o v id es  b etter   h ar m o n ic   m itig atio n   an d   im p r o v es   r ea ctiv p o wer   th a n   o th er   co n t r o llin g   a p p r o ac h es.   T h p r o p o s ed   wo r k   r ed u ce s   th e   s witch in g   lo s s es  an d   f ilter s   th h ig h er - o r d er   h ar m o n ics,   wh ich   o f f er s   a   lo c o s f o r   th im p lem e n tatio n   o f   HAPF   in   r e al - tim e.   T h e   p r o p o s ed   wo r k   is   s u itab le  to   u s in   m o s o f   t h p o wer   elec tr o n ic  a p p licatio n s   f o r   p o wer   q u ality   im p r o v em e n ts .         T ab le  5 .   R ea ctiv pow er   ca lcu latio n   ( %)  o f   V s   a n d   I s   f o r   l o ad   an d   d if f er en f ilter in g   tech n iq u es   TH D   O n l y   Lo a d   P a ssi v e   F i l t e r   Ha r mo n i c   F i l t e r   S h u n t - A P F   H A P F   PI   H A P F   F LC   H A P F   A N F I S   H / w   b a se d   H A P F A N F I S   R e a c t i v e   P o w e r   ( K V A R )   1 2 . 0 6   1 3 . 0 8   1 1 . 6   1 . 1 8 3   4 . 9 5 6   4 . 9 7 3   5 . 0 0 5   4 . 2 3 8           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.