I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7 ,   p p .   869 ~ 8 8 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 2 . p p 8 6 9 - 881          869       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 li n e/in d ex . p h p /I JP E DS   Vo ltag e Ripple  R eduction i n Volta g e Lo o p of Volta g e Source  Co nv erte r       J eds a da   J a ro enk ia t t ra i,  Vibo o n Chun k a g   De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   Kin g   M o n g k u t’s  Un iv e rsity   o f   T e c h n o lo g y   No rth   Ba n g k o k ,   T h a il a n d       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ti cle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   1 8 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   A p r   1 8 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   Ma y   2 ,   2 0 1 7       In   o r d e to   a c h iev e   a   g o o d   d y n a m ic a re sp o n se   o f   a   f u ll - b rid g e   A C - DC   v o lt a g e   so u rc e   c o n v e rters   (V S C) .   T h e   b a n d w id th   o f   P c o n tro ll e m u st  b e   re lativ e l y   w id e .   T h is  lea d to   t h e   v o lt a g e   rip p le  p ro d u c e d   in   t h e   c o n tro l   sig n a l,   a k n o w n   th a it rip p le  f re q u e n c y   h a t w ice   o f   th e   li n e   f re q u e n c y   a n d   c a u se   th e   3 rd   h a rm o n ic  o a n   i n p u c u rre n t.   A   Rip p le  V o lt a g e   Esti m a to (RV E)  a lg o rit h m   a n d   F e e d - F o r w a rd   Co m p e n sa ti o n   (F F C)  a lg o rit h m   a re   pr o p o se d   a n d   a d d e d   t o   th e   c o n v e n ti o n a c o n tro l.   T h e   RVE   a lg o rit h m   e sti m a ted   th e   rip p le  sig n a t o   su b trac it   o c c u rrin g   i n   t h e   v o lt a g e   lo o p .   A a   re su lt ,   t h e   3 r d   h a rm o n ic  o f   th e   i n p u c u rre n c a n   b e   re d u c e d ,   a n d   h e n c e   t h e   T o tal  Ha r m o n ic Disto rti o n   o f   in p u c u rre n (T HD i)  a re   i m p ro v e d .   In   a d d it io n ,   th e   F F a lg o rit h m   w il o ff e a   b e tt e d y n a m ica l   re sp o n se   o f   o u tp u v o lt a g e .   T h e   p e rf o r m a n c e   e v a lu a ti o n   w a c o n d u c ted   t h ro u g h   t h e   sim u latio n   a n d   e x p e ri m e n a 1 1 0 V rm s/5 0 Hz   o f   th e   i n p u t   v o lt a g e ,   w it h   a   6 0 0   W   lo a d   a n d   2 5 0   Vd c   o u tp u v o lt a g e .   T h e   o v e ra ll   s y ste m   p e r f o r m a n c e a re   o b tain e d   a s   f o ll o w s:  th e   p o w e f a c to a th e   f u ll   lo a d   is  h ig h e 0 . 9 8 ,   th e   h a rm o n ic  d isto rti o n   a A in p u p o w e s o u rc e   o f   th e   c o n v e rter  is  u n d e c o n tro i n   IEC6 1 0 0 0 - 3 - 2   c las s A   li m it ,   a n d   t h e   o v e r a ll   e ff icie n c y   is  g r e a ter t h a n   8 5 % .   K ey w o r d :   Feed - f o r w ar d   co m p en s atio n   Fu ll - b r id g AC - DC   co n v er ter   P o w er   f ac to r   co r r ec tio n   R ip p le  v o ltag e s ti m atio n   Vo ltag s o u r ce   co n v er ter   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o 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 rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Vib o o n   C h u n k a g ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g in ee r i n g ,   Kin g   Mo n g k u t s   U n i v er s it y   o f   T ec h n o lo g y   No r th   B an g k o k ,   1 5 1 8   P r ac h ar at  1 ,   W o n g s a w an g ,   B an g s u e,   B an g k o k   1 0 8 0 0 ,   T h ailan d .   E m ail:  v ck @ k m u t n b . ac . th       1.   I NT RO D UCT I O N     Un d o u b ted l y ,   u s in g   d io d e - b r id g r ec tif ier   to   ass e m b le  s i n g le  p h a s A C - D C   C o n v er ter s   le ad s   to   p o llu tio n   i n   elec tr ical  s y s te m   [ 1 ] .   T h lin i n p u c u r r en i s   n o n - s i n u s o id al  an d   ca u s v o lt ag d is to r tio n   at  th e   P o in o f   C o m m o n   C o u p lin g   ( P C C )   w h ich   d ev ia t f r o m   s in u s o id al  w a v ef o r m .   C o n s eq u en tl y ,   h i g h   T o tal  Har m o n ic  Di s to r tio n   o f   cu r r en ( T HDi)   an d   lo w   p o w er   f ac to r   ar e   o cc u r r ed .   A   s i m p le  m eth o d   [ 2 ]   to   r e d u ce   th o s p r o b lem s   ar to   ad d   p ass i v L C   f ilter   in to   AC   i n p u t   lin v o lta g e,   b u t h in p u cu r r en is   s t ill  f ar   f r o m   s in u s o id al.   I n   o r d er   to   co m p lian ce   w i th   n ec ess ar y   h ar m o n ic  s ta n d ar d s   s u ch   a s   I E C   1 0 0 0 - 3 - 2 ,   an   AC - DC   P o w er   Facto r   C o r r ec tio n   ( P FC )   co n v er ter s   u s i n g   S in g le  S w itc h   T o p o lo g y   ( S ST )   s u ch   a s   B o o s t,  B u ck - B o o s t,  C UK   an d   SEP I C   h a s   b ee n   i n tr o d u ce d   an d   w id el y   p o p u lar   [ 3 ] - [ 6 ] .   T h ese  co n v er ter s   p r o d u ce   v er y   lo w   c u r r en t   h ar m o n ic  w h ich   i n j ec ted   in to   th li n d u to   q u as i - s i n u s o i d al  in p u c u r r en w a v e f o r m .   Ho w e v er   d io d e - r ec tif ier   m o d u le   is   n ee d d ed   f o r   in s talli n g   to   SS T ,   an d   also   t h p o w er   ca n   b f lo w ed   o n l y   o n d ir ec tio n ,   f r o m   AC   s id to   DC   s id e.     I n   [ 7 ] - [ 1 0 ] ,   Vo ltag So u r ce   C o n v er ter s   ( V SC )   b ased   o n   t h e   f u ll - b r id g AC - DC   co n v e r ter   cir cu it  a s   s h o w n   in   Fi g u r 1   ar w id el y   u s ed   i n   m ed i u m   an d   h i g h - p o w er   ap p licatio n s .   C o n tr o llin g   o f   th V SC   h a s   th e   s a m m an er   a t h SS T n ev e r th eles s ,   it  h as  ad v a n ta g o v e r   SS T   in   ter m   o f   ca p ab ilit y   to   co n tr o th p o w er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 6 9     8 8 1   870   f lo w   to   b b i - d ir ec tio n al.   Fo r   t h is   r ea s o n ,   t h e y   p la y   a n   i m p o r tan r o le  i n   r en e w a le  en er g y   s u ch   a s   e n er g y   f r o m   s o lar   ce ll o r   w in d   t u r b in f o r   i n j ec tin g   e n er g y   i n t o   u til it y   g r i d   o f   A C   p o w er   s y s te m .   T h n o r m al  s i m p le  ca s ca d co n tr o s tr u ct u r h as  b ee n   p r esen ted   in   [ 7 ] - [ 9 ] ,   w h er o u ter   lo o p   is   a   o u tp u v o lta g co n tr o ller   an d   i n n er   lo o p   is   an   in p u cu r r en co n tr o ller .   T o   ac h iev g o o d   d y n a m ical  r esp o n s e   o f   th o u tp u v o lta g e,   th cr o s s o v er   f r eq u en c y   w h ic h   is   s et   in   t h P I   co n tr o ller   m u s b r elativ el y   h ig h .   T h e   cu r r en lo o p   f o r ce s   t h i n p u t   c u r r en to   tr ac k   t h r ef er e n ce   c u r r en s ig n al,   w h ic h   i s   o b tain e d   b y   m u ltip l y i n g   a   s in u s o id al  s i g n al  te m p la te  b y   am p lit u d s i g n a f r o m   f ee d b ac k   v o ltag i n   th v o ltag e   lo o p .   T h u s ,   if   th e   f ee d b ac k   v o lta g is   DC   v alu e,   th r ef er en ce   in p u cu r r en s ig n al  w ill  b s i n u s o id al.   T h en ,   th i n p u cu r r e n t   ca n   b f o r ce d   to   s in u s o id al  if   t h in p u c u r r en i s   p er f ec tl y   co n tr o lled   to   tr ac k   th i s   r ef er en ce   s i g n a l.   I n   p r ac tical,   r ip p le  s ig n al  at  t wice   o f   th li n f r eq u en c y   ( 1 0 0 Hz  f o r   5 0 Hz  lin f r eq u e n c y )   i n   th v o lta g er r o r   s ig n al  is   n atu r al  e x is t.  C o n s eq u en t l y   t h 3 r d   h ar m o n ic  s i g n a in   th r ef er e n ce   in p u cu r r en is   o cc u r r ed   w h ic h   ca u s e s   th d is to r tio n   o f   r e f er en ce   in p u cu r r en a n d   also   th e   in p u li n cu r r en t.   I n   o r d er   to   r ed u ce   th r ip p le   v o ltag e,   a n   ea s y   s o lu tio n   is   to   ad d   b u lk - e lectr o l y tic  ca p ac i to r   at  th o u tp u t.  Ho w ev er ,   t h is   ca p ac ito r   ca u s e s   to   in cr ea s s ize  a n d   co s t o f   th e   VSC ,   b u t c a n n o g et  r id   o f   t h d o u b le  lin f r eq u e n c y   co m p o n e n in   th v o lta g e   co n tr o l lo o p .   A   s tan d ar d   d esig n   o f   v o lta g lo o p   to   r e d u ce   th T HDi  is   p lace d   L o w - P ass   Fil ter   ( L P F)   n ex a f ter   an   o u tp u v o lta g s en s o r .   T h e   L P is   tu n ed   to   o f f er   cu to f f   f r eq u en c y   o r   b an d w id th   ar o u n d   1 0 Hz - 2 0 Hz,   th en   th r ip p le  f lo w in g   f r o m   o u tp u v o ltag e   is   atte n u ated .   A l th o u g h   t h is   d esi g n   h a s   i m p r o v e d   th T HDi  o f   th e   s y s te m ,   b u th e   m a in   d i s ad v a n tag e   is   lack   o f   o u tp u t   v o lta g r esp o n s e.   C o n v er s el y ,   i f   t h e   L P i s   lo o s e n ed   o r   h ig h er   b an d w id th ,   t h r esp o n s ib ilit y   w i ll  i m p r o v b u t h T HDi  w i ll  b in cr ea s ed .   I n   s o m p ap er   [ 1 0 ] ,   th e   v o ltag lo o p   w a s   co n tr o lled   b y   th f u zz y   co n tr o ller ,   b u t th T HDi  w a s   m o r 5 %.   T h p o w er - b ala n ce d   co n tr o alg o r ith m   o r   Feed - Fo r w ar d   C o m p e n s atio n   ( FF C )   p r o p o s ed   b y   [ 4 ] ,   th e   m ai n   ai m   o f   th e m   is   to   ad d   th lo ad   in f o r m atio n   w h ic h   is   t h d i s tu r b an ce   b ef o r cu r r en l o o p .   A s   r esu lt  th e   o u tp u t v o lta g d y n a m ic  r esp o n s i s   i m p r o v ed ,   b u t t h T HDi  w ill  n o t b i m p r o v ed   b y   th is   t ec h n iq u e.   I n   [ 4 ]   h as  b ee n   p r o p o s ed   th m et h o d   f o r   re d u cin g   t h 3 r d   h ar m o n ic  i n   P FC   t y p C U to p o lo g y .   T h e   o u tp u v o ltag is   s a m p led   to   v o ltag lo o p .   T h s a m p le  p er io d   is   at  ev er y   ze r o   cr o s s i n g   p o in o f   t h i n p u v o ltag e.   So   t h at  o n l y   DC   v alu is   co llected   to   b m u l t ip l y   w it h   th s i n u s o id al  te m p late.   T h er e f o r th r ef er en ce   cu r r e n s i g n a w ill  b p er f ec tl y   s i n u s o id al.   Ho w ev er   th r esp o n s o f   o u tp u v o ltag i s   s ti ll  p o o r   b ec au s if   t h u p d atin g   r ef er e n ce   is   o cc u r r ed   o n l y   2   ti m es i n   lin p er io d e.     T h is   p ap er   w ill   co n s id er   th e   s it u atio n   in   w h ich   t h b an d w id t h   o f   th e   L P an d   t h e   cr o s s o v er   f r eq u en c y   o f   th P I   co n tr o ller   is   h i g h   v al u e.   T h f ir s p ar o f   p ap er   p r esen ts   an   a n al y s is   o f   th co n v e n tio n a l   ca s ca d co n tr o VS C .   T h en   p r o p o s th s i m p le  m et h o d   to   r e d u ce   r ip p le  v o lta g i n   v o lta g lo o p   o f   t h V SC   b y   u s in g   R ip p le  Vo ltag e   E s ti m atio n   ( R VE )   alg o r it h m   b u o f f er   b etter   r esp o n s ib ilit y   b y   u s in g   t h F F C   alg o r ith m .   T h o u tp u t   r ip p le  is   est i m ated   b y   t h R VE   a lg o r i th m   a n d   s u b tr ac it   f r o m   v o lta g er r o r   s i g n al.   T h r esu lt  o f   t h i s ,   t h 3 r d   h ar m o n i o f   t h i n p u c u r r en i s   r ed u c ed ,   an d   h e n ce   t h T HDi  i s   i m p r o v ed .   T h co n ce p o f   t h FF C   tec h n iq u e   is   th s a m as   t h p o w er   b ala n ce   co n tr o tech n iq u i n   f ee d in g   lo a d   in f o r m atio n   in to   co n tr o s y s te m .   T h ese  al g o r ith m s   ar i m p le m e n ted   b ased   o n   m icr o co n tr o ller .   Fin al l y ,   th s i m u latio n   a n d   ex p er i m e n tal  r es u ls   ar s h o w n .                 ( a)         ( b )       ( c)     Fig u r 1 .   ( a)   T h p o w er   cir cu i t is a  Vo ltag So u r ce   C o n v er te r   ( VSC )   b u ilt f r o m   f u ll - b r id g AC - DC   co n v er ter   an d   its   ca s ca d co n tr o l.  ( b )   T h r ip p le  in   v o ltag lo o p   w h ic h   is   th ca u s o f   d i s to r ted - r ef er e n ce   in p u t c u r r en ( c)   A n al y s is   t h d ir ec tio n   o f   o u tp u t c u r r en t.   v s C L O A D - + - + i s L T 1 i o i c a p T 1 , T 4 T 2 , T 3 V O R e f C o n t r o l l e r V o l t a g e K I C o n t r o l l e r C u r r e n t K p s i n ( ω t ) L P F K 2 P L L v o C u r r e n t   C o n t r o l   L o o p K 1 K 2 K 2 K 1 V o l t a g e   C o n t r o l   L o o p P o w e r   S e c t i o n v e S i n u s o i d a l   t e m p l a t e I L o a d T 3 T 2 T 4 v c t 1 0 0 H z 0 f   t 0 D i s t o r e d 2 3 C L o a d + v o ( L t ) I O D C i o ( L t )   = I O D C + i o 2 ( L t ) + i o 4 ( L t ) i o 2 ( L t ) + i o 4 ( L t )   i s R e f   ( t )   v c A C   ( t )   v c ( t ) = V C D C + v c A C   ( t )   V C D C v o ( t ) = V O D C + v o A C   ( t )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       V o lta g R ip p le  R ed u ctio n   in   V o lta g Lo o p   o f V o lta g S o u r ce   C o n ve r te r   ( Je d s a d a   Ja r o en kia ttr a i )   871   2.   ANALY T I CAL M O DE L   O F   T H E   CASC ADE CO N T R O L   VSC   T h co n tr o llin g   o b j ec tiv es o f   t h VS C   ar to   a.   Ma in tai n   t h o u tp u v o lta g V to   th d esire d   v alu e   b.   C o n tr o l th i n p u t c u r r en t i s   to   n ea r b y   s i n u s o id al  w av e f o r m   a n d   m ee t s   th n ec es s ar y   h ar m o n ic  s ta n d ar d s   c.   C o n tr o th p h ase  o f   t h i n p u t   cu r r en is   to   s y n ch r o n ize  w i th   th p h ase  o f   th i n p u v o lta g e   v s   i n   o r d er   to   s u cc ee d   in   u n it p o w er   f ac to r .   T h co n v en tio n al  co n tr o c o n f i g u r atio n ,   w h ic h   co m p r is es  t w o   f ee d b ac k   lo o p   as  s h o w n   i n     Fig u r 1 ( a ) .   T h co n tr o s y s te m   h a s   th o u ter   v o lta g lo o p   r eg u la tin g   o u tp u v o lta g VO,   to   asp ir v alu o f   r ef er en ce   o u tp u v o ltag V OR ef   an d   s en d i n g   co n tr o lled   s i g n al   v to   t h i n n er   c u r r en lo o p   ( r em ar k   t h at  t h e   v is   v alu o f   p ea k   r ef er e n c in p u cu r r en t) .   I n n er   cu r r en t   lo o p ,   th is   is   co n tr o lled   to   t r ac k   th r ef er en ce   cu r r en b y   h y s ter esi s   co n tr o ller .   A   P h ase  L o ck   L o o p   ( P L L )   g e n er ates  p u r el y   s i n u s o i d al  s ig n al  s i n   ( ω t)   w h ic h   s y n c h r o n izes   w it h   t h e   p h ase  o f   v s I n   s tead y   s tate   c o n d itio n ,   t h co n tr o lled - s ig n al   v c   s h o u ld   b a   D C   s ig n al  s o   th at  t h is R e f   o b tain ed   f r o m   t h p r o d u ct  o f   th v c   an d   s in   ( ω t)   r em ai n s   p er f ec tl y   s i n u s o id al  s i g n al.   I n   p r ac tical,   th er is   r ip p le  v o ltag w h ich   r id es  o n   th v c.   T h f u n d a m e n tal   r ea s o n   is   w i d ely   k n o w n   t h at  t h e   o u tp u v o ltag ( v o )   co m p o s o f   an   a v er ag D C   v o lta g an d   r ip p le  v o ltag w h ic h   h as  t w i ce   o f   li n e   f r eq u en c y .   T h e n   a f ter   t h v o   i s   s e n s ed ,   t h v o   w i ll  b s u b tr a cted   f r o m   th e   VO R e f ,   w h ich   i s   co n s ta n v al u e.   T h r esu lt   o f   s u b tr ac tio n   is   a n   er r o r   s ig n al   ( v e)   w h er e   th at   r ip p le  s t ill  r e m a i n   a s   s h o w n   F ig u r 2 ( a ) .   C o n s eq u en tl y ,   t h s ig n al  f r o m   h ig h   b an d w id th   v o lta g co n tr o ller ,   w i ll  n o co n s ta n b u co m p r i s t h r ip p le  as  w ell.   Ho w e v er ,   if   lo w   c u to f f   f r eq u en c y   o f   v o ltag co n tr o ll e r   is   u s ed ,   th e   w ill  b DC   v alu e.   T h er ef o r e,   th in p u t c u r r en t c a n   b co n tr o lled   to   b s in u s o id al  as t h i n p u t c u r r en t r ef er e n ce   s i g n a l a s   s h o w n   i n   Fi g u r 2 ( b ).               ( a)             ( b )     Fig u r 2 .   T h ef f ec t o f   t h r ip p le  o u tp u t v o lta g in   ca s o f   c o n v e n tio n al   co n tr o l te ch n iq u w h e n : ( a)   th er is   th r ip p le  in   v o lta g lo o p .   ( b )   t h er is   n o t t h r ip p le  in   v o lta g lo o p       2 . 1 .   T he  I np ut  Curre nt   Ass u m t h at,   t h p o w er   c ir cu it  i s   co n tr o lled ,   th e n   t h i n p u t   v o lta g e ˆ ( ) s i n ( ) s L S L v t V t   W h er ˆ S V   is   t h p ea k   v al u o f   i n p u v o lta g v s ( L t L   i s   it s   an g u lar   f r eq u en c y .   I f   th e   co n t r o llin g   o f   VS C   f o r ce   th in p u t c u r r e n t   i s ( L t )   t o   n ea r b y   s in u s o id al,   t h en   t h i s ( L t )   ca n   b o b tain ed       1 ˆ ( ) ( ) s i n ( ) ( ) s L s R e f L S L c L i t i t K V t v t                         ( 1 )     T h co n tr o ll ed   s ig n al  v c ( L t )   co m p o s e s   o f   DC   C o m p o n e n V CDC   an d   A C   C o m p o n e n v cAC ( L t ) ,   r ip p le  in   v o ltag lo o p .   So   th v c ( L t )   ca n   b o b tain ed       ( ) ( ) c L C D C c A C L v t V v t                               ( 2 )   As d escr ib ed   ea r lier ,   it is   k n o w n   t h at  th ˆ s R e f I h as  t w i ce   o f   li n f r eq u en c y ,   t h u s   t h v cAC ( L t )   ca n   b s u p p o s ed     ˆ ( ) s i n (2 ) c A C L C A C L v t V t f                             ( 3 )     K 1 - + V O R e f t 1 O KV S i n u s o i d a l   t e m p l a t e V O E r r o r 0 C u r r e n t   C o n t r o l   L o o p T 1 , T 4 T 2 , T 3 v s ( t ) P e a k   v a l u e   i n p u t   c u r r e n t   r e f e r e n c e O u t p u t   v o l t a g e   O u t p u t   v o l t a g e   r e f e r e n c e   V o l t a g e   C o n t r o l   L o o p V E i s R e f   ( t ) ˆ SRe f I K 1 i s ( t ) K 2 C u r r e n t   C o n t r o l l e r - + V o l t a g e   C o n t r o l l e r t 5 0 H z 0 t 0 V E t 0 ˆ SRe f I t 0 () s R e f it I n p u t   c u r r e n t   r e f e r e n c e t V O R e f 0 K 1 v s ( t ) K 1 - + V O R e f S i n u s o i d a l   t e m p l a t e E r r o r C u r r e n t   C o n t r o l   L o o p T 1 , T 4 T 2 , T 3 v s ( t ) P e a k   v a l u e   i n p u t   c u r r e n t   r e f e r e n c e O u t p u t   v o l t a g e   O u t p u t   v o l t a g e   r e f e r e n c e   i s R e f   ( t ) ˆ SR e f I K 1 i s ( t ) K 2 C u r r e n t   C o n t r o l l e r - + V o l t a g e   C o n t r o l l e r t 0 I n p u t   c u r r e n t   r e f e r e n c e t V O R e f 0 t ( ) ( ) o O D C o A C v t V v t  0 V O D C v o A C ( t ) t 0 f   ˆ ˆˆ ( ) ( ) sR e f SR e fD C sR e fA C i t I i t  ˆ () s Re fA C it ˆ SRe fD C I t 1 0 0 H z 0 v e ( t ) v e ( t ) v o ( t ) V o l t a g e   C o n t r o l   L o o p t 0 () s R e f it D i s t o r e d K 1 v s ( t ) 5 0 H z 1 0 0 H z 1 0 0 H z Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 6 9     8 8 1   872   Su b s ti tu t in g   ( 2 )   an d   ( 3 )   in to   ( 1 ) ,   th en   t h i s ( L t )   ca n   b o b tain ed     1 ˆˆ ( ) s i n ( ) s i n ( 2 ) s L S L C D C C A C L i t K V t V V t  f                          ( 4 )   An   i n s ta n ta n eo u s   i n p u p o w e r   p s ( L t ca n   b w r it ten   ( ) ( ) ( ) s L s L s L p t i t v t s u b s tit u ti n g   i n p u v o lta g e   v s ( L t )   a n d     in p u t c u r r en i s ( L t )   f r o m   ( 1 )   in to   it,  th e n   in s tan t an eo u s   i n p u t p o w er   ca n   b r ea r r an g ed     22 1 ˆ ( ) s i n ( ) 1 s i n ( 2 ) s L C D C S L L p t V K V t k t f                               ( 5 )     B y   ˆ C A C C D C V k V                                 ( 6 )     W h er k   is   th r atio   b etw ee n   p ea k   o f   co n tr o lled   s ig n al  an d   DC   co m p o n en o f   co n tr o lled   s ig n al,   f   is   p h ase  lag   an g le  d ef in ed   f r o m   Fig u r 1 ( b ) ,   K 1   is   p er - u n it  s ca lin g   g ain   f o r   v o ltag v alu ( K 1 =1 / V B )   an d   V B   is   b ase  v o ltag v alu s ca led   f o r   1 K .   A n   av er ag in p u p o w er   ( P SAV G )   ca n   b d er iv ed   f r o m   th av er ag in g   v alu in   p er io d   o f   th in s tan tan eo u s   in p u p o w er   in   ( 5 ) ,   an d   th en   it c an   b o b tain     2 2 1 0 ˆ ( ) 2 s i n ( ) 24 C D C S S A V G s L V K V P p t d t k  f                        ( 7 )     An   av er a g o u tp u t p o w er   ( P OAV G )   is   t h p o w er   ap p ea r in g   at  th o u tp u t r es is ti v lo ad   an d   ca n   b ex p r ess ed   as      2 ODC O A V G Load V p R                                ( 8 )     Fro m   t h p o w er   b alan ce d   tec h n iq u e,   t h a v er ag o u tp u t   p o w er   ( P OA V G )   a s   ( 8 )   is   eq u al  to   th a v er ag e   i n p u t   p o w er   ( P SAV G )   as  ( 7 )   th en   t h DC   co m p o n e n t o f   co n tr o lled   v o ltag ( V CDC ca n   b e   ex p r ess e d   as       2 2 1 4 ˆ 2 s i n ( ) ODC C D C L o a d S V V K R V k f                            ( 9 )     W h er V ODC   is   th av er ag o u tp u v o ltag e.   Fro m   t h is   e x p r ess io n ,   r ep lace   V ODC   in   ( 4 )   an d   r ea r r an g b y   u s i n g   tr ig o n o m etr i id en tit ies,  th e n   t h in p u t c u r r en t c an   b ex p r es s ed   as     2 1 s t h a r m o n i c 3 r d h a r m o n i c 4 ( ) s i n ( ) c o s ( ) c o s ( 3 ) ˆ 22 (2 s i n ) ODC s L L L L L o a d S V kk i t t t t R V k   f f  f                 ( 1 0 )     W h er     13 ( ) ( ) ( ) s L s L s L i t i t i t                         ( 1 1 )     2 1 4 ( ) s i n ( ) c o s ( ) ˆ 2 ( 2 s i n ) ODC s L L L L o a d S V k i t t t R V k  f  f                    ( 1 2 )     2 3 2 ( ) c o s ( 3 ) ˆ ( 2 s i n ) ODC s L L L o a d S V i t k t R V k f f                     ( 1 3 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       V o lta g R ip p le  R ed u ctio n   in   V o lta g Lo o p   o f V o lta g S o u r ce   C o n ve r te r   ( Je d s a d a   Ja r o en kia ttr a i )   873   W h er e   i s ( L t )   is   t h in p u cu r r en t,  i s1 ( L t )   is   t h 1 s h ar m o n ic  co n ten o f   in p u cu r r en t,   i s3 ( L t )   is   t h 3 r d   h ar m o n ic  co n te n t o f   i n p u t c u r r en t a n d   R Load   i s   r esis ti v lo ad   at  o u tp u t.   As  t h 2 n d   h ar m o n ic  co n ten t   o f   v c ( L t )   i n   ( 3 )   is   tr an s f o r m ed   i n to   t h 3 r d   h ar m o n ic  o f   t h i n p u t   cu r r en in   ( 1 1 )   an d   ( 1 1 ) .   T h i n p u cu r r e n i s ( L t )   co n s i s ts   o f   t w o   ter m s ,   f u n d a m e n tal  c u r r en i s1 ( L t )   an d   th e   3 r d   h ar m o n ics  cu r r e n i s3 ( L t )   w h ich   i s   th m ai n   ca u s o f   t h d is to r tio n   o f   i n p u c u r r en t.   I f   th ter m   i s3 ( L t ca n   b eli m in ate d   f r o m   i s ( L t ) ,   th en   th i n p u cu r r en w il r e m ai n   o n l y   t h f u n d a m en tal  co m p o n en t.   T h er ef o r e,   th in p u t c u r r en will b s in u s o id al.     2 . 2 .   T he  O utput   Curre nt   An   i n s ta n ta n eo u s   o u tp u t p o w e r   ( p o )   at  th o u tp u t v o ltag ca n   b o b tain     ( ) ( ) ( ) o L o L o L p t i t v t                             ( 1 4 )     Fro m   t h p o w er   b alan ce d   tec h n iq u e,   t h i n s tan tan eo u s   o u t p u p o w er   ( p o )   as  eq u a tio n   r ef er en ce   g o es   h er e   is   eq u al  to   th e   in s ta n ta n eo u s   in p u p o w er   ( p s )   in   ( 5 ) ,   th en   a s s u m t h o u tp u ca p ac ito r   is   b u lk .   T h er ef o r e,   th e   o u tp u t v o lta g ( v o ( L t ) )   w ill o n l y   b D C   co m p o n e n t ( V ODC )   th en   t h i n p u t c u r r en t ( i o ( L t ))  w il l e x p r ess e s   as       2 2 1 ˆ ( ) s i n ( ) 1 s i n ( 2 ) C D C S o L L L ODC V K V i t t k t V f                     ( 1 5 )     Fro m   th is   ex p r ess io n ,   r ep lace   V CDC   b y   ( 9 )   an d   r ea r r an g b y   u s in g   tr ig o n o m etr ic  id en titi es,  th en   th o u tp u cu r r en ca n   b ex p r ess ed   as       2 n d h a r m o n i c 4 t h h a r m o n i c 4 11 ( ) s i n c o s 2 s i n (2 ) s i n (4 ) (2 s i n ) 2 4 2 2 4 ODC o L L L L L o a d DC V k k k i t t t t Rk f f f f                 ( 1 6 )     W h er e     24 ( ω ) ( ω ) ( ω ) o L O D C o L o L i t I i t i t                           ( 1 7 )     An d     ODC ODC L o a d V I R                               ( 1 8 )     2 2 ( ) s i n (2 ) c o s 2 (2 s i n ) ODC o L L L L o a d V i t k t t Rk f   f                     ( 1 9 )     4 ( ) s i n (4 ) (2 s i n ) ODC o L L L o a d V i t k t Rk f f                             ( 2 0 )     W h er e   I ODC   is   DC   co m p o n en o f   o u tp u cu r r en t,  i o 2 ( L t )   is   2 n d   h ar m o n ics  co n ten o f   o u tp u cu r r en t   an d   i o 4 ( L t )   is   4 th   h ar m o n ics c o n ten t o f   o u tp u t c u r r en t.     2 . 3 .   T he  O utput   Vo lt a g e   T h o u tp u v o ltag is   o b tain ed   f r o m   th m u ltip licatio n   o f   th o u tp u cu r r en ( 1 6 )   b y   th o u tp u im p ed an ce   th at  is   ca p ac itiv r ea ctan ce   is   p ar allel led   w ith   r esis tan ce   lo ad .   T h ca p ac itiv r ea ctan ce   w ill  m ain ly   in v o lv th A C   co m p o n en d u to   lo w er   im p ed an ce   th an   th r esis itiv lo ad th er ef o r e,   th co m p o n en ts   i o 2 ( L t a n d   i o 4 ( L t ar co n s id er ed   to   f lo w   th r o u g h   th o u tp u ca p ac ito r .   A th s am tim e,   T h DC   co m p o n en I ODC   is   co n s id er ed   to   f lo w   th r o u g h   th r esis tiv lo ad .   T h u s ,   th 2 nd   an d   4 th   h ar m o n ics  co n ten o f   o u tp u v o ltag ( v o 2, 4 ( L t ))  ca n   b w r itten   as       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 6 9     8 8 1   874   2 , 4 2 , 4 2 , 4 ( ) ( ) o L o L c L v t i t x                           ( 2 1 )     Fro m   th is   ex p r ess io n ,   s u b s titu tin g   th o u tp u cu r r en i o 2 ( L t )   an d   i o 4 ( L t )   f r o m   ( 1 9 )   an d   ( 2 0 )   r esp ec tiv ely th en   th o u tp u v o ltag v o 2 ( L t )   an d   v o 4 ( L t ca n   b ex p r ess ed   as       2 2 ( ) c o s (2 ) s i n 2 2 (2 s i n ) ODC o L L L L L o a d V v t k t t C R k f   f                 (2 2)     4 2 ( ) c o s (4 ) 2 (2 s i n ) 4 ODC o L L L L o a d V k v t t C R k  f  f                      ( 2 3 )     T h u s ,   th o u tp u t v o lta g ( v o ( L t ))  w ill b w r itte n   as     24 () ( ) ( ) ( ) o A C L o L O D C o L o L vt v t V v t v t                       ( 2 4 )     W h er e   V ODC   is   av er ag o u tp u t   v o ltag e,   v o 2 ( L t )   i s   2 n d   h ar m o n ics  co n te n o f   o u tp u v o ltag an d   v o 4 ( L t )   i s   4 th   h ar m o n ics co n te n t o f   o u tp u v o ltag e.     2 ( ) c o s (2 ) s i n 2 c o s (4 ) 2 (2 s i n ) 4 ODC o L O D C L L L L L o a d V k v t V k t t t C R k  f f  f                ( 2 5 )     T h o u tp u v o ltag is   d escr ib e d   b y   ( 2 5 )   is   co m p o s ed   o f   DC   co m p o n e n ( V ODC )   an d   AC   co m p o n en (v oAC ( L t ) )   w h ic h   i s   t h o u tp u t   r ip p le  v o ltag e.   T h is   r ip p le  i s   s en s ed   in to   v o lta g lo o p   an d   ca u s th e   in p u c u r r en t   d is to r tio n .   I n   th ca s o f   th eq u al  to   ze r o   ( k =0 ) ,   th E q u atio n   ( 2 5 )   w il l b w r itte n   as     2 0 ( ) s i n 2 2 oL ODC o L O D C L k L L o a d vt V v t V t CR                         ( 2 6 )     I f   k   is   co n tr o lled   to   b ze r o ,   th en   th AC   co m p o n e n t d is ap p ea r s   in   th o u ter   lo o p .         3.   T H E   R E DUC T I O O F   RIP P L E   VO L T A G E   I T H E   V O L T A G E   L O O P   T o   g et  r id   o f   th h ar m o n ic  co n ten o f   th in p u cu r r en t,  th r ip p le  v o ltag in   v o ltag lo o p   m u s b elim in ated .   I n   th is   s ec tio n ,   s im p lif ly   tech n iq u to   r ed u ce   th o s r ip p les  is   p r esen ted .   T h p r o p o s ed   tech n iq u e   is   to   g en er ate  th esti m ated - r ip p le  v o ltag f r o m   th r ip p le  v o ltag esti m ato r   ( R VE )   in   o r d er   to   ca n ce th s en s ed - r ip p le  v o ltag e.   T h e   v oAC   ( L t )   f r o m   ( 2 4 )     u s e   f o r   esti m atin g   th esti m ated - r ip p le  v o ltag e ,   b u in   p r ac tical ,   th er ar th r ee  p ar am eter s   ca n   n eg lect.   F ir s t ly ,   th A C   co m p o n en v o 4   ( L t )   is   n o ap p ea r ed   in to   v o ltag lo o p ,   b ec au s th e r is   a   L P at  th o u tp u v o ltag lo o p .   T h o th er s ,   th er ar s ca n ty   v alu o f   th p h ase  lag   an g le  ( f )   an d   th k .   A s   r esu lt,  th r ip p le  o u tp u v o ltag w h ich   is   s en s ed   in to   v o ltag lo o p   o n ly   r em ain   th v o 2   ( L t ) .   T h er ef o r e,   th esti m ated - r ip p le  v o ltag ( v RV E )   ca n   b w r itten   as     1 12 0 ( ) s i n 2 s i n 2 2 ODC R V E o L L R V E O D C L L L o a d V K v K v t t G I t CR f                   ( 2 7 )     W h er e   v RV is   th esti m ated - r ip p le  v o ltag an d   G RV E   is   th R ip p le  Vo ltag E s tim ato r   tr an s f er   f u n ctio n           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       V o lta g R ip p le  R ed u ctio n   in   V o lta g Lo o p   o f V o lta g S o u r ce   C o n ve r te r   ( Je d s a d a   Ja r o en kia ttr a i )   875   4.   T RANSF E F UNC T I O O F   T H E   SYS T E M   AND  CO NT R O L L E DE SI G N E D   An   an al y s i s   o f   th Si n g le - p h a s AC - DC   co n v er ter   tr an s f er   f u n ct io n   is   p r esen ted   u n d er   th e   co n tin o u s   co n d u ctio n t io n   m o d o f   o p er atio n .   T h tr an s f er   f u n ctio n   i s   u s ed   f o r   d esi g n i n g   v o ltag e   co n tr o ller .   A s   t h e   an al y s is   f o r   tr an s f er   f u n ct io n   m o d el,   th er ar n o   AC   co m p o n en t   v o 2 ( L t )   a n d   v o 4 ( L t )   at   th e   o u tp u v o lta g e.   T h u s   f r o m   ( 1 6 ) ,   s elec t o n l y   D C   co m p o n e n t a n d   let  k =0 ,   th o u tp u t c u r r e n t is ( 2 8 ) .   2 1 0 ˆ 2 C D C S ODC k ODC V K V I V                                   ( 2 8 )     A p p l y in g   p er t u r b atio n   i n   it  to   p er f o r m   th e   s m all - s ig n al   ap p r o x i m atio n .   T h er ef o r e,   t h o u tp u c u r r en t   ca n   b ex p r ess ed   as      O D C O D C O D C C D C O D C C D C O D C II I V V VV                              ( 2 9 )     Sin ce   t h v o ltag s o u r ce   co n v er ter   tr an s f er   f u n ctio n   ( G V SC )   an d   Dis t u r b an ce   tr a n s f er   f u n ctio n   ( G D )   ca n   b e   d ef in as     2 1 ˆ 2 O D C S V S C C D C O D C I V K G VV    an d   2 1 2 ˆ 1 2 ( ) O D C S C D C D O D C L o a d ODC I V V K G VR V                      ( 3 0 )     T h n o tatio n   u s ed   i n   th is   s ec t i o n   to   d escr ib th q u an tit ies.  F r o m   ( 2 9 ) ,   th v ar iab les  w it h   t h s ig n   ˜   ar th s m al l si g n al  v al u es. T h o u tp u t   i m p ed an ce   ( G Z )   ca n   b d ef in e   as     () 1 O D C L o a d Z L o a d ODC VR Gs R C s I                            ( 3 1 )     Sin ce   th e   co n tr o ller   i n   t h c u r r en lo o p ,   h y s ter esi s   co n tr o ller ,   is   s elec ted ,   th e   d y n a m ic  r esp o n s o f   in p u c u r r en i s   f a s en o u g h   t o   tr ac k   th r ef er e n ce   v al u o f   th in p u cu r r e n t.  T h u s ,   t h t r an s f er   f u n ct io n   o f   clo s ed   cu r r en lo o p   ca n   b ap p r o x i m ated   as   ˆ S I I n   o r d er   to   d e s ig n   v o lta g co n tr o ller   f o r   th e   n e x i s s u e,   t h e n   th clo s ed - lo o p   s y s te m   b lo ck   d iag r a m   is   o b tain ed   f r o m   ( 2 9 ) ,   ( 3 0 )   an d   ( 3 1 )   s h o w n   in   Fi g u r 3 (a ) T o   av o id   lin cu r r e n d is to r tio n   in   t h VSC ,   th s y s te m   cr o s s o v er   f r eq u en c y   in   t h v o lta g e   lo o p   s h o u ld   b b etw ee n     10 - 2 0   Hz  ( 5 0   Hz  lin f r eq u e n c y )   [ 4 ] A cc o r d in g   to   t h lo w   cr o s s o v er   f r eq u e n c y ,   t h tr a n s ien r esp o n s o f   t h e   P FC   cir cu it  i s   li m ited   esp ec ial l y   u n d er   th e   s tep - lo ad   co n d itio n .   I n   t h ca s o f   v o lta g a n d   cu r r en ar b ee n   t h e   p er - u n it s y s te m ,   t h p lan t tr a n s f er   f u n ctio n   ( t h v o lta g co n t r o ller   is   n o t in cl u d ed )   ca n   b w r itte n     1 . ˆ ( ) ( ) ( ) P L P F S V S C Z PU C u r r e n t L o w G a i n C o n t r o l P a s s L o o p F i l t e r G s K G s I G G s                         ( 3 2 )     W h er e    ˆ S I is   p ea k   in p u cu r r en an d   ˆ S V   is   p ea k   in p u v o ltag e.   T h Op en - L o o p   T r an s f er   Fu n ctio n   ( OL T F)  ca n   b w r itten   as     ( ) ( ) ( ) C V P O L T F s G s G s                            ( 3 3 )     W h er th GC V( s )   is   v o lta g co n tr o ller ,   P I   c o n tr o ller ,   ca n   b o b tain ed   as     () I C V P K G s K s                              ( 3 4 )     W h er K P   is   p r o p o r tio n al  g ain   an d   K I   is   in teg r al  g ain .   T h p r o ce d u r f o r   d esig n in g   G CV ( s ) ,   f ir s t,  s elec th p h ase  m ar g in   m f an d   cr o s s o v er   f r eq u en cy   c f b y   2 cc f .   T h en   ca lcu late  th   b y   s u b s titu tin g   th em   in to   E q u atio n   ( 3 5 ) .   Fin all y ,   K P   an d   K I   w ill  b o b tain ed   b y   ( 3 6 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 6 9     8 8 1   876     1 8 0 ( ) 180 m P c Gj f                           ( 3 5 )     cos () P c K O L T F j   an d   ( s i n ) 2 () c I c f K O L T F j                         ( 3 6 )     T h s tab ilit y   o f   p r o p o s ed   s y s t e m   is   d escr ib ed   b y   t h f r eq u e n c y   r esp o n s a n al y s is .   T h o u tp u v o lta g co n tr o l   lo o p   d esig n ed   m u s g u ar a n tee  th s tab ili t y   a n d   p r o v id en o u g h   b a n d w id th   i n   all  p o s s ib le  o p er atio n   co n d itio n s   o f   th s y s t e m .   T h b o d p lo ts   in   F ig u r 3 ( b )   u s ed   as  t h to o f o r   th f r eq u e n c y   r e s p o n s an al y s is   co m p o s i n g   o f   a m p li tu d a n d   p h ase   o f   t h s y s te m .   Af ter   t h an a lo g   P I   co n tr o ller   d esig n   i s   f in is h ed ,   th p ar a m e ter s   ar e   u s ed   to   ca lcu late  t h co n tr o l si g n al  o f   th e Z d s p L F2 4 0 7   DSP   b y   ( 3 7 )     1 ( ) ( ) ( ) n P I s k u n K e n K T e n                                 ( 3 7 )     W h er u ( n )   is   t h o u tp u co n t r o s ig n al  o f   th d ig ital  co n tr o ller ,   e( n )   is   an   er r o r   s ig n al  a n d   T s   is   s a m p li n g   ti m p er io d .       5.   F E E D - F O RWA RD  CO M P E NSAT I O O F   VSC   I n   o r d er   to   m o r i n cr ea s e   th e   r esp o n s ib ilit y   o f   t h e   o u tp u v o ltag e,   t h d i s tu r b a n ce   r ej ec tio n   tech n iq u e   ap p lied   in   t h V SC   is   p r esen t ed .   T h co n ce p o f   i t,  t h d is t u r b an ce   w h ic h   i s   t h e   lo ad   cu r r en i s   m ea s u r ed   a n d   f ed   b ef o r it  h a s   ti m to   a f f ec t h co n v er ter .   T h is   k n o w n   as   th e   f ee d - f o r w ar d   co m p e n s atio n ,   s i n ce     Feed - Fo r w ar d   C u r r en t   ( I FF C )   w h ic h   i s   r elate d   d is tu r b an ce   ( D ( s ) )   an d   Feed - Fo r w ar d   Ga i n   ( G FF C ( s ) )   ca n   b e   w r itte n   as :     ( ) ( ) ( ) F F C F F C I s D s G s                             ( 3 8 )     an d   Feed - Fo r w ar d   Gain   ( G FF C ( s ) )   ca n   b w r itte n   as     2 1 2 ˆ ODC D FFC V S C L o a d S V G G G R V K   an d   () ODC D s V                       ( 3 9 )     T h er ef o r e,   b r in g   ( 3 8 )   an d   ( 3 9 )   o b tain   th b lo ck   d iag r a m   f o r   FF C   a s   s h o w n   i n   Fi g u r 4               ( a)             ( b )     Fig u r 3 .   ( a)   T r an s f er   f u n ct io n   o f   s y s te m .   ( b )   Fre q u en c y   r esp o n s o f   s y s te m   V o l t a g e   c o n t r o l l e r + C u r r e n t   c o n t r o l   l o o p - ( a p p r o x i m a t e l y ) V o l t a g e   f e e d b a c k   g a i n   &   L o w   P a s s   F i l t e r ˆ S I 1 () LP F G s K G V S C G Z ODC V O R e f V G D ODC I + + C D C V D i s t u r b a n c e L o a d   i m p e d a n c e V S C G C V   ( s ) 1 CL G M a g n i t u d e   ( d B ) P h a s e   ( d e g ) F r e q u e n c y     ( H z ) O L T F   ( s ) - 2 0 0 - 1 5 0 - 1 0 0 - 5 0 0 5 0 1 0 0 1 0 - 1 1 0 0 1 0 1 1 0 2 1 0 3 1 0 4 1 0 5 - 2 7 0 - 1 8 0 - 9 0 0 G m   =   4 7   d B   ( a t   1 . 2 4 e + 0 3   H z )   ,     P m   =   4 5   d e g   ( a t   1 8   H z ) 45 m f 1 8 m G G C V   ( s ) G P   ( s ) G P   ( s ) G C V   ( s ) O L T F   ( s ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       V o lta g R ip p le  R ed u ctio n   in   V o lta g Lo o p   o f V o lta g S o u r ce   C o n ve r te r   ( Je d s a d a   Ja r o en kia ttr a i )   877       Fig u r 4 .   T h p r o p o s ed   tech n iq u co n s i s ts   o f   t h R VE   an d   F FC       T ab le  1 .   P ar am eter s   o f   t h p r o p o s ed   s y s te m   P a r a me t e r s   V a l u e s   V S,     f L i ne   1 1 0   V r ms ,   5 0   H z   V O R e f   2 5 0   V d c   L , C   1 5   mH ,   5 6 0   µ F   P oMax   6 0 0   W                 ( a)             ( b )     Fig u r 5 .   T h d y n a m ic - i n ter v a l si m u lat io n   r es u lts   o f   v o   w h e n   th f c   is   c h an g ed   b y   1 0 Hz,   18 Hz  an d   3 0 Hz:     ( a)   T h e   co n v en ti o n al  co n tr o l.   ( b )   T h e   co n v en t io n al  co n tr o with   p r o p o s ed   tech n iq u e.               ( a)   ( b )     Fig u r 6 .   T h in p u t c u r r en an d   its   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HDi)   at  6 0 0 W   o f   th s tatic - s im u latio n   r esu lts   ( a)   T h e   co n v en tio n al  co n tr o l.   ( b )   th co n v e n tio n al  co n tr o w i th   p r o p o s ed   tech n iq u e       6.   CIRCU I T   S I M UL AT I O N S   I n   th is   s ec tio n ,   th s im u latio n   o f   th VSC   is   d is cu s s ed .   T h co n f ig u r atio n   o f   w h ich   is   s im u lated   b y   SIM UL I NK  p r o g r am .   T h p u r p o s o f   th is   s im u latio n   is   to   test   th p ar am eter   o f   co n tr o ller s ,   v er if y   th co n tr o alg o r ith m s ,   an d   s tu d y   th s tatic  an d   th d y n am ic  o f   th p r o p o s ed   s y s tem .   T h s im u latio n   m eth o d s   ar th co n v en tio n al  co n tr o ( P I   co n tr o ller )   an d   th co n v en tio n al  co n tr o w ith   p r o p o s ed   tech n iq u es   ( P I   co n tr o ller   - + V O R e f V o l t a g e   C o n t r o l l e r K P v e i L o a d K 2 K 2 2 1 2 ˆ O R e f FFC S V G VK  - + - + F r o m   D C   V o l t a g e   L P F s i n ω L t S i n ( 2 ω L t ) C u r r e n t   c o n t r o l   l o o p R i p p l e   V o l t a g e   E s t i m a t o r F e e d - F o r w a r d   C o m p e n s a t i o n 1 2 2 RVE L K G CK G F F C G R V E FFC I v c v o R V E K I 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 0 . 5 5 0 . 6 0 . 6 5 0 . 7 0 . 7 5 2 1 0 2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 0 2 7 0 2 8 0 2 9 0 @   f c = 3 0 H z @     f c = 1 8 H z @   f c = 1 0 H z O u t p u t   V o l t a g e   ( )   :   [ V ] o V T im e  ( )  :  [ Se c ] t @     f c = 1 0 H z @   f c = 3 0 H z @   f c = 1 8 H z S t e p   l o a d   2 0 0 W   t o   6 0 0 W S t e p   l o a d   6 0 0 W   t o   2 0 0 W O u t p u t   v o l t a g e   f i x e d       b u t   d i f f e r e n t   v a l u e s   o f   mc f f 2 2 3 V 2 3 3 V 2 3 9 V 2 5 9 V 2 6 8 V 2 8 0 V 2 1 0 2 2 0 2 3 0 2 4 0 2 5 0 2 6 0 2 7 0 2 8 0 2 9 0 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 0 . 5 5 0 . 6 0 . 6 5 0 . 7 0 . 7 5 T im e  ( )  :  [ Se c ] t S t e p   l o a d   2 0 0 W   t o   6 0 0 W S t e p   l o a d   6 0 0 W   t o   2 0 0 W O u t p u t   V o l t a g e   ( )   :   [ V ] o V O u t p u t   v o l t a g e   f i x e d       b u t   d i f f e r e n t   v a l u e s   o f   mc f f - P I  C ont r ol l e r +F F C - F i xe 45 m f - P I  Contr ol l e r - F ixe 45 m f 0 . 5 0 . 5 0 2 0 . 5 0 4 0 . 5 0 6 0 . 5 0 8 0 . 5 1 0 . 5 1 2 0 . 5 1 4 0 . 5 1 6 0 . 5 1 8 0 . 5 2 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 0 . 5 0 . 5 0 2 0 . 5 0 4 0 . 5 0 6 0 . 5 0 8 0 . 5 1 0 . 5 1 2 0 . 5 1 4 0 . 5 1 6 0 . 5 1 8 0 . 5 2 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   7 . 9 7 3   ,   T H D =   8 . 9 3 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   7 . 9 6 1   ,   T H D =   5 . 6 5 % 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.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   2 J u n 2 0 1 7   :   8 6 9     8 8 1   878   w ith   th R VE   an d   FF C   tech n iq u e) . T h im p o r tan p ar am eter s   o f   w h ich   ar s h o w n   in   T ab le  1 .   T h p ar am eter s   o f   P I   co n tr o ller ,   K P   an d   K I ,   is   s et  b y   f ix ed         at  4 5   an d   s elec ted c f   at  1 0 Hz,   18 Hz  an d   3 0 Hz.   I n   Fig u r ,   th d y n am ic - in ter v al  s im u latio n   r esu lts   o f   v o   w h en   th f c   is   ch an g ed   b y   1 0 Hz,   18 Hz  an d   3 0 Hz   w ill  b co m p ar ed   b etw ee n   co n v en tio n al  co n tr o in   Fig u r   ( a )   an d   co n v en tio n al  co n tr o w ith   p r o p o s ed   tech n iq u es  in   Fig u r   (b ) .   I n   Fig u r   ( a)   s h o w s   th ca p ab ilit y   o f   r esp o n s ib ilit y   w h en   th lo ad   is   im m ed iately   ch an g ed   f r o m   2 0 0 W   to   6 0 0 W   at  0 . 3 s   an d   s tep p ed   b ac k   to   2 0 0 W   at  0 . 6 s .   T h v alu f c   at  1 8 Hz  p r o v id es  th r esp o n s ib ilit y   o f   v o   is   f aster   th an   f c   at  1 0 Hz  w h ile  th v alu f c   at  3 0 Hz  is   f aster   th an   f c   at  1 8 Hz.   A s     Fig u r   ( b ) ,   w h en   th lo ad   is   im m ed iately   ch an g ed   th r esp o n s ib ili ty   o f   v o   is   h ar d ly   ch an g ed .   I is   s h o w n   th at  th f ee d - f o r w ar d   g ain   o f   p r o p o s ed   tech n iq u is   ca p ab le  o f   o f f er in g   th f astes d y n am ical  r esp o n s e.     I n   Fig u r (a )   an d   Fig u r ( b )   s h o w   s tatic - in ter v al  s im u latio n   r esu lts ,   th m ain   aim s   o f   th is   s im u latio n   ar to   s h o w   th i s   w av ef o r m   an d   its   T HDi  at  r ated   p o w er   6 0 0 W .   Fo r   th co n v en tio n al  co n tr o l,  th i s   w av ef o r m   an d   its   T HDi= 8 . 9 3 s h o w n   in   Fig u r   ( a ) .   Fo r   th co n v en tio n al  co n tr o w ith   p r o p o s ed   tech n iq u e,   th i s   w av ef o r m   an d   its   T HDi= 5 . 6 5 Fig u r   ( b ) .   T h is   in d icate d   th at  th i s   w av ef o r m   o f   th co n v en tio n al  co n tr o w ith   R VE   tech n iq u is   im p r o v ed   to   n ea r b y   s in u s o id al  w av ef o r m .   Ob v io u s ly ,   th FF C   tech n iq u ca n   im p r o v es  th s p ee d   o f   d y n am ic  r esp o n s an d   th v o ltag lo o p   an d   th R VE   tech n iq u ca n   im p r o v es  s tatic  to   alm o s s in u s o id al  b etter   th an   co n v en tio n al  co n tr o l.     E XP E R I M E NT A L   P RO T O T Y PE . E rr o r!   Ref er ence   s o urce   no t   f o un d. I n   Fi g u r 7 a n   ex p er i m e n tal  p r o to t y p b ased   o n   th e   d esig n   p ar a m eter s   m e n tio n ed   i n   t h ab o v s ec tio n   is   b u il an d   te s ted .   T h s tr u ctu r o f   p r o to t y p co m p o s es  o f   p o w er   s ec tio n   an d   co n tr o s ec tio n .   I n   Fig u r 7 ( a) ,   th VSC   b u ilt   f r o m   4   I GB T s   is   d r iv en   b y   g at e - d r iv cir c u it  h av i n g   f a u lt - p r o tectio n   o p tio n .   I n   o r d er   to   is o late  b et w ee n   p o w er   an d   co n tr o s ec tio n ,   t h tr an s d u ce r   d ev ice  u s i n g   m a g n e tic  ef f ec h a v b ee n   u s ed   as  s en s o r s .   T h in p u cu r r en t   an d   DC   o u tp u c u r r en t   u s h a ll - e f f e ct  c u r r en s en s o r t h i n p u v o ltag e   u s es  s tep - d o w n   tr an s f o r m er ,   a n d   t h o u tp u t v o lta g i s   s en s ed   b y   d if f er en tia l a m p li f ier   b u ilt  f r o m   OP A MP s .     I n   Fi g u r 7 ( b ) t w o   co n tr o s tr ateg ies   w er i m p le m e n ted   o n   eZ d s p L F2 4 0 7   to   co n tr o th e   VSC   f o r   p er f o r m a n ce   co m p ar i s o n   p u r p o s es.  T h i m p le m en ted   co n tr o m et h o d s   in   th e x p er i m e n a r th co n v en t io n al   co n tr o ( P I   co n tr o ller )   an d   th co n v en tio n al  co n tr o w it h   p r o p o s ed   tech n iq u es   ( P I   co n tr o ller   w it h   th R VE   an d   FF C   tec h n iq u e) .   T h P I   c o n tr o ller   p ar am eter s   o f   t h ese   co n tr o m et h o d s   w er e   d esig n e d   s o   th at  t h p h a s m ar g i n   ( m f )   o f   th co m p e n s ated   s y s te m   w as  45   w ith   th 8 Hz - 1 8 Hz   cr o s s o v er   f r eq u en c y .   Fo r   ev er y   co n tr o alg o r ith m s   i n   t h ex p er i m en t,   th s a m p li n g   ti m p er io d   w as  s et  at  2 0 0   µs.   T h test in g   o f   d y n am ic  in ter v al  w ill  b co m p ar ed   b etw ee n   th co n v en tio n al  co n tr o l   in   Fig u r ( a)   an d   th p r o p o s ed   tech n iq u in   Fig u r 8 ( b ) .   T h co n f ig u r atio n s   o f   P I   co n tr o ller   ar s et  b y   th s am p ar am eter   as  th d y n am ic  s im u latio n   th at  is   s elec m f   at  4 5   an d   c f   at  1 8 Hz.   Fig u r 8   s h o w   th test   d y n am ic  r esu lts   m o n ito r ed   f r o m   o s cil lo s co p e.   T h er ar th v a l u e   o f   p e a k   r e f e r e n c e   i n p u t   c u r r e n t   ˆ s R e f I o r   co n tr o lled - s ig n al  v c   ( C H3 ) ,   th in p u cu r r en i s   ( C H4 ) ,   th o u tp u v o ltag v o   ( C H2 ) ,   an d   th lo ad   cu r r en i o   ( C H1 ) .   W h en   th lo ad   is   s tep p ed   f r o m   2 0 0 W   to   6 0 0 W ,   th i o   w ill  b s tep   f r o m   0 . 8 A   to   2 . 4 A .   T h v o   o f   th co n v en tio n al  co n tr o in   Fig u r 8 ( a)   is   d r o o p ed   1 6 an d   s ettlin g   tim 6 0 m s ,   w h ile  th v o   o f   th p r o p o s ed   tech n iq u in   Fig u r 8 ( b )   is   dr o o p ed   1 0 an d   s ettlin g   tim 5 0 m s .   I is   s h o w n   th at,   alth o u g h   c f   at  1 8 Hz  g iv es  g o o d   d y n am ical  r esp o n s e,   th p r o p o s ed   tech n iq u ca n   o f f e r   t h e   b e t t e r   d y n a m i c a l   r e s p o n s e   o f   o u t p u t   v o l t a g e   th an   th co n v en tio n al  co n tr o l.           ( a)             ( b )     Fig u r 7 T h ex p er im e n tal  p r o to ty p e :   ( a)   p o w er   s ec tio n .   ( b )   C o n tr o l   s ec t io n   C + + - + + L V O R e f , P U V o l t a g e   C o n t r o l l e r P L L i o A d j u s t   L e v e l   S i g n a l   B o a r d 8 - C h a n e l   ,   8 - B i t   D i g i t a l   t o   A n a l o g   C o n v e r t e r   B o a r d v o A n a l o g   t o   D i g i t a l   C o n v e r t e r T 1 , T 4 D a t a   B u s A d d r e s s   B u s v o , P U e R i p p l e   V o l t a g e   E s t i m a t o r   ( G R V E ) i o , P U v R V E , P U K i d K p d F e e d - F o r w a r d   C o m p e n s a t o r v s , P U i s R e f , P U s i n ( 2 ω t ) - + i s R e f - + C h 2 A n a l o g - o u t   f o r   s i g n a l   v e r i f i c a t i o n C u r r e n t   C o n t r o l l e r D i g i t a l   S i g n a l   P r o c e s s o r   B o a r d   b y   e Z d s p T M   L F 2 4 0 7 A v s i s v s i s i o 1 k H z x 4 v o G a t e   D r i v e r   T 1   F o r   s t e p   l o a d   t e s t   - + v s V S C   ( F u l l - b r i d g e ) I n p u t   c u r r e n t   s e n s o r ( H a l l   e f f e c t ) A C   S i d e D C S i d e S 3 C h 4 C h 3 C h 1 C h 5 C h 6 C h 7 C h 8 , ˆ S R e f P U I s i n ( ω t ) FFC I F a u l t - d e t e c t   i n d i c a t o r   &   b l o c k i n g   s i g n a l T 2 , T 3 T 2 T 3 T 4 F a u l t -   d e t e c t   s i g n a l O u t p u t   c u r r e n t   s e n s o r ( H a l l   e f f e c t ) O u t p u t   v o l t a g e   s e n s o r ( D i f f e r e n c e   A m p ) I n p u t   v o l t a g e   s e n s o r ( T r a n s f o r m e r ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.