In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  Vo l .  1 0 , No .  2 , Ju n e  20 1 9 , p p .  1 0 3 4 ~ 1 048  ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 2.pp1034-1048          1034     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   Frequency adaptive Sli di n g  Fourier Transform  for  synchronizing VSI to the  grid      Osama M.   A rafa,   M. E.   A b d a llah ,   G h a da   A . Ab d el Azi z  D e partm e n t   o f  Pow e r  El ectron i cs  a nd   E n e rgy   Conversi o n ,   E lectron i c s Resea r ch Inst i tute,   Egyp t      Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Dec   1 9 ,  2 018  Re vise d F e b 20,  201 9   Ac ce p t ed  M ar 8 , 2 0 19      Sl i d i ng  D i screte  F ourier  T ransf o r m   ( SD FT)   is  v ery  efficient  reg ardi ng  com p utatio nal   load  a nd   i t  p o sses ses  a  v e ry  f ast  ph ase  an gl e  d e t ecti o n   w ith   excel lent   h arm o n i c  reject io n  at  n om in a l   f requ ency .  How e ver,  a t   o f f - nomi n al  f r equ e ncy,   S DFT  gen e ra t e s  errors   i n   b o th  m agnitu de  a nd   p has e   a n gl e  d u e  to  sp ectral  l eakag e .   T h i s  p a per  in trod uces   a   w ork a roun d  f o r  F o uri e r  T r ans f o r m   to   h andl e  t h is  d is abilit y  under  o f f-n o m i n al  f requ ency  w h ile  a vo id i ng  vari abl e -rat e  sam p li ng.   S li di ng  F o u r ier  T r a n sf o r m   (SF T )  is  u sed   a s  a  phas e   d e te c t or   f o r   a   p h a se -loc k e d  lo o p   w h o se   o utpu t  fre q ue n c y  is  u se d   t o  driv e   the   SFT .  The  paper  revis i ts   t he  m athem a t i cs   o f  Fouri e r  Transf or m  (F T)   i n  a   th ree-ph a s e  s e tt in g  v i a  a  t i m e -do m ain  app r oach   t o   s h o w   a   n ewly   p r op osed   filteri ng  t echnique  f o r  t h e  doub l e -f requency  o sci l l a ti on  j u st  b y  su m m in g  th e  F T   s i n e/co si ne  f ilt er  o utp u t s   o f   th e  th ree  in di vi dual   p h as es.  A l s o ,  t h e  a n a l y s i s   aim s   t o  determine  and   corre ct  t he  p has e   a n d   m ag nit u d e   e rro r s  u n de r  o f f- no m i n a l  f r eq uency   o p erati o n .   T h e   p rop o s e d  t echn i qu e  (S FT-PL L )  i s  tes t ed  i n  real  t i m e  o n   d S P A CE   D S 1 2 0 2   D S P  u s in g  v o lt age  vect ors  t h at  a re   p re- generated  to  s imulate  the  mos t   a dverse  g ri d  cond itions.  T h e  tes t i ng  scen arios   com p are   th e   perf orm a n ce  of   t he  S F T -P LL  wit h   t ha t   o f   t he  D ecou p l ed   S t atio nary  R e f erence  F r am e  P L L  (d αβ P L L ) .  T h e  resu lts   p r ov e  th at  S F T -PLL  i s   s up e r io r   to   d αβ PLL. K eyw ord s :   Discret e  f our i e r  transf o rm     Fourie r tra n sfo r m  Re new a b l e   ene r gy so urc e s   S lid ing  d i sc re t e   f ourie r  trans f or m   S ync hr on i z a t i o n   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Osam a  M . A r a f a ,   D e pa rtme nt   o f  P o w e r Elec tro n i c s and  Ener g y   C on ver s io n,    Elec tron ics  R e se arc h  Insti t u te , D o k k i,  Egy p t .  Em ail:  oara fa2 0 0 4 @ ya h oo. co m       1.   I N TR OD U C TI O N    F u el  c el ls  a nd   o the r   R e n e w able  E nerg y  S ourc e s  (RES ),  s uch  a s   P V   s ys t e ms  a nd  W i n d   E nerg y   C o n v e r t e r s   ( W E C S ) ,  u s e  i n v e r t e r s  t o   i n j e c t   t h e  c a p t u r e d   e n e r g y   i n to   t he  u ti lit y   g r id   [ 1 ] .  Th e   s u cc essf ul   in t e grat io n  of  t he se   s ourc e s  t o   t he  e lec t ric a l   g ri d  i s   s t i ll  ha v i n g  a  l o t  o f   i s s u e s  a n d   t e c h n i c a l   c h a l l e n g e s   [ 1 ] .   O n e  o f  the   m o s t  cr it ica l  issue s   o f the s e inte gr ati ons  i s  the   sy n c h r oni z a t io n  of   t h e   g ri d - si de  c on v e rt e r   ( G S C)  t o  t h e   el e c t r i cal   g ri d   [2 ].  T h e   s yn ch ro ni z a t i on   o f   t h e  GSC   t o   t h e   e l ec trica l   g r i d  c a n   b e  def i ne d  as  t he   p r o cess  o f   minim i z i n g   t he   d iffe renc e  in  pha se   a ng l e ,  fr e que nc y  a n d   v o l t a g e   b e t w e e n   t he   G S C   o ut p u t  a nd  t h e  ut il i t y  gr id   wave form   [ 3].   Th is  s yn c h ro n i z a ti o n   p r o cess   has  to  b e  re al iz ed  b ef ore  t h e  c o n n ec t i o n   b et wee n   t he   R ES  o r  t h e   G S C a nd the  u til i t y  gr id ta k e s   p lace ,  t h e n  i t   is  t o be  m a i n t a i n ed  af t e r  t he co n n ecti o n   is es t ablishe d .   In   [ 4 ] ,  t h e  id eal   s yn ch ron i z a t i on   t echn i qu e  mu st   i n s t a n t ly  r e s p o nd  t o   a n y   g r i d  c h a n g e s ,   e ffi c ien t ly   trac k  t h e  phas e   a ng le  o f  t h e   elec t r i c al  g r i d,   c ompe t e n t l y   d e t ec t  an y  va ria t i on  i n   t h e   g rid  fr equ e n c y   a n d   com p ete n t l y  e lim i n a t e  ha rm o n i c   c omp o n en t s   a n d   d i s t u rba n ce   from   t h e fu ndam e n t a l   w av e f orm .   T here   a re  l o t s   of  m et ho ds  u s e d  f o r  trac k i n g   t he  p ha se   a ng le  o f  the  gri d   v ol t a g e  s u ch   a s  z e ro- c rossi ng  de tect i on  me t h o d   (ZCD),   S pace  V ector  (S V)  m et hod,   K a l m a n   fi lter,   p ha se -loc ked  l o o p   m etho ds  ( P LL)  a nd  D i sc re te   F o u r i e r   Tran sfo r m  (D FT) .   T h e   p ro bl e m   i s   non e   of  t h e se  m e t ho ds  c o m p l e t e l y  s a t i sfies  t h e  fu l l   r equ i rem e nt s   of  a n   idea l sy nc hron iz ati o n tec h n i qu e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Freq uenc y  a d a p t i ve  sl idi n g fo ur ier tr ansf o r m  for  sy nch r o n i z i n g  VSI  to t h e   gri d   (O sam a   M.  Arafa)   1 035 Ze ro-Cross ing   D e tecti o n  (ZCD )  is  t he   s i m ples t   a n gl e   s ync hro n i za tio n  met h od .  Th e   z e ro -cro ssi ng  po int   i s  de t ec t e d  tw ice   e v er y  s i n g l e  c y c l e   a n d  t h e inte r v al   b e t w een   e a c h   tw o  s u cce ssi ve  c r o ss in gs   i s   m e a s ured   to  a n y   d es i r ed  r esol uti on.  T his  me t h o d   i s  ve ry  s im p l e   b u t   i t  ca n  be  u se d  on l y   i f  the   in put  s i gna l  is  a   s tab l e   sinus o i da l  si g n a l   a s  i t   i s  v e ry  s e n si t i v e   t o  harm on ics  a n d   n o is e  w h ic h  ca n  ca use   mult i p le   c on t i guo us     zero crossi ngs  [5].  P h ase  loc k e d   l oo p  i s   a   w e ll-e s t a blis hed  tec hni que  a nd  th er e  are   a   l ot   o f  im ple m e n t a ti ons  o f  P L L   syn c hro n i za ti o n .  Ea ch  i mp le m e nta t i o n  d i f f er s  from   t h e   othe r  fro m   the  p o i n t   o f   v ie w   of  s impl ic ity,   imm unit y   to  d is t u r b a n ce ,  robu stne ss  i n  c a se  o f  gri d   f a u lts,   fa s t   c on v e rg ence   t o  the   gr id  a n g l e,   a n d   h ow  it  deal s   wi t h   di st urba nces.   S ync hr on o u s  F r ame   P LL  (S F - P LL)  t e c hn i que  i s  w i de l y  use d   i n  t h re e-pha se   g ri d-c o nne cte d   pow er   c on ver t e r s  for  i t s  s i m p le   i m p lem e n t atio n,   f a s t   a n d   a ccur a te   e s t i m atio n   o f   t he  pha se  a ng le   o f  t h e  gri d   [6].   U nder  i d ea l  gr id  c ond i t i ons,   w i t h ou t  a ny  d i s t ur b a nc e s   o r  h arm o n i cs,  t h is  t ec h n i q ue  e xh i b i t s  fa st-tra cki n g.  H o w e ve r,  i t   is  n o t  a  g o od s o l u ti o n  in t h e  pres e n ce  of  u n b a l a n ce d   gr id v o lta ges  [7].   Rea l   a n d   i ma g i na r y   p ow er  p ha se -l ocke d  lo op  (P Q - P LL)  i s  a  robu st   d i g i t al  P LL  a l g o r i t h m   based  o n   the  i n st a n t a ne ous  r e a l   a n d   i m a ginar y   p ow e r .  Thi s   a lgor ithm   is  i nt roduc ed   t o   mai n t a i n   s yn ch ro ni zati o n   in  prese n ce  of har m oni c s  an d   n e g at i v e se qu enc e   u nba la n c es.   Ano t her  al g o r ith m wh i c h   can  d ea l  wit h  un b al an c e d  gri d   v o l t a ges  i s   t he   D o u b l e  S ynchr on o u s  F r a m e  P LL  (D S F - P LL).   It   i s  a   very  s u ita ble  so l u ti on   f or   g rid- con n ec ted c o n v erter s   t ha t o p e r a te  i n  u n st a b l e  fr e quenc y   gri d  a n d   unb a l an c e d   co ndi tion s   [ 8 ].  S i n u s oid a l   si gn al   i nt e g ra t o r  PLL  a l go rith m  (S SI-PLL)  h a s   t h e   a d va n t ag e   of  o pera ti ng   w ell  u n d e r   un ba lanc e d   a n d   d is t o rte d   g r i d  [ 8 ].  A no t h e r   a dva n t a g e  o f   t h i s  a l gor i t hm   i s  th a t   i t   can   b e   use d   f or  t he  s i n g l e- pha se  s y s tem   w i t h   a   s m a l l   m odi fica ti on.   E n h ance d  pha se-loc ke d   l o o p   (EP LL)   i s  a  fr eque nc y-ad apt i v e   no n l i n ea r  te ch ni q u e.  E P LL  s h ow s  a   hi gh  de gree   o f  ro bus tne ss  to  th e   h a rmo n i c,  n o i se ,  an d  unb a l an ced   g rid  [9].   T h i s  al g o ri t h m   can be use d   f or  s i n g l e ph ase  ap pl ica t i o n s .   Q u a d rature   P LL  (QP LL)   i s  ba sed on  es ti ma ti n g   the   i n -p hase  a nd  t h e   qua dra t ur e  p h ase   val u e  of  t he  f u nda m e ntal   c o mpon e n t   o f   t h e   i npu t   vol t a g e   s ig na l .   T hi s  me tho d   i s  a  g o o d   s o l uti o n  for  dis t ri bute d   g e n era t i o n  [1 0 ] .  Pr ed ict i ve  P ha se-Loc ke d   Loo p   ( P P LL)  is  a   com p le x  sy nc hro n iza t io n  m e th o d .  H o w e v e r,   P P L L  ha s  a   w i de -ra n g e   sy nc hro n i za ti on  c a p a b il i t y  and  t h e   syn c hro n i za ti o n   i n f orm a ti on  c a n  be   t a k en   o u t   w ith i n   t w o   v o lta ge   c yc le s  un de r  t h e  w o r s t  c a se.   S t ati o nar y   Fr a m e  P LL  ( αβ P LL)  i n  [11],   D e c oup l e d  D o u b l e  S ynchr o n o u s  Re fe renc e  F r am e   P LL  ( dd srfP L L )  and   De co up l e d   St a t io n a ry   R ef e r en c e   F ra me   ( d αβ P LL)   t e c hn iq ues   have  t he  w ide s t  u s e   in  i nd ust r y.   T he  l im it a t ion   of the   αβ P LL  is i t s   d isa b il i t y to t rac k   t he gr i d  a n g l e   i n  the   c a s e of  u n ba l a nce d  fa u l t s. The  dd srfPL L  te c hn i que   overc ome s   t h i s   lim i t a t i o n   b y   d ec ou pl i n g   the   ne ga ti ve  a n d   t he   p o si ti ve   s e que nce   o f   t he   g ri d  vol tage   b ut   t he   sever e   d raw b a c k  o f   t h i s  tec h ni q u e  i s   t he   h i gh  o v e r sh oot  i n  t h e  e s t i m a te d  gri d   a ng le   w hen  t h e  fa ul t  o c c u rs.  The  d αβ P LL  ove r c om es  t h i s  d r aw bac k   b u t   it  s p en ds  m ore   t h an  t w o   c yc les  t o   t ra ck  t he   g ri d  fre q ue ncy  in  c ase   of  f req u e n cy c han g e.   D i scr e te  F our ie r  t r ansform   me tho d   ( D F T)  i s  o n e   o f   t he   e arlies t   m e th ods  u se d  f o r  pha se  a n g l e   est i ma t i o n . Th i s  m eth od pro v i d es a h igh de gre e   o f im mun i t y   a g a i nst harm onic s   [ 12 ] .  S li ding D i sc rete   F o u rier   Tra n sf orm  (S D F T )   i s  an  i mpro ve d  ve rsio n   of  t he   D F T   i n  w h ich  o p t im ized  u se  o f  co m put a tio n  p o w e r  and  re d u ced   l a t en cy   a re   p ro vi d e d  b y   u s ing  a  recursive  form ulation  o f  t h e  D F T  algori t hm .  H o w e ve r,  i f  th e  t i m e   w i n dow   o f  t h e   S D F T   i s  not  i den t ica l   w it h  t h e  gri d   p e r i o d,   a   pha s e  s h i f t   o c c u r s  b e t w e e n  t h e  e s t i m a t e d  a n g l e   and  t h e  ac tua l   g ri d  an gle.   I n  [12]  s om e  st r a t e gie s   h a v e  be e n   r e por t e d  to  c om pen s ate   for  t h is  pha se  e r r or  s uch   as  t he   u se   o f  t i m e -va r yi ng  F our ie r  c o eff i c i ent s   a n d   pol yn om i a l  re gressi on  a n a l ysis.  In   f ac t ,   t hese   s tr ateg ie s   are   render e d  w ith  n o t i c eab le  c om ple x i t y.  O the r   f i x i n g  m e t h o d s  f or   t he  S D F T  draw ba ck  a re   p r e sente d   i n  [1 3 ] .  H o w e ve r,  t he   p rese n t e d   m et ho ds  i n v o l v e  t h e  use   o f   a   P I   con t ro l l er  a nd  a  N u m e r i call y   C on tro lle d  O s c i l l a t or  (NCO) .   T h e   m et hod   a do pt s  a  v a ri ab l e   s a m pli n g   rat e   o f  th e   g r id   v o lta ge  c o n tr ol l e d  b y   t he   N CO .   V a ria b le   r ate  sam p lin g  a d ds   d i f ficu l t y   t o   e mbe d d i ng   t he   S DF T  alg o ri th m   in  t he   m a i n  a ppl i cati on  DS P  c o n t roll e r   w h i ch   norm a l l y  ru ns  a t  fi xed  e x e c u t i o n   r ate.   A l t ho ug h  the  tw o  prop ose d   met h od s  in   [ 13 ]  are   si mpl e r  t h an   t ho se   o f  [1 0],   bot h  me t h o d s  com p e n s a te  t he  p ha se  e rror   on  a  cyc l e - by-cyc le  b a s i s ,   w h ic h  is  r ath e r  a  sl ow   p roc e ss.  T he   un des i rab l e  fe a t ures  o f  t h e  S D F T   i n  the  ca se   o f  off- nom i n a l   fre que n c y  are   no t  o n ly  l i m i t e d   t o  t h e  p h ase  er ror  w h ic h is a fu n c tio n  of t he  f re q u enc y   d e v ia t i o n   b u t  a ls o inc l u d e s a  high-frequency oscilla tion observable in the  ma gni tude   a n d   p hase   a n g l e   e sti m ates.   T h is  h igh- fre q u e ncy  osci ll a t i o n   i s   r e f er red  to   i n  the   litera t u r e   a s  do u b l e -fr e que n c y  r i pp le  a n d   s om e  p o s t -pr o ce ssin g   f or  f r e que nc y   an d  pha se  a n g l e  e s t i m a tes  in   t h e   o f f - nomi n a l   o pera tio n  m ode  a r e   p r o po se d.  T he   pos t-proc es sin g   c a n   b e   d one   e ithe r   by  s i m p le  d ig i t al  a ve ra gin g   fi l t e r  or   by r e sa m p lin g  fi l t e r  w hi c h  is re l a tive l y  mor e  c ompl ex   i n imp l e m e n ta tio n.  F r om   t he   p rev i o u s  sur v e y ,  i t   a p p ear s  that  t her e   i s   stil l  some  r oom  f or  i mprove me n t   i n  the  p h as e   ang l e  tra c k i ng  issue   es pec i a l ly  i n  t h e  case   o f   v ar i a b l e  a n d  of f -n om in a l   g rid   fre q ue ncy  a c c o mpan ie d   b y   h ig h   harm on ic  c o n t ent  an d / or  i n  un ba lanc e d   t hree -phase  s ys t e ms.   This   p ap er  r e v i s i t s   t h e   F T  c o n cep t   thro ug h   a  t i me -do m ai n   an a l y s i s   t o   f u rth e r  an a l y z e   t h e  und e s i r ab l e   f ea tu re s  asso ciate d   w it h  t h e  off- nomi n a l   g r i d   fre que nc y.   A n  effi c i e n t  a nd  nat u ral  fi l t e r in g  me t h od  for   the   do u b l e- fre q u e nc y  o s ci l l a t i ons  i s  de v i se d.   T he   law s   r ela t i ng  t h e  p h ase  a nd  m a gni t ude  e r r o r s  to  t he  freq u e nc y  d i f fer e nc e   a r e  de rive d.  T he   f orm u l a t i o n   o f  t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019   :    1 0 34   –   1 048  1 036 F T   i n  a  sli d in g  m o de   i s   exp l ai ne d.   E xp e r ime n ta l  t e st in g  i s   u se d   t o   c o nf ir m  the  va l i d i t y   of  t he     pr opose d   t ec hn iq ues.   Th is  p aper   i s  o r ga nize d   as   f o l lows :   t h e   m a them at ical  a nal y sis  f or   d eter min i n g   t he   p hase   a nd   ma g n itu d e   e r r o r s  und e r   o f f-n o m i n al   fre qu en cy   c on dit i o n  i s   p re se nte d   i n   sec t ion   2.   T he   r e c ur si v e   im pl e m e n ta t i o n   i s  e x p l a i ne d  in  s ec t i o n   3 .   The  str u c t ur e   of   t he   pr o p o se d  S F T- P LL  is  e xpla i ned  i n   s e c t ion  4.   Th e  meth od   u sed   fo r  exp e rimen t al   t es tin g   a n d   t he  t es t  r e sult s  i n  r eal- t im e  on  a   D S P   pr o t o t y p i ng  p l at f o r m   ( D S1 2 0 2   by  dSPAC E TM )   ar e   pr esen ted   in  s ecti o ns  4   a n d   5 ,   r e specti v e l y.   S e c tion  6  pr esent s  t he  c onc l u s i o n s  of   this p ap er.       2.   MAT H EMA T I C AL   ANAL YSI S   The  gr i d   v o lta ge s  ar e  r e pr e s e n te d  b y   a   b a l a n ce d  se t  o f   t hr e e - p h a s e  s i nus oi da l   vol ta ge     with  a   f r e que n c y    ( H z )   and  w i th  a   p e a k  va l u e  E   ( Volt),  th u s     is   g iv e n   b y :         s i n 2  ,     s i n 2                 ( 1 )     s i n 2  2 / 3     wh ere    is  t he  i n itia l   pha se  s h i ft  (ra d)  o f  t h e   v o lta ge    ,   thi s   p h a se  s hi f t   d e p en ds  o n  t h e  r a nd om  i ns ta nt  a t   whic h  the m e a s urem ent  i s   s ta rted ( t = 0 ) .   F or the  s a k e  of  t h i s   a n aly s i s     w i ll be  a ssum ed  c o n s t an t.  The  F our ier   tr ansf or m  is  b as ed  o n  a p p l yi n g   tw o  or th o g o n a l  f i lt e rs,  na me l y   a   s i n e  f ilter   a nd  a  c o s i n e   fil t er  on  the  i n pu t  s i g n a l .  Th e  po in t  her e   i s   tha t   w e  se t  t h e  p ha se  s e q ue nce  an d  t h e   p h a se  s hif t   b e t w e e n   t he   si ne/c os ine   fi lte rs  i n  a   way t h a t   s er ve  a d d iti o n al   f ilte ri ng pu r pose  as   w i l l b e   s e e n l a ter   o n .   Ther e f or e ,   t he   t hr e e   gr id  v olta ge s  w i l l   b e  pr oce sse d  us ing  tw o  sets  o f   ba la nc e d   t hr e e- pha se  s i gna ls    a n d      hav i ng   t he  s am e   pha se   s e q ue nc e   a s   t he  g r i d  vol ta ge ,   r unn i ng  a t   a   p r e - k n o w n  nom i na l  gr i d   f r e q u enc y     ( H z )   and  hav i ng  a  un i t y  pea k   v a l ue .   F or  t he   s ak e   of  t h i s  ana l ys is    w il l  be  a ssu m e d  cons tan t   [ 14 ] .     The   fir s t  se t   of  s i gna ls     i s  gi ve n  by  s i ne   f unc tio ns  a n d   i s  c a l l e d   t he  s i n e   or   d i r ect  s e t:      s i n 2 ,    s i n 2  2 3        s i n 2  2 / 3   (2 )     The   sec o nd  se t   of   v o l t a ges     i s gi ve n  by  co si n e   f unc t i o n s  an d   i s   calle d  t h e   c o sine   o r   qua dr atic  s e t :      c o s 2 ,    c o s 2  2 3      c o s 2  2 / 3   (3 )     The   F our i e r   tr ansf or m   r e quir e s  per f o r m in g  the   fo l l ow ing  i n t e gr a tion s to  get  t h e  an g le  :    1  .      (4 )      1   .      (5 )     (4 )  an d   (5 )   a r e  co mp act  fo rms  f o r  th e  th r ee- p h a se  w h e re  t h e   s u b script   a , b , c   and  1 / .  F o r   a ny  p o s iti ve  a nd  n o n- zer o  val u e   of  , two c ases  a re c onsi d er ed  f or  calcul a ti ng t h ese   in te gra l s,  the   f irst ca s e is      ( of f- nom i n a l   f r e que nc y  ca se )   w h ich  is  t he   g e n er ic   c ase  a nd  t h e   s e c on d  ca se      ( nomin a l   freque nc y c a se) whic h  i s   a  spe cial c ase  o f   t h e  first c ase.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Frequ e n c y adap ti ve   s lid in g   f o u r i e r   t r a n s fo rm f o r sy n c hro n i z i n g  VS I  t o  th e g r id  ( O sa ma   M.  Ara f a )   1 037 2. 1.   T h e  f irst   c ase:     (o ff- n o mina l f req uency   ca se)   Fo r        ,  a nd  u s i n g  su i t a b le   t r i go n o m e tr ic  i de nt it ies  i t   c an  b e  pr ove n  t h at     i n   (4 )  (let   u s  c a ll  it  t h e   d i r e ct  c omp o n e n t )   a nd    i n  ( 5 )   ( l e t   u s  ca l l   i t  t h e   qua dr at i c   c om po ne nt)   a r e  fu nct i o n s   of   t i m e   and  freq u e n c ies   ,    t hat  ar e   gi ven  a s   f ol l o w s :  F o r   pha se  a :                     co s  ∆  co s  ∆       (6 )       sin  ∆  sin  ∆         (7 )     F o r   pha se  b :      co s  ∆  co s  ∆ 2 / 3    ( 8 )       sin  ∆  si n  ∆ 2 / 3    ( 9 )     And  for  p h ase  c:      cos  ∆  cos  ∆ 2 / 3   ( 10)       sin  ∆  si n  ∆ 2 / 3 ( 11)     wh ere      2      ( 12)         2     ( 13)     ∆   2       ( 14)       E  s i n   ∆ 2∆       ( 15)      ∆   2       ( 16)       E  s i n   ∆ 2∆       ( 17)             F i gure  1. Wav eform s   of  , , , :   1   V  ,  6 0   H z ,  5 0   H z  a nd    π 2 ⁄     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   103 4 –  1 0 48  1 038 I t   c a n   b e  not ic e d   t h a t  b o t h  o f   t he  d irec t   a nd  qua dr at ic  c om po n e nt   a n d     f or   t he   t hre e -p ha se s  (  a, b, c   a s  show n  in  ( 6 )   t o  (11)  a re  c ompose d   o f  tw o   sinus o i da l   term s.  O n e   of  t he m  is  l a r ger   in  m a gnit ude  a n d   its  f r e q u enc y      i s  t h e  d i ffe r en c e   b etw e en  t h e   g r i d  a c t ua l  a nd  n o m i na l  (o r  fil t er)  fr eque nc y  ( i f  the   tw o   fre que nc ies  be com e   e qua l,  t h e n  it  is  a   D C  v a lu e   a s   w i l l  be   s how n  i n   ( 6),  ( 7 )  of  t he   s ec o nd  c a se) .   T he   o the r   has  a  muc h   s m a ller  ma g n it ud e  and its  f re q u e ncy     i s  t h e  s u m  of  t he   g r i d  a c t ua l   a nd nom i n al fre q u enc y   ( if  the  tw o  freq u e n c i e s   b ec ome   equa l ,   t he n  i t   v an is hes  a s   t h e   m agni t u de   b ec ome s   zer o  as  w i ll  be  c o n fi rm ed  i n  t h e  se co nd   c a s e).  R e fe rri ng   t o   t h e  se c o n d   t erm  i n   t h e   r i g ht  h a n d  si de  o f  e a c h  of  ( 6),   (8)  and   (1 0),   i t   i s  e v i d e n t   tha t   t he  t hree   t e r m s   c o n st i t ute   a   ba l a nce d   t hree -phase   s e t   i n   c osine   no ta ti o n   w hose   sum   is  z e r o.  T han k s  to   t he   p r op e r   s el ecti o n   o f   t h e   s i n e  a n d  cos i n e   f ilt e r  ph a s e  a n g l es .  R e f e rri n g  to  t he   s e c ond   t e r m  i n   t h e   r i ght   h a n d  si de  of  e a c h   o f  (7) ,   ( 9)  a nd  (11),  the  t h re e  term s  als o   c o n sti t u t e  a   b ala n ce d  t h ree - phase   s e t   i n   sine  n o t a t i o n  w hos e   s u m   is ze r o.  Her e it bec om es  clea r  the  us e f u lne s s   o f  the   s u m m i n g p r oces s   com b ine d   w i t h  t h e pro p er   s elec t i on   of  t he  F T  fil t er  pha se   a n g l e s .  The  s u m m in g  proce s s  t hus   r esu l t s   i n   fi lt e r i n g   th e   do ubl e-f r e q u e n c y   o s c illa t i o n s  w itho u t   a ny  add i ti ona l  or  post-fil t er i n g.   S ome   re presentati ve  v al ues  ( 1, 6 0   H z ,  5 0   H z  a n d      π / 2   a r e  used to  plo t    F i gure  1  w h e r e  the  w a vefor m s  of    a nd    a re   p l o t t e d   in   t h e   l e f t   subp l o t  a n d   th e   ri g h t  su bp lo t  respe c t i ve l y   a g a in st  tim e  t o   illu strate  t he   d o u b l e- fre q u e ncy   ri pp le,   t h e   su ms    a nd    a r e   a lso  p l o tte d  i n   t h e   tw o  s u b p l o t s  t o   s h o w   t h e  smoo t h   s i n uso i da l  va ria t io n s   a s  the  t h re e  h i g h e r   f r e quenc y   os cilla t i o n s  ru nn i ng  a t   (    canc e l  eac h  o t her.   T here fore,   the   sum   of t h e   d i r ect    a nd  t h e   qua drat ic  c o m pone n t s    f or  t h e   t hre e   in div i dua l p h a s e s , are  given b y  (18)  a nd ( 19) , respec tive l y:                    x  x 3 k co s ω t θ ∆ θ   ( 1 8 )       y  y 3 k si n ω t θ ∆ θ   ( 1 9 )     D i v i d i ng ( 1 9) by  (1 8) yie lds :      y x    t a n ω t θ ∆ θ     (20)    Th e r efo r e:     2π f f t θ ∆ θ t a n  y x   (2 1 )     The   pha se  a ng le    of  t he  g ri d  vo l t a g e     tha t   i s   equa l  t o   2    f r o m  ( 1 )  i s   t h e n  g i v e n  b y   rearrangi ng  ( 21)  a s follows :    θ 2 π f t θ t a n  y x  2 π f t ∆ θ   (2 2 )     S ubst i t ut i ng fr o m   ( 14) int o ( 2 2 )  yie lds,     θ   tan      2 π f t    (2 3 )     R e cal li n g   t h at     i s  c o n s t a n t ,  t h e n   ∆ ∆ 0  a n d   ∆   i s  c onst a n t .   i s   a l s o  c o n s t a n t .  T h e r e f o r e ,   t h e   t i me   d e r iv a tiv es  o f  b o t h   ∆ a nd    a r e   t yp ica l l y   z eros.   Conse q uen t l y ,   the  va l u e  of    c an   b e   c a l c ul at ed   b y  tak i ng t i me  der i v a tive  o f   bot h  si des  of ( 22) a s fol l o w s :    f 1 2π . d dt tan  y x    f   (24)     On ce    i s   e stima t e d ,  ∆ is  d e t e r m i ne d  a n d   co nse q ue n t l y   can  b e  est i ma t e d  from   (22) .  To  e stim ate   the m a gn i t ude  E ,   it c a n be  fou nd  from  ( 15),  (18)  a n d  ( 1 9 )   th at:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       Freq uenc y  a d a p t i ve  sl idi n g fo ur ier tr ansf o r m  for  sy nch r o n i z i n g  VSI  to t h e   gri d   (O sam a   M.  Arafa)   1 039   E 2 3 . ∆θ sin   ∆θ . x y   (25)     The  ter m   ∆    ∆   c an  b e  calle d  t h e   m a gni t ude  c orre cti on  fa c t or  a nd  the   ter m      can  b e   ca l l e d   t he u nc o m pe n s a t e d  m agn i tu d e .      2.2.  S econ d   c ase:     ( n o m i na l   f r eq ue n c y   ca s e )   B y   u s i n g   s u i t a bl e   tri g o n o me tr ic  i de n t i t i e s,  i t  c a n  b e   p rove n  t h at    a nd  y   a r e   i nd e p e n d e nt   o f   t i m e   and  are   gi ven a s  fol l o w s :      c o s 2   (2 6 )        s i n 2   (2 7 )     There f ore ,   t he  sum min g  for  x  an d   y   c om po ne nt s  of  t he  three -phase  ar e  give n   by (2 8)  and  (29),   re sp e c ti ve ly :       3 E c o s 2   (2 8 )         3E s in 2  ( 2 9 )     N o w   div i di ng  bo th  s ide s  in (2 9)  by t h eir  re spe c ti ve si d es  i n  (2 8 )   y ie ld s :         sin co s   t a n   (3 0 )            (3 1 )     Re ca l l i ng t h e  equa l ity  o f  an d  , the  pha se  ang le   of  grid v ol ta ge    is then given  b y (32) :     2  2     (3 2 )     A c cordi n g  t o   ( 23) ,  t h e   la st  t er m   i n   t he  r igh t - h an d  si de   o f  (23)  v a n i s h e s   w h e n      t h u s   l e a di ng   t o  (32)  a nd  c o n f i r ms  t ha t  th e  n o m i na l  freq u e n c y   c a s e  is  a   s pec i a l   ca se  o f  the  of f-nom i n a l   f r e que nc y  ca se .   There f ore ,   i t   is  o bv i o u s   t ha t  ( 2 3)   c a n  b e   ge n e ra l i z e d   f or  b ot h  nomi n a l   a nd  of f-n o m i n a l  fr eque nc y  c a ses.   T h u s,   p h a s e  a n g l e  t r a c k i n g   i s  a  s e a m l e s s  p r o c e s s   w h e n   t h e  a c t u a l   f r e q ue ncy  sh ifts  f r o m   no m i nal   to  o ff-n omin a l   mode  a nd v i ce  versa   duri n g a c tua l  o pe rat i o n .   The  magni t ude  E  c an sim pl y  ob t a i n e d  fr o m  (28)  a nd ( 29) a s  fol l o w s :      2 3 .    (3 3 )     K now i n g t h a t :  li m ∆ → ∆    ∆ 1 , the   (25) bec ome s  the sam e   as  (33) a nd it tu rns a s  state d ea r l ie r th a t   the  nom ina l   f re que nc y  case  is  a   s pec i a l   c a s e  of  t he   o ff-n o m inal   g e n er ic  case .   T he refore  ( 25)  c an  b e   a  va l i d   expre ssi on  for  bo t h   case s .   T hus,   t h e   ma gn itu de  t rac k ing  i s   a ls o   a   s e a m l ess  pr oces s  s h oul d  the  ac tua l   g r i d   fre que nc y  shif ts  f rom   off-nom ina l   t o  nom ina l   m ode  of  opera t i o n   a nd v i ce  v er sa .  N o w   it   i s  c l ear   t ha t by  pr oper   sele c tio n of the   pha se  s e que n c e   a nd  p h ase   s h i f t  o f  the  w a v eform s   u se d   for  s i ne  a n d   c o s ine   fi l t er s  of  t he  F T  a nd  a p p l yi n g   t he  s um min g   p r oce dur e  we  g et  a   v ery  effec t i v e   fi l t eri ng  for  the   do uble - fre que nc y  osc i l l a t i o n   cha r ac t e riz i n g   the   F T   i n   o f f-n om ina l   f r e que nc y  c a se.   F i g u re  2   i l l us trates  t he  schem a t i c  d i a g r a m   of  t he  p ro pos ed  F T  imp l em enta t i o n   b as e d   on  (1 )  t h ro ug h  (3 3).   In  t h e   l ef t m os t  b l oc k,  t he  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   103 4 –  1 0 48  1 040 sine   a nd  cos i n e   f ilte rs  a re  a pplie d  to  t he   t hre e -pha se  v olta ge ,   a nd  th e  su mm ing  p r oce d ur e  i s   a pp l i ed  t o  ge t    and  .  The  u n c o mpe n sa t e d  pha se   a ng le   g i v en   by  (21)  i s  es ti m a ted  in  t he   l e f tmos t  b l ock  as  w e l l.   T he    is   est i ma t e d a cco rdi ng t o  (24) in the i n ter m e d ia te bl o ck.   U s ing   th e  e s t i m at e d   ,  the phase ang l e  c orre ction term  ∆   c a n   b e  est i ma t e d  i n   t he   r i ght m o st   b loc k .   S ubtrac tin g  t h e  c o rre ct i o n   t e rm  fro m  t h e   un comp en s a t e d   ph ase  ang l e  a s   p e r   ( 23)  r esults  i n  the   true  phase   a n g le  o f  t h e  gri d   v olt a g e    .   The  magn i t u d e   corre cti o n  fac t or   c a n   be  easi l y   c a l c u la te d  a l so  f rom   (25)   i n  t h e  b o tt om   b l o ck  a nd  fi n al l y   t he  c om pe n s ate d   m agn i t u de  c an     b e  e s t i m a t ed .            F i gure  2.  S che m a t i c  d iagra m  of  the   pro p o s e d   F T  i m plem enta t i o n  f or  three -phase  sys t e m       3.   SLIDING   FT IMPLE M E N T ATION  (SF T )  The   sl id i ng  i n t e gra t i o ns  f rom   t  t o      as  m entione d  in  ( 4)  a nd  (5)  c a n  be  c a rri e d   o u t   num eri c a lly   i n  a  d i s c r e t e   s a m p l e d   s y s t e m .   T h e   m e t h o d  a p p l i e d  f o r  o b t a i n i n g   an d  u pda t i n g   t he   num er ic al  i nt e g rat i on  over   one  c ycl e   u po n  p i ck i ng  eac h   fr esh  sa mple  o f  xi  ( o r   yi )  is  t o  ins e rt  a   d elaying  buff er  o f  length   a f t e r  t h e   di sc rete   t i m e  i n te gr at or  [ 15] .  Thus,   int e grati o n  over     i s  up da te d  eve r y  ne w   sam p le   o f  xi   a nd  i t   i s  implem e n te d  a s   s how n   sc he m a tica l l y   i n  F i gure  .   In  t h i s  im plem en tat i on,   t he  b u f fer  is  i nit i al ize d   w it h  ze roes   a n d   i t  t ak es   /  sam ples t o b e  f ille d inc r em ent a ll y w ith va l i d   r ea dings as   is e qua l t o  t he sa m pl i n g peri o d .  Ba se d  on  this,  the   de tecte d   g r i d  angle   a n d   fre q u e nc y  nee d s  o n e   com p le te  c yc l e   ( )   t o   c onverge   to  t heir   act u a l   v alues  for all    . It ca n be  show n t h a t   f o r      t he de t ec t i o n   is alm ost   i n sta n ta ne ou s.          F i gure  3. U pda tin g  N u me rical   i nte g r a t i on  o v e r  one    c y cle  up on  eac h ne w   sa m p le of        4.   T H E PROPO S ED S FT - P LL   The   im p l e m e n ta tio n  o f   S F T   s how n  in  F ig ure   2  w o rks  very   f i n e  an d   g i v es  f as t   an d   a c c u r a t e  resul t s  in  the  nom ina l   a n d   o ff-n om ina l   freque nc y  case s   a s  lo ng  as  t h e   i n p u t   vo l t age s   a r e   f re e  fr om  h a r monic   di st ort i o n   On c e   t h e   i n put  f requ e n cy   s hi ft s  fro m  no mi na l   v a lu e   w h il e   h a rmo n ics  ar e  exi s t i ng  t h e  e s t i m a ted   p h ase  a n g l e ,   the  es t i ma t e d  ma gnit ude  a n d   t he   e s tim ated  freque nc y  al l  s u ffer  from   o s c illa t i o n s  d u e   to  s pec t r a l  lea k a g e  and   the  S F T  lose s  it s  e x ce ll e n t   harm on ic  r eje c t i o n  a n d  bec o me s  un pr ac t i c a l.  T h i s  i s   s how n  usin g  n u m e r ical   si m u lat i on  i n   F ig ure  4.   F i g ur e  4  ( a )  illus t rate s  tha t   t he   i n p u t   v o l tage   i s  d i st orte d  w i t h   h ar monic s   s t a r t i ng  fr o m   t =0 . 1   s e c   t o   t = 0 .45  sec  a n d   the  fre que ncy   is  s te ppe d  u p   the n   d ow n  by  1 0   H z  at   t =0. 15  a nd  t =0. 35  se c   respe c t i ve l y .  Fig u re   4   ( b)  a nd   ( c)  s how   t hat  the  S F T  r e jec t s  th e  ha rmon ic s  a f ter  e x ac ty  one  pow e r   c y c le  a n d   gi ves  ac c u ra t e   f r e que nc y   an d  pha se   a n g l e  es t i m a t i o n  w h en   it  w o r k s   a t   nomi n al   f re qu en cy   ( 5 0   H z )   i .e .  f r o m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Frequ e n c y adap ti ve   s lid in g   f o u r i e r   t r a n s fo rm f o r sy n c hro n i z i n g  VS I  t o  th e g r id  ( O sa ma   M.  Ara f a )   1 041 t =0.0 5  sec  to  t =0. 15  se c  a n d   fr om  t = 0 .3 5  s ec  to  t = 0 . 5   s e c .   H o w e ver ,   d ur i ng  t h e   of f- n o m i na l  per i od  fr om   t = 0 .15   s ec  to   t =0. 3 5   se c,   t he  e xi st e n ce   o f   ha r m onics  c ha r a c t e r ize s   t he  e s t im at io n  o f   b o t h   fr e que nc y  a n d   pha se  an gl e by  a su s ta i n ed  e rro r.           (a)        (b )         (c)  F i gur e  4.   ( a)  V ol ta ge  o f  p h a s e   a   ( o the r   pha se s  om i t ted  f o r   clar ity ) ,   (b )   estimated  freq u ency  b y   SF T  (c)   erro r   in   p h a se an g l e estimation   b y  SFT      To  o ver c ome   thi s   d ef ic it,   a n d   c on si d e r i ng   t he   a b i lit y  of   t he  F T   t o   de te ct  t he   phase   d if fe r e nc e  θ 0   be t w ee n  t h e  an gle  of   t he  s i n e / cos i ne  f i lter s   a nd  the  a n g l e  o f   t he  i n p u t   v o l t a ge  a s  sh ow n  by  ( 2 3) ,   the   S F T  c a n  be   u se d  a s   a   p hase  d e t ec t o r   in  a   s ta n d ar d  p h a s e  loc k e d   l o op.   T o   do  th is,   t h e  S F T  tim e  w i n dow   ( or   n u m be r   of   pr o c esse d  sam p l e s)   s h o u l d   b e   c o nti n uo us l y   a nd   p r oper l y   ad j u s t e d   t o   enf o rc e  no min a l-frequ en c y   o p e ration   a   n   an d  h e n ce  ma in t a in   i t s   e x c el len t   h a r mon i c   rej e c tion .   T hi s  is  s c he ma tic a l ly  s how n   in  F i gur e   5  a n d  F i g u r e   6 .   Note   t ha t  the   s h ade d   r e c t an g l es  i n p h ase b  a n d   c   in   F i gure 5  ar e   s i mi lar   i n   c o n str u c t io n to tha t   o f   pha se   a .   The  pha se - l oc ke d  l o o p   P I D   c ontr o l l er   i n  F i g u r e   6   s ets  th e   lo op  f r e q ue nc y  s o   a s  to  e l i mi na t e   t he   p h a se  d i f fe r e nc e   ∆ .   T he  f r e quenc y    a nd  t h e   pha se   a ngle     e stim ated  b y  the  P L L  ar e  fe d  bac k   t o  the   var i a b l e   w in dow   w i d t h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  2 , June  20 1 9  :   103 4 –  1 0 48  1 042 SF T  to  c a l c u la te  t he  s ine  an d   cosine  f il ter s   w hose   ou t puts   are   use d   t o  expl ore  the   phas e   d iffere nc e  ∆ .  T h e  P LL  there f ore   a d jus t s  t h e  fr eque nc y  of  t he  S F T   s uch  tha t   w hen   i t  loc k s,   t he   S FT  w orks  a t  t h e  ac tua l   g ri d   fre que nc y.   I n  t h i s   c a s e ,   t he  f i l ter  fr equenc y   s h i f t s   t o     a nd   t he  ope rat i on  m ode  s h i fts  from   o ff-n om ina l   t o   nomi n a l   a n d   ∆   v a n i s hes.   T h i s   ar range me nt   p ro vide s  fa st   p h a se  d i f fere nc e  dete c tio n  w h ile  m a i n t ai n i n g   the   S F T  w e l l -kn o w n  exc e lle nt  h arm onic  r e ject i on.  F i gure  5   a n d   F i g u r e   6   to g e t h er  i llu st rate   t h e   s t r u c tu re   o f  t h e  pro pose d  S F T -P LL  t e chn i que .          F i gure   5.  S c h em atic r epre sent atio n  of t he  pro pos ed  v aria b l e  w i n dow width SF T  phase detector           F i gur e 6.  P hase-loc ke d l o op s c he ma tic  re p rese nta t i o n       5.   EXP E RIMENTAL   TES TING METHODOLOGY &  RESULTS   The   ex perim e n t al  t es t i n g   r ns u r es  t he  a p p lica b i l ity  o f  t h e  prop o se d  tec h ni q u e  i n   r ea l - tim e  sett ing  a n d   un der  prac tic a l   oper a t i ng  c o n d i tio ns  t ha t  ma y  v i o l a t e  som e   o f  t he  c o n s i d e re d   ass u m p t i ons  m ade   dur i ng  the   ma them at i c al  a nal y s i s.  T he  t e s t i n g   m eth o d   d e p en ds  on  ge ne rati ng   t he   v o l t a ge   v e c t ors  tha t   c onta i ns  t he  t a r get   tes t  cha rac t er is t i c s  (D C  of f se t , harm onic dis t ort i o n ,   m a gn it ude , fre q u e n cy  or pha se j um p   a n d   un ba la nc e   of the   three - p h ases)  u s i ng  o ffl ine   MATLA B   simu l a ti o n .  These  v o l t a g e  ve c t or s  a r e  sam p led  at  64  sa mp le  p er   pow er  cyc l e   (0. 0 2 sec )  a nd r e c o rde d  alo n g  w it h a n  a rra y of c orr e sp on d in g  tim esta m p s.  A lso  t h e   t r ue p hase a n g l e ,   the   true  f r e q u e n c y   a nd  t h e  true   m a gni tu de  w h i c h   a r e use d   f or  g e n era t in g  th e m   a re  s am pled  a nd  re cor d ed  f o r   s a k e  of  c o m par i so n  a nd  va l i da tio n.  T he n  t h ese  v o lta ge  v e c t ors  a r e   pl ay e d   b ack  i n  re al -ti m e   at   t h e   s a m e   sa mp li n g   rate   u si n g   d S P A C E  ds12 0 2   D SP   D / A   c ha nne ls,  rea d   b a c k  via   A / D   ch an n e l s   a nd   a re   u s e d   as  i n put s  t o   t he  S F T-P L L.  T he   o ut p u t  o f   t he  S F T - P LL  a r e  th e n   r e c orde d  i n   M A T   f i l es,  the n   c om p a r e d  w i t h   t he   t rue   v a lue s   tha t   a re   p r e -r ec or de d  to   c omp u te  t he  e r r ors.  T he   s am e  proce dure  i s   r e p e a t e d  w i t h  d αβ P LL  tech n i q u e  an d  the   err o r  in  bot h  ca ses  are   p l ot t e d  on  sam e   a xis  t o   c om par e   t he   p er for m a n ce  of  b ot h  te chn i que s.   T he   t es tin g  vo lta ge s a r e:   a.   50  H z   b ala n ce d  t h re e-pha se  ( pea k   E   =   2 20  V )   w ith  t he  f o l low i ng  tes t i ng  sce n ari o s :   H a r m oni c   d i s t or ti on   (com pose d  of thir d,   f ifth,   seve nth  a n d  n i nt h h a rm onic  c o mp one n t s  wit h   7 0%,  6 0 % ,  30 %  a n d  20 %  o f   t he  f und a m e n t a l   ma g n it ud e  re sp ect iv el y )   s wit c he d - on   a t   t = 1   s ec  an d   s w it ch ed-  o f f   a t   t = 1 . 5   s ec .  P h ase  jum p   of  π / 2   a t   t =2  s ec ,  fr eque nc y  ste p -up   o f   5   H z  at  t =2.5  s e c .   M ag n itu de   s te p-   u p  of  0 . 2   E  a t   t =3.5  s ec.  Ad di ng   D C   o f f s e t s  to   b al an ced   t h r e e -p h a se  a t   t =4  s ec ,  0. 1   E  to  pha se  A ,  -. 05  E  to  pha s e   B ,  -0.05  E  t o   p h a s e  C .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       Frequ e n c y adap ti ve   s lid in g   f o u r i e r   t r a n s fo rm f o r sy n c hro n i z i n g  VS I  t o  th e g r id  ( O sa ma   M.  Ara f a )   1 043 b.   U nba l a nce d   t h r ee - phase  i npu t  w ith  know in g  sym m e tr ica l   c om po ne nt s  stru c t u r e   a s   f oll o ws:   ma gn itude   o f  po s i tiv e   sequ e n ce  i s   220  V   a nd   i t s  a ngl e   i s  z e r o , mag ni tud e   of  n e g at i v e  se q u e n ce   i s   6 0   V  and  i t s  a n gle  is  - 150  deg. ,   ma gni tu de  o f  z e r o   s eq uenc e  is  20  V   a nd  its  a n g l e  is  1 0  de g.     I n  a l l  o f   t h e s e   t e s t s ,  t h e   e r r o r   i s  c o m p u t e d   a s  t h e  d i f f e r e n c e   be tw ee n  the  tr ue  q ua n tit y  a nd  t h e   e s tim ated  o ne .   In  t he  case   o f   u n b ala n ce d  t h ree - phase ,  the  true  va l u e  f o r   pha se   a n g le   e s tima t i o n  e r r o r   is  t he  pha se   a ngle   of  pha se  A   o f   the  p o s i t i ve   s e que nce.    Harm on i c   d ist o rtion  te st:   F ig ure   7  (a )  sh o w s  the  intr od u c ti o n   o f  ha rm oni c s   a t   t =1  s ec.   F igure  7  (b)   a nd  ( c )   show   t hat  d αβ P L L   gi ve s  cont inu o u s  o s ci lla t i on  in  e st im at i o n  of  b ot h  fr e que nc y  ( ± 20  H z )   a nd  angl e   ( ± 4  de g. )   w h ile  S F T -P LL   g i v e s   o s c i lla ti o n   i n  e s t i m a te d  f r e que nc y  ( ± 1H z)   f or   onl y  o n e   p o w e r   cyc l e .   O s c i l l a t i o n  in  e st im ated  a n g l e  c o n tin ues  f o r   one  pow e r   c ycle   a n d  er r o r   settl es  t o  z e r o   i n  f o ur   c yc l e s.              ( a )         (b )         (c)  F i gur e  7  ( a )   V o lta ge   o f  p h ase   A,   h arm onics  s w itc he d  on  a t   t = 1   s e c ,   ( b )   fr e que nc y  est i ma t i o n   e r r o r ,  har m on ics  sw itc he d  on  at  t =1  s e c ,   ( c )   pha se   a ng l e   e st ima tio n  er r o r ,   h arm onic s   s w itc h e d  on  at  t =1  s e c       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.