Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r   2020 , p p.   1958 ~ 1965   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 4 . pp 1958 - 1965           1958       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   An  im pr oved m eth od for effi cient cont rolling o f the dynami c  vo lt age r estore r to enh ance th e power  quali ty  i n the  distri bution  system       Ali B as im   M ohamme d 1 , M ohd  Aifaa M ohd Ari ff 2 ,  S of i a Najw a R amli 3   1   Faculty  of   Elec tri c al   and  El e ct r onic   Engi ne eri n g,   Univer si ty Tu n  Hus s ei n  Onn  Mala ysia ,   Ma la y sia.   2 ,3   Facul ty   of  Co mput er   Scie n ce  and  Inform at i on  Te chno logy, Uni ver siti   Tun  Hus sein  Onn Ma la ysi a,   Ma la ysi a.       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Dec   1 1 , 201 9   Re vised  Feb   12 , 2 0 20   Accepte d  J um   3 , 2 0 20       Thi s  pap er  rep r ese nts  a   low  co mpl exity  of   the  DV R  cont rol le r   by  using  a   robust  diffe ren ti at or  n amed  as  appr oximate  cl assic al   slid ing  mode   diffe ren ti a tor  ( ACS MD )  to  over come  the  dra wba ck  of   the  l inear   diffe ren ti a tor.  Additi ona ll y ,   ut il i ze   a  nonl ine a r  sl idi ng  var ia b le   n am ed   arcta n   func ti on   (sigmo id  func ti on)  in  orde r  to   ke ep  t he  m agni tud e  o f  the  loa d   volt ag e  appr oxi ma t el y  1pu,   the  THD  at   the   st anda rd  l eve l ,   i mprove   th e   robustness  prope rty  and   m ai nt ai n   th e   ste ady - state   err or   withi n   a   smal l   bound .   The   most  im por ta nt  issues  of  th e  power  sys te m  net work  are   p o wer  qual i ty,  the  major   probl em s  of   power   q ual it y   are  vol tage  sag /swell  an d  har moni cs   which  ca use   tr ip ping  or   m al fun c ti oning   of   the  e quipm ent.   Thi s   pape r   give s  an  e conom i c  an d  eff e ctive  solu t ion  by  u ti l iz ing   t he  dyna mi c   vol t age   r estore r   to  pro tect   th e   sensiti ve   loa ds   f rom  the  disturb anc es   th at  happ ene d   in   th e   sys te m  such  as  v olt ag e  sag/swell  and  har mon ic s.  The   proposed  sy stem   of  th e   DV R  is  inve stiga t ed  by  u tili zi ng  MA TL AB /Sim uli nk  to  e nhanc e  the  disturba nc es  wh en  i t  o cc urs   in   a   distri bu ti on   sys te m.  The  pr ese nts  DV R  mode l   is e v al u ated  by  u ti l iz i ng  s ome   of   th e  popul ar  vol ta ge   sag   in dic es .   Ke yw or d s :   Dynamic  volt age  resto rer     PI D  contr oller   Power q ualit y   Sli din g m od e  c on t ro ll er   Vo lt age  sa g/swe ll   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   M oh d Aifaa  Mohd  Ar i ff   Faculty  of Elec tric al  an d  Ele ct ronic E ng i neeri ng ,   Un i ver sit y T un Hussein  On n   M al aysia  ( UT HM) ,   86400,  M al ays ia .   Emai l:  aifaa@ uth m .edu. my       1.   INTROD U CTION     In  a  distrib utio n  s ys te m,   po w er  qu al it y  has   at tract ed  resea rch e rs  a nd  op e rators'  at te ntio n  du e   to   the   increme nt  of  t he  power   el ect ronic  eq uipme nt  an d  the   no n - li near   loa d  util iz at ion   [ 1].  T he   powe r  qual it y  issue s  su c h  as  volt ag e  sag  a nd  vo lt a ge  s well   aff ect   the  pe rfo rma nc e  of  the  c ons ume r  se ns it ive  e qu i pm e nt.  T hu s,  it   is   necessa ry  to   i mpro ve   the   qu al it y  of  t he  po wer  deli ver e d  to  the   us er .  In  pract ic e,  t her e   are   va rio us  m et hods  repor te d  to im pro ve  the  pow er quali ty in  t he  d ist rib utio n  ne twork . One of  the so l utions is t he  util iz at ion  of the   dynamic   volt age  resto rer  ( D VR)  t o  mit igate   the  ha rm on i cs  an d  co mp e ns at e  for  t he  volt age  sa g  a nd   swell   durin g  po wer  sy ste m   ope rati on  [2 - 4].   T he  DV R   is  util iz ed  by  c ontr olli ng  the   vo lt ag e   sou rce  c onne ct ed  in   series  bet ween  the  loa ds   an d  the  gri d.   It  is  use d  to  re gu la te   any   distu r bances  that  aff ect   sensiti ve  loa ds  [5 - 7].   In   th e  li te rature,  there  a re  se ve ral  typ es  of  D VR  co ntr ollers   repor te d,   s uc h  as  feed - f orwa r d  an d  fee dbac k  [8],   fu zz y  a nd a dapt ive prop or ti on al - integr al - f uz zy  c on t ro ll ers  [9].   Sli din g  m ode  c on t ro l  (SMC)   is  a  c on t ro l   met hod  us e d  with   the  DV R  t o  re gu la te   t he  vo lt age  s upplied   to  t he  t hr ee - ph ase  loa d.  SM C   is  prefe rr e d  in   va rio us  nonlinear   c on t ro l   a pp li cat io ns   du e  to   it s  fast   res pons e ,   easi er  to   imple ment,   an d  r obust   with  t he  va riat ion   of  the   s yst em  pa rameter s.  I n  the  li te rat ur e ,  the   S M C  f or  the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       An  i mp r ove d m et hod  fo r eff ic ie nt  co ntr olli ng o f t he  d y namic  vo lt age r est ore r to …   ( Ali  Basi m  M ohamme d )   1959   DV R  a ppli cat i on   is  re ported  i n  [ 10].  The   me tho d  use s  12 - s witc h,   3 - phase  vo lt age   sou rce  conve rter  to  pr ov i de  the  require d  c ompe ns at io n  fo l lowing   a  volt age  distu rb a nce.   Ne xt,   a  mu lt il evel  S M C   co m bin es   a  t hr ee - phase   inv e rter   an d  th ree  si ng le - phas e  in ver te rs  t o  i nject   the   vo lt a ge  c ompe ns at ion  to   t he  s ys te m  [11].  The   powe r   conve rters  a re  con t ro ll ed   by   the  SM C.   On  t he  oth e r  ha nd,   the  S M C  c on t ro ls   a  si ng le - phase  D VR  by  tun in g  the  par a mete rs   of   the   co ntr ol le r  [ 12] .  I n  [13],  t he  SM C   i s  util iz ed  with   the   DV R   to   address   the   iss ue  of   vo lt age   sa g  in   the  s ys te m,  s pe ci fical ly.  Th e  par ti cl e  s wa rm  op ti miza ti on  te ch nique  is   util iz ed  in  [14]   t o  est imat e  the   opti mu m   par a m et ers  of  the   S M C  t o  mit igate   the   T HD  of  t he  volt age.   T he   S M C  util iz ed  i n  t his   repor t  is   base d  on  the   sync hrono us   ref e ren c e  fr a me  to   obta in  the  D VR  re f eren ce   volt age.   The   majo rity  of   t he   SM C  repo rted  in  the  li te ratu r e  is  base d  on  a   var ia nt  of  a  li near   sli ding  va riable  wit h  a  li near   dif fer e ntiat or   to   ob ta in  t he  der i vative  of  the  e rror   functi on.  Althou gh   it   ha s  show n  sat isf act ory  pe rform ance  in  t he  va rio us  rep or t,   it s  ap pl ic at ion   is  li mit ed  to  the   pre sence  of  noise   the  mea sured   input  sig nal,   wh ic h  is  in evi ta ble    in pract ic e.   This  pap e r  presents  a  rob ust   SM C  te c hn i qu e   f or  D VR   to  a ddress  t he   li mit at ion   of  the  li near  con t ro ll er.   T he   meth od  is  bas ed  on  the  a ppr ox im at e  cl assic al   sli din g  m ode  diff e re ntiat or  ( ACS M D )  with  the   nonlinea r  sli di ng  va riable  (NSV).  In   t his  pa per,  the  sigm oi d  f unct ion  is  use d  to   de fine  t he  a pprop riat e  con t ro l   respo ns e  base d  on  t he  in put  t o  mit igate   t he  vo lt age   disturb ance  t hat  occ urre d  i n  the   s yst em.  T he  pro pose d  method  is   r obus t  a gainst  t he   presence   of  noise   in   the  me asur e d  i nput  si gn al .   Co ns e quently,  t his  al lo ws  t he   DV R   to   maint ai n  the   vo lt age   ma gn it ude   at   the  c on sta nt  va lue,  minimi ze   the   ste ad y - sta te   erro r  bound,  a nd   reduce   the   tot al   ha rm on i c   di stortion  of  t he   s ys te m.   F ol lowing   this   in tro du ct ory   sec ti on ,   the   pro pose d   method ology  of  t he  ACS MD  with  NSV   is  di scusse d  in   Sec ti on   2.  T his   se ct ion   el ab or at e s  on  the   ACS M D   i n  detai l,  the   sel e ct ion   of  t he  N SV  meth od,   t he  desc riptio n  of   the   te st  s yst em  m odel ,  a nd  the   perf ormance   ind ic at or  util iz ed  i n  t his  st udy.  Ne xt,   the   pr opos e d  meth odol ogy  is  a ppli ed,   a nd  t he  re su lt s  a re  a naly zed  i n  Sect ion   3. Fina ll y,  Secti on  4  c on cl ud e s the  work  pr e sente d  i n  this  p a per.       2.   METHO DOL OGY   This  sect io n  discusse s  the  method ology  pro po se d  i n  t his  stu dy.  T he   sect ion   sta r ts  with  the   el aborati on   of  the  ACS MD  te chn i qu e ,  f ollo wed   by  the  sel ect ion   of  the  N SV   a ppr oach.  The n,   the  te st  sy ste m   model an d  t he per forma nce e valuati on  meas ur e ment a re  di scusse d.     2.1   Ap pr oxim ate  cl as sic al  sli din g  m od e  dif fer entia to r   ( A CSMD )   The ASC M D   works  by esti m at ing  the  er r or   sign al     as in  (1 ).     = +   (1)     Fr om  t he  e qu a ti on ,    is  the   er ror  in   the  i nput   sign al ,     is  th e  obser ve r  dyna mic,    is  the  obser ve r   sli din g  va riabl e,  res pecti vel y.  The   obse rv e r  dynamic     is  obta ined  form   it s  de rivati ve  f unct ion   form ulate d  i n   (2).   I n  (2),  the   gai n    an d    ar e  the  sli ding  mode  dif fer e ntiat or   gain,  re s pecti vely .  T he   gai n    a nd     are   sel ect ed  to   for ce     goes   to   ze r o  a s   > | ̇ | .  Co ns e quently,   le t  th e  e sti mati on   of  ̇   be come   the   ou t pu t   of  the   fo ll owin g  l ow  pass fil te r  (L P F)  as  in ( 3) .     ̇ = − 2 ∗ tan − 1 (  )   (2)   ̇ + = 2 ∗ tan − 1 (  )   (3)     Fr om  (3),    is  a  ti me  co ns ta nt   of  the   lo w  pa ss  filt er  (LPF),   an d    is  the   L PF  ou t pu t,   res pecti vely .   Eve ntu al ly,   th e   de rivati ve   of  t he  LPF   ou t pu t   is  re pr ese nte d  as  in   (4).  T he  der i vative  of  t he  LPF   ou t pu t   is  the   ou t pu t  of the  AC SMD met hod [ 15].     ̇ = 1 ( − + 2 ∗ tan − 1 (  ) )   (4)     The  sel ect io n  of   t he  ti me  c onsta nt  of  the  L PF  a nd  the  gai n    are  very  c riti cal   to  the  perf ormance   of   the  ACSMD   te chn i qu e .  In  t his  st udy,  thes e  pa rameter s  a re  set   base d  on  t he  st udy  re ported   in   [ 15].  The se   par a mete rs  sho uld  be   sel ect ed   su c h  t ha t  (4)  i s  minimi ze d.  T her e fore,   these   two  par a mete r s  are   set   s uch  t hat  2    is  as  small   as  possible.  I n  this  study,    is  set   to   0.01,  a nd     is  s et   to  100,  res pe ct ively.  I n  a ddit ion ,     sh ould  be   set  small  eno ugh t o  el imi nate the  high - fr e qu ency te rm  in  t h e input e rror sign al .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   1958   –   1965   1960   2.2   Sli ding va ri abl e a ppr oach   2.2.1 .   Li near  PI D  sli ding v ariab le   The  pr oport iona l,  integral,  a nd  de rivati ve  (PID )  co ntr oller  has  bee n  util iz ed  in  the  var i ous  co ntr ol  app li cat io n  in   pr act ic e.  O ver  90%  of  the  i ndus tria l  process es  util iz e  P I D  i n  th ei r  daily  operati on  [ 16,  17]   due   to  it s  rob us tne ss,  ease  of   mainte na nce,  a nd  simpli ci ty  [ 18,   19].   The  PID  con t ro ll er  c ons ist s  of   pro portion al ,   integral,   an d  de rivati ve  gains   that  scal e  the  value  of  er ror    betwee n  t he  input  a nd   outp ut  of  the   co ntr oller .     In  the   sli ding  var ia ble  te chn i qu e ,  t he   sli ding  va riable      base d  on  t he  PID  c ontrolle r   is     represe nted usi ng (5).      = P ( ) + I ∫ ( )  + D  ( )  0   (5)     In (5) ,  P ,  I , and  D   r epr ese nt the  pr oport ion al ,  inte gr al ,  and  der i va ti ve  gai ns , res pecti vely .     2.2.2 .   Nonli near   sli ding va ri ab le   In  t he  f ollo wing it ems, t he  no nlinear  sli ding  var ia bles are p rop os ed . T he  sl iding va riable  will  co ntain   a non li nea r  te r m which  it  func ti on s t o  the  er ror  si gn al .     ( ) = ̇ + λ ( )   (6)     Wh e re  S( e )  is   the  li nea r  sli ding  var ia ble,  ̇   is  the  li near  der i vative  of  the  e rror,   λ   is  th e  sli ding  var ia ble  pa ra mete rs,   ( e )   is  a  li near   functi on   of  e .  T he  sli di ng   va riable  be comes   li near.   I n  the   act ual  sit uatio n,  S (e)  is  not  e qu al   to   zer o  i n  t he  sli ding  mode.   I nst ead,   S( e )  wil l  be   hi gh l y  osc il la te d  an d  bounde d  sign al s.   In  th e   f ollo wing  sub sect ion s,   t he  nonlinea r   sli ding  va riable   is  s uggeste d  w here  ( e )   is  a   nonline ar   functi on  of  t he   .  I n  a dd it io n,  the  rob us tnes s  will   be   te ste d.  This   will   s how   the   s uperio rity  of  t he   no nlin ear   against   the   li ne ar  sli di ng  var i able.  Eq uatio n  ( 7)  represe nts   a  mathe mati cal   f un ct io n  tha t  has   a   sig mo i d  c urve   or  S - s ha pe d  c ha rac te risti c  of  t he  c urve.   The   l og ist ic   f unct io n  s how n  belo w   is  the  sta nd a r d  belo w  c hoic e  for  a   sigm oid   functi on [2 0] .     ( ) = 1 1 + − =   1 +   (7)     Wh e re  ( )   is  t he   sli ding  var ia bl e  of  the   f unc ti on   x,  f rom  t he  i nformat ion  ab ove,  t he  si gmoid   functi on  is  m on ot on ic   a nd  ha ve  the   fir st  de r ivati ve  as  bell - sh a ped,  it   is  c on st raine d  by  a  pair   of  horiz on ta l   asym pto te s   as   x→  ±   ∞.   It  is   conve x  f or  va lues   is  le ss   tha n  0,  a nd  it   is   c on ca ve   f or  val ues   m or e   tha n  0.  F or   these s pecifica ti on s , s ig mo i d f un ct io n  a nd it s  aff ine   co mposi ti on s ca n p os se ss m ulti ple opt ima.     ( ) =     (8)     In  the   prese nt   w ork,  the   a r ct an  functi on  is  us e d  in   th e  co ns tr uctio n  of  t he  sli ding  var ia ble.  Accor dingly,  the slidi ng v a ri able b ec ome s;     ( e ) = ̇ + λ ∗ tan − 1 ( ∗ )   (9)     In   t his  eq uatio n.   S ( e )   is  the  sli ding  va riable,  α ,   an d   λ   are  the  sli ding  va riable  par a mete rs,   a nd  e  is  th e   input  er r or  sig nal.  As  i n  t he  pr e vious   tw o  c ases  of  t he  sli di ng  va riable,   th e  ulti mate   bound  on   the   er ror     ca n  be  est imat ed  v i a Ly a puno v  f unct ion as  fo ll ows;     V ̇ = { − λ ∗ t an − 1 ( α ∗ e ) + S } ∗ sign ( e ) ≤ − λ ∗ t an − 1 ( α ∗ | e | ) + ρ   (10)     Wh e re  V ̇   is  the  der i vative  of  L yapu nov  f unct ion,  sig n( e )  is  the  sig nal  f un ct ion ,  a nd  ρ   is  a  po sit ive   const ant,  t he ult imat e b ou nd on th e  er ror  ( )   is d et ermine d  as;     | e ( t ) | ≥ 1 α tan ( ρ λ ) , as   t → ∞   (11)     Fr om  t he  a bove   ineq ualit y,  th e  ulti mate   bo und  on    can   be  adjuste d  to   a  s uitable   value  vi a  a  pro pe r  sel ect ion   of  t he  d esi gn p a rame te rs   λ   an d  .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       An  i mp r ove d m et hod  fo r eff ic ie nt  co ntr olli ng o f t he  d y namic  vo lt age r est ore r to …   ( Ali  Basi m  M ohamme d )   1961   2.3   Vo l tage sa g  in dice s for per f orm an ce e valuat i on   In   orde r  to  e va luate   the  perf ormance  of  th e  pro posed  me thod,  se ve ral  volt age  sa g  in di ces  that  are   typ ic al ly  us ed   to  deter mine  t he  ef fecti ve nes s  of   t he  met hod  to  im pro ve  powe r  qu al it y  a re  co ns id ere d  i n  this  study  [21, 2 2].  The y  are  li ste d i n  Ta ble  1.       Table  1.   V oltage sa g  i nd ic es  for per forma nc e evaluati on   V o ltag e sag  ind ices   Fo rm u la   Para m eters  defin iti o n   Detroit Edis o n  Sag  Score  (SS)      = 1 − A + B + C 3   ,  ,    are  vo ltag e f o r  Ph ase A,  B ,  an d  C,  r esp ectiv ely   Vo ltag e Sag Los t  Energy   Ind ex   (VSL EI )     = T [ 1 − ( ) nom ] 3 . 14   nom   is th e no m in al vo ltag e,  V the  ph ase v o ltag e,  an d   T   is th e   tim e du ring  the v o ltag e sag .     Vo ltag e Sag Energ y  (  )   E VS = ∫ [ − (   ( ) ) ]        3.   APPLI CA TI ONS,  RESU L TS, AN D DIS CUSSIO NS   3.1.   The mo deli ng   of system  and  simul at i on   The   pro pose d  sy ste m   of   the   D VR  is   in ve sti gated  by  usi ng  M AT LAB /Si mu li nk  t o  s imulat e  the   disturba nces   w hen  it   occ ur s   i n  a   distrib utio n  sy ste m .   The   disturba nces   c on si der e d  in   th is  stu dy  a re   ba la nce d  sag,  un balance d  sa g,  balance d  s well ,  a nd  unbala nced  s we ll .  The   pa rame te r s  of  the   te st  syst em  model   ar e   ob ta ine d  i n  [ 23 ].   Fi gure  1  re presents  t he  s ys t em  un der   st udy.   T he  s ys te m  consi sts  of  an   AC  sou rce  that   feeds  the  tw o  feed e r s  thr ough   a  th ree - windin g  tr ansfo rmer.  Ea ch  feed e r  c on nected   to  a   wi nd i ng  tra ns f ormer  t o  su ppl y  the   re quire d  powe r  to   dif fer e nt  t yp e s  of  l oad s .  T he   D VR  c onnect ed  i n  se ries  with  the   sec ond  f eeders   to miti gate the   vo lt age  d ist urb ance  occurr ed  in  the  s ys te m  by inject in g  a  r e qu i red v oltage.           Figure  1. MAT LAB/Si mu li nk  of the  syst em  unde r  stu dy       3.1.1 .   Ca se  1: B alan ced t hree - p hase v olt ag e  s ag   A  balance d  volt age  sag  is  a ppli ed  to   the  s yst em  by  ov e rl oad i ng  the  l oa d  at   t= 0.1s  un ti l  t= 0. 15 s .  The n,   the  in du ct ion   m otor  in   the  sy ste m  is   ov e rloa de d  at   t= 0. 18 5s   unti l  t= 0. 2s.  Co ns e qu e ntly,  t he  volt age   amplit ude  is   re du ce d  i n  al l  th r ee  phases,   as  de picte d  i n  Fi gure  2( a ).   In  the   fig ur e,   the   volt age  is  re du ce d  from   the  nominal   vo lt age  to   0.709 6  pu   a nd  0.612   pu  for   the   tw o  op e rati ng  sit ua ti on s,   resp ect iv el y.  Co ns e qu e ntly,   the  D VR  se nse s  this  disturb ance  a nd  injec ts  a  r e qu i red  volt age  m ag nitu de  as   sho wn  in  Fi gure  2(b ).  As  a   resu lt ,  t he  volt age  a mp li tu de  at   the  loa d  si de   increas es,  a s  s how n  in   Fig ur e  2(c).   F ollo wing  the   co mp e nsa ti on ,   the  vo lt a ge  i nc reases   to   0.9 99 pu ,  0.9 992pu,   and  0.999 2pu  i n  Ph a se  A,  B,   and  C,   resp ect i ve ly.   In  a dd it io n,  the  total   harmo nic  distor ti on  (T H D)   at   t he  loa d  vo lt age   be f or e  com pensat ion  is  8.7 9.   T he  TH D  im prov e s  to  1.41   fo ll owin g  the   com pensat ion  of  the   propose d  D VR  te c hn i qu e .  The   r esult   disc us ses   in   t his  st udy  co rro borated   with the  r es ult  repor te d  in   [ 24 ].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   1958   –   1965   1962       (a)   (b)         (c)       Figure  2. Sim ul at ion  r es ults  f or b al a nced v ol ta ge  sag  b ase d D VR: (a )  the   un c ompe ns at e d  loa d v oltage,  (b)  t he  vo lt age  inject s  by DVR,  (c )  th e compe ns at ed  load v oltage .       3.1.2 .   Ca se  2:  Unbal an ced  volt age  sa g   In  this  stu dy,  t he  l oad  is  over loade d  at   t= 0.2 s  unti l  t= 0.3s.  On l y  phase  C   is  ap plied  t o  si mu la te   the   unbalance d  volt age  sag  c ondit ion .  Fo ll owi ng  this  distu rb a nc e,  the  vo lt age   amplit ude  is  r edu ce d  t o  0.4 996p u,   0.899 2pu,  an d  0.900 7pu  i n  Phase   A ,  B,   an d  C,  r es pecti vely ,  as  s how n  in  F igure  3  (a) .   T he n,   t he  D VR  de te ct s  the  vo lt a ge  sa g  a nd   ra pid ly   i nject   a   pr op e r  mag nitud e   t o  r egu la te   the   vol ta ge  at   the   loa d  side   as   in   Fi gure   3  (b).   C on se que ntly,  t he  volt age  am plit ud e  a t  al l  three  phas es  is  resto red  to  0.9 993p u ,   0.999 3pu ,  1.0 000pu   in  Ph ase   A ,  B ,  a nd  C ,  res pecti ve ly.  Fig ur e   3( c )  sh ows   the   c ompen sat ed   volt age  of  t his  case   study.   A ddit io nally,   the  T H D  at   the   loa d  im pro ves   f rom  15. 78,  be fore  t he  c omp ensati on,   to   1. 71  a fter  t he  c ompe ns at io n  us i ng  the   pro po se d D VR.           (a)   (b)         (c)       Figure  3. Sim ul at ion  r es ults  f or un balance d vo lt age  sa g bas ed DVR:  (a) t he   unco mp e ns at ed  loa d v oltage , (b)  the volt age  inj ect ed  by  D VR,  ( c)  the c ompe ns at ed  loa d vo l ta ge.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       An  i mp r ove d m et hod  fo r eff ic ie nt  co ntr olli ng o f t he  d y namic  vo lt age r est ore r to …   ( Ali  Basi m  M ohamme d )   1963   3.1.3 .   Ca se  3: B alan ce three - ph as e  volt ag e  sw el l    In  this   case   study,   the   loa d  i s  s udde nly  tu r ned - off  t o  sim ulate   the   vo lt a ge  swell   distu r ban ce   in   t he  sy ste m.   T he  volt age  s well   oc cur s   at   t= 0.1 s  un ti l  t= 0.2s .  Figure  4(a)   sho w s  the  volt age  s well   that  occur red  in  the  sy ste m .  T he   fig ur e  s hows   that  the  volt age  inc reases  from  the  nomi na l  vo lt age  t o  1.3 98pu  in  al l  phases.   Fo ll owin g  this   volt age  s well ing ,   the  DV R  sense  t his  dif f eren ce  a nd  inj ect   a  require d  volt age  ma gn it ud e.   Figure  4(b)   s hows  t he  ph ase   vo lt a ge   injec te d  by  the   pro po s ed  DV R  t o  com pensat e  f or   t he  loa d  vo lt age   diff e re nce.  Fig ur e   4(c)   re pre sents  t he  vo lt age  a mp li tu de   at   the   loa d  s ide  afte r  c ompen sat ion.  T he   res ult  ind ic at es  the  volt age  at   al l  phases  im pro ve s  to  0.9 998p u.  More ov e r,   t he   TH D  at   the  l oad   bus  be for e  the   com pensat ion i s 10.85. T he  c ompe ns at io n by  the pr opos e d D VR im prov e s t he  T H D  to  0.87.           (a)   (b)         (c)       Figure  4. Sim ul at ion  r es ults  f or b al a nce  vo lt age s well  b ase d DV R:   (a) t he   unco mp e ns at e d  loa d v oltage,  (b)   the volt age  inj ect s by DVR,  (c )  the  compe nsa te  load   volt ag e.       3.1.4 .   Ca se  4:  Unbal an ced  volt age  swell   This  case  c ons iders  a n  unbal anced  volt age  swell   occ urred  at   t= 0. 2s  unti l  t= 0. 3s.  I n  t his  operati n g  sit uation,  the   volt age   at   P has e  A ,   B,   an d  C   inc reases   to   1.4 08pu,   1.1 46pu,   an d  1.124 pu,   res pecti vel y.  T his  resu lt   is   obse r ved  in   Fi gure   5(a) .  Subse quently ,  t he  D VR  detect s  th e  dist urban ce   and   injec ts   a  require d  vo lt age  mag nit ud e  t o  mit igat e  the  volt age  di sturb a nce,  a s  sh ow n  in  Fi gure  5(b ).   Fi gure   5( c )  sho ws  th e  load   vo lt age   fo ll ow ing  the   co m pe ns at io n  us in g  the  pro posed   D VR.  I n  t he  fig ur e ,  t he  l oad  volt age  i n  Phas e  A ,  B ,  and  C   inc rease s  to  0.9 9 98 pu,  1.000 0pu,   0.9 994p u,   re sp ect iv el y.   Plus ,  t he  T HD   at   the  loa d  bu s  im pro ves  from   11.10 t o 0.85 a fter th e  com pe ns at io n.           (a)   (b)       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   1958   –   1965   1964     (c)       Figure  5. Sim ul at ion  r es ults  f or un balance d vo lt age  s well  base d DV R:   (a)  the  unc ompe nsa te d  loa d vo lt a ge,   (b)  the  volt age   injec te d by D V R, (c )  the  com pensat ed  l oad  vo lt age .       3.2.   Perfo r ma nce  eva lu ati on   Table  2  summ arizes  the  perf ormance  of  th e  pro posed  w ork  i n  mit igati ng  the  volt age  disturba nce.   The  pe r forma nc e  is  evaluated   by   util iz ing   the  in dices  na med    ,     an d    .  The   resu lt s  s how  that  th e   ACS M D   with   the   Ar ct a n  method   im pro ves   the   vo lt a ge   qual it y  i n  te rm s  of    ,     an d    .  T his   impro veme nt  i mp li es  t hat  the   ACS MD   with   the   A rctan   me thod  is   a ble  to   mit igate   t he  s ys te m   volt age   in  th e   pr ese nce  of the  b al ance d an d  t he unbala nc ed   vo lt age  sa g.       Table  2.   V oltage sa g  i nd ic es  for ACS M D  wi th ar ct an       Table  3  ta bu la t es  the   pe rform ance  c ompa rison  of  the  pro pose d  met hod  with  t he  m et ho d  repo rted  i n  [23].  T he   pe r forma nce  is   measu red  us in g  t he  i ntegral   ti me  a bs ol ut e  er ror  (ITA E).  Th e  distu rb a nces   consi der e d  in  this  study  are   simi la r  to  the   cases  discuss ed  in   the  pr e vi ou s  sect io ns .  Fr om  the  ta bl e,  the   pro po se d  D V R  method  outper forms   the  method  re ported  in  [ 23]  in   al l  cases.  The   res ult  impli es  that  th e   pro po se d w ork  minimiz es t he e rror i n  c ompe ns at in g  the  vol ta ge  as c ompa r ed  to  the  meth od in [ 23].         Table  3.   Illustr at e a compa ris on b et ween t he  r es ults in  [23 ] wit h  the  pr opose d wor k ACS M D  w it h arct a n   Op erating  con d itio n s   IT A E( DC )  [23 ]   IT A E  ( DC)   Balan ce vo ltag e sa g   1 .62 3   0 .11 1 9   Un b alan ce vo ltag e sag   1 .48 7   0 .17 5 2   Balan ce vo ltag e swell   1 .66 8   0 .12 3 8   Un b alan ce vo ltag e swell   1 .68 9   0 .07 1 2 7       4.   CONCL US I O N   In   c oncl us i on,   this  pa per   re ports  a  DV R  con t ro ll er  method  us in g  the   ACS M D  wit h  the  Ar ct a n  method.   T he  r esults  sho w  th at   the  pro pose d  met hod  is  a bl e  to  co mp e ns a te   for  the  volt age  in   the  te st  s ys te m   model  unde r  t he  bala nce d  volt age  sa g,   unbalance d  volt a ge  sa g,   balanc ed  volt age  s w el l,  and   unbal anced  vo lt age   s well .   F ollo wing  t he   c ompensati on,   the   T H D  at   the   loa d  bu s   is  al so  im pro ve d.  T he   co mpa rison  analysis  of   the   method  with  t he  meth od  re porte d  in  the  li te ratur e  has  bee n  disc us se d  in  this  pap e r.   T he   resu lt   ind ic at es  t hat  the  pro posed   m et hod  s how s  a   bette r  perf or m ance  i n  te r ms  of  IT AE   as  c ompa red  to   the   metho d  repor te d  i n  the   li te ratur e.   T his  impli es  t hat  the  AC SMD  with  the   Ar ct a n  met hod  is  a ble  to   co mp e nsa te   the   vo lt age  un der  var i ou s  volt age  d ist urba nces  bet te r  as co m pared to  the  meth od d isc us se d  i n t his  pap e r.       ACKN OWLE DGE MENTS     The  a uthor s  would  li ke  to   than k  U niv er sit i  Tun   H us s ei n  O nn  M al aysia  ( UT H M ),  Johor,  a n d  M inist r y  of  Ed ucati on  (MOE )   M al aysia   f or  t he  a wa rd  of  th e  gra nt  that   e na bled   this   rese arch  under  gr a nt  No.   H20 8.     Vo ltag e sag  ind ices   VSLE I  (pu )   E VS   (p u)   SS  (pu )   Fau lt typ e   Befo re   After   Befo re   After   Befo re   After   Balan ce vo ltag e sa g   3 .08 9 6   3 .78 7 6 × 10 - 8   1 2 .64 9 8   1 .14 0 0 × 10 - 4   0 .29 0 4   8 .66 6 7 × 10 - 4   Un b alan ced v o ltag e sag   1 1 .51 7 7   2 .48 1 1 × 10 - 8   2 7 .04 2 1   9 .80 0 0 × 10 - 5   0 .23 3 5   4 .66 6 7 × 10 - 4   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       An  i mp r ove d m et hod  fo r eff ic ie nt  co ntr olli ng o f t he  d y namic  vo lt age r est ore r to …   ( Ali  Basi m  M ohamme d )   1965   REFERE NCE S    [1]   A.  B.   Moha mme d,   M.  A .   M.  Ari f f,   and   S.  N.   Ramli,  “Power  qua li t y  im prov em en t  using  dynam i c  v olt ag e  restor er   in  elec tr ical  dist ribut ion  sys te m :   An  over vie w, ”   Indone sian   Jou rnal  of  El e ct ri c al  Engi ne ering  and  Computer   Sci en ce ,   vol .   17 ,   no.   1,   pp.   86 – 93 ,   2019 .   [2]   H.  Hafe z i  and   R .   Fara nd a,   “Dyn am i c  Volt age   C ondit ione r :  A  N ew  Conce p t  for  Smart   Low - Volt age   Distribu ti on   Sys te ms,”   I EEE  Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol .   33 ,   no .   9 ,   pp .   7582 – 7590 ,   2018.   [3]   J.  A.  K.  Moham me d,   A.  A .   Hus sein,   and  S.  R .   Al - Sakini ,   “Voltage   disturb anc e   mi ti g at ion  in  Ira q’s  low  volt age  distri buti on   sys t em , ”   Indone sia n  Journal   o f   E le c tric al   Engi ne ering  and   Com pute r  S cienc e ,   vol.  17,   no .   1,     pp.   47 – 60 ,   2019 .   [4]   A.  H.  Abed ,   J.  Rahe bi ,   H.  Sa ji r ,   and   A.  Far za m nia ,   “Protect ion   of  sensiti ve   lo ad s  from  v oltages  fluc tu at ions  in   Ira qi  grids  by   DV R, ”  2 017  IE E E  2nd  Int ernational  Confe ren ce  on  Aut omat ic   Control  and  Int el li g ent   S yste ms   (I2CACIS) ,   pp.   1 44 – 149,   2017 .   [5]   A.  Pakhar ia   an d  M.  Gupta,   “ Dynami c  Vol tage  Restore r  for   C  Ompensa ti o n  of  Volta ge  S ag  and  Sw el l  :  a  Li teratu r e  R evi e w,”   In te rnationa l  Journal   of   Ad v ance s  in   Eng ineering  &   Techno l ogy ,   vol.  4,   no .   1,   pp .   347 – 355 ,   2012.   [6]   D.  V.   Chinm ay  and  D.   V.   Chait anya ,   “Opt im um   design   of  dyn a mi c   voltage   rest ore r  for   vol ta ge   sag  mitigation   in   distri buti on   ne t work,”   In te r national  Journal   of   Powe r  E lectroni cs  and  Dr ive   sy stems   (IJ P EDS) ,   vol .   10 ,   no .   3,     p p .  1364 - 1372 ,   2019.     [7]   D.  Dana la kshm i ,   S.  Bugata,   and   J.  Kohila ,   “A  c ontrol   strategy  o n  power  qual i ty  im prove m ent   in  consume r  side  using  custom   po wer  device , ”  Ind onesian  Jour nal  of  Elec tric al   En gine ering  and  C omputer  Scienc e ,   vol .   15 ,   no.   1 ,     pp.   80 – 87 ,   2019 .   [8]   P.  T.   Ch eng,   J .   M.  Chen ,   an d  C.   L .   Ni,   “ Design  of  a  st at e - f ee db ac k  co ntrol ler  for  seri es  volt ag e - sag  com pensa tors, ”   I EE E   Tr ansacti o ns on  Industry A ppli cations ,   vo l.  45,   n o .   1 ,   pp .   26 0 – 267,   2009 .   [9]   P.  S.  Babu  and   N.  Kamaraj,  “ Perform ance  in vesti gation  of  dynam i c  voltag e  restor er  using   PI  and  fuz zy   cont roller,”  In te r nati onal  Con fe re nce   on   Pow er,   E nergy   and  Con trol  (ICP EC) ,   pp.   467 – 472,   2013 .   [10]   S.  Biri c ik,   H.   Komurc ugil,  and  M.  B asu,   “Sl idi n g  mode   con trol   s tra t egy  for  thr ee - phase   DV R  employing  twe lve - sw it ch  vol ta g e  source   conve rt e r, ”   IECON  201 5 - 41st  Annual  Confe renc e  o f  t he  I EE E   Indust rial  E lectronic s   Soci e ty ,   pp.   921 – 926,   2015 .   [11]   V.  F.  Pires ,   M.   Guerre iro ,   and   J.   F.  Silv a,   “Dyna mi c   vo ltage  r est ore r  using a   mu l ti le v el  conve r te r   with  a   novel  c el l  struct ure , ”   2 011  IEE E   EUROCON - Inte rnational   Confe renc e  on   C omputer  as a  To ol ,   pp .   1 - 4 ,   2011 .   [12]   S.  Biri c ik  and   H.   Komurc ugil,  “Opti mized  Sl idi ng   Mode  Control  t o  Maxim i ze   Exis te nce  Regi on   fo r  Sin gle - Phase   Dynami c   Volta g e  Restor ers, ”   IE EE   Tr ansacti ons   on  Industrial   Inf orm ati cs ,   vol .   12 ,   no .   4 ,   pp .   1486 – 1497,   2016 .   [13]   K.  Jeya r aj,  D.   D ura iraj,   and   A.   I.  S.  V el usamy ,   “ Deve lopment   an d  per for ma nc e   a nal ysis  of   PS O - opti mized   slidi ng   mode   con trol l er – base d  dynamic   volt ag e  restor er   for  power  quali ty  enha n ce m ent, ”  Inte rnat ional   Tr ansacti ons  on   El e ct rica l  En erg y  Syst ems ,   vol .   3 0,   no .   3 ,   pp .   1 – 1 4,   2019 .   [14]   N.  Kass arwa ni,  J.  Ohri,   and  A.   Singh,  “Per for m anc e   analysis  of  dynam i c  vol ta ge   restor er   using  modi fie d   slidi ng   mode   cont rol , ”   I nte rnational   Jou rnal  of El e ct roni cs  Letters ,   vol .   7 ,   no .   1 ,   pp .   25 – 3 9,   2019 .   [15]   S.  A.   Al - Sam arr ai e   and   M.   Hus sein   Mishary  Me ,   “A   Cha t te r ing  F ree  Slidi ng   Mod e  Obs erv er   wi th  Applic a ti on   to   DC Motor  Spee d  Control,”   Thir d  Scientific Conf ere nce of Elec tri cal   Engi ne ering (SCEE ) ,   pp.   259 – 264,   2018 .   [16]   Z.   R ayeen,  S.  T iwar i,  and   O.   Hanif ,   “Fra ct ion al  Order  PID   con trol ler  for   tuni n g  Inte r leave d   C uk   Converter,”   Inte rnational   Co nfe renc e  on   Elec tric al ,   Eng ineeri ng  (UPCON) ,   pp .   1 – 6 ,   2019 .   [17]   K.  J.  A.  and  T .   Hagglund,   “PID   cont rollers,  Theory,  design  and  t uning ,”   Re searc h  Tr iangl e  Park,  NC  Instrum ent   Soci e ty   o f Ameri ca ,   v o l. 2. 1995.   [18]   H.  O.   B ansa l ,   R .   Sha rma ,   and   P .   R .   Shree r aman ,   “PID  Contro ller  Tuni ng   T ec h nique s:   A  R evi e w,”  Journal   of   cont rol  engi ne ering  and  technolo gy ,   vo l. 2, no. 4,  pp.   168 – 176 ,   20 12.   [19]   A.  B asu,   S.   Mohanty,  and   R.   S har ma,   “De sign i ng  of   th e   PID   a nd  FO PID   cont r oll ers   using   con vent ion al  tuni ng   te chn ique s,”   201 6  Inte rnat ional   c onfe renc e  on   inventive   computati on  technologies  (ICICT) ,   vol .   2 ,   no.   1 ,   2016 .   [20]   J.  Han  and  C .   Moraga ,   “T h e  i nflue nc e  of   th e   sigmoi d   func tion  par a meter s  o n  the  spee d   of   bac kpropa g at ion   le arn ing, ”   In te r nati onal   Works hop  on   Art i fi c ia l  N eural  N et wo rks.  Springer ,   B erli n,   Heid el b erg ,   pp .   195 – 201,   1995.   [21]   A.  M.  Sae ed,  S.   H.  E .   Abdel   Al ee m ,   A.  M .   Ibra him ,   M .   E .   Ba lci,   and  E .   E .   A.   El - Z aha b,   “Power  cond it ion ing   using  dyna mi c   v olt ag e  restor ers   under   d iffe r ent  volt ag e  s ag  types , ”   j ournal   of   a dvanc ed   researc h ,   vo l.  7 ,   no.   1 ,     pp.   95 – 103 ,   201 6.   [22]   “IE E E  guid e  for   volt ag e  sag   indic es”   I E EE St d  15 64,   pp .   1 – 55 ,   20 14.   [23]   A.  I.   Oma r,   S.  H .   E .   Abdel  Al eem,   E .   E .   A.  El - Z aha b,   M.  Algab l awy,   and  Z.   M.   Ali,   “An  im prov ed  appr oa ch  for   robust  con trol  of  dyna mi c   vo l ta ge   r estore r   an d  power   qua li ty   enh ancem en t   u sing  gra ss hoppe r  opt im i za t ion   al gorit h m,”  IS A  t rans act ions ,   vol .   95,   pp.   110 – 129 ,   2019 .   [24]   F  II,  I.  “ IEEE  re com m ende d   pra ct i ce s  and   req uir em en ts  for   har m onic  cont r o l  in   e le c tri c al  power   sys te ms,”   New   Yor k,   NY   10017,   USA ,   1992.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.