Int ern at i onal  Journ al   of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem s   ( IJ PEDS )   Vo l.   12 ,  No.   1 ,  M a r 202 1 , p p.  121 ~ 129   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v12.i 1 . pp 121 - 129          121       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   A   f ast an d robust  refe renc e cur rent ge nerat ion alg orithm fo r  three - phase sh unt active  power fil ter       Zakari a Che d ja r a 1 , Ah med  Masso um 2 , P atri ce Wir a 3 , A hmed S afa 4 ,  Abdel ma dj id  G ou ic hiche 5   1,2 La bora toi re   IC EPS ,   Univer sit é Djil ali  Li ab es  Si di  Be l  Abbes ,   Al gér ie   3 La bora toi re   IRI MA S Unive rsité de   H aut e   a lsac e ,   4  rue   des   frè r es  lum iè r e, Mulhou se  ce d ex, Fra nc e   4,5 La bora toi re   L GEP ,   Univer sit é Ibn  khal doun ,   Tiare t ,   Alg éri e       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le   hist or y:   Re cei ved   J u n   0 1,   20 20   Re vised  Jan   6 , 20 21   Accepte d  3  Fe b,   2021       The   id entificat io n  of  the  ref ere n ce   cur ren ts  consti tutes  an  im port ant   p art   o f   the   cont rol   of   the   ac t ive  power  fi lt e r.  Thi s  par t  r equi r es  a n  accurate   esti mation  of   th e  fre qu enc y,   pha se,   and  prop er  e xtra c ti on  of  the   l oad  cur r ent  har monics.  Thi s   ma k es  th e  mod el ing   more  diff i cul t   and  req uest s  a  rigorous   sele c ti on  of   tec hnique s  to  b e  u sed.   For  th e  sa ke  of  simp licit y ,   th e  dir ect   me thod   is  mo ti v at ed   by  the  need  for  the  simpl i ci ty   and   fle x ibi l it y  tha n   th e   exi sting   techniq ues  such  as  th e   insta n ta n eous  power  th eor y  a nd  dipha se   cur ren ts  me thod .   How eve r,   thi s  me thod  r equi r es  a  robust  ph ase - loc ked  loop   to  ex tract  the  uni ty  vol ta ges   and   a   robust  cont rol ler  to   estimate  the  ma gnit ud e   of  the   sourc e  c urre nt.   To  th is  end,   th is  pape r   proposes  the   hy brid  phase - loc ked   loop   (HP LL )   as   a   good   opti on   m ai nly   bec ause   1)   it  a c hie ves  ze ro   phase   err or  und e r  fre quenc y  d rifts ,   2)  Fast  dynamic  response,   3 )  t ota ll y  b loc k   the   DC   o ffset,  4)   From  th e  cont ro l  poin t  of   vie w ,   i t  is  a  type  1  control  sys te m   which  result s  in  high  stabilit y  margin.   To   t he   best   of  aut hors’  kno wledge ,   the   HP LL   has  n ot   b ee n   used  in  acti ve  power   fi lt e r  yet .   Further more,  a  n eur a l  PI   reg ulator  is  used   to  estimate  th e  ma gnit ud e  of  th e  source   cur ren t .   Simul ation   result s  show   th e   eff i cienc y   of  t he  proposed   tec hnique   and  il lus tra t e  al l   it s  int er esti ng  f eatu res.   For  the  sak e  of   com p ari so n,   th e  propos ed   method  is   com par ed  to   oth er  adv anced tec h nique s.    Ke yw or d s :   Ar ti fici al   ne ur a l netw ork   Shun t  act iv e  powe r fil te r   Synchr on iz at io n   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 :   Zakar ia  C he djara   Lab or at oi re  ICEPS    Un i ver sit é  Djil al i Li abes s idi  Be l  Abbes ,  A l gér ie   Emai l:   zakaria . ched ja ra @ gm a il .co m       1.   INTROD U CTION   The   incr easi ng   pe netrati on   of  distrib uted   ge ner at io n  ( DG)  s ources   int o  the   po wer  gri d  a nd  t he   proliferati on  of  dome sti c  no n - li nea r  loa ds  ha ve  pose d  serio us   powe r   qual it y  pro bl ems  an d  mad e  the  mit igati on  tas k mo re  dif ficult   than be fore  [1 ] - [ 8].   Shun t  act ive  powe r  filt ers  ( SA P F)   in   lo w - volt age  el ect r ic al   networks  remains  one  of  the  m os t  stud ie d  a nd  de velo ped  c omp ensati on  met hods.  H ow e ver,   the  s hunt  act i ve  powe r  filt e r  re mains   a  c omplex  strat egy   t hat  ne eds  a  th oro ugh  an d  care f ul  study  to  perfor m  well .  Eac h  par t  in  t he  SAPF  co ntr ol  al gorith m   performs   a  very  pr eci se  ta s k  and  de pe nd s   he avily  on  the  performa nce  of  the  oth e r  part s.  This  de penden c e   makes  t he  m odel ing  m or e  di ff ic ult  a nd   re quest s  a  ri gor ous  sel ect io n  of   t echn i qu es   to   be  us ed   as  s how n  I   Fig ure  1.     The  i den ti ficat ion   of  the  c ur ren t  ref e ren ce s   co ns ti tutes  an   imp or ta nt  pa r t  of   t he  c on t rol   of   act i ve  powe r  filt er.  T his  par t   re qu i r es  an   acc ur at e   est imat ion   of  t he  fr e quenc y,  ph a se,  an d  pro per  ext racti on  of  the   load   cu r re nt  ha rm on ic s.   T o  t his  e nd,  man y  identific at ions  hav e   been  r e porte d  in   the   li te ratur e   [9 ] - [ 22 ];   the y  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   121   –   129   122   can  ha ve  cat e gorize d  int o  t he  ti me  domain   a nd  f re qu e nc y  domain   a ppro a c hes.  T he  fr e quency  domain  s uch  as  the  discrete   F ourier   tra nsfo rm   ( DF T )   an d  rec ur si ve   DFT  [ 20] ,  t he  nonlin e ar  le ast   squa re  [21].  H ow e ve r,  these   te chn iq ues   require   a   co mput at ion al   dema ndin g,  a nd  it s  est imat ion   acc ur ac y  is  a ff ect ed   by   the   c hoic e  of   samplin g  fr e qu ency  a nd  wi ndow  le ngth,   the   ti me - domain   te chn i qu e s  s uc h  as  the  i ns ta nta neous   po w er   theo r y  (I P T) [ 4] ,  the  di ph ase  curre nt  method  ( DQ) a nd the  direct  [ 2 ] ,   [ 22 ].     All  these  te c hniq ues,   re gardl ess  of  thei r  str uctu re  diff e rence s,  ope rate  sa ti sfactor il y  un der   an  i deal  conditi on,  i n  wh ic h  t he  gr i d  volt age   is  fr e e  of  a ny  noise .  Howe ver ,   thi s  sit uatio n  al mo st  ne ver  oc cur s   in   pr act ic e  due  to   mo re  a nd  m ore  fr e qu e nt  po w er  qual it y  pro bl ems  (prese nce   of   harmo nics,  interha rm on ic s ,  DC   offset a nd asymmet rical  volt age  dro ps ).     The  most   wi de ly  us ed   te ch nique  is   the  phase - loc ked  lo op  ( PLL) ,  the   c onve ntion al   ty pes  su f fer  f r om   three  c riti cal   li mit at ion s:  1)  only   an   ap pro xi mati on  but  no t   a  tr ue  a mp li tu de  a nd  ph a se  a ng le   of  t he  posit ive  seq uen ce  c ompone nt  are  dete ct ed;  2)   the d et ect ed  posit ive  seq uen ce vo lt a ges  are d ist or te d  an d  un balanc ed;  3)   the dy namic  re sp onse  of t he  s ys te m is  sig nificantl y  a ff ect e d [ 23].   To  deal  with  t his  prob le m,  s om e   ef forts  f or   desi gn i ng  m ore  eff ic ie nt  PLL s  meth ods  ha ve   bee n  made   recently .  A  re view  of   recent   adv a nces  is  gi ven   in  [23 ].   These  e ffor ts  i mpro ve  the  filt ering   ca pa bili ty  an d   d ist urba nce  reject ion   a bili ty  of  PLLs   by  in cl ud in g  dif fer e nt  filt ers,  the   movin g  a ver a ge   filt er  (MAF) ,  the   Delaye d  Si gn a l  Ca ncelat ion   op e rato r  (DSC),  Sec ond - Ord er  Ge ne rali zed   In te gr at or  ( D SOGI )  a nd  ot her s .   These   te ch niques   suffe r   f rom  on e   or  m or e  on   the   f ol lo wing  shortc omi ng s:   1)   slo w  dynamic   re spo ns e,   2)   ineff ic ie ncy   unde r  la r ge  f re qu e nc y  dri fts  and   highly  dis torted  s ource  vo lt age ,  3)  are   le ss  at tract ive  to  deal   with the   DC - of fset pr ob le m , 4 )  re quire a  d ee p  sta bili ty an al ys is.   Fu rt hermo re,   t he  IP T   an d  D Q   re qu i re  a   lo w - pass   or  high - pa ss  filt er  t o  e xt ract  the   f unda mental   or  the   harmo nic  co m pone nts.  Howe ver,  these  kind s  of   filt ers  m ust   be  desi gn e d  c aref ully  in  ord er  to  a vo i d  er r on e ous   com pensat ion  ref e ren ce   sig na ls  duri ng  the   SAPF   operati on.  F or  th e  sa ke  of  sim plici ty,  t he  direct  method   requires   fe we r  cal culat ion s   ( does  not  necessi ta te   pr e - pr oces sing,  s uc h  as   hi gh - pas s  a nd  l ow - pa ss  filt ering,  i n  order   t o  se par a te   the  fun dame ntal  an d  the  ha rm on ic   c omponents )  tha n  I P T,  D Q  a nd   e nsures  bette r  acc ur ac y  and r obus t ness .   To  a ddress  t he se  issues,  t his  pap e r  proposes   the  hy br id   synch r onous/  sta ti on ar y  filt erin g  te ch nique   (H P LL)   with  t he  direct  meth od  [ 24]  as  good  op ti on  m ai nl y  becau se ,  1)   i t  achieves  ze r o  ph ase   er ror  unde r   fr e qu e nc y  dri fts,  2)  Fast   dy na mic  res ponse ,   3)  tot al ly   bl oc k  t he  DC   offse t,  4)   From   the   con t ro l   point   of  view ,   it   is  a  typ e  1  c on t ro l  s ys te m  wh ic h  res ults  in  hi gh   sta bili ty  ma rg i n.   T o  the  be st  of   a ut hors’   knowle dge,  the   HP LL  has  not  been  us e d  i n  a ct ive  powe r  fil te r  yet.  Be si de s,  a  ne ural   re gula tor  t o  e nh a nc e  the  dy namic   of   t he   DC   bus  volt ag e.            Figure  1. S hunt  acti ve  pow er  filt er contr ol   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       A fast  and ro bust ref ere nce c ur re nt g e ner ation al gorit hm for  t hr ee - phas e   sh unt  activ e   …  ( Z ak ar ia C he dj ar a )   123   2.   REFERE NCE  C U R RENT  GENER ATIO N USI NG  T H E DI RECT  M ET HOD   In  this  w ork,  th e d irect  meth od h as  bee n  ad opte d  as s how n i n  Fig ur e  2  [ 2].  Th ere a re thre e b loc ks  for  this  c on tr ol  str at egy .   T he   fir st  bl ock  est im at es  the   ma ximu m   c urren ts   of  the   s ource   us in g  a  pro por ti on al   integrat or  ( PI)   with   a   neural   ap proac h.  T he se  c urren ts   ta ke  c are   of   the   act ive  power  r equ i red  by  th e   act ive   filt er  an d  t he  losses  ge ner at ed  i n  the   in ve rter.   I ns ta nta ne ous  re fe ren ce   source   c urrent s  are  e valuat ed  by   mu lt iplyi ng  th e  est imat ed  m aximum  c urre nts  by  the  unit   volt age  vecto rs.   The   sec ond  blo c k  deter mi nes  t he  ref e ren ce   cu rrents  of   t he  filt er  wh ic h  a re  ob ta ine d  by  s ub t racti ng  f rom  the   re fer e nc e  source   c urre nts,  t he   instanta ne ous   load   c urren ts   a nd  c ompare d  to  t he  c urre nts  of  the   filt er.   T he  t hir d  blo c k  giv es   the   e rrors  w hic h  are  us ed  th rou gh a PW M   ( pu lse  w idt h  m od ulati on )  to  g e ne rate co ntr ol si gn al s  for t he  ac ti ve  filt er.            Figure  2. I den t ific at ion  st r uct ur e  of  ref e ren c e cu rr e nts  with  the  direct met hod       2.1.   Pro blem  formul at io n   With  the  direct   meth od,  the  i de ntific at ion   of  the  re fer e nce  c urren ts  de pend s  on  the  phase  est imat ion   al gorithm.  A  phase - l ock e d  l oop  is  t he  m os t   widel y  us e d  t echn i qu e   t o  re cov e r   a  balanc ed  s ys te m. Fig ur e  2  il lustrate s  the  c onve ntion al   S RF - PLL   (the   s yn c hro nous  re f eren ce   f rame).  Since  c onve ntion al   SRF - PLL   is  the  basic  str uctu re   for  im pleme nting   al m os t  al l  adv a nce d  P LL s,  a  br ie f   desc r ipti on   of  it s  op erati ng  pri ncip le   and  pro per ti es i s  fir st pr e sente d  [ 23] .             Figure  3. SRF - PLL  with L PF       In   c onve ntio na l  SRF - PLL ,  Cl ark e  a nd   Pa rk 's  t ran s f or m at ion s  ar e  ap pl ie d  to  volt ag e  sign al s  t o  trans fer   t hem  t o  the   s yn c hro nous  re fer e nce  f rame  (dq ).   T he   res ulti ng   dq  axis  sig nals  c onta in  the   phas e  a nd  amplit ude  e rro r  in f or mati on.   The  sig nal  co nt ai nin g  the  pha se  er ror,  he re  Vq,  passes   th r ough  t he  L F,  wh ic h  is   an  inte gr al   pr oport ion al   regulat or   (PI).  Th e  coope rati on   of   t his  re gu la t or   a nd  the  VC O  gua ran te es  a  zero   aver a ge ph ase  trackin g  er r or   at  n om i nal   an d non - nomi nal freq ue ncies in s te ady  stat e.  Note  that the u nit  vecto r  gen e rated   by  t he  VCO   [i.e.,  sin  a nd  c os ]   is   us e d  by   the   P D  (p a r k  tra nsf ormat ion)  t o  ge ner at e   the   ph ase  an d  amplit ude  er ror  inf ormat io n.   Also   note   that  the  PI   c ontr oller  outp ut  an d  t he  d - a xis  sig na ls  are  est imat es  of   t he   fr e qu e nc y  a nd magnit ud e  o f   t he  gri d  volt age , r especti vel y. The   d - axis   sig nal  is   tran smit te d  t o  a   lo w - pas s  filt e r   in  order  to   re je ct /a tt enu at e  the  possible  di sturbance s  a nd  acc ur at el y  e sti mate   the  m agn it ude   of  t he   gri d  vo lt age . Acco r ding to  the  re f,   the tra ns fe r fun ct ion   of SRF - P LL w it h ad diti on al   LPF  is  ( 1) :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   121   –   129   124   ˆ () c V k V s j k   + = −+   (1)     Figure  4  sho ws   the  fr e quenc y  respo ns e  of  ( 5)   f or  ω= 314  ra d/ s  an d  t hr ee   val ues  of  k.   I n  th e se  pl ots,  it  can  be  no te d  that  the  ne gativ e  fr e qu e nc y  is  interp reted  as  a  respo ns e  to  t he  ne gative  se qu e nce  vecto r  sign al .   The  fr e quenc y  res pons e   is  as ym met ric  ar ou nd  the  ze r o  a nd  it   pr ov i des  a   unit   gai n  with   zer o - ph a se  s hi fts  at  the  fun dame nt al   fr eq ue ncy   of   posit ive  sequ e nce,  w hile  offer in g  s ome   le vel  of   at te nu at io n  to  t he   same   neg at ive  se qu e nce  fr e qu e nc y.   The d yn a mic r esp on se  d e pe nds  on the  p a ra mete r k.           Figure  4 .   Bo de  d ia gram  of t he . S RF - PLL  w it h  L PF       As  m entio ne d bef or e  this tec hn i qu e  s uffer s   from  t he follo wing  s hortco m ing s:   1)   On l y  a n  a ppr oximat ion o f  t he  d et ect ed  am plit ud e a nd  ph a se  of the  posit ive  seque nce c ompone nts.   2)   Unde r  great ly  unbalance d  a nd  dist or te d  co ndit ion s:  T he  de te ct ed  fun da mental   co mpo nen t  is  unbala nced   and d ist or te d.   3)   T he  dyna mic  respo ns e  is  si gn i fic antly  re duced .  T hese  s hortco min gs   a re  the   main   mo ti vatio n  be hind   dev el op i ng the  advance d  te c hniq ues.      2.2.   DC   b us  volt ag e   PI   regulat ors  ge ner al ly   achie ve   a  good  c omp romise   betwee n  performa nce   and  c os t,  th at   is  w hy  the se  kinds  of  regula tors  are   us e d  in   80%   of  i ndus t rial   re gu la ti on  sy ste ms   [ 25 ] - [ 30 ].  Des pite  th is,  the   deter mi nation  of   th e  pa ramet ers  (P,  I )  is  not  obvi ou s  a nd  f unda mental ly  not  opti mal.  To  deal  with  these  chall en ge s,  we   pro po se   the  use   of  a  ne ural   ne twork  le a rn i ng  ca pab il it y  to   determi ne  the se   pa rameters .   F ig ur e  5  s ho ws  the   pr i nciple  of  thi s  te chn iq ue  where  an  ADAL I NE  with  t wo   weig hts  is  us e d:  0  as  the  pro portio nal  pa r amet er  and  1  as  a n  integral  par a m et er.  T hese  we igh ts  relat e  th e  errors  e( k)  a nd  e( k - 1)  at   ti me  k  an d  k - 1  to  the   ou t pu t  in  t he  li near   c ombinati on.  T he  er ror  is  def i ned   betw een  the  ref e rence   sign al   deliv ered   t o  the  re gula tor   and the  meas ured  ou t pu t  of th e sy ste m  to be  con t ro ll ed .           Figure  5 .  The   neural P I reg ul at or   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       A fast  and ro bust ref ere nce c ur re nt g e ner ation al gorit hm for  t hr ee - phas e   sh unt  activ e   …  ( Z ak ar ia C he dj ar a )   125   3.   THE  H - PLL   TE CHN I QUE   A  sc hemati c  di agr am  of  this  te chn iq ue  is   s how n  in  Fi g ur e  6.   F r om   the  con t ro l  po i nt  of  vie w,   this   te chn iq ue  is  a   typ e 1  sinc e  it   char act e rized  by  hav i ng  only  on e   integ rato r  in  it s  co ntr ol  loop  a nd  this  al lows   a   fast - dynamic  r esp on se   an d  hi gh  sta bili ty  ma rg i n.   T he   ke y  par ts  of  this   str uctu re  a re  th e   M A F  i n  dq  s pa ce  an d  DS C i n  αβ  s pa ce an d  this  is t he reaso n w hy  it  r efer red to  th e hybrid  PLL .             Figure  6 .   The   H - P LL st ru ct ure       3.1.   M AF   A  M A F  is  go od  al te rn at iv e  to  ma ke  the   S RF  immu ne  t o  the  un balance ,  ha rm on ic ,   an d  DC   offset.   The M AF   desc ribe d  as   ( 2) :     1 () w Ts M A F w e Gs Ts − − =   (2)     Wh e re  T w  is   the  le ngth   of  t he   MAF  wind ow,  t he  MAF  pa sses  the   DC   Com pone nt  an d  c omplet el y  blo c ks  the   f re qu enc y  c ompon ents  of  mu lt ipl e  inte ger s   from   ( 1 / T w)  in   her t z.  T his   is  t he   r easo n  w hy   t he  M A F   is  so meti mes  cal le d  (quasi - i deal  LPF ).   T his  sel ect ion   of   T w  is  a  tr adeoff  betwee n  excell ent  filt ering   capab il it y  a nd   fast  dyna mic  res pons e .  F or  e xam ple,  T w=T  rem oves   al l  harmo nic s  an d  DC   off set   but  unf or tu natel y,  this  sel ect ion  r esults  in   slo w   dy namic  res ponse .  Be si des,  to   achie ve  fa st  dyna mic  res pons e   sel ect ing  T w= T/2. In  this cas e, ho wev e r, t he  MAF  ca nn ot rej ect  the  DC   of fset [ 24].     3.2.   DSC   To  s olv e   this  pro blem,  we  use   the  op e rato r   (DSC)  i n  the   PLL  in put  [ 24].   DS C  is  a  fi nite  imp ulse  respo ns e  filt er  wh ic h  ca n be  de fine d  in  the  L aplace  do main  as         2   1 () 2 T js nn n ee D S C s  − + =   (3)     Wh e re  n  is  th e  delay  facto r,  and   it   s hould  be  dete rmin e d  ba sed  on  w hich  c ompo ne nts  are  to  be   rem ov e d. Acc ordi ng to ref , s el ect ing   n=2 to  re move the   DC   com pone nt.        4.   SIMULATI O N RESULTS   The  pro po se d  al gorithm  is  si mu la te d  us i ng   M at la b/Sim ulink.  T hr ee  scen arios  a re  in vest igate d:  idea l   so urce   co ndit ion s ,  unbala nc ed  a nd  disto rted,  DC   of f set   in   ord er   to   analyze   the   pe rformance   a nd  t he   eff ect ive ness   of  the   pr opos e d  al gorithm .  Si nce  th e  M CC F - PL L  is  mathemat ic al ly  e quivale nt   an d  pe rform   simi la rly  unde r   diff e ren t  op e r at ing   co ndit ions  to  so me  a dva nced   T ype  2  P LLs  su c h  as  de coupled  doubl e  SRF   ( D DS RF ),   (DS OGI),  m ulti ple  ref e ren ce  fr a me  PLL  ( M RF - PL L)  a nd  th e  fr e qu e nc y  a dap ti ve   disc rete  filt er   (F A DF)  with t wo stages  [3 0] ,  it  h as  bee n use d  as  a r e fer e nc e in e valuati ng  the pr opos e d  te chn i qu e .     4.1.   I deal  sour ce v olt ag e   This  sce nar i o  will   serv e  a s  a   ref e ren ce   f or   t wo   ot her   sce na rios .   Fig ur e   7  shows  the  be ha vior  of  the   act ive  power  filt er  un der  ide al   s ource   volt age   c onditi on.  U nder   this   c onditi on,  t he   act ive   powe r  filt er  l owere d  the  T HD  from   28%  to   1.71%  with  t he  pro posed  sche me  a nd  1.8 9%  with   the  M CC F - PLL .  Be sides ,  it   ca n  be   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   121   –   129   126   seen  t hat,  t he  pro po se d  sche me  is  fast  c ompa red  wit h  M CC F - PLL,   t o  be   m or e   ex act   the  H - PLL   ha ve   a   set tl ing   ti me  a bout  1  cycle   w hile,  the   M CC F - PL L  ha ve  2  cycles.   I n  a ddit ion ,   the   ne ura l  re gu la to r  en ha nces   the  DC   bus  volt age dy namic.                                           Figure  7 .   Sim ul at ion  r es ults  unde r hig hly u nbal ance d  s ourc e volt age: (a )  l oad  cu rr e nt a nd it s fre qu e nc y  sp ect r um ,  (b) s ource c urre nt a nd it s freq ue nc y  s pectr um   with the   M CC F - P LL,  (c)   source   current a nd it s  fr e qu e nc y  s pec trum wit h t he H - P LL,  (d)  DC   bus  vo lt a ge wit h  the  ne ur al   re gu la to r, (e )  DC   bus  vo lt a ge wit h  the cla ssica l PI  r e gu la tor       4.2.   DC   offset  cond i tion   In  t his sce nar i o, a  DC   co mpo ne nt of  ph a se ( a )  an d p hase  (c) +5 0v,  - 50v i s  add e d  t o  the  gr id volt ages .  Figure  8  sho w s  the   be ha vio r   of  the   act ive  powe r  filt er  unde r  DC   offset  c onditi on.  U nd e r  this   co ndit ion ,  t he   ( d )   (a)   ( b )   ( c )   (e)   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       A fast  and ro bust ref ere nce c ur re nt g e ner ation al gorit hm for  t hr ee - phas e   sh unt  activ e   …  ( Z ak ar ia C he dj ar a )   127   act ive  powe r  f i lt er  had   good   performa nces   on l y  with  the   pro po se d  sc he me  with  a  source  c urre nt  T HD   of   1.89%.  It can  be n oted  t hat the  prop os ed  alg ori thm is la rg el y bett er t han the  M CC F - PLL .                             Figure  8 .   Sim ul at ion  r es ults  unde r  DC   offset : (a) so ur ce  cur ren t a nd it s fre qu e nc y  s pectr um wit h t he MC CF - PLL, ( b)   sourc e cu rr e nt and it s f r eq ue ncy spe ct ru m  w it h t he  H - PLL  w it h  neural re gula to r,   (c)  DC   bus  volt age  with  M CC F - P LL,  (d)  DC   bus volt age  with  H - P LL a nd  ne ur al   regulat or       4.3.   Dist or ted source  volt ag e  co n ditio n   In  this  scena ri o,  the  sourc e  volt ages  are   un ba la nced  an d  di storted   with  t he   TH D   of  10. 31%.   Fig ure  9   sh ows   the  be hav i or  of  the   act ive  po wer  filt er  un der  unbalance d  an d  distor te d  c onditi ons.   U nd er  this   conditi on, t he  t wo sche mes c onve r ge  to  simil ar r e su lt s.     4.4.   Perf orm ance  com p ara is on   This  s ubsect io n  pro vid es   a   c omparati ve   stu dy  of  the   pr opos e d  H - PLL   a nd  the   neural  regulat or  to   extract  the  ma gn it ude  s ource   of  the  c urre nt  with  the  M CC F - PL L;  the  me thods   a re  co m par e d  acc ordin g  to  t he   fo ll owin g  sta ndpoints:   Unbal ance  r obust nes s,  f reque ncy  a dap ta bili ty,  dis tortio ns ,  DC   offset,  t he  dyna mic  of  so urce c urre nt  and  DC   bus  vo lt age.   Accor ding  t o  Table  1  a nd  Table  2 ,   t he  pro po se d  H - P LL  te c hn i qu e   with  a  ne ur al   re gul at or  i s   recomme nd e d  as  a  good  al te r native  mainly   because   it   ef fe ct ively  reject e d  the   un balanc e,  DC   offset,   a nd  the   harmo nic  c ompone nt  an d  offe rs  a  sat isfa ct ory  co m pro mise  bet ween  the  dynamic   res pons e,   fil te ring  capab il it y.       Table  1 .   T H D unde r  ci rc um st ance s   Table  2 .   C omp ariso n of t ransi ent r es ponse s    THD%   H - PL L   MCCF - P LL   Ideal con d itio n   1 .71 %   1 .89 %   Un b alan ce a n d  dis to rted   3 .48 %   2 .88 %   DC - o ff set   1 .71 %   1 9 .41 %     Settlin g  tim e   H - PL L   MCCF - P LL   Frequ en cy  step  chan g e   <2  cycles [24 ]   2 .5 cy cles [28 ]   So u rce  cu rr en t   1  cycle   2  cycles   DC   b u s v o ltag e   2  cycles   3  cycles     ( a )   ( b )   ( c )   ( d )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  12 , N o.   1 ,  Ma rch  20 21   :   121   –   129   128                 Figure  9 .   Sim ul at ion  r es ults  unde r dist ort ed c onditi ons: (a ) source  volt age  and it s freq ue nc y  s pectr um ,  (b)  so urce c urre nt  and it s freq ue nc y  s pectr um   wi th the H - PLL , (c)  source  curr ent and it s  fr e quenc y spectr um  with  M CC F - P LL       5.   CONCL US I O N -   In   t his  pa per   the  H - PLL  s ynch r on iz at io n  te chn iq ue  t o  e nh a nce  the  pe rformance  of   AP F  unde r   adv e rse  gr i d  c onditi ons  with  the  direct  met hod  is  pr es ente d.  The  main  a dvanta ge  of  the  pro po se d  met hod  is  the  fact  of  being  a ble  t o  w ork  unde r   ad ve rs e  gri d  c onditi ons   with   the   fas t - dyna mic  respon s e  a nd  with   high   sta bili ty  mar gi n.   The   ne ur al   PI   regulat or  is   us e d  t o  e nh a nc e  the  dynami c  of  the   DC   bus.  Sim ulati on  res ults  hav e   bee n  obta ined   a nd  s ho w  t hat  t he   pro po s ed   H - P LL   with   a  ne ur al   r egu la to r   is  a   ve ry  s uitable   f or  s hun t  act ive pow e r fi lt er.       REFERE NCE S   [1]   B.   K.  Bose ,   “ Gl obal   ene rgy  sc en ari o  and  i mpa c t  of  po wer  e le c tro nic s  in  21st   ce n t ury” ,  I EE E   Tr ans.  Ind.   El e ct ron. ,  vol.   60 ,   no .   7 ,   pp .   2638 - 2651 ,   Jul .   2013.     [2]   A.  Safa ,   E.  M.   Berkouk,   Y .   Mess le m,   and  A.  Gouichiche ,   “ An  im prov ed   slidi ng  mod e  cont roller  for  a  mul ti fun ct ion al  p hotovol taic   gri d - ti ed   inve r te r ” ,  J.   Re n ew. Sustain.  En ergy ,   vol .   9 ,   no   6,   p.   065506 ,   2017 .     [3]   X.  W ang   and   F.   Bla abjerg,  “ Har moni c   stab il i ty  i n  power   e le c tron ic  base d   power   s ystem s:  C on ce p t ,   mode l ing,  an d  ana lysis” ,  I EE E   Tr ans.  Smar t  Gri d ,   2018 ,   in the   p ress,  DO I:  10. 11 09/T SG . 2018. 28 12712.     [4]   A.  Safa ,   E.  M.  Berkouk,   Y.   Me ss le m,   and   A.  G ouic hi che ,   “ A  ro bust  cont rol   al g orit hm  for   a  multifunc t ional  grid - ti ed  inve rt er  to  enha nc e  th e  po wer  qual i ty  of  a   mi cro gr id   unde r  unbal an ce d  co ndit ions ” ,  Int ernati onal  Journal  of   El e ct rica l  Pow er  & Ene rgy   Syst e ms ,   vol. 100, pp. 253 - 264,   2018.     [5]   P.  Rodrígue z ,   J.   Pou,  J.  Berg as,   J.  I.   C ande l a,   R.   P.  Burgos,  et  D.  Boroyevich,  “ Dec oupl ed  do uble   synchronou s  ref ere n ce  fra me  PLL   for  p ow er   conv ert ers   contr ol” ,  IE EE  Tr ans.  Pow er  E le c tron. ,   vol.  22 ,   no .   2,   pp.   584 - 592 ,   2007.     [6]   H.  S.  Kam il,  D.  M.  Said,  M.  W.   Mus ta fa,   M.   R.   Miveh,   and  N.   Ahmad,   “ Low - v olt ag e  Rid e - thro ugh  Methods  for   Grid  connect ed  Photovolt aic  Sy stem s  in   Micro grids:  A  R evi e w  and  Futur e  P rospec t ” ,  In te rn ati onal   Journal  of   Powe r E le c troni cs  and  Dr ive  Sys te ms   (IJ P EDS) ,   vol.   9 ,   no .   4 ,   p .   1 834 - 1841 ,   2018 .     ( a )   ( b )   ( c )   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       A fast  and ro bust ref ere nce c ur re nt g e ner ation al gorit hm for  t hr ee - phas e   sh unt  activ e   …  ( Z ak ar ia C he dj ar a )   129   [7]   A.  Bouknad el,   N.  Ikke n,   A.   Ha ddou,   N . - E.  Ta r iba ,   H.   E .   Omar i,  and   H.   E .   Omar i ,   “ A  n ew  S OG I - PLL  metho d  base d  on  fuz zy  l ogic   for  gr id  con nec t ed  PV   inve rt er ” ,  Inte rnat iona l  Journal  of   Elec tri cal   &  Comput er  Engi ne ering   (IJ E CE) ,   vo l. 9 ,   no.   4 ,   pp .   2088 - 8708 ,   2019 .     [8]   H.  S.  Ka mi l ,   D .   M.  Said ,   M.  W .   Mus ta f a,  M.  R .   Miveh ,   and  N .   Ahmad,  “ Low - volt ag e  rid e - thro ugh  for  a  thr ee - phase   four - le g   ph otovol taic   sys te m  using   SR FP I  cont rol   str at egy ” ,  Int ernati onal  Journal  o f  E le c tric a l  an d   Computer  Engi n ee ring   (I JE C E) ,   vol.   9 ,   no .   3 ,   p.   1 524 - 1530 ,   2019 .     [9]   R.   Guzm an,  L .   G.  de   Vicuña,  J .   Moral es,   M.   Ca stil la,  et  J.  Mir et,  “ Mode l - Based   Control   for   a   Th ree - P hase   Shunt  Acti ve   Pow er  Fi lt er ” ,  IEEE  Tr ans.  Ind. Elec tron. ,   vol. 63, no .   7,   p p.   3998 - 4007 ,   2 016.     [10]   Thi rumoort h i,   P   &  T  D,  Rah en i ,   “ Adap ti ve   Me thod  for  Pow er  Quali ty  I mprovement   th rough  Minim izati on   of  Harm onic s   Us ing  Artif ic i al  Int el l ige nc e,”   In te rn at ional   Journal   of   Powe r E lectroni cs  and   Dr iv e   Sys te ms   (IJ PE DS) ,  vol.   8 ,   no .   1 ,   pp .   470 - 482,   2017 ,   8.   470 .     [11]   La xmi  Devi   Sah u,   Saty a  Prak ash  Dubey,  “ AN N  base d  Hybrid  A c ti ve   Pow er  Filt er   for  Har moni cs  El imination  wi th   Distorte d   Mains, ”   In te rnationa l   J ournal  o f   Pow er  E le c tronic s   and   Dr iv e   S yste m   (I JP EDS) ,   v o l.  2 ,   n o.   3 ,   pp.   241 - 248 ,   Sept em b er 2012 ,   ISS N:  208 8 - 8694.     [12]   M.  Jauha r i,  D.   C.   Ri awa n,   M.   As har i,   “ Control  Design   for  Shu nt  Act ive  Pow er   Filt er  B ase d   On  P - Q  Th eor y  i n  Photovolt aic  Gri d - Connec t ed  Sys te m, ”   Int e rnati onal  Journal  of   Powe r  Elec troni cs  and  Dr iv e  S y stem  (IJ P EDS) ,  vol.   9 ,   no .   3 ,   pp .   1064 - 1071,   Sep .   2018.     [13]   M.  Qasim ,   P.   Kanji y a,  et  V.   Khadkika r ,   “ Artific ia l - n eur al - n et wo rk - base d  ph ase - l ocki ng  s ch eme  f or  activ e  power   fil ters ” ,  IEEE  Tr ans.  Ind. Elec tron. ,  vol. 61, no .   8,   pp.   3857 - 3866,   2014.     [14]   D.  O.  Abdesl a m,   P.   Wira,  J.  Merc klé,  D.   Fli el l er,   and  Y. - A.   Chapui s,   “ A  u nifi ed   artificia l  neur al  net work   arc hi te c ture for ac t ive   pow er  fi lters” ,  IEEE  Tr ans.  Ind. Elec tron. ,   vol. 54, no .   1,   p p.   61 - 76 ,   2007 .     [15]   Z.  Ched ja r a,   A .   Mass oum,   S.  Mass oum,   P.  W ira ,   A.  Safa ,   an d  A.  Gouichich e,   “ A  novel   ro b ust  PLL  al go rithm   appl i ed  to  the  co ntrol   of  a  shunt  ac t ive   power   filt er  using  a   self - t uning  filter  concept , ”   in   2018  IE EE   Int ernati ona l   Confe renc e  on   I ndustrial  Techno logy   ( ICIT) .   IE E E ,   pp .   1124 - 113 1 ,   2018 .     [16]   S.  Ahmed,  G.  Madji d,   M.  Yo uce f,  T .   Ham za,   “ Re al - T im e   Co ntrol   of   an  Ac tive  Pow er  Fil te r   under   Distor ted  Volta ge   Condi tion ” ,  Int ernati on al  Journal  o f  P ower  Elec tronics   and  Dr ive  S yste ms   (IJ PE DS) ,   vol.  2 ,   no.   4 ,   pp .   424 - 433 ,   2012 .     [17]   S.  Biri c ik,   S.  R edi f,   Ö .   C.   Öz er d em ,   S.  K .   Kha dem ,   et   M.  B asu,   “ Re al - ti m e  co ntrol   of  shunt  a ct iv e  power  fi lt e r   under   distorted  g rid  voltage and  u nbal an ce d  loa d  c ond it ion  using s el f - tun ing  filter ” ,  IET  Pow er  Ele ct ron. ,   vol. 7,   no   7,   pp .   1895 - 190 5,   2 014 .     [18]   M.  A.  Omra n ,   I .   I.   Ibr ahi m ,   A.  Z.   Ahm ad,   M.   Salem,   M.   M.  Al me lian,   A.  Jus oh,   e t  al. ,   “ Comp ari sons   of  PI  an d   AN N  cont roll e rs  for  shunt   HP F  base d  on   STF - PQ   Algorit hm   un der   distor te d   gri d  voltage ” ,  Inte r nati onal   Journal   of  Pow er  Elec tronic s and  Dr ive Sy stems (IJPED S) ,   vol .   10 ,   no .   3 ,   pp .   1339 - 1346 ,   2019.     [19]   D.  M.  Soomro,   S.  C.   Chong ,   Z .   A.  Memon,  F.  A bbasi,   “ Pow er  q ual it y   im prov ement  in   QU CEST  la rka n a  ca mpus  by  using  three  t ypes  of  power  f il te rs ” ,  In te rnati onal  Journal  o f  Powe r  Elec tronic s  and  Dr iv e  S y stem s  (IJ PE DS) ,  vol.   8 ,   no .   4 ,   pp .   1876 - 1885,   201 7.   [20]   E.   L avopa,  P.  Za nch et t a,   M.   Sumner,   and  F.  Cupert ino ,   “ R eal - Ti m e  est im a ti o n  of  funda m ental  fre qu enc y  an d  har monics  for   a ct iv e  shunt   pow er  f il t ers  in   a irc r aft   elec tr ical   sys te ms ” ,  I EEE  Tr ans.  Ind.  E lectro n. ,   v ol .   56 ,   no .   8 ,   pp.   2875 - 2884 ,   Aug.  2009.     [21]   R.   Chud am an i,  K.  Vasudev an,  and  C .   S .   R ama li ngam,   “ R ea l - time   estimation  o f  power   sys te m   fre quenc y   using   nonli ne ar  l ea st   square s ” ,  IE EE Tr ans.  Powe r De l . ,   vol. 24, no. 3,  pp.   1021 - 1028 ,   J ul.   2009 .     [22]   Y.  Te rr ic h e,  J.  M.  Guerre ro ,   an d  J.  C.   Vasquez ,   “ Perform ance  i mprove m ent   of   shunt  active  po wer  filter   base d  on  non - li ne ar  l ea st - square   app roa ch ” ,  Elec tr.   Pow er  Syst.   Re s. ,   vo l. 1 60 ,   Jul.   2018 ,   pp .   44 - 55 ,   2018 .     [23]   S.  Golesta n ,   J .   M.   Guerre ro ,   an d  J.  C .   Vasque z,  “ Thr ee - ph ase   P L Ls:  A  r eview  of  recent  adv ances” ,  IEEE  Tr ans.  Powe r E le c tron. ,   vol. 32, no .   3,   p p.   1894 - 1907 ,   2 017.     [24]   S.  Golest an,  J.   M.  Guerr ero ,   A.   M.   Abus orra h,   and  Y.   Al - Turki,  “ Hybrid   synchr onous/stat iona ry   ref ere n ce - fr am e - fil tering - base d   PLL ” ,  I EE E   Tr a ns.  Ind. Elec tron. ,   vol. 62, no. 8, p p.   5018 - 5022 ,   A ug.   2015 .     [25]   G  Abdelm ad ji d ,   BM  Seghir ,   S  Ahmed,  M  Youce f,   “ Sensorl ess  slidi ng   mod e  v ec tor   con trol  of   induction   mot o r   drive s ”,   Int ernat ional   Journal  of   Powe r E le c troni cs  and  Dr ive  Sys te m (IJPEDS) ,   v ol.   2 ,   no .  3 ,   pp .   2 77 - 284 ,   2012 .     [26]   G.  Ima n e,   and  a l. ,   “ Neur al   ada pt ive   ka lman  filter   for  sensorle ss   v ec tor  cont ro l  of  induc ti on   mot or ” ,  In te rnationa l   Journal  of   Power   El e ct ronics   an d  Dr iv e  S yste m  ( IJP EDS) ,   vol .   8 ,   no.   4 ,   pp.   1841 - 1851 ,   2017 .     [27]   A.  Gouichiche ,   M.  Za b ar,  Z .   Ch edj ar a, A.   Saf a,  and  M. Tad ji ne ,   “ Expe r im en ta l   v al id at ion   of a  fau lt - tolera n t  con tro l   of  induction   mo tor  using   a   voting  al gor it hm ” ,   i n  2015  3rd   Inter nati onal  Con fer enc e   on  Contro l,   Engi n ee ring   &   Information  Tec hnology   (C EIT) ,  May   2015 .     [28]   I. Ghlib,  Y.   Mes slem ,   and   Z .   C hedj ar a,  “ AD ALINE - base d   spe ed  cont rol   for   i nduct ion   mot or   drive ” ,   in   201 9  Inte rnational   Co nfe renc e  on   Advance d  El e ct ri cal E ngin ee ring   (IC AE E) ,  Nov   2019 .     [29]   A.  Gouic hic h e,   A.  Safa ,   A .   Chi bani ,   and  M.  T a dji ne ,   “ Glob al   fa ult - tolera n t  cont r ol  appr oa ch  for  vec tor   cont rol   of   an  indu ct ion   mo t or” ,  Inte rnat iona l  Tr ansacti ons o n  Elec tri cal E ne rgy  Syste ms ,  vol .   30,   no.   2,   p.   e12 440,   2020 .     [30]   S.  Golesta n ,   M.   Monfare d ,   F.  D.   Freije do,   an d  J.  M.   Guerrero,  “ Per forma n c e  Improv em en t   of  a   pre f il t ered   synchronous - ref ere nc e - fra me   PL L  by   using  a   PID - type   loop  f il t e r”,   I EE E   Tr ans.  Ind.   Elec tron. ,   v ol.   61 ,   no.   7 ,   pp .   3469 - 3479,   Jul .   2014.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.