I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o wer   E ng i neer ing   ( I J AP E )   Vo l.   9 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 0 ,   p p .   1 7 3 ~1 9 2   I SS N:  2252 - 8 7 9 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijap e. v 9 . i2 . p p 1 7 3 - 1 9 2          173       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a p e. ia esco r e. co m   Series a ctive  po w er f il ter   su pplied  by  f uel c ell    for   mitig a ting po wer quality   iss ues       Abda lla h B e n Abde lk a der,   O t hm a ne  Abdelk ha lek ,   Yo u s s ef   M o ulo u di,    M o ha m ed  Am ine H a rt a ni,  B ena bid   Sli m a ne   F a c u lt y   o Tec h n o l o g y ,   U n iv e rsit y   o f   Tah ri  M o h a m m e d   Be c h a r,   Alg e ria       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   2 5 ,   2 0 1 9   R ev is ed   Feb   1 9 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   Ma r   3 ,   2 0 2 0       In   th is  p a p e r,   th e   c o m b in a ti o n   o f   th e   se ries   a c ti v e   p o we fi lt e ( S APF )   with     fu e c e ll   (F C)  so u rc e   is  d e li b e ra ted .   Th e   FC   b a se d   o n   t h e   S APF   a ims   to   c o m p e n sa te  v o lt a g e   d e v iatio n o d istu r b a n c e th a o c c u in   t h e   sy ste m   c a u se d   b y   p o we q u a li t y   issu e s.  Th e   p ro p o se d   s y ste m   c o n sists   o f   a   fu e c e ll   so u rc e   c o n n e c ted   to   th e   DC  l in k   th r o u g h   two   DC - DC   c o n v e rter s,  th e   first   e x t r a c ts   t h e   m a x i m u m   p o w e r   o f   t h e   F C   s o u r c e   t h r o u g h   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n   ( P WM )   si g n a ls  g e n e ra ted   fro m   t h e   m a x imu m   p o we p o i n trac k e ( M P P T )   c o n tro ll e r.   T h u s,   th e   se c o n d   c o n v e rter  is  u se d   to   re g u late   th e   h i g h   v o lt a g e   sid e   o th e   c o n v e rter  th ro u g h   c lo se d   c o n tr o lo o p s,  i n   a d d i ti o n   t o   a   v o lt a g e   s o u r c e   i n v e r t e r   ( V S I )   a n d   a   s e r ie s   i n j e c t i o n   t r a n s f o r m e r .   De s p i t e   o f   f lu c t u a t i o n s   o f   t h e   D C   l i n k   d u r i n g   t h e   c o m p e n s a t i o n   o f   t h e   n e e d e d   e n e r g y ,   M P P T     a n d   c l o s e d   c o n t r o l   l o o p s   g e n e r a t e   P W M   s i g n a l s   t o   t h e   s w i t c h i n g   d e v i c e s   o DC - D C   b o o s t   c o n v e r t e rs   i n   o r d e r   t o   e x t r a c t   m a x i m u m   f u e l   c e l l   p o w e r   a n d   t o   m a i n t a i n   t h e   b u s   v o l t a g e   w i t h i n   i t s   l i m i t s   a n d   a r o u n d   i t s   r e f e r e n c e   v a l u e r e s p e c t i v e l y .   T h e   p r o p o s e d   t o p o l o g y   i s   s i m u l a t e d   i n   M A T L AB / S i m u l i n k   s o f t w a re ,   w h e r e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s h o w   t h a t   t h e   p r o p o s e d   F C   b a s e d   S A P F   c a n   e f f i c ie n t l y   r e d u c e   p r o b l e m s   o f   v o l t a g e   s a g s - w e l ls   a n d   h a r m o n i c s .   K ey w o r d s :   DC - DC   co n v er ter s     DC   lin k     Fu el  ce ll   M ax im u m   p o wer   p o i n t tr ac k er   P u ls wid th   m o d u latio n   Ser ies ac tiv p o wer   f ilter   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ab d allah   B en   Ab d elk a d er ,   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  o f   E n g in ee r in g ,   T ah r i M o h am m ed   B ec h ar   Un i v er s ity ,     B P 4 1 7   R o u te  d eKe n ad s a,   0 8 0 0 0   B ec h ar ,   Al g e r ia.   E m ail:  Ab d allah b en a b d elk ad e r @ y ah o o . f r .       1.   I NT RO D UCT I O N   Giv en   th d em an d   o f   im p r o v in g   th p o wer   q u ality   es p ec ially   in   in d u s tr y ,   wh er th cr itical  eq u ip m en t   an d   s en s itiv lo ad s   ar wid ely   u s ed   an d   th e ir   p o wer   s u p p ly   s h o u ld   n o t   in ter r u p ted .   Her e,   u n in ter r u p ted ,   clea n   an d   r eg u lated   p o wer   s u p p ly   is   r eq u ir e d   wh en   f ee d in g   lo ad s   th at  h a v im p o r tan task s .     I n   o th er   h a n d ,   m o s co m m o n   v o ltag d is tu r b an ce s   ap p ea r   in   alter n ativ cu r r en ap p lian ce s   AC   p r o v id in g     r ed u ctio n   in   v o ltag a m p litu d k n o wn   as  s ag .   T h u s ,   s ag   an d   in te r r u p tio n s   p r o v id m o s o f   th i n d u s tr ial   p r o b le m s   ( 9 0 %)  th at  af f ec th eir   s u p p ly   q u ality   [ 1 ] .   Oth er ,   s well  p r o b lem   is   also   am o n g   d is tu r b an ce s   th at   af f ec th p o wer   q u ality ,   wh i ch   is   d ef in ed   b y   r is in g   in   v o ltag am p litu d ab o v its   n o m in al  v alu [ 2 ] .     I n   ad d itio n ,   h a r m o n ic  d is to r ti o n   ca n   p r o v id h u g p r o b lem s   in   th wh o le  o f   th p o wer   co n v er s io n   ch ain   s u ch   as  h ea tin g   th s y s tem   co m p o n en ts ,   m ec h an ical  o s cillatio n s ,   u n p r ed ictab le  b eh a v io r   o f   p r o tectin g   d e v ices,     an d   m ay   ca u s d am ag e   [ 3 ,   4 ] .   Du to   th ese  p r o b lem s ,   it  is   n ec ess ar y   to   ap p r o v p r o tectin g   d ev ices  an d   e f f ec tiv s o lu ti o n   to   s o lv e   s u ch   d is tu r b an ce s .   I n   th is   p ap er ,   we  f o cu s   o n   s er ies  ac tiv p o wer   f ilter   SAPF   in   o r d er   to   m itig ate  s ag - s wel l   an d   h ar m o n ics  [ 5 - 8 ]   th at  af f ec o u r   s y s tem .   SAPF   h av th s am to p o lo g y   as  th e   ac tiv f ilter ,   with     an   ex ce lle n d y n a m ic  ca p ab ili ty   to   r esto r th lo ad   v o ltag to   n o m in al  v alu with in   f ew  m illi s ec o n d s   as   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8 7 9 2   I n t J   Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.   9 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 0 :   1 7 3     1 9 2   174   well  p r o v id in g   p o wer   d is r u p tio n   to   th s u p p lied   lo ad s .   I n   o th er   r esear ch es,  th s er ies   to p o lo g y   aim s   t o   co m p en s ate  th e   s ag   with   ac t iv p o wer   [ 9 ].   I n   p o wer   q u a lity   d o m ain ,   v a r io u s   p a p er s   h as  u s ed   class ical    an d   in tellig en co n tr o ller s   in   o r d er   to   im p r o v th s tab ilit y ,   r o b u s tn ess   an d   ex ce llen d y n am ic  r esp o n s o f     th APFS   as m en tio n ed   in   [ 4 ,   10 - 12 ].   T h s er ies  AP s y s tem s   n ee d   ce r tain ty   to   p r o v i d ac tiv p o wer   in to   th p o wer   s y s tem   to   m ain tain     th lo ad   v o ltag lev el  d u r in g   v o ltag s ag .   At  th s am tim e ,   th p o wer   f lo in   th s er ies  SAPF   s y s tem   h as  d r asti ca lly   in cr ea s ed   d u r in g   t h s o u r ce   v o ltag e   s ag .   T h u s ,   ad d itio n al  en e r g y   s o u r ce s   n ee d   to   b ad d ed   i n to     th s er ies  APF  s y s tem   DC - lin k .   Ho wev er ,   FC   ca n   ca u s th e   n eg ativ ef f ec ts   o n   th ex is tin g   p o wer   s y s tem s .   T h at  is ,   s o m p o ten tial  p r o b lem s   m ig h b o cc u r r e d   s u ch   as  v o ltag e   v a r iatio n ,   p r o t ec tio n ,   h a r m o n ics,     an d   p e r s o n n el  s af ety .   T h e   FC   is   in ter f ac ed   in   th AC   an d   DC   d is tr ib u ted   s y s tem   b y   u s in g   p o wer   elec tr o n ic  cir cu its .   T h DC   v o ltag e   m u s b lim ited   with in   a n   ac c ep tab le  r an g d u r in g   s tead y   s tate  an d   d y n am ic   co n d itio n s   b y   u s in g   s u itab le  co n tr o s tr ateg ies.   T h is   p ap er   p r o p o s es  co m b in ed   o p er atio n   s y s tem   o f   SAP an d   f u el  ce ll,  wh ich   is   co n n e c ted   to   th e   d lin k .   T h ad v an t ag o f   th p r o p o s ed   s y s tem   o v er   th SAPF   is   to   co m p en s ate  th e   v o ltag in ter r u p tio n ,   as  well  as  th e   v o ltag e   s ag ,   h ar m o n ics.  T h e   o p e r atio n   o f   t h p r o p o s ed   s y s tem   was v er if ied   th r o u g h   s i m u latio n s   with   MA T L AB /Si m u lin k .       2.   SYST E M   DE SCRI P T I O N   T h o b jectiv o f   th is   s tu d y   is   to   s u p p ly   th SA PF   w ith   SOF C   s o u r ce   th r o u g h   d c - d b o o s co n v er ter s   to   ex tr ac th e   m ax i m u m   p o wer   o f   th FC   an d   s ta b ilize  th o u tp u o p e r atin g   v o l tag o f   th e   DC   lin k ,   wh ile  co m p en s atin g   v o ltag f lu ctu atio n s .   T h m o d u le  f r am ewo r k   is   s h o wn   in   F ig u r 1 ,   wh er s en s itiv th r ee - p h ase  l o ad   is   s u p p lied   b y   t h r ee - p h ase  s o u r ce   th r o u g h   t h r ee - p h ase  im p e d an ce .   T h in jectio n   m o d o f   th SAPF   is   ac h iev ed   th r o u g h   th r ee - p h ase  tr an s f o r m er ,   w h er lin e   v o ltag es  o f   th e   lo ad   ar r esto r ed   a r o u n d   its   r ef er en ce   v alu es  d u r in g   th ap p lied   v o ltag e   d is tu r b an ce   at  th g r id   s id e.   T h s to r ag e   u n it  ca n   b r ep lace d   b y   th SOFC   with   its   co n v er s io n   ch ain   as v iewe d   in   th Fig u r 1       L O A D                     Vs S o u r c e   V o l t a g e    I n j e c t i n g t r a n s f o r m e r AC V i n j V _ L oa d C f R f L f C 1 C 2 S 1 S 2 S t o r a g e   u n i t       Fig u r 1 .   Ge n e r al  co n f ig u r atio n   o f   th e   SAPF - FC   s y s tem       2 . 1 .   M o delin g   a nd   cha ra ct er is t ics o f   SO F C   T h o p er atin g   p r in ci p al  o f   t h FOFC   d ev ice  is   b ased   o n   th elec tr o ch em ical  r ea ctio n   b etwe en   h y d r o g en   a n d   o x y g en   ac r o s s   s o lid   elec tr o ly te,   in   o r d e r   to   g en er a te  e lectr icity .   E x ac tl y ,   th O²  io n s   ar e   co n s tr u cted   at  th ca th o d s id e,   wh er th o x y g en   ac ce p ts   e lectr o n s   f r o m   th lo a d   cir cu it.   T h p r o d u ce d   io n s   ar tr an s f er r ed   af ter war d   to   th an o d th r o u g h   th elec tr o ly te,   an d   th en   co m b in ed   with   h y d r o g en   to   f o r m   wa ter .   T h r esu lts   o f   th is   r ea c tio n   ar t r an s f er r e d   th r o u g h   t h lo ad   cir cu it  to   th e   ca th o d e   [ 1 3 ] .   T h ess en tial  r ea ctio n s   o f   th SOFC   ar th f o llo wi n g ,   at  th e   ca th o d e:     2 + 4 1   2 2                 ( 1 )     at  th an o d e:     2 + 2 1 2 + 2 2                 ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   Ap p l Po wer   E n g   I SS N:  2252 - 8 7 9 2       S eries   a ctive   p o w er   filt e r   s u p p lied   b fu el  ce ll fo r   mitig a tin g   p o w er q u a lity … ( A b d a lla h   B e n   A b d elka d er )   175   th o v er all  r ea ctio n   is :     2 + 1 / 2 2 1 2                 ( 3 )     th d y n a m ic  m o d el   o f   th SO FC   is   d etailed   in   r ef er en ce s   [ 1 3 - 1 8 ] .   Fo llo win g   ex p r ess io n   r e p r esen ts   th o u tp u t v o ltag o f   th s tack   d ev ice:      = (   )             ( 4 )     T h o h m ic  lo s s es   V   o h m   is   ca u s ed   b y   elec tr ical  r esis tan ce   o f   elec tr o d es,  th e   r esis tan ce   to   t h f lo o f   io n s   in   th elec tr o ly te,   wh ich   c an   b d e d u ce d   b y   O h m s   law.     2 . 1 . 1 .   O hm ic  lo s s es   T h ese  lo s s es  ar d u to   th o p p o s itio n   o f   elec tr o n s   th r o u g h   th a n o d es  a n d   t o   th r elo ca tio n   o f   p ar ticles th r o u g h   th elec tr o l y te.   I n   ad d itio n ,   th in te r co n n ec tio n s   o r   b ip o lar   p lates o f   th F C   s o u r ce   ar ad d ed   to   th o h m ic  lo s s es [ 1 3 - 1 5 ] .     =                    ( 5 )     wh er r   is   th in ter n al  r esis tan ce   an d   i fc   is   th f u el  ce ll st ac k   cu r r en t.     2 . 1 . 2 .   Act iv a t i o n lo s s es   T h is   lo s s   is   ca u s ed   b y   th s lu g g is h n ess   o f   ch e m ical  r ea ct io n   th at  tak es  p lace   o n   th s u r f ac o f   elec tr o d es.  d r o p   v o ltag p r o d u ce d   b y   th f u el   ce ll  is   ca r r y i n g   th r ea ctio n   f o r wa r d ,   wh ic h   tr a n s f er s     th elec tr o n s   to   o r   f r o m   th ele ctr o d [ 1 3 ] .   T h ac tiv at io n   lo s s   v act   is   g iv en   b y :      =  2  ln (  )                 ( 6 )     wh er R   is   th id ea g as  co n s tan t,  T   i s   th tem p er atu r e,   an d   F   is   th Far ad ay   co n s tan t.  T h co ef f icien α  r ep r esen ts   th elec tr o n   tr an s f er   o f   t h r ea ctio n   at  th elec t r o d e,   a n d   i fc0   is   th e x ch an g e   cu r r en t   o f   t h f u el     ce ll st ac k .     2 . 1 . 3 .   Co ncent ra t io n lo s s es   T h ese  lo s s es  ar k n o w n   as   m ass   tr an s p o r l o s s es  an d   ar ca u s ed   d u to   th r e d u ctio n   i n     th co n ce n tr at io n   o f   r ea ctan ts   in   th r eg io n   o f   th elec tr o d wh en   th f u el  is   co n s u m ed .   T h co n s u m p tio n   o f   r ea ctan ts   at  r esp ec tiv elec tr o d es,  i.e .   h y d r o g e n   at   th a n o d an d   o x y g en   at   th ca th o d lead s   to   s lig h t   r ed u ctio n   in   th r ea ctan ts   co n ce n tr atio n s ,   wh ich   ca u s d r o p   in   p ar tial  p r ess u r o f   g ases   r esu ltin g   in   d r o p   v o ltag th at  p o r tio n   o f   th e   elec tr o d ca n   p r o d u ce   [ 1 3 ] .   T h c o n ce n t r atio n   lo s s   v conc   is   d ef in ed   b y   ( 7 ) :      =  2  ln ( 1  )                 ( 7 )     wh er if cl  is   th lim itin g   cu r r e n t.   T h Ner n s t   eq u atio n   is :      =    2  ln ( 2 2 2 )             ( 8 )     wh er v   s tan d ar d   is   th o p en - cir cu it  p o te n t ial  at  th s tan d ar d   p r ess u r es.  p H2   p O2   an d   p H2O   ar th e   p ar tial   p r ess u r o f   h y d r o g e n ,   o x y g en   an d   wate r   r esp ec tiv ely .   T h u s ,   th ese  p r ess u r es  ar d ef in ed   in   ( 5 ) ,   wh ich   ar as   f o llo w:     2  = 1 2 2 + 1 2 2 ( 2  2  )             ( 9 )      2  = 1 2 2 + 1 2 2 ( 2  2  )             ( 1 0 )     2  = 1 2 2 + 1 2 2 2              ( 1 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8 7 9 2   I n t J   Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.   9 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 0 :   1 7 3     1 9 2   176   wh er τ H2   τ O2 an d   τ H2O   a r f u e l,  air   an d   f u el  ex h au s v alv es  t im e   co n s tan ts   r esp ec tiv ely .   Qin   H2 ,   q in   H 2 ar e   th in p u m o lar   f lo ws  o f   h y d r o g e n   an d   wate r   ac r o s s   th an o d e   v alv [ k m o l/s ] .   T h co n s tan ts   KH 2 ,   KO 2     an d   KH 2 a r th e   v al v m o l ar   f o r   h y d r o g e n ,   o x y g e n   an d   wate r   r esp ec tiv ely   [ k m o l/ ( s   at m ) ] .   Fo r   m o d elin g   p u r p o s e,   co n s tan t is d ef in e d   b y   Kr= N /4 F .   T h to tal  g en er a tio n   o f   th e   f u el  ce ll is :      =         2 . 2 .   M o delin g   a nd   cha ra ct er is t ics o f   SAPF   T h co n t r o s tr ateg y   u s ed   to   ex tr ac th r e f er en ce   v o ltag es   o f   s er ies  ac tiv p o wer   f ilter   ( SAPF )   i s   b ased   o n   th e   PQ m eth o d   [ 1 5 ,   19 ] ,   a n d   th c o n tr o l sch em is   s h o w n   in   Fig u r 2 .       C 32 P      q L P F u α , u β    C 32 u a u b u c i α , u α    i β , u β    P q P * q * u α    * u β * u af u bf u cf * * * u ac u bc u cc * * * + - - - + + C u r r e n t     Fig u r 2 .   Ser ies ac tiv p o wer   f ilter   s tr ateg y   co n tr o l       T h g r id   th r ee - p h ase  v o ltag s o u r ce   is   ass u m ed   to   b s y m m e tr ic  an d   n o t d is to r ted :     [ ] = [         2  ( + ) = 1 2  ( ( 2 3 ) + ) = 1 2  ( ( + 2 3 ) + ) = 1 ]                     ( 1 2 )     wh er Un   an d   θn   ar r esp e ctiv ely   th r o o m ea n   s q u ar ( r m s )   v o ltag an d   in itial  p h ase  an g le,   n   is     th h ar m o n ic  o r d er .   W h en   n = 1 ,   it m ea n s   th r ee - p h ase  f u n d a m en tal  v o ltag s o u r ce .     [    ] = [         2 1    (  + 1 ) 2 1    ( (  2 3 ) + 1 ) 2 1    ( (  + 2 3 ) + 1 ) ]                     ( 1 3 )     T h e   (1 2)   is   tr an s f o r m ed   in to   - β)  r ef er e n ce   f r a m e ,     [ ] = 32 [    ] = 3 [    ( + ) = 1 ±    ( + ) = 1 ]           ( 1 4 )     32 = 2 3 [ 1 1 2 1 2 0 3 2 3 2 ]                 ( 1 5 )     T h th r ee - p h ase  p o s itiv f u n d am en tal  cu r r e n t te m p late  is   co n s tr u cted   as :     [ ] = 2 3 [    (  )    (  2 3 )    (  + 2 3 ) ]                 ( 1 6 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   Ap p l Po wer   E n g   I SS N:  2252 - 8 7 9 2       S eries   a ctive   p o w er   filt e r   s u p p lied   b fu el  ce ll fo r   mitig a tin g   p o w er q u a lity … ( A b d a lla h   B e n   A b d elka d er )   177   T he   ( 1 6 )   is   tr an s f o r m ed   to   - β)  r ef er en ce   f r am e :     [ ] = 32 [ ] = [    (  )    (  ) ]               ( 1 7 )     A cc o r d in g   t o   th in s tan tan e o u s   r ea ctiv p o wer   th e o r y   [ 1 3 ] ,   t h en :     [ ] = [ ] [ ]                 ( 1 8 )     wh er AC   an d   DC   co m p o n en t s   ar in clu d ed :     [ ] = [ ̅ + ̃ ̅ + ̃ ]                   ( 1 9 )     wh er p   an d   q   a r p ass ed   th r o u g h   lo p ass - f ilter   ( L PF )   an d   DC   co m p o n en t is g o tte n   b y :     [ ̅ ̅ ] = 3 [ 1    ( 1 ) 1    ( 1 ) ]                 ( 2 0 )     A cc o r d in g   t o   [ 1 5 ] ,   tr a n s f o r m at io n   is   m ad e :     [ ] = [ ] [ ] = [ ] [ ]             ( 2 1 )     T h DC   co m p o n en ts   o f     an d   :     [ ̅ ̅ ] = [     ] [ ] = [ ] [   ]             ( 2 2 )     T h f u n d am en tal  v o ltag es in   - β)  r ef er e n ce   f r a m ar e:     [   ] = [ ] 1 [ ̅ ̅ ] = [ ] [ ̅ ̅ ]             ( 2 3 )     T h th r ee - p h ase  f u n d am en tal  v o ltag es a r s p ec if ied   b y :     [ u af u bf u c f ] = C 23 [ u α f u β f ] = 2 U 1 [ s in   ( ω t + θ 1 ) s in   ( ω t + θ 1 3 ) s in   ( ω t + θ 1 + 3 ) ]   ( 2 4 )     wh er e;     C 23 = [       1 0 1 2 3 2 1 2 3 2 ]         ( 2 5 )     2 . 3 .   M o delin g   o f   DC - DC  bo o s t   co nv er t er   DC - DC   b o o s co n v er ter   o r   s tep - u p   v o ltag e   co n v er ter ,   s tep s   u p   i n p u t   v o ltag es,  s tep   d o wn   in p u t   cu r r en ts   o f   th DE R s   th r o u g h   th cir cu it  as  s h o wn   in   Fig u r e   3 .   V low   an d   V high   ar e   th v o lta g at  lo a n d   h ig h   v o ltag s id es  r esp ec tiv ely   an d   d ( t)   is   th s witch in g   d u ty   cy cl e.   Gen er alize d   eq u atio n s   o f   th p o wer   co n v er ter s   ca n   b d er i v ed   f o r   co n tin u o u s   co n d u ctio n   m o d C C d u to   its   s im p licity ,   wh er two   s tates  ar u s ed .   Star tin g   f r o m   t h s tate  s p ac eq u atio n s   d u r in g   th ON - O FF   s witch in g   s tate s ,   th co n v er ter   m o d el  ca n   b e   lin ea r ized   u s in g   an   av er a g in g   m eth o d .   Fo r   th u s ed   d c - d co n v er ter s ,   wh en   th s witch in g   d ev ice  is   tu r n ed   o n ,   it  co n d u cts  f o r   r atio   o f   p er io d   ( 2 6 ) ,   an d   wh en   t h s witch in g   d e v ice  is   tu r n ed   o f f ,   th e   d io d co n d u cts  f o r   r atio   o f   ( 1 - D)   o f   th e   s am p e r io d   ( 2 7 ) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8 7 9 2   I n t J   Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.   9 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 0 :   1 7 3     1 9 2   178   { ̇ =  +    [ ̇ ] = [ 0 0 0 1  ] [ ] +   [ 1 0 ]    ( 2 6 )     { ̇ = +    [ ̇ ] = [ 0 1 1 1  ] [ ] +   [ 0 0 ]    ( 2 7 )     T h ( 2 8 )   is   u s ed   to   lin ea r ize   th ab o v s tate - s p ac eq u ati o n s   o f   th b u ck   co n v er ter ,   wh er is     th s tead y - s tate  co m p o n en t a n d   is   th s tead y   s tate  o r   DC   co m p o n en t d u ty - r atio .     ̇ = [  + ( 1 )   ] + [  + ( 1 )    ]           ( 2 8 )     { [ ̇ ] = [ 0 1 1 1  ] [ ] +   [ ]               ( 2 9 )       V H C u r r e n t r e g u l a t o r V o l t a g e r e g u l a t o r I L ( m a x ) * I L * D + - V L L C s I L ( a )     Fig u r 3 .   C lo s ed   lo o p   b o o s t c o n v er ter   cir c u it       2 . 3 . 1 .   P er t urb a nd   o bs er v P& O   T h is   MPPT  m eth o d   is   th wid ely   co m m o n   an d   u s ed   d u to   its   s im p licity   an d   it s   ea s o f   im p lem en tatio n .   T h u s ,   th is   MPPT  m eth o d   p er t u r b s   th s y s tem   v ar iab les  ( v o lt ag an d   c u r r e n t) ,     an d   co n s eq u en tly   o b s er v es  th e   o u tp u g e n er atio n   o f   th FC   s o u r ce .   T h p r in ci p a o f   th is   te ch n iq u e   is   to   ad ju s   th o p er atin g   v o ltag o f   th s y s tem   ar o u n d   th m ax im u m   p o wer   p o i n ( ∆P=∆ V> 0 ) ,   ( ∆P=∆ V <0 ) .     T h m ath em atica ex p r ess io n   th at  r esu m es   th o p e r atin g   p r in cip al  o f   th P& alg o r ith m   is :     ( ) = ( 1 ) + .    (   | = 1 )             ( 3 0 )     T h f o llo win g   T a b le  1   ca n   ill u s tr ate  th v ar iatio n   o f   th is   M PP T   tech n iq u e   ar o u n d   th e   MPP  o p er atin g   p o i n o f     th s y s tem .       T ab le.   1   Dis tu r b an ce s   o f   V - cu r v ( ∆P/∆V )   o f   P& MPPT  tech n iq u e   D i st u r b a n c e   C h a n g e   i n   t h e   p o w e r   N e x t   d i st u r b a n c e   P o si t i v e   P o si t i v e   P o si t i v e   P o si t i v e   N e g a t i v e   N e g a t i v e   N e g a t i v e   P o si t i v e   N e g a t i v e   N e g a t i v e   N e g a t i v e   P o si t i v e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   Ap p l Po wer   E n g   I SS N:  2252 - 8 7 9 2       S eries   a ctive   p o w er   filt e r   s u p p lied   b fu el  ce ll fo r   mitig a tin g   p o w er q u a lity … ( A b d a lla h   B e n   A b d elka d er )   179   3.   RE SU L T S AN AN AL Y SI S   I n   th is   s ec tio n ,   MA T L AB /S im u lin k   s im u latio n   r esu lts   a r p r e s en ted   an d   d is cu s s ed   in   d etails.    T h p r o p o s ed   SAPF - FC   m o d el  is   s im u lated   b y   MA T L AB / Simu lin k   as  s h o wn   in   F ig u r 4 .   T h u s ,   f iv p h en o m en ar s tu d ied   in   th is   p ap er ,   wh er th SAPF   with   t h SOFC   co m p e n s ate  d is tu r b an ce s   o f   th v o ltag e   th at  ap p ea r   ac r o s s   th s o u r ce   to   av o id   d am ag o f   th co n n ec ted   lo ad .   Su c h   d is tu r b a n c es  ar ap p lied   b y     p r o g r am m ab le  AC   s o u r ce ,   wh ich   is   d ef in ed   b y   t h f o llo win g   s p ec if icatio n s     R o o t m ea n   s q u ar R MS  o f   th e   p h ase - p h ase  v o ltag e:  3 8 0   V     Ph ase  an g le:  0 °     Fre q u en cy 5 0 Hz   Nex t sectio n   d ea ls   with   d is cu s s io n   o f   th a p p lied   p h en o m e n o n   in d ep en d en tly .           Fig u r 4 .   Sy s tem   s y n o p tic  s ch em e       3 . 1 .   Vo lt a g s a g     T h is   p h e n o m en o n   is   a p p lied   b etwe en   [ 2 - 2 . 3 ]   ( s ) ,   w h er th v o ltag e   m ag n itu d e   is   s elec ted   5 0 %   eq u iv alen to   0 . 5   p u   in   t h t h r ee   p h ases .   Fig u r 5   s h o ws  wav ef o r m s   o f   th s o u r ce ,   in j ec ted   an d   th l o ad   v o ltag es.   As  illu s tr ated   in   th Fig u r 5 ,   th SAPF   h as  in jecte d   th co m p lem e n tar y   v o ltag o f   0 . 5   p u   d u r in g     th s p ec if ied   p er i o d   [ 2 - 2 . 3 ]   ( s )   o f   t h th r ee   p h ases   in   th e   s am d ir ec tio n   o f   th s o u r ce   an d   lo a d   v o ltag es.    I n   ad d itio n ,   th cu r v es  o f   th in jecte d   cu r r en ts   o f   t h SOFC ,   an d   its   DC - DC   co n v er ter s   ar v iewe d   in     th Fig u r 5 .   I n   n o r m al  m o d e,   th SAPF   n ec ess itate  co n s tan D C   v o ltag o f   7 5 0 V   DC   ac r o s s   th c ap ac itan ce   eq u iv alen to   th in p u v o lta g e   o f   th in v er te r   3 8 0 V   AC .   T wo   s tag DC - DC   b o o s co n v er ter s   ar s ized   to   s tep   u p   th SOFC   v o ltag to   th DC   lin k   r ef er en ce   v o ltag v alu e,   wh er th f ir s b o o s co n v er ter   ex tr ac t     th e   m ax im u m   p o wer   o f   t h S OFC   th r o u g h   th MPPT  co n tr o ller ,   wh e r ea s   th s ec o n d   is   r eg u lated   o u tp u t   v o ltag to   m ain tain   th d lin k   v o ltag co n s tan as  s h o wn   in   Fig u r 6 .   As  o b s er v e d ,   d u r in g   th ap p lied   s ag   v o ltag e,   cu r r e n ts   o f   th SOFC   co n v er s io n   ch ain   h av i n cr ea s ed   b ec au s th DC   li n k   ca p ac itan ce   h as  in ter v en ed   to   c o m p en s ate   th e   s ag   v o ltag e   d is tu r b a n ce   as  v iewe d   in   Fig u r e   7 .   T h er e f o r e,   th ca p ac itan ce   is   r ec h ar g e d   af ter war d   th r o u g h   th g en er ated   en e r g y   o f   th SAPF   with   th SOF C .   Fig u r e   8   r ep r esen ts   th ac ti v p o wer   o f   th e   SOFC ,   wh ich   is   clo s to   th d e m an d e d   p o wer   b y   t h SAPF   to   co m p e n s ate  th ca p ac itan ce   en er g y ,   tak in g   i n to   co n s id er a tio n   co n v er ter   l o s s es d u to   th s witch in g   d ev ices a n d   r esis tiv elem en ts .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8 7 9 2   I n t J   Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.   9 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 0 :   1 7 3     1 9 2   180     ( a)       ( b )       ( c)     Fig u r 5 .   C ase  1 - b ala n ce d   v o ltag s ag :   ( a)   g r id   v o ltag es,  ( b )   in jecte d   v o ltag ( c)   l o a d   v o ltag e       1 . 6 1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 2 . 6 - 3 0 0 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800   T i m e   (s )  V   Vo l ta g e   So u r c e   (v )   1 . 9 8 2 2 . 0 2 - 2 0 0 0 200       2 . 2 8 2 . 3 2 . 3 2 - 2 0 0 0 200       1 . 6 1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 2 . 6 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 300 400 500   T i m e   (s )  V   I n j e c te d   Vo l ta g e   (v )   1 . 9 8 2 2 . 0 2 - 2 0 0 0 200 2 . 2 8 2 . 3 2 . 3 2 - 2 0 0 0 200 1 . 6 1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 2 . 6 - 4 0 0 - 2 0 0 0 200 400 600 800   T i m e   (s )  V L o a d   Vo l ta g e   (v )   1 . 9 8 1 . 9 9 2 2 . 0 1 2 . 0 2 - 5 0 0 0 500       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   Ap p l Po wer   E n g   I SS N:  2252 - 8 7 9 2       S eries   a ctive   p o w er   filt e r   s u p p lied   b fu el  ce ll fo r   mitig a tin g   p o w er q u a lity … ( A b d a lla h   B e n   A b d elka d er )   181       Fig u r 6 .   DC   v o ltag es   o f   th F C   co n v er s io n   ch ai n   in   s ag   v o lt ag ca s e           Fig u r 7 .   C u r r e n ts   o f   th FC   c o n v er s io n   c h ain   in   s ag   v o ltag e   ca s e           Fig u r 8.   Po wer s   of   th FC   co n v er s io n   ch ain   in   s ag   v o ltag ca s e       3 . 2 .   Vo lt a g inte rr up t io n   I n t e r r u p t i o n   p h e n o m e n o n   a p p e a r s   w h e n   t h e   s y s t e m   v o l t a g e   d e c r e a s e   w i t h   9 9 %   o f   t h e   r e f e r e n c e   f u n d a m e n t a l   v a l u e   d u r i n g   a   s p e c i f i e d   p e r i o d   d o   n o t   e x c e e d   6 0   s e c o n d s .   I n - o u r   c a s e ,   s h o w n   i n   F i g u r e s   9   ( a ) - ( c )   r e s p e c t i v e l y   t h e   g r i d   v o l t a g e s ,   i n j e c t e d   v o l t a g e   a n d   l o a d   v o l t a g e .   T h e   S A P F   c o m p e n s a t e   t h e   l a c k   o f   e n e r g y   c a u s e d   b y   t h e   i n t e r r u p t i o n   o f   t h e   g r i d   p o w e r   s u p p l y .   A s   s e e n   i n   p r e v i o u s   s a g   v o l t a g e   p h e n o m e n o n ,   t h e   i n j e c t e d   c u r r e n t s     o f   t h e   S O F C   c o n v e r s i o n   c h a i n   i n c r e a s e d   d u e   t o   d i s c h a r g i n g   t h e   D C   l i n k   c a p a c i t a n c e .   I n   o t h e r   h a n d ,   t h e   i n j e c t e d   p o w e r   w a s   r e m a i n e d   c o n s t a n t   d e s p i t e   t h e   i n c r e a s i n g   o f   c u r r e n t s     a n d   d e c r e a s i n g   o f   v o l t a g e s   d u r i n g     t h e   c o m p e n s a t i o n ,   i . e .   a t   t h e   d c   l i n k ,   t h e   i n j e c t e d   p o w e r   w a s   a b o u t   [ 4 0 0 7 . 5 - 4 3 4 9 . 5 ]   ( W ) ,   e q u i v a l e n t   t o   t h e   p r o d u ct   0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000   T i m e   (s )  I C u r r e n (A )   1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 745 750 755   1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 150 200 250   1 . 5 2 2 . 5 3 - 2 0 0 20 40 60 80 100   T i m e   (s )  I   C u r r e n ts   (A )   1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 0 5 10 1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 70 80 90 100 1 . 5 2 2 . 5 3 0 500 1000 1500 2000 2500   T i m e   (s ) P   Po w e (w )   P o w e r   B o o s t 2 P o w e r   B o o s t 1 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8 7 9 2   I n t J   Ap p l Po wer   E n g ,   Vo l.   9 ,   No .   2 Au g u s t 2 0 2 0 :   1 7 3     1 9 2   182   o f   a   c u r r e n t   o f   [ 5 . 3 5 2 - 4 3 . 8 5 ]   ( A ) ,   a n d   a   v o l t a g e   o f     [ 7 4 8 . 8 - 9 9 . 1 9 ]   ( V d c ) ,   r e s u l t i n g   i n   a   p o w e r   l o s s   a n   a p p r o x i m a t e l y   v a l u e   o f   3 4 2   ( W ) .   T h e   v o l t a g e s   c u r v e s   o f   t h e   s o u r c e ,   t h e   i n j e c t e d   a n d   t h e   l o a d   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   9 ,   w h e r e     t h e   i n t e r r u p t i o n   p h e n o m e n a   i s   a p p l i e d   a n d   m i t i g a t e d .   H e n c e ,   t h e   s e l e c t e d   d a t a   s h o w n   i n   F i g u r e s   1 0 - 1 2   r e s p e c t i v e l y   d e s c r i b e s   t h e   v o l t a g e s ,   c u r r e n t s   a n d   p o w e r s   o f   t h e   t w o   b o o s t   c o n v e r t e r s   o f   t h e   P V   c o n v e r s i o n   c h a i n   d u r i n g   n o r m a l   a n d   p e r t u r b e d   o p e r a t i o n   m o d e s .         ( a)       ( b )       ( c)     Fig u r 9 .   C ase  2 - v o ltag in ter r u p tio n : ( a )   g r id   v o ltag es,  ( b )   i n jecte d   v o ltag ( c)   lo a d   v o ltag e   1 . 7 1 . 8 1 . 9 2 2 . 1 2 . 2 2 . 3 2 . 4 2 . 5 2 . 6 2 . 7 - 3 0 0 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 300   T i m e   (s )  V   So u r c e   (V)   1 . 9 8 2 2 . 0 2 - 2 0 0 0 200       2 . 2 8 2 . 3 2 . 3 2 - 2 0 0 0 200       1 . 7 1 . 8 1 . 9 2 2 . 1 2 . 2 2 . 3 2 . 4 2 . 5 2 . 6 2 . 7 - 3 0 0 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 300   T i m e   (s )  V   I n j e c te d   (V)   1 . 9 9 2 2 . 0 1 2 . 0 2 - 2 0 0 0 200       2 . 2 8 2 . 2 9 2 . 3 2 . 3 1 - 2 0 0 0 200       1 . 6 1 . 8 2 2 . 2 2 . 4 2 . 6 - 4 0 0 - 2 0 0 0 200 400 600 800   T i m e   (s )  V L o a d   Vo l ta g e   (v )   1 . 9 8 1 . 9 9 2 2 . 0 1 2 . 0 2 - 5 0 0 0 500       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.