T E L KO MNIK A , V ol . 17 No. 6,  Dec e mb er   20 1 9,  p p. 3 23 2 ~ 324 8   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 accr ed ited   F irst  Gr ad e b K em en r istekdikti,  Decr ee  No: 2 1/E/ K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 6 . 13224      32 32       Rec ei v ed   May   29 20 1 9 ; R ev i s ed   J ul y  2 , 2 01 9 ; A c c ep t ed   J ul y   1 8 20 1 9   ph ot ovo l taic i nt egr ate d u n ifie d p o w er  qu ali ty  c on dit io ner  w it h a 27 - l evel i nve rter        Kamel  S al eh * 1 ,  Nae i l Hant o u li 2   El e c tr i c a l  En g i n e e ri n g  De p a r t m e n t An - Naj a h  Na t i o n a l  Un i v e rs i t y Na b l u e s - We s B a n k Pa l e s t i n e     *C o rre s p o n d i n g  a u th o r,   e - m a i l :  k a m e l . s a l e h @na j a h . e d u 1 n a e i l _ h a n to u l i @ y a h o o .c o m 2       Ab strac t     Th i s   p a p e p r e s e n ts   a   Uni fi e d   Po wer  Q u a l i t y   Con d i ti o n e (UPQ C)  wit h   a   2 7 - l e v e l   i n v e rte b a s e d   o n   a n   a s y m m e tri c   H - b ri d g e   t o p o l o g y E a c h   p h a s e   o th e   i n v e rt e i s   c o m p o s e d   o f   th re e   H - b ri d g e s s u p p l i e d   b y   th re e   DC   s o u rc e s   s c a l e d   i n  t h e   p o wer  o t h re e T h e   o u tp u o th e   m u l ti l e v e l   i n v e r te i s   c o n n e c te d   d i re c tl y   to   th e   p o i n o c o m m o n   c o u p l i n g   (PCC wit h o u th e   n e e d   to   a   tra n s fo rm e o a   f i l te r Th e   c a l c u l a ti o n   o t h e   Sh u n t   Ac ti v e  Po wer  F i l te r  (SAPF ) c o m p e n s a t i o n   c u rre n i s  b a s e d   o n  t h e  g e n e ra l i z e d  t h e o r y  o s y n c h ro n o u s  f ra m e   (d - q   th e o ry )   whi l e   th e  c a l c u l a ti o n   o f   a  s e ri e s  a c t i v e   fi l te r v o l t a g e   i s   b a s e d   o n   In s ta n t a n e o u s  Re a c ti v e   P o wer   (p - q   t h e o r y ).  Th e   c o n tro l   o t h e   SAPF   i s   a c h i e v e d   b y   u s i n g   a   c l o s e d - l o o p   v e c t o c o n tr o l   fo l l o wed   b y   a   n e w   m u l ti l e v e l   m o d u l a ti o n   te c h n i q u e In   a d d i t i o n   to   th e   c a p a b i l i ty   o h a rm o n i c   e l i m i n a ti o n   o b o th   c u rre n t   a n d   v o l t a g e   d ra wn   fro m   t h e   s o u r c e th e   UPQ c a n   p ro d u c e   re a l   a n d   re a c t i v e   p o w e to   fe e d   t h e   l o a d s   d u ri n g   p ro l o n g e d  v o l ta g e   o u t a g e s   o r s o u r c e   s h o rta g e .   B a tt e r i e s  p a c k   a re  u s e d   a s   a   d c   l i n k w h i c h  i s   c h a rg e d   fro m   p h o to v o l ta i c   a rr a y   c o n n e c te d   t o   th e   b a t te ry   th r o u g h   a   m a x i m u m   p o wer  p o i n tra c k e a n d   c h a rg e   c o n tr o l l e r.   Th e   i n j e c ti o n   o r e a l   a n d   re a c t i v e   p o wer  d e p e n d s   o n   t h e   s ta t e   o c h a r g e   (SO C)  o b a tt e ri e s t h e   fre q u e n c y   o f   th e   s y s te m r e a l  a n d  re a c t i v e  p o wer  o f  t h e  l o a d ,  a n d   p o wer  f a c to a th e  p o i n t  o PCC .  T h e  p ro p o s e d  UPQ C   s tra te g y   i s   s i m u l a te d   i n   M ATL AB  SIM ULI NK  a n d   th e   re s u l t s   h a v e   s h o wn  a   s i g n i fi c a n i m p ro v e d   i n   To ta l   Harm o n i c s  Di s to rti o n  (T HD ) o f  b o th  t h e   v o l ta g e  a n d  c u rr e n t s .     Key w ords a c ti v e   l te r s m u l t i l e v e l   i n v e rte r,   s o l a p o wer  g e n e ra ti o n     Copy righ ©  2 0 1 9  Uni v e rsi t a s  Ahm a D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   In  l as de c ad es the   us e s   of  the   p ower  e l ec tr o ni c s   de v i c es   ha v b ee i nc r ea s ed   s i gn i fi c an tl y   i ma ny   f i e l ds   s uc as   ad j us ta bl s pe ed   d r i v es   [1] arc   furnac es   [ 2],   e l ec tr i c   v eh i c l ba tte r y   c ha r g ers   [3] l i gh t i n eq u i p me nt  s uc as   c om p ac uo r es c en an L E l a mp s   [4]   a nd   i r en ewa bl e e ne r gy  s ou r c es .  Des pi te  i ts  b en ef i ts  [ 5],  t he  us es  of   po w er e l ec tr on i c s  de v i c es  s hi fte d   the   el ec tr i c al   l o ad s   fr o l i n e ar  to  no n - l i n ea r   i .e .   pro du c i n ha r mo n i c   c urr en ts   [ 6].   T he s ha r m on i c s   c an   c au s e   s ev er e   ef fe c o t he   who l e   po wer   s y s tem   s uc as   c au s i n ov erheat i n i tr an s mi s s i o l i ne s   an tr an s former  an m al fun c t i on   of  protec t i on   d ev i c es T he r efo r e,  h armon i c   el i mi na t i on   ha s   be e of   ex ten s i v c o nc ern  a nd   i nv es t i ga t i o n.  T o   el i m i n ate   ha r m on i c   p ol l ut i o n,  pa s s i v l ters   wer ap p l i ed T he s e   f i l t ers   ha v e   m an y   d r awba c k s   s uc as b ul k y o nl y   c a pa b l e   of  c om pe ns ati ng   l i mi t ed   r an ge   of  ha r mo ni c s   an the y   c an   prod uc r es on an c p he no me na   w he n   c on ne c te t th po w er  grid   [7] .   O t he   oth er  h a nd   ( A c t i v po w er  fi l ter   ( A P F )   ha s   m a ny   ad v an t ag es s uc as   hi g l ter i ng   ac c urac y s up e r i or  dy na mi c   r es po ns e,   mo du l ar i ty   a nd   s c al ab i l i ty m ak i n i t   an   i de al   de v i c e   t c o mp e ns ate   ha r mo ni c s   an d   i mp r ov e   p owe r   qu a l i ty   [8 9].   A P F s   are  c on s i de r e the   s ec on s tag of  d ev el op m e nt  an an   eff ec ti v s ol ut i o to  ov erc om   the   l i m i tat i on   of  P F s How e v er,  the   s i z e,  c os t,  an r at i ng   of  A P F s   are  c on s i d erab l y   i nc r ea s ed   by   the   i nc r ea s i ng   de ma n f or  p ower  s y s tem   c a pa c i ty   [10 ,   1 1].   T o   ov erc om t he   i s s ue s   of  s hu nt  A P F s ,   the  th i r s ta ge   of  de v e l op m en c on s i s ts   of  hy brid   po w er  fi l t er  ( HP F )   de v i c es   whi c c om pris hy brid   c om bi na t i on s   o P F s   wi th  s h un A P F s   [12 ].  F urth ermor e,   HP F   tec h no l og y   i s   ev a l u ate i t he   f ou r th   s tag of  d ev el op m en t   as   a   un i f i e p ower  qu a l i ty   c on d i t i on er  ( U P Q C)   [1 3].   S ev era l   c on tr ol   the orie s   for  A P F s   ha v b ee de v el o pe an de s c r i be i the   l i ter atu r e,  wi t th p - the ory   [14 ],     the   F B D   [15 ],  t he   CP [ 16 ]   an t he   s y nc hro no us   r efe r en c fr a me   d - q   th eo r y   [1 7]   be i ng   a mo n the  m ai n m eth o ds  fo r  o bta i ni n g t h e c om pe ns at i o n c urr en ts   for  A P F s   Rega r d i n i ts   s tr uc ture,  a n   A P F   i s   DC - A p ower  c on v erter w hi c h   c an   be   ei t he r   of     the  v ol t ag e   s ou r c e t y pe  or t he  c urr en t s ou r c e t y pe  [ 18 ] .  Mo r eo v er, a DC - A C p ower  c on v erter  c an   be   al s c l as s i fi ed   by   th nu mb er  of  l ev e l s   of  the   ou t pu v ol tag or  c urr en t,  w he r eb y   i i s   c on s i de r ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  ph oto v o l ta i c  i nte gra ted  u ni f i ed   po w er qu al i ty  c on d i ti on er w i th  a 2 7 - l ev e l  i nv erte r  ( K am e l   S al eh )   3233   m ul t i l ev el   c on v ert er  i t h n um b er  o l ev e l s   i s   thre or   mo r e   [ 19 ].   M ul t i l ev el   c on v erter s   are  ad v an t ag e ou s   for  me d i u v ol tag ap p l i c ati on s   s i nc t he y   are  c ap ab l of  prov i di n hi g he r   ou t pu v ol tag es   th an   th v o l ta ge   tha t   po w er  s e mi c on du c tor s   ha v e   to   wi t hs tan d.  B es i de s mu l ti l ev el   c on v erter s   produc l es s   dv /dt   an h av be t ter  p erfor ma nc i ter ms   of  T ota l   H armo ni c   Di s torti on   ( T HD)   when   c o m pa r ed   to  tw o - l ev e l   c on v erter s   [2 0 ].  T he r are  thre c l as s i c al   to po l og i es   of  m ul t i l ev el   c on v erter s n am e l y   th n eu tr a l   po i nt  c l a mp ed   ( or  di o de   c l am pe d)  [ 2 1 ],  the   fl y i ng   c ap ac i tor  ( or  c ap ac i tor  c l a mp ed )   [ 2 2 ],  a nd   t he   c as c ad ed   mu l t i l ev e l   c on v erter   [ 2 3 ] Nev erthe l es s s ev eral   top ol og i es   ha v b e en   prop os ed   i th l i terat u r e,  ai m i n to  ac h i ev h i g h er  nu mb ers   of   l ev el s   w i th   r ed uc e s wi tc h   c ou nts   [ 24 2 9 ].  A c c ordi n gl y c on tr ol   an mo du l ati on   t ec hn i qu es   f or   mu l t i l ev el  c on v erter s  ha v e   be en  al s o  wi de l y  i nv es t i ga t ed  [ 30 31 ].   T he   ob j ec t i v of  t hi s   p ap e r   i s   to  s ho the   ad v an tag es   of  us i ng   U P Q th at  i s   us i n g   mu l t i l ev el   i nv erter   a nd   b a tte r y   s torage C om p ared  to  c on v en t i o na l   P W tec hn i qu es t hi s   c on v erter i an y   o i ts   f un c ti on a l i t i es a bl to  produc e   c urr en wav e forms   w i th  n eg l i gi b l ha r mo ni c   c on ten t T produc ac t i v po wer th s y s tem   us es   ba tte r y   pa c k   k ep c ha r ge us i ng   ph o tov ol tai c   arr ay s F urtherm ore,   the   b a tte r i es   c an   al s o   b c h arge fr om   t he   m ai ns   wh en   r eq u i r ed T he   pa pe r   de s c r i be s   t he   top ol o gy   of   the   s y s tem   an s ho s i m ul at i o ns   wi th  s ma l l   13 - k V A   prot oty pe .     T he   r es ul ts   de m on s t r ate   t he   ab i l i ty   of  ac ti v l ters   t c om p en s ate   ha r m on i c s   i v ol ta ge s   a nd   c urr en i a dd i ti on   t c om p en s ate   r e ac ti v p ower.  M or eo v er ,   the   pa p er  s ho ws   the   ab i l i ty   of  s uc h   a f i l ter t o b e  us ed   as  a  r e ne wabl e e ne r gy  s ou r c e t o s up po r t th e g r i d i h i gh - de m an ho urs .       2.           Res ea r ch M eth o d   2 .1.       De sc r ipt in o f   P V - U P Q C S ys t em   2 .1. 1 Ba sic   P r in ciple    T he  p ower c i r c ui of  t he   thr ee - ph as e P V - U P Q C s y s te m i s  s h own  i n Fi gu r e  1.  T h e A P F   i s   us i ng   27 - l ev el   as y mm etri c al   i nv erter E ac p ha s of   thi s   i nv erter   c on s i s ts   of  th r ee   H - brid ge s   s up pl i ed   by   thre i n de p e nd en ph oto v o l ta i c   arr ay s .   A   12 5   p ol y c r y s tal l i ne   P V   mo d ul es   ( Mi ts ub i s hi   E l ec tr i c   P V - E E 12 5M F 5F)   ha v be e us e to  d es i gn   al l   p ho tov ol t ai c   arr ay s .   T he s e   ph ot ov ol t ai c   arr ay s   are  de l i v erin 1 2.5   k v to   e ac h   p ha s e,  10   k v for  s h un t   ac ti v f i l ter  a nd     2.5   k v a f or   t he   s er i es  ac ti v e  fi l t er as  s ho w n i T a bl e  1 .       S o l a r   a r r a y M P P T 3 2 4   V 1 0 8   V 3 6   V A C N o n   l i n e a r   L o a d N M P P T M P P T S e r i e s   F i l e r A c t i v e   F i l e r c o n t r o l l e r S o l a r   a r r a y M P P T 1 0 8   V 3 6   V 1 2   V M P P T M P P T V i n v I i n v V l o a d I l o a d P W M P W M P W M c o n t r o l l e r V i n v I i n v V l o a d I l o a d P W M P W M P W M S O C S O C     F i gu r e   1 .   P ow er c i r c ui s tr u c ture of  t he   P V - U P Q C s y s tem       B att ery   pa c k s   are  us e as   dc   l i nk   an c ha r g ed   fr om   ph ot ov ol t ai c   arr ay   c on ne c ted   t   the   b att ery   thro ug ma x i mu m   po w er  po i nt  tr ac k e r   an c ha r g c on tr o l l er.  T ab l s ho ws     the   de ta i l s   of   the   ba tte r y   p a c k s   us ed   for  t he   s erie s   an d   s hu nt  f i l ters T h o utp ut  o t he   s hu nt  ac ti v fi l t er  i s   c on ne c ted   di r ec t l y   to  th tr an s m i s s i on   l i ne   at  P CC  w hi l t he   s eri es   ac ti v f i l t er  i s   c on ne c te d t o  th e  trans m i s s i on  l i n e t hr ou g h a  c ou p l i ng  t r an s former. I n a dd i ti on  t o t h e c ap a bi l i ty   of  ha r mo ni c   e l i mi na t i o of   bo t c urr en an d   v ol tag dra w fr om   th s ou r c e,   the   c om bi n ed   s y s tem   c an   prod uc r e al   an d   r ea c t i v po w er  to  fee th l oa ds   d urin g   pro l on ge d   v ol t ag e   ou t ag es    or  s o urc e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO MNIK   V ol .   17 ,  No 6,  D ec em b er 20 19 :   32 3 2 - 324 8   3234   s ho r tag e.   T he   i nj ec t i on   of  r ea l   an r ea c ti v e   po w er  d ep en ds   on   the   s tat e   of  c h arge  ( S O C)   of   ba tte r i es r e al   an r ea c t i v po wer   o th l oa d,  an d   po w er  fac tor  at  the   po i n of  c o mm on     c ou pl i ng  ( P CC) .       T ab l e  1.  T he   C om b i n ati on s   of  P V   Mo d ul e   for  D es i gn i n g P h oto v o l ta i c  A r r ay s  S ou r c es     S h u n t   Fil t e r   S e r ies   Fil t e r     C o mbina t ion   P o w e r ( w )   ( % )   C o mbina t ion   P o w e r ( w )   P e r c e n t   ( % )   A U X . 1   1   in  s e r ies *4   in  p a r a ll e l   500   5%   1   in  s e r ies *1   in  p a r a ll e l   125   5%   A U X . 2   3   in  s e r ies *4   in  p a r a ll e l   1500   15%   1   in  s e r ies *3   in  p a r a ll e l   375   15%   MA I N   1 1   in  s e r ies *6   in  p a r a ll e l   8000   80%   4   in  s e r ies *4   in  p a r a ll e l   2000   80%   Total   (w)   10   kw   2 . 5   kw       T ab l e  2 .   T he   P er P ha s Co mb i na t i on s   of  B att ery   P ac k s     S h u n t   Fil t e r   S e r ies   Fil t e r     C o mbina t ion   AH   V o lt a g e ( v )   C o mbina t ion   AH   V o lt a g e ( v )   A U X . 1   3   in  s e r ies *4   in  p a r a ll e l   400   36   1   in  s e r ies *1   in  p a r a ll e l   100   12   A U X . 2   9   in  s e r ies *4   in  p a r a ll e l   400   108   1   in  s e r ies *3   in  p a r a ll e l   100   36   MA I N   2 7   in  s e r ies *7   in  p a r a ll e l   700   324   4   in  s e r ies *4   in  p a r a ll e l   175   108   Total   (w)   10   kw   2 . 5   kw       2 .1. 2 Mult i - l e ve l In ve r t er   A   s y mm etri c   c as c ad ed   m ul t i - l ev e l   i nv erter   i s   us e i th i s   r es ea r c h   [31 ].  E ac h   l e o   the   i nv ert er  c on s i s ts   of   thre H - br i dg es   c on ne c ted   i n   s erie s   an d   s up pl i ed   by   thre e   i n de pe n de nt   ph ot ov ol t ai c   arr ay s   s c al e d   i t he   po wer   of  t hree  as   s ho wn  i n   F i gu r e   2.  T h i s   c on fi gu r at i o of     the   mu l ti - l ev el   i nv ert er  h el ps   to  g en erate  27 - l ev el   at  the   ou tp ut  o th i nv erter   i ns te a of  ge ne r at i ng   7 l ev el s  w he us i n g s y mm e tr i c  s ou r c es . The  ou t pu of  ea c h H - br i dg e i s  s h own  i n   F i gu r e  2.  I t c an   be   no te t ha t   th s w i tc hi ng   fr eq u en c y   o t he   ma i n   H - b r i dg e,   w hi c h   ma na g es   m ore  th an   80 %   of   the   tot a l   po w er,  i s   t he   s a m fr e qu e nc y   of   the   s y s tem ,   i thi s   c as e,  on l y   5 Hz .   T h fr e qu e nc y   of  the   au x i l i ary   H - B r i dg es   are   al s l ow  bu i nc r e as es   as   the   v ol t ag l ev e l   of  t he   i n v erter   be c om e   l ower  i th c ha i n.   T he   t ota l   ha r m on i c   d i s torti on   of  t he   ou tp ut  wav ef orm  of  th mu l ti l ev el   i nv erter   i s  on l y  1. 8 % wh i l e i t i s   i th e c as e o f  us i ng  2 - l ev e l  i nv e r ter i s  5. 4%. Th i s  l ow THD   at  th e o utp u t o f   the   mu l t i - l ev e l   he l ps   to  g et  r i de   o the   n ee for  an y   k i n of  f i l teri ng   at  t he   o utp u of  t he   ac ti v f i l t er.        S o l a r   a r r a y M P P T 3 2 4   V 1 0 8   V 3 6   V N S o l a r   a r r a y M P P T S o l a r   a r r a y M P P T A c t i v e   F i l e r     F i gu r 2.   A s y mm etr i c  27 - l e v el  i nv erter       2 . 2 Co n t r o l  S cheme   Ma ny   tec h ni q ue s   wer e i ntro du c ed   i the  l i t eratur to  c al c ul ate   t he   r ef erenc c urr en t s   an d   v ol tga es   for  ac ti v fi l ters   [1 4,  1 5 ,   1 7].   T he s c urr e nts   an v o l ta ge s   w i l l   ha v al l   t he   c o mp o ne nts   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  ph oto v o l ta i c  i nte gra ted  u ni f i ed   po w er qu al i ty  c on d i ti on er w i th  a 2 7 - l ev e l  i nv erte r  ( K am e l   S al eh )   3235   of  th c urr en t   an v o l ta ge   tha ne e de d   to   be   c om pe n s ate by   the   ac t i v f i l t er  to   ac hi ev u ni ty   po wer  f ac tor an d m i n i m um   di s torti on   i bo t h v ol t ag e  an d c urr en t o f th e s ou r c e.      2.2 .1 .   Ref er en ce  Cu r r ent  C alc u l atio n  f o r  S h u n t  Activ e Filt er   S y nc hrono us   Re ferenc e   d - m eth o w as   a do pt e i t hi s   r es e arc to   c al c ul ate     the   c urr en r e ferenc for  ac ti v fi l ter  [ 14 ].  T he   a l g orit h of  t hi s   m eth o i s   i l l us tr at ed   i n   F i g ure  3.   T hi s   me tho b as ed   on   tr a ns formi ng   t he   l o ad   c urr en t   i nt th l oa v ol tag s y nc hrono us   fr am   d - fr am e.  I s uc c as the   c urr en w i l l   ha v tw c om po ne nts   Id  an Iq.   T h Id  c urr en i s   i n     the  di r ec ti o n o f th l oa d v ol t ag e a n d s o i t i s  th e real  p o wer  c urr en t c om po ne nt . Th e I q c urr en t wi l l   be  p erpen di c u l ar t o t h e l oa d v ol t ag an d  he n c e i t  i s  th e reac ti v po w er c urr en t c o mp on en t.   T he s d - c urr e nt  c om po n en ts   wi l l   ha v two  c o mp o n en ts T he   fi r s c om po ne nt   i s   the   dc   c om po n en t ha r ep r es e nts   the   fun d am en ta l   c om p on e nt  of  the   r ea l   an r ea c ti v e   c om po n en ts .     T he   ac   c o mp o ne n r ep r es e nts   the   ha r mo n i c s   i n   the   c urr en t.  M oreov er,   the   i nj ec ti o of  r ea l   po wer   fr om  th e P V s  c an   be   do n by  ad d i ng  a  c o mp o ne nt  to  I d a s  s ho w n i n   F i gu r 3       P h a s e   l o c k e d   l o o p V L   a b c Ɵ I L   a b c I d _ r e f a b c d q H i g h   p a s s   f i l t t e r I q _ r e f R e a l   p o w e r   i n j e c t i o n + +     F i gu r 3.  P r i nc i pl e o i ns ta n tan e ou s  ac ti v e  an d reac t i v e  po wer  t he ory  ( d - me t ho d)       2 . 2 . 2.   Ref r enc e V o lt age  V alc u l a t ion  f o r  S er ies  Activ e Filt er   T he   i ns ta nta ne o us   r ea l   a n r ea c ti v m eth o ( P Q   me tho d)  i s   ad op t ed   i th i s   r es ea r c   to  c al c ul ate   t he   r ef erenc v ol tag es   for  the   s eri es   ac ti v fi l t er  [17 ].  T hi s   tec hn i q u i s   i l l us tr at ed     in   F i gu r e   4.  T he   ou tp ut  c om po n en ts   V α_re a nd   V β _ref  are  t he   ha r mo ni c   c om po n en ts   i n     the  v o l tag es  th a are   ne e de d t o f i l ter ou t u s i ng  t he  s eri es  ac ti v e f i l t er.       V L   a b c I α a b c α β P _ r e f - I L   a b c a b c α β I β V β V α X X X X + + X X X X - - + P Q _ r e f X X X X + + + + I α 2 + I β 2 X X X X X X X X I α I β + + + - - ÷ ÷ V β _ r e f V α _ r e f H i g h   p a s s   f i l t t e r H i g h   p a s s   f i l t t e r     F i gu r 4.  P r i nc i pl e o i ns ta n tan e ou s  ac ti v e  an d rea c t i v e  po wer   t he ory  ( P - Q   me th od )       2 . 2 . 3.   Co n t r o l of  Active  P o w e r  I n jec t ion  f o r  S h u n t  A ctive  F ilter   T he   i nj ec t i on   of  th ac ti v po wer   ( P )   i nj ec ted   t th po i nt  of  c o mm o c ou p l i ng   ( P CC)   de pe nd s   on   th S O of  a l l   ba tt ery   pa c k s   an the   s y s tem   fr eq u en c y   to  en s ure  the   s tab i l i ty   of     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO MNIK   V ol .   17 ,  No 6,  D ec em b er 20 19 :   32 3 2 - 324 8   3236   the   el ec tr i c al   ne t wor k   as   s h own  i n   F i g ure  5.  T he   c o ntro l   s y s tem   wi l l   me as ure  t he   s tat of  c h arge   ( S O C)   of  a l l   b att er i es   an the   n etwo r k   fr eq ue nc y   th e ou t pu s i gn al   t mu l ti l ev el   i nv erter   c on tr ol l er  c on ta i ns   th o pti mu m   v al u o r ea l   po w er  ne ed   t b i nj ec ted .   If  the   S O of  an y   b att ery   l es s   tha or   eq ua l   0. 28 ,   th i s   s tat c a l l e em pty   or  fa ul t   ba tt ery   s tat e,   th en   t he   s y s t em   w i l l   c h arge  the   b att eri es   at  ma x i mu r ate   t pu s t he   s tat o c ha r ge   ( S O C)   fr o an   e mp ty   r eg i on   t c ha r gi n r e gi o n.  A n If   t he   s tat of  c h arge  ( S O C)   of  al l   ba tt erie s   great er  t ha 0.3 5,  an   the   fr e qu en c y   of  t he   s y s tem   i s   n orma l   i .e .   be t wee 4 9.5   an d   50 .5,   thi s   s tat e   i s   c a l l e no r ma l   s tat e   an th s y s tem   wi l l   c ha r g t he   ba t teri es   at  r ate   th at  g ua r an t ee   fu l l y   c ha r g ed   ba tt erie s   at  th en of  s un s e t.  D urin t he   c ha r g i ng   proc es s t he   ex c es s i v po wer   fr om   P V   arr ay s   wi l l   be   i nj ec ted   t th e l ec tr i c a l   d i s tr i bu t i o ne t wor k   di r ec tl y   by   s ett i ng   the   r ea l   po wer   r ef erenc c urr en ( i d)  ac c ordi n to  th e e x c es s i v e p o wer  fro m t he  c ha r g i ng   proc es s .   W he the   s tat of  c ha r ge   ( S O C)   i s   greate r   tha 0.5   a nd   the   fr e qu e nc y   of  the   s y s tem   i s   l es s   tha 49 .5 th i s   s tat c al l ed   u ns tab l n etwo r k   s tat e.  T he   s y s tem   w i l l   s top   c h argi n ba t teri es   an d   i nj ec t   al l   po w er  t ha t   c o me s   fr o P V   arr ay s a l s di s c ha r ge s   th b att er i es   at  r at ed   di s c ha r g i ng   c urr en t,  by   s ett i ng   t he   r e al   po w er  r efe r en c c urr en ( i d)  ac c ordi ng   to  t he   m a x i mu po w er  av ai l ab l e.  I th fr eq ue nc y   of  th s y s tem   i s   gr ea ter  tha 0.5 or  n r ea l   p ower  l oa at  di s tr i b ut i on   ne twork  th en  th i s  s tat e c a l l ed  no n - r ea l   po w er l o ad  s tat e,  the  s y s tem  w i l l  s top   po w er i nj ec ti o n a nd   c ha r ge s   the   ba t teri es   on l y by   s ett i ng   t he   r e al   po w er  r efe r en c c urr e nt  ( i d)  t z ero.  T h es r efe r en c e c urr en ts  Id _re f a nd  Iq _ref w i l l  b e u s e d t h en   by  th e c o ntrol l er.       S t a r t P l o a d r e f > 0 Y e s I d = 0 N O p f > 0 . 8 5 Y e s N O N O I d = 0 Y e s I d = c u r r e n t   f r o m   P V   a r r a y s   + r a t e d   d i s c h a r g e   c u r r e n t   o f   b a t t e r i e s F r e q < 4 9 . 5   &   S O C   V D C , 3 V D C ,   9 V D C   b a t t e r i e s > 0 . 5 I d = c u r r e n t   o f   e x c e s s i v e   p o w e r   f r o m   c h a r g e   c o n t r o l l e r p f > 0 . 8 5 F r e q > = 4 9 . 5   &   F r e q < = 5 0 . 5 & S O C   V D C , 3 V D C ,   9 V D C   b a t t e r i e s > 0 . 3 5     F i gu r 5.  T h e f l owc ha r di a gram o f   ac ti v e  po w er c on tr ol  a l g orit h m       2 . 2 . 4.   Co n t r o l of  Rea cti ve   P o w e r  Inje ctio n  f o r   S h u n t   Act i v e Filt er   T he   i nj ec ti o of  r e ac ti v po wer   ( Q )   i s   o nl y   ne c es s ary   w he the   l oa d   draws   r e ac ti v e   po w er  fr om   the   s o urc e.  In  th c a s of  em p ty   ba tte r i es th s y s tem   wi l l   di s c on ne c th e   ba tte r i es   fr om     the   dc   l i nk   an c on t i nu r e ac ti v po w er  c om p en s at i on   by   i ns erti n of  c ap ac i t or  b an k s   at  the   dc   l i nk   o ea c H”   br i dg e   i nv erter S th r ea c t i v po w er  i nj ec ti on   d i n ot  de pe n on     the   s t ate   of   c ha r g ( S O C)   of  b att erie s ,   th i s   w i l l   i nc r ea s th r e l i ab i l i ty   o t he   hy bri ac t i v fi l ter  to   s up po r the   r e ac ti v po w er  l oa ev e i no   p ow er  ge ne r at ed   fr om   p ho t o v ol ta i c   arr ay s .     T he   f l owc h art  d i a gram   of   t he   c o ntrol   a l go r i th i s   s h own  i n   F i g ure  6.  W h en   th ere  i s   no   l oa c on ne c te d t o  th e s ou r c e t h e reac ti v e  po wer  c urr en t  r ef erenc e   ( i q_ r ef) s e t to  z ero  an no  r e ac ti v po wer   i nj ec ted   to  t he   po i n of  c om mo c ou p l i ng   ( P C C) A n i f   r ea c ti v e   l o ad   i s   c on ne c te to     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  ph oto v o l ta i c  i nte gra ted  u ni f i ed   po w er qu al i ty  c on d i ti on er w i th  a 2 7 - l ev e l  i nv erte r  ( K am e l   S al eh )   3237   the   d i s tr i b uti on   n etwo r k t h s y s tem   wi l l   au to ma t i c al l y   ge ne r ate   i q - r ef  r e qu i r ed   f or  al l   r ea c ti v po wer   l oa ds   c on n ec ted an t he   s ou r c w i l l   s e un i t y   po wer   f ac tor  i nd e pe nd e nt   on   t he   ty pe   of  c on tam i n ati ng  t he   l oa d.   T he   s pe e of  c o mp e ns ati on   of  r e ac ti v p ower  d ep en d i ng   on   th p ower  fac t or  of     the   el ec tr i c al   ne twork s o   i f   th p ower   fac tor   ( P F )   i s   l es s   t ha n   0. 85   ( l ag gi n g),  th s y s tem   c om pe ns ate s   at   m ax i m um   av ai l ab l e   r ea c ti v e   po wer el s t he   s y s tem   wi l l   i nj ec the   ex c es s i v e   po wer   fr o c ha r gi ng   proc es s A c c ordi ng   t the   ab ov ex pl a na t i o n,  the   s y s tem   wor k s   l i k e     s y nc hronou s   ma c h i ne ,   where  t he   r e ac ti v po w er  i s   c on tr o l l ed   t hrou gh   t h e   ex c i tat i on   c oi l   In  th i s  c as e,  i t i s  c on tr ol l ed   throug h i q_ r ef.       S t a r t Q l o a d r e f > 0 ( R e a c t i v e   l o a d ) Y e s I q = 0 N O p f > 0 . 8 5 Y e s N O P f < 1 N O I q = 0 Y e s I q = r a t e d   d i s c h a r g e   c u r r e n t   o f   b a t t e r i e s I q = 1 1 . 5 %   r a t e d   d i s c h a r g e   c u r r e n t   o f   b a t t e r i e s     F i gu r 6.  T h e f l owc ha r di a gram o f r ea c ti v e  po wer  c on tr ol  a l go r i th m       2 . 2 . 5 . M o d el ling  and  Co n t r o l of  S h u n t  Activ e Filt e r   A s s um e   th at  the   ac t i v fi l ter   i s   c on ne c ted   to  t he   P CC  thr ou gh   r es i s t an c an i n du c tan c as  s ho wn  i n   F i gu r e   7.  T he   f ol l owi ng   eq u ati on s  h ol d  tru e:       =  +    +     ( 1)       =  +    +     ( 2)       =  +    +     ( 3)     A l l   (1 ) ( 2 ) an ( 3)  ar tr an s formed   i ter ms   of  t he   d - v aria b l es   us i ng   th r efe r en c e   fr am e   tr an s format i o as   f ol l ows :     Lf d i f d dt   =   ifd R f   +   ( Vin vd   Vp c c d )     ω Lf   ifq   ( 4)     Lf d i f q dt   =   ifq R f   +   ( Vin vq   Vp c c q ) +   ω Lf   ifd   ( 5)     both   ( 4 )   an d   ( 5 )   c an  b e rew r i tte as :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO MNIK   V ol .   17 ,  No 6,  D ec em b er 20 19 :   32 3 2 - 324 8   3238   vd   =   ifd R f   + Lf d i f d dt   ( 6)     vq   = iq fR f   + Lf d i f q dt   ( 7)     where     vd   = ( Vin vd   Vp c c d )   ω Lf   iq   ( 8)     vq   = ( Vin vq   Vp c c q ) +   ω Lf   id     ( 9)     both   ( 8 )   and  ( 9 )   are  us e th en   to  de s i gn   prop orti o na l - i nte gral   c o ntro l l er  ( P I)   to  c o ntrol   t he   i a nd   i c om po n en ts   of  t he   i nv ert er  c urr en ts   as   s ho wn  i n   F i g ure  8.   T he   ou tp ut  of  t he   c o ntrol l ers   ( V dq )   i s  th e n u s ed  to   ge n erate   pu l s es  fo r  th e I G B T s   i n t he   m ul t i - l ev e l  i nv erte r  as  s ho wn  i F i gu r 9.       N o n   l i n e a r   l o a d I n v e r t e r   P C C V i n v V p c c R f L f I f   P I   C o n t r o l l e r 1 R f + L f s I d q _ r e f V d q I d q + -     F i gu r 7.  Dy n am i c  mo d el l i n of  th e s hu n t a c ti v e  fi l ter     F i gu r 8 .   C l os ed  l o op  c o ntr ol  b l oc k  d i ag r a m f or    s hu nt  ac t i v e f i l t er       N o n   l i n e a r   l o a d P C C M u l i t _ l e v e l   i n v e r t e r V p c c R f L f I f I L a b c V L a b c P L L Ɵ a   b   c d   q V q _ r e f P I   C o n t r o l l e r V d _ r e f + - + - H i g h   P a s s   F i l t r + R e a l   p o w e r   i n j e c t i o n a   b   c d   q Ɵ a   b   c d   q + + + + + L f * w L f * w - I d I q + a   b   c d   q Ɵ M o d u l a t i o n   T e c h n i q u e P I   C o n t r o l l e r P I   C o n t r o l l e r     F i gu r 9.  T h e c on tr o l  s tr uc t ure of  ac ti v e f i l t er       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  ph oto v o l ta i c  i nte gra ted  u ni f i ed   po w er qu al i ty  c on d i ti on er w i th  a 2 7 - l ev e l  i nv erte r  ( K am e l   S al eh )   3239   3 . Re sult a n d  An aly s is   T he   prop os ed   s y s tem   i s   s i mu l ate i M A T L A B   S IMU LIN K   en v i r on m en t c he c k     the   pe r form an c an d   th c o r r ec wor k i ng   of  the   c om p l et s y s tem T h s i mu l at i on   of  Uni f i ed   P ower   Q ua l i ty   Co nd i ti on er  ( U P Q C)   i s   tes t ed   to  i ns ure   th c orr ec wor k i ng   of  al l   s y s tem   pa r ts     c om po s e d t o ge th er.     3.1.   S imu latio n  R es u lt s fo r  S h u n t   Act i ve   F ilte r   F i gu r 10   s h ows   th s ou r c c urr en be for a nd   po s the   o pe r at i o of   th ac t i v e   fi l ter.    A t   =   0. 4   s   t he   ac ti v po w er  fi l ter  s tarts   wor k i n to   m i t i g ate   t he   ha r m on i c s   an d   th s ou r c c urr en t    be c am e    p ure   s i nu s o i d al .   T h t ota l   ha r mo ni c   di s t orti o ( T HD)   r ed uc e fr om   1 8%  t 0.4 %.   T he at   t   =   0.7   s the   ac ti v po wer   i nj ec ti on   s tarts   wi t A   c urr en as s i s tan as   s ee i n   F i gu r 10   a nd     the  t ota l  ha r mo n i c  di s t orti o n rema i n ed  v ery  l ow (0. 5%)  du r i n g a c t i v e p ower i nj ec ti on .     3. 2 .   S imu latio n  R es u lt s fo r  S er ie s Ac t i ve   f ilte r   T he   t hree - p ha s e   s o urc v ol ta ge   s i gn al   i s   s ho w b efo r an p os t he   op era ti on   of     the   s erie s   ac t i v fi l ter  i s   s h own  i n   F i g ure  11 A t   =   0.4   s   the   s erie s   ac ti v fi l ter  s ta r ted   to  m i ti ga t the   v o l ta ge   ha r mo n i c s T h en   A t   t   =   0.7   s t he   s y s tem   s tep s   up   th s o urc v o l tag e   to   23 0     an m ad the   el ec tr i c al   ne twork   i de al   w i th  tot a l   h arm on i c   d i s to r ti on   1 i s o urc v ol ta ge I i s   c l ea r   fr o t he   ab ov r es u l ts the   be ha v i or  of   S erie s   A P F   be c a me   be t ter  a nd   th c ap ab i l i ty   of  ha r mo ni c   m i ti ga t i on   a nd   v ol ta ge   c om pe ns a t i o be c a me   i d ea l   be c a us of  th po s i t i v eff ec t     of  s hu n t A P F .     3. 3 .   P o w er  F ac t o r  Co r r e ctio n   F i gu r 12   prov es   th c ap a bi l i ty   of  s h un ac t i v po wer   fi l t er  ( S A P F )   of  k ee pi ng   a   un i ty   po wer   f ac tor  a th s ou r c e.   A t   =   0. 4   s t he   s h un ac ti v fi l ter  s tarts   t i nj ec r ea c ti v p ower  an d     the   po w er  fac tor  ha s   be en   i mp r ov ed   fr o 0.7 to  0. 97 .   T he at  t   =   0.7   s   the   ac ti v e   fi l ter  s tarts   to   i nj ec r ea l   po w er  the   r es u l t s   i n   F i gu r 12   d em on s tr ate   tha th po w er  fac tor  c orr ec ti on   proc es ha s n’ t  be en   i nte r r u pte d b y  t he   r ea l  p ower  i nj ec ti on  proc es s .     3.4.   Real   P o w er   Injectio n   T he   ac ti v po wer   ( P )   was   c on tr ol l e by   ad j us ti n the   v al u of  i d - r ef  c urr en t wher i d - r ef  c urr en d ep e nd s   on   the   S O of   a l l   b att ery   pa c k s   an t he   fr eq u en c y   of   th s y s tem T he   i nj ec ti o n   of  r ea c ti v p ower  ( Q )   de pe nd s   on   th tun i ng   of  i q - r ef  c urr en t,  wh ere  i q - r ef  s et  t ma i nta i u ni ty   po wer   fac tor.  F i gu r 1 s ho ws   the   c ha ng i ng   i s ou r c c urr en whe the   s y s tem   s tar ts   ac ti v po wer   i nj ec ti o at  t   =   0.7   s ec T he   i nj ec t i on   o r ea l   po w er  ha s   be e s top p ed   at  t   =   0.9   s   an   the  s ou r c e c urr e nt  r etu r ns  t o i ts  prev i ou s  v a l ue  be f ore t he  r ea l  p owe r   i nj ec ti on .     3.5. F r equ enc y V ar i atio n   E f f ec t   F i gu r e s   14   a nd   15   de mo n s tr ate   t he   eff ec of   t he   fr eq ue nc y   v ari ati on   on   th am ou nt   of     the   r ea l   p ower   i nj ec ted   by   t he   f i l ter.   A t   t   =   0. 5   s   W he n   t he  ne tw ork   fr eq ue nc y  be tw ee n   th n orma l   l i m i ts   ( be tw ee 49 .5   Hz   an 50   Hz ) the   s y s tem   ad j us ts   id - r ef  to  i nj ec r ea l   p ower   wi th  a   c erta i v al ue   de p en d i n on   t he   s t ate   of  c h arge  ( S O C)   of  ba tte r i es   as   s ho w i n   F i g ure   14 F i gu r 1 de mo ns tr ate s   th c urr en i n j ec ti on   wh en   t he   fr e qu e nc y   i th n orma l   r eg i on i d - r ef   i s   s et  to  1 5%   of  the   r ate d   i d O th ot he r   ha nd i the   S O i s   s et  to  0 . ( for  ex am pl e)  an the   ne t wor k   fr eq ue nc y   do wn   s ud d en l y   to  48   Hz   at   t   =   0.7   s th c on tr ol l er  w i l l   a dj us i d - r ef   to  i ts   ma x i mu m   v al u a nd   pu s the   ne tw ork   fr eq u en c y   to  th no r ma l   r eg i on   as   s ho wn  i n   F i g ure s   1 a nd   15.  T he   t ota l   ha r mo n i c   di s torti on   ( T HD)   i s   r ed uc e fr om   16 .5%  to  1%  an d i no c ha n ge   wh en   th c o ntrol l er  i nj ec ts   di ff erent  l ev el s   of  c urr en t the   po i nt  of  c om m on   c ou pl i ng He nc the   s y s tem   i s   tr u s ted   an s ta bl e   for al l  i ts  ta s k s .     3.6 S t ate o f  Ch a r g e ( S O C )  V ar i atio n   E f f ec t   F i gu r e s   16   an 17   s ho t h eff ec of  c h an g i n the   S O on   i d - r ef  an t he   a mo u nt  of  r ea l   po wer   i nj ec t ed   by   t he   ac ti v f i l t er.  F i gu r e   1 s h ows   t h at  t he   s tat e   of   c ha r ge   ha s   be en   d ec l i ne d   fr om   0.8   t 0. 25   at  t= 0 .7   s .   T he   three - p ha s s ou r c c urr en wav ef o r ms   are  s ho w i n   F i gu r 1 7.  A t= 0. 5   s   th S O w as   0.8   s the   c on tr o l l er  s et  t he   v a l ue   of  i d _ref  t th m ax i m u as   s ho wn  i n   F i gu r 17 T he at  t= 0. 7   s   t he   S O was   de c l i ne t 0. 25   an h en c t he   c on tr ol l er   s et  i d _ref  to   as  s ho wn  i n   F i gu r e   17.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO MNIK   V ol .   17 ,  No 6,  D ec em b er 20 19 :   32 3 2 - 324 8   3240       F i gu r 10 .   S o urc e c urr en wav efo r ms  a fte r  o pe r at i on   of  ac ti v e  fi l ter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0       A  ph oto v o l ta i c  i nte gra ted  u ni f i ed   po w er qu al i ty  c on d i ti on er w i th  a 2 7 - l ev e l  i nv erte r  ( K am e l   S al eh )   3241       F i gu r 11 .   S o urc e v ol t ag wav efo r ms  a fte r  o pe r at i on   of  s erie s  ac t i v e f i l t er       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.