I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0                                                                         2 3 5         H a r m o n i c   M i t i g a t i o n   u s i n g   a   Po l a r i z e d   R a m p t i m e   C u r r e n t - C o n t r o l l e d   .   ( H a n n y   H . T u m b e l a k a )   H a r m o n i c   M i t i g a t i o n   U s i n g   a   P o l a r i z e d   R a m p - t i m e   C u r r e n t - C o n t r o l l e d   I n v e r t e r       H a n n y   H .   T u m b e l a k a 1 ,   L a w r e n c e   J .   B o r l e 2   1 El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g   D e p a r t m e n t ,   Pe t r a   C h r i s t i a n   U n i v e r s i t y ,   Su r a b a y a ,   I n d o n e s i a   Si w a l a n k e r t o   1 2 1 - 1 3 1   Su r a b a y a ,   Ph o n e :   + 6 2   3 1   2 9 8 3 4 4 6   F a x :   + 6 2   3 1   8 4 3 6 4 1 8   2 Aq u i l a   El e c t r o n i c s ,   W e s t e r n   Au s t r a l i a   e - m a i l :   t u m b e h @ p e t r a . a c . i d 1 ,   L J Bo r l e @ i e e e . o r g 2       A b s t r a k   M a k a l a h   i n i   m e n j e l a s k a n   i m p l e m e n t a s i   t a p i s   d a y a   a k t i f   s h u n t   u n t u k   s i s t e m   t i g a - f a s a   e m p a t - k a w a t   u n t u k   m e n g a t a s i   m a s a l a h   k u a l i t a s   d a y a   y a n g   d i h a s i l k a n   o l e h   b e b a n   c a m p u r a n ,   y a i t u   k o m b i n a s i   k o m p o n e n   h a r m o n i s a ,   d a y a   r e a k t i f   d a n   t i d a k   s e i m b a n g .   T a p i s   i n i   m e r u p a k a n   i n v e r t e r   s u m b e r   t e g a n g a n   t e r k e n d a l i   a r u s   ( C C - V SI )   t i g a   f a s a   d e n g a n   i n d u k t o r   p a d a   k e l u a r a n   AC   d a n   k a p a s i t o r   D C - b u s .   C C - VSI   b e k e r j a   m e n g k o n t r o l   a r u s   g r i d   s e c a r a   l a n g s u n g   a g a r   b e r b e n t u k   s i n u s   d a n   s e f a s a   d e n g a n   t e g a n g a n   g r i d   t a n p a   m e n d e t e k s i   a r u s   b e b a n .   O p e r a s i   s a k l a r   e l e k t r o n i k   d i a t u r   m e n g g u n a k a n   m e t o d e   p o l a r i z e d   r a m p - t i m e   c u r r e n t   c o n t r o l   y a n g   b e r b a s i s   z e r o   a v e r a g e   c u r r e n t   e r r o r   ( Z A C E )   d e n g a n   f r e k u e n s i   p e n y a k l a r a n   k o n s t a n .   D a r i   h a s i l   p e r c o b a a n   l a b o r a t o r i u m ,   t e r b u k t i   t a p i s   i n i   m a m p u   m e r e d a m   h a r m o n i s a   d a n   d a y a   r e a k t i f   s e h i n g g a   a r u s   g r i d   b e r b e n t u k   s i n u s   d a n   s e f a s a   d e n g a n   t e g a n g a n   g r i d ,   d a n   s e i m b a n g   w a l a u p u n   t e g a n g a n   g r i d   t e r d i s t o r s i .     K a t a   k u n c i :   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r ,   h a r m o n i s a ,   m e t o d a   c u r r e n t - c o n t r o l       A b s t r a c t     T h i s   p a p e r   d e s c r i b e s   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   a   s h u n t   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r   f o r   a   t h r e e - p h a s e   f o u r - w i r e   s y s t e m   t o   o v e r c o m e   t h e   p o w e r   q u a l i t y   p r o b l e m s   g e n e r a t e d   b y   m i x e d   n o n - l i n e a r   l o a d s   w h i c h   a r e   a   c o m b i n a t i o n   o f   h a r m o n i c ,   r e a c t i v e   a n d   u n b a l a n c e d   c o m p o n e n t s .   T h e   f i l t e r   c o n s i s t s   o f   a   t h r e e - p h a s e   c u r r e n t - c o n t r o l l e d   v o l t a g e   s o u r c e   i n v e r t e r   ( C C - V SI )   w i t h   a   f i l t e r   i n d u c t o r   a t   t h e   AC   o u t p u t   a n d   a   D C - b u s   c a p a c i t o r .   T h e   C C - VSI   i s   o p e r a t e d   t o   d i r e c t l y   c o n t r o l   t h e   g r i d   c u r r e n t   i n   o r d e r   t o   b e   s i n u s o i d a l   a n d   i n   p h a s e   w i t h   t h e   g r i d   v o l t a g e   w i t h o u t   s e n s i n g   t h e   l o a d   c u r r e n t s .   T h e   s w i t c h i n g   i s   c o n t r o l l e d   b y   u s i n g   p o l a r i z e d   r a m p - t i m e   c u r r e n t   c o n t r o l ,   w h i c h   i s   b a s e d   o n   t h e   c o n c e p t   o f   z e r o   a v e r a g e   c u r r e n t   e r r o r   ( Z A C E )   w i t h   a   f i x e d   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   T h e   l a b o r a t o r y   e x p e r i m e n t   r e s u l t s   i n d i c a t e   t h a t   t h e   f i l t e r   i s   a b l e   t o   m i t i g a t e   t h e   h a r m o n i c s   a n d   t h e   r e a c t i v e   p o w e r ,   s o   t h a t   t h e   g r i d   c u r r e n t s   a r e   s i n u s o i d a l ,   i n   p h a s e   w i t h   t h e   g r i d   v o l t a g e s ,   a n d   s y m m e t r i c   a l t h o u g h   t h e   g r i d   v o l t a g e   c o n t a i n s   h a r m o n i c s .     K e y w o r d s :   c u r r e n t - c o n t r o l   t e c h n i q u e ,   h a r m o n i c s ,   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r .         1 .   I n t r o d u c t i o n   N o n - l i n e a r   l o a d s ,   e s p e c i a l l y   p o w e r   e l e c t r o n i c   l o a d s ,   c r e a t e   p o w e r   q u a l i t y   p r o b l e m s   d u e   t o   h a r m o n i c   c u r r e n t s   a n d   v o l t a g e s   t h a t   d e t e r i o r a t e   p o w e r   s y s t e m   a n d   i t s   a p p a r a t u s .   F o r   m a n y   y e a r s ,   v a r i o u s   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r s   ( APF )   h a v e   b e e n   d e v e l o p e d   t o   s u p p r e s s   h a r m o n i c   c u r r e n t s ,   a s   w e l l   a s   t o   c o m p e n s a t e   f o r   r e a c t i v e   p o w e r ,   s o   t h a t   t h e   s o u r c e / g r i d   w i l l   s u p p l y   s i n u s o i d a l   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   w i t h   u n i t y   p o w e r   f a c t o r   [ 1 ] ,   [ 2 ]   , [ 3 ] .     I n   g e n e r a l ,   a   c u r r e n t - c o n t r o l l e d   v o l t a g e   s o u r c e   i n v e r t e r   ( C C - VSI )   i s   e m p l o y e d   a s   a   s h u n t   APF   t o   i n j e c t   e q u a l - b u t - o p p o s i t e   h a r m o n i c   a n d   r e a c t i v e   c o m p e n s a t i o n   c u r r e n t s   b a s e d   o n   c a l c u l a t e d   r e f e r e n c e   c u r r e n t s .   H e n c e ,   t h e   c u r r e n t   s e n s o r s   a r e   i n s t a l l e d   o n   t h e   l o a d   s i d e .   T h e n ,   t h e i r   o u t p u t   s i g n a l s   w i l l   b e   p r o c e s s e d   t o   c o n s t r u c t   t h e   r e f e r e n c e   o r   d e s i r e d   c u r r e n t s ,   w h i c h   c o n s i s t   o f   h a r m o n i c   a n d   r e a c t i v e   c o m p o n e n t s   a s   w e l l   a s   n e g a t i v e -   a n d   z e r o - s e q u e n c e   c o m p o n e n t s   f o r   u n b a l a n c e   c o m p e n s a t i o n .   O n c e   t h e   d e s i r e d   r e f e r e n c e   c u r r e n t s   h a v e   b e e n   e s t a b l i s h e d ,   t h e   c u r r e n t s   m u s t   b e   i n j e c t e d   i n t o   t h e   g r i d   a c c u r a t e l y   b y   d i r e c t l y   c o n t r o l l i n g   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   c u r r e n t   u s i n g   a   c u r r e n t   c o n t r o l   m e c h a n i s m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                            I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 3 5     2 4 4   2 3 6   T h e r e   a r e   a   l o t   o f   m e t h o d s   t o   g e n e r a t e   t h e   r e f e r e n c e   c u r r e n t   f r o m   t h e   l o a d   c u r r e n t   [ 4 ] .   T h e   t r a n s f o r m a t i o n   o f   n o n - s i n u s o i d a l   l o a d   c u r r e n t s   i n   t h e   a - b - c   r e f e r e n c e   f r a m e   t o   t h e   s y n c h r o n o u s l y   r o t a t i n g   d - q   r e f e r e n c e   f r a m e   i s   u s e f u l   i n   f a c i l i t a t i n g   t h e   e x t r a c t i o n   p r o c e s s   o f   h a r m o n i c   c o m p o n e n t s   f r o m   l o a d   c u r r e n t s   [ 5 ] .   An o t h e r   m e t h o d   i s   t h e   p - q   t h e o r y   i n t r o d u c e d   b y   Ak a g i   [ 6 ] ,   w h i c h   i s   b a s e d   o n   t h e   i n s t a n t a n e o u s   p o w e r   c o m p e n s a t i o n .   r e c e n t   a t t e m p t   h a s   b e e n   m a d e   t o   a p p l y   t h e   n e u r a l   n e t w o r k   t e c h n i q u e   [ 7 ]   f o r   s e p a r a t i n g   t h e   h a r m o n i c   c o m p o n e n t s   f r o m   t h e   f u n d a m e n t a l   c o m p o n e n t .   T h e   s h u n t   A PF   c a n   a l s o   c o m p e n s a t e   f o r   h a r m o n i c   a s   w e l l   a s   r e a c t i v e   c u r r e n t s   w i t h o u t   d e t e c t i n g   t h e   l o a d   c u r r e n t s   a n d   c r e a t i n g   h a r m o n i c - r i c h   r e f e r e n c e   c u r r e n t s .   T h e   C C - VSI   a s   a   s h u n t   APF   a c t s   t o   d i r e c t l y   c o n t r o l   t h e   s o u r c e / g r i d   c u r r e n t s   t o   b e   s i n u s o i d a l   a n d   i n - p h a s e   w i t h   t h e   g r i d   v o l t a g e   [ 8 ] .   I n   t h i s   c a s e ,   t h e   c u r r e n t   s e n s o r s   a r e   n o t   l o c a t e d   a t   t h e   l o a d   s i d e   ( f o r   c r e a t i n g   t h e   h a r m o n i c   r e f e r e n c e   c u r r e n t )   b u t   a t   t h e   g r i d   s i d e   ( f o r   c o n t r o l l i n g   t h e   g r i d   c u r r e n t ) .   C o n t r o l l i n g   t h e   g r i d   c u r r e n t   r a t h e r   t h a n   t h e   i n v e r t e r   c u r r e n t   a l l o w s   u s   t o   c r e a t e   e a s i l y   a   s i n u s o i d a l   r e f e r e n c e   c u r r e n t   ( f o r   t h e   g r i d   c u r r e n t ) ,   r a t h e r   t h a n   h a v i n g   t o   c r e a t e   a   h a r m o n i c -   a n d   t r a n s i e n t - r i c h   r e f e r e n c e   c u r r e n t   ( f o r   t h e   i n v e r t e r   c u r r e n t ) .   T h e   i d e a   t o   o b t a i n   t h e   d e s i r e d   g r i d   c u r r e n t   w a v e f o r m   i n s t a n t a n e o u s l y   w i t h o u t   c a l c u l a t i o n   i s   e a s i l y   f u l f i l l e d   b y   u s i n g   a n   a c t i v e   p o w e r   b a l a n c e d   t e c h n i q u e .   T h e   a c t i v e   p o w e r   i s   m a i n t a i n e d   b a l a n c e d   a m o n g   t h e   g r i d ,   t h e   l o a d   a n d   t h e   D C   b u s   o f   t h e   p o w e r   i n v e r t e r   b y   r e g u l a t i n g   t h e   D C - b u s   v o l t a g e .   T h e   d e v e l o p m e n t   o f   a   c u r r e n t   c o n t r o l   m e c h a n i s m   i s   i m p o r t a n t   f o r   i n j e c t i n g   h a r m o n i c   a n d   r e a c t i v e   c o m p e n s a t i o n   c u r r e n t .   T h e   p o l a r i z e d   r a m p - t i m e   c u r r e n t   c o n t r o l   ( PR C C )   t e c h n i q u e   b a s e d   o n   Z A C ( z e r o   a v e r a g e   c u r r e n t   e r r o r )   h a s   b e e n   e s t a b l i s h e d   a s   d e s c r i b e d   i n   t h e   l i t e r a t u r e   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   R e g a r d i n g   t o   t h e   o p e r a t i o n   a n d   p e r f o r m a n c e   o f   a   s h u n t   APF ,   t h e   P R C C   h a s   b e e n   c h o s e n   d u e   t o   i t s   c a p a b i l i t y   o f   m i n i m i z i n g   r i p p l e   c u r r e n t   u s i n g   a   f i x e d   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   t e c h n i q u e   s o   t h a t   i t   d o e s   n o t   g e n e r a t e   a d d i t i o n a l   l o w   o r d e r   h a r m o n i c s   t h a t   d e t e r i o r a t e   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   f i l t e r .   F u r t h e r m o r e ,   i t   h a s   a   h i g h   b a n d w i d t h   a n d   a   f a s t   t r a n s i e n t   r e s p o n s e .   T h e r e f o r e ,   t h e   i d e a   o f   a p p l y i n g   t h e   PR C C   t o   a   s h u n t   AP F   b y   d i r e c t l y   c o n t r o l l i n g   t h e   g r i d   c u r r e n t   w i l l   b e   e x a m i n e d .       2 .   R e s e a r c h   M e t h o d   2 . 1 .   Sh u n t   A c t i v e   Po w e r   F i l t e r   C o n f i g u r a t i o n   T h e   t h r e e - p h a s e   s h u n t   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r   i s   a   t h r e e - p h a s e   c u r r e n t - c o n t r o l l e d   v o l t a g e - s o u r c e   i n v e r t e r   ( C C - VSI )   w i t h   a   m i d - p o i n t   e a r t h e d   s p l i t   c a p a c i t o r   ( C 1   a n d   C 2 )   o n   t h e   D C   b u s   a n d   i n d u c t o r s   ( L = L i n v )   o n   t h e   AC   o u t p u t   ( F i g u r e   1 ) .   T h u s ,   i t   i s   e s s e n t i a l l y   t h r e e   i n d e p e n d e n t   s i n g l e - p h a s e   i n v e r t e r s   w i t h   a   c o m m o n   D C   b u s .         F i g u r e   1 .     T h r e e - p h a s e   Vo l t a g e   So u r c e   I n v e r t e r   ( VSI )     i l o a d s i g r i d i i n v 3 p h   v g Z g v d c V d c - r e f L L L i n v C 1 C 2 3 p h   i g - r e f k 3 p h   v g - 1   F i g u r e   2 .     T h e   s h u n t   APF   c o n f i g u r a t i o n       T h e   A PF   c o n s i s t s   o f   t w o   c o n t r o l   l o o p s ,   n a m e l y   a   c u r r e n t   c o n t r o l   l o o p   a n d   a   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p .   T h e   c u r r e n t   c o n t r o l   l o o p   e m p l o y s   PR C C   t o   s h a p e   t h e   g r i d   c u r r e n t s   t o   b e   s i n u s o i d a l   b y   g e n e r a t i n g   a   c e r t a i n   p a t t e r n   o f   PW M   f o r   c o n t i n u o u s   s w i t c h i n g   o f   t h e   i n v e r t e r   s w i t c h e s .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         H a r m o n i c   M i t i g a t i o n   u s i n g   a   Po l a r i z e d   R a m p t i m e   C u r r e n t - C o n t r o l l e d   .   ( H a n n y   H . T u m b e l a k a )   2 3 7   u p p e r   a n d   l o w e r   s w i t c h e s   a r e   o p e r a t e d   o n   a   c o m p l e m e n t a r y   b a s i s   a n d   g e n e r a t e   PW M   b i - p o l a r   v o l t a g e   s w i t c h i n g .   T h e   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p   u s e s   a   s i m p l e   Pr o p o r t i o n a l   I n t e g r a l   ( PI )   c o n t r o l l e r   t o   k e e p   t h e   D C - b u s   v o l t a g e   c o n s t a n t   a t   a   c e r t a i n   D C   v o l t a g e   r e f e r e n c e   a n d   t o   p r o v i d e   t h e   m a g n i t u d e   o f   r e f e r e n c e   c u r r e n t   s i g n a l s   a s   w e l l   a s   t o   c o n t r o l   t h e   p o w e r   f l o w .   T h e   s p e e d   o f   r e s p o n s e   o f   t h e   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p   i s   m u c h   s l o w e r   t h a n   t h a t   o f   t h e   c u r r e n t   c o n t r o l   l o o p .   H e n c e ,   t h e   c u r r e n t   a n d   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p s   a r e   d e c o u p l e d .   F i g u r e   2   s h o w s   t h e   s h u n t   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r   c o n f i g u r a t i o n   [ 8 ] .     2 . 2 .   D i r e c t   C o n t r o l   o f   t h e   G r i d   C u r r e n t   As   s h o w n   f r o m   F i g u r e   2 ,   t h e   C C - VSI   i s   c o n n e c t e d   i n   p a r a l l e l   w i t h   t h e   g r i d ,   c l o s e   t o   t h e   n o n - l i n e a r   l o a d s .   A   n o d e ,   w h i c h   i s   a   p o i n t   o f   c o m m o n   c o u p l i n g   ( P C C ) ,   i s   c r e a t e d   w i t h   t h r e e   c o n n e c t i o n s ,   o n e   e a c h   t o   t h e   l o a d ,   t h e   g r i d   a n d   t h e   c o n v e r t e r ,   s o   t h a t   a l l   t h r e e   c u r r e n t s   ( f o r   t h r e e   o r   f o u r   w i r e s )   a r e   p o t e n t i a l l y   a v a i l a b l e   t o   b e   d i r e c t l y   c o n t r o l l e d   b y   t h e   p o w e r   c o n v e r t e r .   H e n c e ,   i t   w o u l d   s e e m   r e a s o n a b l e   t o   c o n t r o l   t h e   g r i d   c u r r e n t   d i r e c t l y .   M o r e o v e r ,   t h e   c o n t r o l l a b i l i t y   o f   t h e   g r i d   c u r r e n t   c a n   b e   a c h i e v e d   u s i n g   b i p o l a r   P W M   s w i t c h i n g .   T h e   u p p e r   a n d   l o w e r   s w i t c h e s   o f   e a c h   h a l f - b r i d g e   a r e   s w i t c h e d   o n   a   c o m p l e m e n t a r y   b a s i s .   As   a   r e s u l t ,   t h e   o u t p u t   c u r r e n t   o f   t h e   i n v e r t e r   t h r o u g h   t h e   i n d u c t o r ,   a s   w e l l   a s   t h e   g r i d   c u r r e n t ,   c a n   a l w a y s   b e   c o n t r o l l e d   t o   r a m p   u p   a n d   d o w n   c o n t i n u o u s l y .   T h e r e f o r e ,   t h e   d i r e c t   c o n t r o l   o f   t h e   g r i d   c u r r e n t   i s   f e a s i b l e   b e c a u s e   t h e   s w i t c h i n g   a c t i o n   w i l l   h a v e   a   d i r e c t ,   i m m e d i a t e   a n d   p r e d i c t a b l e   e f f e c t   o n   t h e   g r i d   c u r r e n t ,   a n d   h e n c e   p r o v i d e   t h e   c o n t r o l l a b i l i t y .   T h u s ,   b y   p u t t i n g   t h e   o n e   c u r r e n t   s e n s o r   p e r   p h a s e   o n   t h e   g r i d   s i d e ,   t h e   g r i d   c u r r e n t s   a r e   s e n s e d   a n d   d i r e c t l y   c o n t r o l l e d   t o   f o l l o w   s y m m e t r i c a l   s i n u s o i d a l   r e f e r e n c e   s i g n a l s   a n d   i n - p h a s e   w i t h   t h e   g r i d   v o l t a g e s .   T h e   g r i d   c u r r e n t s   a r e   f o r c e d   t o   b e h a v e   a s   a   s i n u s o i d a l   c u r r e n t   s o u r c e   a n d   t h e   g r i d   a p p e a r s   a s   a   h i g h - i m p e d a n c e   c i r c u i t   f o r   h a r m o n i c s .   T h e   t h r e e - p h a s e   s h u n t   A PF   c a n   a l s o   p r o v i d e   c o m p l e t e   c o m p e n s a t i o n   f o r   m a n y   l o a d s   a t   t h e   PC C   i n s t e a d   o f   c o m p e n s a t i n g   f o r   e a c h   l o a d   i n d i v i d u a l l y .     T h e   s y s t e m   m a y   c o n t a i n   s i g n i f i c a n t   a m o u n t s   o f   l o a d   u n b a l a n c e   w i t h   n o n - l i n e a r   s i n g l e - p h a s e   l o a d s .   Su c h   l o a d s   p r o d u c e   l a r g e   n e g a t i v e -   a n d   z e r o - s e q u e n c e   c u r r e n t s .   T h e   s h u n t   A P F   h a s   a l s o   t h e   a b i l i t y   t o   b a l a n c e   t h e   a s y m m e t r i c a l   c u r r e n t   w i t h o u t   m e a s u r i n g   a n d   d e t e r m i n i n g   t h e   n e g a t i v e -   a n d   z e r o - s e q u e n c e   c o m p o n e n t .   T h i s   i s   b e c a u s e   t h e   c u r r e n t   c o n t r o l   l o o p   c a n   f o r c e   t h e   g r i d   c u r r e n t s   t o   f o l l o w   a   t h r e e - p h a s e   b a l a n c e d   s i n u s o i d a l   r e f e r e n c e   s i g n a l   s o   t h a t   t h e   i n v e r t e r   c r e a t e s   t h e   i n v e r s e   o f   t h e   n e g a t i v e -   a n d   z e r o - s e q u e n c e   c u r r e n t   a u t o m a t i c a l l y .     H e n c e ,   b y   f o r c i n g   t h e   g r i d   c u r r e n t   t o   b e   s i n u s o i d a l ,   t h e   C C - V SI   a u t o m a t i c a l l y   p r o v i d e s   t h e   h a r m o n i c ,   r e a c t i v e ,   n e g a t i v e -   a n d   z e r o - s e q u e n c e   c u r r e n t s   f o r   t h e   l o a d ,   f o l l o w i n g   t h e   b a s i c   c u r r e n t   s u m m a t i o n   r u l e :     i g r i d = i i n v e r t e r   +   i l o a d s   ( 1 )     T o   o b t a i n   t h e   d e s i r e d   g r i d   c u r r e n t   w a v e f o r m   i n s t a n t a n e o u s l y   w i t h o u t   s i g n i f i c a n t   c a l c u l a t i o n   i s   e a s i l y   f u l f i l l e d   b y   a d o p t i n g   a n   a c t i v e   p o w e r   b a l a n c e   t e c h n i q u e   a m o n g   t h e   g r i d ,   t h e   l o a d   a n d   t h e   D C   b u s   o f   t h e   C C - VSI .       As   s h o w n   i n   F i g u r e   2 ,   t h e   s i n u s o i d a l   g r i d   c u r r e n t   r e f e r e n c e   s i g n a l   i s   g i v e n   b y :     i g - r e f = k   v g - 1   ( 2 )     w h e r e   v g - 1   i s   t h e   f u n d a m e n t a l   c o m p o n e n t   o f   t h e   g r i d   v o l t a g e ,   a n d   o b t a i n e d   f r o m   a   p h a s e - l o c k - l o o p   ( PL L )   c i r c u i t   d e t e c t i n g   t h e   g r i d   v o l t a g e .   T h e   v a l u e   o f   k   i s   t h e   o u t p u t   o f   a   s i m p l e   Pr o p o r t i o n a l   I n t e g r a l   ( PI )   c o n t r o l l e r ,   w h i c h   i s   e m p l o y e d   i n   t h e   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p .     W h e n   a n   a c t i v e   p o w e r   f l u c t u a t i o n   d r a w n   b y   t h e   l o a d   o c c u r s ,   t h e   a c t i v e   p o w e r   b e t w e e n   t h e   l o a d   a n d   t h e   g r i d   w i l l   b e   u n b a l a n c e d .   T h e   D C - b u s   o f   t h e   C C - VSI   i m m e d i a t e l y   s u p p l i e s   ( a b s o r b s )   t h e   a c t i v e   p o w e r   m i s m a t c h   b e t w e e n   t h e   g r i d   a n d   t h e   l o a d ,   s i n c e   t h e   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p   i s   s e t   w i t h   a   s l o w e r   r e s p o n s e   a n d   d o e s   n o t   r e s p o n d   i n s t a n t a n e o u s l y   t o   p r o v i d e   t h e   a p p r o p r i a t e   g r i d   r e f e r e n c e   c u r r e n t   m a g n i t u d e .   T h i s   y i e l d s   a   D C - b u s   v o l t a g e   d e v i a t i o n   ( D V d c ) .   D u e   t o   a c t i v e   p o w e r   b a l a n c e ,   t h e   a m p l i t u d e   o f   g r i d   a c t i v e   c u r r e n t s   m u s t   b e   a d j u s t e d   a p p r o p r i a t e l y   t o   c o m p e n s a t e   f o r   t h e   a c t i v e   p o w e r   c h a r g e d / d i s c h a r g e d   f r o m   t h e   D C   c a p a c i t o r s   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                            I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 3 5     2 4 4   2 3 8   t h e   i n v e r t e r .   T h e   r e q u i r e d   c h a n g e   i n   g r i d   c u r r e n t s   w i l l   c o m e   a s   s o o n   a s   t h e   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p   r e s p o n d s   t o   c h a n g e   i n   t h e   m a g n i t u d e   o f   t h e   g r i d   c u r r e n t s .   H e n c e ,   a n y   m i s m a t c h   b e t w e e n   t h e   r e q u i r e d   l o a d   a c t i v e   c u r r e n t   a n d   t h a t   b e i n g   f o r c e d   b y   t h e   C C - V SI   w o u l d   r e s u l t   i n   t h e   n e c e s s a r y   c o r r e c t i o n s   t o   r e g u l a t e   t h e   D C - b u s   v o l t a g e .   T h e   o u t p u t   o f   t h e   PI   c o n t r o l l e r ,   w h i c h   i s   a   g a i n   k ,   c a n   d e t e r m i n e   t h e   a m o u n t   o f   D V d c   t h a t   c o r r e s p o n d s   t o   t h e   g r i d   c u r r e n t   a m p l i t u d e .   F i n a l l y ,   t h e   a c t i v e   p o w e r   s u p p l i e d   f r o m   t h e   g r i d   i s   m a t c h e d   t o   t h a t   c o n s u m e d   b y   t h e   l o a d .   n e w   s t e a d y   s t a t e   h a s   b e e n   a c h i e v e d   w i t h   a   n e w   g r i d   c u r r e n t   a m p l i t u d e .   T h e   a v e r a g e   D C - b u s   v o l t a g e   i s   t h e n   r e c o v e r e d   a n d   s t a y s   a t   t h e   r e f e r e n c e   v o l t a g e .     2 . 3 .   Po l a r i z e d   R a m p - t i m e   C u r r e n t   C o n t r o l   Sy s t e m   2 . 3 . 1 .   O p e r a t i n g   C o n d i t i o n   o f   t h e   C u r r e n t   C o n t r o l   L o o p   N e g l e c t i n g   t h e   l o s s e s   i n   t h e   VS I ,   t h e   o u t p u t   c u r r e n t   f o r   e a c h   p h a s e   ( e a c h   h a l f - b r i d g e )   o f   t h e   i n v e r t e r   t h r o u g h   t h e   i n d u c t a n c e   L i n v   c a n   b e   e x p r e s s e d   i n   a   s w i t c h i n g   f u n c t i o n   ( s )   a s :       ) ) 1 ( ( 1 2 1 C C p c c i n v i n v v s v s v L d t d i - - - =   ( 3 )     s = 1   i f   t h e   u p p e r   s w i t c h   i s   c l o s e d ,   a n d   s = 0   i f   t h e   u p p e r   s w i t c h   i s   o p e n .   I t   m u s t   b e   a s s u m e d   t h a t   t h e   v o l t a g e   a t   t h e   PC C   ( v p c c ) ,   a n d   t h e   D C - c a p a c i t o r   v o l t a g e s   ( v C 1   a n d   v C 2 )   a r e   c o n s t a n t   o v e r   t h e   s w i t c h i n g   p e r i o d .   Va l u e s   o f   v C 1   a n d   v C 2   a r e   a l w a y s   p o s i t i v e .     F o r   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   c u r r e n t   t o   r a m p   u p   ( 0 > d t d i i n v )   a n d   r a m p   d o w n   ( 0 < d t d i i n v ) ,   t h e   i n v e r t e r   a l w a y s   g e n e r a t e s   c u r r e n t s   a s   l o n g   a s   t h e   m a g n i t u d e   o f   b o t h   D C - c a p a c i t o r   v o l t a g e s   ( v C 1   a n d   v C 2 )   i s   g r e a t e r   t h a n   t h e   p e a k   v a l u e   o f   t h e   PC C   v o l t a g e   ( v p c c - p e a k ) .   I f   t h i s   c o n d i t i o n   i s   n o t   a c h i e v e d ,   t h e n   t h e   r e q u i r e d   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n   f o r   t h e   s y s t e m   i s   n o t   p r o v i d e d ,   a n d   t h e   c o m p e n s a t i o n   f a i l s   c o m p l e t e l y .       2 . 3 . 2 .   T h e   P R C C   D e s c r i p t i o n   T h e   P R C C   h a s   c h a r a c t e r i s t i c s   s i m i l a r   t o   a   s l i d i n g   m o d e   c o n t r o l   [ 1 2 ] .   T h e   o p e r a t i o n   p r i n c i p l e   o f   PR C C   i s   b a s e d   o n   t h e   c o n c e p t   o f   z e r o   a v e r a g e   c u r r e n t   e r r o r   ( Z A C E)   f o r   e a c h   s w i t c h i n g   p e r i o d .   d e t a i l e d   d e s c r i p t i o n   a n d   a n a l y s i s   o f   PR C C   h a s   b e e n   e x p l a i n e d   i n   [ 9 ] .   F o r   a p p l i c a t i o n   t o   t h e   s h u n t   APF ,   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   ( ε ) ,   w h i c h   i s   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   a c t u a l   g r i d   c u r r e n t   ( i g r i d )   a n d   t h e   s i n u s o i d a l   g r i d   r e f e r e n c e   c u r r e n t   ( i g - r e f )   w a v e f o r m ,   c a n   b e   d e f i n e d   a s   a   s l i d i n g   s u r f a c e .     ε = i g r i d     i g - r e f   ( 4 )     T o   e n s u r e   t h a t   t h e   s y s t e m   c a n   r e m a i n   o n   t h e   s l i d i n g   s u r f a c e   a n d   m a i n t a i n   p e r f e c t   t r a c k i n g ,   t h e   f o l l o w i n g   c o n d i t i o n   m u s t   b e   s a t i s f i e d :     0 £ e e &   ( 5 )     w h e r e   e &   i s   d e r i v e d   f r o m   e q u a t i o n   ( 4 ) :     d t i d d t i d d t d r e f g g r i d - - = e   ( 6 )     Ac c o r d i n g   t o   e q u a t i o n   ( 5 ) ,   t h e   f o l l o w i n g   r e l a t i o n s h i p   m u s t   b e   t r u e :       d t i d d t i d r e f g g r i d - >   ( 7 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         H a r m o n i c   M i t i g a t i o n   u s i n g   a   Po l a r i z e d   R a m p t i m e   C u r r e n t - C o n t r o l l e d   .   ( H a n n y   H . T u m b e l a k a )   2 3 9   F r o m   t h e   s w i t c h i n g   o p e r a t i o n   i m p l e m e n t a t i o n ,   t h e   e &   i s   a b l e   t o   b e   c o n t r o l l e d   s u c h   t h a t   a   p o s i t i v e   v a l u e   o f   t h e   e r r o r   s i g n a l   ( ε   >   0 )   p r o d u c e s   a   n e g a t i v e   d e r i v a t i v e   o f   t h e   e r r o r   s i g n a l   ) 0 ( < e & ,   a n d   a   n e g a t i v e   v a l u e   o f   t h e   e r r o r   s i g n a l   ( ε   <   0 )   p r o d u c e s   a   p o s i t i v e   d e r i v a t i v e   o f   t h e   e r r o r   s i g n a l   ) 0 ( > e & .   C o n t r o l l i n g   t h e   s i g n   o f   e &   i s   a s s o c i a t e d   w i t h   c o n t r o l l i n g   t h e   s i g n   o f   d t d i g r i d   t o   b e   p o s i t i v e   o r   n e g a t i v e .   T h e n ,   c o m b i n i n g   e q u a t i o n s   ( 1 )   a n d   ( 6 ) ,   d ε / d t   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s :     d t d i d t d i d t d i d t d r e f g in v lo a d - - + = e   ( 8 )     R e f e r r i n g   t o   t h e   a c t i v e   f i l t e r   o p e r a t i o n   b y   c o n t r o l l i n g   t h e   g r i d   c u r r e n t s ,   t h e   C C - V SI   a u t o m a t i c a l l y   g e n e r a t e s   o u t p u t   c u r r e n t s   i i n v   i n   c o m p e n s a t i n g   f o r   u n w a n t e d   c u r r e n t s   i n   t h e   l o a d s .   I f   t h e   s i g n   o f   d t d i i n v   a n d   d t d i g r i d   a r e   m a t c h i n g ,   t h e n   p e r f e c t   t r a c k i n g   c a n   b e   a c h i e v e d   a s   l o n g   a s   t h e   m a g n i t u d e   o f   t h e   d t d i i n v   i s   g r e a t e r   t h a n   d t d i l o a d .   T h i s   m e a n s   t h a t   z e r o   c r o s s i n g   o f   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   w i l l   o c c u r   a t   t h e   e n d   o f   a   h a l f - s w i t c h i n g   p e r i o d .   O t h e r w i s e ,   t h e   s y s t e m   i s   m o v i n g   a w a y   f r o m   t h e   s l i d i n g   s u r f a c e ,   a n d   t h e   C C - V SI   l o s e s   i t s   c o n t r o l l a b i l i t y .   PR C C   c a n   b e   b r i e f l y   e x p l a i n e d   b y   r e f e r r i n g   t o   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   ( ε )   i n   F i g u r e   3 .   T h e   e r r o r   s i g n a l   r a m p s   u p   a n d   d o w n   a c c o r d i n g   t o   e q u a t i o n   ( 5 ) .   As s u m i n g   f i x e d   c a p a c i t o r - v o l t a g e s   a n d   i n d u c t a n c e ,   w i t h   n e g l i g i b l e   v a r i a n c e   i n   t h e   r e f e r e n c e   c u r r e n t   w i t h i n   o n e   s w i t c h i n g   p e r i o d ,   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   h a s   t w o   d i s t i n c t ,   c o n s t a n t   s l o p e s   o v e r   t h e   s w i t c h i n g   p e r i o d .       T b 1 T b 2 T a 1 T a 2 T b f 1 T b f 2 T a r 1 T a r 2 0 e r r o r   s i g n a l   F i g u r e   3 .     C u r r e n t   e r r o r   s i g n a l       I f   T a ,   t h e   t i m e   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   s p e n d s   o n   o n e   s i d e   o f   z e r o ,   c a n   b e   m a d e   e q u a l   t o   T b ,   t h e   t i m e   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   s p e n d s   o n   t h e   o t h e r   s i d e   o f   z e r o ,   t h e n   t h e   a r e a   o f   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   a b o v e   z e r o   w i l l   e q u a l   t h e   a r e a   o f   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   b e l o w   z e r o ,   a n d   t h e   a v e r a g e   v a l u e   o f   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   o v e r   t h a t   s w i t c h i n g   p e r i o d   ( T s w )   w i l l   b e   z e r o .   F u r t h e r m o r e ,   i f   e a c h   o f   T a   a n d   T b   c a n   b e   m a d e   e q u a l   t o   h a l f   o f   T s w ,   t h e n   s w i t c h i n g   w i l l   o c c u r   a f t e r   a   c o n s t a n t   s w i t c h i n g   p e r i o d   a n d   h e n c e   a t   a   c o n s t a n t   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   T h e r e f o r e ,   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l   s p e n d s   h a l f   t h e   t i m e   o n   a l t e r n a t e   s i d e s   o f   z e r o ,   r e s u l t i n g   i n   a n   a v e r a g e   v a l u e   o f   z e r o ,   a   c l o s e   f o l l o w i n g   o f   t h e   r e f e r e n c e   s i g n a l ,   a n d   a   s w i t c h i n g   p e r i o d   ( a n d   h e n c e   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y )   v e r y   c l o s e   t o   t h e   d e s i r e d   v a l u e .       2 . 3 . 3 .   PW M   G e n e r a t i o n   I n   PR C C ,   a l l   s w i t c h i n g   i n s t a n t s   a r e   t i m e d   f r o m   t h e   i n f o r m a t i o n   o f   t h e   r e c e n t l y   p r e v i o u s l y   s a m e - s i d e   e x c u r s i o n   o f   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l .   R e f e r r i n g   t o   F i g u r e   3 ,   t h e   i n t e n d e d   T b f 2 ,   w h i c h   i s   T b f 2 #   i s   d e t e r m i n e d   i n   ( 9 )   u s i n g   t h e   d e s i r e d   s w i t c h i n g   p e r i o d   T s w * ,   a n d   t h e   i m m e d i a t e l y   p r e v i o u s l y   m e a s u r e d   v a l u e s   o f   T b f 1   a n d   T b 1 ,   w h i c h   a r e   T b f 1 ^   a n d   T b 1 ^ .   Si m i l a r l y ,   t h e   i n t e n d e d   T a r 2 ,   w h i c h   i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                            I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 3 5     2 4 4   2 4 0   T a r 2 #   i s   d e t e r m i n e d   i n   e q u a t i o n   ( 1 0 )   u s i n g   T s w * ,   a n d   t h e   i m m e d i a t e l y   p r e v i o u s l y   m e a s u r e d   v a l u e s   o f   T a r 1   a n d   T a 1 ,   w h i c h   a r e   T a r 1 ^   a n d   T a 1 ^ .   I n   o t h e r   w o r d s ,   t h e   m e a s u r e d   t i m e   r a t i o   o f   r a m p s   i n   o n e   s w i t c h i n g   p e r i o d   i s   u s e d   t o   d e t e r m i n e   t h e   n e x t   s w i t c h i n g   i n s t a n t   i n   t h e   i m m e d i a t e l y   s u b s e q u e n t   s w i t c h i n g   p e r i o d .     = 2 * ^ 1 ^ 1 # 2 s w b b f b f T T T T   ( 9 )   = 2 * ^ 1 ^ 1 # 2 s w a a r a r T T T T   ( 1 0 )     T h e   p e r f o r m a n c e   o f   c u r r e n t   c o n t r o l   u s u a l l y   d e g r a d e s   d u e   t o   s w i t c h i n g   d e l a y s .   I n   PR C C ,   a   s w i t c h i n g   d e l a y   i n   t h e   p r e v i o u s   s w i t c h i n g   p e r i o d   i s   i n h e r e n t l y   a n d   a u t o m a t i c a l l y   i n c o r p o r a t e d   i n t o   t h e   c a l c u l a t i o n   o f   t h e   s w i t c h i n g   i n s t a n t .   F o r   i n s t a n c e ,   r e f e r r i n g   t o   e q u a t i o n   ( 1 0 ) ,   a   s w i t c h i n g   d e l a y   c a u s e s   T a 1   t o   b e   l e n g t h e n e d .   T h e   r e s u l t   i s   a   l o w e r   v a l u e   o f   T a r 1 ^ / T a 1 ^ ,   w h i c h   t h e n   p r o d u c e s   a   s m a l l e r   T a r 2 #   f o r   t h e   n e x t   s w i t c h i n g   i n s t a n t ,   c o r r e c t i n g   f o r   t h e   t i m e   d e l a y .   PR C C   c a n   b e   e a s i l y   i m p l e m e n t e d   u s i n g   t h e   r a m p   m e t h o d   o f   d i v i s i o n .   Eq u a t i o n   ( 9 )   a n d   ( 1 0 )   e a c h   c o n s i s t   o f   a   d i v i s i o n   o f   t w o   m e a s u r e d   v a l u e s ,   a n d   m u l t i p l i c a t i o n   b y   a   c o n s t a n t   ( t h e   s w i t c h i n g   p e r i o d ) .   T h o s e   e q u a t i o n s   a r e   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e   4 .   I f   t h e   n u m e r a t o r   i s   r e p r e s e n t e d   b y   T 1 ,   w h i c h   i s   a   f i x e d   v a l u e ,   a n d   t h e   d e n o m i n a t o r   i s   r e p r e s e n t e d   b y   T 2 ,   w h i c h   i s   a   f i x e d   r a m p   r a t e ,   t h e   r e s u l t   i s   r e p r e s e n t e d   b y   t h e   t i m e   p e r i o d   f r o m   w h e n   t h e   d e n o m i n a t o r   s t a r t s   r a m p i n g   t o   w h e n   t h e   d e n o m i n a t o r   e q u a l s   t h e   n u m e r a t o r .   T h e   r a m p   r a t e   T 2   i n c o r p o r a t e s   t h e   d e t e r m i n a t i o n   o f   t h e   d e s i r e d   s w i t c h i n g   p e r i o d .   F r o m   F i g u r e   4 ,   i t   i s   e v i d e n t   t h a t   T 1   i s   e q u a l   t o   t h e   r a m p   r a t e   T 2   m u l t i p l i e d   b y   t h e   t i m e   t .   T h i s   t h e n   g i v e s   t   a s   t h e   r e s u l t a n t   o f   t h e   i n p u t s   T 1   a n d   T 2 ,   t h a t   i s ,   t = T 1 / T 2 .   T h e   f u n c t i o n a l   b l o c k   d i a g r a m   o f   PR C C   i s   d e s c r i b e d   i n   F i g u r e   5 .   T h e   i n p u t   i s   e S   ( a   b i n a r y   s i g n a l   i n d i c a t i n g   t h e   p o l a r i t y   o f   t h e   c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l )   a n d   t h e   o u t p u t   i s   s   ( a   b i n a r y   s i g n a l   u s e d   a s   a   c o m m a n d   f o r   p o w e r   c i r c u i t   s w i t c h e s ) .     T 1 T 2   t   0     F i g u r e   4 .     R a m p   c a l c u l a t i o n   _ + M e a s u r e T a T b M e a s u r e T a r T b f G e n e r a t e 2 T a / T s w   r a m p 2 T b / T s w   r a m p s e s   F i g u r e   5 .     T h e   f u n c t i o n a l   b l o c k   d i a g r a m   o f   PR C C       3 .   R e s u l t s   a n d   D i s c u s s i o n   3 . 1 .   T h e   P R C C   O p e r a t i o n   T h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s   o f   P R C C   o p e r a t i o n   f o r   t h e   l o a d - c u r r e n t   s e n s o r l e s s   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   6 ,   w h i l e   F i g u r e   7   s h o w s   t h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s .   F r o m   F i g u r e   6 ,   i t   c a n   b e   s h o w n   t h a t   t h e   b i n a r y   s i g n a l   o f   e S   c h a n g e s   i t s   v a l u e   ( 1   o r   0 )   a t   t h e   z e r o   c r o s s i n g   o f   t h e   e r r o r   s i g n a l .   T h e   t i m e   d u r a t i o n   o f   t h e   s i g n a l   e S = 1   ( o r   0 )   i s   e q u a l   t o   T a   ( o r   T b ) .   T a   a n d   T b   a r e   r e p r e s e n t e d   b y   a   r a m p i n g   s i g n a l   w i t h   a   r a m p   r a t e   p r o p o r t i o n a l   t o   T a   o r   T b ,   r e s p e c t i v e l y .   T a r   a n d   T b f   a r e   r e p r e s e n t e d   b y   a   s q u a r e - w a v e   s i g n a l ,   e a c h   w i t h   a   m a g n i t u d e   p r o p o r t i o n a l   t o   T a r   o r   T b f ,   r e s p e c t i v e l y .   T h e   T a r   s i g n a l   i s   s h o w n   a s   a   p o s i t i v e   s i g n a l   a n d   t h e   T b f   s i g n a l   a s   a   n e g a t i v e   s i g n a l .   T h e   m a g n i t u d e   o f   t h e   T a r   a n d   T b f   s i g n a l s   a n d   t h e   r a m p   r a t e   o f   t h e   T a   a n d   T b   s i g n a l s   a r e   o b t a i n e d   f r o m   m e a s u r i n g   t h o s e   v a l u e s   i n   t h e   p r e v i o u s   s w i t c h i n g   p e r i o d .   F i g u r e   6   a l s o   s h o w s   t h a t   i f   t h e   e r r o r   s i g n a l   i s   p u l l e d   a w a y   f r o m   z e r o   t h e n ,   w i t h i n   t h e   n e x t   h a l f   s w i t c h i n g   p e r i o d ,   t h e   s w i t c h   w i l l   c h a n g e   t o   t h e   a p p r o p r i a t e   s w i t c h   p o s i t i o n   t o   b r i n g   t h e   e r r o r   t o   z e r o .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         H a r m o n i c   M i t i g a t i o n   u s i n g   a   Po l a r i z e d   R a m p t i m e   C u r r e n t - C o n t r o l l e d   .   ( H a n n y   H . T u m b e l a k a )   2 4 1   W h e n   s = 1 ,   a n d   e S   b e c o m e s   h i g h ,   t h e   s i g n a l   T a r ^   i s   c o m p a r e d   t o   t h e   s i g n a l   T a ^ .   W h e n   t h e   t w o   c r o s s ,   a s   e x p l a i n e d   i n   F i g u r e   4 ,   s   i s   s w i t c h e d   l o w   a n d   t h e   e r r o r   s i g n a l   b e g i n s   r a m p i n g   d o w n .   T h e   n e w   t i m e   d u r a t i o n   T a r ^   h a s   b e e n   m e a s u r e d   f o r   c a l c u l a t i o n   f o r   t h e   n e x t   s w i t c h i n g   i n s t a n t .   Si m i l a r l y ,   T b ^   a n d   T b f ^   a r e   u s e d   t o   d e t e r m i n e   w h e n   t o   s w i t c h   s   t o   h i g h   a n d   t h e   e r r o r   s i g n a l   b e g i n s   r a m p i n g   u p .   T h e   n e w   m e a s u r e d   v a l u e   o f   T b f ^   i s   t h e n   h e l d   f o r   c a l c u l a t i o n s   i n   t h e   n e x t   s w i t c h i n g   p e r i o d .     F i g u r e   6 .     PR C C   o p e r a t i o n   ( s i m u l a t i o n   r e s u l t s ) ;     t o p   t o   b o t t o m :       c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l ;   s   s i g n a l ;       e S   s i g n a l ;       s i g n a l s   o f   T a   a n d   T b   ( r a m p ) ,   T a r   a n d   T b f   ( s q u a r e )         F i g u r e   7 .     PR C C   o p e r a t i o n   ( e x p e r i m e n t ) ;     t o p   t o   b o t t o m :     c u r r e n t   e r r o r   s i g n a l ;   e S   s i g n a l ;     s s i g n a l     3 . 2 .   T h e   T h r e e - p h a s e   S h u n t   A c t i v e   Po w e r   F i l t e r   O p e r a t i o n   T h e   s y s t e m   i n   F i g u r e   2   i s   t e s t e d   u s i n g   l a b o r a t o r y   e x p e r i m e n t   t o   v e r i f y   t h e   s h u n t   APF   c o n c e p t s .   T h e   t h r e e - p h a s e   g r i d   v o l t a g e s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   8   c o n t a i n   h a r m o n i c s   ( T H D V = 3 . 9 % ) .   T a b l e   1   d e s c r i b e s   t h e   p a r a m e t e r   v a l u e s   f o r   t h e   s y s t e m .   T h e   m i x e d   l o a d s   c o n t a i n   s i n g l e -   a n d   t h r e e - p h a s e   l i n e a r   a n d   n o n - l i n e a r   l o a d s .   T h e   l i n e a r   l o a d s   a r e   r e s i s t i v e   a n d   i n d u c t i v e   l o a d s ,   w h i l e   t h e   n o n - l i n e a r   l o a d s   a r e   a   r e c t i f i e r   t y p e   o f   l o a d s .   T h e   l o a d s   r e p r e s e n t   t h e   d i s t r i b u t e d   l i n e a r   a n d   n o n - l i n e a r   l o a d s ,   w h i c h   e x i s t   i n   a   t y p i c a l   e l e c t r i c a l   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m   s u c h   a s   i n   c o m m e r c i a l   b u i l d i n g s .   T h e   t h r e e - p h a s e   c u r r e n t   w a v e f o r m s   a l o n g   w i t h   t h e i r   h a r m o n i c   s p e c t r u m s   o f   t h e   m i x e d   l o a d s ,   a s   w e l l   a s   t h e   n e u t r a l   c u r r e n t   f r o m   t h e   l a b o r a t o r y   e x p e r i m e n t ,   a r e   s h o w n   i n   F i g u r e   9 .   I t   s h o w s   c l e a r l y   t h a t   t h e   c u r r e n t s   a r e   n o t   s i n u s o i d a l .   T h e   l o a d   p h a s e - c u r r e n t s   a r e   a l s o   u n b a l a n c e d   a n d   c o n t a i n   r e a c t i v e   c o m p o n e n t s .   T h e   s i g n i f i c a n t   t h i r d - h a r m o n i c   c u r r e n t   f l o w s   i n   t h e   n e u t r a l   w i r e .           F i g u r e   8 .     T h e   g r i d   v o l t a g e s     T a b l e   1 .     Pa r a m e t e r   v a l u e s   f o r   t h e   s y s t e m   Sy m b o l   D e s c r i p t i o n   Va l u e   v g   AC   g r i d   v o l t a g e ,   l i n e - l i n e ,   r m s   2 0 7   V   f   AC   l i n e / g r i d   f r e q u e n c y   5 0   H z   L L   Se r i e s   i n d u c t o r   0 . 9 2   m H   V d c   D C - b u s   v o l t a g e   o f   t h e   i n v e r t e r   4 8 0   V   C 1 = C 2   D C   C a p a c i t o r s ,   e l e c t r o l y t i c   t y p e   4 0 0 0   m F   L i n v   I n v e r t e r   i n d u c t o r   1 . 5 2   m H   C a c   AC   f i l t e r   c a p a c i t o r   2   m F   f s w   T a r g e t   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   1 5 . 6   k H z       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                            I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 3 5     2 4 4   2 4 2       F i g u r e   9 .     Ph a s e   a n d   n e u t r a l   c u r r e n t s   f o r   m i x e d   l o a d s           F i g u r e   1 0 .     Ph a s e   a n d   n e u t r a l   c u r r e n t s   o f   t h e   g r i d   a f t e r   c o m p e n s a t i o n       F i g u r e   1 0   d e m o n s t r a t e s   t h e   s t e a d y - s t a t e   p e r f o r m a n c e   o f   c o m p e n s a t i o n   r e s u l t s .   I t   c a n   b e   s h o w n   t h a t   t h e   s h u n t   A PF   i s   s u c c e s s f u l l y   a b l e   t o   c o m p e n s a t e   f o r   t h e   h a r m o n i c ,   r e a c t i v e   a n d   u n b a l a n c e d   c u r r e n t s   p r o d u c e d   b y   t h e   t o t a l   m i x e d   l o a d s .   Al t h o u g h   t h e   g r i d   v o l t a g e   c o n t a i n s   h a r m o n i c s ,   i t   d o e s   n o t   d i s t o r t   t h e   g r i d   c u r r e n t s .   PR C C   i s   c a p a b l e   t o   f o r c e   t h e   g r i d   c u r r e n t s   t o   f o l l o w   a c c u r a t e l y   t h e   s i n u s o i d a l   r e f e r e n c e   w a v e f o r m s   w i t h o u t   a d d i t i o n a l   l o w   o r d e r   h a r m o n i c s   d u e   t o   z e r o   a v e r a g e   c u r r e n t   e r r o r   w i t h   a   f i x e d   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   H o w e v e r ,   i t   p r o d u c e s   a   h i g h   f r e q u e n c y   s w i t c h i n g   c u r r e n t   r i p p l e .   T o   a v o i d   t h e   c u r r e n t   r i p p l e   f l o w i n g   t o   t h e   g r i d ,   s m a l l   AC   f i l t e r   c a p a c i t o r s   ( C a c )   a r e   i n s t a l l e d   o n   t h e   g r i d   s i d e .   T h e   g r i d   c u r r e n t s   b e c o m e   b o t h   s i n u s o i d a l   a n d   i n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L K O M N I K A     I SSN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0         H a r m o n i c   M i t i g a t i o n   u s i n g   a   Po l a r i z e d   R a m p t i m e   C u r r e n t - C o n t r o l l e d   .   ( H a n n y   H . T u m b e l a k a )   2 4 3   p h a s e   w i t h   t h e   g r i d   v o l t a g e s   ( w i t h   i n s i g n i f i c a n t   p h a s e   l e a d i n g   b y   a p p r o x i m a t e l y   5 o   d u e   t o   s m a l l   AC   f i l t e r   c a p a c i t o r s   ( C a c )   i n   F i g u r e   1 1 ,   o n l y   p h a s e   o f   t h e   g r i d   v o l t a g e   i s   s h o w n ) .           F i g u r e   1 1 .     Ph a s e - g r i d   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   a f t e r   c o m p e n s a t i o n           F i g u r e   1 2 .     Ph a s e   a n d   n e u t r a l   c u r r e n t s   o f   t h e   C C - VSI       Af t e r   c o m p e n s a t i o n ,   t h e   g r i d   c u r r e n t s   a r e   s y m m e t r i c a l   b o t h   i n   m a g n i t u d e   a n d   p h a s e .   A s   a   r e s u l t ,   t h e   n e u t r a l   c u r r e n t   a t   t h e   g r i d   i s   a l s o   r e d u c e d   t o   z e r o .   T h e   m a g n i t u d e   i s   d e t e r m i n e d   b y   t h e   a c t i v e   p o w e r   r e q u i r e d   b y   t h e   s y s t e m .   T h e   v o l t a g e   c o n t r o l   l o o p   u s e s   a   s i m p l e   Pr o p o r t i o n a l   I n t e g r a l   ( PI )   c o n t r o l l e r   t o   k e e p   t h e   a c t i v e   p o w e r   b a l a n c e   i n   t h e   s y s t e m   a s   w e l l   a s   t o   m a i n t a i n   D C - b u s   v o l t a g e   c o n s t a n t   a t   a   c e r t a i n   D C   v o l t a g e   r e f e r e n c e .   I n   t h i s   c a s e ,   t h e   v a l u e s   K P   a n d   T I     o f   t h e   PI   c o n t r o l l e r   a r e   s e t   t o   1 0   a n d   0 . 0 0 7   f o r   a   s t a b l e   o p e r a t i o n .   M o r e o v e r ,   t h e   g r i d   c u r r e n t s   a r e   b a l a n c e d   b e c a u s e   t h e   C C - VSI   i s   o p e r a t e d   t o   d i r e c t l y   c o n t r o l   t h e   A C   g r i d   c u r r e n t s   t o   f o l l o w   a   t h r e e - p h a s e   b a l a n c e d   s i n u s o i d a l   r e f e r e n c e   s i g n a l .   O n c e   t h e   g r i d   c u r r e n t s   a r e   a b l e   t o   f o l l o w   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                            I S SN :   1 6 9 3 - 6 9 3 0     T E L K O M N I K A     V o l .   8 ,   N o .   3 ,   D e c e m b e r   2 0 1 0   :     2 3 5     2 4 4   2 4 4   r e f e r e n c e   s i g n a l s ,   t h e   i n v e r t e r   c r e a t e s   t h e   i n v e r s e   o f   t h e   n e g a t i v e -   a n d   z e r o   s e q u e n c e   c u r r e n t s   a u t o m a t i c a l l y   t o   b a l a n c e   t h e   u n b a l a n c e d   l o a d s ,   w i t h o u t   m e a s u r i n g   a n d   d e t e r m i n i n g   t h e   n e g a t i v e -   a n d   z e r o   s e q u e n c e   c o m p o n e n t s .   F r o m   F i g u r e   1 2 ,   i t   i s   o b v i o u s   t h a t   t h e   C C - VSI   i s   a b l e   t o   g e n e r a t e   t h r e e   d i f f e r e n t   c u r r e n t s   f o r   e a c h   p h a s e   a s   w e l l   a s   t h e   n e u t r a l   c u r r e n t .   H e n c e ,   t h e   i n v e r t e r   n o t   o n l y   g e n e r a t e s   h a r m o n i c s   t o   e l i m i n a t e   t h e   l o a d   h a r m o n i c s   b u t   a l s o   p r o v i d e s   b a l a n c i n g   t o   c r e a t e   t h e   s y m m e t r i c a l   g r i d   c u r r e n t s .       4 .   C o n c l u s i o n   T h i s   p a p e r   e x p l a i n s   t h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   a   t h r e e - p h a s e   f o u r - w i r e   s h u n t   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r   ( APF )   o p e r a t e d   t o   d i r e c t l y   c o n t r o l   t h e   AC   g r i d   c u r r e n t   t o   b e   s i n u s o i d a l   a n d   i n   p h a s e   w i t h   t h e   g r i d   v o l t a g e .   By   d o i n g   t h i s ,   t h e   t h r e e - p h a s e   s h u n t   A PF   a u t o m a t i c a l l y   p r o v i d e s   c o m p e n s a t i o n   f o r   h a r m o n i c s ,   r e a c t i v e   p o w e r   a n d   u n b a l a n c e   w i t h o u t   m e a s u r i n g / s e n s i n g   t h e   l o a d   c u r r e n t s .   T h e   c o m p u t a t i o n a l ,   f i l t e r i n g   a n d   c o n t r o l   p r o b l e m s   c a n   b e   a v o i d e d   s o   t h a t   t h e   d i s t o r t i o n   a n d   i n a c c u r a c i e s   p r o b l e m s   c a n   b e   s i g n i f i c a n t l y   m i n i m i z e d .   T h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   p r o v e   t h e   v a l i d i t y   o f   t h e   c o n c e p t .     T h e   p o l a r i z e d   r a m p - t i m e   c u r r e n t   c o n t r o l   ( P R C C )   i s   v e r y   e f f e c t i v e   t o   s h a p e   t h e   g r i d   t o   b e   s i n u s o i d a l   w i t h o u t   a d d i t i o n a l   l o w   o r d e r   h a r m o n i c s   d u e   t o   t h e   c o n c e p t   o f   z e r o   a v e r a g e   c u r r e n t   e r r o r   ( Z A C E)   w i t h   f i x e d   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   T h u s ,   i t   i s   s u i t a b l e   f o r   t h e   g r i d   c u r r e n t - c o n t r o l l i n g   s h u n t   APF .   T h e r e   a r e   m a n y   a d v a n t a g e s   t o   d i r e c t l y   c o n t r o l   t h e   g r i d   c u r r e n t .   F i r s t l y ,   i t   i s   e a s y   t o   c r e a t e   a   s i m p l e   s i n u s o i d a l   r e f e r e n c e   f o r   t h e   g r i d   c u r r e n t   u s i n g   t h e   a c t i v e   p o w e r   b a l a n c e   m e t h o d .   T h e   r e f e r e n c e   c u r r e n t   i s   a n   a p p r o p r i a t e   r e f e r e n c e   t o   m i n i m i z e   t h e   g r i d   h a r m o n i c   c u r r e n t s .   Se c o n d l y ,   t h e   g r i d   c u r r e n t s   p r o d u c e d   w i l l   b e   s i n u s o i d a l ,   b a l a n c e d   a n d   i n   p h a s e   w i t h   t h e   g r i d   v o l t a g e   r e g a r d l e s s   o f   g r i d   v o l t a g e   c o n d i t i o n s .   T h u s ,   i t   p r e v e n t s   ( m o r e )   p o l l u t i o n   o f   t h e   e l e c t r i c a l   s y s t e m   f r o m   n o n - l i n e a r   l o a d s .   M o r e o v e r ,   t h e   c o n t r o l   m e c h a n i s m   b e c o m e s   v e r y   s i m p l e .         R e f e r e n c e s   [ 1 ]   Ak a g i   H .   N e w   T r e n d s   i n   Ac t i v e   F i l t e r s   f o r   Po w e r   C o n d i t i o n i n g .   I EEE  T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r y   Ap p l i c a t i o n s .   1 9 9 6 ;   3 2 ( 6 ) :   1 3 1 2 - 1 3 2 2 .   [ 2 ]     Si n g h   B,   Al - H a d d a d   K ,   C h a n d r a   A.   R e v i e w   o f   Ac t i v e   F i l t e r   f o r   Po w e r   Q u a l i t y   I m p r o v e m e n t s .   I EE T r a n s .   o n   I n d u s t r i a l   El e c t r o n i c s .   F e b   1 9 9 9 ;   9 6 0 - 9 7 1 .     [ 3 ]     El - H a b r o u k   M ,   D a r w i s h   M K ,   M e h t a   P.   Ac t i v e   Po w e r   F i l t e r :   R e v i e w .   I EE  P r o c .   El e c t r . Po w e r . Ap p l .   Se p t   2 0 0 0 ;   4 0 3 - 4 1 3 .     [ 4 ]   G r e e n   T C ,   M a r k s   J H .   C o n t r o l   t e c h n i q u e s   f o r   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r s . ,   I E Pr o c e e d i n g s   El e c t r i c   Po w e r   Ap p l i c a t i o n s .   2 0 0 5 ;   1 5 2 ( 2 ) :   3 6 9 - 3 8 1 .   [ 5 ]     So a r e s   V,   Ve r d e l h o   P ,   M a r q u e s   G D .   An   I n s t a n t a n e o u s   Ac t i v e   a n d   R e a c t i v e   C u r r e n t   C o m p o n e n t   M e t h o d   f o r   A c t i v e   F i l t e r s .   I EEE  T r a n s a c t i o n   o n   Po w e r   El e c t r o n i c s .   2 0 0 0 ;   1 5 ( 4 ) :   6 6 0 - 6 6 9 .   [ 6 ]   Ak a g i   H ,   Ka n a z a w a   Y ,   N a b a e   A.   I n s t a n t a n e o u s   R e a c t i v e   Po w e r   C o m p e n s a t o r s   C o m p r i s i n g   S w i t c h i n g   D e v i c e s   w i t h o u t   En e r g y   St o r a g e   C o m p o n e n t s .   I EEE  T r a n s a c t i o n   o n   I n d u s t r y   Ap p l i c a t i o n s .   1 9 8 4 ;   2 0 ( 3 ) :   6 2 5 - 6 3 0 .   [ 7 ]   T e m u r t a s   F .   e t   a l .   H a r m o n i c   D e t e c t i o n   U s i n g   F e e d   F o r w a r d   a n d   R e c u r r e n t   N e u r a l   N e t w o r k s   f o r   Ac t i v e   F i l t e r s .   El e c t r i c   Po w e r   Sy s t e m s   R e s e a r c h .   2 0 0 4 ;   7 2 ( 1 ) :   3 3 - 4 0   [ 8 ]   T u m b e l a k a   H H ,   B o r l e   L J ,   N a y a r   C V ,   L e e   SR .   A   G r i d   C u r r e n t - c o n t r o l l i n g   Sh u n t   Ac t i v e   Po w e r   F i l t e r .   J o u r n a l   o f   Po w e r   El e c t r o n i c s .   2 0 0 9 ;   9 ( 3 ) :   3 6 5 - 3 7 6 .   [ 9 ]   Bo r l e   L J .   T h r e e - p h a s e   G r i d - c o n n e c t e d   I n v e r t e r   w i t h   I m p r o v e d   R a m p - t i m e   C u r r e n t   C o n t r o l   i n   Pr o g r a m m a b l e   l o g i c .   PED E 9 8 .   1 9 9 8 ;   4 5 2 - 4 5 7 .   [ 1 0 ]     Bo r l e   L J .   Z e r o   a v e r a g e   c u r r e n t   e r r o r   c o n t r o l   m e t h o d s   f o r   b i d i r e c t i o n a l   AC - D C   c o n v e r t e r s ,   Ph D   T h e s i s .   W e s t e r n   Au s t r a l i a :   C u r t i n   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ;   1 9 9 9 .   [ 1 1 ]     Bo r l e   L J ,   N a y a r   C V.   R a m p - t i m e   C u r r e n t   C o n t r o l .   I EEE  Ap p l i e d   Po w e r   E l e c t r o n i c s   C o n f e r e n c e   ( APE C 9 6 ) .   M a r c h   1 9 9 6 ;   8 2 8 - 8 3 4 .   [ 1 2 ]     H u n g   J Y,   G a o   W ,   H u n g   J C .   V a r i a b l e   St r u c t u r e   C o n t r o l :   Su r v e y .   I EEE  T r a n s a c t i o n   o n   I n d u s t r i a l   El e c t r o n i c s .   1 9 9 3 ;   4 0 ( 1 ) :   2 - 2 2 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.