I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   5 Octo b er   2 0 2 0 ,   p p .   5 1 0 8 ~ 5 1 2 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 5 . p p 5 1 0 8 - 5 1 2 2          5108       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   Po w er quality  i mpro v e m en ba sed  o n hyb rid coo rdi na ted  desig n of ren ew a ble energy  so urce s for  DC   lin k cha nnel  DSTAT C O M         Ali N a s s er   H us s a in 1 ,   Ah m ed   J a da a n Ali 2 ,   F ira s   Sa a du ldeen A h m ed 3   1, 3 De p a rtm e n o f   El e c tri c a P o w e r   En g in e e rin g   T e c h n iq u e s ,   El e c tri c a En g in e e rin g   T e c h n ica Co ll e g e ,     M id d le T e c h n ica Un iv e rsity ,   Ira q   2 De p a rtme n o f   El e c tri c a P o w e T e c h n o lo g y   En g in e e rin g ,   T e c h n ic a En g in e e rin g   Co l leg e / M o su l,     No rth e rn   T e c h n ica Un iv e rsit y ,   Ira q       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   6 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   A p r   1 9 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   A p r   2 9 ,   2 0 2 0       T h is  p a p e p re se n ts  a   c o m p re h e n siv e   a n a l y sis   o f   p o w e q u a li ty   f o sta ti c   s y n c h ro n o u c o m p e n sa to o n   th e   d istri b u ti o n   p o w e s y ste m   (DS TAT COM)   w h e n   d iffere n t y p e o f   e n e rg y   so u rc e a re   u se d   to   su p p ly   th e   DC   li n k   c h a n n e o f   DST AT COM.   T h e s e   ty p e o f   p o w e su p p li e h a v e   a   d if fe re n e ffe c o n   t h e   c o m p e n sa ti o n   o f   DST AT COM  d u e   t o   o p e ra ti o n   n a t u re   o f   th e se   so u rc e s.  T h e   d y n a m ic   re sp o n se   o f   th e   DS TAT COM  h a in v e sti g a ted   th a t   p ro d u c e d   b y   in d iv id u a a n d   h y b rid   e n e rg y   so u rc e to   e v a lu a te  th e   in f lu e n c e   o f   th e se   so u rc e i n   term o f   ti m e   re sp o n se ,   c o m p e n sa ti o n   p r o c e ss   a n d   re d u c e   th e   h a rm o n ics   o f   c u rre n so u rc e .   T h re e   c a se h a v e   b e e n   c o n sid e re d   in   th is   stu d y .   F irst  th e   p h o t o v o lt a ic  ( P V c e ll a lo n e ,   se c o n d   t h e   b a tt e ry   sto ra g e   a lo n e ,   a n d   t h ird   a   h y b rid   c o o rd in a ted   d e sig n   b e tw e e n   ( P c e ll with   b a tt e ry   sto ra g e is  u se d .   A   b o o st  DC - DC   c ircu it   h a c o n n e c ted   to   a   p h o to v o lt a ic  c e ll   w it h   m a x i m u m   p o w e p o in tra c k in g   (M P P T w h il e   DC - DC   b u c k - b o o st   c ircu it   is  u se d   w it h   a   b a tt e r y .   Hig h   c o o rd in a ti o n   b e tw e e n   P V   a n d   b a tt e ry   c ircu it in   th e   h y b rid   sy ste m   is  u se d   to   im p ro v e   th e   p e rf o r m a n c e .   A   s y n c h ro n o u s   re f e re n c e   f ra m e   (S RF w it h   a   u n i v e c to h a u se d   to   c o n tr o l   th e   DST AT COM.   T h e   si m u latio n   re su lt s   sh o w   th a t   th e   h y b rid   d e sig n   h a s   a   su p e rio rit y   re sp o n se   c o m p a re d   t o   th e   in d iv id u a s o u rc e s.    K ey w o r d s :   DST A T C OM   MP PT   PV   SR F   VSC   Co p y rig h ©   2 0 2 0   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A li  Nass er   H u s s ain ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  P o w er   E n g i n ee r in g   T ec h n iq u e s ,     E lectr ical  E n g i n ee r i n g   T ec h n i ca l Co lleg e,   Mid d le  T ec h n ical  U n i v er s it y ,   B ag h d ad ,   I r aq .   E m ail:  ali n as s er 1 9 7 4 @ y ah o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   R en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   n o w ad a y s   b ec o m th b est  ch o ice  f o r   s o lv i n g   p o w er   g en er atio n   tr an s m is s io n   a n d   d is tr ib u tio n   p r o b lem s .   T h er ef o r e,   th r es ea r ch er s   f o cu s   o n   th eir   w o r k s   o n   th is   t y p o f   to p ic.   T h p r o ce s s   o f   ex tr ac tin g   e m p lo y i n g   an d   u s in g   t h is   en er g y   co r r ec tl y   a n d   ac cu r atel y   lead s   to   h ig h - q u al it y   r es u lt s .   T h p r o ce s s   o f   r ea ch in g   r ap id   r esp o n s to   th p o w er   co m p e n s atio n   f r o m   th r en e w ab le  en er g y   s o u r ce   t h at  r ep r esen ted   th i m p o r tan ac tio n   to   r ed u ce   th lo s s es  [ 1 ,   2 ] .   T h ex tr ac tio n   o f   p h o to v o ltaic  p o w er   o b tain e d   f r o m   s o lar   ce lls   r e n e w ab le  e n er g y   s o u r ce s   is   a f f ec ted   b y   f l u ctu a tin g   w ea t h er   co n d itio n s   s u ch   as   ch a n g in g   s o lar   r ad iatio n ,   an d   h i g h   te m p er atu r es,  etc  [ 3 ] .   T o   in cr ea s th e   m a x i m u m   b en ef it   o f   s o lar   p an el s   t h at   g e n er ated   th e   p o w er ,   a n   MP P T   a lg o r ith m   m u s t b u s ed   [ 4 - 5 ] .   T h er ar d if f er e n t   m et h o d s   to   i m p le m en t h M P PT  alg o r ith m   lik co n s ta n v o ltag m et h o d ,   o p en - cir cu it  v o ltag m et h o d ,   p er tu r b   an d   o b s er v m et h o d   an d   in cr e m e n tal  co n d u cta n ce   ( I NC )   m e th o d   h a s   b ee n   i n cl u d in   th e   cu r r e n d esig n   [ 6 ,   7 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P o w er q u a lity imp r o ve men t b a s ed   o n   h yb r id   co o r d i n a ted   d e s ig n   …  ( A li N a s s er Hu s s a in )   5109   T h I NC   m et h o d   is   ap p lied   o n   th DC   to   DC   b o o s cir cu it  t o   g et  th b est  p u ls t o   o p er ate   th s w itc h   i n s u lated   g a te  b ip o lar   tr an s is to r   ( I GB T )   u s ed   in   t h b o o s cir cu it   o f   P T h I NC   m eth o d   i s   ap p lied   o n   th DC   to   DC   b o o s cir cu it  to   g et  t h b est   p u ls e s   in   o r d er   to   o p er ate  th s w itc h e s   o f   i s o lated   g ate   b ip o lar   tr an s is to r   ( I GB T )   th at  u s ed   in   th e   b o o s cir cu it   o f   P [ 8 ] .   T h DC - DC   b o o s cir cu it  al s o   f ee d s   th DC   li n k   o f   VS C .   T h s u r p lu s   p o w er   g e n er ated   b y   s o lar   p an el s   h as  s to r ed   b y   an   en er g y   s to r e   ( b atter y )   [ 9 ] .   T h v ar iatio n   o f   g e n er atin g   p o w er   f r o m   s o la r   p an els  ac co r d in g   to   th w e ath er ,   an d   w h er e   th ab s e n ce   o f   s o lar   r ad iatio n   at  n i g h r eq u ir es  e x tr ac tio n   o f   th is   en er g y   s to r ed   in   t h b atter y ,   th e n   i s   u s ed   to   s u p p l y   t h DC   li n k .   i n   o r d er   to   o b tain   h i g h   ac c u r ac y   o f   ch a r g an d   d is c h ar g b u c k - b o o s t c ir cu it  h as b ee n   in tr o d u ce d   to   r eg u late  t h o u t p u t v o lta g o f   t h b atter y .   Als o ,   to   m ain tain   h ig h   co o r d in ati o n   b et w ee n   th e   P p an el  an d   b atter y   o p er atio n ,   an   ad d itio n al  lo g ical  cir c u it i s   u s ed   to   g et  h y b r id   s y s te m   [ 1 0 - 1 5 ] .   Ma n y   t y p es  o f   eq u ip m en t s   wer u s ed   to   im p r o v th p o w e r   q u alit y   lik S tatic  Var   C o m p en s ato r   ( SVC ) ,   w h er t h i s   t y p i s   co n s id er ed   as  tr ad itio n al  b e ca u s o f   d ep en d in g   o n   la r g ca p ac ito r   an d   in d u cta n ce   in   t h co m p e n s atio n   p r o ce s s   [ 1 6 ] .   T h d e v elo p m e n o f   p o w er   elec tr o n ic  p ar ts   led   to   th e m er g e n ce   o f   m o r ad v an ce d   eq u ip m e n o f   SVC   in   ter m s   o f   s m all  s ize,   r ap id   c o m p en s atio n   r esp o n s an d   co n tr o llab ilit y ,   s u c h   a s   s tat ic  s y n ch r o n o u s   co m p en s ato r   ( ST A T C OM ) ,   Sta tic  s y n c h r o n o u s   s er ies  co m p en s a to r   ( SS SC ) .   T h co m b in atio n   o f   ( SS SC )   an d   ( ST A T C OM )   h av r esu lt ed   f r o m   it  m o r d ev elo p ed   d ev ice  ca lled   u n i f i ed   p o w er   f lo w   co n tr o ller   ( UP FC )   th is   d ev i ce   i s   co n s id er ed   th b est  a m o n g   all  F A C T S,  b u it  h as  v er y   co m p lex   co n tr o cir cu its   i n   ad d itio n   to   th h i g h   co n s tr u ctio n   co s ts   [ 1 7 ] .   I n   p r esen t   w o r k ,   t h ST A T C OM   d ev i ce   h as  b ee n   u s ed   i n   t h p o w er   q u ali t y   b ec a u s o f   t h co n tr o cir cu it   o f   ST A T C OM   n o co m p licate d ,   s m all  s ize  a n d   h i g h   co m p e n s atio n   p er f o r m a n ce   [ 1 8 ,   1 9 ] .   T h s y n c h r o n o u s   r ef er en ce   f r a m w it h   u n it   v ec to r   tech n iq u is   s u itab le  f o r   th co n tr o cir cu it  o f   DST AT C OM   [ 2 0 ,   2 1 ] .   L o w   p o w er   q u alit y   is   co n s id er ed ,   th ess en tial  d r a w b ac k   o f   d is tr ib u tio n   s y s te m s   t h r ee   p h ase  th r ee - w ir es   d u to   n o n lin ea r   lo ad s ,   u n b alan ce d   n eu tr al  cu r r en o f   lo ad ,   etc  [ 2 2 ] .   I GB T   s w itc h   h as  b ee n   u s ed   as   s w i tch i n g   tr an s i s to r   in   th VSC   to   p r o v id f ast  r esp o n s ti m o f   th e   o u t - p u v o lta g o f   in v er ter   at   th DC - li n k   f o r   DST A T C OM ,   w h ic h   in   t u r n   b eg e t th d esire d   co m p en s atio n   [ 2 3 - 2 5 ] .     T h co n tr ib u tio n   o f   t h s t u d y   is   P V - b atter y   w o r k s   to g eth er   as  h y b r id   s y s te m   to   s u p p l y   th DC   lin k   v o ltag e   o f   ST A T C OM ,   w h er e   th is   d e s ig n   h a s   ap p l ied   f o r   t h f ir s t   ti m e.   Als o ,   co m p ar is o n   an d   ev alu a tio n   a m o n g   th ef f ec t s   o f   ti m r esp o n s f o r   p o w er   co m p e n s at io n   o f   DST A T C O u n d er   d if f er e n s u p p l y   s o u r ce s .   A   co m p ar is o n   a m o n g   th s u g g es ted   co m p en s ato r   o f   p o w er   s o u r ce s   d ep en d s   o n   w h ic h   o f   th e m   r ea c h   t h s tead y - s tate  f ir s t.  Fu r t h er m o r e,   n e w   co n tr o l   cir cu it  ca lled   SR w it h   u n it   v ec to r   h as  b ee n   u s ed   to   ig n ite  t h DST A T C O s w itc h es [ 2 0 ,   2 1 ] .         2.   RE S E ARCH   M E T H O D     A   m u lti - s o u r ce   co m p en s atio n   s y s te m   ( s o lar   ce ll  a n d   b atter y )   is   a n   e f f ic ien ap p r o ac h   to   co m p e n s ate  f o r   th n o n - li n ea r it y   o f   lo ad s   a n d   r ed u ce   T HD.   T h is   s y s te m   r eq u ir es  h i g h   co o r d in atio n   d esig n   o f   th e   co m p en s atio n   p r o ce s s   [ 2 6 ] .   A ls o ,   it  n ee d s   co m p ar i s o n   an d   e v al u atio n   o f   t h p er f o r m a n ce   o f   th e s s o u r ce s .   T h in te g r atio n   o f   S R F a n d   u n it  v ec to r   tech n o lo g y   a r u s ed   in   t h cu r r en t d es ig n .     2 . 1 .     Sche m o f   DST A T CO M   f ed  f ro m   ( P a nd   ba t t er y )     T h VSC   f o r   DST A T C OM   is   f ee d in g   f r o m   m u lti - r e n e w ab l s o u r ce s   ( P b o o s co n v er ter   cir cu it  an d   b atter y   b u c k - b o o s co n v e r ter )   as  s h o w n   in   F i g u r 1 .   t h DST A T C O is   co n n ec ted   b et w ee n   g r id   a n d   n o n - li n ea r   lo ad   f o r   co m p e n s a tio n   A ls o ,   th f ig u r s h o w s   th r ip p le  f ilter   is   u s ed   f o r   f il ter in g   t h o u tp u t   w a v e f o r m   o f   th r ee - p h ase  v o ltag e.   T h v alu o f   th DC - lin k   ca p ac ito r   v o ltag (  )   in   th VSC   in v er ter   is   ca lcu lated   b y   i n s ta n ta n eo u s   p o w er   t h at  f ed   to   th DST A T C OM   an d   o b tain ed   b y   t h eq u atio n s   b elo w   [ 2 7 ] :      = 2 2   3     ( 1 )     A l s o ,   th v a lu o f   ca p ac ito r   is   r ep r esen ted   b y   t h f o llo w i n g   e q u atio n   [ 2 8 ] :     0 . 5    [ (  2 ) (  2 ) ]   =   3 (  . )     ( 2 )     T h v alu o f   p h a s v o lta g is   g iv e n   b y   t h f o llo w in g   eq u atio n   . =    3       ( 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 1 0 8   -   5122   5110   w h er e:   ( )   is   th in d ex   o f   m o d u l atio n   tak e n   1 ,   (  )   is   th DC - v o lt ag co n n ec tio n   r ef er en ce   an d   eq u al   680  V,   (  )   is   t h DC -   ac tu al  v o lt ag co n n ec tio n   f o r   VS C   a n d   eq u al   6 7 7 . 6 9   V,   ( )   is   th e   lin e   to   lin v o lta g o f   s o u r ce   eq u als   4 1 5   V,   (  )   is   DC - ca p ac ito r   co n n ec t io n   c h a n n el   eq u al  3000   (  )   is   th f ac to r   o f   o v er   lo ad   tak en   1 . 2 ,   ( . )   is   th 3 - p h a s o f   s o u r ce   eq u als  5 8 . 1 4   Am p er e,   ( . )   is   th 3 - p h ase  v o ltag o f   s o u r ce   eq u al s   2 4 0   Vo lt,   th DC - r ec o v er y   t i m v o ltag eq u al  350   .           Fig u r 1 .   Sch e m o f   th m u lti - s o u r ce s   ( P ce ll a n d   s to r b atter y )   o n   t h DC - lin k   co n n ec tio n   f o r   DST A T C OM       2 . 2 .     M o delin g   o f   ph o t o v o lt a ic  ce l l ( P V)   P ce lls   f ar m   i n clu d es  n u m er o u s   m o d u les  ( ar r a y s )   th at  co n n ec ted   in   p ar allel  a n d   s er ies  m eth o d s   to   o b tain   th ap p r o p r iate  cu r r en an d   v o ltag r eq u ir ed   b y   d esig n er .   T h ch ar ac ter is tic  o f   P p an els  w h ic h   h av u s ed   in   th cu r r e n d esig n   ( Sa n y o - HI T - 2 4 0 HD - E 4 )   k in d   an d   th V - I   s p ec if icati o n s   ar g iv e n   i n     T ab le  1   [ 2 9 ] .   T h eq u iv alen t c ir cu it o f   p h o to v o lta ic  ce ll h a s   o b tain ed   in   F i g u r 2   [ 2 7 ] .       T ab le  1 .   V - I   s p ec if icatio n s   m o d el  d atu m   at  1 0 0 0   W / m 2   -   25   P a r a me t e rs   S a n y o -   H I T - 2 4 0 H D - E4     2 4 0   W      4 3 . 5   V     7 . 3 7   A   R a t e d   o f   V o l t a g e   ( )   3 5 . 5   V   R a t e d   o f   C u r r e n t   ( )   6 . 7 7   A   T e mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   ( T . C )   o f   s h o r t   c i r c u i t   c u r r e n t   2 . 2 1   mA /   T e mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   ( T . C )   o f   o p e n   c i r c u i t   v o l t a g e   -   0 . 1 0 9 V /   C e l l   n u mb e r   ( N c e l l )   60           Fig u r 2 .   E q u iv ale n t c ir cu it o f   P ce ll       T h ch an g i n   t h s o lar   ir r ad iatio n   is   o b tain ed   b y   eq u at io n s   b elo w   [ 2 8 ] :     =       [  (      ) 1 ]     ( 4 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P o w er q u a lity imp r o ve men t b a s ed   o n   h yb r id   co o r d i n a ted   d e s ig n   …  ( A li N a s s er Hu s s a in )   5111      = +       ( 5 )     T w o   f ac to r   is   a f f ec ts   o n   th e   cu r r en o f   P V,   th f ir s is   t h ir r ad iatio n   o f   s o lar   an d   s ec o n d   i s     th te m p er at u r o f   s o lar   ce ll a s   g i v en   i n   ( 6 ) .      = (  , +   )      ( 6 )     T h v alu o f    ,   ca n   b co m p u te d   u s in g   ( 7 ) f r o m   t h eq u i v ale n t   elec tr ical  cir cu it o f   Fi g u r 2      ,   =    +             ( 7 )     w h er e:  (  )   is   th p h o to v o lo tic  cu r r en d io d e,   (  )   is   th e   s atu r atio n   cu r r en t,  ( )   is   th s eir es  n u m b er   o f   ce lls ,   ( )   is   t h co n s tan o f   b o ltzm an n   eq u a ls   ( 1 . 3 8 0 6 5 0   ×   10 23   J / K ) ,   ( )   is   th te m p er at u r p - n   j u n ctio n   o f   d io d e,   ( )   is   ch ar g o f   elctr o n ic  ( 1 . 6 0 2 1 7 6 4 × 10 19 ) ,   (    )   is   r ep er s en ted   th s h u n r esis ta n ce ,   th e   s er ies  r es is ta n ce   i n   eq u iv alen cir c u it   is   ( ) ( )   is   t h id ea lit y   f ac to r   r an g b et w ee n   1 1 . 5   an d   tak en   i n   t h is   s t u d y   1 ,   (  ,   )   is   s ta n d ar d   o f   p h o to - cu r r en t   co n s tan co n s ta n 2 5   o f   th e   te m p er at u r e   an d   1000  W / 2 o f   ir r ad iatio n ,   (   )   is   th s h o r cir cu it   o f   P V - c u r r en t,  ( )   is   th e   d if f er e n ce   b et w ee n   t h n o r m a o f   te m p er at u r an d   ac tu a te m p er at u r e,   ( , )   is   th ir r ad atio n   o f   th p an e s u r f ac a n d   (   )   is   th n o r m al  ir r ad iatio n   o f   th p an el  [ 2 7 ] .     2 . 3 .     DC   lin k   v o lt a g e   co ntr o l st ra t eg ies   T w o   t y p e s   o f   co n tr o l c ir cu it s   f o r   th v o ltag o f   DC   li n k   h a v e   b ee n   co n s id er ed   as f o llo w s :     2 . 3 . 1 .   P ho t o v o lt a ic  bo o s t   circ uit   P ce ll  b o o s co n v er ter   h as   b ee n   ap p lied   f o r   th s u itab l s u p p l y   o f   DC - li n k   ca p ac it o r   v o ltag e   ac co r d in g   to   th d e m a n d   th at  r eq u ir e m e n t to   b co m p e n s ated ,   an d   as o b tain ed   in   Fi g u r 1 .   a.   Ma x i m u m   p o w er   p o in t tr ac k in g   ( MP PT )   I n   th e   cu r r en w o r k   I n cr e m e n t al  C o n d u ctan ce   ( I NC )   m eth o d   is   co n s id er ed ,   w h ic h   is   o n o f   s e v er al   m et h o d s   h ad   b ee n   u s ed   to   o b tain   t h m a x i m u m   p o w er   p o i n tr ac k i n g   ( MP PT ) .   I NC   is   o n o f   t h co m m o n   m et h o d s   th a u s ed   f o r   tr ac k in g   t h p o w er   g e n er ated   b y   s o la r   p an els  [ 3 0 ] .   I NC   is   u s ed   to   o b tain   th s u itab le   d u t y   c y cle  ( D)   o f   I GB T   p u ls s w itc h   [ 3 1 ] .   F i g u r 3   r ep r ese n ts   th f lo w ch ar t o f   th I N C   alg o r ith m   [ 4 ] .             Fig u r 3 .   Flo w c h ar t o f   i n cr e m en tal  co n d u c tan ce   ( I NC )   m et h o d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 1 0 8   -   5122   5112   T h e   MA T L A B   s o f t w ar en v ir o n m e n h a s   b ee n   u s ed   to   s i m u late  th I NC   m e th o d   b y   th f o llo w i n g   eq u atio n s   [ 5 ] :           =                                                                                       ( 8 )         = >                                                                                           ( 9 )           = <                                                                                       ( 1 0 )     w h er e:  (    )   is   th e   v o lta g o f   P V,   (  )   is   t h c u r r en P V,   (  )   is   th a v er ag c h an g v al u es  f o r   v o lta g e ,   (  )   is   th a v er ag c h an g v al u e s   f o r   cu r r en t .   T h MP P   is   o b tain ed   w h e n   t h d er iv ati v is   ze r o   as  in     th ( 8 ) .   If   th p o w er   is   le s s   t h an   t h MP P ,   th    v al u m u s b in cr ea s ed   to   r ea ch   MPP   ac co r d in g   to   th ( 9 ) .   I f   th p o w er   is   m u c h   th an   th MP P ,   th    v alu m u s b d ec r ea s ed   to   r ea ch   MP P   ac co r d in g   to   th ( 1 0 ) .     2 . 3 . 2 .   DC   t o   DC   bu ck - bo o s t   co nv er t er   circ uit  o f   ba t t er y   T h t y p o f   b atter y   u s ed   i n   t h p r esen t   d esig n   is   ( lead - ac i d ) ,   w h ich   is   m o r e   co m m o n   in   th w o r k   w it h   v ar io u s   t y p e s   o f   i n v er t er s   d u to   th e   d ee p   c y cle  o f   th b atter y   th a t   h a s   s u ita b le  lif [ 3 2 ,   3 3 ] .   As  th p r o d u ce d   p o w er   o f   t h e   s o lar   p an els  r is es  o v er   d e m an d   o f   lo ad ,   th b atter y   ab s o r b s   th ex ce s s   p o w er   v ia  t h b u c k   cir c u it.  I n   ab s en ce   o f   P ce ll  p o w er   o r   l o w   p r o d u ctio n ,   t h b o o s ci r cu it  o p er ates  to   co m p e n s ate  f o r   p o w er   s h o r ta g es   as  s h o w n   in   F ig u r 1 .   T h d is ch ar g e/  c h ar g c y cle  o f   a   lead   ac id   b atter y   ca n   b o b tain ed   b y   t h eq u atio n s   b elo w   [ 1 2 ] :        = ( ) ( ( ) + ) +  ( )                                               ( 1 1 )       = [ ( ) 0 . 1 ] [ ( ) ]   ( ) +  ( )                                     ( 1 2 )     ( ) =   ( )                                                                                               ( 1 3 )     w h er e:  ( _ )   ar th b at ter y   ch ar g v o ltag e,   ( _  )   is   th d is ch ar g v o lta g o f   b atter y ,   ( Vo lt)  is   th f i x e d   v o ltag o r   co n s tan t   v o lta g o f   b atter y   ( )   is   t h p o lar is atio n   o f   b atter y   ( Vo lt/ Ah ) ,   ( )   is   th th a m p lit u d o f   b atter y   ( Ah ) ,   ( ( ) )   is   t h ac t u a ch ar g o f   b atter y   ( A / h ) ,   is   co m p u ted   b y   ( 1 6 ) .   ( )   is   th ac tu al  o f   b atter y   c u r r en t ( Am p er e) ,   ( )   is   th e   cu r r en t o f   f i lter   ( Am p er e)   an d   ( )   is   th e   ti m f ilter   o f   b atter y   ( h o u r ) .     2 . 3 . 3 .   Co o rdina t io n bet w ee P ce ll   a nd   ba t t er y   Hig h   co o r d in atio n   is   v er y   i m p o r ta n to   m a n a g th p o w er   g e n er ated   f r o m   d i f f er en s o u r ce s .   T h P ce lls   p o w er ,   th p o w e r   o f   th b atter y ,   t h o u t - p u p o w er   o f   in v er ter ,   an d   t h p er ce n tag e   o r   s tat u s   o f   ch ar g e/d is c h ar g ( SO C   %)  ac ce s s ib le  i n   th e   b atter y   n e ed s   r eliab le  co n tr o d ev ic to   en s u r g o o d   ef f icien c y   in   th e   s u p p l y   o f   DC - l in k   v o lta g e.   Fi g u r 4   s h o w s   lo g ical  co o r d in atio n   c ir cu it   a m o n g   P p an e l,   b atter y ,   i n v er ter   an d   SOC   % [ 1 2 ] .     2 . 4 .     Co ntr o l c ircuit   o f   DST AT C O M   T h er ar e   m a n y   t y p e s   o f   co n t r o l   s ch e m es  h ad   b e en   ap p lied   to   s im u late  t h r ef er en ce   cu r r en ts   o f   s o u r ce   f o r   th D ST A T C OM   co n tr o cir cu its .   S y n c h r o n o u s   R ef er e n ce   Fra m ( S R F)  t h eo r y ,   d ec o u p led   cu r r en co n tr o l.  I n   th p r esen t   p ap er   a   SR b ased   u n it  v e cto r   tech n iq u h as  b ee n   u s ed   in s tead   o f   P h ase   L o ck ed   L o o p   ( P L L )   tec h n iq u [ 2 0 ,   2 1 ,   3 4 ,   3 5 ] .   T h d r aw b ac k s   o f   P L L   tec h n iq u ar th p h ase  j u m p s   ca u s ed   b y   u n d esire d   f r eq u e n c y   s w i n g s   a n d   s tar tu p   d is t u r b an ce   [ 3 6 ] .   T h er ef o r P L L   tech n i q u is   r ep lace d   b y   th u n it  v ec to r   tech n iq u to   f i n d   th ( s in θ  ,   co s θ)   f r o m   th v o ltag o f   co m m o n   co u p led   p o in ( _ )   an d   g i v en   b y   t h f o llo w in g   eq u atio n s   [ 2 1 ] .     [ ] = [ 1 1 2 1 2 0 3 2 3 2 ] [ ]                                                                           ( 1 4 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P o w er q u a lity imp r o ve men t b a s ed   o n   h yb r id   co o r d i n a ted   d e s ig n   …  ( A li N a s s er Hu s s a in )   5113     = 2 + 2                                                                                         ( 1 5 )        =                                                                                             ( 1 6 )     =                                                                                             ( 1 7 )         Fig u r 4 .   L o g ical  co o r d in atio n   cir cu it a m o n g   ( P V,   b atter y ,   an d   in v er ter )       T h th r ee   p h ase s   o f   v o ltag e s   o f   DST A T E C OM   ar o b tai n ed   f r o m   th co m m o n   co u p lin g   p o in t   _ ,   w h er it tr an s f o r m ed   in to   ( c os , s in )   u s i n g   u n it  v ec to r .   I n   ad d itio n ,   _   is   p r o v id in g   to   co m p u te  t h m ag n it u d o f   t h ese  v o lta g es  ( )   af ter   th e n   it  i s   co m p ar ed   w it h   t h r ef er e n c m ag n it u d o f   v o ltag ( . )   to   g iv th er r o r   s ig n al  as s h o w n   in   F ig u r es 5   an d   6 .           Fig u r 5 .   P h aso r   d iag r a m   o f   v o ltag m a g n it u d b y   u n it v ec t o r   tech n iq u e       T h er r o r   o f   ( )   s ig n al  is   ad j u s ted   b y   P I . 2   an d   co n v er to   am o u n cu r r en as  k n o w n      as  s h o w n   in   ( 1 8 )   an d   ( 1 9 ) .   T h C lar k   an d   P ar k   tr a n s f o r m atio n   m atr ices  ar e s s e n tial   to   co n v er th co o r d in atio n   s y s te m   in to   ( d - q )   s y s te m   a n d   ev alu a te  th r e f er en ce   c u r r en v al u o f   co n tr o s i g n al.   T h th r ee   p h ase  lo ad   cu r r en ts   ar tak i n g   b y   r ef er e n ce   s ig n al  f r o m   s en s er   to   f in d   th ac tu al  cu r r e n v al u es  i n   ( d - q )   ax is   (  ,  ) .     T h co n v er s io n   m atr i x   h as  b ee n   d escr ib ed   i n   ( 2 0 ) .   T h e   DC   v o ltag s i g n al     is   tak en   b y   t h DC   c o n n ec tio n   v o ltag e   s i g n al  m e ter   lo ca ted   o n   t h V SC   ca p ac ito r   co n n ec tio n .   T h DC   r e f er en ce   v o lta g is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 1 0 8   -   5122   5114   s u b tr ac ted   (  _ )   f r o m   t h    ac tu al   to   o b tain   o n   th d if f er e n ce   v o ltag s ig n al  a n d   tr an s f o r m ed   to   cu r r en t   ( VS C   lo s s e s   o f   t h s w itc h )   u s i n g   P I . 1   as  d escr ib ed   in   ( 2 1 ) ,   ( 2 2 ) .   So ,   th cu r r en (  )   ad d s   w it h   (    )   to   p r o v id th r ef er en ce   cu r r en ( _   ) ,   w h ile  th r ea cu r r en (  )   ad d s   w i th   c u r r en lo s s   o f   co n v er ter   s w itc h es  ( .  )   to   tak en   t h f in a l c u r r en t o r   r ef er en ce   c u r r en ( _ )   as ill u s tr ated   in   Fig u r 6 .     T h r ef er en ce   cu r r en ts   i n   ( d - q )   r ef er en ce   f r a m ( _   )   an d   ( _ )   r eq u ir an   in v er s f r o m   ( d - q )   in to   ( ab c)   r ef er en ce   f r a m b y   i n v er s C lar k   tr an s f o r m a tio n   to   o b tain   o n   th r ef er e n ce   th r ee - p h ases   c u r r en t i n   ( . ) .   T h en   it  co m p ar es  w it h   th th r ee   p h a s es  o f   t h cu r r en s o u r ce   af f ec ted   to   g i v e   s u itab le   co m p e n s at io n .        ( ) =  ( 1 ) + (  ( )  ( 1 ) ) +    ( )                                                           ( 1 8 )      =  +                                                                              ( 1 9 )     [     ] = [   ( 2  3 )  ( + 2  3 )   ( 2  3 )  ( + 2  3 ) 1 6 1 6 1 6 ]   [ 2 3 2 3 2 3 ]                                         ( 2 0 )     .  ( ) = .  ( 1 ) + (  ( ) .  ( 1 ) ) +   .  ( )                                   ( 2 1 )     . =  + .                                                                                                  ( 2 2 )     w h er e:  (  ( ) )   is   th er r o r   o f   s i g n al  b et w ee n   r e f er en ce   ( . )   an d   th s e n s ed   v o ltag s i g n al  f o r   th s o u r ce ,   (  ( ) )   is   th er r o r   o f   s ig n al  b et w ee n   s en s ed   s ig n al  o f   DC   ch a n n el  v o lta g o f   n th   s a m p le  an d   r ef er en ce ,   (  , )   ar th g ai n s   o f   in te g r al  o f   P I . 1 an d   P I . 2 ,   a n d   (  ,   )   ar th g a in s   o f   p r o p o r tio n al  o f   P I . 1   an d   P I . 2 .           Fig u r 6 .   Sch e m atic  o f   c o n tr o l   cir cu it DST A T C OM   u s i n g   S R w it h   u n it  v ec to r       3.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O N   T h DST A T C OM   w ith   co n tr o cir cu its   h a v b ee n   s i m u la te d   u s i n g   M A T L A B   SIM U L I N 2 0 1 8 a .   T h test   f ee d er   co n s is t s   o f   th r ee - p h a s g e n er ato r   an d   d eliv er ies  f o r   th p o w er   to   n o n li n ea r   lo ad   ( th r ee - p h a s r ec ti f ier   s u p p l y   R - L   lo ad )   is   u s ed   to   ap p ly   t h p er f o r m a n c o f   t h s u g g es ted   h y b r id   ( P V - B atter y )   co n f i g u r atio n .   All p ar am e ter s   in   t h cu r r e n t d esig n   ar g i v en   i n   T ab le  2 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P o w er q u a lity imp r o ve men t b a s ed   o n   h yb r id   co o r d i n a ted   d e s ig n   …  ( A li N a s s er Hu s s a in )   5115   T ab le  2 .   P ar am eter s   o f   t h s y s te m   P a r a me t e r s Sy st e m   D a t u m   T h r e e - p h a se   v o l t a g e   o f   G r i d   a n d   F r e q u e n c y   4 1 5 V ,   5 0 H z   L i n e   I mp e d a n c e   P e r   P h a se   ( R s,   L s)   0 . 0 1 ,   2   mH   N o n - l i n e a r   L o a d   T h r e e   p h a se   b r i d g e   r e c t i f i e r s w i t h   R L   R i p p l e   f i l t e r   ( R f ,   C f ) .   5   ,   5    A c   i n d u c t o r   3 . 3   mH   DC - l i n k   c a p a c i t o r   o f   D S T A T C O M   3 0 0 0      DC - l i n k   v o l t a g e   o f   D S TA T C O M   6 8 0   V   DC   P I . 1   (  )   0 . 2 ,   1   P C C   v o l t a g e   P I . 2   (  )   0 . 0 1 ,   2   P I   c o n t r o l l e r   o f   l o g i c a l   c o o r d i n a t i o n   c i r c u i t   ( K P ,   K I )   0 . 8 10 9 0 . 8 10 8   T h e   C u r r e n t   a n d   V o l t a g e   o f   B a t t e r y   ( V b ,   I b )   5 5 0 V ,   1 3 A h       Fig u r 7   s h o w s   t h w a v e f o r m s   o f   t h r ee   p h a s v o lta g g en er ato r   w i th   n o n - l in ea r   lo a d   b ef o r DST A T C OM   co m p e n s at io n .   Fig u r 8   s h o w s   th cu r r e n o f   p h ase  ( A )   b ef o r th co m p e n s atio n .   A   f ee d er   lin is   s u b j ec ted   to   in ter r u p tio n   b et w ee n   th s o u r ce   an d   th lo ad   d u r in g   t h ti m o f   0 . 3   to   0 . 7   s ec o n d .   Fig u r 9   s h o w s   t h ti m r esp o n s a n d   th ef f ec o f   c u t - o f f   w ir ( f r o m   0 . 3 s   to   0 . 7 s )   o n   th DC   lin k   o f   VS C   w h e n   th DST A T C OM   w o r k in g   w it h o u s u p p o r r en e w a b le  en er g y   s o u r ce s .   Fro m   th f ig u r e,   th ti m e   r esp o n s eq u al s   0 . 1 s   w h ile  t h r ea s o n   DC   v o ltag e   r is 7 1 0 V,   b ec au s o f   d ec r ea s ed   th e   l o ad   af ter   cu t - o f f   w ir ( f r o m   0 . 3 s   to   0 . 7 s )   f o r   p h ase  ( A ) .             Fig u r 7 .   T h w a v e f o r m s   o f   th r ee   p h ase  v o ltag g e n er ato r           Fig u r 8 .   C u r r en s o u r ce   o f   p h ase  ( A )   b ef o r co m p an s atio n           Fig u r 9 .   T im r esp o n s o f   DC   lin k   v o lt ag w h e n   DST A T C OM   w o r k in g   alo n e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   5 Octo b e r   2 0 2 0     5 1 0 8   -   5122   5116   Fig u r 1 0   s h o w s   t h ti m r esp o n s a n d   t h e f f ec o f   th e   cu t - o f f   w ir p h a s ( A )   ( f r o m   0 . 3 s   to   0 . 7 s )   o n   th DC   li n k   w h e n   DST AT C OM   p r o v id ed   w it h   b atter y   to   s u p p l y   DC   li n k   c h a n n el.   Fro m   F i g u r 1 0 ,   it  is   clea r   t h at  th e   ti m r esp o n s is   less   a n d   eq u al   0 . 0 7 1 s   w h ile   th e   e f f ec t   o f   cu t - o f f   w i r f o r   p h ase   ( A )   d o es  n o ap p ea r   in   th r esp o n s ti m o f   DC - v o ltag f o r   DST A T C OM   b ec au s o f   r ap id   co m p en s atio n   o f   b o o s t c o n v er ter   f o r   th b atter y .   Fig u r 1 1   s h o w s   t h ti m r es p o n s an d   th ef f ec o f   cu t - o f f   w ir f o r   p h ase  ( A )   o n   th DC   lin k   v o ltag w h e n   t h D ST A T C O p r o v id ed   w it h   P to   s u p p l y   DC   li n k   c h an n el.   T h r esp o n s ti m e   is   le s s   th a n     th b atter y   a n d   eq u al   0 . 0 3 8 s ,   w h ile   th e   e f f ec o f   c u t - o f f   w ir f o r   p h a s ( A )   d o es  n o ap p ea r   in   th e   r esp o n s e   ti m o f   DC - li n k   v o lta g f o r   D ST A T C OM   b ec au s o f   r ap id   co m p e n s at io n   o f   b o o s t c o n v er t er   f o r   P V.     Fig u r 1 2   s h o w s   t h r esp o n s ti m o n   th DC   lin k   v o l t ag o f   VSC   w h en   t h DST A T C OM   p r o v id ed   w ith   m u lti - r e n e w ab l en er g y   s o u r ce s   ( P an d   b atter y )   as  h y b r id   s y s te m   to   s u p p ly   t h DC   li n k   ch an n el.   T h r esp o n s ti m is   eq u al  to   0 . 0 3 7 s   w h ile  th e f f e ct  o f   cu t - o f f   w ir f o r   p h ase  ( A)   d o es  n o a p p ea r   in   th r esp o n s ti m o f   DC   lin k   v o lta g f o r   DST A T C OM   b e ca u s o f   r ap id   co m p en s a tio n   o f   b o o s co n v er ter   f o r   th P ce lls   an d   b u ck - b o o s co n v er ter   o f   th b atter y .   An d   f r o m   th 0 . 2 s   in to   1 . 2 s   a p p ea r   th ef f ec o f     th b u c k - b o o s t c ir cu it   f o r   t h b atter y   s to r e,   an d   t h e f f ec t   o f   th b o o s t c o n v er ter   cir cu i t o f   t h P ce lls   w h e n   w o r k ed   h y b r id   s y s te m .   Fi g u r 1 3   s h o w s   t h co m p e n s atio n   ef f ec w h en   co n s tan t   DC   lin k   v o lta g e   s u p p lies   th e   DST A T E C OM .   T h p er f o r m a n ce   o f   s y s te m   h as  b ee n   i m p r o v ed   r elate d   to   all  p r ev io u s   f o r m s   b ec au s e   d o es n o t a p p ea r   an y   ti m d ela y   o r   ef f ec ts   o n   t h DC   lin k   v o lta g e.           Fig u r 1 0 .   T h co m p e n s atio n   ef f ec t a n d   r esp o n s ti m o n   t h o f   DC   li n k   c h an n el  v o ltag   w h e n   th e   D ST A T C OM   is   f ed   f r o m   b atter y           Fig u r 1 1 .   T h co m p e n s atio n   ef f ec t a n d   r esp o n s ti m o n   t h DC   lin k   c h an n el  v o ltag   w h e n   th D ST A T C OM   is   f ed   f r o m   P V           Fig u r 1 2 .   T h co m p e n s atio n   ef f ec t a n d   r esp o n s ti m o n   t h DC - lin k   ch a n n el  co n n ec tio n   v o ltag   w h e n   th ST A T C O i s   f ed   f r o m   t h h y b r id   s y s te m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P o w er q u a lity imp r o ve men t b a s ed   o n   h yb r id   co o r d i n a ted   d e s ig n   …  ( A li N a s s er Hu s s a in )   5117       Fig u r 1 3 .   C o n s ta n t v o lta g o DC   lin k   f o r   th h y b r id   s y s te m       No w ,   t h r esp o n s ti m es  f o r   all  th DC - c h a n n el  ca s es  o f   DS T A T C OM   h as  o b tain ed   i n   T a b le  3 .   I is   o b s er v ed   t h h y b r id   s y s t e m   g iv e n   b etter   r e s p o n s f r o m   th e   o th er   ca s e s .   A l s o ,   th e   co n s ta n DC - li n k   v o ltag i s   an   id ea l sta te,   it is   m en tio n ed   f o r   co m p ar is o n ,   a n d   it h as n o ted   to   s tar w it h   s t ab le  v alu e.       T ab le  3 .   R esp o n s ti m e s   f o r   al l th DC - c h an n el  ca s es   DC - l i n k   o f   V S C   f o r   D S T A T C O M   R i se   T i me   ( s)   P e a k   T i me   ( s)   M a x i m u m   o v e r sh o o t   S e t t l i n g   T i me   ( s)   DC - l i n k   w i t h o u t   r e n e w a b l e   so u r c e   0 . 0 1 5 7 4   0 . 0 3 1   1 2 3   0 . 1 0 8   DC - l i n k   w i t h   P V   c e l l s (al o n e )   0 . 0 1 4 6 5   0 . 0 2 4 3 9   27   0 . 3 3   DC - l i n k   w i t h   b a t t e r y   ( a l o n e )     0 . 0 2 8 5   0   0   0 . 0 7   DC - l i n k   w i t h   P V   a n d   b a t t e r y   ( h y b r i d )   0 . 0 2 1 6   0   0   0 . 0 3   DC - l i n k   w i t h   P V   a n d   b a t t e r y   ( h y b r i d )   a t   c o n st a t   DC   l i n k   0   0   0   0       Fig u r 1 4   s h o w s   t h T o tal  H ar m o n ic  Dis to r tio n   ( T HD)   o f   th c u r r en t   s o u r ce   p h ase  ( A)   b ef o r co m p e n s at io n .   Fig u r 1 5   s h o w s   t h T HD  o f   t h c u r r en t   s o u r ce   o f   t h p h a s ( A )   a f ter   co m p e n s atio n   w h en     th DST A T C OM   h as  w o r k ed   alo n w it h o u a n y   r e n e w ab le   en er g y   s o u r ce s .   Fi g u r 1 6   s h o w s   t h T HD  o f     th c u r r en t   s o u r ce   f o r   p h a s ( A )   a f ter   co m p e n s at io n   w h e n   th e   DST A T C OM   is   co n n ec t ed   w i th   b atter y .     Fig u r 1 7   s h o w s   t h T HD  o f   t h c u r r en t   s o u r ce   f o r   p h ase  ( A)   w h e n   t h e   DST A T C OM   is   co n n ec ted   w it h   P V   at  co n s ta n t ir r ad iatio n   an d   te m p er atu r ( 1000   / 2 , 25 °   )   r esp ec tiv el y   to   th p o w er   s y s te m .               Fig u r 1 4 .   T HD  f o r   cu r r en t o f   p h ase  ( A )   b ef o r DST A T C OM   co m p en s a tio n     Fig u r 1 5 .   T HD  f o r   cu r r en t o f   p h ase  ( A )   af ter     th co m p en s atio n   o f   DST A T C OM   alo n e       Fig u r 1 8   s h o w s   t h T HD  o f   t h cu r r en s o u r ce   f o r   p h ase  ( A )   af ter   co m p en s ati o n   w h e n   th DST A T C OM   is   co n n ec ted   w it h   h y b r id   ( P an d   b atter y )   s y s te m   at  h a lf   r ated   o f   t h P ce lls   an d   eq u al   500   / 2 ir r ad iatio n   an d   co n s ta n te m p er atu r e   25 ° .   Fig u r 1 9   s h o w s   th T HD  o f   th cu r r e n s o u r ce   p h ase  ( A )   w h en   th DST A T C OM   i s   co n n ec ted   w it h   h y b r i d   ( P an d   b atter y )   at  a   co n s t an v o ltag o f   DC   lin k   at  h al f   r ated   o f   th P ce l ls   an d   eq u al  500   / 2   ir r ad iatio n   an d   co n s ta n t te m p er at u r e   25 ° .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.