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 r ing   ( I J E CE )   Vo l.   9 ,   No .   2 A p r il   201 9 ,   p p .   7 8 9 ~8 0 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v9 i 2 . pp 789 - 8 0 1          789       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e . co m/ jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JE C E   I m pro v ed  po w er quality  buc k   bo o st conv erte r f o r   S M PS       J .   J a y a cha nd ra n,  S.  M a la t hi   De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   S A S T R A   De e m e d   Un iv e rsit y ,   T h a n jav u 6 1 3 4 0 2 In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 0 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u n   2 2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J u l 1 1 ,   2 0 1 8       In   th is  p a p e r,   a   Ne u ra Ne t w o r k   (NN )   c o n tro ll e d   Bu c k - Bo o st  Co n v e rter  (BBC)  b a se d   S w it c h e d   M o d e   P o w e r   S u p p ly   (S M P S f o a   P a p p li c a ti o n   is   p ro p o se d .   T h e   p r o p o se d   BBC  i a n a l y z e d ,   m o d e led   a n d   d e sig n e d   f o th e   ra ted   lo a d .   G e n e ra ll y ,   th e   u ti l iza ti o n   o f   M u lt ip le  O u tp u S M P S   ( M OSM P S )   f o P a p p li c a ti o n   in tro d u c e s P o w e Qu a li ty   (P Q)  issu e in   th e   p o w e s y ste m   n e tw o rk .   Un li k e   c o n v e n ti o n a S M P S   t h e   p r o p o se d   NN   c o n tr o ll e d   BBC  c a n   a c c o m p li sh   im p ro v e m e n o f   p o w e q u a li ty .   T h e   NN   c o n tro l ler  re d u c e th e   T o tal  Ha r m o n ic  Disto rti o n   (T H D)  o so u rc e   c u rre n b e lo w   5 % ,   m a in tain in p u sid e   P o w e F a c to (P F t o   b e   n e a rl y   u n it y   a n d   im p ro v e t h e   o u t p u t   v o lt a g e   re g u l a ti o n .   In   t h e   p r o p o se d   sy ste m ,   NN   c o n tro ll e re p lac e th e   c o n v e n ti o n a P c o n tro ll e a n d   o v e rc o m e th e   d ra w b a c k s   o f   th e   c o n v e n ti o n a s y ste m .   T h e   p ro p o se d   BBC  is  v a li d a ted   a d o p ti n g   M A T LAB/S IM UL INK   so f t w a re .   T h e   si m u latio n   a n a ly sis  v a li d a te  th a th e   p r o p o se d   NN   c o n tro ll e d   BBC  p e rf o r m s   b e tt e th a n   c o n v e n ti o n a c o n v e rter  in   ter m s   o P in d ice u n d e f lu c t u a ti n g   c o n d it i o n s .   K ey w o r d s :   B u ck - b o o s t c o n v er ter     Neu r al  n et w o r k     P o w er   f ac to r     T o tal  h ar m o n ic  d i s to r tio n   Co p y rig h ©   2 0 1 9   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 :   J .   J ay ac h a n d r an ,     Dep ar te m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   S A ST R A   Dee m ed   U n i v er s it y ,   T h ir u m alai s a m u d r a m ,   T h an j av u r ,   T am il Na d u   6 1 3 4 0 1 ,   I n d ia.   E m ail:  j j _ ch an d r u @ ee e. s a s tr a. ed u       1.   I NT RO D UCT I O N     A p r ese n E lectr o n ic  g ad g ets   lik P er s o n al  C o m p u ter   ( P C ) ,   L ap to p ,   m o b ile,   etc. ,   p la y   m aj o r   r o le   in   h u m a n   li f e.   B u t h ese  g ad g ets  i n tr o d u ce   h ar m o n ics  i n   t h e   d is tr ib u tio n   s y s te m   w h ich   p o l lu tes   an d   d e g r ad es   th P o f   th elec tr ic  s u p p l y   s y s te m .   SMP s u p p li es  m u ltip l DC   o u tp u v o lta g es  to   v ar io u s   ac ce s s o r ies  li k m o u s e,   k e y b o ar d ,   to u ch   p ad   etc. ,   in   P C   ap p licatio n .   T h ese  SMP d r a w   h i g h l y   d i s to r ted   s in u s o id al  c u r r en t   f r o m   i n p u ac   m ai n s   a n d   th er eb y   i n cr ea s th T HD  o f   s o u r ce   cu r r en t,  r ed u ce   th P at  th s o u r ce   s id an d   d ec r ea s th o v er all   p er f o r m a n ce   o f   th e   s y s te m .   B ased   o n   t h liter at u r s u r v e y ,   t h co n v en tio n al   SMP h as   T HD  o f   th s o u r ce   cu r r en ab o u 8 1 . 2 an d   P ar o u n d   0 . 4   [ 1 ] .   T h u s   th co n v en tio n al  S MP v io lates  th I E C   an d   I E E E - 5 1 9   s tan d ar d s   o f   P [ 2 ] .   Sin g le  s ta g SMP S   is   p r ef er r ed   in   m a n y   P C   a p p licatio n s   f o r   P Q   i m p r o v e m en a n d   p o w er   co n v er s io n .   B u it  s u f f er s   f r o m   m aj o r   d r aw b ac k s   li k in cr ea s ed   s tr ess   ac r o s s   t h e   s w itc h   an d   d eg r ad atio n   o f   o u tp u v o ltag e.   T o   i m p r o v th p er f o r m a n ce   o f   t h s i n g le  s ta g S MP S,     P FC   co n v er ter s   ar i m p le m e n ted   in   th f r o n t   s ta g w h ic h   i m p r o v th e   P an d   P Q.   T h b u ck   an d   b o o s t   co n v er ter s   ar n o p r ef er r ed   f o r   P C   ap p licatio n   w h er t h i n p u ac   m ai n   v o ltag e   v ar ie s   f r o m   1 7 0   to   2 7 0 V.   Fo r   an   ac   v o ltag o f   2 3 0   V,   th o u tp u o f   th e   u n co n tr o lled   b r id g r ec tif ier   is   ab o u 3 2 0   an d   th u s   t h b o o s t   an d   b u ck   co n v er ter   ca n n o co n tr o th o u tp u v o ltag e   b elo w   3 5 0 V.   T o   o v er co m th e   ab o v d ef icie n c y ,     B B C   is   p r ef er r ed   f o r   P C   ap p l icatio n   w h ich   ca n   o p er ate  w it h   n o m i n al  ac   v o ltag o f   2 2 0 an d   i m p r o v t h e   P w it h   Dio d B r id g R ec tif ier   ( DB R )   at  f r o n t e n d   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h P o w er   Facto r   C o r r ec tio n   ( P FC )   co n v er ter s   ar o p er ated   in   t w o   d i f f er e n m o d es  o f   o p e r atio n   i.e . ,   a )   Dis co n ti n u o u s   co n d u ctio n   m o d ( DC M)   an d   b )   C o n ti n u o u s   C o n d u c tio n   Mo d ( C C M) .   T h DC o f   o p er atio n   is   p r ef er r ed   in   P FC   co n v er ter s   s i n ce   it  r ed u ce s   t h s ize  o f   t h in d u cto r .   T h B B C   w it h   d if f er en t   co n f i g u r atio n s   a n d   t w o   s w itc h es  is   p r o p o s ed   b y   ch en   et  a l   [ 4 ] .   A .   A b r a m o v i tz  et  a l   [ 5 ]   d esig n ed   B B   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.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   7 8 9   -   8 0 1   790   co n v er ter   co n f i g u r atio n   w h ic h   m iti g ate s   th s u d d en   i n r u s h   c u r r en t s ,   p r o tects  ag ai n s t   s h o r cir c u it  a n d   i m p r o v es   P f o r   a   w id v ar iat io n   o f   ac   m ai n   v o lta g es.  I n   [ 6 ] ,   v ar io u s   b r id g ele s s   B B   co n v e r t er   to p o lo g ies  ar e   an al y ze d   a n d   in   [ 7 ]   h ig h er   o r d er   lo w   p o w er   B B   co n v er ter   is   an al y ze d   f o r   co n ti n u o u s   cu r r en b u t h n u m b er   o f   co m p o n e n r eq u ir ed   is   h i g h   i n   b o th   a n al y s is   w h e n   co m p ar ed   to   co n v en tio n a o n e.   H en ce   t h s elec t io n   o f   co n v er ter   is   tr ad e - o f f   b et w ee n   t h s o u r ce   cu r r e n w a v ef o r m   an d   n u m b er   o f   co m p o n en ts .   I n   SMP ap p licatio n ,   to   h av m in i m u m   s w i tc h i n g   s tr ess ,   i m p r o v ed   u tili za tio n   o f   co r an d   less er   v o ltag r ip p le  at  th o u tp u h al f   b r id g Vo ltag So u r ce   I n v er ter   ( VSI )   is   p r ef er r ed   [ 8 ] - [ 1 2 ] .   T h is   p ap er   d e als  w it h   NN  b ased   SMP h a v in g   a n   ac - d co n v e r ter   at  th f r o n e n d   to   i m p r o v th P i n   ter m s   o f   T HD  an d   P an d   w i th   tig h t   v o ltag r e g u la tio n   at  t h o u tp u t f o r   w id v ar iatio n   o f   s o u r ce   an d   lo ad   co n d itio n s .         2.   P RO P O SE NN  CO N T RO L L E CO NV E R T E F O SM P S   2 . 1 .     Desig n o f   bu ck   bo o s t   co nv er t er   Fig u r 1   s h o w s   t h SMP with   P FC   b u c k - b o o s co n v er te r   at  th f r o n t   en d   a n d   an   is o lated   Half   B r id g ( HB )   co n v er ter   f o r   m u ltip le  is o lated   o u tp u v o l tag es.  T h i n p u AC   s u p p l y   is   r ec tif ied   i n to   u n co n tr o lled   DC   v o lta g w it h   th h elp   o f   DB R .   T h o u tp u o f   DB R   is   f e d   to   th L C   f il ter   an d   th e n   to     b u ck - b o o s co n v er ter   to   o b ta in   co n tr o lled   D C   v o lta g e.   T h co n tr o lled   DC   v o lta g is   ap p lied   to   HB VSI .     T h ca p ac ito r s   at  th f r o n en d   o f   th HB VSI   p er f o r m   th f u n ct io n   o f   f ilter   a n d   h elp   to   av o id   th n ee d   f o r   an   ad d itio n al  c ap ac ito r   in   th P FC   co n v er ter .             Fig u r 1 .   C ir cu it c o n f i g u r atio n   o f   t w o - s ta g MO SMP S e m p l o y i n g   b u c k - b o o s t P FC   co n v er t er       T h an al y s is   o f   th e   p r o p o s ed   co n v er ter   i s   ca r r ied   o u to   m o d el  th co n v er ter   a n d   to   d et er m in e   t h e   r atin g   o f   d if f er en co m p o n e n t s   b y   d er iv in g   th d esi g n   E q u atio n s   [ 1 3 ] .   T h in p u s id P co r r ec tio n   ca n   b e   attain ed   b y   p r o p er   s elec tio n   o f   th in d u cto r   an d   o p er atin g   it  u n d er   DC [ 1 3 ] .     a)   Selectio n   o f   i n d u c to r   T h r ip p le  c o n ten t o f   i n d u cto r   cu r r en t is a s s u m ed   to   b t w o   tim es o f   th i n p u c u r r en t.     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       I mp r o ve d   p o w er q u a lity b u ck   b o o s t c o n ve r ter fo r   S MPS   ( J.   Ja ya ch a n d r a n )   791                                          ( 1 )   T h v alu o f   t h in d u cto r   d u r in g   t h ON  s tate  o f   t h s w itc h   S 1   ca n   b ca lcu lated   as :                                             ( 2 )     w h er e,   Δ i Li   i n d u cto r   cu r r en r ip p le,   V d   u n r eg u lated   D C   o u tp u v o lta g o f   DB R ,   D   d u t y   c y cle  an d     T s   = s w i tch i n g   ti m e .   Su b s tit u ti n g   ( 2 )   in   ( 1 ) ,   th L i m i n   is   ca lc u l ated   as :                                                       ( 3 )     T o   o p er ate  th in d u cto r   u n d er   DC f o r   all  v ar y i n g   s o u r ce   an d   lo ad   co n d itio n s ,   t h v alu o f   i n d u c to r   is   ch o s en   less   th a n   0 . 1 *             .   C o n s id er in g   t h s w itc h in g   ti m a s   5 0   µs,  I d   as  0 . 8 8   A ,   d u t y   c y cle  a s   0 . 3   an d   th DB R   av er a g o u tp u v o lta g as  1 9 8   V,   th i n d u cto r   v al u e   i s   ca lc u lated   as  1 . 6 8 7   m u s in g   E q u at io n   ( 3 ) .     T h in d u cto r   v alu i s   s elec ted   as 1 6 0   µH .     b)   Selectio n   o f   r ip p le  f i lter   T h h i g h er   o r d er   h ar m o n ic s   p r esen in   t h i n p u t   cu r r e n ar e   f i lter ed   o u t   u s in g   s ec o n d   o r d er   lo w - p ass   f ilter   th a h elp s   i n   th r ed u ctio n   o f   t h T HD  o f   th s u p p l y   cu r r en t.  T h ca p ac itan ce   v a lu f o r   r ip p le  f ilter             is   ca lcu la ted   u s i n g   E q u atio n   ( 4 )   an d   is   s elec ted   as 2 0 0   n F.                                                           ( 4 )     w h er e,   V m   m ax i m u m   v alu e   o f   th s u p p l y   v o lta g 3 1 1   V,   I m   m a x i m u m   v al u o f   i n p u cu r r en         0 . 8 8   A   an d   f   s u p p l y   f r eq u en c y   5 0   Hz.   T h T HD  o f   th i n p u s u p p l y   c u r r en t c a n   b ef f ec tiv el y   r ed u ce d   b y   p r o p er   s elec tio n   o f   f ilter   in d u c to r   v alu e.   T h L r   v a lu i s   d esi g n ed   u s i n g   t h E q u atio n   ( 5 ) .                                                 ( 5 )     C o n s id er in g   t h c u t - of f   f r eq u e n c y   f c   as 5   k Hz,   t h i n d u cto r   v alu is   ca lc u lated   as 5 . 0 7   m H.     2 . 2 .     Desig n o f   ha l f   bridg c o nv er t er   ( H B C)   T h r eg u lated   o u tp u v o ltag e   o f   th f ir s s ta g f o r m s   t h e   s o u r ce   f o r   th HB C .   M u lti p le  o u tp u t   v o ltag e s   ar p r o v id ed   b y   Hig h   Fre q u e n c y   T r an s f o r m er   ( HFT )   w it h   ce n tr tap p ed   s ec o n d ar y   w in d i n g s .     T h in d u cto r s   ( L o1   -   L o4 )   a n d   ca p ac ito r s   ( C o1   -   C o4 )   co n n ec t ed   in   t h s ec o n d ar y   s id o f   H FT   ar u tili ze d   f o r   f ilter i n g   c u r r en an d   v o lta g r ip p les.  A NN  co n tr o ller - 2   is   i m p le m en ted   f o r   th o u tp u v o ltag r eg u latio n .     T h h ig h e s r ated   s ec o n d ar y   w i n d i n g   v o lta g is   s e n s ed   f o r   v o ltag co n tr o an d   th d u t y   cy cle  is   alter ed   to   co n tr o l a ll o th er   o u tp u v o ltag es.    a)   Selectio n   o f   c ap ac ito r   I n   HB C   t h v a lu o f   t h ca p ac ito r s   ar ch o s en   to   eli m in a te   th 1 0 0   Hz  r ip p le  th at  is   r e f l ec ted   f r o m   th A C   in p u s id e.   T h P s h o u ld   b m ai n tai n ed   u n it y   at   th in p u s id e.   T h ca p ac ito r   v alu i s   ca lc u lated   u s i n g   E q u atio n   ( 6 )   [ 1 3 ]                                          ( 6 )     C o n s id er in g   ω   3 1 4   r ad /s ec ,                          an d                    ,   th v al u o f               0 . 3 1 0   m F.    T h p r o p o s ed   SM P is   m o d elled   f o r   P C   p o w er   s u p p l y   ap p li ca tio n ,   th ca p ac ito r   v alu i s   d esig n ed   s o   th at  t h e   SMP S c an   w it h s ta n d   p o w er   f a ilu r at  least  f o r   s o m ti m e.                                                                                               ( 7 )     C o n s id er in g                          w it h - s ta n d   ti m o f   ca p ac ito r   d u r in g   p o w e r   f ail u r as  1 2   m s ,            m i n i m u m   o u tp u DC   v o ltag o f   th P F C   co n v er ter   2 9 4   V,              m i n i m u m   v o ltag at  w h ich   t h o u tp u is   h eld   r eg u lated   2 6 0   an d   P o   o u tp u p o w er   1 7 5   W ,   th ca p a c ito r   v alu is   ca lc u lated   u s i n g   E q u a tio n   ( 7 )   as    C 12   0 . 2 2   m F.  T w o   s er ies co n n ec ted   ca p ac ito r s                                     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.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   7 8 9   -   8 0 1   792   b)   Selectio n   o f   i n d u c to r   T h in d u ctan ce   v al u at  th s e co n d ar y   s id e   o f   th HFT   is   esti m ated   u s in g   E q u atio n   ( 8 )   b y   ass u m in g   0 . 4 ,   f s   6 0   k Hz  an d   Δ i L 01  2 % o f   6 A .                                                                ( 8 )     T h in d u cto r   v alu ( L 01 )   is   ca lcu lated   as  0 . 1 2   m H.   T h v al u o f   in d u cto r s   L 02 ,   L 03   a n d   L 04   in   th s ec o n d ar y   w i n d i n g s   o f   t h HFT   ar ca lcu lated   u s i n g   E q u a tio n   ( 8 )   as L 02   0 . 0 2 3   m H ,   L 03   1 . 3   m a n d   L 04   1 . 2 5   m H.   c)   Selectio n   o f   t u r n s   r atio     I n   s tead y   s tate,   t h cu r r e n v a r iatio n   in   th o u tp u i n d u cto r   ( i L o1 )   d u r i n g   th s w itc h i n g   co n d itio n   i s   eq u ated   to   ze r o   [ 1 3 ]   as sh o w n   b elo w :                                                                                             ( 9 )     T h tu r n s   r atio s   ar ca lc u lated   b y   s u b s titu tin g   t h h ig h es r ated   o u tp u v o lta g V 01  =   +1 2   V,   s w itch i n g   ti m o f   HB C   T h   an d   d u t y   r atio   o f   HB C   D h   0 . 4 .   On   s o l v in g   E q u at io n   ( 9 )   th e   tu r n s   r atio   ar ca l cu lated   as   n 1 0 . 1 ,     n 2   0 . 0 4 2 ,   n 0 . 0 4 2   an d   n 4   0 . 1   f o r   th s ec o n d ar y   w i n d i n g s   w it h   v o lta g r ati n g s   V 01   1 2   V,   V 02   5   V,   V 03 - 5   an d   V 04   - 1 2   r es p ec tiv el y .     2 . 3 .     M o dellin g   o f   B B   c o nv er t er   DC   v o lta g g ai n   an d   AC   s m al l - s i g n al  T r an s f er   Fu n ctio n   ( T F)  o f   th B B C   ar d er iv ed .   T h Av er ag e   State - Sp ac E q u atio n s   ( A S SE )   o f   B B C   is   d er i v ed   u n d er   DC o p er atio n   [ 1 4 ] .   Un d er   DC o p er atio n ,   th B B   co n v er ter   h as  t h r ee   s w itc h i n g   s tag es  p er   c y cle.   T h DC   r esis ta n ce   o f   in d u cto r   ( r L )   an d   ca p ac ito r   ( r C )   a r in cl u d ed   in   th a n al y s i s .   Vec t o r       is   f o r m u lated   as  [             ]                 ( a)   ( b )   ( c)     Fig u r 2 .   Mo d es o f   B B C   in   DC M       Fig u r 2 ( a)   to   F ig u r 2 ( c)   r ep r esen th e   m o d es   o f   t h B B C   in   D C M   o p er atio n .   I n   S w itc h i n g   s ta te  I   t h e   Stat e   s p ac eq u atio n s   ar e :          [           ]     [                               ] [                         ]     [       ]                  ( 1 0 )                    (                     )     *                 + [                         ]           ( 1 1 )     Fro m   th E q u at io n s   ( 1 0 )   an d   ( 1 1 )   th v alu es o f   A 1 , B 1   an d   C 1   ar d er iv ed   as :     A [                               ]   ; B [       ]   ; C 1   *                 +           ( 1 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       I mp r o ve d   p o w er q u a lity b u ck   b o o s t c o n ve r ter fo r   S MPS   ( J.   Ja ya ch a n d r a n )   793   I n   S w itc h i n g   s tate  I I   th State  s p ac eq u atio n s   ar e :          [           ]     [                                                                             ] [                         ]   *     +                    ( 1 3 )                *                             + [                         ]               ( 1 4 )     Fro m   E q u atio n s   ( 1 3 )   an d   ( 1 4 )   th v al u e s   o f   A 2 , B 2   an d   C 2   ar d er iv ed   as :     A [                                                                             ] ; B 2   *     +   ; C 2   *                             +         ( 1 5 )     I n   s w itc h i n g   s tate  I I I   th State  s p ac eq u atio n s   ar e :          [           ]     [                         ] [                         ]     *     +                    ( 1 6 )                    (                     )     *                 + [                         ]           ( 1 7 )     Fro m   E q u atio n s   ( 1 6 )   an d   ( 1 7 )   th v al u e s   o f   A 3 , B 3   an d   C 3   ar d er iv ed   as [ 1 4 ] :     A 3   [                         ]     B 3   =   *     +   ; C 3   *                 +           ( 1 8 )     T h A SS E   o f   B B C   o p er atin g   u n d er   DC ca n   b w r itte n   a s   [ 1 4 ] :       ̇                                                ( 1 9 )                                                 ( 2 0 )     w h er e,                                                                                                                                                ( 2 1 )     T h d u r atio n   o f   th t h r ee   s w i t ch in g   s tates  o f   th co n v er ter   a r r ep r esen ted   as  d T s ,   d 2 T s   an d   d 3 T s   r esp ec tiv el y .   T h co n d itio n   to   b s atis f ied   d u r in g   s w i tch in g   o p er atio n   is   ( d   +d d 3   =   1 ) .   T h an al y s i s   c an   b m ad s i m p le  b y   n e g lecti n g   t h DC   r e s is ta n ce   o f   t h s w itc h es  a n d   t h e   p ass iv e   ele m en t s . A s s u m i n g   r L   a n d   r C   as  ze r o ,     th m a tr ices  A 1 , B 1 , A 2 , B 2 ,   A 3   an d   B 3   ca n   b r e - w r itte n   as [ 1 4 ] :     A =   [              ]   ; B [       ]   ; A [                    ] ; B 2   *     +   ; A [              ] ; B 2   *     +     ( 2 2 )     Fro m   E q u atio n s   ( 2 8 )   to   ( 3 1 ) ,   th m atr ice s   A av   an d   B av   ar ca lcu lated   as :              [                        ]            [       ]               ( 2 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.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   7 8 9   -   8 0 1   794   T h A SS E   f o r   th B B   co n v er t er   ar w r it ten   as :                                                          ( 2 4 )                                                                  ( 2 5 )     T h av er ag o f   i L ( t)   is   d er iv ed   as :                                                                                               ( 2 6 )     T h o p en   lo o p   s m a ll - s i g n a l T F o f   B B C   in   DC ar e :                          ̂              ̂                                               ( 2 7 )                         ̂           ̂                                                         ( 2 8 )     T h E q u atio n s   ( 2 7 )   an d   ( 2 8 )   a r I   o r d er   T F w it h   p o le  o n   th lef t - h al f   o f   t h s - p la n e .       3.   DIS CU SS I O O SI M UL A T I O ANA L Y SI   MA T L A B /SIM U L I NK   s o f t war is   ad o p ted   to   an al y s t h p er f o r m a n ce   o f   t h NN   co n tr o lled   B B C   b ased   MO SMP S.  I is   d esig n ed ,   m o d elled   an d   s i m u lated   a s   p er   th s p ec if icatio n s   lis ted   in   T ab le  1 .   A n   A C   s o u r ce   o f   1 7 0   to   2 5 0   R MS  an d   5 0   Hz  f r eq u en c y   is   u tili ze d   to   f ee d   th MO SMP S.  T w o   NN  co n tr o ller s   ar e m p lo y ed   i n d iv id u all y   f o r   i m p r o v i n g   th in p u p o w er   q u alit y   a n d   r eg u latio n   o f   t h o u tp u v o ltag e .     T h s i m u la tio n   o f   t h NN  b ased   MO SMP is   ca r r ied   o u t o   h ig h lig h it s   p er f o r m an ce   u n d er   i)   s tead y   s tate   co n d itio n   w it h   r ated   lo ad   an d   r ated   s u p p l y   v o lta g co n d itio n   ii)  v ar iab le  s u p p l y   v o lta g b y   v ar y i n g   t h s u p p l y   v o ltag e   b et w ee n   1 7 0   a n d   2 5 0   R M S a n d   ii i)   v ar y i n g   lo ad   co n d itio n s   w h er t h e   lo ad   at  t h o u tp u t   ter m i n a l   2   is   in cr ea s ed   f r o m   5 0 to   1 0 0 at  0 . 5   s   d u r in g   t h e   s i m u l atio n   p er io d .   T h MO SMP w it h   N co n tr o ller   an d   co n v e n tio n a l c o n tr o ller   ar co m p ar ed   b ased   o n   P in d ices a n d   v o lta g r eg u latio n .       T ab le  1 .   P ar am eter s   o f   MO S MP S   P a r a m e t e r s   V a l u e s   S o u r c e   v o l t a g e   V in   170 - 2 5 0   V   R M S   R a t i n g   o f   o u t p u t   t e r m i n a l   1   V 01 /I o1   1 2   V / 6   A   R a t i n g   o f   o u t p u t   t e r m i n a l   2   V 02 /I o2   5   V / 1 8   A   R a t i n g   o f   o u t p u t   t e r m i n a l   3   V 03 /I o3   - 5   V / 0 . 3   A   R a t i n g   o f   o u t p u t   t e r m i n a l   4   V 04 /I o4   - 1 2   V / 0 . 8   A   R a t i n g   o f   o u t p u t   p o w e r   P 0   1 7 5   W       3 . 1 .     M O S M P w it h r a t ed  s up ply   v o lt a g Vin= 2 2 0   a nd   ra t ed  l oad   T h w a v e f o r m s   o f   r e g u lated   m u ltip le  o u tp u v o ltag e s ,   o u tp u cu r r en t s ,   s u p p l y   v o lta g an d   cu r r en at  V in  =   2 2 0   V   a r d e p i c t e d   in   F ig u r e   3 .   I t   is   c o n cl u d e d   f r o m   th e   w av ef o r m s   th a V o1   t o   V o4  ar r eg u la ted   w ell  b y   th NN   co n tr o ller .   V in   a n d   I in   w av ef o r m s   p r o v e   t h a t   s u p p ly   cu r r en t   d r a w n   is   m ain t a in e d   s i n u s o i d a l   a n d   in   p h ase  w ith   t h e   s o u r ce   v o l t ag t o   m a i n ta in   t h e   PF   n ea r ly   u n i ty .   T h e   v a lu e s   o f   DF ,   D PF   an d   P F   a c h ie v e d   w ith   NN   c o n t r o ll e r   a r e   0 . 9 9 6 ,   1   a n d   0 . 9 9 6   r e s p e c t iv e ly .   T h e   T H D   o f   I in   i s   2 . 3 5 %   a n d   a d h e r es   t o   t h e   l im i t   s u g g es t e d   b y   I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2   s tan d ar d .   B B C   b ased   SMP w h en   s i m u lat ed   w it h   co n v e n tio n al   co n tr o ll er ,   r ed u ce s   th T HD  o f   th s o u r ce   cu r r en t to   5 . 1 % a n d   th P F a t th s u p p l y   s id is   m ai n tai n ed   at  0 . 9 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       I mp r o ve d   p o w er q u a lity b u ck   b o o s t c o n ve r ter fo r   S MPS   ( J.   Ja ya ch a n d r a n )   795       ( a)       ( b )       ( c)     Fig u r 3 .   W av ef o r m s   o f   B B C   a t   r a t e d   s u p p ly   v o l ta g e .   ( a )   V 01 -   V 04   ( V ) ,   ( b )   I 01 -   I 04   ( A )   an d   ( c )   V in / 1 0 0   ( V )     a n d   I in  ( A )       3 . 2 .     M O S M P w it increa s ed  s up ply   v o lt a g Vin= 2 5 0   a nd   ra t ed  lo a d   T h w a v e f o r m s   o f   r e g u lated   m u ltip le  o u tp u v o ltag e s ,   o u tp u cu r r en t s ,   s u p p l y   v o lta g an d   cu r r en at  V in  =   2 5 0   V   a r d e p i c t e d   in   F ig u r e   4 .   I t   is   c o n cl u d e d   f r o m   th e   w av ef o r m s   th a V o1   t o   V o4  ar r eg u la ted   w ell  b y   th NN   co n tr o ller .   V in   a n d   I in   w av ef o r m s   p r o v e   t h a t   s u p p ly   cu r r en t   d r a w n   is   m ain t a in e d   s i n u s o i d a l   a n d   in   p h ase  w ith   t h e   s o u r ce   v o l t ag t o   m a i n ta in   t h e   PF   n ea r ly   u n i ty .   T h e   v a lu e s   o f   DF ,   D PF   an d   P F   a c h ie v e d   w ith   NN   c o n t r o ll e r   a r e   0 . 9 9 5 ,   1   a n d   0 . 9 9 5   r e s p e c t iv e ly .   T h e   T H D   o f   I in   i s   3 . 4 2 %   a n d   a d h e r es   t o   t h e   l im i t   s u g g es t e d   b y   I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2   s tan d ar d .   B B C   b ased   SMP w h en   s i m u lat ed   w it h   co n v e n tio n al   co n tr o ll er ,   r ed u ce s   th T HD  o f   th s o u r ce   cu r r en t to   5 . 4 % a n d   th P F a t th s u p p l y   s id is   m ai n tai n ed   at  0 . 9 .               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.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   7 8 9   -   8 0 1   796     ( a)       ( b )         ( c)     Fig u r 4 .   W a v ef o r m s   o f   B B C   a t   s u p p ly   v o l t ag e   2 5 0   V .   ( a )   V 01 -   V 04   ( V ) ,   ( b )   I 01 -   I 04   ( A )   an d   ( c )   V in / 1 0 0   ( V )     a n d   I in  ( A )       3. 3   M O S M P w it decr ea s ed  s up ply   v o lt a g Vin= 1 7 0   V   a nd   ra t ed  lo a d   T h w a v e f o r m s   o f   r e g u lated   m u ltip le  o u tp u v o ltag e s ,   o u tp u cu r r en t s ,   s u p p l y   v o lta g an d   cu r r en at  V in  =   1 7 0   V   a r d e p i c t e d   in   F ig u r e   5 .   I t   is   c o n cl u d e d   f r o m   th e   w av ef o r m s   th a V o1   t o   V o4  ar r eg u la ted   w ell  b y   th NN   co n tr o ller .   V in   a n d   I in   w av ef o r m s   p r o v e   t h a t   s u p p ly   cu r r en t   d r a w n   is   m ain t a in e d   s i n u s o i d a l   a n d   in   p h ase  w ith   t h e   s o u r ce   v o l t ag t o   m a i n ta in   t h e   PF   n ea r ly   u n i ty .   T h e   v a lu e s   o f   DF ,   D PF   an d   P F   a c h ie v e d   w ith   NN   c o n t r o ll e r   a r e   0 . 9 9 8 ,   1   a n d   0 . 9 9 8   r e s p e c t iv e ly .   T h e   T H D   o f   I in   i s   2 . 2 %   a n d   a d h e r e s   t o   t h e   l im i t   s u g g es t e d   b y   I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2   s tan d ar d .   B B C   b ased   SMP w h en   s i m u lated   w it h   co n v e n tio n a co n tr o ller ,   r ed u ce s   th T HD  o f   th s o u r ce   cu r r en t to   4 . 6 % a n d   th e   P F a t th s u p p l y   s id is   m a in t ain ed   at  0 . 9 6 .           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       I mp r o ve d   p o w er q u a lity b u ck   b o o s t c o n ve r ter fo r   S MPS   ( J.   Ja ya ch a n d r a n )   797       ( a)       ( b )       ( c)       Fig u r 5 .   W a v ef o r m s   o f   B B C   a t   s u p p ly   v o l t ag e   1 7 0   V .   ( a )   V 01 -   V 04   ( V ) ,   ( b )   I 01 -   I 04   ( A )   an d   ( c )   V in / 1 0 0   ( V )     a n d   I in  ( A )       3 . 4 .     M O S M P w it h r a t ed  s up ply   v o lt a g a nd   lo a d v a ria t i o n   T h w a v e f o r m s   o f   r e g u lated   m u ltip le  o u tp u v o ltag e s ,   o u tp u cu r r en t s ,   s u p p l y   v o lta g an d   cu r r en at  V in  =   2 2 0   V   a r d e p i c t e d   in   F ig u r e   6 .   I t   is   c o n cl u d e d   f r o m   th e   w av ef o r m s   th a V o1   t o   V o4  ar r eg u la ted   w ell  b y   th NN  co n tr o ller   ev e n   u n d er   lo ad   v ar iatio n   a ter m i n al  2   f r o m   5 0 to   1 0 0 at  0 . 5   s .   T h I o2   w av e f o r m   s h o w s   th e   lo ad   v ar iatio n   at  te r m in a 2   f r o m   5 0 to   1 0 0 at  0 . 5   s .   V in   an d   I in   w av ef o r m s   p r o v e   th at   s u p p ly   c u r r en t   d r aw n   is   m a in ta in e d   s in u s o i d al   an d   i n   p h as e   w ith   th e   s o u r ce   v o lt ag e   t o   m a in ta in   th e   P F   n e a r ly   u n i ty .     T h e   v a lu es   o f   D F ,   D PF   an d   PF   a c h ie v e d   w i th   NN   c o n t r o l l e r   ar e   0 . 9 8 1 ,   1   a n d   0 . 9 8 1   r e s p e c t i v e ly .   T h e   T H D   o f   I in   i s   3 . 4 %   an d   a d h e r es   t o   th e   l im it   s u g g es t e d   b y   I E C   6 1 0 0 0 - 3 - 2   s ta n d ar d .   B B C   b ased   SMP w h en   s i m u lated   w it h   co n v e n tio n al  co n tr o ller ,   r ed u ce s   th e   T HD  o f   th e   s o u r c cu r r en to   5 . 6 a n d   th P at  th s u p p l y   s id i s   m ai n tai n ed   at  0 . 9 .       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.  9 ,   No .   2 A p r il 2 0 1 9   :   7 8 9   -   8 0 1   798       ( a)       ( b )       (c)     Fig u r 6 .   W a v ef o r m s   o f   B B C   a t   r a t e d   s u p p ly   v o l ta g e   an d   lo ad   v ar iatio n   at  V o2 .   ( a )   V 01 -   V 04   ( V ) ,   ( b )   I 01 -   I 04   ( A )   a n d   ( c )   V in / 1 0 0   ( V )   an d   I in  ( A )       T h s i m u la tio n   r es u lts   o f   B B C   w ith   NN  a n d   co n v e n tio n al   co n tr o ller   ar ta b u lated   in   T ab le  2   an d   T ab le  3 .   NN  co n tr o lled   B B C   b ased   SMP tak es  0 . 1 8   s   to   a ttain   s tead y   s tate  a n d   th o v er s h o o o f   V o1   is   1 . 9 0   d u r in g   tr an s ie n r esp o n s e.   I is   v er if ied   f r o m   t h tab u latio n   th at  t h MO SMP w it h   NN  co n tr o ller   h as   s u p er io r   p er f o r m an ce   w h e n   co m p ar ed   to   co n v e n tio n al   co n tr o ller   in   ter m s   o f   v o lta g r eg u lat io n   a n d   P Q   i m p r o v e m en t.  F ig u r 7   s h o w s   th co m p ar is o n   o f   i n p u p o wer   f ac to r   o f   MO SMP w it h   N an d   co n v e n tio n al  co n tr o ller   f o r   v ar io u s   s o u r ce   v o ltag co n d itio n s .   Fi g u r 8   d ep icts   th co m p ar is o n   o f   T HD  o f   s o u r ce   cu r r en t   d r a w n   b y   t h M OSMP at   d if f er en t   s u p p l y   v o ltag e s .   S i m u la tio n   r es u lt s   tab u la ted   in   T ab le   2   an d   T ab le  3   an d   C o m p ar is o n   c h ar s h o w n   i n   Fig u r 7 ,   Fi g u r 8   a n d   Fi g u r e   9   h i g h li g h t h p er f o r m an c o f   N co n tr o lled   MO SMP w h e n   co m p ar ed   to   co n v e n tio n a co n tr o ller .   NN  co n tr o ller   p er f o r m s   b etter   i n ,   m ai n tai n in g   t h P clo s to   u n it y ,   r ed u ci n g   th T HD  o f   s o u r ce   cu r r en an d   r eg u la tin g   t h o u tp u v o lta g e s .   Fig u r 9   g i v es  th e   1 0 0 %   l o a d   c o n d i t i o n 5 0 %   l o a d   c o n d i t i o n L o a d   c h a n g e   f r o m 5 0 %   t o   1 0 0 % I o1 = 6 A I o2 = 1 8 A I o4 = 0 . 8 A I o3 = 0 . 3 A V in I in Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.