I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute r  E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0 ,   p p .   5 6 0 9 ~ 5 6 2 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 ,  DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 6 . pp 5 6 0 9 - 5 6 2 0          5609       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   Ti m e - do m a in  har m o nic  ex traction  a lg o rith m s  for th ree - lev el    inv erte r - ba sed sh unt  a ctive  pow er  filt er  under  stead y - sta te  a nd    dy na m ic - s tate c o ndition s - a n eva lu a tion study       Ali Sa a do n  Al - O g a ili 1 ,   Ag iles w a ri  Ra m a s a m y 2 ,   Ya p H o o n 3 ,   Renug a   Ver a y ia h 4 ,    M a ra y a t i  M a rsa dek 5 ,   T eng ku   J uh a na 6 ,  Nur  Azz a mm u di n Ra h m a t 7   1, 5 In stit u te o f   P o w e r  En g in e e rin g   (IP E),   Un iv e rsiti   T e n a g a   N a sio n a l,   M a lay sia   2, 4, 6, 7 De p a rtm e n t  o f   El e c tri c a l  a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e n a g a   Na sio n a l,   M a lay sia   3 S c h o o l  o f   En g in e e ri n g ,   F a c u lt y   o f   In n o v a ti o n   a n d   T e c h n o lo g y ,   T a y lo r’s Un iv e rsit y ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 1 8 ,   2 0 1 9   R ev i s ed   Ma r   5 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   Ma r   1 7 ,   2 0 2 0       P o w e r  q u a li ty   is  a   m a jo r  c o n sid e ra ti o n   i n   a ll   o f f ic e   e q u ip m e n t,   m a n u f a c tu ries   a n d   re sid e n ti a l  h o m e   a p p li a n c e s.   Ha rm o n ic  d isto rti o n   is  o n e   o f   t h e   c ru c ial  p o w e r  q u a li ty   issu e s.  In   o rd e r  to   m it ig a te  th e   h a r m o n ic  d isto rti o n ,   th e   p e rf o r m a n c e   o f   sh u n t  a c ti v e   p o w e r  f il ter  (S A P F )  is  ju d g e d   in   ter m s  o f    th e   a c c u ra c y   a n d   re sp o n se   t im e   o f   it s  d e sig n e d   c o n tro l ler.  In   th i s  c o n tex t,     th e   c o n tr o ll e r  c o n sists   o f   th re e   p a rts:  h a rm o n ic  e x trac ti o n ,   sw it c h in g   c o n tro l,   a n d   DC - li n k   c a p a c it o r.   T h e   h a r m o n ic  e x trac ti o n   tec h n i q u e   s e rv e s  th e   m a jo r  ro le  o f   d e riv in g   th e   re q u ire d   re f e r e n c e   c u rre n t  to   e n s u re   su c c e ss f u l  m it ig a ti o n   o f   c u rre n t  h a rm o n ics   b y   S A P F .   Am o n g   th e   e x isti n g   tec h n iq u e s,  h a rm o n ic  e x trac ti o n   a lg o rit h m s  b a se d   o n   ti m e - d o m a in   a p p ro a c h e s  a re   m o st  w id e l y   a p p li e d   a s  t h e y   o ff e r  si m p le  i m p lem e n tatio n   f e a tu re s  w it h   in c re a se d   sp e e d   a n d   re d u c e d   c o m p u tatio n a l  b u r d e n .   T h is  p a p e r  p re se n ts  d e tailed   i n v e stig a ti o n   a n d   a n a ly sis  re g a rd in g   th e   p e rf o r m a n c e   o f   t w o   f a m o u s  ti m e - d o m a in   h a rm o n ic  e x trac ti o n   tec h n i q u e s  n a m e l y ,   s y n c h ro n o u s   re f e re n c e   f ra m e   (S RF )  a n d   in sta n tan e o u s  p o w e r  (P Q)   th e o ry .   Ex ten siv e   si m u latio n   w o rk   i s   c o n d u c ted   i n   M A TL A B - S i m u li n k   p latf o r m   u n d e r  tw o   c o n d it io n s,   w h ich   a re ,   ste a d y - sta te  c o n d it io n s  a n d   d y n a m ic - sta te  c o n d it i o n s,  c o n si d e ri n g   v a rio u s  h ig h ly   n o n li n e a r  lo a d s.   F o r   e v a l u a ti o n   p u rp o se s,  e a c h   c o n tr o l  a l g o rit h m   is   in c o rp o ra ted   i n to   t h e   c o n tr o ll e r   o f   a   th re e - p h a se   S A P F ,   d e v e lo p e d   u sin g   a   th re e - lev e l  n e u tral - p o i n t - c lam p e d   (N P C)  in v e rter.  Co m p re h e n si v e   re su lt s   a re   p ro v id e d   t o   c o n f irm   m it ig a ti o n   p e rf o r m a n c e   o f   th e   S A P F   u t il izin g   e a c h   h a rm o n ic ex trac ti o n   a lg o rit h m .   K ey w o r d s :   A cti v e  p o w er   f ilter   C u r r en t h ar m o n ic s   m i tig a tio n   DQ  T h eo r y   Mu ltil e v el  co n v er ter   P o w er   q u ali t y   P Q  th eo r y   Co p y rig h t  ©   2 0 2 0   In stit u te o f  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 l  rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A li  Saad o n   A l - Og a ili,   I n s tit u te  o f   P o w er   E n g i n ee r i n g   ( I P E ) ,     Un i v er s iti T en ag a  Na s io n al,     4 3 0 0 0   Kaj an g ,   Selan g o r ,   Ma la y s ia.   E m ail: a li n asrie h . ed u @ g m a il. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   E x ten s i v e  ap p licatio n s   o f   h a r m o n ic - p r o d u cin g   lo ad s   h a v e  p o s ted   s ev er e  p o w er   q u al it y   is s u e s   esp ec iall y   lo w   p o w er   f ac to r s   an d   h i g h   h ar m o n ic  d is to r ti o n   to   elec tr icit y   g r id .   T h is   h as  r aised   aler ti n g   co n ce r n s   a m o n g   r esear ch er s   i n   f o r m u la tin g   e f f icien t  s o lu t i o n .   Am o n g   t h e  s tate - of - ar t - te ch n iq u es,  S A P F  i s     th e  m o s t  p o w er f u l  tec h n iq u e  f o r   s o lv in g   c u r r en t  h ar m o n ic s   [1 - 3] .   A d d itio n all y ,   i t  also   i m p r o v es  p o w er   f ac to r   ( P F)  p e r f o r m a n ce   o f   p o w er   s y s te m   b y   e n s u r in g   i n - p h ase  o p er atio n   o f   s o u r ce   cu r r en t  w i t h   its   co r r esp o n d i n g   s o u r ce   v o lta g e.   Ge n er all y ,   S A P F  r ec o v er s   th e  s i n u s o id al  ch ar ac ter is tic s   ( w it h   f u n d a m e n tal  f r eq u e n c y )   o f     th e  s o u r ce   c u r r en t,  b y   i n j ec tin g   a  co r r ec tiv e  cu r r en t b ac k   to   t h e  p o llu ted   p o w er   s y s te m .   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 .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 6 0 9   -   5 6 2 0   5610   T r a d itio n all y ,   s tan d ar d   t w o - le v el  i n v er ter   is   m o s tl y   ap p lie d   as  th e  to p o lo g y   f o r   SA P F.     Ho w e v er ,   t h r ee - le v el  in v er ter s   ar e  e x te n s i v el y   u tili ze d   in   s ev er al  ap p licatio n s ,   s u ch   as   m o to r   d r iv e s   a n d   p u ls e - w id t h   m o d u lat io n s   ( P W M)   [ 4 - 8]   f o r   th eir   b en ef it s   o f   lo w er   h ar m o n ic  o u tp u ts .   T h e  cu r r en t  h ar m o n ic   ex tr ac tio n   al g o r it h m   s er v e s   a  m aj o r   r o le  in   d ev elo p in g   t h e  r eq u ir ed   r ef er en ce   c u r r en t to   co n tr o l th e  d es ig n ated   S A P F  in   m i n i m izi n g   t h e  h ar m o n ic  d is to r tio n .   R ec e n t l y ,   i n ten s i v e  s tu d ies   o n   t h is   al g o r ith m   h av e     b ee n   in v est ig ated   a n d   w er e  b asicall y   ca te g o r ized   u n d er   th r ee   d is ti n cti v e  g r o u p s   n a m el y   ti m e - d o m ai n ,     f r eq u en c y - d o m ai n   an d   m ac h in e  lear n in g   tec h n iq u es   [9 - 15] .    Nev er th e less ,   h ar m o n ic  ex tr a ctio n   alg o r it h m s   ca teg o r ized   u n d er   ti m e - d o m ain   tec h n iq u e  ar e  al w a y s   d o m i n a n t  s in ce   th e y   p r o v id e  s i m p le  i m p le m en tatio n   f ea t u r es   w ith   i n c r ea s ed   s p ee d   an d   r ed u ce d   co m p u tatio n al   b u r d en .   SR F   [ 1 6 ,   1 7 ] ,  p o w er   P Q  th eo r y   [ 5 ,   1 8 ,   1 9 ]   alg o r ith m s   ar e  th e  t w o   m o s t  p o p u la r   alg o r ith m s   u n d er   ti m e - d o m ai n   tec h n iq u e  ca te g o r y .   C u r r en t   r esu lted   u n d er   th e  i n f l u e n ce   o f   n o n li n ea r   lo ad   s u ch   as   u n co n tr o lled   b r id g e   r ec tif ier   w il l  p ar ticu lar l y   co n tain   f u n d a m en tal  an d   h ar m o n ic  co m p o n en t s ,   r esp ec tiv el y .   T h ese  co m p o n e n t s   w ill  ap p ea r   as  DC   s i g n al  a n d   AC   s ig n a l,  r esp ec tiv el y   in   t w o - p h a s e  s tatio n ar y   r e f er en ce   f r a m e  w h e n   th e y   ar e  co n v er te d   f r o m   th r ee - p h ase     n at u r al  f r a m e.     T h e  ac cu r ac y   o f   t h e  d etec ted   f u n d a m en tal  co m p o n e n t  is   m o s t  i m p o r tan t  in   S R F  a n d   P Q  th eo r y   w h en   th e y   ar e  ap p lied   i n   h ar m o n ic  ex tr ac tio n   ap p licatio n .   I n   b o th   alg o r it h m s ,   t h e  d es ir ed   f u n d am en tal  co m p o n en t   ar e  co m m o n l y   ac h ie v ed   b y   u s in g   i n d ir ec t  d etec tio n   ap p r o ac h   [ 20 ] ,   i.e . ,   u s in g   n u m er ic al  B u tter w o r th - t y p e   lo w - p ass   f ilter   ( L P F).   B asicall y ,   t h e  co n d u ct  o f   th e  L P F  m et h o d   is   d ep en d in g   o n   t h e  h ar m o n ic  o r d er   s elec tio n .   T h er ef o r e,   th e  n u m e r ical  L P F  m u s t  b e  tu n ed   to   en s u r e  o p ti m u m   f u n d a m en tal  co m p o n en t  d etec tio n ,   s o   as  to   ac h ie v e  o p ti m u m   h ar m o n ic  e x tr ac tio n   p er f o r m a n ce .   I m p r o p er   tu n in g   m a y   r e s u l t  in   s i g n i f ican t  ti m e  d elay   an d   e x ce s s i v e  d is to r tio n s   d u r in g   t h e  h ar m o n ic  e x tr a ctio n   p r o ce s s .   A cc o r d in g   to   [ 2 1 ,   22] ,   th e  s ec o n d   o r d er   f ilter   b est  s u it  t h e  p u r p o s e  o f   f u n d a m e n tal  co m p o n e n t  d etec tio n   as  h i g h er   o r d er   f ilter   w ill  i n cr ea s e   co m p u tatio n al  p r o b le m   to   th e  co n tr o ller .   Me an w h ile,   cu t tin g   f r eq u e n c y   o f   1 0   Hz  is   m o s t  w id el y   ap p lied   an d   is   r ec o g n ized   as t h e  b est v a lu e   to   ac h iev e  e f f ic ien t  f u n d a m en tal  co m p o n en t d etec tio n   p er f o r m an ce .     Var io u s   co m p ar ativ e  s tu d ie s   [ 2 3 - 26 ]  h av e  b ee n   r ep o r ted   t o   co m p ar e  th e  ef f ec ti v e n ess   o f   SR F  a n d   P Q  th eo r y   b ased   h ar m o n ic  ex t r ac tio n   tech n iq u es.  Ho w e v er ,   m o s t  r ep o r ted   co m p ar ativ e  s t u d ies  f o cu s ed   s o lel y   o n   s tead y - s tate  co n d iti o n s   w i t h   s i n g le  n o n li n ea r   lo ad   [ 2 3 ,   2 5 ]   an d   n o   f u r th er   a n al y s e s   h a v e   b ee n   co n d u cted   o n   d y n a m ic - s tate   ap p licatio n s   w h ic h   o cc u r s   r eg u lar l y   i n   p o w er   s y s te m ,   t h er ef o r e  i n s u f f icien t  to   d escr ib e   p er f o r m a n ce s   o f   t h e  h ar m o n i c  ex tr ac tio n   al g o r ith m s   i n v o l v ed .   Ot h er   co m p ar ati v e  s tu d i es  w h ic h   i n v o l v e   v ar io u s   d is to r ted   an d   u n b alan ce d   s o u r ce   v o ltag e   co n d itio n s   [ 2 4 ,   2 6 ]  h av e  al s o   b ee n   co n d u cted .   Ho w e v er ,   it  is   u n n ec e s s ar y   to   in v es tig a te  th eir   p er f o r m an ce s   u n d er   d is to r ted   an d   u n b alan ce d   s o u r ce   v o ltag e  s y s te m ,     s in ce   S A P Fs   ar e  m o s tl y   d esig n ed   to   w o r k   in   b ala n ce d   s o u r c e  v o ltag e  s y s te m .   B esid es,  t h e r e  is   n o   s p ec i f ic  an d   g o o d   co m p ar ativ e  w o r k   f o cu s in g   o n   t h e  e f f ec t  o f   c u tti n g   f r eq u en c y   v ar iatio n   to w ar d s   h ar m o n ic  e x tr ac tio n   p er f o r m a n ce s   o f   S R F  a n d   P Q  th eo r y   tech n iq u es  h av e   b ee n   d o n e   y et.   C o m p lete   u n d er s ta n d i n g   o n   th e  r elatio n s h ip   b et w ee n   cu t tin g   f r eq u e n c y   a n d   h ar m o n i c  ex tr ac tio n   p er f o r m an ce s   co n tr ib u te  g r ea tl y   to   ac h iev in g   ac cu r ate  a n d   f as t  m i tig atio n   p er f o r m a n ce   o f   S A P F .     T h e  f in d i n g s   o f   t h is   p ap er   ca n   p r o v id e  i m p o r tan t  i n s ig h t  to   n e w   r esear c h er s   i n   d ec id in g   t h e  r elev a n t   alg o r ith m   a n d   th e  t y p e  o f   a n al y s i s   to   co n s id er   i n   t h eir   r esp ec tiv e  w o r k .   O v er all,   t h is   p ap er   p r o v id es   co m p r e h en s iv e   co m p ar ati v e  e v alu a tio n   o n   t w o   t y p e s   o f   h ar m o n ic   ex tr ac tio n   al g o r ith m s   w h ic h   ar e  d ev e lo p ed   b ased   o n   S R F   a n d   P Q  t h eo r y ,   r esp ec tiv el y .   A  s i m u lat io n   m o d el  o f   t h r ee - p h ase  S A P F  u til izin g   a   th r ee - le v e l   n eu tr al - p o in t - cla m p ed   ( NP C )   in v er ter   is   d ev elo p ed   in   M A T L A B - Si m u li n k   p lat f o r m   t o   aid   th e  an al y s is .     T o   en h an ce   co n tr ib u tio n   o f   th is   w o r k ,   t h e  ev al u atio n   tak e s   i n to   co n s id er atio n   b o t h   s tead y - s tate  an d     d y n a m ic - s tate  co n d itio n s ,   an d   v ar io u s   h i g h l y   n o n li n ea r   lo a d s .   I n   ad d itio n ,   th e  e f f ec t s   o f   cu tti n g   f r eq u e n c y   v ar iatio n   o n   ea c h   al g o r ith m   to w ar d s   m iti g atio n   p er f o r m an ce s   o f   S A P F a r e  also   th o r o u g h l y   in v e s ti g ated .   Th e  r em ai n i n g   s ec tio n s   o f   t h e  m a n u s cr ip t  is   s tr u ct u r ed   as  f o llo w s .   T h e  s tr u ctu r e  o f   S AP F  an d   its   c o n tr o l  s ch e m es  i s   clar if ied   in   s ec tio n   2 .   T h e  an al y s i s   o f   t h e  t w o   f a m o u s   ti m e - d o m ai n   h ar m o n ic  ex tr ac t io n   alg o r ith m s   is   e x p lain ed   i n   s ec tio n   3 .   T h e  s i m u latio n   r e s u lts   ar e  p r ese n ted   an d   d is c u s s ed   in   s ec tio n   4     b y   h i g h li g h t in g   p er f o r m an ce s   o f   ea ch   h ar m o n ic  e x tr ac tio n   alg o r ith m .   F in al l y ,   t h e  co n clu s io n   i s   p r o v id ed   in   s ec tio n   5 ,   w h ic h   s u m m ar ize s   t h e  s i g n if ica n t  f i n d in g s   o f   th i s   p ap er .       2.   SAPF   AND  ASSOC I A T E D  CO NT RO L   T E CH NI Q U E S   T h e  o v er all  s tr u ct u r e  o f   t h r ee - p h ase  NP C   i n v er ter   b ased   S AP F  is   s h o w n   i n   F ig u r e  1 .   A s   c an   b e  s ee n   in   th is   f ig u r e,   a  t y p ical  S A P F   cir cu it  co n n ec t io n   in   a  p o w er   s y s te m   w il l  h a v e  a  SA P F  li n k ed   at  th e  j u n ctio n   p o in t  o f   co m m o n   co u p li n g   ( P C C ) ,   an d   in   a m o n g   w it h   a  p o w er   s u p p l y   ( in   t h i s   ca s e  is   t h r ee - p h ase  s u p p l y )   a n d   n o n li n ea r   r ec ti f ier   lo ad .   T h e  r ec tif ier   lo ad   is   co m m o n l y   co m b in ed   to   eit h er   ca p ac iti v e  l o ad   ( R C ) ,   in d u ct iv e   lo ad   ( R L ) ,   o r   r esis tiv e   lo ad   ( R ) ,   as  s h o w n   i n   Fi g u r e  1 ( a) .   I n   t h is   w o r k ,   t h e  co n t r o ller   ap p lied   f o r   m a n ag i n g   o p er atio n   o f   S A P F   co m p r is e s   o f   s w itch in g   co n tr o l,  v o ltag e   b alan cin g   co n tr o l  f o r   in d i v id u al  ca p ac ito r ,   o v er all   DC - li n k   v o ltag e  co n tr o l a n d   h ar m o n ic  e x tr ac tio n .   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       Time - d o ma in   h a r mo n ic  ex tr a c tio n   a lg o r ith ms fo r   th r ee - leve l …  ( A li S a a d o n   A l - Og a ili )   5611   Nev er th e less ,   t h i s   w o r k   is   f o cu s i n g   s o lel y   o n   ev al u ati n g   t h e  p er f o r m a n ce   o f   h ar m o n ic  ex tr ac tio n   tech n iq u e.   I n   o r d er   to   p er f o r m   th is   ev al u atio n ,   o th er   co n tr o l  alg o r ith m s   w i ll  b e  m ad e  s i m il ar   w h e n   ev al u ati n g   th e  d esire d   h ar m o n ic  e x tr a ctio n   tec h n iq u e,   a s   s h o w n   in   Fig u r e  1 ( b ) .   Fo r   DC - li n k   v o ltag e   co n tr o l,    a  p r o p o r tio n al - in te g r al  ( P I )   is   u s ed   [ 4 ,   2 2 ] .   Nex t,   to   b ala n ce   t h e  v o lta g e  o f   s p li tti n g   DC - li n k   ca p ac ito r s ,     a  v o ltag e  f ee d b ac k   co n tr o l  tech n iq u e  [ 2 7 ,   2 8 ]   is   ap p lied .   Fin all y ,   to   co n tr o l  th e  s w i tch i n g   f u n ctio n   o f     th e  S A P F,  a  s p ac e  v ec to r   p u ls e  w id t h   m o d u la tio n   ( SVP W M)   [ 2 7 - 29]   is   u s ed .           ( a)       ( b )     F ig u r e   1 .  Gen er al  s tr u ctu r e  o f   th r ee - p h ase  t h r ee - le v el  NP C   i n v er ter - b ased   S A P F c o n f ig u r a tio n ,     ( a)   b lo ck   d iag r am   a n d   ( b )   co n tr o l ler   s tr u cu r e       3.   T I M E - DO M AIN H AR M O N I C  E X T RAC T I O N  A L G O R I T H M     I n   th is   s ec t io n ,   w o r k in g   p r in cip les  o f   th e  t w o   h ar m o n ic  ex tr ac tio n   al g o r ith m s   co n s id er ed   in   th is   w o r k ,   n a m el y ,   SR F  a n d   P Q  th eo r y   ar e  d is cu s s ed   i n   d etail.   Mo r eo v er ,   co m p ar ativ e  e v al u atio n   i s   p r esen ted ,   h ig h li g h ti n g   t h eir   r esp ec ti v e  d is ti n cti v e  f ea tu r e s .   T h e   s p ec ial   f ea t u r es   o f   ea c h   a lg o r it h m   ar e   co n tr asted   i n   s u ch   as  w a y   t h at  w i ll  b e  ab le  to   id en tify   t h e  r esp ec ti v e  s tr e n g t h s   a n d   w ea k n es s es  o f   t h e  alg o r ith m s ,   ev e n t u all y   s elec t th e  m o s t  s u i tab le  alg o r it h m   f o r   th eir   w o r k s .     3 . 1 .     SRF   B ased   o n   Fig u r e  2 ( a) ,   SR F  t e ch n iq u e  u t ilizes  P ar k - tr an s f o r m atio n   to   p er f o r m   h ar m o n ic  ex tr ac tio n .  T h e  tr an s f o r m atio n   ca n   b e  u s ed   to   r o tate  th e  r ef er en ce   f r am es  o f   t h r ee - p h a s e  A C   w a v ef o r m s   s u c h   th a t  th e y   b ec o m e  D C   s i g n als  ( i n   t h is   p ap er ,   it  is   u s ed   to   co n v er t   th e  abc   n atu r al  f r a m e  to   dq   r o tatin g   f r a m es).     I n   th is   co n te x t,  th e  lo ad   cu r r en t    is   tr an s f o r m ed   in to    ,   an d   th en   th e  h ar m o n ic  co m p o n e n ts   ar e  b ein g   is o lated   f r o m   it s   f u n d a m e n tal  co m p o n e n t.  T h e  P ar k   tr an s f o r m atio n   m et h o d   ca n   b e  o u tli n e d   as f o llo w :     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 .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 6 0 9   -   5 6 2 0   5612   [   ] =   2 3 [ s in (  ) s in (  −   2 3 ) s in (  +   2 3 ) c os (  ) c os (  −   2 3 ) c os (  +   2 3 ) ]   [    ]   ( 1 )     w h er e     is   t h e  tr an s f o r m at io n   a n g le .         ( a)       ( b )     F ig u r e   2 .  Stru ct u r e  o f   h ar m o n i c  ex tr ac tio n   al g o r ith m   ac co r d in g   to ,   ( a)   SR F a n d   ( b )   P Q  th eo r y       Du e  to   co n n ec t io n   o f   h ar m o n ic - p r o d u cin g   lo ad s ,      an d      cu r r en ts   ar e  co n ta m i n ate d   b y     th e  cu r r en t h ar m o n ic s   p r o d u ce d   an d   as a   r esu lt,  th e   lo ad   cu r r en t e x p r es s io n   ca n   n o w   b e  in t er p r eted   as :       [   ] =   [  (  ) +      (  )  (  ) +      (  ) ]   ( 2 )     w h er e     (  )   i s   t h e  f u n d a m e n tal  co m p o n en ts   o f   t h e  lo ad   cu r r en t  r ep r esen ted   in   d   f r a m e,      (  ) is   h ar m o n i c   co m p o n e n t   of   t h e  lo ad   c u r r en t  r ep r esen ted   in   d   f r a m e,      (  )   is   th e   f u n d a m e n tal  co m p o n en t  o f   t h e  lo ad   cu r r en t r ep r esen ted   i n   q   f r a m e ,     (  )   is   h ar m o n ic  co m p o n e n t o f   t h e  lo ad   cu r r en t r ep r esen ted   in   q   f r a m e .    I n   dq   r o tatin g   f r a m e,   th e     co m p o n en ts   ar e  k e y   co m p o n en ts   n ee d ed   to   d er iv e  th e  r eq u ir ed   r ef er e n c e   cu r r en t.  I n   t h is   r e g ar d ,   in d ir ec t  d etec tio n   ap p r o ac h   [ 20 ]   ex p r ess ed   in   ( 3 )   is   ap p lied .   A cc o r d in g   to   th i s   ap p r o ac h ,   th e     co m p o n e n ts   w i ll  f ir s t  b e  d etec ted   b y   u s in g   tu n ed   n u m er ical  B u tter w o r th - t y p e  L P F,  an d   th en   th e  d etec ted      co m p o n e n t s   w ill  b e  r em o v ed   f r o m   t h e  ac tu al     an d      co m p o n en t s .     [    (  )    (  ) ] =   [  −    (  )  −    (  ) ] .   ( 3 )     On ce      co m p o n e n ts   (    (  )   an d      (  ) )   ar e  a ch iev ed ,   i n v er s e  P ar k - tr an s f o r m atio n   g i v en   i n   ( 4 )   is   u s ed   to   tr an s f o r m   t h e     co m p o n en ts   b ac k   to   t h eir   eq u i v alen t t h r ee - p h a s e  h ar m o n ic  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       Time - d o ma in   h a r mo n ic  ex tr a c tio n   a lg o r ith ms fo r   th r ee - leve l …  ( A li S a a d o n   A l - Og a ili )   5613   [ ] =   [         s in (  ) c os (  ) s in (  −   2 3 ) c os ( ù −   2 3 ) s in (  +   2 3 ) c os (  +   2 3 ) ]         [    (  )      (  ) ]   ( 4 )     T h e  r ef er en ce   in j ec tio n   cu r r en t is o b tain ed   b y   u s in g   t h e  f o llo w i n g   eq u atio n :     , =    +    ( 5 )     w h er e     is   t h e  DC   c h ar g i n g   cu r r en t.     3. 2 .    P Q   T heo ry   A cc o r d in g   to   Fi g u r e  2 ( b ) ,   a  c o m p u tatio n al  p r o ce s s   f o r   in s ta n tan eo u s   p o w er   ( in   α - β   co o r d in ates)   ar e   r eq u ir ed   to   m o d el  h ar m o n i c  ex tr ac tio n   p r o ce s s   ac co r d in g   to   th e  p r i n cip le  o f   P Q  th eo r y .   I n i tiall y ,   th e  m ea s u r ed   s o u r ce   v o lta g e   an d   lo ad   cu r r en t  in   t h r ee - p h ase  abc   co o r d in ates  ar e  tr an s f o r m ed   to   α - β   co o r d in ates b y   m ea n s   o f   C lar k e - tr an s f o r m atio n   g i v en   a s :     [ ] = √ 2 3   [       1 − 1 2 − 1 2 0 √ 3 2 − √ 3 2 ]       [ ]   ( 6 )     [ ] = √ 2 3   [       1 − 1 2 − 1 2 0 √ 3 2 − √ 3 2 ]       [ ]   ( 7 )     w h er e  , ,   an d     ar e  th e  th r ee - p h a s e   v o ltag es  an d   , ,   an d     ar e  th e  th r ee - p h ase  c u r r en ts .   S u b s eq u e n t l y ,   th e  ac ti v e  p o w er     an d   r ea ctiv e  p o w er     in   α - β   co o r d in ates a r e  ex p r ess ed   as:     [ ] = [ − ] [   ]   ( 8 )     Si m i lar l y ,   d u e  to   th e  p r ese n c e  o f   h ar m o n ic - p r o d u cin g   lo a d ,   th e  ac tu al    an d     co m p o n e n ts   ar e   co n ta m i n ated   b y   t h e  cu r r en t h ar m o n ics  g e n er ated   an d   ca n   b e  r ep r esen ted   as:     [ ] = [  +   +  ]   ( 9 )     w h er e     is   th e  f u n d a m e n tal  co m p o n en t  o f   t h e  i n s ta n ta n eo u s   ac tiv e  p o w er ,      is   th e  d is to r ted   co m p o n e n t  o f   th e  in s tan ta n eo u s   ac tiv e  p o w e r ,      is   th e  f u n d a m e n tal  co m p o n en t   o f   th e  in s tan tan eo u s   r ea cti v e  p o w er ,   an d        is   th e  d is to r ted   co m p o n e n t  o f   th e  i n s tan ta n eo u s   r ea ctiv e  p o w er .   I n   th e  h ar m o n ic  ex tr ac tio n   ap p licatio n ,   o n l y   t h e  d is to r ted   co m p o n en t      is   r eq u ir ed   f o r   d er iv in g   th e   r ef er en ce   cu r r en t.  Si m ilar   to   SR F  al g o r ith m ,     th e  r eq u ir ed      co m p o n en t,     is   o b tain ed   v ia  i n d ir ec t  d etec tio n   ap p r o ac h  [ 20 ] .   T h i s   is   d o n e  b y     th e  f u n d a m e n tal  co m p o n e n t     is   f ir s t  d etec ted   b y   t h e  t u n ed   n u m er ical  B u tter w o r t h - t y p e  L P F  an d   is   t h en   r e m o v ed   f r o m   t h e  o r ig i n al    v al u e.   T h is   m et h o d   ca n   b e  ex p r es s ed   as:      = −    ( 10 )     W ith   th e  r e m o v al  o f      co m p o n e n t,  ( 8 )   ca n   b e  r ew r it ten   a s :     [ ac ] = [ α β − β α ] [ α β ]   ( 11 )     w h er e     an d      r ep r esen t  th e  h ar m o n ic  c u r r en t  co m p o n e n ts   i n   α - β   co o r d in ates,  r esp ec tiv el y .   Fro m   ( 1 1 ) ,   th e  in v er s e  m atr i x   ex p r ess ed   a s   ( 1 2 )   is   ex ec u ted   to   p r o d u ce   t h e  r eq u ir ed   h ar m o n ic  cu r r en t i n   α - β   co o r d in ates.     [ α β ] = 1 α 2 + β 2 [ α − β β α ] [ ac ]   ( 12 )   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 .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 6 0 9   -   5 6 2 0   5614   Su b s eq u e n tl y ,   in v er s e  C lar k e - tr an s f o r m atio n   as  p r esen ted   in   ( 1 3 )   is   ap p lied   to   tr an s f o r m      in   α - β   co o r d in ates  b ac k   to   th r ee - p h a s e  h ar m o n ic  cu r r en t   .   I t  w ill  t h en   b e  ap p lied   in   ( 5 )   t o   o b tain   th e  r ef er e n ce   in j ec tio n   cu r r en t  ,   as d esire d .     [ ] = √ 2 3   [         1 0 − 1 2 √ 3 2 − 1 2 − √ 3 2 ]         [ α β ]   ( 13 )     I n   ad d itio n ,   co m p ar ati v e  s t u d y   o n   t h e  c h ar ac ter is tic s   o f   ea c h   h ar m o n ic  e x tr ac tio n   al g o r ith m   i s   p er f o r m ed   an d   th eir   r esp ec tiv e  u n iq u e  c h ar ac ter is tics   ar e  lis ted   i n   T ab le  1 .       T ab le  1 .  Dis tin cti v e  f ea t u r es o f   ea ch   ti m e  d o m ai n   h ar m o n ic  ex tr ac tio n   al g o r ith m   F e a t u r e s   T i me - d o mai n   H a r mo n i c   Ex t r a c t i o n   A l g o r i t h m   S R F   A l g o r i t h m   P Q   T h e o r y   A l g o r i t h m   I n p u t   v a r i a b l e   V o l t a g e   a n d   C u r r e n t   V o l t a g e   a n d   C u r r e n t   T r a n sf o r mat i o n   p r i n c i p l e   P a r k   T r a n sf o r ma t i o n   C l a r k e   T r a n sf o r mat i o n   N u mb e r   o f   n u me r i c a l   f i l t e r s   2   l o w   p a ss fil t e r s   1   l o w   p a ss fil t e r   A d d i t i o n a l   C o mp u t a t i o n a l   T a s k   S y n c h r o n i z e r   i s re q u i r e d   t o   d e l i v e r   sy n c h r o n i z i n g   a n g l e   V o l t a g e   p r e p r o c e ssi n g   i s re q u i r e d   f o r   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   c a l c u l a t i o n   A l g o r i t h m   C o m p l e x i t y   ( Ex c l u d e   F i l t e r s)   L e ss c o mp l e x i t y   ( o n l y   i n v o l v e   c u r r e n t   c a l c u l a t i o n )   H i g h e r   c o mp l e x i t y   ( r e q u i r e s a d d i t i o n a l   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   c a l c u l a t i o n )       4.   RE SU L T S  A ND  D I SCU SS I O N   I n   t h is   w o r k ,   t h e  h ar m o n ic   ex tr ac tio n   tec h n iq u e  i s   i n v esti g a ted   b y   u s i n g   M A T L AB - Si m u l in k   p latf o r m .   Fo r   test in g   an d   e v alu a tin g   t h e  p er f o r m an ce   o f   th e  h ar m o n ic  ex tr ac tio n   te ch n iq u es,  a  S A P F    p o w er   s y s te m   f ee d in g   t h r ee   f o r m s   o f   n o n l in ea r   r ec tifie r   lo ad s   is   ap p lied .   Fo r   th e  p o w er   s y s te m   s et tin g ,     th e  t h r ee - p h ase   p o w er   s u p p l y   is   f i x ed   at   4 0 0   Vr m s ,   5 0   Hz,   th e   s w i tch i n g   f r eq u e n c y   is   2 5   k Hz,   t h e  DC - li n k   ca p ac ito r   o f   SA P F  is   3 3 0 0   μ F,  th e  DC - li n k   v o lta g e  is   8 8 0   V  an d   th e  f ilter   i n d u cto r   is   5 m H.   No te  th a t    th e  co n f i g u r atio n   o f   t h e  th r ee   n o n li n ea r   lo ad s   ar e:     T h r ee - p h ase  d io d e  b r id g e  r ec ti f ier   w it h   a  R   ( r esis t iv e)   lo ad   ( 5 0   Ω   r esis to r ) .     T h r ee - p h ase  d io d e  b r id g e  r ec ti f ier   w it h   a  s er ies R L   ( i n d u cti v e)   lo ad   ( 3 0   Ω   r esis to r   an d   5 0   m H) .     T h r e e - p h a s e   d i o d e   b r i d g e   r e c t i f i e r   w i t h   a   p a r a l l e l   a   R C   ( c a p a c i t i v e )   l o a d   ( 5 0   Ω   r e s i s t o r   a n d   2 2 0 0   μ F   c a p a c i t o r ) .     C o m p ar ativ e   ev a lu at io n   i s   p r esen ted   d is ti n cti v el y   ac co r d in g   to   s tead y - s tate  co n d it io n s   a n d     d y n a m ic - s tate   co n d itio n s .   I n   s tead y - s tate  co n d itio n s ,   t h e  e f f ec tiv e n ess   o f   ea c h   h ar m o n ic   e x tr ac tio n   tec h n iq u e  is   ass e s s ed   b ased   o n   T HD   v alu e  w h ic h   m u s t  b e  les s   th an   5   %  ac co r d in g   to   I E E E   Stan d ar d   [ 3 0 ] .    M ea n w h ile,   i n   d y n a m ic - s tate  co n d itio n ,   t h e  e f f ec ti v en e s s   o f   ea ch   h ar m o n ic  e x tr ac tio n   tec h n iq u e  i s   a n al y ze d   in   ter m s   o f   t h e  d e m o n s tr ated   r esp o n s e  ti m e.     4 . 1 .     Co m pa ra t iv e  a na ly s is   f o r  dy na m ic - s t a t e  a nd   s t ea dy - s t a t e   co nd it io ns   T h e  r esu lts   p r esen ted   in   th i s   p ap er   ar e   f o cu s i n g   o n   b o th   th e  ac cu r ac y   ( T HD  p er f o r m a n ce   u n d er   s tead y - s tate   co n d itio n )   a n d   s p ee d   ( r esp o n s e  ti m e  u n d er   d y n a m ic - s tate  co n d itio n )   o f   h ar m o n ic  e x tr ac tio n   alg o r ith m s .   In   o r d er   to   co n d u ct  eq u iv ale n t  co m p ar i s o n   f o r   b o th   SR F  an d   P Q  th eo r y   al g o r it h m s ,   t h e  n u m er ical  f ilter   u s ed   in   th e  al g o r ith m s   i s   f ix ed   in   t h e  an al y s is   as  s ec o n d   o r d er   B u tter w o r t h - t y p e  L P F   w it h   1 0   Hz  cu ttin g   f r eq u en c y .   T h is   f ilter ’ s   co n f i g u r atio n ,   w h ich   ex h ib it s   f ast   d y n a m ic  r e s p o n s e,   i s   c h o s e n   s in ce   it  i s   w id el y   ap p lied   an d   is   r ep o r ted   as th e  m o s t r ele v an t  f i lter   to   d etec t f u n d a m en tal  co m p o n e n t s   w it h o u t a n   er r o r   [ 1 9 ,   2 0 ] .  Fig u r e  3   s h o w s   t h e  s i m u lati o n   w a v e f o r m s   o f   th r ee - p h a s e   s o u r ce   v o lta g e  ,   lo ad   cu r r e n t  ,   an d   s o u r ce   cu r r en t    d e m o n s tr ated   b y   S AP F  w h ile  ap p l y in g   ea c h   h ar m o n ic   ex tr ac tio n   al g o r ith m   f o r   ca p ac itiv e  lo ad .   Me an w h ile,   Fi g u r e  4   s h o w s   t h e  s i m ilar   s i m u latio n   w a v e f o r m s   o f   ,  ,   an d     o b tain ed   f o r   in d u cti v e  lo ad .     Fig u r e  5   s h o w s   t h e  s i m i lar   s i m u lat io n   w a v e f o r m s   o f   ,  ,   an d     f o r   r esi s ti v e  lo ad .   I n   ad d itio n ,     T ab le   2   s u m m ar ize s   th e  co r r esp o n d in g   T HD  v alu e s   o f   s o u r ce   cu r r en t    d e m o n s tr ated   b y   S A P F  w h ile   ap p ly i n g   ea ch   h ar m o n ic  ex tr a ctio n   alg o r it h m .   B ased   o n   th e  f i n d in g s   o b tai n ed ,   it  ca n   c lear l y   b e  o b s er v ed   th at   th e  co n n ec tio n   o f   ca p ac itiv e,   in d u cti v e  a n d   r esis t iv e  lo ad s   h as  cr ea ted   a  h ig h   h ar m o n ics  d is to r tio n   to   th e  p o w er   s y s te m   w h er e  a  h i g h   T HD  v alu e  o f   6 2 . 3 0   %,  2 6 . 0 7   %,  a n d   2 7 . 4 8   %  ar e  r ec o r d e d ,   r es p ec tiv el y .   Ho w e v er ,   b y   i n s tal lin g   th e  th r ee - le v e l   NP C   in v er ter - b ased   S A P F ,   th e  r esu lted   T HD  v alu e  o f   th e  s o u r ce   cu r r en t    f o r   ea ch   n o n lin ea r   lo ad   h as  b ee n   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       Time - d o ma in   h a r mo n ic  ex tr a c tio n   a lg o r ith ms fo r   th r ee - leve l …  ( A li S a a d o n   A l - Og a ili )   5615   s ig n i f ica n tl y   r ed u ce d .   I t  is   cle ar   th at  t h e  p er f o r m a n ce s   o f   b o th   h ar m o n ic  ex tr ac t io n   al g o r ith m s   ar e  ac ce p tab le   w h er e  t h e y   ar e  o b s er v ed   to   h a v e  e f f ec tiv e l y   co n tr o lled   th e   S A P F  i n   r e m o v i n g   t h e   g e n er ated   cu r r en t  h ar m o n ics,  a n d   s u b s eq u e n tl y   m ai n tai n ed   t h e  T HD  v al u e  o f   f ar   b elo w   5   %.  Ne v er th el ess ,   t h e  m iti g atio n   p er f o r m a n ce   d e m o n s tr ated   b y   th e  SA P F  w h e n   u s i n g   t h e  SR F  alg o r ith m   is   s u p er io r   co m p ar ed   to   p er f o r m an c e   o f   SA P F  w h e n   u s i n g   t h e  P Q  t h eo r y   alg o r ith m .   T h is   is   in d ic ated   b y   th e  lo w er   T HD  v alu e  o f   s o u r ce   cu r r en t    ac h iev ed .   Mo r e  i m p o r tan tl y ,   f o r   all  t h e  n o n li n ea r   lo ad   s et tin g s ,   b o th   h ar m o n ic   ex tr ac ti o n   alg o r it h m s   ar e   ca p ab le  o f   p r o d u cin g   a  m iti g ated   s o u r ce   c u r r en t    th at  o p er ates  in - p h ase   w it h   t h e  s u p p ly   v o lta g e  .    T h is   lead s   to   al m o s t u n it y   p o w er   f ac to r .             F ig u r e   3 .   S im u la t i o n   w av ef o r m s   o b t a in e d   f o r   ca p ac itiv e  lo ad : ( a)   s o u r ce   v o ltag e  ,    ( b )   lo a d   cu r r en t  ,   ( c)   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y   SR F a l g o r it h m ,   a n d   ( d )   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y   P Q  th eo r y   al g o r ith m     F ig u r e   4 .   S im u la t i o n   w av ef o r m s   o b t a in e d   f o r   in d u cti v e  lo ad : ( a)   s o u r ce   v o lt ag e  ,    ( b )   lo a d   cu r r en t  ,   ( c)   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y   SR F a l g o r it h m ,   a n d   ( d )   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y   P Q  th eo r y   al g o r ith m           F ig u r e   5 .   S im u la t i o n   w av ef o r m s   o b t a in e d   f o r   r esis ti v e  lo ad : ( a)   s o u r ce   v o ltag e  ,    ( b )   lo a d   cu r r en t  ,   ( c)   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y   S R F a l g o r ith m ,   an d     ( d )   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr at ed   b y   P Q  th eo r y   al g o r ith m     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 .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 6 0 9   -   5 6 2 0   5616   T ab le  2 .  C o m p ar is o n   o f   T HDs o f   s o u r ce   cu r r en t    o b tain ed   f o r   ca p ac itiv e,     in d u cti v e  a n d   r esis ti v e  n o n li n e ar   lo ad s   H a r m o n i c   E x t r a c t i o n   A l g o r i t h m   T o t a l   H a r mo n i c   D i st o r t i o n ,   T H D   ( %)   P h a se   A   P h a se   B   P h a se   C   C a p a c i t i v e   I n d u c t i v e   R e s i s t i v e   C a p a c i t i v e   I n d u c t i v e   R e s i s t i v e   C a p a c i t i v e   I n d u c t i v e   R e s i s t i v e     B e f o r e   C o n n e c t i n g   S A P F   N / A   6 2 . 3 0   2 6 . 0 7   2 7 . 4 8   6 2 . 3 0   2 6 . 0 7   2 7 . 4 8   6 2 . 3 0   2 6 . 0 7   2 7 . 4 8     A f t e r   C o n n e c t i n g   S A P F   S R F   A l g o r i t h m   1 . 8 1   1 . 1 8   1 . 5 7   1 . 8 1   1 . 1 9   1 . 5 7   1 . 8 0   1 . 1 6   1 . 5 6   P Q   T h e o r y   A l g o r i t h m   2 . 1 0   1 . 2 4   1 . 6 9   2 . 0 8   1 . 2 5   1 . 7 0   2 . 1 2   1 . 2 4   1 . 6 7       Fig u r es  6   a n d   7   p r esen t  t h e  s i m u la tio n   r es u lt s   o b tain e d   f o r   th e  e v al u atio n   p er f o r m ed   u n d er     d y n a m ic - s tate  co n d itio n s   o f   ca p ac itiv e  to   in d u ctiv e  a n d   in d u ctiv e  to   r esis t iv e,   r esp ec ti v el y .   Fro m   th e  f i n d in g s ,   d y n a m ic  b eh a v io u r   o f   S A P F  w h ile  u s i n g   t h e  SR F  alg o r ith m   is   s u p er io r   th an   t h e   d y n a m ic  b eh av io u r   d em o n s tr ated   b y   S A P F  w h ile   u s i n g   t h e  P Q  th eo r y   a l g o r ith m ,   w h er e  r esp o n s e  ti m e  o f   0 . 0 4   s   an d   0 . 0 5   s   ar e  r ec o r d e d ,   r esp ec tiv el y .     T h er ef o r e,   b ased   o n   th e   ev a lu at io n   co n d u cted   u n d er   s tead y - s ta te  an d   d y n a m ic - s tat e   co n d itio n s ,   t h e  f i n d in g s   r e v ea l ed   th at  S A P F  ca n   p er f o r m   b ett er   w h en   ap p l y in g   SR F   alg o r it h m   as  co m p ar ed   to   P Q  th eo r y   al g o r ith m ,   i n d icate d   b y   lo w er   T HD  v al u e  a n d   f a s ter   r esp o n s e  ti m e.   Ge n er all y ,   SR F  al g o r ith m   i s   d esig n ed   w it h   r ed u ce d   co m p u tatio n al  ef f o r ts   w h er e  its   o p er atio n   o n l y   i n v o l v es  c u r r en t  ca lcu latio n .   A lt h o u g h   it  r eq u ir es  ad d itio n al  s y n c h r o n i ze r   alg o r ith m   to   en s u r e   p r o p e r   s y n c h r o n izatio n   w i th   v o lta g e  s i g n al,     th e  s y n ch r o n izatio n   p r o ce s s   i s   ex ec u ted   in   p ar allel  w it h   t h e  cu r r en t  h ar m o n ic  ex tr ac tio n   p r o ce s s   an d   t h u s   d o es   n o t  i m p o s e  ad d itio n al  d ela y .   I n   co n tr a s t,  h ar m o n ic  ex tr ac tio n   al g o r ith m   b ase d   o n   P Q  th eo r y   r eq u ir es  s er ies  o f   co m p le x   m at h e m atica l   ca lc u l atio n s   in v o l v in g   ad d itio n al  v o ltag e  a n d   p o w er   ca lcu latio n ,   th er eb y   i m p o s in g   ex ce s s iv e  d ela y   to   th e  o v er all  h ar m o n ic  ex tr ac tio n   p r o ce s s .             F ig u r e   6 .   Ph as e   A   s im u l at i o n   r e s u l ts   o b t a in e d   f o r     d y n a m ic - s tate  co n d itio n   o f   ca p ac itiv e  to   in d u c tiv e :    ( a)   s o u r ce   v o ltag e  ,   ( b )   lo ad   cu r r en t  ,   ( c)   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y   S R F  alg o r ith m ,   an d   ( d )   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y     P Q  th eo r y   al g o r ith m     F ig u r e   7 .   Ph as e   A   s im u l at i o n   r e s u l ts   o b t a in e d   f o r     d y n a m ic - s tate  co n d itio n   o f   i n d u cti v e  to   r esis ti v e:    ( a)   s o u r ce   v o ltag e  ,   ( b )   lo ad   cu r r en t  ,   ( c)   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y   S R F  alg o r ith m ,   an d   ( d )   s o u r ce   cu r r en t    d em o n s tr ated   b y     P Q  th eo r y   al g o r ith m       4 . 2 .     E f f ec t   o f   cut t ing   f re qu ency   v a ria t io n   Fo r   th is   an al y s is ,   t h e  c u tti n g   f r eq u en c y   v al u es  o f   L P F  ap p lied   in   b o th   al g o r ith m s   ar e  v ar ied   ac co r d in g l y   to   i n v esti g ate   its   e f f ec ts   o n   m i tig a tio n   p er f o r m a n ce   o f   S A P F.  T ab le  3   s u m m ar i ze s   t h e  T HD  v alu e   o f   m iti g ated   s o u r ce   cu r r e n t   an d   r esp o n s e  ti m e  ac h iev e d   b y   S A P F  u til izin g   ea ch   h ar m o n ic  ex tr ac tio n   alg o r ith m   f o r   d if f er e n t c u tti n g   f r eq u e n c y   v a lu e s .   A d d itio n all y ,   t h e  f in d i n g s   o b tai n ed   ar e  g r ap h icall y   p r esen te d   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       Time - d o ma in   h a r mo n ic  ex tr a c tio n   a lg o r ith ms fo r   th r ee - leve l …  ( A li S a a d o n   A l - Og a ili )   5617   as  Fi g u r es  8   a n d   9 ,   p r o v id i n g   clea r   p ict u r e  o n   th e   r elat io n s h ip   b et w ee n   c u tti n g   f r eq u en c y   o f   L P F  a n d   m iti g atio n   p er f o r m a n ce s   o f   S A P F.      B ased   o n   Fig u r e s   8   an d   9 ,   it  is   clea r   th at   L P F  w i th   lo w er   cu t tin g   f r eq u en c y   i m p r o v es  T HD  p er f o r m a n ce   o f   S A P F,  b u t  lo n g er   ti m e  d ela y   is   o b s er v ed   d u r in g   m i tig a tio n   p r o ce s s ,   as  in d icate d   in   T ab le   3 .     I n   co n tr ast,  L P F  w ith   h i g h er   cu tti n g   f r eq u e n c y   p r o v id es  f a s ter   m iti g atio n   p er f o r m a n ce ,   b u t  it  d eg r ad es  T HD  p er f o r m a n ce   o f   S A P F.  I n   o th e r   w o r d s ,   cu ttin g   f r eq u e n c y   o f   L P F  is   o b s er v ed   to   v ar y   d ir ec t l y   w it h   T HD  v alu e  o f   m i tig ated   s o u r ce   cu r r en t  an d   in v er s el y   w i th   r esp o n s e  ti m e   o f   S A P F.  Mo r eo v er ,   th e  f i n d i n g s   o b tain ed   also   s h o w   th at   S A P F   u t ilizi n g   S R F  al g o r ith m   p r o v id es   b etter   m itig atio n   p er f o r m an ce   i n   ter m   o f   T HD  v al u e  a n d   r esp o n s e  ti m e  as  co m p ar ed   to   P Q  th eo r y   alg o r ith m   f o r   all  s e lecte d   v alu es  o f   cu tti n g   f r eq u en c y ,   th er eb y   o n ce   ag ain   s u p p o r tin g   th e  s u p er io r it y   o f   S R F a l g o r ith m   o v er   P Q  th eo r y .           ( a)   ( b )         ( c)     F ig u r e   8 .   T H D   v al u es   o f   m i tig a t e d   s o u r c e   cu r r en t   d em o s n t r a te d   b y   e a ch   h a r m o n i c   ex t r ac t i o n     a l g o r ith m   f o r   d if f e r en t   cu t ti n g   f r e q u en cy   v a lu es   o f   L P F u n d er   s tead y - s tate  co n d itio n s ,     ( a)   ca p ac itiv e   ( b )   in d u ctiv e  a n d   ( c)   r esis tiv e  lo ad s           F ig u r e   9 .   R es p o n s e   t im e   d em o n s t r a t e d   b y   e a ch   h a r m o n i c   ex t r a c t i o n   a lg o r i th m   f o r     d i f f e r en t   c u t t in g   f r e q u en cy   v a lu es   o f   L P F u n d er   d y n a m ic - s ta te  co n d itio n 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.  10 ,   No .   6 ,  Dec em b er   2 0 2 0   :    5 6 0 9   -   5 6 2 0   5618   T ab le  3 .  Mitig atio n   p er f o r m a n ce s   o f   S A P F  w h ile  u s in g   ea c h   h ar m o n ic  ex tr ac tio n   alg o r it h m   f o r     d if f er e n t c u tti n g   f r eq u e n c y   v al u es   H a r mo n i c   Ex t r a c t i o n   A l g o r i t h m   C u t t i n g   F r e q u e n c y   o f   L P F   ( H z )   T H D   ( %)   R e sp o n se   T i me   ( s)   S t e a d y - st a t e   c o n d i t i o n s   D y n a mi c - st a t e   c o n d i t i o n s   C a p a c i t i v e   I n d u c t i v e   R e si st i v e   C a p a c i t i v e   t o   I n d u c t i v e   I n d u c t i v e   t o   R e si st i v e   S R F   A l g o r i t h m   5   1 . 3 8   1 . 0 6   1 . 2 9   0 . 0 9 0   0 . 0 9 0   10   1 . 8 1   1 . 1 8   1 . 5 7   0 . 0 4 0   0 . 0 4 0   15   2 . 2 6   1 . 2 5   1 . 7 5   0 . 0 3 5   0 . 0 3 5   20   2 . 4 2   1 . 4 4   1 . 9 7   0 . 0 2 5   0 . 0 2 5   25   2 . 6 0   1 . 6 1   2 . 2 1   0 . 0 2 0   0 . 0 2 0   P Q   T h e o r y   A l g o r i t h m   5   1 . 4 9   1 . 1 4   1 . 3 4   0 . 1 0 0   0 . 1 0 0   10   2 . 1 0   1 . 2 4   1 . 6 9   0 . 0 5 0   0 . 0 5 0   15   2 . 3 1   1 . 3 7   1 . 8 6   0 . 0 4 0   0 . 0 4 0   20   2 . 4 7   1 . 5 2   2 . 0 3   0 . 0 3 0   0 . 0 3 0   25   2 . 7 0   1 . 6 7   2 . 3 6   0 . 0 2 5   0 . 0 2 5       5.   CO NCLU SI O N   T h is   m a n u s cr ip t  h as  p r ese n t ed   a  th o r o u g h   co m p ar ativ e  ev alu a tio n   o f   t w o   f a m o u s   ti m e - d o m ai n   cu r r en t  h ar m o n ic  e x tr ac tio n   a l g o r ith m s   ( SR F  an d   P Q  t h eo r y )   f o r   th e  ap p licatio n   i n   a  t h r ee - p h a s e  t h r ee - le v el  NP C   in v er ter - b ased   S A P F.  Ne v er th ele s s ,   th e   f i n d i n g s   o b tain ed   in   t h i s   r esear ch   w o r k   ar e  v a lid   f o r   o th er   S A P F   co n f i g u r atio n s   a s   w ell.   T h e  t w o   al g o r ith m s   ar e  ca p ab le  o f   co n tr o llin g   S A P F  to   m iti g ate  cu r r en t  h ar m o n ics  i n   th r ee - p h ase  s y s te m .   Ho w e v er ,   SA P F  u t ilizi n g   S R F  al g o r it h m   i s   f o u n d   to   al w a y s   s h o w   b ett er   r esu lts   u n d er   t w o   co n d itio n s ,   w h ich   ar e  s te ad y - s tate  co n d itio n s   an d   d y n a m ic - s tate  co n d itio n s .   T h is   i s   b asicall y   d u e  to   it s   s i m p le  an d   f a s t  p r o ce s s in g   f e atu r es  w h ich   m in i m ize  th e  c o m p u tatio n al  d ela y .   T h is   p ap er   also   in v esti g ated     th e  ef f ec t  o f   L P F ’ s   c u tt i n g   f r e q u en c y   v ar iatio n s   o n   m iti g ati o n   p er f o r m an ce   o f   t h e  S A P F.   T h e  f in d in g s   s h o w  th at  T HD  p er f o r m a n ce   o f   S A P F  i m p r o v e s   w ith   t h e  d ec r ea s ed   o f   L P F’s  cu tti n g   f r eq u en c y ,   w h ile  d y n a m ic  p er f o r m a n ce   o f   S A P F  i m p r o v es  w it h   t h e  i n cr ea s ed   o f   L P F ’ s   cu t tin g   f r eq u e n c y .   T h er ef o r e,   in   t h e  co n tex t   o f   SR F a n d   P Q  th eo r y ,   th e  ap p lie d   L P F  m u s t b e  tu n ed   to   en s u r e   o p tim al  p er f o r m an ce   o f   S A P F.       ACK NO WL E D G E M E NT S   T h e  au th o r s   ar e  g r ate f u l  to   U n iv er s iti   T en ag a  Na s io n al   ( U NI T E N)   f o r   s u p p o r tin g   th i s   m an u s cr ip t  u n d er   B OL D  p u b licatio n   f u n d .       RE F E R E NC E S    [1 ]   M .   El - Ha b r o u k ,   M .   K.  Da rw ish ,   a n d   P .   M e h ta,  " A c ti v e   p o w e r  fil ters :  A   re v ie w , "   IEE   Pro c e e d in g s  o f  El e c tric  Po we r A p p li c a ti o n s ,   v o l.   1 4 7 ,   n o .   5 ,   p p .   4 0 3 - 4 1 3 ,   2 0 0 0 .   [2 ]   H.  A k a g i,   " Ac ti v e   Ha r m o n ic F il ters , "   Pro c e e d in g s  o f  t h e   IEE E,   v o l.   9 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   2 1 2 8 - 2 1 4 1 ,   2 0 0 5 .     [3 ]   T a re e n ,   W . ,   e t  a l. ,   " M it ig a ti o n   o f   p o w e r  q u a li ty   issu e s  d u e   to   h i g h   p e n e tratio n   o f   re n e w a b le  e n e rg y   so u rc e s  in   e lec tri c   g rid   s y ste m s u sin g   th re e - p h a se   A P F / S T A TCOM   tec h n o l o g ies :  a   re v ie w , "   En e rg ies ,   v o l.   1 1 ,   pp .  1 4 9 1 ,   2 0 1 8 .   [4 ]   Y.  Ho o n ,   M .   A .   M .   Ra d z i,   a n d   A .   S .   A l - o g a il i,   " A d a p ti v e   L in e a r  Ne u ra l  N e t w o rk   A p p ro a c h   fo r  T h re e - P h a se     F o u r - W ire A c ti v e   P o w e r  F il terin g   u n d e r  N on - I d e a l  G rid   a n d   U n b a l a n c e d   L o a d   S c e n a rio s,"   Ap p li e d   S c ien c e s,   v o l.   9 ,   n o .   2 4 ,   p p .   5 3 0 4 ,   2 0 1 9 .   [5 ]   Y.  Ho o n ,   M .   A .   M .   Ra d z i,   M .   K.   Ha ss a n ,   a n d   N.  F .   M a il a h ,   " En h a n c e d   In sta n tan e o u s  P o w e r  T h e o ry   w it h   Av e ra g e   A l g o rit h m   f o r  In d irec t  Cu rre n t  C o n tr o ll e d   T h re e - L e v e l   In v e rt e r - B a se d   S h u n t  A c ti v e   P o w e r  F il ter  u n d e r  Dy n a m i c   S tate   Co n d it i o n s, "   M a t h e ma ti c a l   Pro b lem s in   En g in e e rin g ,   2 0 1 6 .     [6 ]   M .   A .   Ka m a rp o sh ti ,   a n d   A .   A .   H o ss e y n i,   " M o d if ied   a p p r o a c h   f o r  h a rm o n ic  re d u c ti o n   in   t h re e - p h a s e   to   se v e n - p h a se   u sin g   tran sf o rm e r  w in d in g   c o n n e c ti o n s,"   In ter n a ti o n a l  J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   9 ,   n o .   3 ,   p p .   2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   2 0 1 9 .     [7 ]   S .   A .   A z m i,   G .   P .   A d a m ,   S .   R.   A  Ra h im ,   "   V o lt a g e - c o n tro ll e d   o f   a   th re e - p h a se   c u rre n t  so u rc e   in v e rter  in   islan d e d   o p e ra ti o n , "   In d o n e sia n   J o u r n a l  o f   El e c trica l  En g i n e e rin g   a n d   Co m p u ter   S c ien c e ,   v o l.   16 ,  n o .   1 ,   p p .   156 - 1 6 4 ,   2 0 1 9 .     [8 ]   A .   Ch a it h a n a k u lw a t,   " De v e lo p m e n t  o f   DC  v o lt a g e   c o n tro l  f ro m   w in d   tu rb i n e s  u sin g   p r o p o rti o n s  a n d   in teg ra ls  f o r  T h re e - p h a se   g rid - c o n n e c ted   i n v e rters , "   In ter n a ti o n a l   J o u rn a l  o f  El e c trica l  a n d   C o mp u ter   En g in e e rin g   ( IJ ECE ) ,   v o l.   1 0 ,   n o .   2 ,   p p .   1 7 0 1 - 1 7 1 1 ,   2 0 2 0 .     [9 ]   A .   Bh a tt a c h a r y a ,   C.   Ch a k ra b o rty ,   a n d   S .   Bh a tt a c h a ry a ,   “ S h u n t   c o m p e n sa ti o n   -   Re v iew in g   T ra d it io n a l  M e t h o d s  o f   Re fe re n c e   Cu rre n t  G e n e ra ti o n , ”   IEE E  In d u stri a l  E lec t ro n ics   M a g a zin e ,   v o l.   3 ,   n o .   3 ,   p p .   3 8 - 4 9 ,   2 0 0 9 .   [1 0 ]   L .   A si m in o a e i,   F .   Blaa b jerg ,   a n d   S .   Ha n se n ,   " De tec ti o n   is  k e y   -   H a rm o n ic  d e tec ti o n   m e th o d s  f o r  a c ti v e   p o w e r  f il ter  a p p li c a ti o n s, "   IEE E  I n d u stria l   Ap p li c a ti o n s M a g a zi n e ,   v o l.   1 3 ,   n o .   4 ,   p p .   2 2 - 3 3 ,   2 0 0 7 .   [1 1 ]   S e n   Y e ,   e t  a l. ,  " S h u n t  a c ti v e   p o w e r  f il ter  b a se d   o n   p ro p o r ti o n a l  in teg ra l  a n d   m u lt i  v e c to r  re so n a n t  c o n tr o ll e rs  f o r  c o m p e n sa ti n g   n o n li n e a r  lo a d s , "   J o u rn a l  o f  El e c trica l   a n d   C o mp u te r E n g i n e e rin g ,   v o l.   2 0 1 8 ,  n o .   5 ,   p p .   1 - 1 1 ,   2 0 1 8 .   [1 2 ]   M.   Bo u z ian e ,   a n d   M .   A b d e lk a d e r ,  " Dire c t  sp a c e   v e c to r  m o d u lati o n   f o r  m a tri x   c o n v e rter  fe d   d u a l   sta r  in d u c ti o n   m a c h in e   a n d   n e u ro - f u z z y   sp e e d   c o n tro ll e r , "   Bu ll e ti n   o f  El e c trica l   En g i n e e rin g   a n d   In fo rm a ti c s ,   v o l.   8 ,   n o .   3 ,  p p .   818 - 8 2 8 ,   2 0 1 9 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.