Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   11 ,  No.   2 ,  A pr il   2021, p p. 11 30 ~ 1142   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v11 i 2 . pp1130 - 11 42          1130       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om   A  n ovel  f uzzy bas ed  c ont rolle r to  r educe  c i rc ul ating  c ur re n ts in  p arallel  i nterleav ed  c onve rter  c onnected t o t h e  g rid       Sravanth y   G addame edhi 1 ,  P. S ri ni va s 2   1 Depa rtment of  El e ct ri ca l   and   E l ec tron ic s E ng ineeri ng ,   S ree  N idh i  I nstit u te of  S c i enc e   and   T ec hno lo gy ,    H y der aba d ,   T ela ngana ,   Indi a   2 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,  Univ ersity   Co llege  o f  Eng ine er ing, Osm ani a  Univ esity ,   H y der aba d ,   T ela ngana ,   Indi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb  28 , 202 0   Re vised  A ug   1 2 , 2 020   Accepte d  Se p 22 ,   2020       Thi s  pape r  exhi b it s  suppress ion  s tra t eg y   of  low  fr eque nc y   c irc u la t ing  cur ren t   c o m p o n e n t s   f o r   p a r a l l e l   i n t e r - l e a v e d   c o n v e r t e r s .   H e r e   i n v e r t e r s   a r e   p a r a l l e l i z e d   b y   m a g n e t i c a l l y   c o u p l e d   i n d u c t o r s .   T r a d i t i o n a l l y ,   c a r r i e r   int erlea v ed  tec hnique   was   u s e d   t o   g e t   l o w e r   d i s t o r t e d   o u t p u t   v o l t a g e ,   b u t   i t   g i v e s   a   h i g h e r   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t s   t o   f l o w   t h r o u g h   t h e   T w o - V S C ‘ s .   T h e   m u t u a l   i n d u c t a n c e   o f   t he  coupl e d   induc tors  (CI)   is  uti l ized  for   m ini m iz ing  circul a ti ng  cur ren ts  of  hig h   fre quency   components.   Neve r th el ess,   CI  ca n‘ t  have   ca p ability   to  riddl e  th e  components  gen era t ed  b y   low  f req uency .   W hen   the se  ci r culati n g  cur ren ts  ext remel y   in crea ses  m ay   leads  to  CI  satura ti on,   e l eva t ed  sw it chi ng   losses  a n d   d i m i n i s h e s   t h e   e n t i r e   p e r f o r m a n c e   o f   s y s t e m .   H e r e   a u t h o r   i d e n t i f i e d   a   n o v e l   c o n t r o l   t e c h n i q u e   f o r   a   g r i d - c o n n e c t e d   p a r a l l e l   i n t e r - l e a v e d   c o n v e r t e r   d e p e n d i n g   o n   a p p r o a c h   o f   e n e r g y   s h a p i n g   c o n t r o l   ( E C S ) .   T h i s   c o n t r o l l e r   diminishes  th e   val ue  of  the   low   fre quency   components  of  ci rcu la ti ng  cur ren t  (L FC C).   The  per form anc e  of  th e  proposed  c i rcu it   is  eva lu ate d  in  sim ula ti on   m ode  and  cor relate d  with  the   conve n ti ona l   proporti onal   in t egr al   con trol   ( P I C )   a n d   t h e   l i n e a r   q u a d r a t i c   c o n t r o l   ( L Q C ) .   T h e   F u z z y   c o n t r o l l e r   i s   a l s o   i n c l u d e d   i n   t h i s   w o r k   t o   e n h a n c e   t h e   c o n v e r t e r   p e r f o r m a n c e   e f f e c t i v e l y   a n d   t o   d i m i n i s h   t h e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t s   a l o n g   w i t h   t h e   h e a l t h y   h a r m o n i c   p erf orm an ce   anal y sis .   Ke yw or d s :   Ci rcu la ti ng cur ren t   Energy s ha ping   Fu zzy  c on t ro l   Parall el  interle aved co nverte r   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  B Y - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Sr a van t hy G a ddam eedh i     Dep a rtm ent o f El ect rical  an d  Ele ct ro nics   E nginee rin g   Sr ee  Nidhi I ns t it ute o f  Scienc e an d  Tec hnol og y   Yam na m pet, Ghatkesa r,   Hyde rab a d - 5013 01 , T e la ng a na,   I nd ia   Em a il :  srav ant hig@sree nidhi. edu.in       1.   INTROD U CTION   In   rece nt  tim es ,  with  t he  dev e lop m ent  of   po wer   s em i - con duct or  de vices,  powe r  co nvert ers  are   use d  in  num ero us  a pp li cat io n s  li ke   RES  a nd  F A CTS.  F or  high - pow er  a ppli an ces,  the   co nver te rs  are   co nnec te d  in  par al le l  are  co nf i gured   as  on e  of   the  m os t  chall eng i ng  to po l og y,  pr im aril y  du e  to  it s  capab il it y  of   ha nd li ng   la rg e  rati ng  of   power ,  netw ork  reli abili ty   with  eff ic ie nc y  [1 ] .   Howe ve r,   due  to  the  presence  of   ci rc ulati ng  currents ,  it   m a y  le ad  to  dis to r ti on   in  ou t pu t  currents  flo wing  th rou gh   i nd i vidual  co nv e rt er,  m al - fu nctio ning  of   t h e   p o w e r   c o n v e r t e r   d e v i c e s   a n d   d e d u c t i o n   i n   t h e   e f f i c i e n c y   [ 2 ] .   H e n c e ,   t o t a l   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   w i l l   i n c r e a s e .     In   a  volt age  s ource  in ve rter,  joinin g  eac h  le g  in  pa rall el   is  an  ap proac h  to   a m plify  the  ou tp ut  curre nt  and,  fi nally   rated  power.  T his   ty pe  of  a rr a nge m ent  is  done   by  co uple d  or  un c ouple d  in duct ors,  a nd  at ta inin g  an  eq ual  con t r ibu ti on  to  the   ou tp ut  cu rr e nt   fr om   all  the   le gs   is  a  vit al   issue.  Pow er  switc hing  de vice s  su bject e d  to  add it io nal  losse s  and   stres s  du e  to  these  ci rcu la ti ng   c urren t s.  Conseq ue ntly ,  in  order   m i nim iz e  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  n ovel  f uzzy   base d  c on tr oller t o  r e duce  c irc ula ti ng  c ur re nts i n  …   ( S ra v an thy   G adda mee dh i )   1131   the  ef fect  of  th ese  cu rr e nts;  a n  ef fecti ve  st ra te gy  is  i m ple m ented  t o  ob ta in   balance ,  wh e n  co up le d  in duc tors  are  us ed  is  give n  in  [3].    CI  prov i d es  lo w  co nductance   with  resp ect   to  ci rcu la ti ng  currents .  So ,  without  need   of   add it io nal   c o n t r o l   e q u i p m e n t   i t   c a n   b e   a b l e   t o   r e d u c e   t h e s e   c u r r e n t s   f o r   b a l a n c i n g .   T h i s   c o n f i g u r a t i o n   r e g u l a t e s   t h e   h a r m o n i c   p e r f o r m a n c e   a n a l y s i s   o f   o u t p u t   v o l t a g e s   b y   a d o p t i n g   e x a c t   m o d u l a t i o n   m e t h o d s   [ 4 ] .   O f t e n ,   par al le li zed  in ver te r   carrier   pulse s  are  ph as e  s hift ed  by  1800,  w hich  pro vid e s  sever al   ad va ntages  t o  the   sys tem   su ch  a s  es cal at ing  no of le vels in ou t pu t  volt age,  d e gr a ding i n  s iz e o f  f il te r  a nd CM V  [ 5].   Fu rt her m or e,  a ut hors  in  m any  pap e rs  exte nded  their  rese arc h  on  m ini m iz i ng   the  ci rc ulati ng   c urren ts ,   wh ic h  are   flo wing  th rou gh  the  CI.  I n  [ 6],   it   is  descr ibe d  that  c omm o n  dc   bus  pa rall el   inv erter   syst e m   for   m ini m iz at ion   of  ci rc ulati ng   c urre nt  us i ng  sin us oi dal  pulse   width  m od ulati on  (SP W M )  to   overc om e  the  dead - tim e  eff ect s.  D esi gn  an d  reas on s   f or  hav i ng  zer o  se quence   ci rcu la ti ng  c urre nts  ( ZSCC )   in  the   pa rall el   gr i d - connecte d  thre e - phase  i nv e rters  an d  reducti on  of  the se  cu rrents  us i ng  PI  c on t ro ll er  a re  presented  i n  detai l  [7 ] .  I n   [ 8 ] ,   t h e   a u t h o r   r e p r e s e n t s   a   n o v e l   z e r o   s e q u e n c e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t   r e d u c t i o n   m e t h o d   b a s e d   o n   t h e   de vel op i ng  sel ect ive  ha rm on ic   el im inati on   pu lse - wi dth  m od ulati on   (SHEP WM)   f or  par al le l  th ree - l evel  T - ty pe  in ver te r s,  wh ic h  is  us e d  t o  inc rease t he c apac it y of t he dist rib uted ge ne rati on syst em .   A  m od ifie d  D P W M  te ch niqu e  was  presente d  in  [ 9]  to  dim inish  the  ove ra ll   Peak  to  peak  at   value  of  the  ci rcu la ti ng   currents  a nd  CM V.   To  ge ner at e  re fer e nce  sig nals  f or  each  par ti cu la r  le g  of  indi vid ua l   conve rter,  D ongs ul   S hin   et   al .  de velo pe d  ba la ncing  te ch ni qu e .  By   util iz i ng  the  outp ut  currents   of  in di vid ual   conve rter   [10],   we  can  deter m ine  the  ref er ence  sign al s  at   su it able  tim e  intervals,  wh ic h  are  eq ualed  to  the   switc hing  per i od.  A uthor s  ha ve  sug gested  de creasin g  the   m agn it ud e  of  the  ci rc ulati ng   currents  with  de adb eat   con t ro l  te c hn i qu e   in  [ 11 ] .  F ur t her m or e,  s upplem entary  li te ratur e ‘s  ha ve   f ocu se d  on  t heir  resear ch   f or  the  m ini m iz at ion   of  the  ZSCC ,  w hich  gi ves  a  ne t  su m   of   ci rcu l at ing   cu rr e nts  is  flow i ng   th r ough  al l  th ree  phases  com par at ively   the  in div id ual  diff e re ntial   m od e  c urren ts .  T he   auth or  [ 12] ,  was  pro po se d  t hat,  to   r e s t r a i n   t h e s e   c u r r e n t s   a   C a r r i e r   p h a s e   s h i f t e d   P W M   w a s   u s e d   i n   m o d u l a r   b i - l e v e l   i n t e r - l e a v e d   c o n v e r t e r s .   M o r e o v e r ,   t w o   m o r e   s c h e m e s   w e r e   i n t r o d u c e d   i n   [ 1 3 ,  1 4 ]   f o r   d e c r e a s i n g   t h e   Z S C C   b a s e d   o n   t h e   HE P W M  te c hn i qu e .  Re sea r cher s   exten d  thei r  w ork  t o  re duce  t he  Z SCC   ef fec ti vely ;  Kar thik ey an  et   al . ,   int rod uced  a  strat egy  that  by  ad justi ng  the  distrib utio n  of  the  nu ll   ve ct or s  in  t he  c onve ntion al   (SVM)  sc hem e  t hro ugh  P I  co nt ro ll er  [15].  All   these  sp eci fied  tech ni qu es  exhibit  t he  m agn it ude  of circulat in g  c urren ts  are  i n  a ll ow able  pe rm i ts   In   the  pro po se d  w ork,   it   is  reco m m end e d  to  restrict   the  LFCC   by  ESC.  Her e ,  in  ord er  to  sat isf y   energy  bala nc e  eq uation,  th e  struct ur e  is  t aken  as  a n  e ne rg y  tra nsfo rm at ion   ar ra ng e m ent.  It  acco m pl ishes   sta bili zat ion   of  pas sive  netw ork  by  m eans   of   HS   with  a   su it able  sto ra ge  f unct ion ,  si gn i fies  the  ess entia l  energy  of  t he  c losed - lo op  syst e m .  In   al l  pow er  s witc hing  c onve rters  this   t ype  of  c on t ro l  te chn iq ue  bee n  us e d.  In  [ 16 ] ,   to   co nt ro l  the   op e rati on  of  a   th ree - phase  fro nt  e nd  conve rter  t his  con t ro l  te c hn i que  was  us e d.   It   was   us e d  in  m ic ro   gr i d   ap plica ti on s  [ 17 ]   by  co nt ro ll ing   back - to - bac k  co nv e rters.  I n  [ 18 ] ,  f or  a  Tri - le vel  T - ty pe  conve rter   with   energy  stora ge   syst e m ,  an  ESC  is  dev el op ed.   T o  co ntr ol  the  ci rcu la ti ng  cu rr e nts  in  pa rall el   interl eave d  co nn ect e d  po wer  inv erte rs  a  ne w  dea d - ti m e  c om pen sat ion   m et ho d  us in g  carrier  base d  s inu s oid a l   pu lse   wi dth   m odulati on   a nd   m od ifie d  disco nti nuous  P W M   te chn iq ues  are   giv en  in   [19 ,  2 0 ].   T he  inv e rt ers  are   connecte d  i n  pa rall el   fo r  distr i b uted  ge ner at i on   a ppli cat ion   that  op e rates  unde r  diff e ren t  load  c o n d i t i o n s   w a s   i n v e s t i g a t e d   i n   [ 2 1 ]   a n d   i m p r o v e d   d r o o p   c o n t r o l   s t r a t e g y   f o r   t h e s e   c o n v e r t e r s   a r e   d e v e l o p e d   i n   [ 22 ] .  P a r a l l e l   o p e r a t i o n   o f   i n v e r t e r s   w i t h   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r s   a n d   t h e i r   c o n t r o l   t e c h n i q u e s   a r e   d i s c u s s e d   i n   d e t a i l   [ 23 ,  2 4 ].   T he   auth or   desires  to  prom ote  an  ESC  for  a  PL - IC.  It  can  be  a m al ga m at ed  fo r  huge  po wer   app li cat io ns   suc h  as  RES  an d  F AC TS.  T he  sug ge ste d  te chn i que   in  this  pap e r  end ea vors  a  de sired  c on tr oll   of   LFCC   wit h  the   apprecia ble c ur ren ts i nj ect e d  t o  the   gri d .       2.   DESIG N  AND  M ATHE MA TI C AL  MO DELIN G   OF  THE   PARALL EL   INTER - LE AVE D   CONVE RTER (PL - I C)   2.1.   Mathem ati cal  mo d el   This  segm ent  giv e s  the  repr esentat ion   of   t he  PL - IC,  wh i ch  is  ti ed  to  the  gri d   by  m eans  of  a n  inducti ve  filt er  show n  i n  Fi gure  1.  T he  ou t pu t  volt ages,   ,      ,  are  the   f un ct io n  of   switc hi ng  sign al s   S xi  and   excit at ion   volt age  sig nal   u dc .  ‘i‘  a  sy m bo l  of   the  tw o  pa rall el iz ed  VS C  ( i  { 1,   2})  and   ‘ x‘  i ndic at es   th e   conve rter  ph a s es  ( x  { A ,  B ,  C }).  T he  c urr ents  fl ow i ng  thr ough  t he  gri d   ar e   in dicat ed  as  i A ,  i B   an d  i C .  In  pro po se d  t opol og y,  the  outp ut  volt ages  w.r.t  to the m id - poi nt ‚‘ O‘   is  wr it te n  as:        =  2 ( 2  − 1 )   (1)     The  li ne  to g round  volt age  of  conve rter   is  re pr ese nted  w it h  the b el ow equa ti on s:      = 1 + 1 +    (2)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &   C om p  En g,   V ol.  11 , No .  2 ,  A pr i l 202 1  :   1130  -   1142   1132    =  2 + 2 +    (3)           Figure   1.   A rr a ng em ent of  paral le l i nter - le av ed  c onve rter       Along wit h t hi s,  the  volt age a cro ss  the  cou plled in du ct or s  c an be in dicat ed  b y:      1 = − ( 1 − 2  ) − 1  − 0 1  2 = − ( 2  − 1  ) − 1  − 0 2   (4)     In (4) , L 0  is t he  m utu al  induc ta nce and L L   in dicat es lee ka ge  inductanc e.  So,   ( 2) p l us   (3)  i m pl ie s:     2  = −  − 0 + 1 + 1 + 2    (5)     Along wit h;   1 + 2 =     So   V AG can   be   w ritt en  as ;      = 1 + 2 2 − 2 − 0 2 +    (6)     Likewise,  at th e two en ds o f  A 1   an d  A 2 ,  the   diff e re ntial  v ol ta ge  is f ound  by  the (4) :     1 2 = ( + 2 ) (   1  − 2  ) + 0 ( 1 − 2 )   (7)     Abo ve  e xpress ion  ca n   be re  w ritt en  as ;    = 1 − 2 2     Using      we wil l  get ;     1 − 2 = 2   + 2 0    (8)     w he re   2 = 2 + 4         . . A 1 C 1 B 1 . . . . . . . . A 2 B 2 C 2 . . . . . . A B C L L L R R R N e A e B e C S C 1 S B 1 S A 1 S C 2 S B 2 S l A 1 S l B 1 S l C 1 S A 2 S l A 2 S l B 2 S l C 2 . . . . . . I E n e r g y   s o u r c e u dc 2 u dc 2 O G r i d i A i B i C i A 1 i A 2 . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  n ovel  f uzzy   base d  c on tr oller t o  r e duce  c irc ula ti ng  c ur re nts i n  …   ( S ra v an thy   G adda mee dh i )   1133   In ad diti on, wit h  r espect  t o   Fi gure   1, outp ut  vo lt age s  deliv e red by t he  PL - I C are:               {          = +  +  = +  +  = +  +   (9)     Her e  R an d L a re ind uctive  filt er p a ram et ers .   Fr om   ( 9 )   a nd   ( 5 )   we  w il l get ;      = − − + 1 + 2 2 − 2  − 0 2 +   = − − + 1 + 2 2 − 2  − 0 2 +   = − − + 1 + 2 2 − 2  − 0 2 +    (10)     By  su bs ti tuti ng  (1)  i n  (10), the  foll ow i ng r el a ti on s a re  ob ta i ned.     1  = − 1 − +  4 ( 2 1 − 1 ) +  4 ( 2 2 − 1 ) +      1  = − 1 − +  4 ( 2 1 − 1 ) +  4 ( 2 2 − 1 ) +  1  = − 1 − +  4 ( 2 1 − 1 ) +  4 ( 2 2 − 1 ) +    (11)     Her e   1 = ( + 2 )   and  1 = ( + 0 2 )   Si m il arly   by su bs ti tuti ng (2) i n (8),  t he dyna m ic s o f  ci rc ula ti ng  c urren ts  c an be  ob ta in ed   as:     {         2   = − 2 0  − +  2 ( 2 1 − 1 ) −  2 ( 2 2 − 1 ) 2   = − 2 0  − +  2 ( 2 1 − 1 ) −  2 ( 2 2 − 1 ) 2   = − 2 0  − +  2 ( 2 1 − 1 ) −  2 ( 2 2 − 1 )   (12)     The  ab ove   ex pressi on can be r ed uce d  to m or e si m ple b y usi ng  Pa rks  trans f or m at ion , wh ic h  r e n o v a t e s   t h e   ( 1 1 )   a n d   ( 1 2 )   i n   t o   t h e   r e v o l v i n g   f r a m e   d q ,   c o o r d i n a t e d   w i t h   r e s p e c t   t o   a n g l e   o f   g r i d   θ gr .   H e n c e ,   the  dynam ic   of the  PL - IC is  g ive n by:     { 1  = − 1 + 1 −  +  4 1 +  4 2 1  = − 1 + 1 −  +  4 1 +  4 2     { 2 _  = − 2 0 _ + 2 _ +  2 1 −  2 2 2 _  = − 2 0 _ − 2 _ +  2 1 −  2 2   (13)     S d 1 ,  S d 2 ,  S q 1  a n d   S  q 2   a r e   S w i t c h i n g   F u n c t i o n s   o f   d i r e c t ,   q u a d r a t u r e   a x i s   f o r   t h e   t w o   p a r a l l e l e d   c o n v e r t e r s.     2.2.    Port  carr ey   H amilto n   (PCH )  m od el   of t he   PL - IC   The  c onver te r  is  con si der e d  a s  an  i nacti ve  s yst e m   as  it   can   m erely   exch a ng e' s   ene rg y,   but  it   do es n’t   has  the  capa bili ty   of   deliveri ng   on   it s  own.   Con se qu e ntly ,  it  can  be  design e d  as   PCH  syst e m   that  satisfies     the n ece ssit ie s o f  ECS.  Th e  c onfig ur at io n  is:     ̇ = [ ( ) − ( ) ]  ( )  +p(x) u    y= (x)  ( )    (14)     In   ( 14),   J ( x )  is   the  br i dg e   m a trix  ta ke n  as   a n  a nti - sym m etr ic   ( J ( x ) = J ( x ) T ) .  R ( x ),  sym m et ric  m a trix .  p ( x ),  e xtern al   port  m a trix  an   E ( x ),  e nergy  f un ct io n  of   the  s yst e m .  In   (14 ),   u  a nd  y  are  excit at ion   an d  ou t pu t   par am et ers  of t he  syst em . Th e  r el at ion ( 13)  is  r e pr ese nted  b y :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &   C om p  En g,   V ol.  11 , No .  2 ,  A pr i l 202 1  :   1130  -   1142   1134   (       q c i L d c i L q i L d i L _ 2 _ 2 1 1 )       = (     0 2 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 L L L L )     − (     0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 R R R R )     (       q c i d c i q i d i _ _ )           +  4 (     2 0 2 0 0 2 0 2 1 0 1 0 0 1 0 1 )     (       2 2 1 1 q S d S q S d S )       _ (       0 0 0 1 )        _ (       0 0 1 0   )          (15)     w it h j(x) =   (     0 2 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 L L L L )       an d R (x)= (     0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 R R R R )         Fr om  t he  a bove  d isc us sio n, cl early   (14 )  it  is  c onsidere d  a s  PCH. The  HF,      h ( ̅ ) = 1 2 1 2 + 1 2 1 2 + 1 2 2 _ 2 + 1 2 2 _ 2   (16)     And x =   [ 1     1       2 _       2 _     ]   (17)     The  e xter nal  port c onnecti on  m at rices ar e s pe ci fied by:     1 =      4 (       2 0 2 0 0 2 0 2 1 0 1 0 0 1 0 1 )         ;  2 = ( 0 0 0 1 ) ;  3 = ( 0 0 1 0 )     h ( ̅ )  ca n be  giv e n  as:     h ( ̅ ) =     1 2 1 ( 1 ) 2 +      1 2 1 ( 1 ′ ) 2 +      1 2 2 ( 2 _ ) 2 +     1 2 2 ( 2 _ ) 2   ( 18)     If  t he  sta te   var i ables m ay  b e r efer red as  1 , 2 ,   3      4 ; (18 ) becom es:     h ( ̅ )=     1 2 1 ( 1 ) 2 +     1 2 1 ( 2 ) 2 +     1 2 1 ( 3 ) 2 +     1 2 1 ( 4 ) 2   (19)     Ther e f or e,  the   HF   Gr a die nt is d e fine d  as:       ℎ ( ̅ )  =   [ ℎ 1       ℎ 2       ℎ 3       ℎ 4     ] = [             _     _   ]   (20)       3.   CONTR OL S CHE MES F O R  G RI D CO N NECTED  CO NV E RTER  ( GCC)   3.1.   PIC base d G CC   The  c on tr ol  pr ocess  of   th e  P I - LC  with  PI C   is  sh ow n  in  F igure   2.  I n  ord er  to  m easur e  current  a nd   vo lt age  at   th e  PCC   to  the  gri d ,  vo lt age  a nd  current  se nsors   was  use d.  By   m eans  of   PLL,   the  gri d   ph ase   ang l e   θ grid   is  ob ta ined.   The  ta r get  is  at ta ined  by  set ti ng   the  e * grid d.  to  zero .  P I  con t ro le r  is  util iz ed  to  ad j us t  the  gri d   ang le   with  r es pect  t o   t he  er r or   betwee n  e * g ridd   and   e gridd .  So ,  t he  gr i d  vo lt age  vecto r  is  associat ed  with  the  q  axis  of  the   re vo l ving  f ram e.  This  c onve ntion al   c ontrol  is   stud ie d  earli e r  in  e norm ou s   li te ratur e‘s  [5 ] .  T he   expressi on s  of  P and Q s uppli ed  to   gri d   are  gi ven  a s:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  n ovel  f uzzy   base d  c on tr oller t o  r e duce  c irc ula ti ng  c ur re nts i n  …   ( S ra v an thy   G adda mee dh i )   1135   { P g rid = e g ridd i d + e g ridq i q Q g rid = e g ridd i d − e g ridq i q   (21)     Ba sed on ( 21),  current  set  poi nts,  i d ∗ an d  i q ∗   are ac hieve d by the  grid  volt ages,  P g rid ∗   an d   Q g rid ∗     ∗ = P gr id ∗ e g r idd + Q gr id ∗ e gr idq e gr idd 2 + e gr id q 2   (22)   ∗ =  ∗   −  ∗     2 +   2   (23)     W it h  the   he lp   of  di ff e ren ti a l  equ at io ns,  t he  c on t ro l  pat te rn   is  buil t  f ro m   the  el em ents  in   the  gri d  an d  represe nted  i n “ dq”   by:     1 ̅ , + 1 ̅ , =   ̅ , − 1    ̅ , − ̅  ,   (24)     In the a bove  expressi ons,  ̅  ,   in dicat es the  vo lt a ge vect or  gen e rated  by the  PI - LC.     3.2.    LQC base d G CC   Inver te r  c onne ct ed  to t he  gr i d   with  LQC is  s how n  in   Fig ure   3. T he  im pr o vem ent in th e  contr oller is  achieve d by th e stat e sp ace  r e pr ese ntati on which is  g i ven by  ( 16) . Hence ,     { ̇  =   A      +   B    =   C        (25)     wh e re  Y  yi el ds o utput vect or i.e, y=   ⌊   ⌋     is i nput  vect or  ⌊  −       −    ⌋     A= ( − 1 1       − 1 1       )   ; B =   ( 1 1 0 0 1 1       )   ; C = ( 1 0 0 1       )     Stabil iz ing   fee db ac k  m at rix  K d   is  eff ic ie ntly   cal culat ed  by   LQC  te ch ni qu e .  It  sat is fies  the  ov e rall   perform ances o f  en e rg y  c o n t r o l   a n d   t r a n s i e n t   r e s p o n s e .   T h e   m o d e l l i n g   o f   th is co ntro l l er   is  giv e n  in  d et ai l  [25 ].           Figure  2. Co nverter c onnecte d t o  the  grid  w it h  P IC       Figure  3. Co nverter c onnecte d t o  the  grid  w i t h  L QC       L R I P T i A 3 2 3 2 v * iq v * id Q * g r i d P * g r i d PLL e g r i d d e g r i d q P W M 1 P W M 2 G e n e ra ti o n   o f  c u rr e n t  s e t  p o in ts O grid O grid i B i C e gri d O g r i d u dc . . . . . . . . e c _ d e c _ q PI PI i g r i d d i g r i d q i * g r i d d i * g r i d q - - + + + + - - . . . . L o o p   D e c o u p li n g   L R i A K d 3 2 3 2 v * iq v * id Q * g r id P * g r id P LL e g r id d e g r id q P W M 1 P W M 2 i * d i * q u d G en er a t i o n   o f  c u rr en t   s et  p o i n t s Tra j ec t o ry   G en er a t i o n ( i d ,  i q ) ( e g r id d , e g r id q ) v O g r id O g r id i B i C e g r id O g r id u dc . . . . . . . . . . . . + + + - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &   C om p  En g,   V ol.  11 , No .  2 ,  A pr i l 202 1  :   1130  -   1142   1136   3.3.    ESC base d G CC   GCC sat isfie s t he  PC H n otati on g i ven in  ( 17).   In PCH , bri dge a nd the  dam ping m at rices can  handle  internal e ne rg y  ex c hange e ff ic ie ntly  [ 2 6 ].   Fin al ly , th e prefe r red co nf i gurati on is s how n be low:     ̇ = [ ( )   − ( ) ] ( )      (26)     with  { ( ) =   J ( x )   +   ( ) ( ) =   R ( x )   +   ( )     wh e re,   ( )   de note s  the   pr e fer a ble  br i dg e   m a trix ,  ( )   is  prefe r able  dissipati on  m at rix  a nd  ( )     is   ex pecte d  e nerg y functi on r e spe ct ively .     ( ) = (     0 2 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 L L L L )     ;  ( ) = (     2 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 r r r r )         r 1   and  r 2   are   a   posit ive  nu m erical .  ESC  pe rm i t  u =ɣ ( x )  s uc h  that  t he  dynam ic   beh avi or  of  t he  cl ose d  loo p  syst e m   are  ill us trat ed  i n  ( 24) .  Her e ,  the  m ot ive  is  to  t rack   the  c urre nt  set   po i nts  eff ic ie ntly   by  pro per  desig ning  of c on t ro le r . Henc e, the  re qu ir ed   energy f unct io n  of PL - IC is  gi ven   by:     ( ) = 1 2 1   ( − ∗ ) 2 + 1 2 1 ( − ∗ ) 2 + 1 2 2 ( − ∗ ) 2 + 1 2 2 ( − ∗ ) 2   (27)     Her e  _ ∗   an d  _ ∗   sho ws  the   ci rc ulati ng   c urre nts  se t  po i nts.  T he  gradie nt  of  requ ired  Ham ilton   functi on  ( HF)   and the  disti nct  stat e v ect or is  represe nted by:     ( ) =   [ 1       2       3       4     ] = (         * _ _ * _ _ * * q c i q c i d c i d c i q i q i d i d i )           (28)     X= [ 1 ( − ∗ )     1 ( − ∗ )     2 ( _ − _ ∗ )     2 ( _ − _ ∗ ) ]   (29)     ESC at ta ins th e stabil iz at ion   gu i ded b y t he  e x pecte d Hd ( x) .  Th e  contr ol in pu t  u o f netw ork  is  obta ined  a s:     [ J ( ) −   R ( ) ]  ( )      +   ( ) = [ ( ) − ( ) ] ( )        (30)     If   t he  syst em   fu nctio ns  nea re st  to  t he  e xp ec te d  po i nt,  the n  the  H d ( x )  trie s   to  m ai ntain  at   the  l ow e s t   value. S o,   ( 15) shoul d  sat isfy:     (     0 2 0 0 2 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 L L L L )     - (     0 2 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 R R R R )     (       q c i d c i q i d i _ _ )         + (       1 2 1 2 1 1 q S d S q S d S )        4 _ (       2 2 2 2 2 2 q S d S q S d S )        4 - _ (     0 0 g r i d q e g r i d d e   )     =0   (31)     At  ste ady - sta te   po int,  ou t pu t  currents  are  id entic al ly   distri bu te d  am on g  conve rters  an d  hen ce  ze r o  ci rcu la ti ng curr ents f l ow i ng th rou gh a syste m  ( i c _ d = i c _ q = 0).   Stea dy -   sta te   va lues are  d et e r m ined  by  ( 31):   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  n ovel  f uzzy   base d  c on tr oller t o  r e duce  c irc ula ti ng  c ur re nts i n  …   ( S ra v an thy   G adda mee dh i )   1137   {     1 ∗ = 2 ∗ = 0 ∗ = − 1 ∗ + 1 ∗ +    2 1 ∗ = 2 ∗ = 0 ∗ = − 1 ∗ + 1 ∗ +    2   (32)     The  c ontr ol  ac ti on   u  = [ 1 ∗   2 ∗   1 ∗   2 ∗ ]     is  opte d  by  the   m at c hing  (30).  Assum ing   _ ∗ = _ ∗ = 0,  th e   so luti on  of (2 6)  giv es:     1 ∗ + 2 ∗ 2 = 0 ∗ + 1 ( − ∗ ) + 1 ( ( − ∗ )  2   (33)     1 ∗ + 2 ∗ 2 = 0 ∗ − 1 ( − ∗ ) + 1 ( ( − ∗ )  2   (34)     1 ∗ − 2 ∗ = 2 _ + 2 _  2   (35)     1 ∗ − 2 ∗ = − 2 _ − 2 _  2   (36)     The  re s pons e  obta ined  f r om   ( 33) - ( 36)  are  co ns ide red   as  b 1 ,  b 2 ,  b 3   and  b 4   r especti vely .  Further ,  thes e   equ at io ns are  e xpresse d  as:     = ( 1 ∗ 2 ∗ ) = 1   (37)     = ( 1 ∗ 2 ∗ ) = 2   (38)     i th ,  =  ( 1 2 1 2 1 − 1 ) ,  1 =   ( 1   3 ) , 1 =   ( 2   4 )     S o l u t i o n s   f r o m   ( 3 7 )   a n d   ( 3 8 )   g i v e   t h e   d e s i r e d   e x c i t a t i o n   f o r   t h e   t w o   p a r a l l e l e d   c o n v e r t e r s .   T h e   switc hing   functi on  w hich   is  ta ken   as  re f eren ce  is  cal cu la te d  s m oo thly   with  the  h el p  of   the  i nv e rse  of   m at rix  A.   Fi gure  4  sh ows   the   bl oc k  diag ram   of   a   co ntr ol  str uct ur e   f or  dete rm ining  the   re fere nce  s witc hing   f un ct io n  with   ESC.  The DC  bus  volt age contr olli ng  is sim il ar to  the PIC.       . . . . . . i C i A i B v g r i d a v g r i d b v g r i d c L R I P T i A L P F i A 1 i B 1 i C 1 i C i B i A 3 2 i C A i C C i C B 3 2 S * q 1 S * d 1 S * q 2 S * d 2 E q ( 2 9 ) E q ( 3 0 ) E q ( 3 1 ) E q ( 3 2 ) b 3 b 1 b 2 b 4 S * d 0 S * q 0 E q ( 2 8 ) i * C _ d i * C _ q i * d i * q Q * g r i d P * g r i d v g r i d c v g r i d b v g r i d a P L L e g r i d d e g r i d q A e - 1 B 1 A e - 1 B 2 C u r r e n t   s e t   p o i n t s C i r c u l a t i n g   C u r r e n t   C a l c u l a t i o n P W M 1 P W M 2 N . . . . . . i A 1 i B 1 i C 1 3 2 3 2 i d i q i c _ d i c _ q U d c     Figure  4. Co nverter  c onnecte d t o  the   gri d   wit h  E SC   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &   C om p  En g,   V ol.  11 , No .  2 ,  A pr i l 202 1  :   1130  -   1142   1138   ( 1 ∗ 2 ∗ ) =   − 1 (   1   3 )   (39)       ( 1 ∗ 2 ∗ ) = − 1 (   2   4 )   (40)     w he re   − 1 =   ( 1 1 2 1 − 1 2 )         4.   SUMM A RY  OF  RESU LT S   Her e ,  the  perform ance  of   the  conve rter  with  diff e re nt  co ntr ollers  is  gi v en .   The  c onve rter  resu lt s  with   PI C,  LQC   an d  E SC  a re  obta ined  a nd  with  E SC  the   pe rfor m ance  of  t he  c onve rter  i s  achie ved  bette r  a s   com par ed  t o  P I C an d  L QC in   te rm s o f  re du ci ng the ci rcu la ti ng curre nts.     4 . 1.   Conv er ter   per fo rm an ce  wi t h PI C   F i g u r e   5   g i v e s   t h e   f u n c t i o n   o f   t h e   s y s t e m   w i t h   P I C .   F i g u r e   5 ( a )   p o r t r a y s   t h e   c u r r e n t   d e l i v e r e d   t o   t h e   g r i d   a n d   F i g u r e   5 ( b )   d e s c r i b e s   t h e   c u r r e n t s   f l o w i n g   t h r o u g h   t h e   c o n v e r t e r   d e l i v e r e d   b y   p h a s e ‘ s   C 1   a n d   C 2 .   F r o m   F i g u r e   5 ( b ) ,  m a g n i t u d e   o f   t h e   c u r r e n t   i n   c o n v e r t e r   1   i s   c o n s i d e r a b l y   l a r g e r   t h a n   t h e   m a g n i t u d e   o f   t h e   c u r r e n t   i n   c o n v e r t e r   2.  Hen ce ,  the  sh a rin g  of   the  gr i d   curre nts  in  the  two  c onve r te r s  are  uneq ua l  le ads  to  LFCC ‘s.   The  dc  offset  com po ne nt  of  ci rcu la ti ng   c urren t  ca n  at ta in  0.5A   (iCC )  as   exh i bited  in  F igure   5 ( c ) ,  w hi ch  is  nea rly   30%  of     the  m agn it ud e   of   t he  gr i d   c urren t.   Co ns e quently ,  a band oned   ci rcu la ti ng   curre nts  ar e  l arg e r  in  m agni tud e,  wh ic h  m ay   le a d  to   sat urat io n  of  c ouplin g  i nducto rs.  A ddit ion al ly ,  it   rais es  the  powe r  c onve rters  s wit chin g  losses. P a nd Q deli ve red to t he   gri d   a re  dem on st rated i n  Fi gure   5 ( d ) .         (a)     (b)         (c)     (d)     Figure   5. Per f orm ance o f  c on ver te r  w it h  P I C ,   (a )  gr id  curr ent ,   ( b) c onve rter c urren ts ,     (c)   dif fer e nce  m od e curren ts ,   ( d)   PQ p owers       4.2.   Conv er ter  per fo rm an ce  wi t h LQC   Figure  6  gi ves   the  f un ct io n  of  the  GCC  with  the  L QC.  T he   resu lt s  a re  obta ined  with  L QC  is  ve ry   near e r  to   the  r esults  with   PIC .  Eve n  s o,  sti ll   so m e  con sid erab le   am ount  of   ci rcu la ti ng  currents   are   pr esent  in     the tw o  c onve r te rs  as s how n  i n  Fi gure   6 ( a )   a nd grid  po wer s  shown i n  Fi g ure   6( b ).   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       A  n ovel  f uzzy   base d  c on tr oller t o  r e duce  c irc ula ti ng  c ur re nts i n  …   ( S ra v an thy   G adda mee dh i )   1139     (a)     (b)     Figure   6. Per f orm ance o f  c on ver t er  w it h L Q C ,   (a ) diffe ren c e m od e cu rr e nt s ,   ( b) grid  po w ers       4.3.    Conv er ter  per fo rm an ce  wi t h ESC   Figure  7  gi ves   the  beh a vio u r   of   the  gri d  wi th  ESC.  The  c urren ts  w hic h  are  supp li ed  to   the  gr id   ar e   i l l u s t r a t e d   i n   F i g u r e s   7 ( a )   a n d   ( b )   d e s c r i b e s   t h e   c u r r e n t s   f l o w i n g   t h r o u g h   t h e   c o n v e r t e r s   d e l i v e r e d   b y   p h a s e s   C 1   a n d   C 2 .   I n   t h i s   c a s e   i t   i s   n o t i c e d   t h a t ,   c u r r e n t s   a r e   d i s t r i b u t e d   i d e n t i c a l l y   b e t w e e n   t h e   c o n v e r t e r s .   Additi on al ly ,  t he  dc   c o m p o n e n t   o f   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t s   f o r   t h r e e   p h a s e s   i s   d i m i n i s h e d   t o   z e r o   a n d   o n l y   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t s   w h i c h   a r e   h a v i n g   h i g h   f r e q u e n c y   t r a v e l s   a m o n g   t w o   C o n v e r t e r s   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   7 ( c )   a n d   F i g u r e   ( d )   s h o w s   t h e   c onve rter   powe rs.   The  DC  bus vo lt age  rem ai ns  stable a s r e pr ese nted  in  Fi gure   7 ( f ) .         (a)     (b)         (c)     (d)         (e)     (f)     Figure   7. Per f orm ance  of  c on ver te r  w it h ES C ,   (a ) gr id  curr ent ,   (b)  c onve rter c urren ts ,     (c)   dif fer e nce  m od e curren ts ,   ( d)   gri d p ow e r s ,   (e ) VAB ,   ( f)  dc bus  vo lt age       4.4.   Conv er ter  be havior wi t h fu zz y  control   Figure  8  e xh i bits  gr id   beh a vior  with  f uzz y  con tr ol.  The   cur re nts,  wh i c h  are  sup pl ie d  to  gri d   ar e   il lustrate d  on  F igure  8 ( a ) .   Wh e reas,   Fi gure  8 ( b )   de scri be  t he  c urren t s  flo wing   thr ough  th e  c onver te r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.