I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   8 ,   No .   1 Feb r u ar y   201 8 ,   p p .   5 4 4 ~5 5 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v8 i 1 . p p 5 4 4 - 5 5 5          544       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   Pas siv e Da m p er  Netw o rk  in  a   Si mple D C   Distr ibuti o n P o w er  Sy ste m       Aw a ng   B in J us o h 1 ,   M uh a m m a d F ir da us   A bd   Ra za k 2 ,   M o ha m a d H a m ka   B in Sa if u l 3 ,   T o le  Su t i k no 4   1 , 2, 3 F a c u lt y   o f   El e c tri c a En g in e e r in g ,   Un iv e rsiti   T e k n o lo g M a lay si a ,   8 1 3 1 0   Jo h o Ba h ru ,   M a lay sia   4 De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   F a c u lt y   o f   In d u strial  T e c h n o lo g y ,   Un iv e rsitas   A h m a d   Da h lan ,   Yo g y a k a rta 5 5 1 6 4 ,   In d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct   1 9 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   2 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J an   1 6 ,   2 0 1 8     Distrib u te d   p o w e s y st e m   (DP S d istri b u tes   p o w e a m o n g st  p ro c e ss in g   u n i ts  su c h   a p o w e e lec tro n ics   c o n v e rters   w it h   DC  sy st e m .   Du e   to   t h e   in c re a sin g   u sa g e   o p o w e c o n v e rters   in   DPS   s y ste m ,   th e   s y ste m   b e c o m e u n sta b le  a n d   th e   c o n v e rter  ten d to   d ra w   c o n sta n p o w e n e e d e d   b y   th e   lo a d   o f   t h e   s y ste m .   Co n sta n p o w e lo a d   (C P L c h a ra c teristic  h a n e g a ti v e   in p u im p e d a n c e   th a c o u ld   p ro d u c e   in sta b i li ty   p ro b le m in   th e   DC  b u sy ste m .   P a ss iv e   d a m p in g   n e tw o rk   w h ich   c o n sists   o f   se ries   RC  d a m p in g   c ircu it   wa c o n n e c ted   i n   p a ra ll e to   th e   DC  b u sy ste m   w it h   t h e   p u rp o se   t o   re d u c e   th e   in sta b il it y .   T h e   p a ss iv e   d a m p e wa d e si g n e d ,   si m u late d   w it h   M AT LAB/S im u li n k   a n d   v e ri f ied   e x p e ri m e n tall y   w it h   d iffere n v a lu e o f   CP L   p o w e le v e l a n d   in p u t   v o lt a g e   c h a n g e s.  T h e   o b tain e d   si m u latio n   re su lt sh o w   th a sim p le  D C   s y ste m   w it h   c o n sta n p o w e lo a d   w a su c c e ss f u ll y   sta b il ize d   b y   th e   in sta ll a ti o n   o f   th e   p a ss iv e   d a m p in g   n e tw o rk .   T h e   e x p e ri m e n tal  s e u p   w a s   a lso   c o n d u c te d   to   v a li d a te o f   th e   p ro p o se d   tec h n i q u e ,   a n d   th e   o b tai n e d   re su lt w e r e   in   e x c e ll e n a g re e m e n w it h   th e   th e o re ti c a p a rts  o f   th e   p ro jec t   K ey w o r d :   C o n s tan t p o w er   lo ad   Neg ati v in cr e m e n tal  r esi s tan ce   P ass iv d a m p i n g   Co p y rig h ©   2 0 1 8   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 rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Aw a n g   B in   J u s o h   Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,     Un i v er s iti T ek n o lo g i M ala y s ia ,   8 1 3 1 0   J o h o r   B ah r u ,   Ma lay s ia .   E m ail:  a w a n g @ f k e. u t m . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     Dis tr ib u ted   p o w er   s y s te m   ( DP S)  u s es  d ir ec cu r r en ( DC )   b u s   b ar   to   d is tr ib u te  p o w er   a m o n g   p r o ce s s in g   u n it s   s u c h   a s   p o wer   elec tr o n ics  co n v er ter   o r   D C /D C   co n v er ter s   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   DP m o s tl y   ap p lied   in   m aj o r   in d u s tr y   ar o u n d   th wo r ld   s u ch   as  i n   air cr af t,  in d u s tr ial  s y s te m s ,   co m m u n icat io n   s y s te m s   a n d   m a n y   m o r [ 3 ] .   DP is   m atu r t ec h n o lo g y   a s   a n   alter n ati v m et h o d   to   d eliv er   p o w er   to   t h e n d   u s er   [ 4 ] . T h e   ad v an ta g es  ar d u to   its   w ei g h t,  v o lta g r eg u la tio n ,   s ize  an d   th f lex ib il it y   o f   t h s y s te m   [ 3 ] ,   [ 5 ] .   I n   DP S,  th m ai n   s u p p l y   w ill  b co n n ec ted   to   th s o u r ce   v o lta g t h at  u s e d   to   m o d u late  t h o u tp u v o lta g in s tead   o f   b ein g   s u p p lied   d ir ec tl y   to   th lo ad .   T h o u tp u v o ltag e s   ar d esira b le  to   b u s ed   an d   m ee t h lo ad   r eq u ir em e n a f ter   th r eg u lato r y   p r o ce s s   w as   d o n e.   Ho w ev er ,   DP h as   s o m e   d is ad v a n tag e s ,   esp ec iall y   i n   s ta b ilit y   i s s u es,  w h er e   th in ter ac tio n s   b et w ee n   co n v er ter s   m a k t h s y s te m   b ec o m u n s tab le.   A p ar f r o m   th a t,  it  also   ca u s es  u n e v e n   p o w er   d is tr ib u tio n   b et w ee n   p ar allel  co n n ec ted   co n v er ter s   in   th s y s te m .     1 . 1 .   T he  Ca us e s   o f   Dis t ributio n S y s t e m   I ns t a bil it y   T h er ar s ev er al  w ea k n e s s e s   in   t h DP S.  On o f   th e m   i s   th i n ter ac tio n   b et w ee n   t h in d iv id u al  co n v er ter s   w h ic h   lead s   to   t h e   in s tab ilit y   o f   t h s y s te m .   T h u n b alan ce   p o w er   d is tr ib u tio n   a m o n g s t   p ar allel  co n v er ter s   also   led   to   an   u n eq u al  d is tr ib u tio n   o f   th o u tp u cu r r en t.  C o n s eq u e n tl y ,   it  w i ll  ca u s an   o u tr a g eo u s   ten s e n es s   o n   s o m m o d u le s   a n d   w ill  i n cr ea s t h f ail u r [ 6 ] .   T h in s tab ilit y   o f   t h DP co n tr ib u ted   b y   t h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P a s s ive  Da mp er N et w o r in   a   S imp le  DC   Dis t r ib u tio n   P o w er S ystem  ( A w a n g   B in   Ju s o h )   545   in ter ac tio n   b et w ee n   th e   i n ter co n n ec ted   s u b - s y s te m s   [ 7 ] .   T h er is   n o   g u ar an tee   t h at  t h s t ab ilit y   o f   o n e   s ta n d - alo n s y s te m   ca n   b m ai n tai n e d   w h en   t w o   s tab le  s u b - s y s te m s   ar co m b i n ed   to g et h er .   E v e n   th o u g h   t h s y s te m   m i g h b w ell - d esi g n ed   f o r   th s tan d - a lo n o p er atio n ,   th er e   is   p o s s ib ilit y   t h at  t h er w il b an   in ter ac tio n   w h e n   th s u b - s y s te m   is   i n te g r ated   to g eth er   [ 7 ] .     T h is   r ea ctio n   o cc u r s   d u to   in ter n al  co n tr o f u n c tio n s   o f   ea c h   i n d iv id u al  co n v er ter ,   f o r   in s tan ce ,   t h e   r eg u lat io n   o f   th co n v er ter   o u tp u v o lta g [ 6 ] .   T h u s ,   it  ca u s es  th co n v er ter   to   d r a w   c o n s t an p o w er   a n d   w ill   h av n e g ati v in cr e m en tal  i n p u r esis ta n ce   w it h i n   t h b an d w id th   o f   th co n v er ter   co n tr o lo o p   [ 6 ] .   T h n eg at iv in cr e m en tal  i n p u r es is tan ce   is   t h m ai n   ch ar ac ter i s tic  o f   t h co n s tan t   p o w er   lo ad .   T h ch ar ac ter is tic   d em o n s tr ate s   t h at  t h i n ter n al   co n tr o ller   in   t h co n v er ter   w i ll  d r a w   m o r cu r r en t   to   m ee t   th co n s tan p o w er   d em a n d ed   b y   th lo ad   if   t h s o u r ce   v o lta g s h o w s   s o m d ec r e m en t [ 7 ] .     1 . 2 .   Co ns t a nt  P o w er   L o a ( CP L )   T h co n s tan p o w er   lo ad   is   a   lo ad   w h ich   co n s u m es  f i x ed   a m o u n o f   p o w er   r eg ar d les s   t h v o lta g e   th e y   r ec ei v ed   [ 8 ] .   T h p r im ar y   c h ar ac ter is t ic  o f   th co n s ta n p o w er   lo ad   is   th n e g ati v e   in cr e m e n tal  i n p u t   r esis ta n ce   [ 3 ] ,   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   T h is   m ea n s   th at   it   h a s   a   h y p er b o lic  ch ar ac ter is t ic  o f   t h v o lta g ag ain s t   cu r r en [ 6 ] .   C P L   c a n   b m o d eled   as  d ep en d en c u r r en s o u r ce ,   t h at  i s   i =v /p ,   w h er v   r ep r esen t s   t h i n p u v o lta g an d   P   r ep r esen ts   th o u tp u p o w er   [ 7 ] .   DC /AC   in v er ter   an d   DC / DC   co n v er ter   ar th ex a m p l es  o f   th C P L .   T h e y   b eh av ed   s u ch   t h at  t h s o u r ce   c o n v er ter   s ee s   t h lo a d   as a   co n s tan t p o w er   lo ad   [ 1 1 ] .   T h s tab ilit y   o f   th b u s   s y s te m   w ill  b af f ec ted   b y   th co n v er ter   w h ic h   ac ts   as  co n s tan p o w er   lo ad   an d   p r o d u ce s   n eg a tiv e   i n cr e m en tal  i n p u t   r esi s tan ce   ch ar ac ter is tic  [ 1 2 ] .   T h n eg at iv e   in cr e m e n tal   in p u t   r esis ta n ce   ch ar ac t er is tic  lead s   th i n ter n al  co n tr o f u n c tio n   o f   t h co n v er ter   to   d r a w   co n s t an p o w er   r eq u ir ed   b y   t h lo ad   ir r esp ec tiv to   an y   i n ter f er en ce   i n   th s o u r ce   v o ltag [ 1 3 ] .   T h m o r th C P L   co n n ec ted ,   th e   w o r s t h in s tab ilit y   w ill  ta k p lace   [ 7 ] .   Fig u r 1   s h o w s   t h eq u i v alen cir cu it  o f   s i m p le  s y s te m   w it h   co n s ta n p o w er   lo ad   r ep r esen tin g   b y   R L .   T h in p u f ilter   o f   t h C P L   i s   i n d icate d   b y   t h L C   f ilter   w h ile  t h e   m ai n   ch ar ac ter is t ic  o f   t h C P L   is   in d icate d   b y   R L . V 0   is   t h DC   b u s   v o lta g e.           Fig u r 1 .   S m all - s ig n al  s c h e m a tic  d iag r a m   o f   C P L   eq u i v ale n t c ir cu i t       1 . 3 .   Neg a t iv I ncre m ent a l I np ut  Resis t a nce  Cha ra ct er is t ic   Neg ati v lo ad   i m p ed an ce   o r   n e g ati v i n cr e m en ta i n p u t   r esis ta n ce   is   th e   m ain   c h a r ac ter is tics   ass o ciate d   in   p o w er   elec tr o n i d ev ices  s u c h   as  D C /D C   co n v er ter .   Sin ce   ea ch   co n v er ter   h as  its   o w n   i n ter n al   co n tr o f u n ctio n ,   it  d r a w s   m o r cu r r en w h en   s o u r ce   v o ltag f alls .   T h is   ca u s e s   t h co n v e r ter   to   b eh av s u c h   th at  it  atte m p ts   to   m ai n tai n   th co n s ta n p o w er ,   w h ic h   i n   tu r n   p r o d u ce d   n eg ati v i m p e d an ce   ch ar ac ter is ti c   [ 1 2 ] .   T h n eg ati v lo ad   im p ed an ce   ch ar ac ter is tic  o f   C P L   w as  d ep icted   in   Fig u r 2   w h er it  ex h ib it s   a   h y p er b o lic  s h ap g r ap h .   B ase d   o n   th g r ap h   b eh a v io r ,   it  ca n   b s ee n   t h at  as  t h v o ltag e   ac r o s s   C P L   i n cr ea s e s ,   th c u r r en t h at  f lo w s   t h r o u g h   it  d ec r ea s es.  I n   co n tr ast,  d ec r ea s in   th e   o u tp u v o ltag ca u s es  i n cr ea s i n   t h e   o u tp u t c u r r e n t.            Fig u r 2 .   Neg ati v i m p ed an ce   b eh av io r   o f   co n s ta n t p o w er   lo ad   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.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   5 4 4     5 5 5   546   2.   P ASSI V E   DAM P I NG   N E T WO RK   T h i m p le m e n tatio n   o f   d a m p er   n et w o r k   ca n   h elp   to   in cr ea s th s tab ilit y   o f   t h D C   b u s   b ar   v o ltag e.   I n   [ 8 ] ,   [ 1 4 ]   d am p er   n et w o r k   is   d i v id ed   in to   t w o   t y p es  w h ich   ar ac ti v d a m p i n g   n et w o r k   an d   p ass iv e   d am p i n g   n et w o r k .   T h p as s i v d a m p er   n et w o r k   is   b ein g   e m p lo y ed   i n   th i s   p ap er .   P ass i v d a m p i n g   i s   g en er all y   n et w o r k   t h at  d r a w s   o r   r etu r n s   cu r r en to   th DC   b u s   in   o r d er   to   d am p   an y   i n s ta b ilit y   [ 1 5 ] .   P ass iv d am p i n g   is   also   w id el y   u s ed   to   m i n i m ize  L C   f il ter   i m p ed an ce   p ea k in g   o r   d ip p in g   [ 1 6 ] .   T h p ass iv d a m p in g   n et w o r k   ca n   b ac h iev ed   b y   ad d in g   r es is to r s   in   s er ies  o r   i n   p ar allel   co n f i g u r atio n   w i th   in d u cto r   o r   ca p ac ito r   co n n ec ted   to   t h L C   f ilter   [ 8 ] .   T h in s tab ili t y   o f   th ar r an g e m en t   ca n   b m i n i m ized   b y   ap p l y i n g   eith er   o n o f   th th r ee   t y p es o f   t y p ical  p ass iv d a m p in g   [ 8 ] .     2 . 1 .   Ana ly s is   E qu a t io ns   A   s i m p le  s y s te m   co m p r is es  o f   s in g le  s o u r ce   an d   s i n g le  lo ad   co n n ec ted   to   an   i n t er f ac w a s   an al y s ed   i n   o r d er   to   co m p r eh en d   an d   i llu s tr ate  t h co n ce p o f   D C   b u s   s tab ilit y .   Fi g u r 3   s h o w s   th e   s i m p le   s y s te m   o f   i m p ed a n ce   b ased   s t ab ilit y   s ta n d ar d   cir cu it  [ 7 ] .   T h eq u i v alen v o ltag e   o f   th e   s o u r ce ,   i m p ed a n ce   o f   th s o u r ce ,   th v o lta g o f   t h e   lo ad   an d   th im p ed an ce   o f   t h lo ad   w er r ep r esen ted   b y   s L   a n d   L r esp ec tiv el y .   T h i n ter f ac b u s   v o ltag i s   g i v e n   as E q u atio n   ( 1 ) .           Fig u r 3 .   I m p ed an ce   b ased   s ta b ilit y   s ta n d ar d   cir cu it                                                                                                                                                                           ( 1 )       B ased   o n   th eq u atio n ,   th n u m er ato r   an d   d en o m in ato r   o f   th s o u r ce   ar in d icate d   as  NS  an d   DS,   r esp ec tiv el y   w h ile  th n u m er a to r   an d   d en o m in ato r   o f   t h lo ad   ar e   r ep r esen ted   b y   N L   a n d   DL   [ 7 ] .   Fo r   lo a d   to   h a v s tab le  o p er atio n   w h en   it   is   g iv e n   w i th   id ea v o lta g s o u r ce ,   an   ea r lier   as s u m p ti o n   n ee d s   to   b m et.   A p ar f r o m   t h at,   t h lo ad   als o   m u s b co n s ta n c u r r en s o u r ce   i n   o r d er   f o r   th s o u r c to   b o p er ated   in   s tab le  co n d itio n   [ 7 ] .   B y   r ef er r in g   to   t h d en o m i n ato r   o f   t h e   eq u atio n ,   th e   s y s te m s   ar g o i n g   to   b s tab led   i f   NL   a n d   DS  co n tain   n o   r o o ts   i n   t h r ig h h al f   p lan e.   I f   th e   m ag n it u d o f   Z is   al w a y s   les s   th a n   t h Z L ,   th er e   w il l b n o   en cir cle m en t o f   ( - 1 ,   0 )   p o in t o f   th N y q u is t p lo t [ 8 ] .       3.   DE S I G O F   P ASSI V E   DA M P I NG   W h en   ca p ac ito r   2 1 ,   it  is   ass u m ed   t h at  t h v al u o f   t h e   i m p ed an ce   o f   2   w ill  b v er y   s m all  a t   h ig h er   f r eq u en cie s   [ 7 ] .   T h er ef o r e,   th to tal  r esis ta n ce s   t h at  w er co n n ec ted   to   th o u tp u o f   th f ilter   w il b co r r esp o n d ed   b y   t h p ar allel  co m b i n atio n   o f   R   a n d   −R L ,   h av in g   th v al u R e f f                                         [ 6 ] .   B ased   o n   t h e   o b s e r v atio n   o f   t h i s   r elatio n s h i p ,   w h e n   | | < | | ,   th L - C   f ilte r   w ill  h a v n e n e g ati v d am p in g   w h ic h   ca u s e s   th f ilter   to   o s cillate  [ 6 ] .   T h u s ,   to   s ec u r s y s te m   s tab ili t y ,   th m a g n i tu d o f   t h d a m p in g   r esi s to r ,   R ,   m u s b lo wer   th an   t h e   m ag n it u d o f   t h lo ad   i m p ed an ce   as   d is co v er ed   b y   Mid d leb r o o k   in   h is   i m p ed an ce   s tab ilit y   cr iter io n   [ 1 7 ] .   Fig u r 4   s h o w s   t h eq u i v ale n cir cu it   i n v o l v i n g   L C   f i lter ,   R C   d a m p i n g   n et w o r k   a n d   C P L   [ 1 8 ] .   R C   d a m p er   w a s   in s talled   i n   b et w ee n   t h f i lter   n et w o r k   a n d   C P L   f o r   th p u r p o s t o   d am p   th b u s   i n s ta b ilit y   w h ic h   o cc u r s   b et w ee n   th i n p u L C   f ilter   an d   C P L .   I n   o r d er   to   d eter m in e   t h r ela tio n s h ip   b et w ee n   t h d a m p er   an d   t h s y s te m   s tab il it y   ac cu r atel y ,   t h e   an al y s is   o f   t h s y s te m   ca n   b s h o w n   i n   E q u atio n   ( 2 )   an d   E q u atio n   ( 3 )   b y   ta k i n g   t h i n p u t - o u tp u v o ltag e   tr an s f er   f u n c tio n   i n to   co n s id er atio 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       P a s s ive  Da mp er N et w o r in   a   S imp le  DC   Dis t r ib u tio n   P o w er S ystem  ( A w a n g   B in   Ju s o h )   547       Fig u r 4 .   L - C   f ilter   w it h   p ass i v d a m p in g   n et w o r k   a n d   C P L           (   )     (   )                                         (                                             )     (                              )     (              )             ( 2 )         (   )                                                     (       (           )            )     (               )                     ( 3 )     A r r an g i n g   th d en o m i n ato r   in   eq u atio n   i n   ( 3 ) ,   g iv es E q u at io n   ( 4 )                       (                       )                                                                        ( 4 )     E q u atio n   ( 4 )   ca n   b f ac to r ized   as sh o w n   in   E q u a tio n   ( 5 )         (   )     (   )   [               (           )       (           ) ] *                   +   [                         ]                             ( 5 )       T o   g et  th s u i tab le  v al u f o r   th d a m p i n g   r e s is to r   R   a n d   ca p ac ito r   C 2   f o r   m ai n tai n i n g   th s tab il it y   i n   t h e   s y s te m ,   it  ca n   b ca lcu lated   b a s ed   o n   th E q u atio n   ( 6 )     (             ) (           *                 +             )                 ( 6 )     E x p an s io n   o f   E q u atio n   ( 6 )   y ie ld s   E q u atio n   ( 7 )             (                 (         )               )   (                                              )     (               )                 ( 7 )     B y   m u l tip l y i n g   b o th   E q u atio n s   i n   ( 6 )   a n d   ( 7 ) ,   an d   b y   co m p ar in g   t h c h ar ac ter is tic   b et w e en   E q u a tio n   ( 7 )   an d   ( 3 ) ,   w n o ticed   t h at  t h er is   a n   ex tr ter m               h as   ap p ea r ed .   Sin ce   t h ap p r o x i m ate  co n d itio n   f o r   th s m all - s ig n al  s tab ilit y   is   > ,   th e n   f o r   eq u atio n   ( 7 )   to   b v a lid   r eq u ir es  2                 an d   th i s   r esu lti n g   i n     E q u atio n   ( 8 )                                       ( 8 )     T o   ch o o s th v alu f o r   R ,   2   m u s b c h o s en   f ir s f r o m   t h E q u atio n   ( 8 )   in   o r d er   to   e n s u r th e f f ec ti v e   r esis ta n ce   in   t h q u ad r atic  p o r tio n   o f   E q u atio n   ( 6 )   p r o v id es  th s ati s f ac to r y   d a m p in g   o f   t h co m p le x   p o les  as   in   E q u atio n   ( 9 )                                                               ( 9 )       Da m p in g   c ap ac ito r   ar o b tain ed   f r o m   t h E q u at io n   ( 1 0 )     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.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   5 4 4     5 5 5   548                                 ( 1 0 )       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   Fig u r 5   s h o w s   th e   s i m u lati o n   m o d el  f o r   D C   s y s te m   w i th   t h i n s er tio n   o f   R C   p ar allel  p ass i v e   d am p i n g .   B ased   o n   th ca lc u latio n   t h eo r y ,   t h L C   f ilter   u s ed   ar 1 0 0   m an d   1 0 0 0   μ r esp ec tiv el y .   Fu r t h er m o r e,   th p as s i v d a m p in g   n et w o r k   i m p le m e n ted   c o n s is ts   o f   s er ies  R   a n d   C 2 ,   wh ich   ar 6 . 2     an d   3 0 0 0   μ r esp ec tiv el y .   T h ese  v alu e s   w er s elec ted   b ased   o n   9 0   W   C P L   p o w er   le v el  as  g i v en   i n   E q u atio n   ( 9 )   an d   ( 1 0 ) .   So f t w ar s i m u latio n   w as   u s ed   to   v er i f y   a n d   p r ed ict  t h b e h a v io r   o f   th e   s y s te m   b ef o r p r o ce ed in g   to   h ar d w ar i m p le m e n tat io n s .   T h u s o f   cir cu it  s i m u latio n   o n   t h d esig n   ca n   m i n i m ize  th n u m b er   o f   p r o to ty p es  r eq u ir ed   an d   eli m i n ate  m an y   r ep etiti v v er i f icat i o n   p r o ce d u r es.  Af ter   v er i f icati o n   in   s i m u lat io n   i s   p er f o r m ed ,   i m p le m en tatio n   o n   t h h ar d w ar ca n   b p r o ce ed ed   to   v er if y   t h at  t h s y s te m   ca n   b b u il i n   r ea l   i m p le m en ta tio n .   T h h ar d w ar cir cu it  w a s   b u il d   as d ep icted   in   Fig u r 6 .   T h er ar f o u r   s ec tio n a l p ar ts   in   t h d esig n ed   cir cu it  w h ich   ar in p u v o lta g e,   L C   f ilter ,   p ass i v d a m p in g   n et w o r k   a n d   co n s ta n p o w er   l o ad .   T h cir cu it  w as   d esig n ed   s u ch   th a it  co m es   w it h   s w itc h es   f o r   s tep   in p u v o ltag f u n ctio n   a n d   to   co n n ec p ass i v d a m p er   i n   th D C   s y s te m .   I n   a d d itio n ,   h o le  w a s   u s ed   f o r   j u m p er   w ir co n n ec tio n   to   m ea s u r co r r esp o n d in g   v o lta g a n d   cu r r en i n   t h s y s te m .   T h ex p er i m en tal  w o r k   w a s   co n d u cte d   u s i n g   lab o r ato r y   eq u ip m en I T 8 5 1 4 C   I T E C as  DC   lo ad   b an k   w h er th le v el  o f   C P L   p o w er   w a s   s et  ac co r d in g l y .             Fig u r 5 .   DC   s y s te m   m o d el  w i th   R C   p ar allel  p ass i v d a m p i n g     Fig u r 6 .   Har d w ar cir cu it i m p le m en ta tio n         4 . 1 .   DC  B us   Vo lt a g es  Duri ng   t h I ns er t io o f   CP L   w it F ix ed  DC  S up ply   w it ho ut  a nd   w it P a s s iv e   D a m per   T h an al y s i s   o n   s y s te m   p er f o r m an ce s   w it h   p ass i v d a m p er   w as  ca r r ied   o u b ased   o n   v o ltag an d   cu r r en o v er s h o o ts ,   s ett lin g   t i m a n d   s tead y   s tate  er r o r   r esp o n s es.  T ab le  1   s u m m ar iz es  t h co m p ar is o n   b et w ee n   s i m u latio n   a n d   ex p er i m en f o r   o v er s h o o ts ,   s et tli n g   ti m a n d   s tead y   s tate  er r o r   w ith o u p ass i v e   d am p er   co n n ec tio n .   T h p lo ts   in   Fi g u r e   7 ,   Fig u r 8   a n d   Fig u r 9   f o r   th r ee   C P L   p o w er   le v e ls   w h ich   ar 9 0   W ,   6 0   W   an d   3 0   W   r esp ec tiv el y ,   s h o w s   t h at  w h en   co n s ta n p o w er   lo ad   ap p lied   to   th s y s te m ,   th v o ltag a n d   cu r r en o s cillate s   an d   it  is   s et tled   at  to   s tead y   s tate  v al u e .   W h en   th co n s tan p o w er   lo ad   lev el  d ec r ea s es  s lig h tl y ,   th b u s   v o lta g o s cil altes  an d   tak e s   litt le  ti m to   r ea ch   its   n e w   s tead y   s tate  v a lu e.   On   to p   o f   th at,   w h e n   th C P L   p o w er   le v el  in c r ea s es,  th p er ce n ta g o f   o v er s h o o t a n d   s tead y   s ta te  er r o r   h as a ls o   in cr ea s ed .   Fo r   th 9 0   W   C P L   p o w er   le v el,   t h b u s   v o ltag e   b et w ee n   s i m u latio n   a n d   e x p er i m e n c o n tin u t o   o s cillate  f o r   al m o s 7 0 0   m s   wh ich   i s   also   q u ite  lo n g er   w h e n   co m p ar ed   w it h   p r ev io u s   6 0   W   an d   3 0   W   C P L   lev el.   T h d i f f er e n ce   i n   t h o s cillatio n   b et w ee n   th e s p o w er   lev els   is   n o m u c h   s i n ce   th er is   o n l y   3 0   W   C P L   lev el  b et w ee n   t h e m   b u t it  w i ll  in cr ea s as t h d if f er en ce   i n cr ea s es.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P a s s ive  Da mp er N et w o r in   a   S imp le  DC   Dis t r ib u tio n   P o w er S ystem  ( A w a n g   B in   Ju s o h )   549         ( a)     ( b )     Fig u r 7 .   P lo t o f   b u s   v o ltag a n d   cu r r en w it h   C P L 9 0   W   w ith   C P L   co n n ec tio n   w it h o u t p ass i v d a m p er   ( a)   s i m u latio n   ( b )   ex p er i m e n t             ( a)       ( b )     Fig u r 8 .   P lo t o f   b u s   v o ltag a n d   cu r r en w it h   C P L 6 0   W   w ith   C P L   co n n ec tio n   w it h o u t p ass i v d a m p er ; ( a)   s i m u lat io n   ( b )   ex p er i m en t             ( a)               ( b )     Fig u r 9 .   P lo t o f   b u s   v o ltag a n d   cu r r en w it h   C P L 3 0   W   w ith   C P L   co n n ec tio n   w it h o u t p ass i v d a m p er   ( a)   s i m u latio n   ( b )   ex p er i m e n t   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.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   5 4 4     5 5 5   550   T ab le  1 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   s i m u lat io n   an d   e x p er i m e n t in   o v er s h o o t p er ce n tag e,   s e ttli n g   ti m a n d   s tead y   s tate  er r o r   d u r in g   C P L   tr an s ie n ce   w it h o u t p as s iv d a m p er   C P L   P o w e r   ( W a t t )     90   60   30   O v e r sh o o t   ( %)   S i mu l a t i o n   2 8 . 0 0   9 . 0 9   3 . 4 4   Ex p e r i me n t   1 6 . 0 7   2 0 . 6 8   1 3 . 3 3   S e t t l i n g   T i me   ( s)   S i mu l a t i o n   0 . 8 0   0 . 5 0   0 . 3 0   Ex p e r i me n t   0 . 6 0   0 . 6 0   0 . 4 0   S t e a d y   st a t e   e r r o r   ( %)   S i mu l a t i o n     1 6 . 6 7   8 . 3 3   3 . 3 3   Ex p e r i me n t     6 . 6 7   3 . 3 3   1 . 6 7       T h w a v ef o r m s   o f   s i m u lat io n   a n d   ex p er i m en t   i n   Fi g u r e   1 0 ,   Fig u r 1 1   a n d   Fi g u r 1 2   s h o w   th e   ef f ec tiv e n e s s   o f   p as s i v d a m p in g   n et w o r k   in   r ed u ci n g   th b u s   o s cil latio n   a n d   m a k es  t h s y s te m   m o r s tab le.   T h r ee   p o w er   le v el s   o f   co n s ta n p o w er   lo ad   ar ap p lied ,   wh ich   ar 9 0   W ,   6 0   W   an d   3 0   W   w i th   an   in p u v o ltag s u p p l y   f ix ed   at  6 0   V.   T h co m p ar is o n   o f   D C   b u s   v o ltag e     w av e f o r m   w it h   r esp ec to   Fig u r e   7,     Fig u r e   8   an d   Fig u r 9   s h o w n   th at  th s y s te m   is   m u ch   m o r s tab le  an d   th o s cill atio n   h as  b ee n   eli m i n ated   s u cc e s f u ll y .   T h s i m u lat io n   r esu lt s   s h o w s   les s   o v er s h o o t   w h e n   co m p ar ed   to   t h e x p er im e n tal   r es u lts .   Ho w e v er ,   th er is   s tead y   s tate   er r o r   w h ic h   th b u s   v o ltag e s   ar tr em e n d o u s l y   d r o p p ed   f r o m   t h ac tu al  v al u o f   s tead y   s tate  i f   th C P L   le v e is   in cr ea s ed .   T h is   is   d u to   n o is p r o d u ce d   b y   th b o tto m   tr ac k   o f   P C B   co p p er   b o ar d   o r   th j u m p er   w ir es  u s ed   in   th e x p er i m e n t.  T ab le  2   p r esen ts   t h an a l y s is   o n   co m p ar i s o n   b et w ee n   s i m u lat io n   an d   e x p er i m e n t in o v er s h o o t,  s ettlin g   ti m a n d   s te ad y   s t ate  er r o r   w it h   p r esen ce   o f   p ass i v d a m p er .             ( a)       ( b )     Fig u r 1 0 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 9 0   W   w it h   C P L   co n n ec tio n   w i th   p as s iv d a m p er   ( a)   s i m u latio n   ( b )   ex p er i m e n t           ( a)            ( b )     Fig u r 1 1 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 6 0   W   w it h   C P L   co n n ec tio n   w i th   p as s iv d a m p er   ( a)   s i m u latio n   ( b )   ex p er i m e n 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       P a s s ive  Da mp er N et w o r in   a   S imp le  DC   Dis t r ib u tio n   P o w er S ystem  ( A w a n g   B in   Ju s o h )   551         ( a)            ( b )     Fig u r 1 2 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 3 0   W   w it h   C P L   co n n ec tio n   w i th   p as s iv d a m p er   ( a)   s i m u latio n   ( b )   ex p er i m e n t       T ab le  2 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   s i m u lat io n   an d   e x p er i m e n t in   o v er s h o o t p er ce n tag e,   s e ttli n g   ti m a n d   s tead y   s tate  er r o r   d u r in g   C P L   tr an s ie n ce   w it h   p ass i v d a m p er   C P L   P o w e r   ( W a t t )     90   60   30   O v e r sh o o t   ( %)   S i mu l a t i o n   1 . 7 5   1 . 7 2   0 . 8 0   Ex p e r i me n t   3 . 5 7   1 . 7 2   1 . 6 9   S e t t l i n g   T i me   ( s)   S i mu l a t i o n   0 . 2 0   0 . 1 5   0 . 1 0   Ex p e r i me n t   0 . 2 5   0 . 2 0   0 . 2 0   S t e a d y   st a t e   e r r o r   ( %)   S i mu l a t i o n     5 . 0 0   3 . 3 3   1 . 6 7   Ex p e r i me n t     6 . 6 7   3 . 3 3   1 . 6 9       4 . 2 .   DC  B us   Vo lt a g e s   du ring   P o s it iv a nd   Neg a t iv I np ut  Vo lt a g Cha ng es  w it ho ut  a nd   w it P a s s iv e   Da m per  a nd   F ix e d CP L   L ev el   DC   i n p u v o lta g o f   ± 1 0   was  u s ed   as  s tep   u p   an d   d o w n   to   r ep r esen p o s itiv a n d   n eg a tiv i n p u t   v o ltag c h an g es  r esp ec ti v el y .   T h w a v e f o r m s   o f   s i m u latio n   an d   ex p er i m en o f   th b u s   v o ltag es  an d   cu r r e n t   w it h o u th co n n ec tio n   o f   p a s s iv d a m p er   ca n   b s ee n   i n   Fi g u r e   1 3 ,   Fig u r 1 4   a n d   F ig u r e   1 5 .   I ex p er ien ce s   o s cillatio n   a n d   r in g i n g   f o r   p o s itiv tr a n s ie n ce   a n d   s ettled   at  7 0   w h ile  f o r   n e g ati v e   tr an s ie n ce   t h b u s   v o ltag e   d r o p s   an d   o s cil lates  b ef o r it  s ettled   at   6 0   w it h   C P L   p o w er   le v el  o f   9 0   W ,   6 0   W   an d   3 0   W .   T h an al y s is   f o r   t h c h an g e s   i n   v o ltag a n d   cu r r en t   f o r   b o th   p o s itiv a n d   n e g ati v s tep s   w a s   s u m m ar ized   i n     T ab le  3   an d   T ab le  4 .             ( a)       ( b )     Fig u r 1 3 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 9 0   W   d u r in g   in p u t v o lta g tr an s ie n c w it h o u t p as s i v d am p er ; ( a)   s i m u la tio n   ( b )   ex p er i m en t     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.  8 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 1 8   :   5 4 4     5 5 5   552         ( a)               ( b )     Fig u r 1 4 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 6 0   W   d u r in g   in p u t v o lta g tr an s ie n c w it h o u t p as s i v d am p er ; ( a)   s i m u la tio n   ( b )   ex p er i m en t             ( a)            ( b )     Fig u r 1 5 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 3 0   W   d u r in g   in p u t v o lta g tr an s ie n c w it h o u t p as s i v d am p er ; ( a)   s i m u la tio n   ( b )   ex p er i m en t         T ab le  3 .   C o m p ar is o n   o f   C P L   p o w er   lev el  b et w ee n   s i m u latio n   an d   ex p er i m en t in   o v er s h o o t   p er ce n tag e,   s ettli n g   t i m a n d   s tead y   s tate  e r r o r   f o r   v o ltag s tep   u p   w ith o u t   p ass iv d a m p er   C P L   P o w e r   ( W a t t )     90   60   30   O v e r sh o o t   ( %)   S i mu l a t i o n   1 2 . 5 0   1 0 . 7 6   7 . 3 5   Ex p e r i me n t   9 . 0 9   8 . 8 2   8 . 5 7   S e t t l i n g   T i me   ( s)   S i mu l a t i o n   0 . 4 0   0 . 3 0   0 . 3 0   Ex p e r i me n t   0 . 5 0   0 . 4 0   0 . 4 0   S t e a d y   st a t e   e r r o r   ( %)   S i mu l a t i o n     8 . 5 7   7 . 1 4   2 . 8 5   Ex p e r i me n t     5 . 7 2   1 . 4 7   0 . 0 0       T ab le  4 .   C o m p ar is o n   o f   C P L   p o w er   lev el  b et w ee n   s i m u latio n   an d   ex p er i m en t in   o v er s h o o t   p er ce n tag e,   s ettli n g   t i m a n d   s tead y   s tate  e r r o r   f o r   v o ltag s tep   d o w n   w i t h o u t p as s iv d a m p er   P o w e r   ( W a t t )     90   60   30   O v e r sh o o t   ( %)   S i mu l a t i o n   1 4 . 0 0   1 2 . 7 2   8 . 6 2   Ex p e r i me n t   7 . 1 4   1 0 . 3 4   3 . 3 3   S e t t l i n g   T i me   ( s)   S i mu l a t i o n   0 . 8 0   0 . 4 0   0 . 3 0   Ex p e r i me n t   0 . 5 0   0 . 4 0   0 . 4 0   S t e a d y   st a t e   e r r o r   ( %)   S i mu l a t i o n     1 6 . 6 7   8 . 3 3   3 . 3 3   Ex p e r i me n t     6 . 6 7   3 . 3 3   0 . 0 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       P a s s ive  Da mp er N et w o r in   a   S imp le  DC   Dis t r ib u tio n   P o w er S ystem  ( A w a n g   B in   Ju s o h )   553   I n   th p o s itiv v o ltag tr an s ie n ce ,   th b u s   v o lta g an d   cu r r en h as   o v er s h o o to   m a x i m u m   v al u an d   th en   o s ci llate  b ef o r th e y   g r ad u all y   r ed u ce   to   s tead y   s tat v alu e.   Ho w ev er ,   th b u s   v o l tag an d   cu r r en i n   th n eg a tiv e   tr an s ien ce   d r o p   an d   th e n   o s c illate  b e f o r th e y   g o   to   s tead y   s ta te  v a lu e   d u t o   th i n d u cti v k ic k   w h e n   cu r r e n d ec r ea s e.   Ot h er   th a n   t h at,   t h er ar m o r s te ad y   s tate   er r o r   o r   b u s   v o lta g e   d r o p   w h e n   h i g h er   v alu o f   C P L   le v el  is   ap p lied   to   b o th   tr an s ie n ce .   T h w a v ef o r m s   s ati s f y   t h ex p er i m e n t al  r esu lt s   s i n ce   t h o s cillatio n   i n cr ea s e s   as  th C P L   le v el  i n cr ea s e s   b u t h d if f er e n ce   b et w ee n   th e x p er i m e n tal  r es u lt s   an d   s i m u lat io n   r es u lts   i s   th t i m t ak en   f o r   th s y s te m   to   b ec o m e   s tab le  an d   r ea ch   s tead y   s tate.   B ased   o n   p r ev io u s   r esear c h ,   w h e n   t h C P L   lev el   is   h ig h er ,   th e   lev el   o f   b u s   o s cilla tio n   in cr ea s ed ,   th u s   th ti m ta k en   f o r   th s y s te m   to   r ea ch   s tead y   s tate  w il b lo n g er .   I is   clea r ly   s h o wn   th at  t h co n s ta n t   p o w er   lo ad   ca u s es  a n   o s c ill atio n   i n   t h s y s te m   b ec au s e   o f   it s   n e g ati v i n cr e m e n tal   in p u i m p ed an ce   ch ar ac ter is tic.   T h w a v e f o r m   p r o v ed   th at  t h s y s te m   w a s   n o s tab le  a n d   it   r eq u ir ed   co m p en s ato r   in   o r d er   to   r e m o v t h o s cillatio n   g e n er at ed   in   th s y s te m .   Fig u r 1 6 ,   Fig u r 1 7   an d   Fig u r 1 8   s h o w s   t h at  th w a v e f o r m   o f   s i m u latio n   an d   ex p er i m e n ts   b ec a m e   m o r e   s tab le  w h e n   t h p a s s i v e   d a m p er   n et w o r k   i s   co n n ec te d   to   th s y s te m .   T h ese   w av e f o r m s   s h o w s   t h D C   b u s   v o lta g es  b eh a v io r   f o r   th r ee   C P L   p o w er   lev els  o f   9 0   W ,   6 0   W   an d   3 0   W   r esp ec tiv el y .   T ab le   5   an d   T a b le  6   p r esen ts   t h r esp o n s es  co m p ar is o n   in   s i m u latio n   an d   ex p er i m e n f o r   p o s itiv a n d   n eg at iv tr a n s ie n ce   r esp e ctiv el y .             ( a)            ( b )     Fig u r 1 6 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 9 0   W   d u r in g   in p u t v o lta g tr an s ie n c w it h   p ass iv d am p er ; ( a)   s i m u la tio n   ( b )   ex p er i m en t             ( a)            ( b )     Fig u r 1 7 .   P lo o f   b u s   v o lta g an d   cu r r en w it h   C P L 6 0   W   d u r in g   in p u t v o lta g tr an s ie n c w it h   p ass iv d am p er ; ( a)   s i m u la tio n   ( b )   ex p er i m en t     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.