I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l . 1 ,   N o . 1 ,   S e p t e m b e r   2 0 1 1 ,   p p .   4 3 ~ 4 8   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8             4 3       R e c e i v e d   J u l   2 6 th ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   A u g   2 4 th ,   2 0 1 1 ;   A c c e p t e d   S e p   1 3 th ,   2 0 1 1   M o d e l l i n g   a n d   A n a l y s i s   o f   C u s t o m   P o w e r   D e v i c e s   f o r   I m p r o v e   P o w e r   Q u a l i t y       S . S u n d e e p 1 ,         D r .   G .   M a d h u s u d h a n a R a o 2   1 D e p t . o f . E E E ,   C M RCE T ,   A n d h r a   P r a d e s h ,   I N D I A   s . s u n d e e p 1 @ g m a i l . c o m   2 D e p t . o f . E E E ,   H I T S   A n d h r a   P r a d e s h ,   I N D I A   g u r r a l a m a d h u @ g m a i l . c o m       A b s t r a c t   T h i s   p a p e r   d e s c r i b e s   t h e   m o d e l   a n d   a n a l y z e s   c u s t o m   p o w e r   d e v i c e s   f o r   c o m p e n s a t i n g   v o l t a g e   s a g   a n d   s w e l l   c o n d i t i o n s   i n   t h r e e   p h a s e   s y s t e m s .   F a u l t s   o c c u r r i n g   i n   p o w e r   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m s   o r   f a c i l i t i e s   i n   p l a n t s   c a u s e   t h e   v o l t a g e   s a g   o r   s w e l l .   I f   a   f a u l t   o c c u r s ,   i t   c a n   d a m a g e   t h e   p o w e r   s y s t e m   o r   u s e r s   f a c i l i t y .   S e n s i t i v i t y   t o   v o l t a g e   s a g s   a n d   s w e l l s   v a r i e s   w i t h i n   d i f f e r e n t   a p p l i c a t i o n s .   F o r   s e n s i t i v e   l o a d s   ( P L C s ,   p a p e r   m i l l s   e t c . ) ,   e v e n   v o l t a g e   s a g s   o f   s h o r t   d u r a t i o n   c a n   c a u s e   s e r i o u s   p r o b l e m s   i n   t h e   e n t i r e   s y s t e m .   N o r m a l l y ,   a   v o l t a g e   i n t e r r u p t i o n   t r i g g e r s   a   p r o t e c t i o n   d e v i c e ,   w h i c h   c a u s e s   s h u t d o w n   o f   t h e   e n t i r e   s y s t e m .   I n   o r d e r   t o   m i t i g a t e   p o w e r   i n t e r r u p t i o n s ,   t h i s   p a p e r   p r o p o s e s   a   s c h e m e   f o r   v o l t a g e   s a g   s u p p o r t   b a s e d   o n   a   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t e d   a u t o t r a n s f o r m e r .   T h e   p r o p o s e d   s c h e m e   i s   a b l e   t o   q u i c k l y   r e c o g n i z e   t h e   v o l t a g e   s a g   o r   s w e l l   c o n d i t i o n ,   a n d   i t   c a n   c o r r e c t   t h e   v o l t a g e   b y   e i t h e r   b o o s t i n g   t h e   i n p u t   v o l t a g e   d u r i n g   v o l t a g e   s a g   e v e n t s   o r   r e d u c i n g   t h e   v o l t a g e   d u r i n g   s w e l l   e v e n t s .     K e y w o r d s :   D S T A T C O M ,   V o l t a g e   s a g ,   s w e l l ,   p o w e r   q u a l i t y ,   P S C A D ,   P W M .         1 .     I n t r o d u c t i o n   T h e   l a s t   d e c a d e   h a s   s e e n   a   m a r k e d   i n c r e a s e   o n   t h e   d e p l o y m e n t   o f   e n d - u s e r   e q u i p m e n t   t h a t   i s   h i g h l y   s e n s i t i v e   t o   p o o r   q u a l i t y   c o n t r o l   e l e c t r i c i t y   s u p p l y .   S e v e r a l   l a r g e   i n d u s t r i a l   u s e r s   a r e   r e p o r t e d   t o   h a v e   e x p e r i e n c e d   l a r g e   f i n a n c i a l   l o s s e s   a s   a   r e s u l t   o f   e v e n   m i n o r   l a p s e s   i n   t h e   q u a l i t y   o f   e l e c t r i c i t y   s u p p l y   [ 2 ] ,   [ 3 ] ,   [ 8 ] .   A   g r e a t   m a n y   e f f o r t s   h a v e   b e e n   m a d e   t o   r e m e d y   t h e   s i t u a t i o n ,   w h e r e   s o l u t i o n s   b a s e d   o n   t h e   u s e   o f   t h e   l a t e s t   p o w e r   e l e c t r o n i c   t e c h n o l o g y   f i g u r e   p r o m i n e n t l y .   I n d e e d ,   c u s t o m   p o w e r   t e c h n o l o g y ,   t h e   l o w - v o l t a g e   c o u n t e r p a r t   o f   t h e   m o r e   w i d e l y   k n o w n   f l e x i b l e   a c   t r a n s m i s s i o n   s y s t e m   ( F A C T S )   t e c h n o l o g y ,   a i m e d   a t   h i g h - v o l t a g e   p o w e r   t r a n s m i s s i o n   a p p l i c a t i o n s ,   h a s   e m e r g e d   a s   a   c r e d i b l e   s o l u t i o n   t o   s o l v e   m a n y   o f   t h e   p r o b l e m s   r e l a t i n g   t o   c o n t i n u i t y   o f   s u p p l y   a t   t h e   e n d - u s e r   l e v e l .   B o t h   t h e   F A C T S   a n d   c u s t o m   p o w e r   c o n c e p t s   a r e   d i r e c t l y   c r e d i t e d   t o   E P R I   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   A t   p r e s e n t ,   a   w i d e   r a n g e   o f   v e r y   f l e x i b l e   c o n t r o l l e r s ,   w h i c h   c a p i t a l i z e   o n   n e w l y   a v a i l a b l e   p o w e r   e l e c t r o n i c s   c o m p o n e n t s ,   a r e   e m e r g i n g   f o r   c u s t o m   p o w e r   a p p l i c a t i o n s .   A m o n g   t h e s e ,   t h e   d i s t r i b u t i o n   s t a t i c   c o m p e n s a t o r   ( D - S T A T C O M )   v e r y   e f f e c t i v e   f o r   r e d u c i n g   t h e   v o l t a g e   d i s t u r b a n c e s .       2 .     A n a l y s i s   o f   D - S T A T C O M   T h e   D - S T A T C O M   i s   a   t h r e e - p h a s e   a n d   s h u n t   c o n n e c t e d   p o w e r   e l e c t r o n i c s   b a s e d   d e v i c e .   I t   i s   c o n n e c t e d   n e a r   t h e   l o a d   a t   t h e   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m s .   T h e   m a j o r   c o m p o n e n t s   o f   a   D   S T A T C O M   a r e   s h o w n   i n   F i g . 1 .   I t   c o n s i s t s   o f   a   d c   c a p a c i t o r ,   t h r e e - p h a s e   i n v e r t e r   ( I G B T ,   t h y r i s t o r )   m o d u l e ,   a c   f i l t e r ,   c o u p l i n g   t r a n s f o r m e r   a n d   a   c o n t r o l   s t r a t e g y .   T h e   b a s i c   e l e c t r o n i c   b l o c k   o f   t h e   D - S T A T C O M   i s   t h e   v o l t a g e - s o u r c e d   i n v e r t e r   t h a t   c o n v e r t s   a n   i n p u t   d c   v o l t a g e   i n t o   a   t h r e e - p h a s e   o u t p u t   v o l t a g e   a t   f u n d a m e n t a l   f r e q u e n c y .         F i g . 1   B a s i c   b u i l d i n g   b l o c k s   o f   D - S T A T C O M     T h e   D - S T A C O M   e m p l o y s   a n   i n v e r t e r   t o   c o n v e r t   t h e   D C   l i n k   v o l t a g e   V d c   o n   t h e   c a p a c i t o r   t o   a   v o l t a g e   s o u r c e   o f   a d j u s t a b l e   m a g n i t u d e   a n d   p h a s e .   T h e r e f o r e   t h e   c a n   b e   t r e a t e d   a s   a   v o l t a g e - c o n t r o l l e d   s o u r c e .   T h e   D - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     4 3     4 8   4 4 S T A T C O M   c a n   a l s o   b e   s e e n   a s   a   c u r r e n t - c o n t r o l l e d   s o u r c e .   F i g . 1   s h o w s   t h e   i n d u c t a n c e   L   a n d   r e s i s t a n c e   R   w h i c h   r e p r e s e n t   t h e   e q u i v a l e n t   c i r c u i t   e l e m e n t s   o f   t h e   s t e p - d o w n   t r a n s f o r m e r   a n d   t h e   i n v e r t e r   w i l l   i s   t h e   m a i n   c o m p o n e n t   o f   t h e   D - S T A T C O M .   T h e   v o l t a g e   V i   i s   t h e   e f f e c t i v e   o u t p u t   v o l t a g e   o f   t h e   D - S T A T C O M   a n d   δ   i s   t h e   p o w e r   a n g l e .   T h e   r e a c t i v e   p o w e r   o u t p u t   o f   t h e   D - S T A T C O M   i n d u c t i v e   o r   c a p a c i t i v e   d e p e n d i n g   c a n   b e   e i t h e r   o n   t h e   o p e r a t i o n   m o d e   o f   t h e   D - S T A T C O M .   R e f e r r i n g   t o   F i g . 1 ,   t h e   c o n t r o l l e r   o f   t h e   D - S T A T C O M   i s   u s e d   t o   o p e r a t e   t h e   i n v e r t e r   i n   s u c h   a   w a y   t h a t   t h e   p h a s e   a n g l e   b e t w e e n   t h e   i n v e r t e r   v o l t a g e   a n d   t h e   l i n e   v o l t a g e   i s   d y n a m i c a l l y   a d j u s t e d   s o   t h a t   t h e   D - S T A T C O M   g e n e r a t e s   o r   a b s o r b s   t h e   d e s i r e d   V A R   a t   t h e   p o i n t   o f   c o n n e c t i o n .   T h e   p h a s e   o f   t h e   o u t p u t   v o l t a g e   o f   t h e   t h y r i s t o r - b a s e d   i n v e r t e r ,   V i ,   i s   c o n t r o l l e d   i n   t h e   s a m e   w a y   a s   t h e   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m   v o l t a g e ,   V s .   F i g . 2   s h o w s   t h e   t h r e e   b a s i c   o p e r a t i o n   m o d e s   o f   t h e   o u t p u t   c u r r e n t ,   I ,   w h i c h   v a r i e s   d e p e n d i n g   u p o n   V i .   I f   V i   i s   e q u a l   t o   V s ,   t h e   r e a c t i v e   p o w e r   i s   z e r o   a n d   t h e   D - S T A T C O M   d o e s   n o t   g e n e r a t e   o r   a b s o r b   r e a c t i v e   p o w e r .   W h e n   V i   i s   g r e a t e r   t h a n   V s ,   t h e   s h o w s   a n   i n d u c t i v e   r e a c t a n c e   c o n n e c t e d   a t   i t s   t e r m i n a l .   T h e   c u r r e n t ,   I ,   f l o w s   t h r o u g h   t h e   t r a n s f o r m e r   r e a c t a n c e   f r o m   t h e   D - S T A T C O M   t o   t h e   a c   s y s t e m ,   a n d   t h e   d e v i c e   g e n e r a t e s   c a p a c i t i v e   r e a c t i v e   p o w e r .   I f   V s   i s   g r e a t e r   t h a n   V i ,   t h e   D - S T A T C O M   s h o w s   t h e   s y s t e m   a s   a   c a p a c i t i v e   r e a c t a n c e .   T h e n   t h e   c u r r e n t   f l o w s   f r o m   t h e   a c   s y s t e m   t o   t h e   D - S T A T C O M ,   r e s u l t i n g   i n   t h e   d e v i c e   a b s o r b i n g   i n d u c t i v e   r e a c t i v e   p o w e r .             ( a )   I n d u c t i v e   m o d e         ( b )   C a p a c i t i v e   l o a d     F i g . 2   o p e r a t i n g   m o d e s   o f   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   D - S T A T C O M   d e p e n d s   o n   t h e   s o u r c e   i m p e d a n c e   Z t h   a n d   t h e   f a u l t   l e v e l .         F i g   3 .   S c h e m a t i c   o f   D - S T A T C O M     W h e n   t h e   p h a s e   o f   t h e   V s h   i s   i n   q u a d r a t u r e   w i t h   t h e   I s h ,   w i t h o u t   i n j e c t i n g   r e a l   p o w e r   t h e   D - S T A T C O M   c a n   a c h i e v e   t h e   v o l t a g e   s a g   m i t i g a t i o n .   T h e   s h u n t   i n j e c t i n g   c u r r e n t   i s h   a n d   V L   i n   F i g . 3   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s   E q   ( 1   a n d   2 ) .     th L th L S L s h Z V V I I I I - - = - =                           ( 1 )   ( ) t h L s h t h L Z I I V V - + =                                             ( 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       M o d e l l i n g   a n d   A n a l y s i s   o f   C u s t o m   P o w e r   D e v i c e s   f o r   I m p r o v e   P o w e r   Q u a l i t y   ( S .   S u n d e e p )   4 5     N o t i c e   t h a t   t h e   i m p e d a n c e   Z t h   i s   c o n n e c t e d   i n   p a r a l l e l   w i t h   t h e   l o a d   i m p e d a n c e .   W h e n   a   s h o r t   o c c u r s   n e a r   t h e   l o a d ,   t h e   e q u i v a l e n t   i m p e d a n c e   Z t h   b e c o m e s   a   s m a l l   v a l u e .   H e n c e ,   f r o m   E q ( 3 . 1 )   i t   c a n   b e   k n o w n   t h a t   t h e   D - S T A T C O M   i s   t h e n   r e q u i r e d   t o   g e n e r a t e   a   l a r g e   r e a c t i v e   c u r r e n t   I s h   t o   s u p p o r t   t h e   l o a d   v o l t a g e   V L .       3 .     T e s t   C a s e s   a n d   S i m u l a t i o n   R e s u l t s   T e s t   C a s e   I :   V o l t a g e   s a g / s w e l l   m i t i g a t i o n   u s i n g   t h r e e   p h a s e   6 - p u l s e   D i s t r i b u t i o n   S t a t i c   c o m p e n s a t o r   ( D - S t a t c o m )       F i g . 4   s h o w s   t h e   t e s t   s y s t e m   i m p l e m e n t e d   i n   P S C A D /   E M T D C   t o   c a r r y   o u t   s i m u l a t i o n s   f o r   t h e   D - S T A T C O M .   T h e   t e s t   s y s t e m   c o m p r i s e s   a   2 3 0   k V   t r a n s m i s s i o n   s y s t e m ,   r e p r e s e n t e d   b y   a   T h e v e n i n   e q u i v a l e n t ,   f e e d i n g   i n t o   t h e   p r i m a r y   s i d e   o f   a   3 - w i n d i n g   t r a n s f o r m e r .   A   v a r y i n g   l o a d   i s   c o n n e c t e d   t o   t h e   1 1   k V ,   s e c o n d a r y   s i d e   o f   t h e   t r a n s f o r m e r .   A   t w o - l e v e l   D - S T A T C O M   i s   c o n n e c t e d   t o   t h e   1 1   k V   t e r t i a r y   w i n d i n g   t o   p r o v i d e   i n s t a n t a n e o u s   v o l t a g e   s u p p o r t   a t   t h e   l o a d   p o i n t .   A   7 5 0   m F   c a p a c i t o r   o n   t h e   d c   s i d e   p r o v i d e s   t h e   D - S T A T C O M   e n e r g y   s t o r a g e   c a p a b i l i t i e s .   T h e   s e t   o f   s w i t c h e s   s h o w n   i n   F i g . 4   w e r e   u s e d   t o   a s s i s t   d i f f e r e n t   l o a d i n g   s c e n a r i o s   b e i n g   s i m u l a t e d   w i t h   e a s e .   T o   s h o w   t h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h i s   c o n t r o l l e r   i n   p r o v i d i n g   c o n t i n u o u s   v o l t a g e   r e g u l a t i o n ,   s i m u l a t i o n s   w e r e   c a r r i e d   o u t   w i t h   a n d   w i t h   n o   D - S T A T C O M   c o n n e c t e d   t o   t h e   s y s t e m .   D - S T A T C O M   c o n t r o l l e r   u s e s   s i n u s o i d a l   P W M   ( S P W M )   t e c h n i q u e   a n d   T h e   a i m   o f   t h e   c o n t r o l   s c h e m e   i s   t o   m a i n t a i n   c o n s t a n t   v o l t a g e   m a g n i t u d e   a t   t h e   p o i n t   w h e r e   a   s e n s i t i v e   l o a d   i s   c o n n e c t e d ,   u n d e r   s y s t e m   d i s t u r b a n c e s .   T h e   c o n t r o l   s y s t e m   o n l y   m e a s u r e s   t h e   r m s   v o l t a g e   a t   t h e   l o a d   p o i n t ,   i . e . ,   n o   r e a c t i v e   p o w e r   m e a s u r e m e n t s   a r e   r e q u i r e d .   T h e   V S C   s w i t c h i n g   s t r a t e g y   i s   b a s e d   o n   a   s i n u s o i d a l   P W M   t e c h n i q u e   w h i c h   o f f e r s   s i m p l i c i t y   a n d   g o o d   r e s p o n s e .   S i n c e   c u s t o m   p o w e r   i s   a   r e l a t i v e l y   l o w - p o w e r   a p p l i c a t i o n ,   P W M   m e t h o d s   o f f e r   a   m o r e   f l e x i b l e   o p t i o n   t h a n   t h e   f u n d a m e n t a l   f r e q u e n c y   s w i t c h i n g   ( F F S )   m e t h o d s   f a v o r e d   i n   F A C T S   a p p l i c a t i o n s .   B e s i d e s ,   h i g h   s w i t c h i n g   f r e q u e n c i e s   c a n   b e   u s e d   t o   i m p r o v e   o n   t h e   e f f i c i e n c y   o f   t h e   c o n v e r t e r ,   w i t h o u t   i n c u r r i n g   s i g n i f i c a n t   s w i t c h i n g   l o s s e s .   F i g . 4 . b   s h o w s   t h e   t e s t   s y s t e m   a n d   D - S T A T C O M   c o n t r o l l e r   i m p l e m e n t e d   i n   P S C A D / E M T D C .   T h e   D - S T A T C O M   c o n t r o l   s y s t e m   e x e r t s   v o l t a g e   a n g l e   c o n t r o l   a s   f o l l o w s :   a n   e r r o r   s i g n a l   i s   o b t a i n e d   b y   c o m p a r i n g   t h e   r e f e r e n c e   v o l t a g e   w i t h   t h e   r m s   v o l t a g e   m e a s u r e d   a t   t h e   l o a d   p o i n t .   T h e   P I   c o n t r o l l e r   p r o c e s s   t h e   e r r o r   s i g n a l   a n d   g e n e r a t e s   t h e   r e q u i r e d   a n g l e d   t o   d r i v e   t h e   e r r o r   t o   z e r o ,   i . e . ,   t h e   l o a d   r m s   v o l t a g e   i s   b r o u g h t   b a c k   t o   t h e   r e f e r e n c e   v o l t a g e .   I n   t h e   P W M   g e n e r a t o r s ,   t h e   s i n u s o i d a l   s i g n a l   i s   p h a s e   m o d u l a t e d   b y   m e a n s   o f   t h e   a n g l e c o n t r o l V .             F i g . 4   t e s t   s y s t e m   i m p l e m e n t e d   i n   P S C A D ,   ( a )   P C S A D / E M T D C   m o d e l   o f   a   t h r e e   p h a s e   6 - p u l s e ,   ( b )   C o n t r o l   c i r c u i t   o f   D - S T A T C O M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     4 3     4 8   4 6 T h e   m o d u l a t e d c o n t r o l V   s i g n a l   i s   c o m p a r e d   a g a i n s t   a   t r i a n g u l a r   s i g n a l   ( c a r r i e r )   i n   o r d e r   t o   g e n e r a t e   t h e   s w i t c h i n g   s i g n a l s   f o r   t h e   V S C   v a l v e s .   T h e   m a i n   p a r a m e t e r s   o f   t h e   s i n u s o i d a l   P W M   s c h e m e   a r e   t h e   a m p l i t u d e   m o d u l a t i o n   i n d e x a m   o f   s i g n a l c o n t r o l V   ,   a n d   t h e   f r e q u e n c y   m o d u l a t i o n   i n d e x f m   o f   t h e   t r i a n g u l a r   s i g n a l .   T h e   a m p l i t u d e   i n d e x   a m   i s   k e p t   f i x e d   a t   1   p u ,   i n   o r d e r   t o   o b t a i n   t h e   h i g h e s t   f u n d a m e n t a l   v o l t a g e   c o m p o n e n t   a t   t h e   c o n t r o l l e r   o u t p u t .   T h e   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y f m   i s   s e t   a t   5   K H z .   I t   s h o u l d   b e   n o t e d   t h a t ,   i n   t h i s   t h e s i s ,   b a l a n c e d   n e t w o r k   a n d   o p e r a t i n g   c o n d i t i o n s   a r e   a s s u m e d .   T h e   m o d u l a t i n g   a n g l e   i s   a p p l i e d   t o   t h e   P W M   g e n e r a t o r s   i n   p h a s e   A .   T h e   a n g l e s   f o r   p h a s e s   B   a n d   C   a r e   s h i f t e d   b y   2 4 0   a n d   1 2 0 ,   r e s p e c t i v e l y .   I t   c a n   b e   s e e n   i n   F i g . 4   t h a t   t h e   c o n t r o l   i m p l e m e n t a t i o n   i s   k e p t   v e r y   s i m p l e   b y   u s i n g   o n l y   v o l t a g e   m e a s u r e m e n t s   a s   t h e   f e e d b a c k   v a r i a b l e   i n   t h e   c o n t r o l   s c h e m e .   T h e   s p e e d   o f   r e s p o n s e   a n d   r o b u s t n e s s   o f   t h e   c o n t r o l   s c h e m e   a r e   s h o w n   i n   t h e   s i m u l a t i o n   r e s u l t s .   T h e   w a v e f o r m s   w i t h   a n d   w i t h o u t   a r e   s h o w n   i n   F i g . 7       F i g . 5   W a v e f o r m s   f o r   a   v o l t a g e   o f   8 1 %   ( a )   r m s   l o a d   v o l t a g e   ( p u )   ( b )   I n s t a n t a n e o u s   l o a d   v o l t a g e s ( k V )   ( c )   I n s t a n t a n e o u s   l o a d   c u r r e n t s ( k A )   ( d )   L o a d   a n d   s o u r c e   a c t i v e   p o w e r s ( M W )   ( e )   L o a d   a n d   s o u r c e   r e a c t i v e   p o w e r ( M V A R)           F i g . 6 . H a r m o n i c   a n a l y s i s   a t   l o a d   d u r i n g   f a u l t     W i t h     W i t h o u t         a               b           c         d         e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E C E     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       M o d e l l i n g   a n d   A n a l y s i s   o f   C u s t o m   P o w e r   D e v i c e s   f o r   I m p r o v e   P o w e r   Q u a l i t y   ( S .   S u n d e e p )   4 7   I n d u c t i v e   a n d   c a p a c i t i v e   l o a d   s w i t c h i n g     W i t h     W i t h o u t         a           b             c       d     e   f                                       F i g . 7   w a v e f o r m s   d u e   t o   l o a d   s w i t c h i n g   ( a )   r m s   l o a d   v o l t a g e   ( p u )   ( b )   I n s t a n t a n e o u s   l o a d   v o l t a g e s ( K V )   ( c )   I n s t a n t a n e o u s   l o a d   c u r r e n t s ( K A )   ( d )   l o a d   a n d   s o u r c e   a c t i v e   p o w e r s ( M W )   ( e )   l o a d   a n d   s o u r c e   r e a c t i v e   p o w e r ( M V A R )   ( f )   h a r m o n i c   a n a l y s i s   a t   l o a d   d u r i n g   f a u l t ( % )       T h e   t e s t   c a s e   r e s u l t s   s h o w n   i n   F i g . 7 s h o w   t h a t   m a i n t a i n s   t h e   l o a d   v o l t a g e   a n d   l o a d   c u r r e n t   t o   i t s   r a t e d   v a l u e   d u r i n g   s u d d e n   s w i t c h i n g   o n   i n d u c t i v e   l o a d   a n d   c a p a c i t i v e   l o a d   a t   d i f f e r e n t   i n t e r v a l s .     H a r m o n i c s   g e n e r a t e d   b y   d u r i n g   t h e   p e r i o d   o f   d i s t u r b a n c e   i s   e l i m i n a t e d   b y   h i g h   p a s s   f i l t e r   c o n n e c t e d   a t   l o a d ,   w h i c h   i s   d e s i g n e d   a t   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y   o f   P W M   p u l s e s   i . e   o f   5   k H Z .       4 .     C o n c l u s i o n     I n   t h i s   c h a p t e r   a n a l y s i s   i s   p r e s e n t e d   a n d   i n j e c t s   c u r r e n t s   i n   s h u n t   t o   m i t i g a t e   s a g s / s w e l l s .   A   6 - p u l s e   i s   i m p l e m e n t e d   f o r   b a l a n c e d   f a u l t s   a n d   s u d d e n   l o a d   s w i t c h i n g .   T h e   c a n   m i t i g a t e   u p   t o   8 0 %   s a g   / s w e l l   w i t h   D c   s i d e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I J E C E     V o l .   1 ,   N o .   1 ,     S e p t e m b e r   2 0 1 1   :     4 3     4 8   4 8 v o l t a g e   ( V D C )   = 5 0 K V .   S i m u l a t i o n   r e s u l t s   s h o w   t h a t   f o r   t h e   s a m e   s a g   c o m p e n s a t i o n   D V R   r e q u i r e s   l e s s   e n e r g y   ( V D C )   t h a n   a n d   h e n c e   D V R   c o s t s   l e s s   t h a n   o b s e r v e s   a   l a r g e   v o l t a g e   o v e r   s h o o t   a t   t h e   t i m e   o f   f a u l t   c l e a r a n c e .   V o l t a g e   s a g   i s   m a i n l y   c h a r a c t e r i z e d   b y   m a g n i t u d e   a n d   d u r a t i o n .   M a g n i t u d e   o f   t h e   v o l t a g e   s a g   c a n   b e   c a l c u l a t e d   b y   R M S   v a l u e ,   F u n d a m e n t a l   c o m p o n e n t   o f   t h e   v o l t a g e   o r   p e a k   v a l u e   o f   t h e   v o l t a g e .   P o i n t - o n - w a v e   c h a r a c t e r i s t i c s   s u c h   a s   p o i n t   o n   w a v e   o f   s a g   i n i t i a t i o n   a n d   p o i n t - o n - w a v e   o f   v o l t a g e   r e c o v e r y   c a n   b e   u s e d   t o   c a l c u l a t e   t h e   d u r a t i o n   o f   s a g .   D u r i n g   t h e   v o l t a g e   s a g ,   t h e r e   i s   n o t   o n l y   c h a n g e   i n   t h e   m a g n i t u d e   o f   t h e   v o l t a g e   b u t   a l s o   c h a n g e   i n   t h e   p h a s e   a n g l e   o f   t h e   v o l t a g e ,   w h i c h   a r e   k n o w n   a s   p h a s e   a n g l e   j u m p s .   M a g n i t u d e   o f   v o l t a g e   s a g s   d u e   t o   t h r e e   p h a s e   f a u l t s   c a n   b e   c a l c u l a t e d   b y   v o l t a g e   d i v i d e r   m o d e l .   M a i n   c a u s e s   o f   v o l t a g e   s a g s   a r e   f a u l t s   i n   t h e   p o w e r   s y s t e m s   a n d   m o s t   s e v e r e   f a u l t   i s   t h r e e   p h a s e   f a u l t   a n d   t h e i r   e f f e c t s   o n   s e n s i t i v e   l o a d s   ( P L C s ,   c o m p u t e r s ,   p a p e r   m i l l s   e t c . . )   a r e   d i s c u s s e d   .     T e s t   c a s e s   f o r   e f f e c t s   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   a t   s e n s i t i v e   l o a d s   d u e   t o   f a u l t s   i n   t h e   p o w e r   s y s t e m   a n d   s t a r t i n g   o f   i n d u c t i o n   m o t o r   a r e   s i m u l a t e d   i n   P S C A D / E m t d c   a n d   t h e i r   r e s u l t s   a r e   a n a l y z e d .   S o   m i t i g a t i o n   o f   v o l t a g e   s a g s / s w e l l s   a t   t h e   s e n s i t i v e   l o a d s   w i t h   i n   a   s h o r t   t i m e   i s   v e r y   m u c h   e s s e n t i a l   i n   t h e   v i e w   o f   f i n a n c i a l   l o s e s   o c c u r   d u e   t o   t h e i r   i n t e r r u p t i o n .       R e f e r e n c e s   [ 1 ]     N .   H i n g o r a n i ,   F A CT S F l e x i b l e   a c   t r a n s m i s s i o n   s y s t e m s ,   i n   P r o c .   I E E   5 t h   I n t .   Co n f .   A D T r a n s m i s s i o n ,   L o n d o n ,   U . K . ,   1 9 9 1 ,   C o n f .   P u b .   3 4 5 ,   p p .   1 7 .   [ 2 ]     I n t r o d u c i n g   c u s t o m   p o w e r ,   I E E E   S p e c t r u m ,   v o l .   3 2 ,   p p .   4 1 4 8 ,   J u n e   1 9 9 5 .   [ 3 ]     S .   N i l s s o n ,   S p e c i a l   a p p l i c a t i o n   c o n s i d e r a t i o n s   f o r   Cu s t o m   P o w e r   s y s t e m s ,   i n   P r o c .   I E E E   P o we r   E n g .   S o c . ,   W i n t e r   M e e t i n g   1 9 9 9 ,   v o l .   2 ,   1 9 9 9 ,   p p .   1 1 2 7 1 1 3 0 .   [ 4 ]     M a n i t o b a   H V D C   Re s e a r c h   Ce n t r e ,   P S CA D / E M T D C:   E l e c t r o m a g n e t i c   t r a n s i e n t s   p r o g r a m   i n c l u d i n g   d c   s y s t e m s , ,   1 9 9 4 .   [ 5 ]     A .   M .   G o l e ,   O .   B.   N a y a k ,   T .   S .   S i d h u ,   a n d   M .   S .   S a c h d e v ,   A   g r a p h i c a l   e l e c t r o m a g n e t i c   s i m u l a t i o n   l a b o r a t o r y   f o r   p o w e r   s y s t e m s   e n g i n e e r i n g   p r o g r a m s ,   I E E E   T r a n s .   P o we r   S y s t . ,   v o l .   1 1 ,   p p .   5 9 9 6 0 6 ,   M a y   1 9 9 6 .   [ 6 ]     L .   G y u g y i ,   D y n a m i c   c o m p e n s a t i o n   o f   a c   t r a n s m i s s i o n   l i n e s   b y   s o l i d   s t a t e   s y n c h r o n o u s   v o l t a g e   s o u r c e s ,   I E E E   T r a n s .   P o we r   D e l i v e r y ,   v o l .   9 , p p .   9 0 4 9 1 1 ,   A p r .   1 9 9 4 .   [ 7 ]     A .   H e r n a n d e z ,   K .   E .   Ch o n g ,   G .   G a l l e g o s ,   a n d   E .   A c h a ,   T h e   i m p l e m e n t a t i o n   o f   a   s o l i d   s t a t e   v o l t a g e   s o u r c e   i n   P S CA D / E M T D C,   I E E E   P o we r   E n g .   R e v . ,   p p .   6 1 6 2 ,   D e c .   1 9 9 8 .   [ 8 ]     G .   V e n k a t a r a m a n a n   a n d   B.   J o h n s o n ,   A   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t e d   p o w e r   l i n e   c o n d i t i o n e r   f o r   s e n s i t i v e   l o a d   c e n t e r s ,   I E E E   T r a n s .   P o we r   D e l i v e r y ,   v o l .   1 2 ,   p p .   8 4 4 8 4 9 ,   A p r .   1 9 9 7 .   [ 9 ]     I .   T .   F e r n a n d o ,   W .   T .   K w a s n i c k i ,   a n d   A .   M .   G o l e .   M o d e l i n g   o f   c o n v e n t i o n a l   a n d   a d v a n c e d   s t a t i c   v a r   c o m p e n s a t o r s   i n   e l e c t r o m a g n e t i c   t r a n s i e n t s   s i m u l a t i o n   p r o g r a m .   [ 1 0 ]     L .   X u ,   O .   A n a y a - L a r a ,   V .   G .   A g e l i d i s ,   a n d   E .   A c h a ,   D e v e l o p m e n t   o f   p r o t o t y p e   c u s t o m   p o w e r   d e v i c e s   f o r   p o w e r   q u a l i t y   e n h a n c e m e n t ,   i n   P r o c .   9 t h   I CH Q P   2 0 0 0 ,   O r l a n d o ,   F L ,   O c t .   2 0 0 0 ,   p p .   7 7 5 7 8 3 .   [ 1 1 ]   C.   S c h a u d e r , M .   G e r n h a r d t ,   E .   S t a c e y ,   T .   L e m a k ,   L .   G y u g y i ,   T . W .   Ce a s e ,   a n d   A .   E d r i s ,   O p e r a t i o n   o f _ 1 0 0 M V A r T V A S T A T CO M ,   I E E E   T r a n s .   P o we r   D e l i v e r y ,   v o l .   1 2 ,   p p .   1 8 0 5 1 8 1 1 ,   O c t .   1 9 9 7 .   [ 1 2 ]     Y .   Ch e n   a n d   B.   T .   O o i ,   S T A T C O M   b a s e d   o n   m u l t i m o d u l e s   o f   m u l t i l e v e l   c o n v e r t e r s   u n d e r   m u l t i p l e   r e g u l a t i o n   f e e d b a c k   c o n t r o l ,   I E E E   T r a n s .   P o we r   E l e c t r o n . ,   v o l .   1 4 ,   p p .   9 5 9 9 6 5 ,   S e p t .   1 9 9 9 .   [ 1 3 ]     B.   S i n g h ,   K .   A l - H a d d a d ,   a n d   A .   Ch a n d r a ,   A   r e v i e w   o f   a c t i v e   f i l t e r s   f o r   p o w e r   q u a l i t y   i m p r o v e m e n t ,   I E E E   T r a n s .   I n d .   E l e c t r o n . ,   v o l .   4 6 ,   p p .   9 6 0 9 7 1 ,   O c t .   1 9 9 9   [ 1 4 ]   K .   Ch a n   a n d   A .   K a r a ,   V o l t a g e   s a g s   m i t i g a t i o n   w i t h   a n   i n t e g r a t e d   g a t e   c o m m u t a t e d   t h y r i s t o r   b a s e d   d y n a m i c   v o l t a g e   r e s t o r e r ,   i n   P r o c .   8 t h   I CH Q P   9 8 ,   A t h e n s ,   G r e e c e ,   O c .   1 9 9 8 ,   p p .   2 1 0 2 1 5 .   [ 1 5 ]     N .   H .   W o o d l e y ,   L .   M o r g a n ,   a n d   A .   S u n d a r a m ,   E x p e r i e n c e   w i t h   a n   i n v e r t e r -   b a s e d   d y n a m i c   v o l t a g e   r e s t o r e r ,   I E E E   T r a n s .   P o we r   D e l i v e r y ,   v o l .   1 4 ,   p p .   1 1 8 1 1 1 8 6 ,   J u l y   1 9 9 9 .   [ 1 6 ]     S .   S .   Ch o i ,   B.   H .   L i ,   a n d   D .   D . V i l a t h g a m u w a ,   D y n a m i c   v o l t a g e   r e s t o r a t i o n   w i t h   m i n i m u m   e n e r g y   i n j e c t i o n ,   I E E E   T r a n s .   P o we r   S y s t . ,   v o l .   1 5 ,   p p .   5 1 5 7 ,   F e b .   2 0 0 0 .   [ 1 7 ]     K .   Ch a n ,   A .   K a r a ,   a n d   G .   K i e b o o m ,   P o w e r   q u a l i t y   i m p r o v e m e n t   w i t h   s o l i d   s t a t e   t r a n s f e r   s w i t c h e s ,   i n   P r o c .   8 t h   I CH Q P   9 8 ,   A t h e n s ,   G r e e c e ,   O c t .   1 9 9 8 ,   p p .   2 1 0 2 1 5 .   [ 1 8 ]     A .   G o l e   a n d   L .   P a l a v ,   M o d e l i n g   o f   c u s t o m   p o w e r   d e v i c e s   i n   P S C A D / E M T D C,   Ce n t r e   J . ,   S u m m e r   1 9 9 8 .   [ 1 9 ]     E .   A c h a ,   V .   G .   A g e l i d i s ,   O .   A n a y a - L a r a ,   a n d   T .   J .   E .   M i l l e r ,   E l e c t r o n i c   Co n t r o l   i n   E l e c t r i c a l   P o we r   S y s t e m s .   L o n d o n ,   U . K . :   Bu t t e r -   W o r t h - H e i n e m a n n ,   2 0 0 1 .       A u t h o r s   B i o g r a p h y   1 D r . G . M a d h u s u d h a n a   R a o ,   P r o f e s s o r   i n   H I T S   G r o u p   o f   I n s t i t u t i o n s ,   H y d e r a b a d   P h D   f r o m   J N T   U n i v e r s i t y   H y d e r a b a d   a n d   c o m p l e t e d   M . T e c h   f r o m   J N T   U n i v e r s i t y - H y d e r a b a d   . H e   h a s   P u b l i s h e d   1 2   r e s e a r c h   p a p e r s   i n   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l s   a n d   m o r e   t h a n   1 5   I n t e r n a t i o n a l   c o n f e r e n c e   p a p e r s   a n d   m o r e   t h a n   1 0   n a t i o n a l   c o n f e r e n c e   p a p e r s .   E - m a i l : g u r r a l a m a d h u @ g m a i l . c o m       2 S . S u n d e e p ,   A s s t . P r o f e s s o r   i n   C M R   G r o u p   o f   i n s t i t u t i o n s ,   H y d e a b a d .     H e   c o m p l e t e d   M . T e c h   i n   K   L   U n i v e r s i t y ,   a n d   B . t e c h   f r o m   J N T U   H y d e r a b a d .   H e   h a s   P u b l i s h e d   2   r e s e a r c h   p a p e r   i n   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l s   a n d   1   I n t e r n a t i o n a l   c o n f e r e n c e   p a p e r   a n d   1   n a t i o n a l   c o n f e r e n c e   p a p e r .     E - m a i l : s . s u n d e e p 1 @ g m a i l . c o m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.