I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 ,   p p .   35 ~ 47   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 37. i 1 . p p 35 - 47          35     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   ADALI NE - ba sed  sy nchro no us dete ction for  enha nce d shunt   APF  perf o rma nc e       Abdes s la m   Ry a d M eba re k ,  L eila   M er a bet ,  Cho ua ib Ra h li,  Sa la h Sa a d   La b o r a t o i r e   d e s   S y s t è m e s  El e c t r o mé c a n i q u e s   ( LSEL M ) ,  D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r o m e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,     F a c u l t y   o f   T e c h n o l o g y ,   U n i v e r s i t y   B a d j i   M o k h t a r ,  A n n a b a ,   A l g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   8 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   6 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Sep   29 ,   2 0 2 4       P o we r  q u a li ty   issu e s  c a u se d   b y   c u rre n t  h a rm o n ics   fro m   n o n l in e a r  a n d   u n b a la n c e d   lo a d s  a re   a   g r o win g   c o n c e rn .   Th is  p a p e r  p re se n ts  a   n o v e l  c o n tr o l   stra teg y   fo r  fo u r - wire   sh u n t  a c ti v e   p o we r  fil ters   (S APF )  t h a t   su rp a ss e s  e x isti n g   c o n v e n ti o n a l  m e th o d s  i n   m it ig a t i n g   h a rm o n ics   a n d   p o we r  fa c to r  c o rre c ti o n .   T h e   stra teg y   e m p l o y s   a n   imp ro v e d   sy n c h ro n o u s  d e tec ti o n   m e th o d   (S DM)  e n h a n c e d   b y   a n   a d a p ti v e   li n e a r  n e u ra l  n e two r k   (AD ALINE)   train e d   u sin g   th e   lea st  m e a n   sq u a re   (LM S )  a l g o rit h m .   Th is   a p p r o a c h   a c c u ra tely   e stim a tes   h a rm o n ic  fre q u e n c ies ,   e n a b li n g   t h e   S APF   t o   g e n e ra te  p re c ise   c o m p e n sa ti o n   c u r re n ts.  T h e   e ffe c ti v e n e ss   o f  th e   p ro p o se d   m e th o d   i s   v a li d a ted   th r o u g h   M ATLAB - S i m u li n k   sim u lati o n s  u n d e r  b a lan c e d   su p p l y   c o n d i ti o n s,  e n c o m p a ss in g   d i v e rse   lo a d   sc e n a rio s.  Th e se   sim u lat io n   re su lt s   a re   c o m p a re d   with   th o se   o b tain e d   u si n g   in sta n tan e o u s  p o we r  t h e o ry   (I P T) .   Th e y   d e m o n stra te  th e   a b il it y   o f  th e   p ro p o se d   m e th o d   t o   a c h iev e   e x c e ll e n t   h a rm o n ic  id e n ti fica ti o n   a n d   e li m i n a ti o n ,   to   c o m p ly   wit h   IEE E  5 1 9   h a rm o n ic   li m it s,  t o   e n su re   si n u s o id a l   a n d   b a lan c e d   li n e   c u rre n ts ,   a n d   to   c o m p e n sa te  fo r   re a c ti v e   p o we r  a n d   n e u tral  c u rre n t.   F u rth e rm o re ,   it s  sim p le  a rc h it e c tu re   a n d   n o ise   ro b u st n e ss   m a k e   it   a   p r o m isin g   s o lu ti o n   fo r   e n h a n c in g   p o we r  q u a li t y .   K ey w o r d s :   ADAL I NE   n eu r al  n etwo r k   No n - lin ea r   lo a d   Sh u n t a ctiv e  p o wer   f ilter   Sy n ch r o n o u s   d etec tio n   m eth o d   T o tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ab d ess lam   R y ad   Me b ar ek   L ab o r ato ir e  d es Sy s tèm es E lectr o m éc an iq u es ( L SEL M) ,   De p ar tm en t o f   E lectr o m ec h an ica l E n g in ee r in g     Facu lty   o f   T ec h n o lo g y ,   Un i v e r s ity   B ad ji M o k h tar   An n ab a,   Alg er ia   E m ail: a b d ess alam - r y ad . m e b a r ek @ u n iv - an n ab a. o r g       1.   I NT RO D UCT I O N   Mo d er n   p o wer   s y s tem s   d eli v er   alter n atin g   s in u s o id al  v o ltag e  an d   cu r r en t  at  5 0   Hz  o r   6 0   Hz.   Ho wev er ,   co m p lex   an d   d y n am ic  elec tr ical  n etwo r k s   ar e  s u b ject  to   d is tu r b an ce s   d u r in g   elec tr icity   tr an s m is s io n   th at  d is to r t  an d   im b alan ce   th ese  wav es.  T h ese  d is tu r b an c es  o f ten   r e s u lt  f r o m   th e  lo ad s   co n n ec ted   t o   th e  g r id ,   in cl u d i n g   th e  in c r ea s in g   in tr o d u ctio n   o f   p o wer   elec tr o n ic  co m p o n en ts   in   in d u s tr ial,   co m m er cial,   an d   d o m esti c  d ev ices.  W h ile  th ese  co m p o n en ts   ar e  ad v a n tag eo u s   f o r   th eir   f lex ib ilit y   a n d   o p tim izatio n   o f   p e r f o r m an ce ,   th ey   in d u ce   n o n lin ea r   b eh a v i o r ,   g e n er atin g   h ar m o n ic  c u r r e n ts   th at  p o llu te  t h e  g r id .   Od d   h a r m o n ics,  esp ec ial ly   th e  3 rd ,   5 th ,   a n d   7 th - o r d er   h a r m o n ics,  ar e   esp ec ially   h ar m f u l  as  th ey   r e p r esen t  a  s ig n if ican t p o r tio n   o f   d is tu r b an ce s ,   ca u s in g   o v e r h ea t in g ,   in cr ea s ed   en er g y   lo s s es,  an d   in t er f er en ce   [ 1 ] .   T h u s ,   it is   cr u cial  to   d etec t a n d   c o m p en s ate  f o r   th ese  h ar m o n ics to   m ain tain   o p tim al  p o wer   q u ality .     T o   m itig ate   th e  a d v er s e  e f f e cts  o f   h ar m o n ics,  v ar i o u s   f ilt er in g   tec h n iq u es   h av e   b ee n   d ev elo p e d .   Pas s iv e   f ilter s ,   co m p o s ed   o f   s im p le  elem en ts   s u ch   as  r esis to r s ,   in d u cto r s ,   an d   ca p ac ito r s ,   ar e  a  s im p le  y et   in f lex ib le  s o lu tio n   to   l o ad   v ar iatio n s   [ 2 ] .   Activ e  p o wer   f ilter s   ( APF s ) ,   o n   th e  o th e r   h an d ,   o f f er   a  m o r e   ef f icien t  an d   r eliab le  s o lu tio n .   T h ese  f ilter s   in j ec t  co m p en s atin g   cu r r en ts   at  th e  p o in t  o f   co m m o n   co u p lin g   ( PC C )   to   n eu tr alize   u n wan ted   h ar m o n ics.  Am o n g   APFs ,   f o u r - leg   s h u n t  APFs   s tan d   o u t  f o r   th eir   a b ilit y   to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  35 - 47   36   h a n d l e   f o u r - w i r e   s y s t e m s   ( t h r e e - p h a s e   w i t h   n e u t r a l ) ,   w h e r e   n o n l i n e a r   a n d   u n b a l a n c e d   l o a d s   a r e   c o m m o n   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   T h e  co n tr o l  s y s tem   o f   APFs   o p er ates  in   th r ee   k ey   s tag es:  h ar m o n ic  i d en tific atio n   alg o r i th m s ,   in ter m ed iate  cir cu it v o ltag e  r e g u latio n ,   an d   cu r r en t c o n tr o l a lg o r ith m s .   Acc u r ate  h ar m o n ic  id en tific at io n   is   cr u cial  f o r   th e  ef f ec tiv e  o p er ati o n   o f   APFs .   Am o n g   th e  m o s t  im p o r tan t   co n v en tio n al   tech n i q u es  ar e   th e   s y n ch r o n o u s   r ef e r en ce   f r am e   ( SR F)  m eth o d   an d   th e   in s tan ta n eo u s   p o wer   ( PQ)   th eo r y   [ 5 ] - [ 7 ] .   Alth o u g h   ea ch   o f   th ese  tech n iq u es  h as  u n iq u e  ad v an tag es,   th e y   ar e   b o th   lim ited   b y   th eir   co m p u tati o n al  co m p l ex ity   an d   s en s itiv ity   to   n o is e  [ 8 ] .   R ec en t  ad v an ce m e n ts   in   ar tific ial  in tellig en ce   o f f er   n ew  p er s p ec tiv es  f o r   h ar m o n ic  id en tific atio n .   Ar tific ial  n eu r al  n etwo r k s ,   p ar ticu l ar ly   ad ap tiv e  lin ea r   n eu r o n   ( ADAL I NE ) ,   p r o v id e   a  s o lu tio n   well - s u ited   to   th i s   task .   T h an k s   to   its   L M S  l ea r n in g   alg o r ith m ,   ADAL I NE   ad ap ts   in   r ea l  tim e   to   v ar iatio n s   in   th e  elec tr ical  n etwo r k ,   p r o v id in g   ac cu r ate  a n d   r ap id   esti m ates  o f   r ef er e n ce   cu r r en ts .   I ts   s im p licity   an d   ef f ec tiv e n ess   m ak e  it  a  p r ef er r e d   to o l  f o r   an al y zin g   th r ee - p h ase   elec tr ical  s y s tem s   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   N u m er o u s   s tu d ies co n f ir m   th e  s u p er io r ity   o f   ADAL I NE   o v er   tr ad itio n al  m eth o d s ,   esp ec ially   f o r   ex tr ac tin g   f u n d a m en tal  an d   h ar m o n ic  co m p o n en ts .   E ar ly   im p lem en tatio n s   o f   ADAL I NE   in   s in g le - p h ase  s y s te m s   d em o n s tr ated   its   ef f ec tiv en ess   u n d er   id ea l  v o ltag e   co n d itio n s   a n d   s tead y - s tate  o p e r atio n   [ 1 1 ] .   Su b s eq u en t  s tu d ies,   s u ch   as   th e  f u n d am e n tal  ac tiv e   cu r r en t  ( FAC ) - ADAL I NE ,   ex ten d ed   its   ap p licatio n   t o   d y n a m ic  co n d itio n s   [ 1 2 ] .   Fu r th er   r esear ch   ex p a n d ed   th e  u s e  o f   ADAL I NE   t o   th r e e - ph ase,   th r ee - wir e  s y s tem s   [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h e   s in g le - p h ase  A DAL I NE   tech n iq u e   was  ad ap ted   to   th r ee - p h ase  s y s tem s   b y   ap p ly in g   it  to   ea c h   p h ase  i n d iv id u ally ,   th e r eb y   s im p lify in g   d esig n   th r o u g h   its   m o d u lar   s tr u ctu r e.   T h ese  ADAL I NE - b ased   ap p r o ac h es  h av e  b ee n   v alid ate d   t h r o u g h   s im u latio n s   an d   ex p e r im en ts   u n d er   v a r io u s   co n d itio n s ,   in clu d i n g   s in u s o id al  s o u r ce s ,   b alan ce d   lo ad s ,   an d   d y n am ic  s tates  [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   H o wev er ,   th e  in c r ea s in g   co m p le x ity   o f   wid e - b a n d   ADAL I NE   h as  m o tiv ated   th e  ex p lo r atio n   o f   s elec tiv e  co m p en s atio n   s tr ateg ies.  B y   tar g etin g   t h e  m o s t  p r o b lem atic  h a r m o n ics   ( 5 th   an d   7 th ) ,   it   is   p o s s ib le  t o   s ig n if ican tly   r ed u ce   f ilter   s ize,   im p r o v e   d y n am ics,  an d   o p tim ize  co s t [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   T o   en h a n ce   th e  p e r f o r m an ce   o f   ADAL I NE - b ased   h a r m o n i c  ex tr ac tio n ,   s y n c h r o n izer s   s u ch   as  z er o - cr o s s in g   d etec to r s   ( Z C Ds)  an d   p h ase - lo ck ed   lo o p s   ( PLL s )   ar e  o f ten   r eq u i r ed   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .   T h ese  co m p o n e n ts   alig n   th e  r ef er e n ce   s ig n al  p h a s e  with   th at  o f   th e  elec tr ical  n etwo r k ,   en s u r in g   ac cu r ate  f u n d am en tal  cu r r en t   esti m atio n .   Ho wev er ,   in teg r ati n g   Z C Ds  an d   PLL s   ca n   co m p l icate   s y s tem   s tr u ctu r e.   An   in n o v ativ e  alter n ativ e   is   th e  u n if ie d   ADAL I NE   tech n iq u e,   w h ich   u s es  d o u b le  AD AL I NE   s tr u ctu r es  to   ex tr ac t  f u n d am e n tal  v o ltag e   an d   c u r r en t   s ig n als,  th u s   elim in atin g   th e   n ee d   f o r   a d d itio n a l  s y n ch r o n izer s   [ 2 1 ] .   Alth o u g h   th is   ap p r o ac h   is   ef f ec tiv e  u n d er   id ea l   co n d itio n s ,   it  en c o u n ter s   d if f icu lties   wh en   s o u r ce   v o ltag es  ar e   d is to r ted   o r   u n b ala n ce d .   T o   ad d r ess   th is ,   tech n iq u es  s u ch   as   h ig h l y   s elec tiv e  f ilter s   ( HSF)  an d   s elf - tu n in g   f ilter s   ( STFs )   h av e   b ee n   d ev elo p e d   [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] .   T h e   A DAL I NE   tech n iq u e  b ased   o n   HSF  o r   STFs   h as  s h o wn   p r o m is in g   r esu lts   u n d er   v ar io u s   d is to r tio n   an d   im b alan ce   co n d itio n s ,   im p r o v in g   th e   r o b u s tn ess   an d   ac cu r a cy   o f   h ar m o n ic  ex tr ac tio n .     R ec en t  ad v an ce m e n ts   h av e   f o cu s ed   o n   m o d if y in g   th e   ADAL I NE   lear n in g   alg o r ith m   to   e n h an ce   its   p er f o r m an ce .   An   im p r o v ed   v ar ian t  o f   th e  latest,  th e  v ar iab le  s tep   s ize  leak y   least   m ea n   s q u ar e  ( VSSLM S)   alg o r ith m ,   was  in tr o d u ce d   in   [ 2 4 ] .   T h is   alg o r ith m   d y n a m ically   ad ju s ts   th e  s tep   s ize,   p ar ticu lar ly   d u r in g   co n v er g en ce   p er io d s .   Ho wev er ,   ch allen g es  r em ain   in   th e  p r esen ce   o f   d is to r tio n s   o r   v o ltag e  im b alan ce s .   T o   ad d r ess   th ese  is s u es,  L y ap u n o v - b ased   ap p r o ac h es  h av e  b ee n   ex p lo r e d   to   e n s u r e  s tab ilit y   a n d   ac ce ler ate  L MS   alg o r ith m   co n v er g e n ce   [ 2 5 ] .   Ad d itio n ally ,   s o m e  wo r k s   h av e  p r o p o s ed   co m p letely   r ep lacin g   th e  L MS  alg o r ith m   with   s u p p o r t  v ec t o r   m ac h i n es  ( SVMs),   o f f er i n g   s ig n if ican t  p er f o r m an ce   g ain s   [ 2 6 ] .   Hy b r id   m eth o d s   h a v e  also   b ee n   ex p l o r ed ,   c o m b in in g   class ical  tech n iq u es  s u ch   as  PQ  a n d   SR F  th eo r y   with   ad ap tiv e   ADAL I NE   f ilter s   [ 1 7 ] ,   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] .   T h is   in n o v ativ e  ap p r o ac h   to   f u n d am en tal  co m p o n en t  ex t r ac tio n   co n s id er ab ly   r ed u ce s   th e  n u m b er   o f   n eu r al  n etwo r k s   an d   p a r am eter s   to   b e   esti m ated ,   o p ti m izes  th e  lear n in g   tim e  an d   co m p u tatio n   f r eq u en cy   in   r ea l - tim e  im p lem en tatio n s ,   an d   in cr ea s es th e   r o b u s tn e s s   o f   th ese  m eth o d s .   Ho wev er ,   d esp ite  th ese  ad v an ce s ,   th e  ap p licatio n   o f   ADAL I NE - b ased   alg o r ith m s   in   f o u r - wir e  th r ee - p h ase  s y s tem s   r em ain s   in s u f f icien tly   ex p lo r e d .   C o n v en tio n al  m eth o d s   co n tin u e  to   b e  th e  m o s t  co m m o n ly   u s ed ,   d esp ite  th eir   lim itatio n s   an d   d is ad v an tag es  [ 2 9 ] .   T h e r ef o r e,   d e v elo p in g   ADAL I NE - b ased   tech n iq u es   an d   ex p lo r in g   th eir   p o te n tial  in   f o u r - wir e  th r ee - p h ase  s y s tem s ,   co u ld   o f f e r   a  r o b u s t  alter n ativ e  to   ex is tin g   m eth o d s .   T h is   wo u l d   im p r o v e  th e  co n tr o l  o f   APFs   ac r o s s   a  wid e  r an g e  o f   n e two r k   c o n d itio n s .   T h is   ar ticle  p r o p o s es  a  n ew  ADAL I NE - b ased   h y b r id   ap p r o ac h   f o r   h ar m o n ic  id en tific ati o n   in   f o u r - wir e  n etwo r k s ,   aim i n g   to   ad d r ess   th r ee   m ajo r   ch allen g es :  ca s e  s tu d y :  ev al u ate  th e  im p ac t  o f   in tr o d u cin g   ADAL I NE   in to   th e  p r o p o s ed   m eth o d   b y   co m p ar in g   its   ef f e ctiv en ess   with   th e  PQ  th eo r y ,   wh ich   is   r en o wn ed   f o r   its   s u p er io r   p e r f o r m an ce .   Op tim al  h ar m o n ic  d etec tio n :   d ev elo p   a n   id en tific atio n   te ch n iq u e  ca p ab le  o f   ef f ec tiv ely   d etec tin g   a ll  ty p es   o f   h ar m o n ics,  r eg ar d less   o f   n etwo r k   d is to r tio n   an d /o r   im b alan ce   co n d itio n s .   Pre cise  id en tific atio n   en ab les  m o r e  ef f ec tiv e  co m p en s atio n ,   b r in g i n g   th e  to tal  h ar m o n i c  d is to r tio n   ( T HD)   clo s er   to   ze r o .   Op tim al   p o wer   q u ality : e x tr ac t  p r ec is e  r ef er en ce   c u r r en ts   to   co m p en s ate  f o r   h ar m o n ic  cu r r en ts ,   n eu tr al  cu r r e n ts ,   an d   r ea ctiv e  p o wer ,   th er e b y   en s u r i n g   s m o o th   an d   s tab le  p o wer   an d   co n s i s ten t  p o wer   q u ality .   T h e  p r o p o s ed   m et h o d   r elies  o n   th e  s y n ch r o n o u s   d etec tio n   m eth o d   ( SDM)   b y   r e p lacin g   t h e  co n v e n tio n al  lo w - p ass   f ilter   with   an   ADAL I N E   f ilter .   T h is   in n o v atio n   o v e r co m es  th e  lim itatio n s   o f   tr a d itio n al  SDM  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A DA LINE - b a s ed   s yn ch r o n o u s   d etec tio n   fo r   en h a n ce d   s h u n t  A P F   p erfo r ma n ce   ( A b d ess la m  R ya d   Meb a r ek )   37   en h an ce s   its   p er f o r m an ce   f o r   r o b u s t  h ar m o n ic  id en tific ati o n .   T h e  ef f ec tiv en ess   o f   th e   p r o p o s ed   m eth o d   is   ev alu ated   th r o u g h   ex ten s iv e   s im u latio n s   co n d u cted   in   th e   MA T L AB - Simu lin k   en v ir o n m e n t.  T h e   s im u latio n s   en co m p ass   v ar io u s   s ce n ar io s   in v o lv in g   n o n lin ea r   an d   u n b alan ce d   s in g le - p h ase  an d   th r ee - p h ase  lo a d s .     T h e  r esu lts   ar e  th en   co m p a r ed   to   th o s e  o b tain ed   u s in g   i n s tan tan eo u s   p o wer   th e o r y   ( PQ  th e o r y ) .   T h e  ar tic le  is   s tr u ctu r ed   to   p r o v id e  a  clea r   u n d er s tan d i n g   o f   th e  p r o p o s ed   s y s tem :  s ec tio n   2   –   m eth o d o lo g y ,   d etails  th e   n etwo r k   co n f ig u r atio n ,   co n n e cted   lo ad s ,   an d   SAPF   o p er atio n   in   a  f o u r - wir e  th r ee - p h ase  s y s tem ,   an d   ex p lain s   th e  u n d e r ly in g   p r in cip les  an d   f u n ctio n alities   o f   th e  p r o p o s e d   ADAL I NE   s y s tem   b ased   o n   SDM.   I n   s ec tio n   3   –   r esu lts   an d   d is cu s s io n ,   p r es en ts   th e  s im u latio n   r esu lts ,   h ig h lig h tin g   d if f er e n ce s   an d   th eir   im p licatio n s   f o r   im p r o v in g   p o wer   q u ality .   Fin ally ,   s ec tio n   4   co n clu d es  b y   s u m m ar izin g   th e  m ai n   c o n tr ib u tio n s   o f   th e  ar ticle  an d   p o te n tial f u tu r e   ad v a n ce m en ts .       2.   M E T H O D   2 . 1 .     Sy s t e m   des cr iptio n   Fig u r e  1   illu s tr ates  th e  c o n f ig u r atio n   o f   th e   elec tr ical  n etwo r k   s tu d ied .   A  th r ee - p h ase  p o wer   s o u r ce   with   a  n eu t r al  wir e  f ee d s   a  s et  o f   n o n lin ea r   lo a d s   d iv id e d   in to   two   g r o u p s .   T o   im p r o v e   p o wer   q u ality   an d   m itig ate  p r o b lem s   ca u s ed   b y   h ar m o n ics,  a  th r ee - p h a s e,   f o u r - leg   v o ltag e  s o u r ce   in v e r ter   is   co n n ec ted   in   p ar allel  to   th ese  lo ad s   at  th e   p o in t  o f   c o m m o n   co u p lin g   ( PC C ) .   T h is   co n f ig u r atio n   f u n ctio n s   as  a  s h u n t  ac tiv e   p o wer   f ilter   ( SAPF ) .   T h is   ty p e  o f   f ilter   is   p a r ticu lar ly   e f f ec tiv e  f o r   co m p en s atin g   h ar m o n ic  cu r r en ts   an d   n eu tr al  cu r r e n ts   in   n o n lin ea r   a n d   u n b alan ce d   elec tr ical  s y s tem s .   T h e  f o u r - leg   SAPF   ef f ec tiv ely   r ed u ce s   T HD   to   m ee t I E E E - 5 1 9   s tan d ar d s .     Un lik e  th e  t h r ee - leg   SAPF ,   th e  f o u r - leg   SAPF   also   p r o v i d e s   a  n eu tr al   cu r r en t  p ath ,   allo win g   f o r   t h e   atten u a tio n   o f   u n b alan ce d   cu r r en ts .   T h e  in v er ter   is   p o wer e d   b y   an   8 0 0   V  DC   v o ltag e  s o u r c e,   wh ich   allo ws f o r   th e  r eg u latio n   o f   th e  p o wer   s u p p lied   b y   th e   in v er ter   an d   f ac ilit ates  ea s y   m o d u latio n   o f   th e  am p litu d e   an d   f r eq u e n cy   o f   th e  AC   o u tp u t   c u r r en t.   T h e   in v er te r ’ s   s witch in g   p u ls es  ar e  g en er ated   u s in g   a  h y s ter esis   b an d   cu r r en t  co n tr o ller   ( HB C C ) ,   wh ich   en s u r es  p r ec is e  an d   r ap id   tr ac k in g   o f   cu r r en t  v a r iatio n s .   T h e  HB C C   m ain tain s   th e  in v e r ter ’ s   o u t p u t  cu r r en t   with in   a  p r ed ef i n ed   b an d   a r o u n d   th e   r ef er e n ce   v alu e  b y   ad ju s tin g   t h e   co n tr o l  p u ls es  to   m in im ize  d ev iatio n s .   T h is   co n tr o ller   is   p a r ticu lar ly   s u itab le  f o r   m an a g i n g   r ap id   v ar iatio n s   an d   m ain tain in g   th e  s tab le  p er f o r m a n ce   o f   t h e  APF ,   ev en   in   th e  p r esen ce   o f   f lu ctu atin g   n o n lin ea r   lo ad s .     I n   o u r   co n f ig u r ati o n ,   th e   h y s te r esis   b an d   am p litu d e  is   0 . 0 1   A .     T ab le  1   s u m m ar izes  t h e  s y s tem   p ar a m eter s ,   wh ile  T ab le  2   d etails  th e  ch ar ac te r is tics   o f   t h e  ch o s en   lo ad s .   T wo   lo ad   s ce n ar i o s   wer e  co n s id er ed   to   r ef lect  th e  d i v er s ity   an d   co m p lex ity   o f   r ea l  elec tr ical  n etwo r k s .   C ase  ( 1 )   r ep r e s en ts   a  g en er al   elec tr ical  n etwo r k ,   also   k n o wn   as  a  co n n ec ted   o r   o n lin e   n etwo r k ,   ty p ically   co m p o s ed   o f   v ar io u s   ty p es  o f   th r ee - p h ase  an d   s in g le - p h ase   lo ad s .   C ase  ( 2 )   d escr ib es   an   is lan d in g   n etwo r k ,   also   k n o wn   as a n   o f f lin e  n etwo r k   o r   a  m icr o g r id ,   m ain ly   c o m p o s ed   o f   s in g le - p h ase  lo a d s .             Fig u r e  1 .   Pro p o s ed   s y s tem   to p o lo g y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  35 - 47   38   T ab le  1 .   T h e  p r o p o s ed   s y s tem   p ar am eter s   El e m e n t s   V a l u e s   V o l t a g e   a n d   f r e q u e n c y   2 3 0   V ,   5 0   H z   S o u r c e   r e s i st a n c e   ( )   a n d   i n d u c t i o n   ( )   0 . 4 2   Ω ,   1 9 . 8   mH   F i l t e r   r e s i st a n c e   ( )  a n d   i n d u c t i o n   ( )   1   mΩ ,   1 5   mH   D C   so u r c e   8 0 0   V   H B C C   b a n d   0 . 0 1   A   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   ( f sw )   1 0   k H z       T ab le  2 .  L o ad   p a r am eter   f o r   e ac h   s ce n ar io   Lo a d   c o n f i g u r a t i o n   Lo a d   t y p e   D e t a i l s   C a se   ( 1 )   3 Փ N LL  P h a s e   ( a b c )   R 11   =   3 0   Ω ,   L 11   =   5 0   mH ,   I n   s e r i e s .   1 Փ N LL  P h a s e   ( b )   R 12   =   2 0   Ω ,   L 12   =   3 5   mH ,   I n   s e r i e s   C a se   ( 2 )   P h a se   ( a )   R 21   =   2 7   Ω ,   L 21   =   8 5   mH ,   I n   s e r i e s   P h a se   ( b )   R 22   =  4 0   Ω ,   L 22   =   5 0   mH ,   I n   s e r i e s   P h a se   ( c )   R 23   =  8 3   Ω ,   C 2 1   =   1 6 5 0   μF ,  I n   p a r a l l e l       2 . 2 .     Sy nchro no us   det ec t io n m et ho d   T h e  SDM   s tan d s   o u t  f o r   its   s im p licity   an d   r eliab ilit y   in   i s o latin g   th e  f u n d am en tal  c o m p o n en ts   o f   s ig n als  in   d is tu r b e d   elec tr ical   n etwo r k s ,   wh eth er   b alan ce d   o r   u n b alan ce d .   I ts   r o b u s tn ess   ag ain s t  n o is e  an d   v o ltag e  d is to r tio n s   m ak es  it  p ar ticu lar ly   ap p ea lin g ,   av o id i n g   co m p lex   ca lcu latio n s   [ 3 0 ] .   I n   th is   m eth o d ,   th e   th r ee - p h ase   s o u r ce   cu r r en ts   ar e  ass u m ed   to   b e   b ala n ce d   af te r   co m p en s atio n .   T h e   r ea l   p o w er   ( )   co n s u m e d   b y   th e  lo ad   ca n   b e  ca lcu lat ed   f r o m   th e  in s tan tan eo u s   v o ltag es  (    ,     ,   an d      )   an d   lo ad   cu r r en ts     (    ,   ,   an d    ) ,   as illu s tr ated   b y   ( 1 ) .     ( ) =   [    ] [    ]   ( 1 )     Nex t,  th e  av er ag e  v alu e     is   d et er m in ed   b y   ap p ly in g   ( )   to   a  lo w - p ass   f ilter .   T h u s ,   th e  r ea l p o wer   is   d is tr ib u ted   am o n g   th e  th r ee   p h ases   ac co r d in g   to   th e  ( 2 ) :     =  (   +  +  ) , =  (   +  +  ) , =  (   +  +  )   ( 2 )     wh er e   ,   ,   an d      ar e   th e  a m p li tu d es  o f    ,    ,   a n d        r esp ec tiv ely .   Fro m   th ese  v alu es,  t h e   b alan ce d   lin e  c u r r en ts   ca n   b e  d eter m in ed   as  ( 3 ) :     ( ) = 2  (  2 ) , ( ) = 2  (  2 ) , ( ) = 2  (  2 )   ( 3 )     f in ally ,   th e  r e f er en ce   c u r r e n ts   ar e  d ef in e d   b y   ( 4 ) - ( 6 ) .     ( ) = ( ) −  ( )   ( 4 )     ( ) = ( ) −  ( )   ( 5 )     ( ) = ( ) −  ( )   ( 6 )     Desp ite  its   s im p licity   an d   r o b u s tn ess ,   th e  ad o p tio n   o f   SD M  in   APFs   r em ain s   lim ited   d u e  to   its   p er ce iv ed   lo wer   ac cu r ac y   c o m p ar ed   to   o th e r   tr a d itio n al   m eth o d s .   Stu d ies  [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ]   h a v e  p ar ticu lar ly   h ig h lig h ted   lim itatio n s   in   ter m s   o f   T HD  r ed u ctio n   co m p ar ed   to   tech n iq u es  s u ch   as  PQ  t h eo r y .   Ad d itio n ally ,   SDM  h as  co n s tr ain ts   r elate d   t o   r e s p o n s e  tim e  an d   s tab ilit y .   W h ile  PQ  th eo r y   allo ws  f o r   co m p en s atio n   in   a   s in g le  cy cle,   SDM  ca lcu lat i o n s   ca n   ex ten d   o v er   s ev er al   cy cles  ( u p   to   f o u r teen   at  5 0   Hz)   [ 3 0 ] .  T h ese   lim itatio n s   p ar tly   ex p lain   th e  r elativ e  lack   o f   in ter est  f r o m   th e  s cien ti f ic  co m m u n it y   in   th is   m eth o d .     T o   ad d r ess   th ese  lim itatio n s   wh ile  r etain in g   th e  ad v a n tag e s   o f   SDM,   we  p r o p o s e  r ep laci n g   th e  co n v en tio n al  lo w - p ass   f ilter ,   k n o wn   f o r   its   s en s itiv ity   to   n o is e,   with   an   ADAL I NE   f ilter .   T h e  lear n in g   an d   a d ap tatio n   ca p ab ilit ies  o f   ADAL I NE   s h o u ld   s ig n if ican tly   im p r o v e  t h e  p r ec is io n   an d   c o n v e r g en c e  s p ee d   o f   SDM.     A  d etailed   d escr ip tio n   o f   A DAL I NE   will  b e  p r esen ted   i n   th e  f o llo win g   s ec tio n .   Fig u r e  2   illu s tr ates   th e  s tr u ctu r e  o f   t h e  SDM   in co r p o r atin g   ADAL I NE .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A DA LINE - b a s ed   s yn ch r o n o u s   d etec tio n   fo r   en h a n ce d   s h u n t  A P F   p erfo r ma n ce   ( A b d ess la m  R ya d   Meb a r ek )   39       Fig u r e  2 .  Pro p o s ed   ADAL I NE - b ased   SDM   t o p o lo g y       2 . 3 .     Ada ptiv e  lin ea r  neuro n e   ( ADALI N E )   T h e  ADAL I NE   is   a  s im p le  y et  p o wer f u l  n eu r al  n etwo r k   i n tr o d u ce d   b y   B er n ar d   W id r o w  an d   T ed   Ho f f   in   1 9 6 0 .   T h is   n etwo r k   is   wid ely   u s ed   in   s ig n al   p r o ce s s in g   a n d   a d ap tiv e  f i lter in g   ap p licatio n s ,   p ar ticu lar ly   f o r   th e   esti m atio n   o f   f r eq u en cy ,   f u n d am en tal ,   an d   h ar m o n ic  co m p o n e n ts .   I t  is   ca p ab le  o f   h an d lin g   b o th   lin ea r   an d   n o n l in ea r   s ig n als  [ 1 8 ] ,   [ 3 3 ] .   T h e  ADAL I NE   co n s is ts   o f   a  s in g le  lay er   o f   n eu r o n s   u s in g   a  lin ea r   ac tiv atio n   f u n ctio n .     I ts   o p er atio n   is   b ased   o n   th e  weig h tin g   an d   s u m m atio n   o f   in p u ts .   E ac h   in p u t  co m p o n en t  « »  is   m u ltip lied   b y   a  co r r esp o n d i n g   s y n ap tic  weig h t  « » ,   f o r m in g   a  weig h ted   p r o d u ct  «   » .   T h e  s u m   o f   th ese  weig h ted   p r o d u cts  co n s titu tes  th e  esti m ated   o u tp u t  «    » .   T h e  weig h ts   ar e  ad ju s ted   d u r in g   th e   lear n in g   p r o ce s s ,   to   m in im ize  th e  er r o r   « »   b etwe en   th e  d esire d   o u tp u t « »   an d   t h e  esti m ated   o u tp u t  «    » .   T h e  s tr u ctu r e  o f   th e  p r o p o s ed   ADAL I NE   is   p r esen ted   in   F ig u r e  3 .   I n   o u r   s tu d y ,   we  in teg r a ted   an   ADAL I NE   with   th e  SDM   to   im p r o v e  t h e  ac cu r ac y   o f   r ea l   p o wer   f ilter in g   an d   e f f icien tly   ex t r a ct  th e  f u n d am en tal  co m p o n en t.  I t  was  im p lem en ted   in   MA T L AB /Si m u lin k   u s in g   th e  "S - Fu n ctio n   B u ild er "  b l o ck   a n d   p r o g r a m m ed   i n   th e  C   lan g u a g e.   T o   ad a p t  th e   ADAL I NE   t o   th e   n o n - lin ea r ity   o f   o u r   s y s tem   a n d   d eter m in e   its   p ar am ete r s ,   we  u s ed   t h e  Fo u r ier   s er ies  d ec o m p o s itio n   o f   th e  s tu d ied   s ig n al.   T h is   d ec o m p o s itio n   allo ws  ex p r ess in g   th e  s ig n al  as  a  s u m   o f   s in u s o id s   at  m u ltip les  o f   th e  f u n d am en tal  f r eq u en cy .   T h e  f o u r ier   c o ef f icien ts   co r r esp o n d i n g   to   th e   f r eq u e n cies  o f   in ter est  c os ( 2  )   an d   s in ( 2  )   ar e  u s ed   as  in p u ts   to   th e  ADAL I NE .   T h e  am p litu d es  o f   th ese  co m p o n e n ts     an d   ,   wh ich   we  aim   to   esti m ate,   ar e  co n s id er ed   as th e  s y n ap tic  weig h ts   t o   b e  ad ju s ted .   T h e  f o u r ier   s er ies d ec o m p o s itio n   eq u atio n   is   p r esen ted   as  ( 7 ) :     = ∑   [  ( 2  ) +  ( 2  ) ] ∞ = 1 , 2   ( 7 )     T h e  esti m ated   o u tp u t «    »   ca n   b e  ex p r ess ed   b y   ( 8 ) :      =   ∑ ( . ) ∞ = 1 , 2 = .   ( 8 )     T h e  in p u t  v ec to r   « »   is   d ef in ed   as ( 9 ) :     = [ 1   s in ( 2  )   c os ( 2  )   s in ( 4  )   c os ( 4  )   …     s in (  )   c os (  ) ]   ( 9 )     W h ile  th e  weig h t v ec to r   « »   is   g iv en   as  ( 1 0 ) :     = [ 0     1     2     3     4   …     − 1     ]   ( 10 )     T o   ad ju s t  th e  s y n ap tic  weig h ts ,   we  u s e  th e  least  m ea n   s q u ar es  ( LMS )   lear n in g   alg o r ith m .     T h is   alg o r ith m   u p d ates  th e  weig h ts   at  ea ch   iter atio n   b ased   o n   th e  q u ad r atic  er r o r   b etwe en   th e  d esire d /r ea l  o u tp u t   a n d   th e  esti m ated   o u tp u t.  T h e  u p d ate  r u le  is   g iv en   b y   ( 1 1 ) .     ( + 1 ) = ( ) + . ( ) . ( )   ( 11 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  35 - 47   40   W h er e:  ( + 1 )   is   th e  u p d ated   weig h t  v ec to r   at  iter atio n   k + 1 ,  ( )   i s   th e  weig h t  v ec to r   at   iter atio n   k ,    is   th e  lear n in g   r at e,   ( )   is   th e  er r o r   b etwe en   t h e  d e s ir ed   o u tp u t  a n d   th e   esti m ated   o u tp u t.   I t  is   eq u al  to   ( − ) .   Fin aly ,   ( )   is   th e  in p u t  v ec to r   at  iter atio n   k .   T h e   le ar n in g   p r o ce s s   co n tin u es  u n til   th e  er r o r   c o n v e r g es  to   a  m in im u m ,   in d icatin g   th at  th e   m o d el  h as  lear n ed   t h e  o p tim al  weig h ts   f o r   th e   g iv en   task .   T h e  esti m ated   f u n d am en tal  p o wer   is   th en   ev alu ated   as  ( 1 2 ) :      ( ) = 1 s in  + 1 c os    ( 12 )           Fig u r e  3 .  Pro p o s ed   ADAL I NE   to p o lo g y       2 . 4 .     I ns t a nta neo us   po wer   t heo ry   On e  wid ely   u s ed   m eth o d   f o r   h ar m o n ic  id e n tific atio n   i s   th e  I PT ,   also   k n o wn   as  p - q   th eo r y .     T h is   tech n iq u e   is   ex ten s iv ely   ap p lied   f o r   an aly zi n g   a n d   c o n tr o llin g   p o wer   s y s tem s ,   p a r ticu lar ly   in   APFs     [ 5 ] ,   [ 3 4 ] .   Dev elo p e d   b y   Ak ag i ,   Kan az awa ,   an d   Nab ae   in   1 9 8 3   [ 3 5 ] ,   I PT  h as b ec o m e  a  co r n er s to n e  in   th e  f ield   o f   p o wer   q u ality   im p r o v em e n t.  T h e  co r e  co n ce p t  o f   I PT   in v o lv es  tr an s f o r m in g   th r ee - p h ase  v o ltag es  an d   cu r r en ts   f r o m   th e  tim e  d o m ain   to   th e  in s tan tan eo u s   p o wer   d o m ain   u s in g   th e  C l ar k e  tr an s f o r m atio n .     T h is   tr an s f o r m atio n ,   as sh o wn   in   ( 1 3 ) ,   co n v er ts   v o lta g es a n d   cu r r en ts   f r o m   th e  a b c  f r a m e  t o   th e  α β f r a m e.     [ ] = √ 2 3 [ 1 − 1 2 − 1 2 0 √ 3 2 − √ 3 2 ] [ ]   a n d   [ ] = √ 2 3 [ 1 − 1 2 − 1 2 0 √ 3 2 − √ 3 2 ] [ ]   (1 3 )     T h is   tr an s f o r m atio n   allo ws  th e  s ep ar atio n   o f   th e  p o wer   co m p o n e n ts   in to   ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o wer ,   wh ich   ca n   th en   b e   f u r t h er   an aly ze d   t o   id e n tify   h ar m o n ic  d is to r tio n s   an d   im b alan ce s   in   th e  s y s tem .     T h e  in s tan tan eo u s   ac tiv e  p o w er   ( )   an d   i n s tan tan eo u s   r ea ctiv e  p o wer   ( )   ar e  g iv en   in   ( 1 4 ) :     [ ] = [ − ] [ ]   ( 14 )     a f ter   ap p ly in g   lo w - p ass   f ilter i n g   to   th e   p r e v io u s ly   o b tain ed   p o wer s ,   th e   r ef e r en ce   c u r r e n ts   to   b e  s u p p lied   b y   th e  SAPF   in   th e  two - p h ase  ( αβ )   f r am e  ar e  g iv en   b y   ( 1 5 ) :     [   ] = 1 2 + 2 [ − ] [ ]   ( 15 )     t o   elim in ate  h ar m o n ics an d   r e ac tiv e  p o wer ,   th e   u n wan te d   p o wer s   ch o s en   to   b e  elim in ate d   ar e  g iv en   i n   ( 4 ) :     { = ̃ = ̅ + ̃   ( 16 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A DA LINE - b a s ed   s yn ch r o n o u s   d etec tio n   fo r   en h a n ce d   s h u n t  A P F   p erfo r ma n ce   ( A b d ess la m  R ya d   Meb a r ek )   41   w h er e  ̃   is   th e  h ar m o n ic  ac ti v e  p o wer ,   a n d   ̅   an d   ̃   a r e  th e  co n tin u o u s   an d   h ar m o n ic  r ea ctiv e  p o wer ,   r esp ec tiv ely .   T h u s ,   f r o m   ( 1 6 ) ,   th e  cu r r e n t r ef er e n ce s   in   ( 1 5 )   will b e  as sh o wn   in   ( 1 7 ) :     [   ] = 1 2 + 2 [ − ] [ ̃ ̅ + ̃ ]   ( 1 7 )     f in ally ,   th e  in v er s e  C lar k e  tr an s f o r m atio n   will b e  ap p lied   to   ( 1 7 )   to   o b tain   th e   cu r r e n t r ef e r e n ce s   in   th e  ab c  f r am e.       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   an d   an aly ze s   th e  r esu lts   o f   th e  n u m er i ca l  s im u latio n s   o f   th e  elec tr ical  s y s tem ,   d etailed   in   s ec tio n   2 .   T h ese  s im u latio n s   wer e  co n d u cted   b y   co m p ar in g   two   id en tific atio n   m eth o d s :  th e  SDM  b ased   o n   an   ADAL I NE   alg o r i th m   an d   th e   tr ad itio n al   PQ  m e th o d   u s in g   a   3 0   Hz  lo w - p ass   f ilter .   T h e  o b jectiv e  was  to   v alid ate  th e  h y p o t h eses   f o r m u lated   in   t h e  in tr o d u ctio n .   T h e  e v alu atio n   f o c u s es  o n   s ev er al  p er f o r m a n ce   in d icato r s :  th e  T HD   r ate,   th e   am p litu d es  o f   th e   3 rd ,   5 th ,   a n d   7 th   o r d er   h ar m o n ics,  th e  s o u r ce   an d   n e u tr a l   cu r r en ts ,   as we ll a s   th e  ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o wer   d eliv e r ed   b y   ea ch   m et h o d .   T h is   co m p a r ativ e  an aly s is   allo ws   f o r   a n   ap p r ec iatio n   o f   th e   ad v an tag es  an d   lim itatio n s   o f   e ac h   ap p r o ac h   with in   th e   co n tex t  o f   o u r   s tu d y .     Fig u r e  4   illu s tr ates  th e  s im u latio n   r esu lts   o f   th e  lo ad   c u r r e n ts ,   n eu tr al  cu r r e n t,  an d   ac tiv e  a n d   r ea ctiv e  p o wer ,   u n d er   t h e  lo ad   c o n d itio n s   o f   s ce n ar io   ( 1 ) ,   m ain   g r id ,   b ef o r e  co m p en s atio n .   T h ese  r esu lts   clea r ly   s h o w  th at  th e   lo ad   cu r r en ts   ar e   h ig h ly   d is to r ted   as  s h o wn   in   Fig u r e  4 ( a) ,   d u e   to   t h e  p r esen ce   o f   a   th r ee - p h ase  n o n lin ea r   lo ad .   Ad d itio n ally ,   t h e  in tr o d u ctio n   o f   an   a d d itio n al  s in g le - p h ase  lo ad   co n n ec ted   to   p h a s e  ( b )   r esu lts   in   a  s ig n if ican t  in cr ea s e  in   th e  cu r r en t  am p litu d e  in   th is   p h ase,   ca u s in g   a  s u b s tan tial  im b al an ce   b etwe en   th e   p h ases .   Mo r eo v e r ,   th e  n e u tr a l  cu r r en t  r ea c h es  h ig h   v alu e s   ( 2 0 A)   an d   ex h ib its   s ig n if ic an t  o s cillatio n s   as   s h o wn   in   Fig u r e  4 ( b ) .   T h ese  d is tu r b an ce s   h av e  a  d ir ec t im p a ct  o n   p o wer ,   b o th   ac tiv e  an d   r ea ctiv e  as sh o wn   in   Fig u r e  4 ( c) ,   wh ich   s h o ws  f lu c tu atio n s   an d   a   lack   o f   s tab ilit y .   T h e  p o wer   f ac t o r ,   r e d u ce d   to   0 . 8 4 8 0 ,   h ig h lig h ts   th e  im p o r tan ce   o f   h ar m o n ics in   th is   ca s e.         ( a)       ( b )       ( c)     Fig u r e  4 .   B ef o r e   co m p en s atio n   s ig n als in   ca s e  ( 1 ) : ( a )   lo ad   c u r r en ts ,   ( b )   n e u tr al  cu r r en t,   an d     ( c)   ac tiv e  p o wer   ( b l u e)   an d   r e ac tiv e  p o wer   ( r ed )       Fig u r e  5   p r esen ts   a  d etailed   c o m p ar is o n   o f   th e   r esu lts   o b tai n ed   af ter   co m p e n s atin g   th e  d is tu r b an ce s   u s in g   th e   two   m eth o d s   s tu d ied :  th e  class ical  PQ  th eo r y   ( lef t c o lu m n )   an d   th e   n e u r al  SDM  ( r ig h t  c o lu m n ) .   T h e   q u an titi es  co m p ar ed   in cl u d e  t h e  s o u r ce   cu r r en ts ,   th e  p h ase  s h if t  b etwe en   th e  s o u r ce   v o ltag e  an d   cu r r e n t,  th e  n eu tr al  cu r r en t,   as  well  as  th e   ac tiv e  an d   r ea ctiv e   p o wer .   T h is   co m p ar ativ e   an aly s is   ev alu ates  th e  ad v a n tag es   an d   lim itatio n s   o f   ea ch   ap p r o ac h   in   ter m s   o f   co m p en s atio n   q u a lity   an d   en e r g y   ef f icie n cy .   B o th   m eth o d s   en s u r e  ef f ec tiv e  a n d   alm o s t   id en tical  co m p en s atio n ,   p r o d u cin g   s in u s o id al  a n d   b ala n ce d   s o u r ce   cu r r en t  wav ef o r m s   with   a  1 2 0 - d e g r ee   p h ase  s h if t  b etwe en   th e  th r ee   p h ases   as  s h o wn   in   Fig u r es  5 ( a)   an d   5 ( a ’ ) ,   an d   in   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  35 - 47   42   p h ase  with   th e  v o ltag e  as  s h o wn   in   Fig u r es  5 ( b )   an d   5 ( b ’ ) ,   r esu ltin g   i n   a  p o wer   f a cto r   clo s e  to   u n ity .   Ho wev er ,   th e   SDM  s tan d s   o u t   f r o m   th e   PQ  th eo r y   in   two   as p ec ts :  f ir s t,  b y   a  h i g h er   s o u r ce   cu r r e n t  am p litu d e,   r ea ch in g   4 0   A  c o m p a r ed   to   2 0   A  f o r   th e  PQ  th eo r y ;  s ec o n d ,   b y   a  p er f ec t  b alan ce   o f   th ese  c u r r en t  am p litu d es,   u n lik e  a   s lig h t  p er s is ten t  im b a lan ce   in   th e   am p litu d e   o f   p h ase  ( b )   o f   a b o u t   4 %  c o m p a r ed   to   th e   o th e r   p h ases .   B o th   m eth o d s   e n s u r e  a   n eg li g ib le  n eu tr al   cu r r e n t  as  s h o wn   in   Fig u r es  5 ( c)   a n d   5 ( c ’ ) .   R e g ar d in g   ac tiv e  a n d   r ea ctiv e  p o wer   as  s h o w n   in   Fi g u r es  5 ( d )   an d   5 ( d ’ ) ,   b o t h   m e th o d s   s u cc ee d   in   f u lly   c o m p e n s atin g   th e  r ea ctiv e   p o wer .   Fo r   ac tiv e  p o wer ,   t h e  PQ  th eo r y   s h o ws  b etter   s tab ilit y   d u r in g   th e  tr an s itio n   p er io d   b u t  ex h i b its   r esid u al  f lu ctu atio n s   o f   a b o u t   2 . 2 %  ar o u n d   th e  a v er ag e  v a lu e  in   s tead y - s tate.   I n   co n t r ast,  th e  n eu r al  SDM   m eth o d ,   alth o u g h   d is tu r b e d   d u r in g   th e  t r an s ien t  p h ase,   o f f e r s   p er f ec t  s tab ilit y   an d   s m o o t h   ac tiv e  p o wer   i n   a   s tead y   s tate,   with   an   a v er ag e   am p litu d e   o f   1 5   k W .   T h e   r e s p o n s e  tim e  o f   b o th   m eth o d s   is   s im ilar ,   ar o u n d     0 . 0 4   s ,   wh ich   m ar k s   an   im p r o v em en t   in   SDM  p er f o r m an c e  co m p a r ed   to   t h e  r esu lts   r e p o r ted   i n   [ 3 0 ] .  T h is   s u p er io r   s tab ilit y   o f   t h e  SDM  is   cr u cial  f o r   a p p licatio n s   r eq u ir in g   a  h i g h - q u ality   elec tr ical  p o wer   s u p p ly .           Fig u r e  5 .   Po s t - co m p en s atio n   s ig n al  in   ca s e  ( 1 ) : so u r ce   cu r r e n t  ( a)   PQ th eo r y ,   (a ’ )   SDM ; Ph a s e  b etwe en   v o ltag e  an d   cu r r en t ,   ( b )   PQ th eo r y ,   (b ’ )   SDM ;   n e u tr al  cu r r e n t ,   ( c )   PQ th eo r y ,     (c ’ )   SDM ,  ac tiv e   an d   r ea ctiv e  p o w er ,   an d   ( d )   PQ  th eo r y ,   (d ’ )   SDM       Ho wev er ,   alth o u g h   th ese  g r ap h ical  r esu lts   s ee m   to   f av o r   th e   p r o p o s ed   SDM,   th ey   ar e  n o t  s u f f icien t  to   p r o v e  its   s u p er io r ity   o v e r   t h e  PQ  th eo r y .   A  d etailed   s tu d y   o f   t h e  h a r m o n ic  s p ec tr u m ,   p ar ticu lar ly   th e  T HD  r ate  as  well   as  th e  3 rd ,   5 th ,   an d   7 th   o r d er   h ar m o n ics,  is   th er ef o r e  n ec ess ar y .   T ab le  3   s u m m ar izes  th ese  r esu lt s   b ef o r e  a n d   af te r   co m p en s atio n ,   allo win g   f o r   m o r e  r o b u s t  c o n clu s io n s   r eg a r d in g   th e  o v er all  p er f o r m a n ce   o f   ea ch   m eth o d .   T h e  two   id en tific atio n   m eth o d s   ex p lo r ed   in   th is   s tu d y   ac h iev e  T HD  v alu es  co m p lian t  with   th e   IEEE - 5 1 9   s tan d ar d .   Ho wev er ,   th eir   ef f e ctiv en ess   v ar ies,  as  s h o wn   in   T ab le  3 .   W h ile  th e  PQ  th eo r y   s h o ws  a  p r o m is in g   r e d u ctio n   in   T HD,   th e  n eu r al  SDM  co n s is ten tly   o f f er s   th e   m o s t  im p r ess iv e  r esu lts ,   ac h iev in g   a   s ig n if ican tly   lo wer   T HD  th an   th e  PQ  th eo r y .   T h is   s u p er io r   p er f o r m an ce   also   ex ten d s   t o   t h e  r ed u ctio n   o f   3 rd ,  5 th ,   an d   7 th   o r d e r   h ar m o n ics.  T h e  n eu r al  SDM  co n s is ten tly   ac h iev es  T HD  p er ce n tag es  b elo w  0 . 5 %  f o r   all  th r ee   p h ases .   T h e   T HD  is   r ed u ce d   f r o m   2 6 . 9 0 %  t o   ju s t  0 . 3 6 %  f o r   p h ase  ( a) ,   f r o m   1 4 . 3 0 %  to   0 . 3 7 %  f o r   p h ase   ( b ) ,   an d   f r o m   2 6 . 7 2 %  to   0 . 3 6 %  f o r   p h ase  ( c) .   T h e  5 th   an d   7 th   o r d er   o d d   h ar m o n ics,  wh ich   ar e  th e  m o s t  h ar m f u l  in   th is   ty p e  o f   s y s te m ,   co m p ly   with   r elev an t  s tan d ar d s ,   with   v alu es  b elo w  0 . 1 %.  Similar ly ,   th e  3 rd   o r d er   h ar m o n ic,   wh ich   ap p ea r s   o n ly   in   th e  u n b alan ce d   p h ase  ( b ) ,   is   r ed u ce d   f r o m   6 . 1 6 %  to   a  r em ar k ab le   0 . 0 3 %.  T h ese  r esu lts   h ig h lig h t  th e  ef f ec tiv en ess   o f   ADAL I NE   in   im p r o v in g   th e  ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess   o f   th e  SDM,   also   d e m o n s tr atin g   th e  s u p er io r   ab ilit y   o f   th e  n eu r al  SDM  to   m itig ate  h a r m o n ics  an d   im p r o v e   cu r r en t w av e f o r m   q u alit y.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A DA LINE - b a s ed   s yn ch r o n o u s   d etec tio n   fo r   en h a n ce d   s h u n t  A P F   p erfo r ma n ce   ( A b d ess la m  R ya d   Meb a r ek )   43   T ab le  3 .  C ase  ( 1 )   r esu lts       N o r me   B e f o r e   c o m p e n sa t i o n   P Q   t h e o r y   N e u r a l   S D M   P h a se   ( a )   TH D %   < 5%   2 6 . 9 0   1 . 0 6   0 . 3 6   h 3 / h 1   ( % )   < 4%   0 . 2 8   0 . 0 4   0 . 0 4   h5 / h 1   ( % )   < 4%   2 0 . 4 7   0 . 2 8   0 . 1 0   h 7 / h 1   ( % )   < 4%   1 2 . 6 3   0 . 2 3   0 . 0 7   P h a se   ( b )   TH D %   < 5%   1 4 . 3 0   1 . 1 1   0 . 3 7   h 3 / h 1   ( % )   < 4%   6 . 1 6   0 . 0 6   0 . 0 3   h5 / h 1   ( % )   < 4%   8 . 1 3   0 . 2 2   0 . 0 8   h 7 / h 1   ( % )   < 4%   4 . 6 2   0 . 1 8   0 . 0 6   P h a se   ( c )   TH D %   < 5%   2 6 . 7 2   1 . 0 2   0 . 3 6   h 3 / h 1   ( % )   < 4%   0 . 1 0   0 . 0 5   0 . 0 1   h5 / h 1   ( % )   < 4%   2 0 . 1 6   0 . 2 6   0 . 1 1   h 7 / h 1   ( % )   < 4%   1 2 . 7 7   0 . 2 2   0 . 0 7       Alth o u g h   s in g le - p h ase  n o n lin ea r   lo ad s   ten d   to   ca u s e  im b alan ce s   in   co n n ec ted   n etwo r k s   ( o n lin e  n etwo r k s ) ,   th e  p r esen ce   o f   s y m m etr ical  th r ee - p h ase  lo ad s   p lay s   a   s ig n if ican t   m itig atin g   r o le.   I n d ee d ,   as   illu s tr ated   in   th e  p r ev io u s   s ce n ar io ,   t h e  p e r ce n tag e  o f   3 r d   o r d er   h ar m o n ic,   in d icativ e  o f   i m b alan ce s ,   d o es  n o t   ex ce ed   7 %,  a   v alu e   clo s e  to   th e  r eg u lato r y   lim it   o f   4 %.   Acc o r d i n g   t o   th e   d ata   f r o m   [ 3 6 ] ,   t h is   ty p e   o f   h ar m o n ic  in   th ese  n etwo r k s   ca n   r ea ch   a  lim it  o f   1 5 %.  T h is   r esu lt  h ig h lig h ts   th e  s tab ilizin g   r o le  o f   th r ee - p h ase   lo ad s .   I n   co n tr ast,  o f f lin e   n etwo r k s ,   ch ar ac ter ized   b y   a   p r ed o m in an ce   o f   s in g le - p h a s e  lo ad s ,   ar e  m o r e   v u ln er ab le  to   h ar m o n ic  d is to r tio n s ,   p ar ticu lar ly   th e  3 r d   o r d er   h ar m o n ic  wh ich   ca n   r ea c h   alar m in g   lev els.     T h e  ab s en ce   o f   a  n atu r al  atten u atin g   ef f ec t  in   th ese  n etwo r k s   n ec ess itates  a  th o r o u g h   ev alu atio n   o f   o u r   m eth o d   i n   th is   s p ec if ic   co n t ex t.  T h e   s im u latio n   r esu lts   o f   s ce n ar io   ( 2 ) ,   p r esen ted   in   Fig u r e  6 ,   r ev ea l   a  s ig n if ican t  d eg r a d atio n   in   s i g n al  q u ality   b ef o r e  co m p en s atio n   co m p ar e d   to   s ce n ar io   ( 1 ) .   Sin g le - p h ase   n o n lin ea r   lo ad s   in tr o d u ce   s ig n if ican t  an d   u n ev en   d is to r tio n s   an d   i m b alan ce s   in   th e  l o ad   cu r r en ts   as  s h o wn   in   Fig u r e  6 ( a) ,   th ese  ef f ec ts   d e p en d   o n   th e  ty p e  o f   s in g le - p h a s e  lo ad   co n n ec ted   to   ea c h   p h ase  an d   th e  cu r r en t   d em an d .   Mo r e o v er ,   th e   n e u tr a l  cu r r e n t  ex h ib its   co n s id er ab le   f lu ctu atio n s ,   wit h   p ea k   v alu e s   r ea ch in g   1 0   A   as  s h o wn   in   Fig u r e   6 ( b ) .   Alth o u g h   th ese   lo ad s   c o n s u m e   less   p o wer   t h an   th r ee - p h ase  lo a d s ,   r esu ltin g   in   l o wer   ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o wer   a m p litu d es  co m p ar e d   to   s ce n a r io   ( 1 ) ,   th ey   f l u ctu ate  co n s id er ab ly   as  s h o wn   in   Fig u r e  6 ( c ) .   T h ese  d is tu r b an c es  lead   to   a  d r asti c  r ed u ctio n   i n   th e  p o wer   f ac to r ,   r ea ch in g   0 . 5 3 5 3 ,   an d   d ec r ea s e   th e  ef f icien cy   o f   p o wer   tr an s f e r .           Fig u r e  6 .  B ef o r e   co m p en s atio n   s i g n als in   ca s e  ( 2 ) : ( a )   lo ad   c u r r en ts ,   ( b )   n e u tr al  cu r r en t,  an d   ( c)   ac tiv e  p o wer   ( b lu e) ,   a n d   r ea ctiv e   p o wer   ( r e d )       Fig u r e  7   p r esen ts   th e  s ig n al s   o f   th e  two   m eth o d s   s tu d i ed   ( n eu r al  SDM  an d   PQ  th eo r y )   af te r   co m p en s atio n   i n   s ce n ar io   ( 2 ) .   E x ce p t  f o r   th e  p o wer s ,   th e  wa v ef o r m   r esu lts   o f   th e  s o u r ce   c u r r en ts   an d   n eu tr a l   cu r r en ts   o b tain ed   in   th is   s ce n ar io   ar e   alm o s t  id en tical  t o   th o s e  in   th e   p r e v io u s   s ce n ar i o .   T h e  s o u r ce   cu r r en ts   ar e  s in u s o id al,   b alan ce d ,   an d   p h ase - s h if ted   b y   1 2 0   d eg r ee s   as  s h o wn   in   Fig u r es  7 ( a)   an d   7 ( a ’ ) ,   wh ile  b ein g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  37 ,   No .   1 ,  J an u ar y   20 25 :  35 - 47   44   p er f ec tly   s y n ch r o n ized   with   t h e  v o ltag es  as  s h o wn   in   Fig u r es  7 ( b )   an d   7 ( b ’ ) ,   r esu ltin g   in   a  u n it  p o wer   f ac to r .   T h e  am p litu d es  o f   th ese  cu r r e n ts   ar e  lo wer   th an   th o s e  in   th e   f ir s t  s ce n ar io ,   with   th e  SDM   m eth o d   r ea c h in g   1 0   A,   wh ile  th e  PQ th eo r y   r ea ch e s   5   A.   T h is   is   b ec au s e  s in g le - p h ase  lo ad s   co n s u m e  less   cu r r e n t th an   th r ee - p h ase  lo ad s .   Ho wev er ,   a  s lig h t  asy m m etr y   in   th e  p h ase  am p litu d es,  ar o u n d   0 . 2 %,  is   o b s er v e d   f o r   th e  PQ  th eo r y ,   u n lik e  t h e  n eu r al   SDM,   wh ich   o f f e r s   p e r f ec t  s y m m etr y ,   in d i ca tin g   p r ec is e  id en tific atio n   b y   th is   m et h o d .   T h e   n eu tr al  cu r r en t  is   alm o s t  ze r o ,   l ess   th an   0 . 5   A  in   b o th   m eth o d s   as  s h o wn   in   Fig u r es  7 ( c)   a n d   7 ( c ’ ) ,   i n d icatin g   ef f ec tiv e  h ar m o n ic  co m p en s atio n .   R eg ar d in g   ac tiv e  an d   r ea ct iv e  p o wer ;  b o th   m eth o d s   en s u r e  t o tal  co m p en s atio n   o f   r ea ctiv e  p o w er .   Ho wev er ,   th e   b eh a v io r   o f   ac tiv e  p o wer   d if f e r s   b etwe en   th e  two   ap p r o ac h es  as  s h o wn   in   Fig u r es  7 ( d )   an d   7 ( d ’ ) .   T h e  r esp o n s e  o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   f aster   th an   th at  o f   th e  PQ  th eo r y ;   d esp ite  tr an s ien t  d is tu r b an ce s ,   th e  ADAL I NE - b ased   SD M  r ea ch es  a  s tead y   s tate  in   ju s t  0 . 0 7   s ec o n d s ,   co m p ar ed   to   0 . 1 2   s ec o n d s   f o r   th e  PQ  th eo r y .   Ad d itio n ally ,   th e  SDM  o f f er s   s u p e r io r   p o w er   q u ality ,   p er f ec tly   s tab le  an d   s m o o th ,   with   an   a m p litu d e  o f   5 2 0 9   W ,   g iv i n g   it  a  s ig n if ican t  p er f o r m an ce   ad v an tag e.   T h is   p o wer   s tab ilit y ,   co m b in ed   with   h ig h - q u ality   p o wer   s u p p ly ,   m ak es   th is   m eth o d   an   i d ea l  to o l  f o r   elec tr o n ic  d ev ices,  h o u s eh o ld   ap p lian ce s ,   an d   o t h er   r e n ewa b le  en er g y   s o u r ce s   co m m o n   in   th e  ter tiar y   an d   d o m esti c  s ec to r s   o f   o f f lin e  n etwo r k s ,   as  well  a s   f o r   s o m e  cr itical  in f r astru ctu r es  m o r e  d em an d in g   in   ter m s   o f   p o wer   q u ality ,   s u ch   as h o s p itals   an d   co m m u n icatio n   s y s tem s .           Fig u r e  7 .   Po s t - co m p en s atio n   s ig n als in   ca s e  ( 2 ) : so u r ce   cu r r e n t  ( a)   PQ th eo r y ,   (a ’ )   SDM ;  p h ase  b etwe en   v o ltag e  an d   cu r r en t ( b )   PQ th e o r y ,   (b ’ )   SDM ;   n e u tr al  cu r r e n t   (c )   PQ th eo r y ,     (c ’ )   SDM ,  ac tiv e   an d   r ea ctiv e  p o wer   ( d )   PQ th eo r y ,   (d ’ )   SD M       T ab le  4   p r esen ts   a  co m p ar ativ e  an aly s is   o f   h ar m o n ic  s p ec ter   r esu lts   b ef o r e  an d   af ter   co m p en s atio n ,   h ig h lig h tin g   th e  id e n tific atio n   m eth o d ’ s   in f lu en ce   o n   th e  f ilt er in g   p r o ce s s ’ s   ef f ec tiv en ess .   Alth o u g h   t h e  th r ee   lo ad s   u s ed   in   th e  s im u latio n   ar e  s in g le - p h ase  an d   n o n lin ea r ,   t h e  ty p e  o f   co m p o n en t  c o n n ec t ed   to   th em   p la y s   a  cr u cial  r o le   in   t h e  im p ac t  o f   t h ese  lo ad s   o n   n etwo r k   b eh a v i o r .   I n d ee d ,   th e   h ig h ly   c ap ac it iv e  lo ad   ( p h ase  c)   in d u ce s   a  s ig n i f ican tly   h ig h er   T HD,   p ea k in g   at  1 1 9 . 9 6 %.  Ad d itio n ally ,   it   r ec o r d s   th e  h i g h est  co n ten t   o f   th e   3 r d   o r d er   h ar m o n ic  ( 8 7 . 3 9 %),   co n s id er ab l y   ex ce e d in g   t h o s e  o f   p h ases   ( a)   ( 2 2 . 2 6 %)  an d   ( b )   ( 9 . 6 7 %).   Un d er   th ese  co n d itio n s ,   th e   th ir d - o r d er   h ar m o n ic  p r ed o m in ates,  f u r th er   ag g r av atin g   th e  im b alan ce   an d   th r ea ten in g   n etwo r k   s tab ilit y .   Af ter   co m p en s atio n ,   it  is   clea r   th at  th e  p r o p o s ed   SDM  m eth o d   co n s is ten tly   o u tp e r f o r m s   th e   P Q   t h e o r y .   T h e   T H D   i s   s i g n i f ic a n t l y   r e d u c e d :  f r o m   3 0 . 9 6 %   to   0 . 8 1 %   ( p h a s e  a ) ,   f r o m   1 5 . 0 4 %   t o   0 . 7 5 %   ( p h as e   b ) ,   a n d   f r o m   1 1 9 . 9 6 %   t o   o n l y   0 . 8 2 %   ( p h a s e   c ) .   T h e s e   e x c e p t i o n a l   r e s u l ts   a r e   m a r k e d l y   b e t t e r   t h a n   t h e   h i g h e r   T H D   v a l u es   o b t a i n e d   w it h   t h e   P Q   t h e o r y :   1 . 6 7 % ,   1 . 4 7 % ,   a n d   1 . 5 7 % ,   r e s p e c t i v el y .   T h e   s u p er i o r   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   A D A L I N E - b as e d   m e t h o d   a l s o   e x t e n d s   t o   t h e   a t t e n u at i o n   o f   i n d i v i d u a l   3 rd ,   5 th ,   a n d   7 th   o r d e r   h a r m o n i c s ,   d e m o n s t r a t i n g   it s   e x ce p t i o n a l  p r e c i s i o n   a n d   h a r m o n i c   d e te c t i o n   c a p a b i li t ie s .   T h is   s u c ce s s   i s   a t t r i b u te d   t o   A D A L I N E ,   w h i c h   e n h a n c es   th e   S D M .   T h e  p e r c e n t a g es   o f   o d d   3 r d   o r d e r   h a r m o n i c s   a r e   r e m a r k a b l y   l o w ,   r a n g i n g   f r o m   0 . 0 8 %   t o   0 . 0 2 %   a n d   0 . 1 4 %   f o r   e a c h   p h a s e ,   a t t es t i n g   t o   t h e   e f f i c i e n c y   o f   t h is   m e t h o d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.