I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  A p r il   20 25 ,   p p .   1 2 7 4 ~ 1 2 8 8   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI :  1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 2 . pp 1 2 7 4 - 1 2 8 8           1274       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   M o delling  and v a lida tion o f  hy brid  series activ e  f ilt e r f o r powe r  qua lity enha ncem ent  using   O PAL - RT sim ula tor       Nit is ha   Sh riv a s t a v a 1 ,  Arj un   B a liy a n 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   A j a y   K u m a r   G a r g   E n g i n e e r i n g   C o l l e g e ,   G h a z i a b a d ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   Jam i a   M i l l i a   I sl a mi a ,   N e w   D e l h i ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r   2 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Oct  1 2 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Oct  2 3 ,   2 0 2 4       It  is  a   k n o wn   fa c t  th a t  th e   q u a li t y   o f  p o we r  is  d e g ra d i n g   a t  a   v e r y   fa st  ra te.   Th e   re a so n   b e h i n d   t h is i s h a rm o n i c s in   th e   p o we r  su p p l y .   T h e   m a in   m o ti v e   is   to   re d u c e   t h e   h a rm o n ic  p o ll u ti o n   in   t h e   sy ste m   f o r  v a rio u s  c o m b i n a ti o n s  o f   th e   l o a d .   Th e   m e th o d   p ro p o se d   i n   t h is  p a p e r  c o n sists   o f  h y b rid   se ries   a c ti v e   p o we r  fil ter  (HSAP F )   wh ic h   is   a   c o m b i n a ti o n   o f  a n   a c ti v e   p o we r  fil ter   c o n n e c ted   i n   se ries   a n d   th e   p a ss iv e   fil ter  in   p a ra ll e l  with   th e   l o a d .   I n   o rd e r  t o   g e n e ra te  th e   c o m p e n sa ti n g   sig n a l s,  sy n c h ro n o u s  re fe re n c e   m e th o d   h a s  b e e n   u se d   a n d   th e   t u n i n g   o f  t h e   p ro p o rti o n a l  i n teg ra l  ( P I)   c o n tro l ler  is  p e rfo rm e d   with   g re y   wo lf   o p ti m iza ti o n   tec h n iq u e .   It   p ro v id e s   th e   o p ti m ize d   v a lu e s  o f   c o n tro ll e r  p a ra m e ters   th a t  a re   v e r y   m u c h   n e c e ss a ry   to   imp ro v e   n o t   o n l y   t h e   tran sie n t  b u t   a lso   t h e   ste a d y   sta te  c h a ra c teristics   o f  th e   sy s tem .   F o r   c o m p a riso n   p u rp o se s  t h e   t u n i n g   o f  P I   c o n tro ll e r   is  a lso   d o n e   u sin g   t h e   we ll - k n o w n   p a rti c le  sw a rm   o p ti m iza t io n   tec h n i q u e .   A  c o m p a ra ti v e   s imu latio n   a n a ly sis  is  d o n e   i n   M AT LAB  a s  we ll   a s  th e   re su l ts  a re   v e rifi e d   b y   u sin g   OPAL - RT  4 5 1 0   re a l  ti m e   sim u lato r  w h ich   p r o v e s  t h a t  t h e   su g g e ste d   to p o lo g y   g i v e s  b e tt e r  re su lt s  in   term s  o f  to tal  h a rm o n ic  d ist o rti o n   (THD )   re d u c ti o n .   K ey w o r d s :   Gr ey   wo lf   o p tim izatio n   OPAL - R T   4 5 1 0   s im u lato r   Po wer   q u ality   Pro p o r tio n al - in teg r al  c o n tr o lle r   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 :   Nitis h a  Sh r iv astav a   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g in ee r i n g ,   Ajay   Ku m ar   Gar g   E n g in ee r in g   C o l leg e   Gh az iab ad ,   Uttar   Pra d esh ,   I n d ia,   2 0 1 0 1 5   E m ail:  n itis h ash r iv astav @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  s in u s o id al   n atu r e   o f   th e   p o wer   s u p p ly   is   a f f ec ted   wh en   h ar m o n ics  a r e  p r esen t  in   th e   s y s tem   [ 1 ] .  All  elec tr ic  an d   elec tr o n ic  d ev ices  lik e  tr an s f o r m er s ,   co m p ac t  f lu o r escen t  lam p s   ( C FL) ,   li g h t  em itti n g   d io d es   ( L E D)   lam p s ,   h ig h   in te n s ity   d is ch ar g e  ( HI D)   lam p s ,   f lu o r escen t  tu b es  ( FT) ,   h ig h   v o ltag e  f lu o r escen t  lam p s ,   air   co n d itio n er s ,   r ec tifie r s ,   in v er ter s ,   lifts,  m o b ile  ch a r g er s ,   tr an s f o r m er s   co r es,  ar c   f u r n ac es,  s witch   m o d e   p o wer   s u p p lies   ( SMPS),   ad ju s tab le  s p ee d   d r iv es  ( ASD) ,   te lev is io n   ( TV ) ,   ch ar g er s   an d   c o m p u ter s   p r o d u ce   h ar m o n ics.  T h e  p h ase  r elatio n   b etwe en   v o ltag e  an d   cu r r en t  wh ich   s h o u ld   b e  0   d eg r ee   is   n o   m o r e  th e  s am e   an d   th er e  ex is ts   a  p h ase  d if f e r en ce   wh ich   ef f ec ts   th e  p o in t   o f   co m m o n   co u p lin g   b etwe en   s y s tem   an d   lo ad s   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T o   g et  r i d   o f   h ar m o n ics  an d   en h an ce   th e   p o we r   q u ality ,   f ilter s   a r e  im p lem e n ted   in   th e   cir cu it.   I m p r o v in g   th e  q u ality   o f   p o we r   an d   elim in atin g   h a r m o n ics  is   a  s u b ject  o f   r esear ch   an d   h as b ee n   ad d r ess ed   b y   m an y   r esear ch er s   in   th e  p ast   b y   s u g g esti n g   s ev er al  m eth o d s   to   im p lem en t  p ass iv e  an d   ac tiv e  f ilter s .   T h e  p ass iv e  f ilter s   s u f f er   f r o m   th e  p r o b lem   o f   r eso n an ce   an d   lar g e  s ize  an d   th er ef o r e  ar e  n o t  p o p u lar   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   T h e  in h er en t  d is ad v a n tag es  o f   p ass iv e  f ilter s   ar e  r eso lv ed   b y   u s in g   v ar io u s   ty p es  o f   ac tiv e  f ilter s   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T h e   ac tiv e  f ilter s   wo r k   o n   th e  p r i n cip le  o f   h ar m o n ic  co m p en s atio n .   T h e  f ilter in g   ch a r ac ter i s tics   ar e  im p r o v ed   b ec au s e  th e  ac tu al  lo a d   cu r r e n t  is   m o n ito r e d ,   an d   an   ex ac t   o p p o s ite  p h ase  o f   t h e  lo ad   c u r r en t  is   in jecte d   t o   n u llify   th e   ef f ec t  o f   h ar m o n ic s .   T h u s ,   th e  s u p p ly   wa v ef o r m   r em ain s   s in u s o id al  [ 8 ] ,   [ 9 ] .   Am o n g   th e  d if f er en t  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Mo d ellin g   a n d   va lid a tio n   o f  h yb r id   s eries   a ctive   filt e r   fo r   p o w er q u a lity  …  ( N itis h a   S h r iva s ta va )   1275   ty p es  o f   ac tiv e  p o wer   f ilter s   ( APF),   s h u n t  ac tiv e  p o wer   f ilter s   ( Sh APF)  g ain ed   p o p u lar ity   f o r   elim in atin g   h ar m o n ics,  b u t  th e y   ar e   n o t   s u itab le  f o r   b ig   s y s tem s   [ 1 0 ] .   I n s tead ,   s er ies  ac tiv e  p o we r   f ilter s   ( SAPF )   is   an o th er   way   to   ta k e  ca r e   o f   th e  in h er e n t  d is ad v an tag es  o f   Sh APF  [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   A  s et  o f   d if f er en t  co m b in atio n s   h av e  b ee n   test ed   o v er   th e  y e ar s   to   im p r o v e  th e  f ilter in g   c h ar ac ter is tics ,   o u t  o f   wh ich   h y b r id   ac tiv e  p o wer   f ilter s   ( HAPF)  h av e  b ee n   f o u n d   to   p r o v id e  a   v iab le  s o lu tio n   at  lo w  co s t.  I n   HAPF,  th e  o u tp u t o f   th e  i n v er ter   is   r eg u lated   to   m a k e  th e  lo a d   v o l tag e  attain   th e  s et  v alu e  [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h e  in v e r ter s   u s ed   ar e  o f   h ig h - p o wer   r atin g   an d   also   th e  i n v er ter   l o s s es  ar e  r ed u ce d .   B u t  f o r   s o m e  i n d u s tr ial  ap p licatio n s   s till   Sh A PF   ar e  a  p r ef er r ed   ch o ice  [ 1 5 ] – [ 1 8 ] .   T h e   aim   o f   o u r   p r o p o s ed   wo r k   is   to   f o r m u late  a  tech n iq u e  wh ich   ca n   e lim in ate  h ar m o n ics   in   lo ad   v o ltag e  an d   also   in   s o u r ce   cu r r e n t.    I n   th is   p ap er ,   th e  h y b r id   s er ies   ac tiv e  p o wer   f ilter   ( HSAPF )   i s   d esig n ed   u s in g   o p tim ized   p r o p o r tio n al  in teg r al  ( PI)   co n tr o ller   g ain .   I n   g en e r al,   th e  c o n tr o ller   d o es   two   o p e r atio n s   i.e . ,   in itiate  th e  s witch in g   p u ls es  wh ich   is   r eq u ir e d   f o r   th e   in v e r ter   an d   g en e r ate  r ef er e n ce   cu r r en t  [ 1 9 ] – [ 2 1 ] .   T h e   s elec tio n   o f   p r o p er   r ef er e n ce   co n tr o l  v o ltag e  alg o r ith m   is   im p o r tan t  to   r ed u ce   h ar m o n ics  an d   g et  im p r o v e d   r esu l ts .   T o   g en er ate  th e   r ef er en ce   c o m p en s atin g   v o ltag e  m an y   m eth o d s   ca n   b e  f o u n d   in   th e  liter atu r e  an d   o n e  o f   th e m   is   in s tan tan eo u s   p o wer   th eo r y   ( p - q )   wh ich   is   al s o   k n o wn   as sy n c h r o n o u s   r ef e r en ce   f r am e   th eo r y   [ 2 2 ] .    T ill  n o w,   th e  DC   lin k   ca p ac ito r   v o ltag e  was  co n tr o lled   u s in g   th e  co n v e n tio n al  PI  co n tr o ller   b ec au s e  o f   its   s im p le  d esig n   an d   also   it  ca n   b e  ea s ily   ap p lied   [ 2 3 ] .   E v en   th o u g h   with   th e   m an y   ad v an ta g es  o f   th e   co n v en tio n al  PI  co n tr o ller   it  f ails   to   g iv e  th e  d esire d   r esu lts   an d   h en ce   PI   c o n tr o ller   tu n e d   with   th e  g r ey   wo lf   o p tim izatio n   ( GW O)   an d   p a r t icle  s war m   o p tim izatio n   tech n iq u e  ( PS O)   is   test ed   in   th is   r esear ch   wo r k .   I t   is   f o u n d   to   b e  m o r e   ef f ec tiv e,   an d   it  g iv es  b etter   p er f o r m an ce   wh en   co m p ar ed   with   t h e  co n v en tio n al   PI   co n tr o ller .   T h e   m ain   aim   o f   u s in g   th e  o p tim izatio n   tech n iq u e  is   to   f in d   th e   PI  c o n tr o ller   g ain   p ar am ete r s   as   p er   o u r   r eq u ir em en t .   Ap ar t  f r o m   th e  o p tim izatio n   alg o r ith m s   s u ch   as  g en etic   alg o r ith m   [ 2 4 ] ,   b ac ter ial  f o r g in g   [ 2 5 ] ,  p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   [ 2 6 ] ,   f ir ef l y   alg o r ith m   [ 2 7 ] ,   tea ch in g   lear n in g - b ased   o p tim izatio n   [ 2 8 ]   th e  u s e  o f   n eu r al  n etwo r k s   [ 2 9 ] ,   n eu r al  n etwo r k   with   f u zz y   in ter f ac e   s y s tem   [ 3 0 ]   an d   th e  h y b r id   co m b in atio n   o f   th e   d if f er en t   o p tim izatio n   tech n iq u es  s u ch   as  PS O - GW O  [ 3 1 ]   a n d   GA - PS O  ar e  also   f o u n d   i n   liter atu r e  th at   ca n   o p tim ize  th e  co n tr o ller   g ain s   to   g iv e  th e  r eq u i r ed   r esu lt.   T h e  b asic  id ea   b eh in d   u s in g   th is   o p tim izatio n   tech n iq u es  is   to   esti m ate  th e   PI  co n tr o ller   g ain s   as  p e r   m in im u m   o b jectiv e  f u n ctio n .   So ,   th e  GW O  tech n iq u e   is   p r o p o s ed   h er e  t o   tu n e  t h e  c o n tr o ller   p ar am ete r s   an d   to   im p r o v e   th e   DC   lin k   ca p ac ito r   a cc u r ac y .   T h e   GW O  tech n iq u e  m a k es  th e  DC - lin k   v o ltag e  m o r e   s tab le  an d   f aster   as  co m p ar ed   to   o th er   tech n iq u es.  T h e  o p tim ized   v alu e  o f   PI  co n tr o ller   g ai n s   o b tain ed   f r o m   GW O  tech n iq u e   is   u s ed   in   th e  HSAPF   co n tr o l  s ch em e  to   m itig ate   p o wer   q u ality   is s u es.  T h e  HS APF  with   co n tr o l  alg o r ith m   is   b u ilt  in   MA T L AB   Simu lin k   an d   its   p er f o r m a n ce   is   an aly s ed   f o r   d if f er e n t  ty p es  o f   n o n - lin ea r   lo ad s .   T o   v er if y   th e  s im u latio n   r esu lts ,   th e  ex p er im en tal  s et  u p   h as  b ee n   d o n e  an d   th e  OPAL - R T   4 5 1 0   s im u lato r   is   u s ed   to   v alid ate  th e  p er f o r m a n ce   o f   th e  d esig n ed   s y s tem .   T h e  to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD )   in   s o u r ce   c u r r e n t  an d   lo ad   v o lta g e  ar e  s h o wn   an d   co m p ar ed   with   th e   r esu lts   o b tain ed   f r o m   th e   ex i s tin g   tech n iq u e .   T h e  h a r m o n ic  s p ec tr u m s   ju s tify   th at  th e   p r o p o s ed   to p o lo g y   r estricts  th e  h ar m o n ics  lev el  well  u n d er   5 %  f o r   m e d iu m   v o ltag e  ap p licatio n   as  p er   I E E E   5 1 9 - 2 0 1 4   Stan d a r d s .   T h e  n o n lin e ar   lo ad   wh ic h   co n s u m es  s o m e  r ea ctiv e  p o wer   is   also   m itig ated   to   en s u r e  th e  u n ity   p o wer   f ac to r   o p er atio n   o f   th e   s y s tem .   T h e  s eq u en ce   o f   th e  r em ain i n g   p ar t  o f   th e  p ap er   is   alig n ed   as  f o llo ws:   th e  o p tim izatio n   t ec h n iq u es  an d   th e  o b jectiv e  f u n ctio n   is   g iv en   in   Sectio n   2 .   T h e  o v er v ie w  o f   s y s tem   to p o lo g y   an d   s y n ch r o n o u s   r ef er e n ce   m eth o d   is   ex p lain ed   in   s ec tio n   3 .   I n   Sectio n   4   all  th e  s im u latio n   r esu lts   ar e  d is cu s s ed   in   d etail  wh er ea s   th e  Sectio n   5   in clu d es  th e  ex p er i m en tal  r esu lts   o b tain ed   u s in g   OPAL - R T   4 5 1 0   s im u lato r .   Sectio n   6   g iv es  th e   co n clu s io n .       2.   O P T I M I Z AT I O N  T E CH NI Q UE S   T h is   s ec tio n   p r esen ts   a  b r ief   a lg o r ith m   o f   PS O ,   GW O  an d   t h e  o b jectiv e   f u n ctio n   wh ich   is   d esig n ed   as th e  m in im u m   f u n ctio n   f o r   o b tain in g   PI  co n tr o ller   g ain s .     2 . 1 .     P a rt icle  s wa rm   o ptim iz a t io n   I n   th is   tech n iq u e  all  in d iv i d u als   ar e  g iv en   a  p o s itio n   in   t h e  s o lu tio n   s p ac e  wh ich   is   co n tin u o u s ly   u p d ated   till   th e  d esire d   o b ject iv e  is   r ea ch ed   [ 3 2 ] .   T h e  b est  p o s itio n   is   o b tain ed   as  p er   th e  d ef in ed   o b jectiv e   f u n ctio n   f o r   wh ic h   th e  co n tr o l ler   g ain s   ar e  o p tim ized   a n d   th e  er r o r   b etwe en   th e  d esire d   r e f er en ce   v o ltag e  an d   th e  v o ltag e  o b tain ed   ac r o s s   th e  DC   lin k   ca p ac ito r   r ea ch es to   a  m in im u m   v alu e.   T h e  er r o r   c an   b e  d escr ib e d   as:      ( ) = R ef er en ce   v o ltag e −    ( 1 )     wh er e  V dc   is   ca p ac ito r   v o ltag e .  T h e  co n t r o ller   o u tp u t is as g iv en   in   ( 2 ):   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 2 7 4 - 1 2 8 8   1276    =  ( ) + ∫ ( )   0   ( 2 )     T h e  tu n in g   o f   PI  p a r am eter s   i s   a  m ajo r   is s u e  s in ce   th e  lo a d   is   v ar iab le  in   n at u r e  an d   in   s u ch   v ar y in g   lo ad   co n d itio n s   t h e  DC   lin k   v o ltag e  s h o u l d   r e m ain   c o n s tan t .   T h e   ap p licatio n   o f   PS O  in   o u r   p r o p o s ed   s y s tem   is   ex p lain ed   in   s ec tio n   2 . 3 .   PS O  s ea r ch es  f o r   b est  p o s itio n   in   th e  e n tire   s ea r ch   s p ac e   an d   r e ly   o n   m ath e m atica l  ex p r ess io n   as g iv en   i n   ( 4 ) .     ( + 1 ) = ∗ ( ) + 1 ∗ 1 ∗ [  ( ) − ( ) ] + 2 ∗ 2 ∗ [  ( ) − ( ) ]   ( 3 )     an d     ( + 1 ) = ( ) + ( + 1 )   ( 4 )     T h e  n o tatio n s   m   an d   q   d en o te  n u m b er   o f   iter atio n s   an d   q   is   t h e  p ar ticle  n u m b er .   T h e  ter m   ( )   an d   ( )   d ef in es  th e   v elo city   an d   p o s it io n   o f   th e  p ar ticle  at  m th   iter at io n .   T h e   o th e r   co n s tan ts   s u ch   as  c 1   an d   c 2   ar e  b asically   th e  co g n itiv e  p a r t  an d   r   is   th e  r an d o m   n u m b e r   in   r an g e   [ 0 , 1 ] .    ( )   an d    ( )   ar e  th e  lo ca l  an d   g lo b al  o p tim a  o f   t h e  q th   p ar ticle  attain ed   s o   f a r   in   th e   en tire   s ea r ch   s p ac e.   T h e  co r r esp o n d in g   f lo wch ar t is sh o wn   in   Fig u r e   1.           Fig u r e  1 .   Flo w  ch a r t o f   PS O  t ec h n iq u e       2 . 2 .   G re y   wo lf   o ptim iza t i o n   I n   GW O  tech n iq u e  th e  f ir s t  s tep   is   to   s elec t  th e  p o p u latio n   o f   g r ey   w o lv es  wh ich   ar e  ter m ed   as  th e   ca n d id ates  [ 3 3 ] .   T h e   p r ey   w h ich   is   at   a  d is tan ce   is   d esig n ate d   as  th e   o p tim u m   s o lu tio n .   T h e  r an d o m   m em b e r s   ( A  an d   C )   s u p p o r t th e  ca n d id a tes en cir clin g   th e  p r e y .   T h e  m eth o d   ad o p ted   f o r   h u n tin g   is   g iv en   as,     ⃗ ⃗   = |   ∗ ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ( ) −   ( ) |   ( 5)       ( + 1 ) = ⃗ ⃗ ⃗ ⃗   ( ) −   ∗ ⃗ ⃗     ( 6 )   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:   2088 - 8 7 0 8         Mo d ellin g   a n d   va lid a tio n   o f  h yb r id   s eries   a ctive   filt e r   fo r   p o w er q u a lity  …  ( N itis h a   S h r iva s ta va )   1277   wh er e  g   r ep r esen ts   th e  c u r r e n t   iter atio n ,       an d       ar e  co ef f icien t   v ec to r s ,   ⃗ ⃗ ⃗ ⃗     is   th e  p o s itio n   v ec to r   o f   th e  p r ey ,   ⃗ ⃗     an d       in d icate s   th e  d is tan ce   an d   p o s itio n   v ec t o r   o f   g r ey   wo lf .     = 2   ∗ 1 ⃗ ⃗ ⃗   −     an d     = 2 ∗ 2 ⃗ ⃗ ⃗   .   Her e  v alu e   o f       is   lin ea r ly   d ec r ea s ed   f r o m   2   to   0   an d   1   an d   2   ar e  b asically   th e  r a n d o m   v ec to r s   d ef in ed   in   th e  r a n g e   [ 0 , 1 ] .   T h e  c o r r esp o n d in g   f lo w ch ar t is sh o wn   in   Fig u r e   2 .           Fig u r e  2 .   Flo w  ch a r t o f   GW O  tech n iq u e       2 . 3 .   O bje c t iv e  f un ct io n   As  p er   th e  r eq u ir em e n t,   ( )   is   u s ed   to   m in im ize  PI  co n t r o ller   g ain s   ( , ) .   Af ter   g th   iter atio n s   o p tim al  r esu lt   is   co n s id er e d   as  th e   b est  s o lu tio n   f r o m   th e   g iv en   p o p u latio n   s ize.   I t  is   r ep r esen ted   m ath em atica lly   as   ( 7 ) :      = ( ) = ∫ 2 ( )  ∞ 0   ( 7 )     T h e  I T SE  is   th e  in teg r al  tim e  s q u ar e  er r o r ,   wh ich   wh en   m in im ized   g iv es  th e  o p tim al   v alu es  o f   co n tr o ller   p ar am eter s .   T h e  er r o r   ( e)   is   =  ∗ −    wh er e     is   DC   lin k   v o ltag e  an d    ∗   is   th e  r ef er en ce   v o ltag e.   I t  h as  two   v ar iab les    an d     wh ich   n ee d s   to   b e  tu n ed .   T h e  co n tr o ller   v a r iab les  ar e  d ef in ed   as     = ( , ) ∈ .   T h e  s ea r ch   s p ac e  is   g iv en   b y   = { ∈ ,   }   an d   R   is   th e  p o s itiv e  r ea l  n u m b er .   T h e  wo r k s p ac e  d ata  o f   I T S E   wh ich   is   th e  f itn ess   f u n ctio n   is   ex tr ac ted   at  ev er y   s te p   an d   p r o v id e d   to   o p tim izatio n   alg o r ith m   s o   th at  f in e  tu n in g   o f   K p   an d   K i   is   o b tain ed .   Hen ce   t h e  o p tim izatio n   tech n i q u e   m in im izes th e  f itn ess   f u n ctio n   an d   is   r ep r esen te d   as   ( 8 ) .      {  ( , ) }   ( 8)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 2 7 4 - 1 2 8 8   1278   3.   O VE RVI E W  O F   SY ST E M   T O P O L O G Y   HSAPF   co n s i s ts   o f   two   ty p es  o f   f ilter s   co n n ec ted   to   th e   lo ad :  o n e  t y p e  is   co n n ec ted   in   s er ies  wh er ea s   th e  o t h er   in   p a r allel.   Fig u r e  3   s h o ws  th e  b lo ck   d iag r am   o f   HSAPF .   Ser ies  co n n ec ted   f ilter   is   k n o wn   as  ac tiv e  f ilter   an d   h as  th r ee   c o m p o n en ts ,   n am el y :  i)   f u ll  b r id g e  in v er ter ,   ii)  DC   lin k   ca p a cito r ,   an d   iii)  th r ee - p h ase  L C   f ilter .  Par allel  co n n ec ted   f ilter   is   k n o w n   as  p ass iv e  f ilter .   I t  h el p s   to   g et  r i d   o f   5 th ,   7 th ,   11 th ,   an d   1 3 th   h ar m o n ics f r o m   th e   s y s tem .         V s a V s b V s c D i o d e  B r i d g e  R ec t i f i er   w i t h   N o n - L i n ea r   L o a d s V c a V c b V c c P a s s i v e  f i l t er s V o l t a g e  S o u r c e  In v er t er   ( V S I) P W M   G E N E R A T O R D C   L i n k   C a p a c i t o r A C T IV E     F IL T E R   C O N T R O L L E R V L a b c            I S a b c   V c a * ,V c b *,V c c * R L G N D C o m p en s a t i n g   v o l t a g es G a t e  P u l s es A C   G r i d In j ec t i n g   T r a n s f o r m er s     Fig u r e  3 .   B lo ck   d iag r am   o f   H SAPF       4.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S   I n   th is   s ec tio n   th e  p er f o r m an ce   o f   PI  co n tr o ller   b ased   HSAPF   f o r   two   ty p es  o f   n o n - li n ea r   lo ad   co n d itio n s – R L   an d   R L C   lo ad s   ar e  p r esen ted .   T h e  s im u latio n   is   p er f o r m ed   in   MA T L AB .   T h e  Simu lin k   m o d el  o f   th e  d esig n ed   s y s tem   is   as  s h o wn   in   Fig u r e  4   an d   th e  s y s tem   p ar am eter s   ar e  g iv en   in   T ab le  1 .   T o   ev alu ate   th e  %  T HD  o f   lo a d   v o ltag e   an d   th e   s o u r ce   cu r r e n t  FF T   an al y s is   is   d o n e,   an d   it  is   f o u n d   to   b e  as  p e r   I E E E   5 1 9   Stan d ar d   f o r   th e  p r o p o s ed   m o d el.   T h e  r e f er en ce   v o ltag e  is   c alcu lated   as 8 5   v o lts .             Fig u r e  4 .   Simu lin k   m o d el  o f   t h e  d esire d   s y s tem   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:   2088 - 8 7 0 8         Mo d ellin g   a n d   va lid a tio n   o f  h yb r id   s eries   a ctive   filt e r   fo r   p o w er q u a lity  …  ( N itis h a   S h r iva s ta va )   1279   T ab le  1 .   Sy s tem   p ar a m eter s   P a r a me t e r s   V a l u e s   Li n e   v o l t a g e   a n d   f r e q u e n c y   = 220   (  ) , = 50   ℎ     Li n e   i mp e d a n c e   = 0 . 5    , =   = 0 . 1 = ℎ     N o n - l i n e a r   l o a d   = 30    , = 25   ℎ , = 50        S e r i e s  a c t i v e   f i l t e r   p a r a me t e r   = 60    , = 1 . 35         = 1200    ,  = 85       P a ssi v e   f i l t e r   p a r a m e t e r   = 2 . 36    , = 70        P I   c o n t r o l l e r   p a r a me t e r   t u n e d   w i t h   G W O   1 = 1 . 3922 , 1 = 1 . 2181 ,  2 = 1 . 3446 ,   2 = 1 . 2253   Ts  a n d   sw i t c h i n g   f r e q u e n c y   = 50 − 6 , = 1   ℎ         T h e  d is cu s s io n   p r esen te d   h er e   is   d iv id ed   i n to   f o u r   ca s es,  ca s e   1   an d   2   d eb ates  ab o u t  th e   p e r f o r m a n ce   o f   HSAPF   with   PI  co n tr o ller   tu n ed   u s in g   PS O  an d   GW O  tech n iq u e  r esp ec tiv el y   f o r   R L C   lo ad .   C ase  3   an d   4   is   d ev o ted   f o r   ass ess in g   th e  ef f ec tiv en ess   o f   PS O  an d   GW O  tu n ed   HSAPF   with   PI  co n tr o l ler   r esp ec tiv ely   f o r   R L   lo ad .   T h e  p er f o r m a n ce   ch ar ac ter is tics   o f   DC   lin k   v o ltag e  is   also   ev alu ated   in   tim e  d o m ain   f o r   R L C   lo ad .   Fo r   th e   p u r p o s e  o f   co m p a r is o n ,   %THD   o f   s o u r ce   cu r r e n t   an d   lo ad   v o ltag e  is   ca lc u lated   b e f o r e   ap p l y in g   co m p en s atio n   f o r   b o th   t h e  ty p es  o f   lo ad   co n d itio n s .   Als o ,   to   s h o w  th e   ef f ec tiv e n ess   o f   th e   o p tim izatio n   tech n iq u e  %THD   is   ca lcu lated   f o r   th e   s y s tem   with   HSAPF   t u n ed   with   c o n v e n tio n al  PI  co n tr o ller .     4 . 1 .     Ca s e  1 :   P I   co ntr o ller  t u ned wit h P SO   t ec hn i qu e  ( RL C  lo a d)   I n   th is   ca s e,   th e   co n tr o ller   p ar am eter s   ar e  tu n ed   with   th e  PS O  tech n iq u e.   T h e   %  T HD  is   d r asti ca lly   r ed u ce d   to   4 . 5 3 %  in   s o u r ce   cu r r en t  an d   4 . 9 2 %  in   th e  lo a d   v o ltag e.   Fig u r e   5   r e p r esen ts   th e  s o u r ce   cu r r e n t  an d   lo ad   v o lta g e  wav ef o r m   u n d e r   s tead y   s tate  co n d itio n s .   Fig u r es   6   to   9   g iv e  a n   id ea   a b o u t  th e   h ar m o n ic   p o llu tio n   b ef o r e   an d   a f ter   co m p en s atio n   in   cu r r en t a n d   v o ltag e  wav ef o r m .             Fig u r e  5 .   Stead y   s tate  s o u r ce   c u r r en t a n d   lo a d   v o ltag e           Fig u r e  6 .   T HD  ( %)  s o u r ce   cu r r en t b ef o r e  co m p en s atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 2 7 4 - 1 2 8 8   1280       Fig u r e  7 .   T HD  ( %)  l o ad   v o ltag e  b ef o r e  co m p en s atio n           Fig u r e  8 .   T HD  ( %)  s o u r ce   cu r r en t a f ter   co m p en s atio n           Fig u r e  9 .   T HD  lo a d   v o ltag e  af ter   co m p en s atio n       Fig u r e   1 0   r ep r esen ts   th e  ca p a cito r   ac cu r ac y .   Fig u r e   1 0 ( a)   s h o ws  th e  g r ap h   o f   DC   lin k   v o ltag e  ( V dc )  an d   r ef er e n ce   v o ltag e.   Fig u r e   1 0 ( b )   s h o ws  th e  r esu ltan t  er r o r   p lo t.  I t  ca n   b e  s ee n   th at  th e  er r o r   is   alm o s t   r ed u ce d   to   ze r o .   Fig u r e   1 1   s h o ws  th e  tim e  r esp o n s e  g r ap h   o f   DC   lin k   ca p ac ito r   v o ltag e.   T h e   s y s tem   p ar am eter s   as  s h o wn   in   th e  g r ap h   ar e  ev alu ate d   f o r   2 %  to ler an ce   b an d .   T h e  %  p ea k   o v er s h o o t  is   4 9 . 8 8 %,  r is e   tim e  is   0 . 0 1 8 4   s   an d   th e  s ettlin g   tim e  is   2 . 1 9   s .   T h ese  s p ec if icatio n s   in d icate s   th at  th e  s y s tem   p er f o r m a n c e   n ee d s   to   b e  im p r o v ed   a n d   it  co u ld   b e  d o n e  o n ly   wh en   all  th ese  p ar am eter s   ar e  r ed u ce d   f u r th er   to   g iv e  a  b ette r   tim e  r esp o n s e  ch ar ac ter is tic.           Fig u r e  1 0 .   C ap ac ito r   ac cu r ac y   of   ( a)   r ef er e n ce   an d   DC   lin k   v o ltag e   an d   ( b )   r esu ltan t e r r o r   p lo 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:   2088 - 8 7 0 8         Mo d ellin g   a n d   va lid a tio n   o f  h yb r id   s eries   a ctive   filt e r   fo r   p o w er q u a lity  …  ( N itis h a   S h r iva s ta va )   1281       Fig u r e  1 1 .   Per f o r m a n ce   ch a r a cter is tics   o f   DC   lin k   v o ltag e  u s in g   PS O  tech n iq u e       4 . 2 .     Ca s e  2 :   P I   co ntr o ller  t u ned wit h G WO   t ec hn i qu e  ( R L C  lo a d)   I n   th e   p r o p o s ed   s y s tem   th e  P I   co n t r o ller   is   tu n ed   with   th e   GW O  tech n iq u e  s in ce   th e  PS O  h as  th e   d is ad v an tag e  th at  u n d er   h ea v y   o p tim izatio n   co n s tr ain t  it  g ets  s tr u ck   in   th e  lo ca l  m in im a  an d   th er ef o r e  th at   p r o b lem   ca n   b e  r eso lv e d   with   th e  GW O  tech n iq u e.   T h e  r esu lts   o b tain ed   p r o v e  t h e  ef f icac y   o f   th e   s y s tem   o v er   th e  ex is tin g   o p tim izatio n   tech n iq u es  u s ed   to   tu n e  th e  co n tr o ller   p ar am eter s .   Fig u r e   1 2   s h o ws  th at  th e  T H D  in   th e  s o u r ce   c u r r e n t  is   n o w  r ed u ce d   to   3 . 8 9 %  as  co m p a r ed   t o   4 . 5 3 %  an d   Fig u r e   1 3   d escr ib es  th e  h ar m o n ic   p o llu tio n   i n   th e  lo a d   v o ltag e  is   n o w  4 . 5 4 %  as  it  was  4 . 9 2 %  in   ca s e  wh en   th e   co n tr o ller   p ar am eter s   wer e   o b tain ed   th r o u g h   PS O.   T h e  ac cu r ac y   o f   DC   lin k   ca p ac ito r   v o ltag e  ( V dc )   is   s h o wn   in   Fig u r e   1 4   an d   its   p er f o r m an ce   i n   ter m s   o f   %  p ea k   o v e r s h o t,  r is e  tim e  an d   s ettlin g   tim e  is   d ep icted   in   Fig u r e   1 5 .   T h e   %  p ea k   o v er s h o o t   is   3 6 . 7 %,  r is e  tim e  is   0 . 0 1 8 s ec   a n d   th e   s ettlin g   tim e  is   0 . 9 9 s ec   wh ich   is   f ar   b etter   th an   th e  tim e   d o m ain   s p ec if icatio n s   o b tain e d   wh ile  th e  s war m   o p tim izatio n   tech n iq u e  is   u s ed   to   tu n e  th e   co n tr o ller   g ain s .           Fig u r e  1 2 .   T HD  ( %)  s o u r ce   c u r r en t u s in g   GW O  tech n iq u e           Fig u r e  1 3 .   T HD  ( %)  lo ad   v o lt ag e  u s in g   GW O  tech n iq u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   15 ,   No .   2 ,  Ap r il   20 25 :   1 2 7 4 - 1 2 8 8   1282       Fig u r e  1 4 .   DC   lin k   v o ltag e           Fig u r e  1 5 .   Per f o r m a n ce   ch a r a cter is tics   o f   DC   lin k   v o ltag e  u s in g   GW O  tech n iq u e       4 . 3 .     Ca s e  3 :   P I   co ntr o ller  t u ned wit h P SO   t ec hn i qu e  ( RL   lo a d)   I n   th is   ca s e   th e  r esu lts   ar e  o b tain ed   f o r   th e   R L   l o ad   wh il e  co n s id er in g   t h at  th e   co n v e n tio n al  PI  co n tr o ller   is   tu n ed   with   t h e  P SO  tech n iq u e,   an d   it  was  o b s er v ed   f r o m   Fig u r e s   1 6   an d   1 7   th at  t h e  h ar m o n ic   p o llu tio n   in   b o t h   th e  cu r r en t a n d   th e  v o ltag e  is   n o w  4 . 3 5 % a n d   4 . 2 2 %.  Alth o u g h   th e  r esu lt s   o b tain ed   ar e  q u ite  s atis f ac to r y   b u t  s till   f u r th er   i m p r o v e m en t  ca n   b e  d o n e   to   r ed u ce   th e   T HD  an d   im p r o v e  th e  q u ality   o f   t h e  wav ef o r m .   T h e  g ai n   p ar a m eter s   o b tain ed   b y   tu n in g   th e   co n tr o ller   with   th e  PS O  tech n iq u e  a r e  g iv en   as:     1 =   4 . 8 5 5   1 =   2 . 4 8 9   2 =   3 . 5 6 9   2 =   8 . 7 5 9     T h ese  g ain s   ar e  o b tain ed   wh e n   th e  f itn ess   f u n ctio n   th at  is   I T SE  r ea ch es th e  m in im u m   v alu e.           Fig u r e  1 6 .   T HD  ( %)  s o u r ce   c u r r en t u s in g   PS O  tech n iq u e   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:   2088 - 8 7 0 8         Mo d ellin g   a n d   va lid a tio n   o f  h yb r id   s eries   a ctive   filt e r   fo r   p o w er q u a lity  …  ( N itis h a   S h r iva s ta va )   1283       Fig u r e   17 .   T HD  ( %)  lo ad   v o lt ag e  u s in g   PS O  tech n iq u e       4 . 4 .    Ca s e  4 :   P I   co ntr o ller  t u ned wit h G WO   t ec hn i qu e  ( R L   lo a d)   I t  is   clea r   th at  th e  p r o p o s ed   s y s tem   is   ef f ec tiv e  ev en   f o r   th e  R L   lo ad   s in ce   Fig u r e   1 8   s h o ws  th at  th e   % T HD  i s   n o w  3 . 6 3 % in   th e  s o u r ce   cu r r en t w h en   PI  co n tr o ll er   p ar am eter s   ar e  tu n ed   with   th e  GW O  tech n iq u e  an d   th e  Fig u r e   1 9   r ep r esen ts   T HD  in   th e  lo ad   v o ltag e  wh ic h   h as  b ee n   d r o p p ed   d o wn   f r o m   4 . 2 2 %  to   4 . 2 0 %.   Sin ce ,   th er e  is   a  m ar g in al  r ed u ctio n   in   th e  T HD  o f   th e  lo ad   v o ltag e  b u t  th e   r esu lts   ar e  q u ite  s atis f ac to r y   f o r   th e  s o u r ce   cu r r en t  an d   th e  T HD  d r o p s   d o wn   t o   a  m in im u m   v alu e  th at’ s   3 . 6 3 %  wh ich   s tr o n g ly   s u p p o r ts   th e   p r o p o s ed   alg o r ith m   an d   ex ce e d s   o v er   th e  co n v en tio n al  alg o r ith m s .   A  co m p ar is o n   o f   %  p ea k   o v er s h o o t,  r is e  tim e   an d   s ettlin g   ti m e  f o r   R L C   lo ad   is   tab u lated   i n   T ab le   2 .   I t  ca n   b e   s ee n   th at   th e   tim e  r esp o n s e  ch a r ac ter is tics   is   im p r o v e d   wh e n   PI   co n tr o ller   is   tu n ed   with   GW O  tech n iq u e.   Similar   an aly s is   is   p er f o r m e d   f o r   R L   lo ad   an d   it  is   f o u n d   th at  th e  p r o p o s ed   m eth o d   ( GW O - PI)   g iv es im p r o v ed   r esu lts .           Fig u r e  1 8 .   T HD  in   s o u r ce   c u r r en t u s in g   GW O  tech n iq u e           Fig u r e  1 9 .   T HD  in   lo ad   v o ltag e  u s in g   GW O  tech n iq u e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.