I AE I nte rna t io na l J o urna l o f   Art if icia l In t ellig ence   ( I J - AI )   Vo l.   4 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 5 ,   p p 1 1 8 ~ 1 2 8   I SS N:  2252 - 8938          118       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I J AI   Co nv ention a l DC  Vo ltag e O pe ra tin g  Sys te m  f o H ig h Speee Tra ction Pow er Supplies Using  LL C - H P Q Co ntrol       Ch.  L eni n B a bu ,   P .   H a rina t h Re dd y ,   T .   Red di Se kh a r   De p a rtme n o f   EE E,   A n n a m a c h a r y a   In stit u te o f   T e c h n o lo g y   a n d   S c ien c e s,  Ra ja m p e t ,   Ka d a p a ,   A n d h ra   P ra d e sh ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g u s t   3 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Oct   7 ,   2 0 1 5   A cc ep ted   No v   1 3 ,   2 0 1 5       In   th is  p a p e a   h y b rid   p o w e r   q u a li ty   c o m p e n sa to (HP QC)  is  p ro p o se d   f o c o m p e n sa ti o n   in   c o p h a se   trac ti o n   p o w e su p p ly   a n d   m in i m u m   d c   o p e ra ti o n   v o lt a g e   is  a c h iev a b le  f o h ig h - sp e e d   trac ti o n   p o w e su p p ly .   T h e   p a ra m e te r   d e sig n   p r o c e d u re   f o m in im u m   d c   o p e ra ti o n   v o lt a g e   in   H P QC   a we ll   a s   m in i m u m   v o lt a g e   ra ti n g   w it h   lo a d   P F   is  d isc u ss e d .   T h e   d e taile d   d isc u ss io n s   o f   p ro p o se d   c ircu it   c o n f ig u ra ti o n o f   HP QC  a re   p ro v i d e d   i n   se c ti o n   II,   to g e th e w it h   c o m p a riso n   w it h   c o n v e n ti o n a R P C.   I n   c o m p a riso n   w it h   c o n v e n ti o n a ra il w a y   p o w e c o m p e n sa to p ro p o se d   H P QC  c a n   a c h iev e   re d u c e d   d c   li n k   v o lt a g e   lev e l.   It  is  a lso   v e rif i e d   th ro u g h   sim u latio n re su lt s   th a th e   L L C - HP QC  w o u ld   o p e ra te  a th e   m in im u m   v o lt a g e   w it h   th e   p ro p o se d   p a ra m e ter  d e sig n .   HPQC  is  a b le  t o   p ro v i d e   sy ste m   u n b a la n c e s,  re a c ti v e   p o w e r,   a n d   h a rm o n ic  c o m p e n sa ti o n   in   c o p h a se   trac ti o n   p o w e w it h   re d u c e d   o p e ra ti o n   v o lt a g e .   T h e   c o p h a se   trac ti o n   p o w e su p p ly   w it h   p r o p o se d   HP QC i s s u it a b le f o h ig h - sp e e d   t ra c ti o n   a p p li c a ti o n s.   K ey w o r d :   A p p licatio n s   DC   v o lta g e   H ig h - s p ee d   tr ac tio n   HP QC     L L C - HP QC   R P C     Co p y rig h ©   2 0 1 5   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C h .   L en in   B ab u   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g in ee r i n g ,   An n a m ac h ar y I n s ti t u te  o f   T e ch n o lo g y   a n d   Scien ce s ,   R aj a m p et,   Kad ap a,   A n d h r P r ad esh ,   I n d ia .   E m ail:  c h . len i n b ab u @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   elec tr if ied   r ail w a y   s y s te m s   r ail w a y   lo co m o tiv e s   ar tr ea ted   as  s in g le - p h ase  lo ad s ,   th s p ee d   an d   lo ad   co n d itio n   o f   th tr ain   al w a y s   ch a n g es  f r eq u e n tl y ,   w h ich   ca n   ca u s th lo w   p o w er   f ac t o r ,   h ig h   co n te n ts   o f   h ar m o n ic  cu r r en t s ,   an d   n e g ati v e - s eq u e n ce   cu r r en ts   i n   tr ac ti o n   p o w er   s y s te m s .   C o n v e n tio n al  p ass i v p o w er   q u alit y   co m p e n s a to r s ,   s u c h   as   r ea ctiv p o w er   co m p en s atio n   ca p ac ito r s   an d   p ass iv f ilte r s ,   ar s in g le - p h a s e   eq u ip m e n a n d   ar i n s tal led   i n   ea c h   f ee d er   o f   tr ac tio n   s u b s tatio n   s ep ar atel y .   U s u a ll y ,   t h co u p li n g   f ac to r   b et w ee n   t w o   f ee d er s   is   n eg lec ted   d u to   th in d ep en d en o p er atio n   o f   ea ch   p ass iv co m p en s ato r .   Mo r eo v er ,   p ass iv eq u ip m e n ca n n o ad j u s th ca p ab ilit y   f le x ib l y ,   w h er o v er -   an d   u n d er - co m p e n s atio n   o cc u r   f r eq u en tl y   d u to   th f r eq u en t l y   ch a n g ed   lo ad .   C o p h ase  tr ac tio n   p o w er   s u p p ly   s y s te m   i s   o n o f   th n e w l y   p r o p o s ed   tr ac tio n   p o w er   s y s te m s   w h ich   s o lv th p r o b le m   o f   ex ce s s i v n eu tr al  s ec tio n s   i n s tal latio n   in   tr ac tio n   p o w er   s u p p lies .   E li m i n atio n   o f   n eu tr al  s ec tio n s   m a y   r ed u ce   th e   v elo c it y   lo s s   o f   t h lo co m o ti v es,  a n d   co p h ase  tr ac tio n   p o w er   th u s   h as  h i g h   p o ten tial   as  h i g h - s p ee d   tr ac tio n   p o w er   s u p p l y   s y s te m .   L o co m o ti v l o ad s   ar co n n ec ted   ac r o s s   t h s a m s i n g le - p h ase   o u tp u to   a v o id   r is k   o f   p h ase   m i x in g .   T h co m p en s atio n   d ev ice  ( s u ch   a s   R P C )   i s   t h en   co n n ec ted   i n to   th e   s y s te m   to   p r o v id s y s te m   p o w er   q u alit y   co m p e n s atio n   I n   th is   p r o j ec t,  h y b r id   d ev i ce   co m b in i n g   ac ti v a n d   p ass iv co m p e n s ato r s ,   n a m e d   as  t h h y b r id   p o w er   q u alit y   co m p en s ato r   ( HP QC ) ,   is   p r o p o s ed   f o r   co m p en s atio n   i n   co p h ase   tr ac tio n   p o w er   s u p p l y .   T h e   p ar am eter   d esig n   p r o ce d u r f o r   m i n i m u m   HP QC   v o lta g o p er atio n   as  w el as   t h m i n i m u m   v o lta g e   r atin g   ac h iev ab le  is   d i s cu s s ed .   Des cr ip tio n s   o f   p r o p o s ed   cir cu it   co n f i g u r atio n s   o f   co p h a s t r ac tio n   p o w er   w i t h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       C o n ve n tio n a l D C   V o lta g O p era tin g   S ystem  fo r   Hig h   S p ee e d   Tr a ctio n     ( C h .   Len in   B a b u )   119   HP QC   ar to g et h er   w i th   co m p ar is o n s   w it h   co n v e n tio n al   R P C .   T h p ar a m eter   d esi g n   f o r   t h m i n i m u m   HP QC   v o ltag o p er atio n   an d   t h m i n i m u m   o p er atio n   v o lta g ac h iev ab le  is   in v esti g ated .       2.   CO NVEN T I O NA L   AND  P R O P O SE SYS T E M   CO NF I G URA T I O N   T h s tr u ct u r o f   R P C   w it h   t h r ee - p h ase   V/V   tr an s f o r m er s   is   d ep icted   in   Fi g u r e 1 .   T h 2 2 0 - k t h r ee - p h ase  h i g h - v o ltag e   s o u r ce   is   co n v er ted   i n to   t w o   2 7 . 5 - k s i n g le - p h ase  v o lta g s o u r ce s ,   wh ich   ar co n n ec ted   to   th t w o   f ee d e r   s ec tio n s ,   v i th r ee - p h ase   V/V  tr ac t io n   tr an s f o r m er .   T h tu r n s   r atio   o f   th e   V/V  tr ac t io n   tr an s f o r m er   is   K v .   T h R P C ,   c o n s is tin g   o f   t w o   co n v er ter s   t h at  ar co n n ec ted   b ac k   to   b ac k   th r o u g h   co m m o n   d ca p ac ito r   w it h   s tab le  d c - li n k   v o ltag e,   is   co n n ec ted   to   th e   t w o   f ee d er   s ec tio n s   v ia  t w o   s tep   d o w n   tr an s f o r m er s   w i th   tu r n s   r at io   o f   K D .   T h t w o   co n v er ter s   ar co n n ec ted   to   t h s in g le   p h ase  s tep   d o w n   tr an s f o r m er s   v ia  o u tp u i n d u c to r s   L a   a n d   L b   r esp ec ti v el y .   T h t w o   co n v er ter s   ca n   b c o n tr o lled   as  cu r r en t   s o u r ce s   to   s h i f ce r tai n   a m o u n t   o f   ac ti v p o w er   f r o m   o n f ee d er   s ec tio n   to   th o t h er .   T h ese  t w o   co n v er ter s   ca n   also   p r o v id h ar m o n ic  s u p p r ess io n   an d   r ea ctiv p o w er   co m p en s atio n .   Hen ce ,   t h s y s te m   ca n   ac h ie v e   in te g r ated   co m p en s at io n   o f   n e g ati v e - s eq u e n ce   cu r r en ts ,   h ar m o n ic  c u r r en t s ,   an d   r ea ctiv p o w er .           Fig u r 1 .   C ir cu it  C o n f i g u r atio n   o f   t h E x i s ti n g   co   P h ase  T r a ctio n   P o w er   Su p p l y   S y s te m       I n   Fig u r 2   th cir cu i co n f i g u r atio n   o f   t h p r o p o s ed   c o p h ase   tr ac tio n   P o w er   s u p p l y   w it h   L L C - HP QC   is   s h o w n .   I n   co n tr a s to   C o n v e n tio n al  s tr u c tu r e,   th e   co n v er ter   is   co n n ec ted   to   th V ac   p h ase  o f   th e   tr an s f o r m er   v ia   ca p ac iti v co u p led   h y b r id   L L C   s tr u ct u r e.   As  w ill   b d is c u s s ed   later ,   th i s   r e s u l ts   in   t h e   r ed u ctio n   o f   co n v er ter   d b u s   v o lta g o f   HP QC .   Fo r   b etter   u n d er s ta n d in g   o f   th d i s cu s s io n s ,   t h d etailed   s tr u ct u r an d   p h y s ical  d e f i n iti o n s   o f   R P C   in   th e   co n v en t io n al  s tr u c tu r a n d   HP QC   in   th e   p r o p o s ed   s tr u ct u r ar p r esen ted   in   Fi g u r 4 .           Fig u r 2 .   C ir cu it  C o n f i g u r atio n   o f   t h P r o p o s ed   C o   P h ase  T r ac tio n   P o w er   Su p p l y   w i th   L L C -   HP QC   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 1 8     1 2 8   120   Sin ce   tr ac t io n   lo ad s   ar m o s tl y   in d u cti v e,   t h f o llo w i n g   co n ten t s   ar d is c u s s ed   b as ed   o n   th e   ass u m p tio n   o f   in d u cti v lo ad in g s .   T h v ec to r   d iag r a m s   o f   t h V ac   p h ase  co n v er ter   f o r   th e   co n v en tio n al  R P C   an d   p r o p o s ed   H P QC   ar s h o w n   i n   Fi g u r 3 .   I ca n   b o b s er v ed   th at  w i th   ca p ac iti v co u p led   L L C   s tr u ctu r e,   th a m p lit u d o f   V in v a LLC   i n   HP QC   ca n   b les s   t h a n   t h at   o f   V in v a LL  in   R P C   u n d er   t h e   s a m co m p e n s a tio n   cu r r en t.  T h co r r esp o n d in g   m ath e m atic al  e x p r ess io n s   ar s h o w n   in   ( 1 )   an d   ( 2 )       i n v a L q i n v a L p i n v a L V V V 2 2     2 2 La c a p La c a q ac X I X I V           ( 1 )     i n v a L L C q i n v a L L C p i n v a L L C V V V 2 2   2 2 L L C a c a p L L C a c a q ac X I X I V             ( 2 )     W h er PF PF I I L c a q 1 c os s i n 3 2 1   an d     PF I I L c a p 2 1     Sin ce   t h h ig h   s p ee d   r ail w a y   lo co m o ti v es  ar o f te n   d r iv e n   b y   f o u r   q u ad r an P W co n v er ter s   th e   p o w er   f ac to r   o f   t w o   f ee d er   s ec tio n s   is   n ea r l y   1 . I n   F ig u r 2 .   V inv a LL C   P o s s es  o r   s h ap ed   s u r f ac e   s p ec if y in g   m in i m u m   v o lta g o p er atin g   p o in w i th   HP QC .   C o m p ar e   to   th at  in   R P C   th v alu i s   less   t h an   1   in d icati n g   t h at  t h e   r eq u ir ed   a m p lit u d o f   co n v er ter   is   les s   th a n   th at   o f   m ain   s u p p l y .   T h v ec to r   d iag r a m   s h o w i n g   t h o p er atio n   o f   V ac   p h ase  co n v er ter   in   HP QC   a n d   R P C   co m p ar is o n   i s   s h o w n   b el o w   i n   Fi g u r 3 .           Fig u r 3 .   Vec to r   Diag r a m   S h o w i n g   th O p er atio n   o f   V c   P h ase  C o n v er ter   in   ( a)   R P C   o f   t h e   C o n v e n tio n al  S tr u ct u r an d   ( b )   HP QC   o f   th e   P r o p o s ed   S tr u ctu r e       Fro m   ( 1 )   an d   ( 2 )   it  ca n   b c o n clu d ed   t h at  t h v al u es   o f   V inv a L   a n d   V in v a LL C   ar d ep en d en o n   th e   p h ase  i m p ed a n ce   o f   V a   an d   V b   p h ases       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       C o n ve n tio n a l D C   V o lta g O p era tin g   S ystem  fo r   Hig h   S p ee e d   Tr a ctio n     ( C h .   Len in   B a b u )   121     ( a)     ( b )       Fig u r 4 . Deta iled   Stru ct u r an d   P h y s ical  De f i n itio n s   o f   ( a E x is t in g   S y s te m   U s ed   in   Hi g h   Sp ee d   T r ac tio n     (b P r o p o s ed   Sy s te m   o f   HP QC   in   C o p h ase  T r ac tio n       3.   P ARAM E T E D E SI G P R O CE DUR E   F O M I NIM U M   DC  VO T AG E   O P E RA T I O O F   H P Q C   T h d esig n   p r o ce d u r o f   p h ase  co u p led   i m p ed an ce s   o f   V ac   an d   V bc   p h ases   ar e x p lain ed   in   th i s   s ec tio n   an d   also   th i n v esti g a tio n   o f   m i n i m u m   d v o lta g o p er atio n   o f   HP QC   is   ac h iev ed .   W ith   lo ad   P o f   0 . 8 5   th m in i m u m   v al u o f   V i nv a LLC   in   HP QC   i s   ap p r o x i m at el y   4 8 % o f   V ac   p h ase  v o lta g e.   T h o p er atin g   p o in t   ca n   b t u n ed   alo n g   t h c u r v b y   ch a n g in g   th e   V ac  co u p led   i m p ed a n ce .   T h er ef o r t h o p er atio n   o f   HP QC   i s   lo ca ted   at  m i n i m u m   v o lta g o p er atio n   p o in t v ia  s p ec i f ic  p ar a m eter   d esig n   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 5 .     3 . 1 .   P ha s Co up led  I m pe da nce  Desig n V ac   T h v ec to r   d iag r a m   s h o w i n g   t h o p er ati o n   o f   V ac   p h ase  co n v er ter   in   HP QC   u n d er   m in i m u m   v o ltag e   o p er atio n   is   g i v en   i n   F ig u r 6 .   T h m i n i m u m   a m p lit u d o f   V inv a LLC   o cc u r s   w h e n   t h co m p en s atio n   cu r r e n I ca   is   in   p h ase  w i th   t h v o lta g V inv a LLC   f o r   f u r t h er   ca lcu lat io n   o f   p o w er   an g le  as  ca . T h m at h e m atica r elatio n   ca n   b d er iv ed   f r o m   th Fig u r e. 6 .           Fig u r 6 .   Vec to r   Diag r a m   S h o w i n g   th O p er atio n   o f   V ac   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 1 8     1 2 8   122   ca ac L L C a ca n i n v a L L C L L C a V X I V V s i n m i n _           ( 3 )       T h co r r esp o n d in g   p h a s co u p led   im p ed an ce   X LLCa  r eq u ir ed   f o r   m i n i m u m   V in v a LL C   i s   d eter m in ed   as      ca ca ac i n v a LL C LL C a I V V X si n m i n _             ( 4 )     T h u lti m a te  g o al  o f   p ar a m eter   d esig n   i s   to   d eter m i n e   th V ac   p h a s co u p led   in d u ctan ce   L a     an d   ca p ac itan ce   C f o r   p r ac tic al  ap p licatio n s .   T h li n k a g o f   X LL Ca   w it h   C a   an d   L a   ca n   b o b tain ed   th r o u g h   cir cu it a n a l y s is   a n d   th eq u ati o n   is       a a a ca ca ac i n v a L C L C a C C L I V V X 1 s i n 2 m i n _           ( 5 )     T h v ar iatio n   o f   L a   an d   C a   w i t h   ca p ac it y   o f   1 5 MV A ,   V ac   o f   2 7 . 5 KV  an d   lo ad   P F o f   0 . 8 5   s atis f ies t h r elatio n s h ip   w h ic h   is   p r ese n te d   in   Fig u r 7 .           Fig u r 7 .   Var iatio n   o f   L a   w it h   C a   f o r   Min i m u m   d Vo ltag O p er atio n       Fro m   th is   F ig u r w ca n   o b s er v t h at  t h r elatio n s h ip   b e t w ee n   L a   a n d   C a   f o r   m i n i m u m   HP QC   v o ltag i s   n o n - l in ea r   i f   th v al u o f   C a   e x ce ed s   t h b o u n d ar y   ca u s i n g   t h o p er atio n   s i m ilar   to   R P C .       3 . 2 .   P ha s e   Co up led  I m pe da nce  Desig n V bc   T h v ec to r   d iag r am   s h o w in g   t h o p er atio n   o f   V bc   p h ase  co n v er ter   in   HP QC   in   co r r esp o n d en ce   w ith   th V in v a LL C - mi m   is   s h o w n   in   Fi g u r 8 .           Fig u r 8 .   Vec to r   DI A GR AM   SHOW I NG  th O p er atio n   o f   HP QC   w i th   Mi n i m u m   d Vo lt ag e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       C o n ve n tio n a l D C   V o lta g O p era tin g   S ystem  fo r   Hig h   S p ee e d   Tr a ctio n     ( C h .   Len in   B a b u )   123   Ass u m in g   co n s ta n lo ad   P a n d   ca p ac it y   th e   v ec to r   V LLCb   v ar ies  alo n g   w i th   th e   li n L 2   w i th   v ar y i n g   p h ase  co u p led   i m p ed an ce   X LL Cb .   T w o   in ter s ec tio n   p o in ts   b et w ee n   th cir cle  a n d   th li n L 2   r ep r ese n ts   t h e   o p er atio n   p o in ts   w h ic h   s ati s f y   t h v o lta g m atc h i n g   w it h   V inv a LLC - m i m . T h m a th e m atica ex p r ess io n   s h o w i n g   th in ter s ec tio n   o f   cir cle  an d   t h lin L 2   i s   g i v e n   as      2 2 2 2 m i n _ co s s i n cb LLCb bc cb LLCb i n v a L L C V V V V         ( 6 )     A lt h o u g h   b o th   p o in 1   a n d   p o in 2   m a y   s ati s f y   th e   v o lta g m atc h i n g   w it h   m i n i m u m   d c   v o lta g o f   HP QC   o p er atio n   p o in t   2   is   p r e f er r ed   d u to   th lo w   i m p ed an ce   o f   X LLCb   an d   lo w er   p o w er   co n s u m p tio n s       3 . 3 .   M ini m u m   Vo lt a g O pera t io n o f   H P Q Ag a ins t   L o a d P o w er   F a c t o r   T h v alu o f   V in v a LLC - m i m   i s   k e y   f ac to r   f o r   d eter m i n i n g   t h m i n i m u m   HP QC   o p er atio n   v o ltag e.   T h m i n i m u m   v alu o f   V in v a LL C   i n   HP QC   V in v a LL C - m i m   ca n   b o b tain ed   as     ac ca i n v a L L C V V c o s m i n _               ( 7 )     Neg lecti n g   th e f f ec t o f   V ac   p h ase  v o lta g e,   th m i n i m u m   HP QC   v o lta g is   d eter m in ed   b y     ca ac i n v a L L C V V K c os m i n _ m i n               ( 8 )     I t is n o w   o b v io u s   t h at  t h m in i m u m   HP QC   v o lta g r atin g   is   d ep en d en t o n l y   o n   th p o w er   an g le  o f   I ca .   T h ex p r ess io n   f o r   lo ad   p o w er   f ac t o r   is     PF PF PF ca 2 1 c o s s i n 3 2 1 t a n 1 1           ( 9 )     T h g r ap h   s h o w i n g   t h v ar iati o n   o f   m i n i m u m   HP QC   v o lta g r atin g   ( K m in )   a g ain s t lo ad   p o w er   f ac to r   is   p lo tted   in   Fi g u r 9 .           Fig u r e   9 .   Gr ap h   Sh o w i n g   t h Var iatio n   o f   HP QC   Mi n i m u m   Vo ltag w it h   L o ad   P F       4.   CO N T RO L   T H E O RY   T h co n tr o b lo ck   d iag r a m   o f   th p r o p o s ed   HP QC   f o r   co p h ase  tr ac tio n   p o w er   s u p p l y   i s   s h o w n   i n   Fig u r 1 0 .   T h th eo r ies o f   ac ti v an d   r ea cti v p o w er   ar ca lc u lated   u s i n g   m o d if ied   in s tan ta n eo u s   p - q   th eo r ies .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 1 8     1 2 8   124   T h ex p r ess io n   f o r   ac tiv an d   r ea ctiv p o w er s   is   s h o w n   in   ( 1 0 ) ,   in   w h ic h   V ac   an d   i L   ar th lo ad   v o ltag an d   cu r r en r m s ,   w h ile  V ac  a n d   LD i   ar 9 0   d elay   o f   lo ad   v o ltag an d   cu r r en t,  r esp ec tiv el y .   p L   an d   q L   r ef er   to   th in s ta n ta n eo u s   lo ad   ac tiv ( r ea l)   an d   r ea ctiv ( i m a g in ar y )   p o w er     Ld ac L a c d Ld a c d L ac L L i v i v i v i v q p . . . .               ( 1 0 )     T h ac tiv p o w er   p ar t p L   ca n   b s p lit in to   d p ar t   dc p w h ich   co r r esp o n d s   to   th f u n d a m e n tal  a v er ag e   ac tiv lo ad   p o w er a n d   o s cillatin g   p ar ac p   w h ic h   co r r esp o n d s   to   th o s cillatin g   ac ti v p o w er   b et w ee n   s y s te m   s o u r ce   an d   lo ad   an d   co n tr ib u tes  as  p ar o f   h ar m o n ic s   an d   r ea ctiv p o w er .   T h m a th e m atica l   ex p r ess io n   i s   s h o w n   i n     ac dc L p p p                 ( 1 1 )     T h r eq u ir ed   co m p e n s ati n g   p o w er   is   th e n   co m p u ted   ac co r d in g   to   t h p o w er   q u alit y   r eq u i r e m en t,  a s   ex p r ess ed   in   ( 1 2 ) ,   w h er p ca   an d   q ca  ar th r eq u ir ed   ac tiv an d   r ea ctiv co m p en s a tio n   p o w er   f r o m   t h V ac   p h ase  co n v er ter ,   w h ile   p cb   a n d   q cb   ar th e   r eq u ir ed   ac ti v an d   r ea ctiv e   co m p e n s atio n   p o w er   f r o m   th e   V bc   p h ase  co n v er ter     dc dc dc ac dc cb cb ca ca p p q p p p q p q p 3 2 1 2 1 3 2 1 2 1                 ( 1 2 )     T h r ef er en ce   p h ase  co m p e n s ati o n   cu r r en t s   i ca *   a n d   i cb *   ar ca lcu lated   b y   u s i n g   t h eq u atio n s   ( 1 3 )   an d   ( 1 4 )     ca ca a cd ac a cd ac ca q p v v v v i 2 2 1             ( 1 3 )     cb cb b a cd bac b cd bc cb q p v v v v i 2 2 1             ( 1 4 )     T h co m p u ted   r ef er en ce   c u r r en s i g n al  is   th e n   s e n to   t h e   h y s ter esi s   cu r r e n co n tr o ller ,   w h ic h   p u l s w id t h   mo d u lated   s i g n als ar g e n er at ed   f o r   th elec tr o n ic  s w itc h e s   o f   V ac   an d   V bc  P h ase  co n v er ter s           Fig u r 1 0 .   C o n tr o l b lo ck   d iag r a m   o f   t h HP QC   f o r   co p h ase  t r ac tio n   p o w er   s u p p l y   co m p en s atio n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       C o n ve n tio n a l D C   V o lta g O p era tin g   S ystem  fo r   Hig h   S p ee e d   Tr a ctio n     ( C h .   Len in   B a b u )   125   5.   SI M UL AT I O V E R I F I CA T I O NS   Si m u lati o n s   ar p er f o r m ed   u s in g   M A T L A B   to   v er if y   t h a b o v th eo r etica s tu d ie s .   T h s ch e m atic   cir cu it  d iag r a m   o f   th p r o p o s ed   HP QC   f o r   h ig h   s p ee d   tr ac tio n   is   p r o v id ed   in   Fig u r 1 1 .   T h s u b s tatio n   V/ V   tr an s f o r m er   i s   co m p o s ed   o f   t w o   2 0   MV A   s in g le - p h a s tr a n s f o r m er s ,   w i th   tu r n i n g   r atio s   o f   1 1 0   k V /2 7 . 5   k an d   1 1 0   k V/1 3 . 7 5   k V.   T r ac tio n   lo ad s   ar s i m u lated   u s i n g   r e ctif ier   R L   lo ad ,   w i th   li n ea r   ca p ac it y   o f   1 5   MV A .   T h co m p e n s at io n   d e v ice  i s   th en   co n n ec ted   ac r o s s   t h t w o   s i n g le - p h a s o u tp u t s   o f   V/V  tr an s f o r m er   to   p r o v id p o w er   q u alit y   co m p e n s atio n   o f   t h s y s te m .       5.1.   C oph ase  T ra ct i on  P o w er   Wi t h out Co m pensa t i on   T h s y s te m   p er f o r m an ce   w it h o u co m p en s at io n   is   v er i f ied   f ir s t.  S h o w n   i n   Fig u r e1 2   ar th th r ee - p h ase  s o u r ce ,   s ec o n d ar y   v o lta g e,   an d   c u r r en w a v e f o r m s   f o r   co p h ase  tr ac tio n   p o w er   w i th o u co m p en s atio n .   F r o m   Fi g u r 1 2   w co n c lu d t h at  s y s te m   s u f f er s   f r o m   u n b al an ce ,   r ea ctiv p o w er   a n d   h ar m o n ics p r o b lem .           Fig u r 1 1 .   C ir cu it Sc h e m atic  o f   th S y s te m   u n d er   I n v est ig at ed   in   Si m u lat io n   Ver i f icatio n s           Fig u r e1 2 .   S y s te m   p er f o r m a n c es o f   th p r o p o s ed   co p h ase   tr ac tio n   p o w er   w it h o u t c o m p e n s atio n .     ( a)   T h r ee - p h ase  p o w er   s o u r ce   v o ltag a n d   cu r r en w a v e f o r m s .   ( b )   V ac   an d   V bc   p h ase  v o ltag an d   cu r r en w a v e f o r m s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8938   IJ - AI    Vo l.  4 ,   No .   4 ,     Dec em b er   2 0 1 5   :   1 1 8     1 2 8   126   T ab le  1 .   R p C ir cu it P ar am ete r s   Used   in   Si m u latio n   Ver if ica tio n s         5.2.   C oph ase  t rac t i on p o w er   w i t h con vent i ona l  R P C  ( V dc = 41K V )   No w   s i m u latio n   is   p er f o r m ed   o n   co p h ase   tr ac tio n   p o w er   w it h   R P C   to   ex a m in t h co m p e n s atio n   p er f o r m a n ce   T h R P C   cir c u i p ar am e ter s   ar s h o w n   i n   T ab le 1 .   B esid C th o th er   v al u es  ar ch o s e n   ac co r d in g   to   th p ar a m eter   d esig n   i n   Sectio n   I I I .   As  p er   th r eq u ir e m en o f   d esi g n ed   R P C   th d c - li n k   v o lt a g e   is   s elec ted   s li g h tl y   h i g h er   th a n   th p ea k   v o lta g o f   V ac   p h a s e.     5.3.   C oph ase  T ra ct i on  P o w er   w i t P rop ose H PQC (V dc = 27 K V )   T h HP QC   cir cu it   p ar a m eter s   u s ed   i n   t h s i m u latio n s   i s   p r esen ted   i n   T ab le  2 .   Sin ce   th e   lo ad   h ar m o n ics  ar m o s t l y   co n ce n t r ated   at  3 rd   an d   5 th   f u n d a m e n t al  h ar m o n ic s   t h v a lu e s   o f   co u p lin g   i n d u c tan ce   an d   ca p ac itan ce   ar s elec ted   b ased   o n   th 5 th   h ar m o n ic s .           Fig u r 1 3 .   Sy s te m   p er f o r m a n c es o f   co p h ase  tr ac tio n   p o w er   w it h   R P C   ( V dc = 4 1   k V) . ( a) T h r ee - p h ase  p o w er   s o u r ce   v o lta g an d   cu r r en w a v e f o r m s . ( b ) V ac   an d   Vb c   p h ase   v o ltag a n d   cu r r en w a v e f o r m s       T h s i m u lated   lo ad   P is   ar o u n d   0 . 9 4 .   A s   p er   o u r   ex a m i n ati o n ,   th m in i m u m   HP QC   v o lta g r atin g   K m in   is   0 . 6 1 .   W ith   tr ac tio n   lo a d   elec tr if ied   b y   2 7 . 5   k V,   th m i n i m u m   v al u o f   V in va LL C   i n   HP QC   is   1 6 . 7 8   k V.   T h d c - lin k   v o lta g o f   HP QC   u s ed   i n   th e   s i m u latio n   is   2 7   k V.   Si m u latio n   w av e f o r m s   ar s h o w n   i n   f i g u r e   1 4 .   I ca n   b o b s er v ed   th at   w it h   d c - lin k   v o ltag e   lo w er   th a n   2 7   k i n   t h p r o p o s ed   HP QC ,   th co m p e n s atio n   p er f o r m a n ce s   b ec o m w o r s e.   T h e   s o u r ce   cu r r en T HD  an d   u n b ala n ce   ar b o th   ab o v s ta n d ar d .   On   th o t h er   h an d ,   w h en   th d c - li n k   v o lta g is   ab o v 2 7   k V,   t h co m p e n s atio n   p er f o r m a n ce   i s   m o r o r   less   th s a m as   th at  u s i n g   2 7   k V.   I m a y   t h u s   b co n clu d ed   th at  u n d er   th s i m u lated   co n d itio n s ,   t h o p ti m u m   d c - li n k   v o ltag e   o f   th p r o p o s ed   HP QC   is   2 7   k V.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
IJ - AI     I SS N:  2252 - 8938       C o n ve n tio n a l D C   V o lta g O p era tin g   S ystem  fo r   Hig h   S p ee e d   Tr a ctio n     ( C h .   Len in   B a b u )   127   T ab le  2 .   H p q C ir cu it P ar am e t er s   Used   in   t h Si m u latio n   Ve r if icatio n s         T h s i m u lated   s y s te m   w av e f o r m s   ar e   s h o w n   in   Fi g u r e1 4 .   C o m p ar i n g   t h e m   w it h   th e   r es u lt s   o b tain ed   u s i n g   R P C   i n   F ig u r e1 3 .   I t   ca n   b o b s er v ed   th at  t h co m p en s atio n   p er f o r m an ce   o f   HP QC   in   co p h ase  tr ac tio n   p o w er   is   m o r o r   less   t h s a m e.   Fo r   f u r th er   i n v e s ti g atio n s   o f   th s y s te m   p er f o r m a n ce ,   th s i m u lated   s y s te m   s tatis t ics  o f   co p h ase  tr ac tio n   p o w er   w i th o u co m p en s atio n ,   w it h   R P C ,   a n d   w it h   HP QC   ar s u m m ar ized   i n   T ab le  3 .   I ca n   b o b s er v ed   th at  w i th   s i m ilar   co m p e n s ati o n   p er f o r m a n ce ,   th m i n i m u m   HP QC   o p er atio n   v o ltag i s   o n l y   6 6 % o f   th at  i n   R P C .       T ab le  3 . Su m m ar ized   S y s te m   Statics   i n   Si m u latio n             Fig u r 1 4 .   Sy s te m   P er f o r m an c es o f   th P r o p o s ed   C o p h ase  T r ac tio n   P o w er   Su p p l y   S y s te m   w it h   HP QC     (V dc = 2 7   k V) .   ( a)   T h r ee - P h ase  P o w er   So u r ce   Vo lta g an d   C u r r en t W av ef o r m s .   ( b )   V ac   an d   V bc   P h ase  Vo ltag an d   C u r r e n t W av e f o r m s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.