I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 6 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   2 0 2 5 ,   p p .   2 0 1 7 ~ 20 29   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 6 . i3 . p p 2 0 1 7 - 20 29          2017       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Enha ncement  of  po wer quality  of   g rid int eg ra ted  p ho to v o ltaic  sy stem using  acti v e power f i lter       P ra v ee n K a m a t 1 ,  Ana nt  Na ik 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 ,   G o v e r n me n t   P o l y t e c h n i c   C u r c h o r e m,   K a k o d a ,   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   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   G o a   c o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   ,   G o a   U n i v e r s i t y   ,   G o a   ,   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   No v   4 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ap r   3 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma y   2 5 ,   2 0 2 5       T h e   w o rl d ' s   p o p u lat i o n ' s  e n e r g y   n e e d s   a re   g r o w i n g   d a il y ,   w h il e   a t   t h e   sa m e   ti m e ,   f o ss i l   f u e ls   a re   b e i n g   re d u c e d   a t   a n   a larm i n g   ra te .   F o s si l   f u e l   b u r n i n g   a ls o   i n c re a se s   p o l l u t i o n   a n d   c a u s e s  g l o b a l   wa rm i n g .   Re n e wa b le   e n e r g ies   a re   n o w   b e i n g   e x te n si v e l y   u se d   t o   g e n e ra te   e lec tr ic it y ,   s o   t h e   d e p e n d e n c e   o n   fo ss i l   f u e ls   is   c o n si d e ra b l y   re d u c e d .   Am o n g   t h e   p ri m a r y   s o u rc e s   o f   a lt e r n a t i v e   e n e r g y   u s e d   t o   c re a te   p o we r   i s  p h o t o v o lt a ic   ( P V )   tec h n o l o g y .   A   g r id - c o n n e c te d   P V   s y s tem   is   th e   m o st   wi d e l y   re c o m m e n d e d .   Wh e n   P V   i s li n k e d   t o   th e   g r i d ,   tw o   m a i n   i ss u e s   a re   th e   m a x im u m   p o we r   t h a t   c a n   b e   ta k e n   o u t   o f   i t   a n d   t h e   q u a l it y   o f   th e   e lec tr ici t y   p lac e d   i n t o   i t.   Wi t h   t h e   h e l p   o f   n e u ra l   n e tw o r k s ,   th e   m a x im u m   p o we r   p o i n t   t ra c k i n g   ( M P P T)   t e c h n o l o g y   h a s   b e e n   d e v e l o p e d   t o   i n c re a se   t h e   P V   a rra y ' s   p o we r   h a r v e st i n g .   A n   a c t i v e   p o we r  fi lt e r   (AP F )  h a d   b e e n   c r e a te d   a n d   a n a ly z e d   u s i n g   In sta n ta n e o u s  Re a c ti v e   P o we r   T h e o r y ,   i n c l u d i n g   t h e   C h e b y s h e v   II  l o w - p a ss   fi lt e r .   As   re q u ire d   b y   I EE E  5 1 9 ,   th e   t o t a l   h a rm o n ic   d is t o r t io n   (T HD )   w it h   i n jec te d   s o u rc e   c u r re n t  h a s   b e e n   c o n f irm e d   we l l  w i th i n   5 % .   T h e s e   re s u l ts  d e m o n st ra te   t h a t   t h is   m e t h o d   is  a   sim p le   a n d   e f fic ie n t  wa y   t o   i n jec t   h a r m o n ic - fr e e   c u rre n ts   i n t o   t h e   g r i d .   K ey w o r d s :   C h eb y s h ev   f ilter   MPPT   Ph o to v o ltaic   Po wer   q u ality   P - Q  t h eo r y   R en ewa b le  e n er g y   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 :   Pra v ee n   Kam at   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 ,   Go v er n m en t Po ly tech n ic  C u r ch o r e m   Kak o d a,   Go a  4 0 3 7 0 6 ,   I n d ia   E m ail: p r k m ad k ai@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  in clu s io n   o f   r en ewa b le  e n er g ies lik e  s o lar   an d   win d   is   in cr ea s in g   d aily   an d   r ap id l y   wo r ld wid e.   I t  is   ex p ec ted   to   in cr ea s e  th eir   p er ce n tag e  s h ar e  in   elec tr icity   g en er atio n   f r o m   2 9 %  in   2 0 2 2   to   4 2 %  in   2 0 2 8   [ 1 ] .  Mo s t p ar ts   o f   I n d ia  r ec eiv e  a b o u t 4   to   7   k W h /m 2 / d ay   s o lar   r ad iatio n   an d   ar e  av ailab le  alm o s t a n n u ally   [ 2 ] .   T h e  So lar   ce ll  is   u s ed   to   g en er ate  elec tr icity   f r o m   s o lar   r ad ia tio n .   A  s in g le  s o lar   ce ll  m ay   d ev elo p   to   ab o u t  6   W h   to   1 0   W h .   T h is   i s   a  m in im al  am o u n t  o f   en er g y ;  h en ce ,   a  PV  m o d u le  is   cr ea ted   b y   jo in in g   s o lar   ce lls   to   p r o d u ce   a  s ig n if ican t  am o u n t  o f   en er g y .   A  p h o to v o ltaic  ( PV )   ar r ay   o f   n u m er o u s   p an els  ca n   also   p r o d u ce   elec tr ical  en er g y   c o m m er cially .   As  PV  p an els  g en er ate  DC   v o ltag e,   an   in v er te r   ty p ically   s u p p lies   AC   v o ltag e  to   th e  p r o s p ec tiv e  lo ad s   [ 2 ] .   PV  p an els  m ig h t  b e  r u n   at  m a x im u m   p o wer   p o in t  ( MPP)   to   en s u r e  th at  we  alwa y s   o p tim i ze   th e  PV  ar r ay ' s   p o wer   o u tp u t.   T o   d o   t h is ,   a  DC - DC   co n v er ter   co u l d   b e  u tili ze d ,   alo n g   with   an   MPPT  tech n iq u e  t o   r eg u late  “th e  d u ty   cy cle  in s id e  th e  DC - DC   co n v er ter ' s   s wit ch . ”  T h e  m ajo r ity   o f   r esear ch er s   h av e  em p lo y ed   th e  p er tu r b   &   o b s er v e   ( P& O )   ap p r o ac h   f o r   MPP   [ 3 ] - [ 7 ] .   M a n y   r e s e ar c h e r s   h a v e   a l s o   u s e d   th e  i n cr e m en t a l  c o n d u c ta n c e  ( I C )   m e th o d ,   w h i ch   g i v e s   s l i g h t ly   b e t t e r   o v e r a l l   ef f i c ie n cy   b u t  i s   s l i g h t ly   m o r e   co m p l i c a t ed   [ 8 ] - [ 1 1 ] .   R e c en t l y ,   m a n y   m o r e  m a x i m u m   p o w e r   p o i n t   t r a c k in g   ( M P P T )   m et h o d s   h a v e   b e en   d e v e lo p ed   an d   u s e d .   N eu r a l  n e t wo r k   ( N N )   b a s e d   M P P T   i s   o n e  s u c h   m e t h o d   [ 1 2 ] - [ 1 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 25 :  201 7 - 20 29   2018   As  we  ar e  ex ten s iv ely   u s in g   n o n lin ea r   d ev ices  f o r   co n tr o llin g   m an y   lo ad s ,   th er e  ar e   is s u es   o f   h ar m o n ic  d is to r tio n   wh er e  c u r r en t a n d   v o ltag e  wav ef o r m s   b ec o m e  n o n - s in u s o id al .   Har m o n ics ar e  u n d esira b le   as  th ey   ad v er s ely   af f e ct  all  th e  lo ad s   co n n ec ted   to   s u ch   d is tr ib u tio n   s y s tem s .   Fil ter s   ar e  u s ed   to   r em o v e  t h ese  d is to r tio n s   an d   m a k e  th e  s y s t em   with   m in im al  an d   to ler ab le  h ar m o n ics.  Du e  to   m a n y   d r awb ac k s ,   p ass iv e  f ilter s   ar e  v er y   r ar ely   u s ed .   M o s t c o m m o n ly ,   ac tiv e  f ilter s   ar e  u s ed .   Fo r   o b tain in g   h ar m o n ic  co m p en s atio n ,   m an y   r esear c h er s   h av e  u s ed   d if f er e n t  co n tr o l  a lg o r ith m s .     I n   1 9 8 3 ,   Ak ag i  et  a l .   [ 1 6 ]   i n tr o d u ce d   an   in s tan tan eo u s   r ea ctiv e  p o wer ,   i.e . ,   P - Q - b ased   alg o r ith m .     Ullah   et  a l.   [ 1 7 ]   h av e   s h o wn   th at  th e  to tal   h ar m o n ic   d is to r t io n   ( T HD )   o f   2 8 %  ca n   b e   r ed u ce d   to   b elo w   5 %  u s in g   a  P - Q - b ased   alg o r ith m .   Oth er   r esear ch er s   h av e  s h o wn   s im ilar   r esu lts   [ 1 8 ] - [ 2 1 ] .   Am in i   et  a l.   [ 2 2 ]   h av e   d em o n s tr ated   th at  th e  s o u r ce   cu r r en t' s   T HD  ca n   b e  d ec r ea s ed   f r o m   2 0 . 2 %  to   4 . 2 %  f o r   an   R - L   lo ad .   R u d i     an d   Hash em n ia   [ 2 3 ]   h a v e  s h o wn   th at  T HD  f r o m   2 9 . 9 1 % is   r ed u ce d   b el o w  5 %,  an d   Ma n o h ar a   et  a l.   [ 2 4 ]   h a v e  u s ed   th e  s y n ch r o n o u s   r ef er en ce   f r am e   ( SR F )   m eth o d   an d   r ed u ce d   T HD  f r o m   2 6 . 2 3 %  to   5 . 9 7 %.    Gaic ea n u   et  a l.   [ 2 5 ]   h av e  r e d u ce d   th e  T HD  o f   t h e  cu r r en t f r o m   2 7 . 7 % to   3 . 4 7 %.   B ar b o s a  et  a l .   [ 2 6 ]   h av e  u s ed   a  P - Q - b ased   co n tr o ller   f o r   g r id   in teg r atio n   as  well  as   an   a c ti v e   p o we r   fil ter  ( APF )   f u n ctio n ality ,   wh ich   also   im p r o v es  th e  p o wer   f ac to r .   I ov  et   al .   [ 2 7 ]   h av e  s u g g ested   d if f er e n t   co n tr o l  cir cu its   f o r   s in g le - p h a s e   an d   th r ee - p h ase  in teg r atio n ,   an d   th e  co n tr o ller   h as  b ee n   co n tr o lled   u s in g   a   s y n ch r o n o u s   r ef er e n ce   f r am e  co n tr o l  ap p r o ac h   b ased   o n   p h ase - lo ck ed   lo o p s   ( PLL s ) .   Sin g h   et  a l .   [ 2 8 ]   h av e   u s ed   an   in v er ter   with   a  co n tr o ller   h av in g   b o t h   ac tiv e  p o wer   f lo w  to   th e  g r id   f r o m   r e n ewa b le  en er g y   s o u r ce s   ( R E S )   an d   ac tiv e  p o wer   co n tr o l.  T h ey   u s ed   a  4 - leg   i n v er ter   s o   th at  lo ad   n eu tr al  c u r r en t   d o es  n o t  f lo w  t o   th e   s o u r ce .   Azm i   et  a l .   [ 2 9 ]   h a v e  in v esti g ated   th e  s elec tiv e  h ar m o n ic  elim in atio n   tech n iq u e  f o r   im p r o v in g   T HD   in   g r id - c o n n ec ted   r en ewa b le  e n er g y   s o u r ce   s y s tem s .   Y a ng  et   a l .   [ 3 0 ]   s u g g ested   c o n tr o l  s tr a teg ies  f o r   ef f icien t   p o wer   co n v er s io n ,   a n d   o n e  o f   th e  s u g g esti o n s   is   a  PLL - b ased   SR F  co n tr o ller .   Su d h ak ar   et  a l .   [ 3 1 ]   h a v e   elab o r ated   o n   c o n n ec tin g   th eir   PV  s y s tem   to   th e  g r id .   th ey   also   s u g g ested   th e  u s e  o f   PLL   f o r   g r id   s y n ch r o n izatio n .   Sh a r ew  et  a l .   [ 3 2 ]   h a v e  d o n e   a  d etailed   an a ly s is   an d   s u g g ested   th at  to   k ee p   T HD  b el o w  5 %,   th e  m ax im u m   PV  p en etr atio n   to   th e  g r id   co u l d   b e  4 8 %.   Sh af iu llah   et  a l .   [ 3 3 ]   h av e  d is cu s s ed   m an y   co n tr o l   s tr ateg ies an d   h ig h lig h te d   ch al len g es f ac ed   b y   in teg r atin g   R E S in to   th e  g r i d .   T h e   l i t e r a t u r e   r e v i e w   i d e n t i f i e d   t h r e e   k e y   p r o b l e m s   w i t h   t h e   g r i d   i n t e g r a t i o n   o f   s o l a r   P V   s y s t e m s :   t h e   n e e d   f o r   a n   M P P T   c o n t r o l l e r   t h a t   c a n   m a x i m i z e   e l e c t r i c i t y   g e n e r a t e d   b y   t h e   P V   p a n e l s ,   h a r m o n i c s   i n   g r i d   c u r r e n t s ,   a n d   t h e   c h a l l e n g e s   o f   g r i d   i n t e g r a t i o n .   S e v e r a l   r e s e a r c h e r s   h a v e   e m p l o y e d   v a r i o u s   M P P T   m e t h o d s   t o   e x t r a c t   m a x i m u m   p o w e r   f r o m   P V   p a n e l s .   D e t a i l e d   a n a l y s i s   a n d   s i m u l a t i o n s   h a v e   d e m o n s t r a t e d   t h a t   t h e   n e u r a l   n e t w o r k - b a s e d   M P P T   m e t h o d   i s   m o r e   e f f i c i e n t   o v e r a l l ;   h e n c e ,   i t   i s   c h o s e n   f o r   t h e   s y s t e m .   H a r m o n i c s   a r e   u n d e s i r a b l e   a n d   h a v e   a   s i g n i f i c a n t l y   a d v e r s e   e f f e c t   o n   a l l   o t h e r   l o a d s   c o n n e c t e d   t o   t h e   g r i d ;   t h e r e f o r e ,   t h e y   m u s t   b e   m i n i m i z e d   u s i n g   a   s u i t a b l e   A P F .   A d d i t i o n a l l y ,   S o l a r   p o w e r   g e n e r a t e d   m u s t   b e   p r o p e r l y   c o n n e c t e d   t o   t h e   g r i d   t o   e n s u r e   p r o p e r   p o w e r   s h a r i n g   b e t w e e n   t h e   P V   s y s t e m ,   o t h e r   g e n e r a t i n g   u n i t s   c o n n e c t e d   t o   t h e   g r i d ,   a n d   t h e   l o a d .   T h e  in s tan tan eo u s   r ea ctiv e  p o wer - b ased   ac tiv e  p o wer   f ilter   was  d esig n ed   an d   d e v elo p ed .   I ts   p er f o r m an ce   was  v er if ied   f o r   B u tter wo r th ,   ellip tic,   an d   C h eb y s h ev   I I   f ilter s ,   an d   t h e  an al y s is   s h o ws  th at  th e   C h eb y s h ev   I I   f ilter   p er f o r m s   m u ch   b etter   [ 3 4 ] .   I t   h as  b ee n   d em o n s tr ated   th at   th e  u s e  o f   th e  C h eb y s h ev   I I   f ilter   g iv es  m u ch   b etter   p er f o r m an ce   o f   APF .   So   f ar ,   n o   r ese ar ch er   h as  u s ed   th e  C h e b y s h e v   I I   f ilter   as  a  lo w - p ass   f ilter   in   th e  APF.  T h is   m eth o d   also   p r o v id es si m p le  co n t r o l f o r   g r id   i n teg r atio n .   A  s y s tem   with   PV  co n n ec ted   to   th e  g r i d   is   d esig n ed   an d   a n aly ze d   to   e n h an ce   p o wer   q u ality   wh ile  s u p p ly in g   PV  p o wer   to   th e   g r id .   A  n eu r al  n etwo r k - b as ed   MPPT  s y s tem   is   d esig n ed   an d   d ev el o p ed .   I n s tan tan eo u s   r ea ctiv e  p o wer   th eo r y - b ased   ac tiv e  f ilter in g   with   th e   C h eb y s h ev   I I   f ilter   is   u s ed   f o r   f ilter in g   an d   is   s y n ch r o n ized   with   th e   g r id .   Fig u r e  1   d ep icts   th e  s u g g e s ted   s y s tem .   I n   th e   m eth o d   s ec tio n ,   we  h a v e  d esig n ed   a  g r i d - in teg r ate d   PV  s y s tem   co n n ec ted   to   a  n o n lin ea r   lo ad   to   ev alu ate  an   ac tiv e  p o wer   f ilter 's  p er f o r m an ce .   W e  h av e   also   d esig n ed   an   in s tan tan e o u s   r ea ctiv e  p o wer - b ased   ac tiv e  p o wer   f ilter .   W e  h av e  d esig n ed   a n d   d ev elo p ed   a  n eu r al  n etwo r k - b ased   MPPT  s y s tem ,   wh ich   is   s im u lated   in   Simu lin k .   Sectio n   3   d is cu s s es th e  f in d in g s .       2.   M E T H O D   I n   th is   s ec tio n ,   th er e  ar e  th r ee   s u b s ec tio n s .   Su b s ec tio n   2 . 1 .   g iv es  d etails  o f   a  s y s tem   d esig n ed ,   in clu d in g   t h e  APF  d esig n .   Su b s ec tio n   2 . 2 .   d ea ls   with   PV  s y s tem   d esig n   alo n g   with   b o o s t  co n tr o ller   ( B C ) ,   s u b s ec tio n   2. 3 .     d ea ls   with   P - Q  th eo r y   a n d   g r id   in teg r atio n .     2 . 1 .     Sy s t e m   d esig n   T h e  s y s tem   co n s is t s   o f   a  “ n o n lin ea r   lo ad   co u p le d   to   a  th r ee - p h ase  s u p p ly   v ia  th e ”  g r id   d ep icted   in   Fig u r e  1 .   T h e   d ec is io n   was  m ad e  to   em p lo y   a   th r ee - p h as e  b alan ce d   s y s tem .   T a b le  1   p r o v id es  th e   lo ad   &   th r ee - p h ase  s o u r ce   d etails.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f p o w er q u a lity o f g r id   in teg r a ted   p h o t o   vo lta ic  s ystem  u s in g   a ctive   …   ( P r a ve en   K a ma t )   2019   2 . 1 . 1 .   Act iv e  po wer   f ilte r  des ig n   Activ e  p o wer   f ilter   p ar am ete r s      ,     &     ar e  co m p u ted   f o r   th e  APF.  Fig u r e  2   d is p lay s   a  b asic   APF d iag r am   with   th e  p ar a m e ter s .   T h e  ac tiv e  p o we r   f ilter   is   d esig n ed   u s in g :   DC   b u s   v o ltag e,   as in   ( 1 ) .      =2 √ 2    √ 3   ( 1 )     m   is   m o d u latio n   i n d ex   ( =1 ) ,   V LL   is   AC   lin e - to - lin e  v o ltag e.      =  6   ℎ         [ (  2 )   −   (  1 2 ) ]   ( 2 )     V DC1   is   th e  m in im u m   v o ltag e   lev el  o f   th e   DC   b u s ;  α   is   th e   o v er l o ad in g   f ac to r   ( 1 . 2 ) ;  t  is   tim e  b y   wh ich   th e   lev el  o f   DC   b u s   v o ltag e   is   to   b e  r ec o v er e d ; a n d   I   is   5   A .     = √ 3  12     ( 3 )     W h er e   f s   is   1 0   KHz ,   an d   I c r p p   is   1 5   %   o f   I   =  0 . 7 5   A .  B ased   o n   th e   ab o v e   ca lcu latio n s ,   we  g et   th e  p ar am eter s   as sh o wn   in   T ab le  2 .   C DC   is   th e  ca p ac ito r   attac h ed   t o   th e  in v e r ter ' s   DC   s id e,   an d   f o r   th e  APF  to   wo r k ,   th e  v o ltag e  r eq u ir e d   is   1 9 0   V o lts ,   s o   th e   b o o s t  co n v er ter   is   to   b e   d esig n e d   to   p r o d u ce   1 9 0   v o lts ,   a n d   t h e  A PF   will  co n tr o l  th e   v o ltag e  to   wo r k   as a n   ac tiv e   p o wer   f ilter .       T ab le  1 .   Sy s tem   s p ec if icatio n s   S r   N o   P a r a me t e r s     S p e c i f i c a t i o n s   S r   N o   P a r a me t e r s     S p e c i f i c a t i o n s   1   V S ourc e   1 1 0   V ,   A C ,   3 - p h a s e   3   Lo a d   1   8   Ω ,   9   mH   2   F r e q u e n c y     5 0   H z   4   Lo a d   2     8   Ω ,   9   mH     T ab le  2 .   APF p ar am eter s   P a r a me t e r   S p e c i f i c a t i o n   V DC   1 9 0   V   C DC   2 2   µF   Lf   3 . 3   mH             Fig u r e  1 .   Pro p o s ed   s y s tem           Fig u r e  2 .   Activ e  p o wer   f ilter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 25 :  201 7 - 20 29   2020   2 . 2 .     P V  s y s t e m   wit h bo o s t   c o nv er t er ,   M P P T ,   a nd   it s   d esi g n   Fig u r e  3   s h o ws  th e   b o o s t  co n v er ter   attac h e d   to   th e   PV  ar r a y .   B ased   o n   V DC ,   th e  B C   is   d e s ig n ed ,   i.e . ,   we  r eq u ir e   th e   b o o s t  co n v er te r   o u t p u t  v o ltag e   to   b e  1 9 0   V.   So ,   two   s er ies  co n n ec tio n s   a r e   m ad e   b etwe en   t h e  s o lar   p an els ,   with   th e   co m b in ed   p an el   ch ar ac ter is tics   g iv en   in   T ab le  3 .   B ased   o n   th e   ab o v e ,   th e  in p u t  v o ltag e  is   6 0 - 7 5   V  a n d   th e  o u tp u t v o lt ag e  o f   1 9 0   V,   th e  b o o s t c o n v e r ter   is   d esig n ed   as g iv e n   in   T a b le  4 .     2 . 2 . 1 .   Art if icia l neura l net wo rk - ba s ed  M P P T   No wad ay s ,   co n tr o ller s   b ased   o n   n eu r al  n etwo r k s   ar e  d es ig n ed   an d   u s ed   f o r   m a n y   ap p licatio n s .   Fig u r e  4   s h o ws  th e  b asic  ar tif icial  n eu r al  n etwo r k   ( ANN )   s y s tem .   A  b asic  n eu r al  n etwo r k   s y s tem   h as  an   I /P  lay er ,   a  h id d en   lay e r ,   as  well  as  an   O/P  lay er .   Fo r   th e  MPPT  co n tr o ller ,   b ased   o n   ANN  in p u t  d ata ,   co u ld   b e   tem p er atu r e,   ir r a d ian ce ,   PV  ar r ay   cu r r en t ,   o r   PV  ar r ay   v o ltag e.   Usu ally ,   a  s in g le  d u ty   cy cle  s ig n al  is   g en er ated ,   w h ich   is   u tili ze d   to   m o d if y   t h e  B C   d u ty   cy cle  an d   g u ar an tee  th at  t h e  PV a r r ay   r u n s   at  MPP.       T ab le   3 .   PV a r r a y   s p ec if icatio n s   P a r a me t e r   V a l u e   Wp   4 8 0   W   V OC   7 4 . 2   V   I SC   8 . 5 8   A   V MP   5 9 . 4   V   I MP   8 . 0 7   A       T ab le  4 .  B o o s t c o n v er ter   d esig n   p ar am eter s   P a r a me t e r   F o r mu l a   u se d   S p e c i f i c a t i o n s   P a r a me t e r   F o r mu l a     u se d   S p e c i f i c a t i o n s   V 0   C h o se n   1 9 0   V    ∆V 0   3   %   5 . 7   V   I 0   P \ V 0   2 . 5 2 6   A   L   V i m a x D m i n / ∆I 0 f s   3 . 3   mH   ∆V in   35 - 6 0   V   35 - 6 0   V   C 0   I 0 D / ∆V 0 f s   2 2   μF   ∆I 0   3 0   %   0 . 7 5 6 9   A   C in   ∆I 0 T s / 8   ∆V in   0 . 3 3   μF             Fig u r e  3 .   PV w ith   b o o s t c o n v e r ter           Fig u r e  4 .   B asic A NN  s y s tem       R an d o m   d ata  is   cr ea ted   u s in g   a  MA T L AB   ap p licatio n   to   tr ain   th e  NN.   I n p u ts   ar e  ir r a d ian ce   an d   tem p er atu r e.   T em p er atu r es  r a n g in g   f r o m   1 6   to   4 0   d e g r ee s   C elsi u s   an d   ir r ad ian ce   f r o m   0   to   1 2 0 0   W /m 2   ar e  co n s id er ed .   2 0 0 0   r an d o m   d at a  s am p les  ar e  g en er ated .   T h is   d ata  is   u tili ze d   f o r   test in g ,   with   th e  r em ain in g     1 5   p er ce n t  is   b ein g   u s ed   f o r   v alid atio n ,   an d   th e  b alan ce   7 0 %   f o r   tr ain in g .   T o   tr ain   th e  d ata,   th e  L ev en b er g - Ma r q u ar d t  m eth o d   is   u tili ze d .   T h e  v o ltag e  at  MPP  i s   th e  r esu lt  o f   th e  NN  ( "Ne u r al  N etwo r k ") .   T h is   NN   m o d el  is   u tili ze d   to   r e g u late   its   B C   d u ty   cy cle.   B y   co m p ar in g   th e   v o ltag e  t h at   th e  PV  ar r ay   g en e r ates  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f p o w er q u a lity o f g r id   in teg r a ted   p h o t o   vo lta ic  s ystem  u s in g   a ctive   …   ( P r a ve en   K a ma t )   2021   alo n g s id e  th e   v o ltag e   o f   NN,   th e  co n tr o ller   r eg u lates  th e   B C   s w itch 's  d u ty   cy cle.   T h e   r eg r ess io n   p lo t  in   Fig u r e  5   clea r ly   s h o ws th at  th e  d ata  is   ap p r o p r iately   tr ain e d ,   an d   we  g et  R   =   1.   Neu r al  n etwo r k - b ased   MPPT  will  co n tr o l  th e  g atin g   p u ls e  to   th e  MO SF E T   o f   B C ,   wh ich   will   m ax im ize  th e  PV a r r ay ' s   p o wer   to   d eliv er   a  1 9 0   V  o u tp u t  v o l tag e,   as th is   DC   s id e’ s   in p u t ,   wh er e  th e  ca p ac ito r   C DC   is   co n n ec ted ,   with   r esp ec t to   th e  in v e r ter .           Fig u r e  5 .   Data   tr ain i n g   an d   v al id atio n   o f   t h e  n eu r al  n etwo r k   s y s tem       2 . 3 .       AP F   &  g rid int eg ra t io n   2 . 3 . 1 .   P - Q  t heo ry - ba s ed   AP F   F i g u r e   6   s h o w s   a n   i n s t a n t a n e o u s   r e a c t i v e   p o w e r   c o n t r o l - b a s ed   A P F   c o n t r o l l e r .   T h is   m e t h o d   c a l c u l a t es   i n s t a n ta n e o u s   p o w e r ,   b o t h   a c t iv e   a n d   r e a c t i v e ,   u t i li z i n g   t h r e e - p h a s e   c u r r e n ts   as   w el l   as   v o l tag e s   d e t e ct e d   a t  PC C .   P C C   s e n s es   t h r e e - p h as e   v o l t a g e s   a n d   c o n v e r t s   t h e m   t o   t w o - p h a s e   o r t h o g o n a l   c o o r d i n a t es ,   V α   &   V β ,   a s :     [ α ] = √ 2 3 [ 1 − 1 2 − 1 2 0   √ 3 2   √ 3 2 ] [ ]   ( 4 )     [ α ] = √ 2 3 [ 1 − 1 2 − 1 2 0   √ 3 2   √ 3 2 ] [ ]   ( 5 )     Utilizin g   a  m u ltip licatio n   p r o ce s s ,   th e  P - Q  th e o r y   s h o wed   i n s tan tan eo u s   r ea ctiv e   as  well  as  ac tiv e  p o wer   o f   v o ltag es a n d   c u r r en ts   in   t h e  α - β co o r d in ates.     [ ]   =  [ α − ꭤ ] [ α ]   ( 6 )     T h e  ( 6 )   in s tan tan eo u s   p o wer   p   &   q ,   will b e   ( 7 )   a n d   ( 8 ) .     p   =  P +   p ~   ( 7 )     q =  Q  +  q ~   ( 8 )     C u r r en ts   I α   an d   I β   co u ld   b e  att ain ed   b y   r ev er s in g   ( 6 ) .     [ α ] = 1 2 + 2 [ − α ] [ ]   ( 9 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 25 :  201 7 - 20 29   2022   T h e  f u n d am en tal  c o m p o n en t i s   s u b tr ac ted   to   s ep ar ate  h a r m o n ic  cu r r e n ts ,   an d   we  ca n   wr ite  it  as ( 1 0 ) .     [  ∗  ∗ ] = 1 2 + 2 [ − ꭤ ] [ ~ −  − ]   ( 1 0 )     R ef er en ce   cu r r e n ts   h av e  b ee n   u s ed   in   th e  eq u atio n   b elo w  to   co n v er t  α - β to   ab c  c o o r d in ates.     [ ∗ ∗ ∗ ]   =  √ 2 3 [       1 0 − 1 2 √ 3 2 − 1 2 − √ 3 2 ]       [  ∗  ∗ ]   ( 1 1 )     B ased   o n   Fig u r e   6   an d   ( 4 ) - ( 1 1 ) ,   th e   APF  m o d el   is   d ev el o p ed   in   S im u lin k ,   an d   th e   g ati n g   p u ls es   g en er ated   b y   APF  ar e  g i v en   t o   th e  in v e r ter   s witch es.  T h e  S i m u lin k   m o d el  o f   APF  an d   co n tr o ller   ar e  d e p icted   in   Fig u r e s   7   an d   8 ,   r esp ec tiv el y .   Fig u r e  7   s h o ws  a  s y s tem   in   wh ich   th e  APF  co n tr o ller   d et ec ts   g r id   v o ltag es  a n d   cu r r en ts   at  PC C ,   alo n g   t h e  n o n - lin ea r   lo a d ,   w h ich   is   lin k ed   to   th e  g r id .   T h e   co n tr o ller ,   u s in g   th e  P - Q   m et h o d ,   g en e r ates  th e  p u ls es a n d   g iv es th em   t o   th e  i n v er ter   s witch es so   th at  th e  h a r m o n ics o f   g r id   c u r r e n ts   ar e  r e d u ce d .           Fig u r e  6 .   I n s tan tan eo u s   r ea cti v e  p o wer   c o n tr o l           Fig u r e  7 .   Activ e  p o wer   f ilter   m o d el       Fig u r e  8   d is p lay s   th e   APF  co n tr o ller ' s   S im u lin k   m o d el.   I t  s en s es  g r id   v o ltag es  an d   g r id   c u r r en ts .   I t   co n v er ts   it   in to   in s tan tan eo u s   r ea l  a n d   r ea ctiv e   p o wer   as  p er   ( 6 ) ,   a n d   f r o m   t h e  r ea l   p o wer ,   th e   f u n d am e n tal   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f p o w er q u a lity o f g r id   in teg r a ted   p h o t o   vo lta ic  s ystem  u s in g   a ctive   …   ( P r a ve en   K a ma t )   2023   f r eq u e n cy   co m p o n en t  is   ex tr a cted   b y   a  C h eb y s h ev   I I   f ilter .   T h e  r em ain in g   s ig n al  is   g iv en   to   th e  PQ - to   ab c  b lo ck ,   wh ich ,   as  p er   ( 10 )   a n d   ( 11 ) ,   p r o d u ce s   a  s ig n al,   an d   f in ally ,   p u ls es  g en er ated   b y   th e  Hy s ter esis   co n tr o ller   ar e   g iv en   to   th e  s witch es o f   th e  in v er ter .     2 . 3 . 2 .   G rid  i nte g ra t io n   Her e ,   th e  PV  is   co n n ec ted   to   th e  g r id   t h r o u g h   t h e  in v e r ter   v ia  a  b o o s t  co n v e r ter ;  th e  DC   s id e  will  h av e  th e  ca p ac ito r   C d c  b etwe en   th e  b o o s t  co n v er ter   an d   th e  in v er ter .   T h e  g r i d   h as  th e  lo ad s   co n n ec ted ,   in clu d in g   a  n o n lin ea r   lo a d .   T ab le  1   d escr ib es  th e  n o n lin ea r   lo ad .   Fig u r e  9   d ep icts   th e  g r id   in teg r atio n   Simu lin k   m o d el.   T h e  co n tr o ll er   is   s im ilar   to   th at  s h o wn   in   Fig u r e  8 ,   with   ad d itio n al  b lo c k s   o f   P PV   an d   a  lo w - p ass   f ilter   with   an   ad d er ,   as sh o wn   in   Fig u r e   6 .           Fig u r e  8 .   Activ e  p o wer   f ilter   c o n tr o ller           Fig u r e  9 .   S im u lin k   m o d el  f o r   g r id   in teg r atio n   o f   PV       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     M P P T   Neu r al  n etwo r k   MPPT  f o r   a  4 8 0   W p   PV  ar r ay   with   in cr e m en tal  co n d u ctan ce ,   Per tu r b   &   Ob s er v e,   an d   n eu r al  n etwo r k   MPPT  wit h   b o o s t  co n tr o ller   wer e   s im u l ated   f o r   v ar ied   ir r ad ian ce   an d   f ix ed   lo ad ,   an d   th e   r esu lts   ar e  s h o wn   in   T ab le  5 .   T h e  s im u latio n s   wer e  d o n e  f o r   4   s ec o n d s .   F i g u r e   1 0   s h o ws   h o w   N N   MPP T   r a p i d l y   a p p r o a c h es   a n d   s t ay s   a r o u n d   t h e   PV   a r r a y ' s   m a x im u m   p o w e r   p o i n t ,   w h i c h   e n a b l e s   i t  t o   d r a w   m o r e   e n e r g y .   T h e   N N   a lg o r i t h m   e x t r a c ts   m o r e   p o w e r   f r o m   t h e   PV   a r r a y   c o m p a r e d   t o   P & O   a n d   I C   m e t h o d s ,   e v e n   t h o u g h   t h e   o p e r a t i n g   p o i n t   v a r i e s   n e a r   M P P   w i t h   al l   t h r e e   m e t h o d s ,   a s   i t   r e m a i n s   cl o s e r   t o   MP P .   T h e   t i m e   n e e d e d   f o r   t h e   N N - b a s e d   c o n t r o l l e r   t o   r e a c h   t h e   o p e r a t i n g   p o i n t   i s   t h e  q u i c k e s t .   I t   t a k es   j u s t   0 . 2   m il l is e c o n d s ,   as   s h o w n   i n   F i g u r e   1 0 .   N N   M PP T   c o n t r o ll e r   r e q u i r es   m e a s u r i n g   o n l y   P V  a r r a y   v o l t a g e ,   s o   i t   r e q u i r e s   o n l y   o n e   s e n s o r ,   w h e r e as   b o t h   P & O   a n d   I C - b as e d   c o n t r o l l e r s   r e q u i r e   2   s e n s o r s .   H e n c e ,   t h e   NN - b a s e d   MP PT   a lg o r i t h m - b a s e d   c o n t r o l l e r   is   b e tte r   i n   p e r f o r m a n c e   c o m p a r e d   t o   P & O   a n d   I C .     3 . 2 .    I ns t a nta neo us   re a ct iv e  po wer - ba s ed   AP F   T h e  in s tan tan eo u s   r ea ctiv e   p o wer - b ased   APF  was  s im u lated   in   Simu lin k   to   c h ec k   its   p e r f o r m a n ce   f o r   a   n o n - lin ea r   lo ad ,   with   lo a d   I   in clu d e d   in to   th e   cir cu it  at   t   =   0 . 0   s ec o n d s ,   a n d   th e  s ec o n d   lo a d   is   ad d ed   at     t   =   0 . 4   s ec o n d s   to   th e  f ir s t  lo ad .   Fig u r e  1 1   s h o ws  th e  s o u r ce   cu r r en t  ( o f   o n e  p h ase)   f o r   th e  d u r atio n   o f   th e   s im u latio n s .   T h e  co n tr o ller   is   co n n ec ted   to   th e  cir cu it  at  t   =   0 . 1   s ec o n d s ,   an d   f r o m   Fig u r e  1 1 ,   we  ca n   o b s er v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 25 :  201 7 - 20 29   2024   th at  th e  cu r r en t   h as  h a r m o n ics .   T h e   s h ap e  is   n o n - s in u s o id al ,   an d   f r o m   Fig u r e  1 2 ,   we  o b s er v e  th at  th e   T HD  o f   th e  s o u r ce   cu r r en t is 2 4 . 4 2   %,  an d   o n ce   t h e  APF g ets co n n ec ted ,   th e  wav ef o r m   b ec o m es si n u s o id al.   T h e  T HD   r ed u ce s   to   2 . 0 5   %  wh en   l o ad   I   is   co n n ec ted   to   th e  g r id ,   as  s ee n   f r o m   Fig u r e   1 3 ,   an d   it  r ed u ce s   to   1 . 3 4 %  wh en   b o th   lo a d   I   an d   lo ad   I I   a r e  co n n ec ted ,   as seen   f r o m   Fig u r e  1 4 .   We   ca n   o b s er v e  f r o m   Fig u r es  1 2 - 1 4   th at  th e  T HD  o f   2 4 . 4 2 %  d u e  to   n o n - lin ea r   lo ad   is   co n s id er ab ly   r ed u ce d   to   less   th an   2 . 5 %,  wh ich   is   lo wer   th an   th e  o th er   m eth o d s   th at  u s ed   a  B u tter wo r th   f ilter   as  a  lo w - p ass   f ilter   in   th e  APF.  Fro m   Fig u r e   1 5 ,   we  o b s er v e   th at  th e  c o n tr o ller   also   im p r o v es  th e  p o wer   f ac to r   o f   th e  s o u r ce   cu r r en t   as  th e  c u r r e n t  an d   v o ltag e  ar e   in   p h ase  af te r   tim e  t   =  0 . 1   s ec o n d s ,   wh e r e  th e   co n tr o l ler   is   co n n ec ted   in   th e  cir cu it.  Fig u r e  1 6   s h o ws  h o w  th e  C h eb y s h ev   f ilter   f ilter s   h ig h - f r eq u e n cy   s ig n als  a n d   ex tr ac ts   o n ly   th e   f u n d am e n tal  f r eq u en cy   s ig n al .   T h is   im p r o v es  th e  T HD  o f   t h e  s o u r ce   cu r r en t.  Als o ,   s im u latio n s   h av e  s h o wn   th at  th e  p er f o r m an ce   is   b ette r   th an   a   s y n ch r o n o u s   r ef e r en ce   f r am e - b ased   c o n tr o ller .   T h e  co m p a r is o n   with   o th er   r esear ch er s   is   s h o wn   in   T ab le  6 .   Fo r   s im u latio n s ,   a  N o n - lin ea r   b u t  b alan ce d   lo ad   is   co n s id er ed ,   f o r   an   u n b alan ce d   lo ad   s y n ch r o n o u s   r ef er en ce   f r am e   co n tr o ller   is   s u p p o s ed   to   g iv e  b etter   p er f o r m an ce   as  co m p ar ed   to   th e  P - Q  b ased   APF.       T ab le  5 .  Po wer   e x tr ac ted   b y   MPPT  m eth o d s   M P P T  a l g o r i t h m   P e r t u r b   &   o b ser v e   I n c r e men t a l   c o n d u c t a n c e   N e u r a l   n e t w o r k   A v e r a g e   p o w e r   e x t r a c t e d   f r o m  t h e   P V   a r r a y   i n   w a t t s   ( v a r i a b l e   i r r a d i a n c e )   3 8 6 . 8   3 8 7 . 7   3 8 9 . 0       T ab le  6 .  C o m p a r is o n   o f   T HD  r ed u ctio n   b y   APF   S r   N o .   R e d u c t i o n   o f   TH D   Y e a r   o f   p u b l i sh i n g   R e f e r e n c e   1   2 8 %  t o   4 . 5 %   2 0 1 9   [ 1 7 ]   2   2 0 . 2 %  t o   4 . 2 %   2 0 2 4   [ 2 2 ]   3   2 9 . 9 2 %   t o   b e l o w   5 %   2 0 2 5   [ 2 3 ]   4   2 6 . 2 3 %   t o   5 . 9 7 %   2 0 2 5   [ 2 4 ]   5   2 7 . 7 %  t o   3 . 4 7 %   2 0 2 5   [ 2 5 ]   6   2 4 . 4 2 %   t o   2 . 0 5     P r o p o se d   s c h e me           Fig u r e  1 0 .  Op er atin g   p o in t  o f   NN  an d   I C   MPPT           Fig u r e  1 1 .   So u r ce   c u r r en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f p o w er q u a lity o f g r id   in teg r a ted   p h o t o   vo lta ic  s ystem  u s in g   a ctive   …   ( P r a ve en   K a ma t )   2025       Fig u r e  1 2 .  T HD  o f   s o u r ce   cu r r en t w h en   s u p p ly in g   a  n o n - lin e ar   lo ad   &   n o   APF           Fig u r e  1 3 .  T HD  with   APF an d   n o n - lin ea r   lo ad           Fig u r e  1 4 .  T HD  with   APF an d   lo ad   I   p lu s   l o ad   I I     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 ,  Sep tem b er   20 25 :  201 7 - 20 29   2026       Fig u r e  1 5 .   So u r ce   v o ltag e  a n d   s o u r ce   cu r r en t           F i g u r e   1 6 .   S i g n a l   b e f o r e   a n d   a f t e r   t h e   C h e b y s h e v   I I   f i l t e r       3 . 3 .    G rid  i nte g ra t io n   Her e  it  was  s im u lated   f o r   3   co n d itio n s :  i)   PV  p o wer   is   m o r e  th an   th e  lo ad   p o wer ;  ii)  lo a d   p o wer   is   h ig h er   th a n   PV  p o wer ;  iii)  v ar iatio n   o f   lo ad   wh e n   th e  g r i d   a n d   PV  ar e  s u p p ly in g   th e  p o we r .   W e  o b s er v e  th at  PV  s u p p lies   p o wer   to   th e  g r id   wh en   th er e   is   n o   lo a d .   W h en   a   lo ad   is   p u t   in   th e  cir c u it,  th e  PV  an d   th e  g r id   s h ar e  th e  lo a d ,   a n d   wh e n   th e   l o ad   in c r ea s es,  th e  in cr ea s ed   lo ad   is   s h ar ed   b y   th e  g r id .   Hen ce ,   we  ca n   s ay   th at   p o wer   f lo ws  b etwe en   th e  g r id   an d   PV  as  p er   th e  r eq u ir em en ts ,   as  s ee n   f r o m   Fig u r e  1 7 .   A t  th e  s am e  tim e,   th e   s o u r ce   cu r r e n t' s   T HD  i s   k ep t  b elo w  5 %.  As  s ee n   f r o m   Fig u r e  1 8 ,   it  is   3 . 1 5   %.   T h e  a b o v e   s im u latio n   r esu lts   clea r ly   s h o w  th at  th e  C h eb y s h ev   I I   f ilter   ca n   f u r th er   e n h an ce   p o wer   q u ality .           Fig u r e  1 7 .   Po wer   tr an s f er   b et wee n   PV,  g r id ,   a n d   th e  l o ad   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.