I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 ,   p p .   2 3 5 3 ~ 2 3 6 8   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 16 . i 4 . p p 2 3 5 3 - 2 3 6 8           2353       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Fuzzy lo g ic - ba sed  ada ptive PLL sw itching stra tegy  f o r vo ltag co ntrol in D VR a ss isted grid  tied  P V sy stems       R.   Srila k s hm i 1 V.   Cha y a pa t hy 2   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c s a n d   C o m mu n i c a t i o n   En g i n e e r i n g ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   Jy o t h y   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y ,   B a n g a l o r e ,   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 ,   R V   C o l l e g e   o f   En g i n e e r i n g ,   B a n g a l o r e ,   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   J u l 2 2 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Sep   6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Oct  2 ,   2 0 2 5       Th is  stu d y   a ims   to   e n h a n c e   p o we q u a li ty   in   g rid - c o n n e c ted   p h o t o v o lt a ic   (P V)  sy ste m b y   in tr o d u c in g   a n   i n telli g e n t   fu z z y   lo g ic - b a se d   a d a p ti v e   c o n tro stra teg y   fo r   d y n a m ic   P LL   sw it c h in g   i n   a   DV R - su p p o rted   c o n fig u ra ti o n .   1 0 0 - k W   g r id - ti e d   P s y ste m   is  m o d e l e d   wi th   a   d i g it a l   p h a se - lo c k e d   lo o p   (DPL L),   a   c o n v e n ti o n a s y n c h r o n o u re fe re n c e   fra m e   P LL   (CTP LL ),   a n d   a   d y n a m ic  v o lt a g e   re sto re (DV R).   M a m d a n i - ty p e   fu z z y   in fe re n c e   sy ste m   (F IS p e rfo rm re a l - ti m e   P LL   se l e c ti o n   b a se d   o n   p h a se - wise   re a l - ti m e   fa u lt   m o n it o ri n g .   T h e   s y ste m   wa tes ted   u n d e r   sy m m e tri c a a n d   a sy m m e tri c a 2 0 %   sa g   a n d   sw e ll   c o n d i ti o n s,  e v a lu a ti n g   v o lt a g e   sta b il it y   a b o t h   P CC  a n d   lo a d ,   to tal  h a rm o n ic  d isto rti o n   (THD) ,   re c o v e ry   ti m e ,   a n d   s y n c h r o n iza ti o n   a c c u ra c y .   Re su lt s sh o w t h a th e   p ro p o se d   me th o d   re d u c e u n n e c e ss a ry   DV v o lt a g e   i n jec ti o n   fro m   ~ 5 0  V  t o   ~ 5 6 V   u n d e h e a lt h y   c o n d it io n s,  m a in tai n a   n e a r - u n it y   p o we fa c to (<   0 . 9 5 ),   a n d   a c h iev e u p   to   1 5 %   THD  re d u c ti o n   i n   in v e rter  c u rre n a n d   P C c u rre n ts   c o m p a re d   t o   D P LL - o n l y   o p e ra ti o n .   Re c o v e ry   ti m e imp r o v e d   b y   u p   t o   2 5 % ,   with   sta b le  sy n c h ro n iza ti o n   m a in tain e d   i n   a ll   fa u lt   c a se s.  T h e   i n teg ra ti o n   o f   a d a p ti v e   P LL   sw it c h i n g   a n d   t a rg e ted   DV a c ti v a ti o n   o ffe rs   a   n o v e l ,   h a rd wa re - e fficie n a p p r o a c h   to   h a rm o n ic  su p p re ss io n ,   v o lt a g e   sta b il iza ti o n ,   a n d   fa u l re sili e n c e   in   m e d iu m - sc a le P V sy ste m s.   K ey w o r d s :   C o n tr o s tr ateg y   Dig ital  p h ase - lo ck ed   l o o p   DVR   Fu zz y - b ased   co n tr o l stra teg ies   Gr id - tied   s o lar   PV sy s tem   Har m o n ic  r e d u ctio n   Po wer   q u ality   in   PV sy s tem s   Vo ltag co m p e n s atio n   T h is i 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 :   R .   Srilak s h m i   Dep ar tm en t o f   E lectr o n ics an d   C o m m u n icatio n   E n g in ee r i n g ,   Facu lty   o f   E n g in ee r in g   J y o th y   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y   T h atag u n i,  O f f   Kan ak a p u r a   R o ad ,   B an g alo r 5 6 0 0 8 2 ,   I n d ia   E m ail:   s r ilak s h m i.r @ jy o th y it.a c. in         1.   I NT RO D UCT I O N   So lar   p h o to v o ltaic  ( PV)   s y s tem s   h av e m er g ed   as  k ey   co m p o n e n in   t h tr a n s itio n   to   s u s tain ab le  en er g y   d u to   th eir   clea n   an d   r en ewa b le  n atu r e .   Ho wev e r ,   in teg r atin g   th ese  s y s tem s   i n to   th u tili ty   g r id   in tr o d u ce s   s ev er al  tech n ical  ch allen g es.  T h in ter m itt en n atu r o f   s o lar   e n er g y ,   alo n g   with   th s witch in g   b eh av io r   o f   p o wer   elec tr o n ic  co n v er ter s ,   o f ten   r esu lts   in   p o wer   q u ality   is s u es  s u ch   as  v o ltag f lu ctu atio n s ,   h ar m o n ic  d is to r tio n ,   f r e q u en c y   in s tab ilit y ,   an d   s y n ch r o n iza tio n   er r o r s .   T h ese  d is tu r b an ce s   co m p r o m is g r id   s tab ilit y ,   d is r u p t PV  in v er ter   p er f o r m a n ce ,   an d   d eg r ad v o lta g q u ality   at  th e   lo ad   ter m in al s   [ 1 ] - [ 5 ] .   S y n c h r o n i z a t i o n   b e t w e e n   t h e   P V   i n v e r t e r   a n d   t h e   u t i li t y   g r id   i s   v i t a l   f o r   s ta b l e   p o w e r   e x ch a n g e   a n d   c o m p l i a n c e   w i t h   g r i d   c o d e   r e q u i r e m e n t s .   A c c u r at e   p h a s e   d e te c t i o n   s u p p o r t s   e f f e c t i v e   c u r r en t   i n j e c t i o n ,   r e a c t i v p o w e r   c o m p e n s a t i o n ,   a n d   f a u l t   r i d e - t h r o u g h   c a p a b i l it y .   T o   a c h i e v e   s y n c h r o n i z a ti o n ,   m e th o d s   s u c h   a s   ze r o - c r o s s i n g   d e t e ct i o n ,   f r e q u e n c y - l o c k e d   l o o p s   ( F L L ) ,   s e c o n d - o r d e r   g e n e r a l i z e d   i n t e g r at o r s   ( S O G I ) ,   a n d   p h a s e - l o c k e d   l o o p s   ( P L L )   h a v e   b e e n   e x p l o r e d   [ 6 ] - [ 8 ] .   A m o n g   t h e m ,   t h e   s y n c h r o n o u s   r e f e r e n c e   f r a m e   P L L   ( S R F - P L L )   i s   t h e   m o s t   wi d e l y   a d o p t e d   d u e   t o   i ts   s t r u c t u r a l   s i m p l ic i t y ,   e as e   o f   i m p l e m e n t a t i o n ,   a n d   r e li ab l e   o p e r a t i o n   u n d e r   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 E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2353 - 2 3 6 8   2354   b a l a n c e d ,   s t e a d y - s ta t e   c o n d i tio n s   [ 9 ] - [ 1 3 ] .   H o w e v e r ,   t h e   p e r f o r m a n c e   o f   S R F - P L L   d e t er i o r a t e s   s i g n i f i c a n t l y   u n d e r   v o l t a g e   u n b a l a n c e ,   h a r m o n i c - r i c h   e n v i r o n m e n t s ,   a n d   t r an s i e n t   g r i d   d is t u r b a n c es .     Un d er   s u ch   co n d itio n s ,   it  s u f f er s   f r o m   p o o r   p h ase  tr ac k in g ,   s lu g g is h   d y n am ic  r esp o n s e,   an d   v u ln er ab ilit y   to   h ar m o n ic   in jectio n .   Var i o u s   im p r o v e m en ts ,   in clu d in g   a d ap tiv e   f ilt er in g ,   f ee d f o r war d   co m p en s atio n ,   an d   o p tim ized   tu n in g   s tr ateg ies,  h av b ee n   p r o p o s ed   to   en h a n ce   its   p er f o r m an ce   [ 1 4 ] - [ 1 7 ] No n eth eless ,   SR F - PLL   co n tin u es  to   u n d er p er f o r m   d u r i n g   s e v er g r id   f au lts   s u ch   as   v o ltag s ag s   an d   s wells,  r esu ltin g   in   in ac cu r ate  s y n ch r o n izatio n   an d   d e g r ad ed   o u tp u t   p o wer   q u ality   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ] .   T o   o v er c o m th ese  ch allen g e s ,   d ig ital  p h ase - lo ck ed   lo o p s   ( DPLL s )   h av b ee n   d e v elo p ed   in   th e   d is cr e te - tim d o m ain ,   o f f er i n g   en h an ce d   p r ec is io n   an d   r o b u s tn ess   d u r in g   d y n am ic  g r id   c o n d itio n s .   Alth o u g h   s o m d ig ital  v ar ian ts   h av b ee n   p r ev i o u s ly   p r o p o s ed ,   m a n y   lack ed   p r ac tical  im p lem e n tatio n   o r   f ailed   to   d em o n s tr ate  th eir   a p p licab ilit y   in   r ea l - tim [ 2 0 ] - [ 2 4 ] .   I n   o u r   p r io r   wo r k   [ 2 5 ] ,   a   DPLL   b ased   o n   b ac k war d   E u ler   ap p r o x im atio n   was  im p lem en ted   a n d   v alid ated   u n d er   v ar io u s   s y m m etr ical  an d   asy m m etr ical  f au lt   co n d itio n s .   T h is   d esig n   n o o n ly   im p r o v ed   p h ase  tr ac k in g   b u also   s ig n if ican tly   r ed u ce d   to tal  h ar m o n ic  di s to r tio n   ( T HD) ,   th e r eb y   en h an cin g   o v er all  p o we r   q u ality .   Yet,   th DPLL   alo n e   co u ld   n o ad d r ess   v o ltag q u ality   i s s u es  at  th lo ad   an d   p o in o f   co m m o n   co u p lin g   ( PC C )   d u r i n g   g r id   f au lts .   Vo ltag s ag s   a n d   s wells  p er s is ted   d u to   th e   in v er te r s   lim ited   ca p ab il ity   in   d y n am ic  v o ltag s u p p o r t.  Dy n am ic  v o ltag r esto r e r s   ( DVRs )   h av p r o v en   e f f ec tiv i n   r eg u latin g   v o ltag e   u n d er   s u c h   co n d itio n s   [ 2 6 ] - [ 3 0 ] .   R ec en s tu d ies  h ig h lig h t h at  PI  co n tr o ller s   s u f f er   f r o m   d r awb ac k s   s u ch   as   d elay ed   r ec o v er y   a n d   h ig h   s en s itiv ity   t o   g r id   d is tu r b an ce s ,   wh ile  f ix ed - m o d DVRs   ca n   in ject  u n n ec ess ar y   co m p en s atin g   v o ltag ev en   d u r in g   n o r m al  o p e r atin g   co n d itio n s .   T h is   n o t o n ly   wastes   en er g y   b u t a ls o   im p o s es  ad d itio n al  s tr ess   o n   d y n am ic  v o ltag r esto r er   ( DVR)   co m p o n en ts ,   p o ten tially   af f ec ti n g   b o th   th lo ad   a n d   th e   g r id   [ 3 1 ] ,   [ 3 2 ] .   T o   a d d r ess   th ese  is s u es,  th p r o p o s ed   d esi g n   em p lo y s   s lid in g   m o d co n tr o ( SMC ) ,   wh ich   o f f er s   s tr o n g   r o b u s tn ess   u n d er   f ast  tr an s ien ts ,   ef f ec tiv o p er atio n   d u r in g   u n b alan ce d   c o n d i tio n s ,   an d   m in im al   tu n in g   r eq u ir e m en ts ,   th er e b y   en h an cin g   b o th   e f f icien cy   an d   r eliab ilit y .   Desp ite  th ese  a d v an ce m e n ts ,   th r ee   k ey   lim itatio n s   p er s is in   ex is tin g   ap p r o ac h es:  i)   SR F - PLL   p er f o r m s   r eliab ly   o n ly   u n d er   i d ea co n d itio n s   b u t   f ails   to   s y n ch r o n ize  ac c u r atel y   d u r in g   d is tu r b an ce s ;   ii)   W h ile  DPLL   im p r o v es  h ar m o n ic  s u p p r ess io n   a n d   s y n ch r o n izatio n   u n d er   f au lts ,   it  lack s   v o ltag s u p p o r c ap ab ilit y an d   iii)   DVRs ,   th o u g h   ef f ec tiv in   co m p en s atin g   f au lts ,   in tr o d u ce   in ef f icien cies  wh en   o p er ated   with o u in tellig en co n tr o in   n o r m al  g r id   co n d iti o n s .   T o   o v er c o m th ab o v ch al len g es,  th is   wo r k   p r esen ts   n o v el  h y b r id   co n tr o ar ch ite ctu r th at  u n if ies  s y n ch r o n izatio n   an d   in tellig en v o ltag r eg u latio n   wi th o u in tr o d u cin g   ad d itio n al  s y s tem   co m p lex ity .   p h ase - wis m o n ito r in g   s y s tem   co n tin u o u s ly   ev al u ates  th e   g r id   co n d itio n   a n d   class if ies  it  as  eith er   n o m in al   o r   f au lted .   B ased   o n   th is   ev a lu atio n ,   th f u zz y   i n f er en ce   s y s tem   ( FIS)   d y n a m ically   s elec ts   th ap p r o p r iate   PLL th C T PLL   is   en g ag e d   d u r i n g   n o r m al   g r id   o p er atio n   d u e   to   its   s tab le  an d   p r ec is p h a se - tr ac k in g   ca p ab ilit y ,   wh ile  th DPLL   is   ac tiv ated   u n d er   f au lt  co n d itio n s   to   en s u r r o b u s s y n ch r o n izatio n   an d   ef f ec tiv h ar m o n ic   s u p p r ess io n .   I n   p ar a llel,  th DVR  is   also   co n tr o lle d   in   r esp o n s to   th r ea l - tim g r id   class if icatio n ,   in jectin g   co m p en s atin g   v o ltag o n ly   wh en   d is tu r b an ce s   ar d etec ted th u s   av o id in g   u n n ec ess ar y   in ter v en tio n   d u r in g   h ea lth y   g r id   s tates  an d   m in im izin g   s tr ess   o n   DVR  co m p o n en ts .   T h is   u n if ied ,   a d ap tiv f r am ew o r k   en h an ce s   o v er all   s y s tem   p er f o r m an ce   b y   en s u r in g   ac c u r ate   s y n ch r o n izati o n ,   im p r o v ed   p o wer   q u ality   at  b o th   th p o in o f   co m m o n   c o u p lin g   an d   th l o ad ,   a n d   r e d u ce d   h ar d war an d   c o n tr o l c o m p le x ity .   T h r est  o f   t h is   p ap e r   is   o r g an ized   as   f o llo ws i)   Sectio n 2   d etails  th p r o p o s ed   m et h o d o lo g y ,   in clu d in g   th m ath e m atica im p lem en tat io n   o f   th DVR,  th f u zz y   in f e r en ce   s y s tem   ( FI S)  f o r   a d ap tiv PL L   s witch in g ,   an d   th p h ase - wis v o ltag m o n ito r i n g   lo g ic ;   ii)   Sectio n 3   d escr ib es  th e   co m p lete  s y s tem   ar ch itectu r an d   th im p lem e n tatio n   in   MA T L AB   S im u lin k   o f   th 1 0 0 - k W   g r id - tied   PV  s y s tem ,   it s   co n tr o f r am ewo r k ,   an d   t h in teg r at ed   o p er atio n   o f   DVR  with   ad ap tiv PLL   s elec tio n iii)   Sectio n 4   p r esen ts   s im u latio n   r esu lts   an d   d is cu s s i o n   f o r   s y m m etr ical  an d   asy m m etr ical  s ag /s well   co n d itio n s   ac r o s s   th r ee   co n tr o ca s es DPLL - o n ly ,   DVR  wit h   DPLL ,   an d   th e   p r o p o s ed   DVR  with   FIS - b ased   ad ap tiv PLL   s witch in g ev alu atin g   v o ltag r esto r atio n ,   h ar m o n ic  p er f o r m an ce ,   an d   r ec o v er y   tim e an d   iv )   Secti o n 5   c o n clu d es  th e   wo r k   with   k e y   f in d i n g s   an d   o u tlin es d ir ec tio n s   f o r   f u tu r r esear ch .       2.   M E T H O DO L O G Y   T h m ath em atica f o r m u latio n s   o f   th e   co r e   s u b s y s tem s   co n s titu tin g   th p r o p o s ed   FIS - b ased   DVR   co n tr o l stra teg y   a r d etailed   in   th is   s ec tio n .     2 . 1 .     Dy na m ic  v o lt a g e   re s t o r er   ( DVR)     T h DVR,  s er ies  v o ltag in jectio n   d ev ice ,   is   u s ed   in   th is   wo r k   to   m itig ate  v o lta g f lu ct u atio n s   at   th p o i n o f   c o m m o n   c o u p lin g   ( PC C ) .   I n   th e   p r o p o s ed   s y s tem ,   th e   DVR  o p er ates  u n d e r   v o ltag e   in jectio n   s tr ateg y   r eg u lated   b y   r o b u s s lid in g   m o d co n tr o ller   ( S MC)  im p lem en ted   in   th s y n ch r o n o u s   r ef er en ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       F u z z lo g ic - b a s ed   a d a p tive  P LL   s w itch in g   s tr a teg fo r     ( R .   S r ila ksh mi )   2355   f r am ( d q - f r am e) .   T h DVR’s  p r im ar y   o b jectiv is   to   en s u r lo ad - s id v o ltag s tab ilit y   d u r in g   b o th   s y m m etr ical  an d   asy m m etr ical   g r id   d is tu r b an ce s .     T h m ea s u r ed   th r ee - p h ase  g r i d   v o ltag es  V abc ( t)   at  th e   PC C   ar f ir s co n v er ted   i n to   p er - u n it  ( p . u . )   va lu es u s in g   th b ase  p h ase  v o ltag e,   as e x p r ess ed   in   ( 1 ) .      ( ) =  ( )      (1 )     T h is   n o r m aliza tio n   alig n s   th m ea s u r ed   s ig n als  with   th e   d q - f r am r ef er en ce   v alu es,  wh er e ,   V dref     is   ty p icall y   s et  to   1 . 0   o r   1 . 1 3   p . u .   an d   V qref     0 .       [ 0 ] = 2 3 [             ( 2 3 )  ( + 2 3 ) s in       s in ( 2 3 )       s in ( + 2 3 )       1 2   1 2   1 2   ]                ( 2 )     T h p er - u n it   v o ltag es  a r tr an s f o r m ed   in to   th s y n c h r o n o u s   r e f er en ce   f r am e   u s in g   th Par k   tr an s f o r m atio n ,   as  s h o wn   in   ( 2 )   [ 3 3 ] T h tr an s f o r m atio n   an g le  θ  is   d er iv ed   f r o m   eith er   th d ig ital  PLL   ( DPLL )   o r   C T PLL ,   d ep en d i n g   o n   th c o n d itio n - b ased   s witch in g   lo g ic  g o v er n e d   b y   th f u zz y   in f e r en ce   s y s tem   ( FIS) .     2 . 1 . 1 .   SM C - b a s ed  DVR  c o nt ro   T h SMC   tr ac k s   th er r o r   b e twee n   th r ef e r en ce   a n d   ac tu al  d q - f r am v o ltag es.  T h e   er r o r   an d   its   d er iv ativ ar d ef in e d   in   ( 3 ) .     ( ) =     , ̇   ( ) =  ( )   ( 3)     Un lik tr ad itio n al  SMC s   th at   u s d is co n tin u o u s   s ig n   f u n ct io n s ,   th is   wo r k   em p lo y s   s atu r atio n   f u n ctio n   t o   r ed u ce   ch atter i n g   an d   im p r o v e   co n v er g en ce ,   as sh o w n   in   th eq u atio n ,   w h ich   is   k n o w n   as  th co n tr o l aw  ( 4 ) :       ( ) =   ( ( ) )   (4 )     wh er ( ) = ( ( ) , ̇   ( ) ) .   T h is   ap p r o ac h   e n s u r es  s m o o th   tr an s itio n   o f   th e   co n tr o s ig n al  with in   b o u n d ed   lim its ,   m ak in g   it  well - s u ited   f o r   p o wer   elec tr o n ic  co n v er ter s   an d   en h a n cin g   s y s tem   lo n g ev ity   a n d   co n tr o p r ec is io n .   T h f in al   co n tr o s ig n al  is   th en   tr an s f o r m ed   b ac k   to   th e   AB C   f r am a n d   a p p lied   t h r o u g h   th e   DVR  in v er ter   to   in ject   th e   ap p r o p r iate  co m p en s atin g   v o ltag at  th PC C   [ 3 4 ] .     2 . 1 . 2 .   DVR  s izing   T h DVR’s p o wer   r atin g   a n d   en er g y   r eq u ir e m en ts   ar d eter m in ed   u s in g   ( 5 )   a n d   ( 6 ) :     =   3  ,      (5 )       =  ( )  ( )        2 1   (6 )     wh er , = ( )  ( ) .   T h ese  eq u atio n s   g u id e   th d esig n   o f   DVR  ca p ac ity   to   en s u r ef f ec tiv co m p en s atio n   d u r in g   g r i d   d is tu r b an ce s .         2 . 2   F uzzy   lo g ic - ba s ed  a da pt iv e   P L L   s wit ch ing   m ec ha nis m   T o   en h an ce   s y n c h r o n izatio n   d u r in g   g r id   d is tu r b a n ce s   wh ile  en s u r in g   co n t r o s im p licity   in   n o r m al   co n d itio n s ,   an   ad ap tiv PLL   s witch in g   s tr ateg y   is   im p lem en ted   u s in g   Ma m d a n i - ty p f u z zy   in f er en c s y s tem   ( FIS) .   T h is   m ec h an is m   d y n a m ically   s elec ts   b etwe en   co n v en tio n al  SR F - b ased   PLL   ( C T PLL )   an d   d ig ital  PLL   ( DPLL )   b ased   o n   r ea l - ti m f au lt m o n ito r in g .       2 . 2 . 1 .   Rea l - t i m f a ult  det ec t i o n lo g ic   A   t h r e e - p h a s e   v o l t a g e   m o n i t o r i n g   u n i t   ( F i g u r e   1 )   c o m p u t e s   R M S   v a l u es   o f   V a ,   V b ,   a n d   V c .   T h e n   c o m p a r e s   w i t h   t h e   t h r e s h o l d   o f   ± 1 0 %   o f   t h e   n o m i n a l   v a l u e ,   a n d   e a c h   p h a s e   i s   a s s i g n e d   a   f a u l t   s t at u s   b a s e d   o n   d e v i a t i o n   t h r e s h o l d s :   i )   0 :   n o   f a u l t   d e t e c t e d   ( v o l t a g e   wi t h i n   n o m i n a l   l i m i ts ) ,   i i )   0 . 5 :   l i k e ly   f a u l t   o r   p r e - f a u l t   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 E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2353 - 2 3 6 8   2356   b e h a v i o r   ( m i n o r   d e v i a ti o n ) ,   a n d   i i i )   1 :   C o n f i r m e d   f a u lt   ( s i g n if i c a n t   v o l ta g e   s a g   o r   s w el l .   T h e s e   d is c r et e   v al u e s   a l l o w   t h e   s y s t e m   t o   d e t ec t   b o t h   n o r m a l   a n d   f a u l t   ( s y m m e t r ic a o r   a s y m m e t r i c al   f a u l ts ,   s a g   o r   S w e ll )   e f f e c ti v e l y .             Fig u r 1 .   Ph ase - w is R MS  v o ltag m o n ito r i n g   an d   f u zz y   lo g ic - b ased   ad ap tiv PLL   s witch i n g   ar ch itectu r e       2 . 2 . 2 .   Switc hin g   m ec ha nis m   T h FIS  ( Fig u r e   2 )   ac ce p t s   th r ee   in p u ts   ( p h ase  f au lt   s tatu s es)  an d   p r o d u ce s   tw o   o u t p u ts C T PLL _ m o d an d   DPLL _ m o d e.   E ac h   in p u t u s es th r ee   tr a p e zo id al  m em b er s h i p   f u n ctio n s   ( Fig u r 3 ( a) ) ,   wh ile  o u tp u ts   f o llo th r ee - lev el  f u zz y   s tr u ctu r e:  o f f ,   p ar tial,  an d   o n   ( Fig u r e   3 ( b ) ) .   T h FIS  r u le   b ase  in ter p r ets  all  p o s s ib le  co m b in atio n s   o f   th e   t h r ee   in p u t p h ases   ( 3 ^ 3   =   2 7   c o m b in atio n s ) .   Ho wev er ,   f o r   s y s tem   s im p licity   an d   r elev an ce ,   o n ly   s elec ted   m ea n i n g f u l r u les ar im p lem e n ted ,   s u ch   as:     No   Fau lt ( 0 ) : CTPLL   r em ain s   f u lly   ON,   DPLL   r em ain s   f u lly   OFF ;       Fau lt ( 1 ) : CTPLL   r am p s   d o wn   to   OFF,  DPLL   r am p s   u p   to   O N ; a n d     L ik ely   Fau lt  ( 0 . 5 ) B o th   PLL s   ar p ar tially   ac tiv f o r   s h o r tr an s itio n   p er i o d .   C T PLL   s tar ts   r am p in g   d o wn   wh ile  DPLL   s tar ts   r am p in g   u p .   T h is   r u le - b ased   lo g ic  en s u r es  th at  th DPLL   is   ac tiv a ted   o n ly   wh en   n ec ess ar y ,   o p tim izin g   co m p u tatio n al  ef f icien cy .   T h e   p r o p o s ed   co n tr o f r am ewo r k   h as  b ee n   d esig n ed   with   m in i m al  co m p u tatio n al  o v er h ea d .   DVR  s izin g   is   b ased   o n   s tan d ar d   p er - u n it  v o ltag in jectio n   ca lcu latio n s ,   av o id in g   iter ativ e   o p tim izatio n   r o u tin es.  T h p h ase - wis m o n ito r in g   lo g ic  an d   FIS - b ased   s witch in g   r eq u ir o n ly   s im p le  R MS   vol tag ev alu atio n s   an d   tr a p e zo id al  m em b er s h ip   e v alu atio n s   p er   c o n tr o l   cy cle,   wh ich   a r co m p u tatio n ally   lig h f o r   m o d er n   DSP  o r   FP GA  co n tr o ller s .   As  s u ch ,   th e   ad ap tiv PLL   s witch in g   an d   DVR  o p er atio n   ca n   b e   ex ec u ted   in   r ea l tim with o u t i n cr ea s in g   h ar d war r e q u ir em e n ts   o r   co m p r o m is in g   s y s tem   r esp o n s s p ee d .           Fig u r 2 .   Fu zz y   in f er e n ce   s y s tem   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       F u z z lo g ic - b a s ed   a d a p tive  P LL   s w itch in g   s tr a teg fo r     ( R .   S r ila ksh mi )   2357       ( a)   ( b )               Fig u r 3 .   Me m b er s h ip   f u n ctio n s   p lo t: ( a)   in p u t v a r iab le  “Ph aseA”  an d   ( b )   o u tp u t v ar iab le  “DPL L _ Mo d e”       2 . 3 .     O v er v iew  o f   ph a s e - lo cked  lo o ( P L L )   s t ruct ures   T h is   wo r k   em p lo y s   d u al - PL L   s y n ch r o n izatio n   ap p r o ac h   c o n s is tin g   o f   co n v en tio n al  s y n ch r o n o u s   r ef er en ce   f r am p h ase - lo ck e d   l o o p   ( C T PLL )   an d   d ig ital  p h ase - lo ck ed   lo o p   ( DPLL ) ,   wh o s o p er atio n s   ar e   ad ap tiv ely   co n t r o lled   b ased   o n   r ea l - tim g r id   co n d itio n s .   T h co m p lete  d esig n ,   m at h e m atica f o r m u latio n ,   an d   im p lem e n tatio n   d etails  o f   b o th   C T PLL   an d   DPLL   h av e   b ee n   e x ten s iv ely   d is cu s s ed   an d   v alid ate d   in   o u r   ea r lier   wo r k   [ 2 5 ] .   T h er e f o r e,   o n ly   co n cise  o v er v iew  is   p r esen ted   h er e   to   co n te x tu ali ze   th eir   r o le  in   th p r o p o s ed   h y b r id   co n tr o s tr ateg y .   T h C T PLL ,   g r o u n d ed   i n   th s y n ch r o n o u s   r ef er en ce   f r am th eo r y ,   u s es   Par k   tr an s f o r m atio n   f o r   p h ase  d etec tio n   an d   o p er ates  r eliab ly   u n d er   b alan ce d ,   s tead y - s tate  g r id   co n d itio n s .   I ts   ad v an t ag es  in clu d lo co m p u tatio n al  co m p le x ity   an d   f a s s tead y - s tate  r e s p o n s e,   m ak in g   it  s u itab le  f o r   d ep lo y m e n t d u r in g   n o r m al  g r i d   o p er atio n   to   c o n s er v r eso u r ce s   an d   m ain tain   s y s tem   s tab ilit y .   T h DPLL ,   in   co n tr ast,  is   d ev elo p ed   u s in g   d is cr ete - tim b ac k war d   E u ler   a p p r o x im atio n   tech n iq u e   to   en h an ce   s y n ch r o n izatio n   ac cu r ac y   u n d er   d is to r ted   an d   f au lted   g r id   s ce n ar io s .   As  d em o n s tr ated   in   [ 2 5 ] ,   th is   s tr u ctu r p r o v id es  s u p er io r   d y n am ic  p er f o r m an ce ,   r ed u ce s   h ar m o n ic  d is to r tio n   s ig n i f ican tly ,   an d   im p r o v e s   s y s tem   s ta b ilit y   with o u in cr ea s in g   co n tr o c o m p lex ity .   T h e   DPLL   ac h iev ed   n o ta b le  r ed u ctio n s   in   T HD  an d   in ter - h ar m o n ic  e f f ec ts ,   alo n g   with   n ea r - u n ity   p o wer   f ac to r ,   v alid atin g   its   r o b u s tn ess   an d   co m p u tatio n al  ef f icien cy .   I n   th c u r r e n s y s tem ,   th ese  two   PLL s   ar n o o p er ate d   co n cu r r e n tly .   I n s tead ,   th eir   e n g ag em en is   d eter m in ed   b y   p h ase - wis m o n ito r in g   lo g ic  an d   f u zz y   in f er en ce   s y s tem   th at  ass es s es  t h v o ltag co n d itio n   o f   ea ch   p h ase.   C T PLL   is   en g ag ed   u n d e r   n o m i n al  g r id   co n d itio n s ,   wh ile  th DPLL   is   s elec tiv ely   ac tiv ated   wh en   f a u lt  s ig n atu r es  a r d et ec ted .   T h is   a d ap tiv c o n f i g u r atio n   en s u r es  p r ec is s y n c h r o n izatio n ,   e n h an ce d   h ar m o n ic   r esil ien ce ,   a n d   o p ti m al  co n tr o p e r f o r m an ce   ac r o s s   v ar y in g   g r id   d is tu r b a n ce s ,   with o u alter in g   th e   co r o p e r atio n   o f   eith er   PLL .       3.   SYST E M   DE SCRI P T I O N   T h p r o p o s ed   co n tr o ar ch itectu r b u ild s   u p o n   th v alid ated   1 0 0 k W   g r id - tied   s o lar   PV  s y s tem   p r esen ted   in   [ 2 5 ] ,   wh ich   in c lu d es  s in g le - d io d m o d el - b ased   PV  ar r ay ,   b o o s co n v er ter   f o r   DC - lin k   r eg u latio n ,   v o ltag e - s o u r ce   in v er ter   ( VSI )   with   an   L C   f ilter ,   an d   d u al  s y n ch r o n izatio n   s ch em es u s in g   C T PLL   an d   DPLL .   T h at  f o u n d atio n a s y s tem   o p er atin g   u n d er   v o ltag e - co n tr o lled   in v e r ter   s tr a teg y   d em o n s tr ated   r eliab le  p h ase  tr ac k in g   an d   p o wer   q u ality   u n d er   v ar y in g   ir r a d ian ce ,   lo ad ,   an d   f au lt c o n d iti o n s .   I n   th is   ex ten d ed   wo r k ,   DVR   with   1 5 k VA  p o wer   r atin g   i s   in teg r ated   in   s er ies  b etwe en   th u tili ty   g r id   a n d   th p o in t   o f   co m m o n   co u p lin g   ( PC C )   to   ad d r ess   v o ltag e   d is tu r b a n ce s .   Ad d iti o n ally ,   a n   a d ap tiv e   s y n ch r o n izatio n   lay e r   is   i n tr o d u ce d   to   e n ab le   r ea l - tim P L L   s witch in g   t h r o u g h   f u zz y   in f e r en ce   s y s tem   ( FIS) ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  4 ,   s ig n if ican tly   en h an cin g   r esp o n s f lex ib ilit y   with o u in cr ea s in g   s y s tem   co m p lex ity .   p h ase - wis m o n ito r in g   u n it  a n aly s es  R MS  g r id   v o ltag e   o v e r   tim e,   d is ca r d i n g   in itial  t r an s ien ts   an d   class if y in g   ea ch   p h ase  as  h ea lth y   ( 0 ) ,   p r e - f au lt  ( 0 . 5 ) ,   o r   f au lted   ( 1 ) .   T h “p r e - f au lt”  s tate  ( 0 . 5 )   e n ab les  s m o o th   r am p e d   tr an s itio n ,   wh er th o u tg o i n g   PLL   g r ad u ally   d is en g ag es  wh ile  th in co m i n g   PLL   g r a d u ally   tak es  o v er .   T h is   av o id s   ab r u p co n tr o m o d ch a n g es  an d   m in im izes tr an s ien t d is tu r b an c es d u r in g   s witch in g .     T h ese  s ev er ity   in d ices  ar f ed   in to   Ma m d an i - ty p FIS,   wh ich   g o v e r n s   th PLL   s elec tio n   lo g ic ac tiv atin g   C T PLL   d u r in g   s tab le  co n d itio n s ,   DPLL   wh en   d is tu r b an ce s   ar d etec ted ,   an d   p a r tial  o v er lap   in   p r e - f au lt c o n d itio n s   to   en s u r a   s ea m less   s wi tch o v er .   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 E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2353 - 2 3 6 8   2358   T h s elec ted   PLL   g o v er n s   th g en er atio n   o f   Vab r ef er en ce   s ig n als  u s ed   f o r   PW M - b ased   VSI   co n tr o l.  T h DVR  o p er ates  in   in jectio n   m o d e,   s u p p ly in g   co r r ec tiv v o ltag es  to   m ain tain   s tab le   lo ad   an d   PC C   v o ltag d u r in g   g r id   f au lts ,   wh ile  r em ain in g   in ac tiv d u r in g   h ea lth y   g r i d   o p e r atio n .   T h is   en tire   s etu p   is   m o d eled   a n d   s im u lated   u s in g   MA T L AB / S im u lin k   as sh o wn   in   Fig u r 5   ( s ee   Ap p en d ix )   Sy s tem   p er f o r m an ce   is   test ed   u n d er   m u ltip le  g r id   f au lt  s ce n ar io s ,   in clu d in g   b ala n ce d   an d   u n b alan ce d   v o ltag s ag s   an d   s well s   in tr o d u ce d   at  s p ec if ic  tim in s tan ce s .   T h p r o p o s ed   FIS - d r iv en   PLL   ad ap tatio n   is   ev alu ated   b ased   o n   its   ab ilit y   to   r esto r th e   PC C   v o ltag e,   r ed u ce   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD) ,   s u p p r es in ter - h ar m o n ic   co m p o n en ts ,   an d   m ain tain   a   u n ity   p o wer   f ac to r   at  th lo a d   s id e.           F i g u r e   4 .   C o m p l e t e   s y s t e m   a r c h i t e c t u r e   o f   g r i d - t i e d   P V   s y s t e m   w i t h   D V R   a n d   F I S - b a s e d   a d a p t i v e   P L L   s w i t c h i n g       4.   SI M UL A T I O R E SU L T AND  DIS CU SS I O N:   VO L T AG E   R E G UL A T I O UN DE G RID   F AULT S   T h i s   s ec t i o n   p r e s e n t s   t h e   s im u l a t i o n   r e s u lt s   t o   as s e s s   t h e   v o l t a g e   r e g u l a t i o n   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o p o s e d   s y s t e m   u n d e r   t w o   g r i d   d i s t u r b a n c e   c o n d i t i o n s ,   s y m m e t r i c a l   s w e ll   a n d   a s y m m e t r ic a l   s a g .   T h e s e   t w o   c a s es   a r s el e c te d   as   t h e y   r e p r e s e n t   t h e   m o s t   b al a n c e d   a n d   m o s t   c r i t i ca l   s c e n a r i o s ,   r es p e c ti v e l y .   Si m u l a ti o n s   a r e   c a r r i e d   o u t   ac r o s s   t h r e p r o g r e s s i v e   c o n f i g u r a t i o n s :   i )   C as e   1 D P L L - b as e d   s y n c h r o n i z a t i o n   ( N o   D VR ) ,   i i )   C as 2 :   D P L L   w i t h   DV R   co m p e n s a ti o n ,   a n d   i i i )   C a s e   3 :   D P L L   +   DV R   wi t h   F I S - b a s e d   a d a p t i v e   PL L   s w it c h i n g .     4 . 1 .     Ca s 1 :   DP L L - ba s ed  s y nchro niza t io n wit ho ut  DVR   Fig u r 6   illu s tr ates  th s y s tem   p er f o r m an ce   wh e n   o n l y   th d ig ital   p h ase - lo ck ed   lo o p   ( DPL L )   is   u s ed   f o r   g r id   s y n ch r o n izatio n ,   with o u t a n y   DVR - b ased   v o ltag c o m p en s atio n .     Fig u r 6 ( a )   p r esen ts   th g r id   a n d   PC C   v o ltag wav e f o r m s   u n d er   two   g r i d   f a u lt  co n d itio n s s y m m etr ical  s well  ( 2 0 in cr ea s in   all  th r ee   p h ases )   an d   an   asy m m etr i ca s ag   ( 2 0 d r o p   in   Ph ase  o n ly ) .   I n   b o th   ca s es,  th d is tu r b an ce s   at  th g r id   lev el  ar d ir ec tly   r ef lecte d   at  th P C C ,   lead in g   to   elev ated   v o ltag es  d u r in g   s well  an d   im b alan ce d   v o ltag es d u r in g   s ag .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       F u z z lo g ic - b a s ed   a d a p tive  P LL   s w itch in g   s tr a teg fo r     ( R .   S r ila ksh mi )   2359     Fig u r 6 ( b )   s h o ws  th v o ltag e   an d   cu r r en r esp o n s es  o f   n o n lin ea r   lo ad   u n d er   th s am f au lt  co n d itio n s .   T h v o ltag s wells  ca u s o v e r v o ltag s tr ess   at  th lo ad   ter m in als,  wh ile  th asy m m etr ic al  s ag   lead s   to   d is to r ted   v o ltag wa v ef o r m s   an d   im b alan ce   in   cu r r en t m a g n i tu d es a cr o s s   p h ases .     Fig u r 6 ( c )   d is p lay s   t h r esp o n s o f   r e g u lar   R L   lo ad .   Similar   to   th e   n o n lin ea r   ca s e,   th v o ltag e   an d   cu r r en wav ef o r m s   d ev iate  f r o m   th eir   id ea s in u s o id al  s h ap e.   Un d er   asy m m etr ical  s ag ,   u n b al an ce d   cu r r en t   f lo is   o b s er v ed   d u e   to   p h ase  v o ltag d is p ar ity ,   a n d   u n d er   s y m m etr ical  s well,   o v er v o ltag e   af f ec ts   cu r r e n t   am p litu d u n if o r m l y .         ( a)     ( b )     ( c)     Fig u r e  6 .   V o ltag ( V)   a n d   c u r r en t ( A)   wav ef o r m s   u n d er   s y m m etr ical  s well  an d   asy m m etr ical  s ag   co n d itio n s   with o u t D VR   c o m p en s atio n : ( a)   g r id   a n d   PC C   v o ltag es ,   ( b )   n o n lin ea r   l o ad   v o ltag es a n d   c u r r en ts ,     an d   ( c)   R L   lo ad   v o ltag es a n d   c u r r en ts       4 . 1 . 1 .   I m pa ct   o lo a d c urre nt  a nd   po wer   qu a lity   T h e   d i s t o r t i o n   i n   v o l t a g e   d i r e c t l y   a f f e c t s   t h e   l o a d   c u r r e n t   p r o f i l e s .   N o n l i n e a r   l o a d   c u r r e n ts   s h o w   a n   i n c r e a s i n   h a r m o n i c o n t e n t   an d   u n b a l a n c e d   b e h a v i o r   u n d e r   a s y m m e t r i ca l   s a g ,   as   i l l u s t r a te d   i n   Fi g u r e s   5 ( b )   a n d   5 ( c ) .   R L   l o a d   c u r r e n t   a l s o   d e v i a t e s   f r o m   i t s   e x p e c t e d   s i n u s o i d a l   p r o f i l e   d u e   t o   t h e   v o l t a g e   a s y m m e t r y .   T h i s   n o t   o n l y   r e d u c e s   p o w e r   t r a n s f e r   e f f i c i e n c y   b u t   a ls o   c r e a te s   s t r es s   in   p o w e r   e l e c t r o n i c   d e v i ce s .   T h e s e   r e s u lt s   c o n f i r m   t h at   w h i l e   DP L L   m a i n t ai n s   s y n c h r o n iz a t i o n ,   i t   a l o n e   c a n n o t   r e g u l ate   v o l t a g e   a n o m a l i e s   a t   t h e   PC C   o r   p r e v e n t   t h e i r   i m p a ct   o n   d o w n s t r ea m   l o a d s .   B o t h   l o a d   t y p es   e x h i b i v o l t a g e   d i s t o r t i o n   a n d   c u r r e n t   i m b a l a n c e   u n d e r   f au l t   c o n d i t i o n s ,   u n d e r li n i n g   t h e   n e e d   f o r   d e d i c a t e d   v o l t a g e   c o m p e n s a t i o n   s u p p o r t .     4 . 2 .   Ca s 2 :   DVR  co m pens a t io n w it DP L L - ba s ed  s y nc h ro niza t io n   Fig u r 7   illu s tr ates  th s y s te m   r esp o n s u n d e r   th s am g r id   f au lt  co n d itio n s s y m m etr ical  s well   an d   asy m m etr ical  s ag b u t   n o with   DVR  in teg r ated ,   o p er atin g   alo n g s id e   th DPLL - b ased   s y n ch r o n izatio n   s tr ateg y .                           ( a )   ( b )   ( c )                         ( a )   ( b )   ( c )                         ( a )   ( b )   ( c )                         ( a )   ( b )   ( c )   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 E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2353 - 2 3 6 8   2360   i)   Fig u r 7 ( a) : G r i d ,   PC C ,   an d   in jecte d   v o ltag es   Un d er   s y m m etr ical  s well,   th DVR  o p er ates  in   v o ltag in je ctio n   m o d e ,   in tr o d u cin g   co m p en s atin g   n eg ativ v o ltag ( V _ in jecte d )   p r ec is ely   d u r in g   th o v er v o ltag in ter v al.   As  r esu lt,  th PC C   v o ltag is   r eg u lated   clo s t o   its   n o m in a m ag n itu d e,   ev e n   th o u g h   th g r id   r em ain s   in   an   o v er v o l tag s tate.   Du r in g   asy m m etr ical  s ag ,   th DVR  s elec tiv ely   in jects  v o ltag in   t h af f ec ted   p h ase  ( Ph ase  A) ,   ef f ec tiv ely   r esto r in g   PC C   v o ltag s y m m etr y .   T h wav ef o r m   s h o ws  tim ely   an d   p h ase - s p e cif ic  V_ in jecte d   ac tio n ,   en s u r in g   th at  th e   v o ltag im b alan ce   d o es n o t p r o p ag ate  d o wn s tr ea m .   ii)   Fig u r 7 ( b ) : N o n lin ea r   lo ad   v o ltag an d   cu r r en t r esp o n s e   Fo r   b o th   s well  an d   s ag   co n d itio n s ,   th n o n lin ea r   lo ad   v o ltag es  m ain tain   th eir   s in u s o id al  s h ap an d   n o m in al  R MS  v alu e.   T h cu r r en wav ef o r m s   ex h ib it  m in i m al  d is to r tio n   co m p ar ed   to   t h u n r eg u lated   ca s e,   r ef lectin g   r e d u ce d   h ar m o n ic  i m p ac d u e   to   s tab ilized   i n p u t   v o ltag es  at  th e   PC C .   T h is   d em o n s tr ates  th at  th e   DVR,  ev en   with   ju s t D PLL   co n tr o l,  s ig n if ican tly   e n h an c e s   v o ltag q u ality   f o r   n o n lin ea r   lo ad s .   iii)   Fig u r 7 ( c) : RL  lo a d   v o ltag e   a n d   cu r r en t r esp o n s e   R L   lo ad   v o ltag es  r em ain   u n if o r m   a n d   u n d is to r ted ,   clo s ely   f o llo win g   t h r e g u lated   PC C   wav ef o r m .   L o ad   cu r r e n ts   r ec o v er   th eir   s in u s o id al  n atu r an d   p h ase  s y m m etr y ,   in d ica tin g   th at  th p o wer   f lo b alan ce   is   r esto r ed .   C o m p a r ed   to   th p r e v io u s   ca s ( Fig u r e   6 ) ,   th is   h ig h lig h ts   th v o ltag s tab ilizatio n   ca p ab ilit y   o f   t h e   DVR  ac r o s s   b o th   lin ea r   a n d   n o n lin ea r   lo ad   ty p es.   W h ile  th e   DPLL - b ased   s y n ch r o n izatio n   co u p led   with   DVR  co m p e n s atio n   im p r o v es  PC C   v o ltag r eg u latio n   an d   r esto r es  wav ef o r m   s y m m etr y   u n d e r   b o th   s y m m etr ical   s well  an d   asy m m etr ical  s ag   co n d itio n s ,   ce r tain   lim itatio n s   p er s is t.  No tab ly ,   th DVR  co n tin u es  to   in ject   co m p en s atin g   v o lta g e u p   to   5 0 V ev en   d u r in g   n o r m al  g r id   c o n d itio n s ,   wh ich   is   u n d esira b le.   T h is   u n n ec ess ar y   in jectio n   ca n   d is r u p p o wer   f lo w,   in d u ce   lo s s es,  an d   ac ce ler ate  wea r   o f   DVR  co m p o n en ts .   Hen ce ,   m o r in tellig en co n tr o m ec h an is m   is   n ee d ed o n th at  d is cr im in ates  b etwe en   f au lt  an d   h ea lth y   s tates  in   r ea tim e.   T h is   s ets  t h s tag f o r   t h FIS - b ased   ad ap tiv s witch in g   s tr ateg y ,   d is cu s s ed   n ex t,  w h ich   en h an ce s   s elec tiv ity   an d   o p ti m izes D VR   o p er atio n   b ased   o n   ac tu al  g r id   co n d itio n s .         ( a)     ( b )     ( c)     Fig u r e  7 .   V o ltag ( V)   a n d   c u r r en t ( A)   wav ef o r m s   u n d er   s y m m etr ical  s well  an d   asy m m etr ical  s ag   co n d itio n s   with   DVR C o m p en s atio n : ( a)   g r id   an d   PC C   v o ltag es ,   ( b )   n o n lin ea r   lo ad   v o ltag es a n d   cu r r en ts ,     an d   ( c)   R L   lo ad   v o ltag es a n d   c u r r en ts     (a)   (b)   (c )     (a)   (b)   (c )     (a)   (b)   (c )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       F u z z lo g ic - b a s ed   a d a p tive  P LL   s w itch in g   s tr a teg fo r     ( R .   S r ila ksh mi )   2361   4 . 3 .     Ca s 3 :   P er f o rma nce  wit h F I S - ba s ed  a da ptiv P L L   a nd   D VR   Fig u r 8   illu s tr ates  th v o ltag an d   cu r r en t   r esp o n s o f   th s y s tem   u n d er   s y m m etr ical   s well  an d   asy m m etr ical  s ag   s ce n ar io s   w h en   th p r o p o s ed   f u z zy   lo g ic - b ased   ad ap tiv PLL   m ec h an is m   is   in teg r ated   with   DVR  co n tr o l.   C o m p ar ed   to   th DVR - o n ly   ca s e,   th is   co n f ig u r atio n   d em o n s tr ates  m ar k e d   im p r o v em en i n   v o ltag r eg u latio n   p r ec is io n ,   cu r r en wav ef o r m   b alan ce ,   an d   s y s tem   r esp o n s iv en ess .   No tab ly ,   th DVR  in jectio n   is   n o lim ited   to   ~5 6 d u r in g   s tead y - s tate,   av o id in g   u n n ec ess ar y   ac tio n   d u r in g   h ea lth y   g r id   co n d itio n s .   T h is   d ir ec tly   ad d r ess es  th o v er co m p en s atio n   o b s er v ed   ea r lier ,   p r eser v in g   g r id   s tab ilit y   an d   r ed u cin g   DVR  s witch in g   ef f o r an d   c o m p o n en t   s tr ess .   All  th r ee   p h ases   at  th PC C   ex h ib it  b etter   s in u s o id al  s y m m etr y ,   a n d   b o th   n o n lin ea r   an d   R L   lo a d   c u r r en ts   s h o h ig h   wa v ef o r m   q u ality   with   m in im al  d is to r tio n ,   ev en   u n d er   u n b alan ce d   co n d i tio n s .   T h FIS  ef f ec tiv ely   en ab les  f ast  PLL   s witch in g ,   en s u r in g   th at  DPLL   is   in v o k e d   o n l y   d u r in g   ac tu al  f au lts ,   allo win g   C T PLL   to   h an d le   n o m in al  c o n d itio n s   ef f icien tly .               Fig u r e  8.   V o ltag ( V)   a n d   c u r r en t ( A)   wav ef o r m s   u n d er   s y m m etr ical  s well  an d   asy m m etr ical  s ag   co n d itio n s ,   FIS - b ased   ad ap tiv e   PLL   an d   DVR:   g r id   an d   PC C   v o ltag es       Sm aller   d ev iatio n s   in d icate   h ig h er   r esto r atio n   ac c u r ac y   an d   b etter   v o ltag e   p r o f ile  r eg u l atio n .   Fo r   in s tan ce ,   p ar am eter s   s u ch   as   VPC C   an d   VR L   lo ad   ap p r o ac h in g   3 3 8 . 7 clo s ely   r ef lec id ea s tead y - s tate   o p er atio n .   Similar ly ,   in v e r ter   an d   PC C   cu r r en v al u es  co n v er g in g   to war d s   th eir   n o m i n al  r ef er en ce s   I PC C =2 0 4 . 6 A,   I R L   lo ad = 1 0 0 . 3 A   c o n f ir m   im p r o v ed   cu r r en t   s y m m etr y   a n d   r ed u ce d   d is to r tio n .   T h e   r ec o v er y   tim r o p r o v id es   th m ea s u r ed   d e lay   f r o m   f au lt  i n ce p tio n   to   f u ll   v o ltag e   r esto r atio n lo wer   v al u es  r ep r esen t   f aster   co m p en s atio n   r esp o n s e.   T h is   co m b in ed   co m p ar is o n   o f   m ag n itu d ac cu r ac y   an d   r ec o v er y   s p ee d   o f f er s   a   q u an titativ b asis   f o r   ass es s in g   an d   r an k i n g   th th r ee   co n tr o s tr ateg ies.  s u m m ar y   o f   v o ltag r esto r atio n   ac cu r ac y   an d   r ec o v er y   tim f o r   ea ch   ca s is   p r esen ted   in   T ab le  1 .   T h e   I d e a l   V al u e s ”  c o l u m n   l is t s   t h n o m i n a r e f e r e n c e   v a l u es   f o r   e a c h   p a r a m e t e r   u n d e r   p e r f e c o p e r a t i n g   c o n d i t i o n s ,   s e r v i n g   as  t h e   b e n c h m a r k   f o r   c o m p a r i s o n .   A ll   m e as u r e d   v o l ta g e s   a n d   c u r r e n ts   f r o m   t h e   t h r e e   c o n f i g u r a t i o n s D P L L - o n l y ,   D VR   +   D P L L ,   a n d   DVR   +   D PL L   +   F I S   a r e   e v a l u at e d   a g a i n s t   t h e s e   n o m i n a l   v a l u es .     4 . 4 .     T o t a ha rmo ni dis t o rt io ( T H D)   a na ly s is   T o   ass ess   th im p ac o f   DVR  an d   ad ap ti v PLL   s witch in g   o n   h ar m o n ic  p er f o r m a n ce ,   d e tailed   to tal   h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   an aly s is   is   ca r r ied   o u t a cr o s s   th r ee   co n f ig u r atio n s :   i)   B ase  s y s tem : D PLL   o n ly   ( n o   DVR,  n o   FIS)   ii)   E n h an ce d   s y s tem : D PLL   DVR ( with o u t FI S)   iii)   Pro p o s ed   ad a p tiv s y s tem : D VR   with   FIS - b ased   C T PLL /D PLL   s witch in g   T h T HD  is   e v alu ated   f o r   in v er ter   cu r r en t,   n o n lin ea r   l o ad   c u r r en t,   an d   PC C   cu r r en t   u n d er   s y m m etr ical  s well  an d   asy m m etr ical  s ag   co n d iti o n s .   T h an al y s is   u s es  2 - cy cle  win d o d u r in g   f au lt  in ter v als,  co m p lem en ted   b y   1 0 - cy cle  win d o ws b ef o r e   a n d   af ter   t h d is tu r b a n ce   to   o b s er v r ec o v er y   b eh av i o r .   Ob s er v atio n s :   i)   C ase  1 :   T h DPLL - o n ly   s y s t em   ex h ib its   s ig n if ican T HD  in   n o n lin ea r   lo a d   cu r r en an d   PC C   cu r r en t esp ec ially   d u r in g   g r id   v o ltag d is tu r b an ce s .   T h is   is   d u to   th in ab ilit y   to   c o r r ec th g r id   v o ltag a n d   p h ase,   lead in g   t o   d is to r tio n   p r o p ag atio n   f r o m   th in v er ter   s id e.   ii)   C ase  2 :   I n tr o d u cin g   DVR  with   DPLL   co n tr o r ed u ce s   T HD  b y   in jectin g   co m p en s atin g   v o ltag d u r i n g   d is tu r b an ce   p er io d s .   Ho wev er ,   d u r in g   n o m in al  co n d itio n s ,   r esid u al  DVR  ac tiv ity   an d   D PLL   esti m atio n   d elay s   ca u s m in o r   h ar m o n ic  i n jectio n ,   s lig h tly   af f e ctin g   in v er ter - s id cu r r e n t q u ality .   iii)   C ase  3 :   T h DVR  FIS  ad ap tiv s y s tem   d eliv er s   th e   b es p er f o r m a n ce   ac r o s s   all  m etr ics.  T h FIS  s elec tiv ely   ac tiv ates  DPLL   o n ly   d u r in g   d is tu r b ed   in ter v als   an d   s witch es  b ac k   t o   C T PLL   d u r in g   n o r m al  o p er atio n .   T h is   s tr ateg y   m in im izes  u n n ec ess ar y   s witch in g   an d   h ar m o n ic  d is to r tio n   d u r i n g   s tead y - s tate,   wh ile  s till   en s u r in g   r o b u s t c o m p en s atio n   d u r in g   f au lts .     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 E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   4 Dec em b er   20 25 :   2353 - 2 3 6 8   2362   T ab le  1 .   C o m p ar ativ a n aly s is   o f   v o ltag e   ( V) ,   c u r r en t   ( A) ,   a n d   r ec o v er y   tim ( m s ec )   p e r f o r m an ce   u n d er   g r id   f au lt c o n d itio n s     Param et e rs   V n o n - l i n e ar   In o n - l i n e ar   V p cc   Ip cc   V   i n v e rt e r   I   i n v e rt e r   V   g r i d   I   g r i d   V   i n j e ct e d   V R L   l oa d   I RL   l o a d   Rec o v er y     t i me   2 0 %   Sy m me t ri Sw e l l   D P L L   4 0 6 . 4   2 2 . 1 4   4 0 6 . 6   1 7 3 . 2   4 7 2 . 5   1 6 9 . 7   4 0 6 . 6   4 0 . 8 5   n i l   4 0 6   1 2 0 . 2   NA   D P L L + D V R   3 3 2 . 6   1 8 . 4 3   3 3 1 . 7   2 0 4 . 7   4 7 4 . 2   1 9 7 . 9   4 0 6 . 6   8 6 . 8 5   - 7 0 . 8   3 3 6 . 9   9 9 . 0 7   0 . 0 4 5   ms e c   D P L L + D V R+ FIS   3 3 6 . 3   1 8 . 5   3 3 4 . 6   2 0 2 . 1   4 5 5 . 7   1 9 2 . 6   4 0 6 . 6   8 5 . 0 9   - 7 1 . 9 9   3 3 6 . 3   9 9 . 0 7   0 . 0 3 5   ms e c   2 0 %   A s y mme t r i c   Sag   D P L L   4 0 6 . 4   2 0 . 2 8   4 0 6 . 4   1 8 6 . 2   4 8 5 . 9   1 7 5 . 9   4 0 6 . 6   4 5 . 7 1   n i l   4 0 6   1 2 0 . 2   NA   D P L L + D V R   3 3 8 . 7   1 8 . 3 4   3 3 3 . 5   2 0 7   4 6 4   1 9 0 . 9   4 0 6 . 6   8 2 . 4 3   - 7 3 . 1 2   3 3 9 . 1   9 9 . 3 9   0 . 0 5 3   ms e c   D P L L + D V +   FIS   3 3 8 . 2   1 8 . 4 9   3 3 5   2 0 5   4 5 2 . 3   1 9 2   4 0 6 . 6   8 2 . 2 3   - 7 3 . 2 2   3 3 5 . 3   9 9 . 9 5   0 . 0 2 8   ms e c   2 0 %   Sy m me t ri Sag   D P L L   2 7 1   1 4 . 9 9   2 7 1   2 7 4 . 2   4 5 5 . 9   2 4 0 . 7   2 7 1   1 5 9 . 9     2 7 1   8 0 . 2 2   NA   D P L L + D V R   3 3 6 . 3   1 8 . 5 1   3 3 9 . 0 6   2 0 5 . 4   4 7 4 . 5   1 9 8 . 8   2 7 1   7 8 . 2 5   6 6 . 1 6   3 3 6 . 4   9 9 . 0 7   0 . 0 5   ms e c   D P L L + D V + FIS   3 3 6 . 5   1 8 . 3 2   3 3 5 . 9   2 0 1 . 5   4 6 9 . 2   1 9 8 . 5   2 7 1   9 1 . 9 6   6 0 . 9   3 3 4 . 8   9 9 . 0 9   0 . 0 3   ms e c   2 0 %   A s y mme t r i c   Sag   D P L L   2 7 1   1 6 . 7 2   2 7 1   2 1 8 . 1   4 5 4   2 0 8 . 4   2 7 1   1 0 3 . 4   n i l   2 7 1   8 0 . 2 2   n i l   D P L L + D V R   3 3 5 . 4   1 8 . 4 9   3 3 6 . 2   2 0 3 . 1   4 7 0 . 1   1 9 7 . 8   2 7 1   8 0 . 8 6   6 8 . 0 1   3 3 8 . 6   9 8 . 2   n i l   D P L L + D V R+ FIS   3 3 5 . 9   1 8 . 5 1   3 3 5 . 7   2 0 3 . 3   4 6 7 . 5   1 9 9 . 6   2 7 1   7 4 . 6 9   6 9 . 0 5   3 3 6 . 4   9 9 . 0 3   n o   d e l a y     Id ea l   V al u e s   3 3 8 . 7   1 8 . 6 5   3 3 8 . 7   2 0 4 . 6   4 7 4   1 9 0 . 5   3 3 8 . 8   8 1 . 9 2   n i l   3 3 8 . 8   1 0 0 . 3   -       4 . 4 . 1 H a r m o n ic  a n a l y sis u n d e r   a sy m m e tr ic sw e ll   a n d   sa g   fa u lts   T ab le  2   p r esen ts   th e   h a r m o n i p er f o r m a n ce   o f   t h s y s tem   u n d er   2 0 s y m m etr ic  s well  an d   s ag   co n d itio n s ,   in clu d in g   DC   co m p o n e n ts ,   f u n d am e n tal  R MS/p ea k   v alu es,  an d   T HD  f o r   in v er ter   cu r r en t,   n o n lin ea r   l o ad   cu r r en t,   an d   P C C   cu r r en t.  T h r esu lts   co m p ar th r ee   co n tr o c o n f ig u r atio n s :   i)   B ase  Sy s tem :   DPLL   o n ly   ( n o   DVR,  n o   FIS) ii)  E n h an ce d   s y s tem DPLL   DVR  ( with o u FIS) an d   iii)  Pro p o s ed   ad a p tiv e   s y s t em : D VR   w ith   FIS - b ased   C T PLL /DPLL   s witch in g .       T ab le  2 .   T h p er f o r m a n ce   o f   h ar m o n ic  an al y s is   o f   in v er ter ,   PC C ,   an d   lo ad   cu r r en ts   u n d e r   s y m m etr ical  f au lts   ( s well  an d   s ag )   H a r mo n i c   a n a l y s i d u r i n g   sy m met r i c   sw e l l   a n d   sa g   f a u l t s     P a r a me t e r s   D C   c o m p o n e n t   F u n d a m e n t a l ( p e a k )   F u n d a m e n t a l ( r ms)   %T H D   F a u l t   c u r r e n t               c o m p o n e n t   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   C a se   1   2   3   1   2   3   1   2   3   1   2   3   2 0 S y mm e t r i c   S w e l l   I i n v e r t e r   0 . 0 6 7 3 2   0 . 7 0 7 9   0 . 5 6 5 8   1 6 2 . 2   1 9 5 . 6   1 9 6 . 1   1 1 4 . 7   1 3 8 . 3   1 3 8 . 6   3 . 9 1   1 . 8 2   1 . 7 1   I n o n l i n e a r   l o a d   0 . 0 0 1 2 4 5   0 . 0 0 0 7   0 . 0 0 2 6   2 4 . 1 2   1 9 . 8 7   1 9 . 8 5   1 7 . 0 5   1 4 . 0 5   1 4 . 0 3   1 4 . 4 2   1 4 . 4 2   1 4 . 4 1   I p c c   0 . 0 0 3 7 9 2   0 . 7 4 6 4   0 . 5 8 1 1   1 6 4 . 4   1 9 7 . 5   1 9 7 . 8   1 1 6 . 3   1 3 9 . 7   1 3 9 . 9   5 . 5 3   4 . 2 3   3 . 5 9   2 0 S y mm e t r i c   S a g   I i n v e r t e r   3 . 6 5 9   0 . 7 3 0 2   0 . 5 6 5 8   2 4 5 . 9   1 9 6 . 3   1 9 6 . 1   1 7 3 . 9   1 3 8 . 8   1 3 8 . 6   3 . 0 2   1 . 7 8   1 . 7 1   I n o n l i n e a r   l o a d   0 . 0 0 1 2 2 6   0 . 0 0 1 1   0 . 0 0 2 6   1 6 . 0 6   1 9 . 8 5   1 9 . 8 5   1 1 . 3 6   1 4 . 0 3   1 4 . 0 3   1 4 . 4 1   1 4 . 4 1   1 4 . 4 1   I p c c   3 . 6 2   0 . 7 2 2   0 . 5 8 1 1   2 4 7 . 6   1 9 8 . 3   1 9 7 . 8   1 7 5 . 1   1 4 0 . 2   1 3 9 . 9   3 . 8   2 . 9 7   2 . 5       T h p r o p o s ed   FIS - b ased   SMC   DVR  ( C ase  3 )   d em o n s tr ates  s ig n if ican T HD  r ed u ctio n   c o m p ar ed   t o   b o th   th u n co m p e n s ated   s y s tem   ( C ase  1 )   an d   th co n v en tio n al  DVR  ( C a s e  2 ) .   Un d er   2 0 s y m m etr ic  s well,   in v er ter   cu r r e n T HD  d ec r ea s ed   b y   5 6 . 2 6 r elativ to   C ase 1   an d   b y   6 . 0 4 o v er   C ase  2 ,   wh ile  PC C   cu r r en t   T HD  im p r o v ed   b y   3 5 . 0 8 an d   1 5 . 1 4 %,  r esp ec tiv ely .   Similar   tr en d s   wer o b s er v ed   f o r   2 0 s y m m etr ic  s ag ,   with   in v er ter   cu r r en T HD  r e d u ctio n s   o f   4 3 . 3 8 an d   3 . 9 3 %,  an d   PC C   cu r r en r ed u ctio n s   o f   3 5 . 5 7 an d   1 5 . 8 2 %.  T h ese  r esu lts   co n f ir m   th p r o p o s ed   c o n tr o ller s   ab ilit y   to   d eliv er   s u b s tan tial  ad d itio n al  h ar m o n ic   m itig atio n   b ey o n d   t h at  o f   a   s tan d ar d   DVR.   Fu n d am en tal  R MS  an d   p ea k   cu r r e n v al u es  ar m ain tain ed   clo s to   n o m in al  in   all  F I S - ass is te d   ca s es,  en s u r in g   v o ltag e   s tab ilit y   wh ile  m in im izin g   u n n ec es s ar y   DVR  ac tiv ity .   T h is   co n f ir m s   th at  ad a p tiv e   PLL   s witch in g   im p r o v es  h a r m o n ic  s u p p r ess io n   a n d   v o ltag r eg u latio n   s im u ltan eo u s ly .   Fig u r e  9   illu s tr ates  th T HD  r ed u ctio n   f o r   all  ca s es,  s h o win g   th at  th p r o p o s ed   FIS - b ased   co n tr o o u tp e r f o r m s   b o th   DPLL - o n ly   an d   DVR - o n ly   s y s tem s   ac r o s s   all  m ea s u r ed   p o in ts .     4 . 4 . 2 .   H a r m o n ic a n a l y sis u n d e r   a sy m m e tr ic sw e ll   a n d   sa g   fa u lts   T ab le  3   s u m m ar izes  th e   ab s o l u te  T HD  v al u es  u n d er   asy m m etr ic  s well  an d   s ag   c o n d itio n s   f o r   ea ch   p h ase.   Fo r   2 0 asy m m etr ic   s well  ( Ph ase  A) ,   th p r o p o s ed   FIS - b ased   SMC   DV R   ( C a s e 3 )   r ed u ce d   in v e r ter   cu r r en T HD  b y   2 6 . 7 3 co m p ar ed   to   th u n co m p en s ated   s y s tem   ( C ase  1 )   an d   b y   1 3 . 4 2 o v er   th e   co n v en tio n al  DVR ( C ase  2 ) .   PC C   cu r r en t T HD  im p r o v e d   b y   2 5 . 9 9 % a n d   1 1 . 3 7 %,  r esp ec tiv ely .   I n   th 2 0 asy m m etr i s ag   s ce n ar io ,   in v er ter   cu r r en T HD  r ed u ctio n s   wer 9 . 4 9 an d   1 4 . 7 7 co m p ar ed   to   C ases 1   an d 2 ,   wh ile  PC C   cu r r en T HD  d ec r ea s ed   b y   7 . 5 6 a n d   1 1 . 1 5 %,  r esp ec tiv ely .   No n lin ea r   lo ad   cu r r en T HD  ch an g es  wer m in im al  ac r o s s   ca s es,  in d icatin g   th at  th p r im ar y   b e n ef it  o f   th p r o p o s ed   co n tr o ller   is   in   m itig atin g   g r id - s id e   a n d   in v e r ter   h ar m o n ics  u n d er   u n b alan ce d   f au lt  co n d itio n s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.