Harmonic mitigation in utility grid with highly unbalanced non linear load using intelligent controller: an experimental study

• Autorzy: Bouhouta Ahmed , Moulahoum Samir , Kabache Nadir

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.04.01

Warianty tytułu

PL

Łagodzenie harmonicznych w sieci energetycznej z wysoce niezrównoważonym obciążeniem nieliniowym za pomocą inteligentnego sterownika: badanie eksperymentalne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The kind of grid-connected loads and the control strategy of harmonic mitigation system using active power filters (APF) play a very important role in terms of total harmonic distortion (THD) and their performances during dynamic operating conditions. Much research deals with these filtering systems only under nonlinear loads with THD values of the source current not exceeding 30%. However when much distorted loads like LED lighting is chosen, the used control strategy can work unsatisfactorily. In this contribution paper, the indirect current control method (ICC) was examined under an extreme case when involving a very high nonlinear load. For the current control, the hysteresis method is adopted which provides switching signals with a fast response and good accuracy. Without require any accurate mathematical model and based on a linguistic description, a fuzzy logic control scheme (FLC) is also developed for the DC-side capacitor voltage to enhance the undesirable dynamic performances obtained using a conventional proportional-integral controller (PI). Simulations outputs and experimental implementation using dSPACE hardware are done under Matlab/Simulink software. Obtained results demonstrate very good performances of the laboratory platform and the control system has been proved to be effective and in perfect compliance with the standard harmonic limits IEEE 519-1992 even when the load current is highly distorted characterized by a high THD more than 60% and an important amplitude of 5th and 7th harmonics.

PL

Rodzaj odbiorników podłączonych do sieci oraz strategia sterowania systemem ograniczania harmonicznych za pomocą filtrów mocy czynnej (APF) odgrywają bardzo ważną rolę w zakresie całkowitego zniekształcenia harmonicznych (THD) i ich wydajności w dynamicznych warunkach pracy. Wiele badań dotyczy tych układów filtrujących tylko przy obciążeniach nieliniowych, przy wartościach THD prądu źródłowego nieprzekraczających 30%. Jednak w przypadku wybrania bardzo zniekształconych obciążeń, takich jak oświetlenie LED, zastosowana strategia sterowania może działać niezadowalająco. W niniejszym artykule, pośrednia metoda sterowania prądem (ICC) została zbadana w skrajnym przypadku, przy bardzo dużym obciążeniu nieliniowym. Do regulacji prądu przyjęto metodę histerezy, która zapewnia sygnały przełączające o szybkiej odpowiedzi i dobrej dokładności. Nie wymagający żadnego dokładnego modelu matematycznego i oparty na opisie językowym, opracowano również schemat sterowania logiki rozmytej (FLC) dla napięcia kondensatora po stronie DC w celu zwiększenia niepożądanych osiągów dynamicznych uzyskanych przy użyciu konwencjonalnego sterownika proporcjonalno-całkującego (PI). Wyniki symulacji i eksperymentalna implementacja przy użyciu sprzętu dSPACE są wykonywane w oprogramowaniu Matlab/Simulink. Uzyskane wyniki wskazują na bardzo dobre osiągi platformy laboratoryjnej, a system sterowania okazał się skuteczny i doskonale zgodny z normami dotyczącymi limitów harmonicznych IEEE 519- 1992, nawet gdy prąd obciążenia jest silnie odkształcony charakteryzujący się wysokim THD powyżej 60% i ważną amplitudę 5. i 7. harmonicznej.

Słowa kluczowe

EN

highly nonlinear load; fuzzy logic; indirect current control; total harmonic distortion

PL

harmoniczne; nieliniowe obciążenie; THD; logika rozmyta

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 4
• Strony: 1--7
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Bouhouta Ahmed

• Research Laboratory of Electrical Engineering & Automatic (LREA), Department of Electrical Engineering, University Dr Yahia Fares of Medea, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-2206-9557

autor

Moulahoum Samir

• Research Laboratory of Electrical Engineering & Automatic (LREA), Department of Electrical Engineering, University Dr Yahia Fares of Medea, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-7482-0621

autor

Kabache Nadir

• Research Laboratory of Electrical Engineering & Automatic (LREA), Department of Electrical Engineering, University Dr Yahia Fares of Medea, Algeria

• https://orcid.org/0000-0002-3505-8873

Bibliografia

• [1]. H.Sasaki, T. Machida. (1970), A New Method to Elim-inate AC Harmonic by Magnetic Compensation-Considerations on Basic Design, IEEE Trans.on Power Ap-paratus and Syst.,vol.90,no.5, pp.2009-2019.
• [2]. H. Akagi, The State-of-the-Art of Active Filters for PowerConditioning, In Rec. European Conference on Power Electronics and Applications, Dresden, pp. 1–15,2005.
• [3]. O. P. Mahela and A. G. Shaik, Topological aspects of powerquality improvement techniques: A comprehensive overview, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 58, pp. 1129-1142,2016.
• [4]. B. Singh, K. A. Haddad and A. Chandra, A Review of Active Filters for Power Quality Improvement, IEEE Trans. on Industrial Electronics, vol. 46, no. 5, pp. 960-971, 1999.
• [5]. Y. Suresh , A.K. Panda , M. Suresh, Real-time implementation of adaptive fuzzy hysteresis-band current control technique for shunt active power filter, IET Power Electronics, Volume: 5, Issue 7, 2012.
• [6]. Yu Wang and Yun-Xiang Xie., Adaptive DC-link Voltage Control for Shunt Active Power Filter, Journal of power Electronics, Vol. 14, No. 4, pp. 764777, 2014.
• [7]. Ucar, Ferhat & Coteli, R. & Dandil, Beşir, Three Level Inverter Based Shunt Active Power Filter Using Multi-Level Hysteresis Band Current Controller, Przeglad Elektrotechniczny. 88. 227-231, 2012.
• [8]. Nasser Eskandarian et al., Improvement of Dynamic behaviour of Shunt Active Power Filter Using Fuzzy Instantaneous Power Theory, Journal of power Electronics, Vol. 14, No. 6, pp. 1303-1313, 2014.
• [9]. C. Khomsi, M. Bouzid, K. Jelassi., Power Quality Improvement in a Three-Phase Grid Tied Photovoltaic System Supplying Unbalanced and Non-Linear Loads, International Journal Of Renewable Energy Research (IJRER), Vol.8, No.2, 2018.
• [10]. S. S. Wamane , J.R. Baviskar , S. R. Wagh., A Comparative Study on Compensating Current Generation Algorithms for Shunt Active Filter under Non-linear Load Conditions, International Journal of Scientific and Research Publications, Volume 3, Issue 6, 2013.
• [11]. Mohamed Adel, Sherif Zaid and Osama Mahgoub., Improved Active Power Filter Performance Based on an Indirect Current Control Technique, Journal of power electronics 11-6-19, 2011.
• [12]. Rajesh K Patjoshi, Kamala Kanta Mahapatra., Performance Comparison of Direct and Indirect Current Techniques Applied to a Sliding Mode Based Shunt Active Power Filter, Annual IEEE India Conference (INDICON), Mumbai, India, 13-15, 2013.
• [13]. Rahmani S, Hamadi A, Al-Haddad K, Dessaint LA., A combination of shunt hybrid power filter and thyristor-controlled reactor for power quality, IEEE Trans Ind Electron, 61(5):2152–64, 2014.
• [14]. Klempka, Ryszard & Świątek, Bogusław, Active Power FilterControllers based on Artificial Intelligence, Przeglad Elektrotechniczny. 89. 185-189, 2013.
• [15]. Shashibhushan R. Shahu, Nikhil A.Wanjari, “Performance analysis of shunt active power filter with various switching signal generation techniques,” International journal of Engineering Development and Research, Vol. 5, Issue2, 2017.
• [16]. Sowa, Kacper & Baszynski, Marcin & Pirog, Stanislaw. , Single-phase active filter with an energy storage system used for compensation of active-power fluctuations – HIL tests on real time simulator RTS, Przeglad Elektrotechniczny, 2019.
• [17]. Lee TL, Wang YC, Li JC, Guerrero JM., Hybrid active filter with variable conductance for harmonic resonance suppression in industrial power systems, IEEE Trans Ind Electron, 62(2):746–56, 2015.
• [18]. Rudranarayan Senapati, Rajendra Narayan Senapati, Manoj Kumar Maharana, Study and Analysis of Performance of 3-Phase Shunt Active Filter in Grid-tied PV-Fuel Cell System Employing Sinusoidal Current Control Strategy, International Journal Of Renewable Energy Research (IJRER), Vol.8, No.1, 2018.
• [19]. Abdelouahab Bouafia, Fateh Krim, Jean Paul Gaubert, Fuzzy Logic Based Switching State Selection for Direct Power Control of Three –Phase PWM Rectifier, IEEE Trans On Ind. Elects, Vol. 56, No.6, 2009.
• [20]. Shixi Hou , Juntao Fei , Yundi Chu Chen Chen, Experimental Investigation of Adaptive Fuzzy Global Sliding Mode Control of Single-Phase Shunt Active Power Filters, Journal Article publisher IEEE, volume 7, 2019.
• [21]. CH. Sujatha , Dr. K. Chandra Sekhar , Ravi Teja.Boppa., Performance of Fuzzy Based Shunt Active Power Filter Using Indirect Current Control Technique, International Journal of Science and Research (IJSR), volume 3 Issue 12,2319-7064, 2014.
• [22]. Ahmed Bouhouta,Samir Moulahoum, Nadir Kabache, Ilhami Colak, Simplicity and Performance of Direct Current Control DCC Compared with other Identification Algorithms for Shunt Active Power Filter, 7th International Conference on Renewable Energy Research and Applications(ICRERA), 14-17, Paris, France, 2018.
• [23]. Imani, Hamid & Shareef, Hussain & Eslami, Mahdiyeh, Multi Objective Optimization Based Approaches for Active Power Filter Design- A Comparison, Przeglad Elektrotechniczny. 89. 98-103, 2013.
• [24]. Berbaoui, Brahim & Benachaiba, Chellali & Mostefa, Rahli & Tedjini, Hamza, An efficient algorithm to tuning PI-controller parameters for shunt active power filter using ant colony optimization, Przeglad Elektrotechniczny. R. 87 NR 6. 140-145, 2011.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).