I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   38 ,   No .   1 A p r il  20 25 ,   p p .   63 ~ 75   I SS N:  2 502 - 4 7 52 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijee cs .v 38. i 1 . p p 63 - 75          63     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs . ia esco r e. co m   Ana ly sis  of VF D P C f o three - lev el  neutral po in cla mped A C - DC conv ert ers wi th  ca pa citor  ba la ncing  so lution       Azz idd i M o ha m a d   Ra za li 1 ,   No Aziz a h M o hd   Yu s o f f 2 ,   Sy a ha Aza li a   Ab Shu k o r 1   M uh a m m a d H a f ee M o ha med H a riri 2 Auza ni J idi n 1 T o le  Su t ik no 3   1 F a c u l t y   o f   El e c t r i c a l   Te c h n o l o g y   a n d   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i t i   T e k n i k a l   M a l a y s i a   M e l a k a   ( U Te M ) ,   M e l a k a ,   M a l a y si a   2 S c h o o l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   S a i n M a l a y si a   ( U S M ) ,   P e n a n g ,   M a l a y s i a   3 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t a s A h ma d   D a h l a n ,   Y o g y a k a r t a ,   I n d o n e si a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ju n   12 ,   2 0 2 4   R ev is ed   No v   4 2 0 2 4   Acc ep ted   No v   24 ,   2 0 2 4       Th is  p a p e p re se n ts  a n   a n a ly sis  o th e   d y n a m ic  p e rf o rm a n c e   o a   t h re e - lev e l   n e u tral  p o i n c lam p e d   (N P C)  AC - DC  c o n v e rter  u ti li z i n g   th e   a d v a n c e d   c o n tr o l   tec h n iq u e   o v irt u a flu x   d irec p o we c o n tro (VFDP C).   VFDP e st ima tes   th e   th re e - p h a se   g rid   v o lt a g e   a n d   i n sta n tan e o u a c ti v e   a n d   re a c ti v e   p o we r   c o m p o n e n ts,  e li m i n a ti n g   t h e   n e e d   f o a n   AC  i n p u v o lt a g e   se n s o u se d   i n   c o n v e n ti o n a d irec p o we c o n tro l   (DPC).   Th is  re d u c ti o n   in   se n s o rs  d e c re a se sy ste m   c o m p lex it y   a n d   c o st  w h il e   m it ig a ti n g   h i g h - fre q u e n c y   n o ise   a n in terfe re n c e .   In teg ra ti n g   VFD P in to   3 NPC  AC - DC  c o n v e rters   sig n ifi c a n t ly   e n h a n c e o v e ra ll   p e rfo rm a n c e ,   lea d in g   to   m o re   e ff icie n a n d   ro b u st  p o we c o n v e rsio n   s y ste m s.  Ho we v e r,   a   si g n ifi c a n c h a ll e n g e   i n   t h e   th re e - lev e NPC  to p o l o g y   is   th e   v o lt a g e   im b a la n c e   in   th e   n e u tral   p o in t   o f   th e   DC - li n k   c a p a c it o r,   wh ic h   c a n   c a u se   e x c e ss iv e   v o lt a g e   stre ss   o n   sw it c h in g   d e v ice a n d   d e g ra d e   sy ste m   p e rf o rm a n c e .   To   a d d re ss   t h is,  a   n o v e lo o k u p   tab le  h a b e e n   d e v e l o p e d ,   in c o rp o ra ti n g   stra teg ies   to   b a la n c e   th e   c a p a c it o r   vol ta g e .   Th e   re su lt o th is  stu d y   d e m o n stra te  th a VFDP g e n e ra tes   n e a rly   sin u so i d a l in e   c u rre n ts  wi th   re d u c e d   c u rre n t   to tal   h a rm o n ic  d isto rt i o n   (THD).   Ad d it i o n a ll y ,   VFDP e n su re u n it y ,   lag g i n g ,   a n d   lea d i n g   p o we fa c to r   o p e ra ti o n ,   wh il e   p ro v i d in g   f lex ib i li ty   to   a d j u st  t h e   DC - li n k   o u tp u t   v o lt a g e   a n d   a c c o m m o d a te  lo a d   v a riatio n s.   Th e se   c a p a b il it ies   h ig h li g h t   VFDP C   e ffe c ti v e n e ss   in   m a n a g in g   p o we q u a li t y   a n d   s y ste m   sta b il it y ,   e v e n   u n d e r   v a ry in g   l o a d   c o n d it io n s.   K ey w o r d s :   Dy n am ic  p er f o r m a n ce   an aly s i s   G r id   co n n e cte d   m u ltil ev el  co n v er te r   Neu tr al  p o in v o ltag b alan ci n g   ca p ac ito r   Po wer   f ac to r   co n tr o l   Switch in g   lo o k u p   tab le    T h r ee - lev el  NPC   co n v er te r   Vir tu al  f lu x   d ir ec p o wer   c o n tr o l     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 :   No r   Aziz ah   Mo h d   Yu s o f f   Sch o o l o f   E lectr ical  a n d   E lectr o n ic  E n g i n ee r in g ,   Un iv er s iti Sain s   Ma lay s ia  ( USM)   Pen a ng Ma lay s ia   E m ail:  n o r az izah . y u s o f f @ u s m . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   m o d e r n   e l e c t r i c a l   s y s t e m s ,   t h e   d e m a n d   f o r   e f f i c i e n t   a n d   r e l i a b l e   p o w e r   c o n v e r s i o n   is   in c r e a s i n g .   A m o n g   t h e   v a r i o u s   c o n v e r t e r   to p o l o g i e s ,   T h r e e - l e v e l   n e u t r al   p o i n t   c l a m p e d   ( 3 L   N PC )   AC - D C   c o n v e r t e r s   s ta n d   o u t   due   t o   t h e i r   h i g h   e f f i c i e n c y ,   r e d u c e d   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n ,   a n d   e n h a n c e d   p o w e r   h a n d l i n g   c a p a b i l i ti e s   [ 1 ] ,   [ 2 ] T h e s e   a t t r i b u t e s   m a k e   t h i s   t o p o l o g y   p a r t i c u l a r l y   s u it a b l e   f o r   a p p l i c a t i o n s   r e q u i r i n g   h i g h   p o w e r   a n d   p r e c i s i o n ,   s u c h   a s   i n d u s t r i a d r i v e s ,   r e n e w a b l e n e r g y   s y s te m s ,   a n d   g r i d - c o n n e c t e d   c o n v e r t e r s   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h e   a b i l i t y   o f   3 L   N P C   c o n v e r t e r s   t o   o p e r a t e   at   h i g h e r   v o l t a g e s   a n d   p o w e r   l e v e ls   w h i l m a i n t ai n i n g   l o h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   is   i n d i s p e n s a b l e   i n   h i g h - d e m a n d   e n v i r o n m e n t s   [ 4 ] .   F u r t h e r m o r e ,   t h e   c a p a b il i t y   t o   r e d u c e   t h e   s ize   a n d   c o s o f   p a s s i v c o m p o n e n t s ,   s u c h   as   f i l te r s ,   e n h a n c e s   t h e   a p p e al   f o r   l a r g e - s c al e   i n d u s t r ia l   a p p l ic a t i o n s   [ 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 63 - 75   64   Ho wev er ,   m a i n t a i n i n g   v o l t a g e   b a l a n c e   a c r o s s   t h e   dc - l i n k   c a p ac i t o r s   i n   3 L   NP C   c o n v e r t e r s   i s   s i g n i f i ca n c h a l l e n g e   a n d   h a v b e e n   r ec e iv e d   a   l a r g a m o u n t   o f   at t e n ti o n   i n   r e c e n d e c a d e   [ 6 ] ,   [ 7 ] V o lt a g e   i m b al a n c e s   c a n   l e a d   t o   i n c r e a s e d   s t r e s s   o n   p o w e r   s e m i c o n d u c t o r s ,   h i g h e r   l o s s e s ,   a n d   p o t e n t i a l   s y s t e m   in s t a b i li t y   [ 8 ] ,   [ 9 ] T h e r e f o r e ,   b alan cin g   t h d c - lin k   ca p ac ito r   v o ltag e   in   3 L   N P C   co n v er ter s   is   cr u cial  f o r   m ain tain in g   s y s tem   s tab ilit y   an d   p er f o r m an ce ,   wh i le  v ar io u s   s tr ateg ies  h av e   b ee n   d ev elo p e d   to   ad d r ess   th is   ch all en g e.   Fo r   in s tan ce ,   Sin u s o id al  p u ls wid th   m o d u latio n   ( SP W M)   at tem p ts   to   ac h iev n eu tr al - p o in b alan ce   b y   in jectin g   ze r o - s eq u en ce   s ig n al   in to   t h m o d u latio n   s ig n al.   Ho wev er ,   th is   ap p r o ac h   is   o f ten   in e f f ec tiv u n d er   d y n am ic  lo a d   co n d itio n s ,   lead in g   to   in s tab il ity   an d   lo w - f r eq u en cy   o s ci llat io n s   in   ca p ac ito r   v o ltag es  [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] Similar ly ,   s p ac v ec to r   m o d u latio n   ( S VM )   u s es  r ed u n d a n s witch in g   s tates  to   co n tr o ca p a cito r   v o ltag es,  b u its   ef f ec tiv en ess   is   lim ited   b y   th co m p lex ity   an d   co m p u tatio n al  d em an d s   o f   t h alg o r ith m   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   Oth e r   m eth o d s ,   lik s elec tiv h ar m o n ic  elim in atio n   PW ( SHE - PW M) ,   tar g et  s p ec if ic  h ar m o n ics  b y   s o lv in g   n o n - lin ea r   eq u atio n s   f o r   s witch in g   an g les.  Alth o u g h   SHE - PW ca n   im p r o v v o ltag b ala n ce ,   th co m p lex ity   o f   r ea l - tim ca lcu latio n s   o f ten   lim its   its   ef f ec tiv en ess ,   p ar ticu lar ly   in   h ig h - p o wer   ap p licatio n s   [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] I n   h ig h - s p ee d   ap p licatio n s ,   v ir tu al  s p a ce   v ec to r   m o d u latio n   ( VSVP W M)   ca n   r ed u ce   s witch in g   lo s s es  b u s tr u g g les  with   th co m p lex ity   o f   r ea l - tim v e cto r   ad ju s tm en ts ,   lead in g   to   p o ten tial d elay s   in   v o l ta g e   b ala n cin g   [ 1 6 ] .   Vir tu al   f lu x   d ir ec p o wer   co n tr o ( VFDPC )   em er g es  as  r o b u s s o lu tio n   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ]   to   th ese  c h allen g es.  Un lik tr ad itio n al  s tr ateg ies  [ 1 9 ] ,   VFDPC   d ir ec tly   co n tr o ls   th p o wer   f lo th r o u g h   t h c o n v er ter ,   s tab ilizin g   th n eu tr al  p o in v o ltag with o u r ely in g   o n   co m p lex   m o d u l atio n   o r   p r ed ictiv m o d els.  I n t e g r a t i n g   a   c a p a c i t o r   b a l a n c i n g   s o l u ti o n   w i t h i n   t h e   V F DP C   f r a m e w o r k   is   c r u c i a l   f o r   t h e   s t a b l o p e r a t i o n   o f   3 L   N PC   c o n v e r t e r s .   T h c a p a c i t o r   b a l a n ci n g   a l g o r i t h m   w o r k s   b y   a d j u s t i n g   t h e   r e d u n d a n t   s w it c h i n g   s t a t es   t o   en s u r e   e v e n   v o l t a g d i s t r i b u ti o n   a c r o s s   t h e   D C - l i n k   c a p a c i t o r s   [ 2 0 ] .   T h i s   a p p r o a c h   h e l p s   t o   m i t i g a te   t h e   a d v e r s e   e f f e c ts   o f   v o l t a g d r i f t s   a n d   r i p p l e s   a t   t h e   n e u t r al   p o i n t ,   e n s u r i n g   c o n s i s t e n t   a n d   b a l a n c e d   o p e r a t i o n   [ 21 ] .   B y   m a i n t a i n i n g   t h e   v o l t a g b a l a n c e ,   t h e   c o n v e r t e r   c a n   o p e r a t e   m o r e   e f f i c i e n tl y   a n d   r e l i a b ly ,   r e d u c i n g   s t r e s s   o n   t h e   c o m p o n e n t s   a n d   e x t e n d i n g   t h e i r   li f e s p a n .   T h i s   i n t e g r a te d   a p p r o a c h   a d d r e s s es   t h e   k e y   is s u e s   t h at   t r a d it i o n a c o n t r o l   s t r at e g i e s   s t r u g g l e   wi t h ,   p r o v i d i n g   a   c o m p r e h e n s i v e   s o lu t i o n   f o r   h i g h - p o w e r   a p p l i c a t i o n s .   T h e   f in d in g s   f r o m   t h i s   p a p e r   i n d i c a t e   t h a i m p l e m e n ti n g   V F D PC   w it h   a   c a p a ci t o r   b a l a n c i n g   s o l u t i o n   s i g n i f i c a n t l y   i m p r o v e s   t h e   p e r f o r m a n c e   a n d   r e l i a b i l i t y   o f   3 L   N PC   c o n v e r t e r s   [ 2 2 ] .   T h e   VF D PC   m e t h o d   p r o v i d e s   p r e c i s c o n t r o l   o v e r   p o we r   f l o w ,   e f f e c ti v e l y   m ai n t a i n s   ca p a c it o r   v o l t a g e   b al a n c e ,   a n d   r e d u ce s   t h e   v o l t a g s t r e s s   o n   p o w e r   s e m i c o n d u c t o r s .   T h i s   l e a d s   t o   l o w e r   s wi t c h i n g   l o s s e s ,   e n h a n c e d   s y s t e m   s t a b i l it y ,   a n d   a   m o r e   r o b u s p e r f o r m a n c e   i n   h i g h - p o w e r   a p p l i c a ti o n s .   B y   a d d r es s i n g   t h e   te ch n i c a l   c h a ll e n g e s   a s s o c i at e d   wit h   v o l t a g e   b al a n c i n g   a n d   p o w e r   c o n t r o l ,   t h i s   s t u d y   c o n t r i b u t e s   t o   t h e   a d v a n c e m e n t   o f   m u l t i l e v e l   c o n v e r t e r   t e c h n o lo g y .   T h e   e n h a n c e d   p e r f o r m a n c e   a n d   r e l i a b i l i t y   o f   3 L   N PC   c o n v e r t e r s   w it h   VF DP C   m a k e   t h e m   a n   a t t r a ct i v o p t i o n   f o r   d e m a n d i n g   a p p l i c a t i o n s ,   p a v i n g   t h e   w a y   f o r   m o r e   e f f i c i e n t   a n d   r e l ia b l e   p o w e r   c o n v e r s i o n   i n   m o d e r n   e l e ct r i c a l   s y s t e m s .       2.   M O DE L L I NG     Fig u r e   1   s h o w s   t h e   t o p o l o g y   o f   a   g r i d - c o n n e c t e d   3 L - NPC   AC - DC   c o n v e r t e r   w it h   a n   L - t y p e   f i l te r .   T h c o n v e r t e r   c o n s i s ts   o f   t w e l v e   s w i t c h i n g   c e ll s   a n d   s i x   c l a m p   d io d e s .   A n y   g i v e n   o u t p u t   p h a s e s   o f   t h e   c o n v e r t e r   c a n   b e   c o n n e c t e d   t o   t h n e g a t i v ( S a1 = 0 ,   S a2 = 0 ) ,   n e u t r a ( ( S a1 = 0 ,   S a2 = 1 ) ,   o r   p o s it i v e   ( S a1 = 1 ,   S a2 =1 )   p o i n t s   o f   t h e   d c - l i n k ,   w h i c h   r e s u l ts   i n   a   d i f f e r e n t   c u r r e n t   p a t h   b e t w ee n   t h e   DC   s i d e   a n d   AC   s i d e .           Fig u r 1 .   NPC   co n v e r ter   to p o lo g y       At  th d c - lin k   s id e,   two   ca p ac ito r s   ar co n n ec ted   in   s er ies  to   f o r m   n eu t r al  p o in t   N .   T h d io d es  D z1 an d   D z2   a r co n n ec ted   to   th n eu tr al  p o i n t,  N   is   th e   clam p in g   d io d es.  W h en   s witch in g   S 2   an d   ̅ 1   ar e   tu r n e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A n a lysi s   o f V F DP C   fo r   th r ee - leve l n eu tr a l p o in t c la m p ed   A C - DC   …  ( A z z id d in   Mo h a ma d   R a z a li)   65   o n ,   t h co n v er ter   in p u ter m i n al  is   co n n ec ted   to   t h n eu tr a p o in t   th r o u g h   o n e   o f   th e   cla m p in g   d io d es.   T h v o ltag ac r o s s   ea ch   o f   th DC   ca p ac ito r s   is   V dc /2 ,   wh ich   is   n o r m ally   eq u al  to   h alf   o f   t h to t al  DC   v o ltag Vd c.   W ith   f in ite  v alu f o r   C 1   an d   C 2 ,   th ca p ac ito r   ca n   b c h ar g e d   o r   d is ch ar g e d   b y   n eu t r al  cu r r en t,  ca u s in g   n eu tr al - p o in v o ltag e   d ev iatio n .   T h e   s witch es  1 ,   2   ̅ 1 ,   ̅ 2   1   2   ̅ 1 ̅ 2   1 ,   2   an d   ̅ 1 ,   ̅ 2   ar co m p lim en tar y   in   o p er atio n .   Nex t,  th s witch in g   s tate  d ef in itio n s   in   NP C   ar s h o wn   in   T a b le  1 .   T h ter m   [ P ]   d en o tes  th at   th u p p e r   two   s witch es  in   leg   A   ar t u r n e d   o n .   [ O]   in d icate s   th in n e r   two   s witch es  2   an d   ̅ 1   ar o n ,   w h ile  1   an d     ̅ 2   ar o p er ate   in   co m p lem en tar y   m an n e r .       T ab le  1 .   Switch in g   s tates f o r   NPC   S w i t c h i n g   st a t e   S w i t c h i n g   st a t u s ( p h a se   A )   1 ,   2   1 ,   2   P   ON   ON   O F F   O F F   O   O F F   ON   ON   O F F   N   O F F   O F F   ON   ON       T h th r ee - p h ase  3 L   NPC   h as  to tal  o f   2 7   co m b i n atio n s   o f   s witch in g   s tates  as  ca n   b s ee n   in   th e   v o ltag v ec to r s   [ 2 3 ] .   T h o s v ec to r s   ar ar r an g e d   in to   f o u r   ca teg o r ies,  as  g iv en   in   T ab le  2 .   T h 2 7   s witch in g   s tates  li s ted   in   th tab le  co r r esp o n d   to   1 9   v o ltag v ec to r s   th at  ar b ased   o n   th eir   m a g n itu d e   ( len g th )   c o m p u t e   th v ec to r   r e p r esen tatio n   in   th s p ac v ec to r   [ 2 4 ] .   T h e   th s u b - in d e x   L,   M,   a n d   a r r elate d   to   lar g e,   m e d iu m ,   an d   s m all  v ec to r s   as illu s tr ated   in   Fig u r 2   [ 2 5 ] .       T ab le  2 .   Dif f e r en t switch in g   s tates o f   th r ee - lev el  c o n v er te r s   S w i t c h i n g   st a t e s   V e c t o r   c l a ss i f i c a t i o n   V e c t o r   ma g n i t u d e   V 0 ( P P P , N N N , O O O )   Ze r o   v e c t o r   0   V S _ 1 ( P O O / O N N )   ; V S _ 2 ( P P O / O O N )   V S _ 3 ( O P O / N O N )   ;   V S _ 4 ( O P P / N O O )   V s_ 5 ( O P P / N N O )   ;   V S _ 6 ( P O P / O N O )   S mal l   v e c t o r   1 / 3 V d   V M _ 1 ( P O N )   ;   V M _ 2 ( O P N ) ; V M _ 3 ( N P O )   V M _ 4 ( N O P )   ; V M _ 1 ( O N P )   ;   V M _ 6 ( P N O )   M e d i u v e c t o r   3 / 3 V d   V L_ 1 ( P N N )   ;   V L _ 2 ( P P N )   ;   V L_ 3 ( N P N )   V L_ 4 ( N P P )   ;   V L _ 5 ( N N P )   ; V L _ 6 ( P N P )   La r g e   v e t o r   2 / 3 V d           Fig u r 2 .   Secto r   d ec o m p o s itio n   o f   th r ee - lev el  s p ac v ec to r   d iag r am       3.   T H RE E - L E VE L   NP C   V I RT UAL - F L U DIR E C T   P O WE CO NT RO L   ( 3 L   NP V F DP C)   T h e   b lo c k   d iag r am   o f   th e   p r o p o s ed   VFDPC   in   NPC   AC - D C   co n v er ter s   is   s h o wn   i n   Fig u r 3 .   I is   ap p ar en to   s ee   th at  th v o ltag s en s o r   h as  b ee n   elim in ated .   T h v ir tu al  f lu x   co n ce p f o r   m u ltil ev el  co n v er ter s   NPC   to p o lo g y   th co n v er ter   p o le  v o ltag e,   V con, an V conv , bn ,   an d   V conv, cn   ca n   b o b tain e d   b y   u s in g   th in p u f r o m   th s witch in g   s tates  o f   t h co n v er ter s ,   S a1 , b1, c1 S a2, b2, c2   an d   ca p ac ito r   v o ltag es,  v dc1 v dc2   f r o m   u p p er   a n d   lo wer .   T h en ,   th e   co n v er ter   p o le  v o lta g e,   V con, an V conv, bn ,   an d   V conv, cn   h as  b ee n   tr an s f o r m ed   f r o m   th a b c - r ef er e n ce   f r am in to   th e   αβ - r ef er e n ce   f r am u s in g   C lar k - tr an s f o r m atio n .   T h in p u t   f r o m   g r id   v ir tu al  f lu x   an d   cu r r en f r o m   alp h a - b eta   r ef er e n ce - f r a m a r u s ed   to   m ea s u r e   th i n s tan tan eo u s   ac tiv e   P inst   an d   r e ac tiv p o wer   Q inst Me an wh ile,   th r ef er en ce   ac ti v p o we r   P ref   is   p r o d u ce d   b y   m u ltip ly in g   t h DC - lin k   o u tp u v o ltag V dc   with   th o u tp u s ig n al  f r o m   th PI   co n t r o ller   wh ile  th r ef er en ce   r ea cti v p o wer   Q ref   is   s et  to   ze r o   to   d em o n s tr ate  u n ity   p o wer   f ac to r   o p e r atio n .   Su b s eq u en tly ,   th e   co m m a n d   ac tiv p o wer   P ref   an d   r ea ctiv p o wer   Q ref  v alu es  ar s u b tr ac ted   with   ca lcu lated   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   to   p r o d u ce   th in s tan tan eo u s   ac tiv p o wer   er r o r   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 63 - 75   66   r ea ctiv p o wer   e r r o r   d e n o ted   b y   Δ P   an d   Δ Q   r esp ec tiv ely .   T h er r o r   s ig n als  ar e   p r o ce s s ed   b y   two   h y s ter esis   co n tr o ller s   to   p r o d u ce   th p o wer   er r o r   s tatu s   s ig n als  s h o wn   b y   d P   an d   d Q .   B y   u s in g   th in f o r m atio n   o f   p o wer   er r o r   s tatu s   an d   th e   in cr ea s in g   o r   d ec r ea s in g   o f   v dc1   a n d   v dc2 ,   t h h y s ter esis   co n tr o ller   p r o d u c es  an   o u t p u s ig n al  wh ich   is   k n o wn   as a   b alan cin g   s tatu s   B s .           Fig u r 3 .   B lo ck   d iag r am   f o r   3 L   NPC   VFD PC       W ith   th b alan ce d   th r ee - p h ase  in p u v o ltag es  an d   cu r r e n ts ,   th in p u co m p le x   p o wer   in   s tatio n ar y   r ef er en ce   f r am ca n   b wr itten   as:      = 3 2 ̄ ,  ̄ ,    ( 1 )     th d er iv atio n   o f   in p u in s tan ta n eo u s   ac tiv an d   r ea ctiv p o wer s   in   s tatio n ar y   αβ - r ef er e n ce   f r am is   p er f o r m ed   b y   ap p ly in g   t h v ir t u al  f lu x   d i f f er en tiatin g   e q u atio n   to   th c o m p lex   p o wer   o f   ( 1 ) .   T h d e r iv atio n   p r o ce d u r is   as f o llo ws:      = 3 2 ̄ ,  ̄ ,      = 3 2 { (  ( ̅ ,  ) ) ̅ ,  } = 3 2 { | ̅ ,  | (  (  ) ) ̅ ,  }     = 3 2 { (  | ̅ ,  |  )   ̅ ,  } = 3 2 {  ( , + , ) ( , , ) }     = 3 2 {  ( , ,   +   , ,     , ,   +   , , ) }     = 3 2 {  ( , ,   +   , , )     ( , ,     , , ) }     = 3 2 { ( , ,     , , ) + ( , ,   +   , , ) }   ( 2 )     wh er , is   th th r ee - p h ase  v o ltag s u p p ly ,   ,   is   th th r ee - p h ase  l in cu r r en t,  an d      , is   th th r ee - p h ase  co n v er ter   p o le  v o ltag e.   T h en ,   t h p h ase  v o ltag es  at   th e   p o les  f o r   ea c h   p h ase  o f   th c o n v er ter   a r e q u al  as  in   ( 3 )   t o   ( 6 )   wh er S a, b, c   th s witch in g   s tate  o f   th c o n v er te r   i s   an d   dc V is   th lin k - o u tp u v o ltag e.       [ , , , ] = [ , , , ] +  [ , , , ] + [  ,  , , ]   ( 3 )     ,  = 2 1 ( 1 + 1 ) 3  1 + 2 2 ( 2 + 2 ) 3  2   ( 4 )      ,  = 2 1 ( 1 + 1 ) 3  1 + 2 2 ( 2 + 2 ) 3  2   ( 5 )   ,  = 2 1 ( 1 + 1 ) 3  1 + 2 2 ( 2 + 2 ) 3  2   ( 6 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A n a lysi s   o f V F DP C   fo r   th r ee - leve l n eu tr a l p o in t c la m p ed   A C - DC   …  ( A z z id d in   Mo h a ma d   R a z a li)   67   n ex t ,   an y   th r ee - p h ase  elec tr ical  q u an titi es  in   abc - c o o r d i n ates  wh ich   ar d ef in ed   b y   x a, b, c   ca n   f u r th er   b e   tr an s f o r m ed   in to   s tatio n ar y   αβ - co o r d i n ates b y   u s in g   th tr an s f o r m atio n   m atr ix .     [ ] = 2 3 [ 1 1 2 1 2 0 3 2 3 2 ] [ ]       th g r id   v ir tu al   f lu x   v ec to r   in   s tatio n ar y   f r am ,    is   d ef in e d   as  th in teg r atio n   o f   th g r id   v o ltag v ec to r   in   s tatio n ar y   r e f er en ce   f r am e   ,    as sh o wn   in   ( 7 ) :     ,  ,  =  ,    ( 7 )     by  ap p l y in g   t h o f   v ir tu al  f lu x   in   ( 7 ) ,   t h g r i d   v ir tu al  f lu x   v ec to r   ca n   b e   esti m ated   as sh o wn   in :     ,  = (  ,   + ,  ) + ,    ( 8 )     in   p r ac tice,   th v alu o f   in ter n al  lin f ilter   r esis tan ce   R   ca n   b n eg lecte d   s in ce   its   v alu e   is   m u ch   s m aller   th an   th v alu o f   th lin in d u ctan c im p ed an ce   Z L .     T h er ef o r e,   i n   ( 8 )   ca n   b r ewr itten   in   th s tati o n ar y   co o r d in ates  f o r   ac q u ir in g   t h m ag n itu d o f   g r id   v i r tu al  f lu x   at  b o th   r ea l a n d   co m p lex   ax es a s   s h o wn   i n   ( 9 )   to   ( 1 0 ) .     , =  ,  + ,   ( 9 )     , =  ,  + ,   ( 1 0 )     th en ,   t h id ea l   in teg r atio n   th at  is   u s ed   to   ca lcu l ate  t h g r id   v ir tu al  f lu x   as  s h o wn   i n   ( 9 )   to   ( 1 0 )   m ig h b e   s atu r ate d   d u to   d o f f s et  wh ich   is   p r ese n in   th s en s ed   cu r r en t o r   v o ltag e.   T h u s ,   a   lo w - p ass   f ilter   is   s elec ted   to   r ep lace   th p u r i n teg r ato r .   Ho wev er ,   s im p le  lo w - p ass   f ilter   r ed u ce s   th s y s te m   p er f o r m a n ce   b ec au s it  p r o d u ce s   er r o r s   in   th e   p h ase  an d   m a g n itu d o f   th e   v ir t u al  f lu x   c o m p o n en ts   ca lc u latio n s .   T o   m i n im ize  th ese  er r o r s ,     in   ( 1 1 )   an d   ( 1 2 )   ar an aly ze d   an d   ad o p te d   in   th v ir tu al  f lu x   esti m atio n   p r o ce d u r wh ich   p r o v id es  lo w - p ass   f ilter   ch ar ac ter is tic  at  all  f r eq u en cies.  T h αβ - co m p o n e n ts   o f   th ac tu al  co n v er ter   v ir tu a f lu x   ,    ar ca lcu lated   b ased   o n   th o p e r at in g   f r eq u en cy   with   a   g iv en   n o tatio n   o f     o r     th lo w - p ass   f ilter   cu t - o f f   f r eq u e n cy   ,   an d   th e   esti m ate  o f   th co n v er ter   p o le  f lu x   v ec to r   ,  ,    as sh o wn   in   Fig u r 4 .        , =  , +  , ( )   ( 1 1 )      , = ,  , ( )   ( 1 2 )           Fig u r 4 .   C o n tr o l b lo c k s   f o r   v ir tu al  f lu x   esti m atio n   i n   3 L   NP C   VFDP C       Hen ce ,   b y   s ep ar atin g   th e   r ea a n d   im a g in ar y   co m p o n e n ts ,   th e   in p u in s tan tan e o u s   ac tiv e   p o w er ,   P in   a n d   r ea ctiv e   p o wer ,   Q in  o f   th PW AC - DC   co n v er ter   in   a   s tatio n ar y   f r a m ca n   b wr itten   as:      = 3 2 ( , , , , )   ( 1 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 63 - 75   68    = 3 2 ( , , + , , )   ( 1 4 )     ac co r d in g l y ,   th e   d if f er e n tiatio n   o f   ac ti v an d   r ea ctiv p o we r   ca n   b r ep r esen ted   as  s h o w n   in   ( 1 5 )   an d   ( 1 6 ) r esp ec tiv ely :       = 3 2 ( , ,  + ,  , , ,  ,  , )   ( 15 )       = 3 2 ( , ,  + ,  , + , ,  + ,  , )   ( 1 6 )     T h illu s tr atio n   o f   th p lo tte d   wav ef o r m   is   s h o wn   in   Fig u r 5   f o r   t h ac tiv p o wer   an d   Fig u r 6   f o r   th r ea ctiv e   p o wer   ar e   ad o p t o   s u b ject  t h r esp o n s o f   a n   i n s tan tan eo u s   o f   ac tiv e   an d   r ea c tiv p o wer   to war d s   th p ar ticu lar   c o n v e r ter   v o ltag v ec to r ,   V n .   T h er e f o r e,   to   g e n er ate  th m o s co m p atib le  lo o k u p   tab le  as  s h o w n   in   T ab le  3 ,   th e   r esp o n s o f   th e   s ig n   an d   m a g n itu d e   ac q u i r in g   in   ea ch   s ec to r   h as  b ee n   im p l e m en ted   d u to   th e   ch an g e   o f   ac tiv a n d   r ea ctiv p o wer .   Fo r   e x am p le,   f o r   th e   a n g le  in   th e   r an g e   0 t o   3 0 o t h e   ap p licatio n   o f   s h o r t   v o ltag v ec to r s   ( V S_3   V S_4   V S_5   V S_6 ) ,   m ed iu m   v o ltag v ec to r s   ( V M_3   V M_4   V M_5 ) ,   lo n g   v o ltag v ec to r s   ( V L_3   V L_4   V L_5 ) ,   an d   ze r o   v o ltag e   v ec to r s   ( V 0   V 7 )   ca p a b le  to   p r o d u ce d   f o r   p o s itiv tim e - d er iv ativ e   f o r   th e   ac tiv p o wer .   T h u s ,   th ac tiv p o wer   ten d s   to   in cr ea s wh ile  th o s v ec to r s   ar ap p lied .   Ho wev er ,   th r o u g h   th im p lem en tatio n   o f   v o ltag v ec to r   ( V S_1 )   f o r   s h o r t,  m ed iu m   ( V M_6   V M_1 ) ,   an d   l o n g   ( V L_1   V L_2 )   g e n er ate   n e g ativ e - tim d er iv ativ e   th at  in ten d s   to   d ec r ea s th ac tiv p o wer .   T h at  in f o r m atio n   i s   b ein g   ap p lied   to   th r em ain i n g   1 1   s ec to r s .   T h is   o p er atin g   is   ca r r y   o n   f o r   th r e ac tiv p o wer   c h ar ac ter is tics   wh en   th e   im p l em en tatio n   f r o m   s h o r ( V S_2   V S_3   V S_4 ) ,   m ed iu m   ( V M_1   V M_3 ) ,   lo n g     ( V L_2   V L_3   V L_4 ) ,   an d   ze r o   ( V 0   V 7 )   v o ltag e   v ec to r s   d ec id e   o n   to   d eliv er   p o s itiv tim e - d er iv ativ e   o f   r ea ctiv e   p o wer .   T h e n   b y   a p p ly in g   t h v o l tag v ec to r s   f r o m   s h o r ( V S_5   V S_6 ) ,   m ed i u m   ( V M_ 5   V M_6 ) ,   an d   lo n g   ( V L_5   V L_6 )   b r in g   to   n e g ativ tim e - d er i v at iv wh ich   r ed u ce   th r ea ctiv e   p o wer .   T h s am o p er atin g   h as b ee n   a p p lied   f o r   th r em ain in g   1 1   s ec to r s   in   r e ac tiv p o wer   d e r iv ativ es.           Fig u r 5 .   Dif f e r en tiatio n   c h ar a cter is tics   u n d er   d if f er e n t v o lta g v ec to r   V n   f o r   ac tiv p o we r           Fig u r 6 .   Dif f e r en tiatio n   c h ar a cter is tics   u n d er   d if f er e n t v o lta g v ec to r   V n   f o r   r ea ctiv p o we r       4.   T H E   P RO P O SE B A L ANC E CO NT RO L   S T RA T E G Y   O p er atin g   th r ee - lev el  NPC   AC - DC   co n v er ter   in v o lv es  b y   a p p ly in g   a   s h o r t - am p litu d v o ltag v ec to r wh ich   can   p o te n tially   d is r u p t   th b alan ce   b etwe en   th u p p er   an d   lo wer   ca p ac ito r   v o ltag es,  s p ec if ically   V c1   ( u p p er   ca p ac it o r   v o ltag e)   an d   V c2   ( lo wer   ca p ac ito r   v o ltag e ) .   T h ese  v o ltag e   v ec to r s   ar r ep r esen ted   with in   an   "in n er   h ex a g o n in   th v o lta g s p ac v ec to r   d iag r a m   as  s h o wn   in   Fig u r 2 ,   wh er ea c h   v ec to r   o f f er s   two   p o s s ib le  s witch in g   s tate s P - ty p an d   N - ty p e.   Selectin g   th a p p r o p r iate  s witch in g   s tate  is   cr u cial,   as  P - ty p an d   N - ty p s tates p r o d u ce   o p p o s ite  ef f ec ts   o n   th ca p ac ito r   v o lta g es   as c an   b s ee n   in   T a b le  3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A n a lysi s   o f V F DP C   fo r   th r ee - leve l n eu tr a l p o in t c la m p ed   A C - DC   …  ( A z z id d in   Mo h a ma d   R a z a li)   69   T ab le  3 .   Switch in g   s tates f o r   NPC     Ty p e   o f   sw i t c h i n g   s t a t e   S w i t c h i n g   st a t e   Ef f e c t   t o w a r d   c a p a c i t o r   v o l t a g e   P - t y p e   [ P P O ] ,   [ P O O ] ,   [ P O P ] ,   [ O O P ] ,   [ O P P ] ,   [ O P O ] ,   V 1   < V 2   N - t y p e   [ O O N ] ,   [ O N N ] ,   [ O N O ] ,   [ N N O ] ,   [ N O O ] ,   [NON]   V 1   > V 2       T h P - ty p s witch in g   s tate  d ec r ea s es  th v o ltag ac r o s s   th u p p er   ca p ac ito r   ( V c1 )   b y   ca u s in g   it  to   d is ch ar g e,   w h ich   r esu lts   in   V c1   d r o p p in g   b el o V c2 .   I n   c o n t r ast,  th N - ty p s witch in g   s tate  in cr ea s es  V c1   b y   d is ch ar g in g   th lo wer   ca p ac it o r   ( C 2 ) ,   p o ten tially   ca u s in g   V c1   to   ex ce ed   V c2 .   T h is   v o ltag im b alan ce   b etwe en   V c1   an d   V c2   ca n   s ig n if ican tly   af f ec th c o n v e r ter s   p er f o r m an ce   an d   s tab ilit y .   Ach iev in g   an d   m ain tain i n g   a   b alan ce d   v o ltag b etwe en   V c1   an d   V c2   is   ess en tial  to   av o i d   is s u es  s u ch   as  s h o r cir cu its .   T h ese  is s u es  ca n   ar is e   if   th v o ltag d if f er e n ce   b etwe en   th ca p ac ito r s   b ec o m es  to o   lar g e,   lead in g   to   p o ten tial  d am ag to   th p o we r   s witch es  an d   co m p r o m is in g   th co n v e r ter s   f u n ctio n ality .   E f f ec tiv m an a g em en o f   th e   s witch in g   s tates  is   th er ef o r v ital f o r   t h s af an d   ef f ic ien t o p e r atio n   o f   th c o n v er ter .   T o   m itig ate  th ese  ch allen g es,  t h b alan cin g   s tr ateg y   b lo ck   d i ag r am   is   s h o wn   i n   Fig u r e   7 .   T h is   d iag r am   r ep r esen ts   s ig n al  p r o ce s s in g   o r   co n tr o l   s y s tem   m o d el,   wh e r two   in p u s ig n als,  V c1   an d   V c2 ,   ar f ir s s u b tr ac ted   to   p r o d u ce   d if f er e n ce   s ig n al .   T h is   d if f er en ce   is   th en   p ass ed   th r o u g h   r elay   b l o ck ,   wh ic h   lik ely   in tr o d u ce s   d ec is io n - m ak in g   lo g ic,   s u ch   a s   ac tiv atin g   o r   d ea ctiv atin g   th s ig n a b ased   o n   s p ec if ic  th r esh o ld ,   1   o r   0 .   T h e   co n v er ted   s ig n al  is   th e n   m u lt ip lied   b y   co n s tan v alu o f   1   an d   an o th er   d ata  ty p co n v er s io n   f o llo ws,  p r ep ar in g   th s ig n al  f o r   o u tp u t,  wh ich   is   lab eled   "Bs to   r ep r esen ts   th b alan cin g   s tatu s   an d   is   d ir ec te d   to   th MA T L AB   Fu n ctio n   b lo c k   f o r   s witch in g   s tates.            Fig u r 7 .   B lo ck   d iag r am   f o r   b alan cin g   s tr ateg y     A n   o p tim ized   s witch i n g   ta b le,   p r esen ted   in   T ab le  4 ,   h as b ee n   d ev elo p ed   f o r   t h th r ee - le v el  NPC   AC - DC   co n v er ter .   T h is   tab le  is   th r esu lt o f   ex ten s iv an aly s is ,   tak in g   in to   ac co u n t th ef f ec ts   o f   d if f er en t v o lta g v ec to r s   o n   b o th   ac tiv an d   r e ac tiv p o wer   f lo ws,  as  well  a s   th eir   im p ac o n   th b alan cin g   s tatu s   ( B s )   o f   th e   ca p ac ito r s .   T h e   B s   p ar am eter   d ir ec ts   th ch o ice  o f   s witch in g   s tate:  B s   1   in d icate s   th at   t h P - ty p e   s witch in g   s tate  s h o u ld   b em p lo y ed .   I n   t h is   s tate,   th e   u p p er   ca p ac ito r   v o ltag ( V c1 )   will  d ec r ea s e,   h el p in g   to   p r ev e n Vc1   f r o m   b ec o m i n g   t o o   h ig h   r ela tiv to   V c2 .   Mean wh ile ,   B s   0   s ate  s ig n al   th e   ap p licati o n   o f   th e   N - ty p e   is   ap p r o p r iate.   Her e,   th u p p e r   ca p ac ito r   v o ltag ( V c1 )   will  in cr ea s e,   en s u r in g   th at   V c1   d o es  n o f all  to o   lo w   co m p ar ed   to   V c2 .   B y   u s in g   th i s   o p tim ized   s witch in g   tab le,   t h co n v e r ter   ca n   d y n am ically   ad ju s th s witch in g   s tates  to   m ain tain   a   b alan ce d   v o ltag b etwe en   Vc1   an d   V c2 .   T h is   n o t   o n ly   p r ev en ts   p o ten ti al  s h o r cir c u its   an d   d am ag to   p o wer   s witch es b u t   also   en s u r es th o v e r all  s tab ilit y   an d   ef f icien cy   o f   th c o n v e r ter s   o p er atio n .       T ab le  4 .   Switch in g   s tates f o r   NPC     P o w e r   e r r o r   st a t u s   S e c t o r   p o s i t i o n   ( θ n )   a n d   c o n v e r t e r   v o l t a g e   v e c t o r   ( V n )   d P   d Q   B S   θ 1   θ 2   θ 3   θ 4   θ 5   θ 6   θ 7   θ 8   θ 9   θ 10   θ 11   θ 12   0   0   -   V L _1   V M _1   V L _2   V M _2   V L _3   V M _3   V L _4   V M _4   V L _5   V M _5   V L _6   V M _6   0   1   -   V M _1   V L _2   V M _2   V L _3   V M _3   V L _4   V M _4   V L _5   V M _5   V L _6   V M _6   V L _1   1   0     V   S _5   V   S _5   V   S _6   V   S _6   V   S _1   V   S _1   V   S _2   V   S _2   V   S _3   V   S _3   V   S _4   V   S _4       1   OOP   OOP   P O P   P O P   P O O   P O O   PPO   PPO   O P O   O P O   O P P   O P P       0   NNO   NNO   ONO   ONO   ONN   ONN   OON   OON   NON   NON   NNO   NNO   1   1     V   S _4   V   S _4   V   S _5   V   S _5   V   S _6   V   S _6   V   S _1   V   S _1   V   S _2   V   S _2   V   S _3   V   S _3       1   O P P   O P P   OOP   OOP   P O P   P O P   P O O   P O O   PPO   PPO   O P O   O P O       0   NNO   NNO   NNO   NNO   ONO   ONO   ONN   ONN   OON   OON   NON   NON       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 63 - 75   70   5.   SI M UL A T I O R E S UL T   T h th r ee - lev el  AC - DC   co n v er ter   s y s tem   u s in g   th p r o p o s ed   s witch in g   lo o k - u p   tab le  in   3 L   NPC   VFDP C   is   s im u lated   in   MA T L AB /Si m u lin k   b lo ck   d iag r am .   T h m ain   p ar a m eter   u s ed   in   t h s im u latio n   is   g iv en   in   T ab le  5 .   T h er ef o r Fig u r 8   s h o th r esu lts   th at  o b tain   f r o m   th e   s im u latio n   an d   co n s is ts   o f   s ix   s u b p lo ts   f r o m   d i f f er en asp ec o f   elec tr ical  s ig n als.  T h f ir s s u b p lo Fig u r 8 ( a)   illu s tr ates  th p h a s v o ltag es  Va ,   Vb an d   Vc   o v e r   tim e,   d ep icted   as si n u s o id al  wav ef o r m s   with   1 2 0   p h ase   s h if ts ,   ch ar ac ter is tic  o f   a   b alan ce d   th r ee - p h ase  AC   s y s tem .   T h v o ltag e s   ex h ib it  co n s is ten am p litu d e   an d   f r e q u en c y ,   in d icatin g   a   s tab le  s o u r ce .   Su b p lo t   Fig u r 8 ( b )   s h o ws  th p h ase   cu r r en ts   I a I b ,   an d   I c   o v er   tim e,   wh ich   also   f o llo s in u s o id al  p atter n s .   I n     Fig u r 8 ( c)   r ep r esen ts   th u n i ty   p o wer   f ac t o r   o p er atio n   wh er th p h ase  v o ltag an d   c u r r en ar i n   p h ase.   Me an wh ile,   th esti m ated   in s t an tan eo u s   ac tiv e   p o wer   an d   r e ac tiv p o wer   ar s h o w n   in   Fig u r 8 ( d ) .   I is   clea r   to   s ee   th at   th r ea ctiv p o wer   is   k ep at   0   VAr   to   ac h iev e   u n ity   p o wer   f ac to r   o p er atio n .   T h d c   o u tp u v o ltag V dc   f o llo ws  th d c   r ef er e n ce   wh ich   is   s et  to   1 5 0   as  s h o w n   in   Fig u r 8 ( e ) .   Fin ally ,   i n   Fig u r 8 ( f )   p r esen ts   a   h ar m o n ic   an aly s is   o f   th e   s y s tem ,   f o c u s in g   o n   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   f o r   in p u cu r r e n t,  wh ich   is   ca lcu lated   at  1 . 3 4 %.  T h is   v alu o f   T HD  co m p lies   with   th s p ec if icatio n   o f   IEEE - 519   wh e r th cu r r e n T HD  s h o u ld   b less   th an   5 %.           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   (f)     Fig u r 8 .   Simu latio n   r esu lts   f r o m   3 L   NPC   VFDPC   ( a)   th r ee - p h ase  s u p p ly   v o ltag e ,   ( b )   t h r e p h ase  in p u cu r r en t ,   ( c)   p h ase  a   v o ltag an d   cu r r e n t a t u n ity   p o wer   f ac to r   o p er atio n ,   ( d )   esti m ated   in p u t   in s tan tan eo u s   ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer   at  u n ity   p o wer   f ac to r   o p er atio n ,   ( e )   g en er ate d   dc - lin k   o u t p u v o ltag e ,   an d     (f)   h ar m o n ic  s p ec tr u m   o f   th i n p u t lin c u r r en t       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2 5 0 2 - 4 7 52       A n a lysi s   o f V F DP C   fo r   th r ee - leve l n eu tr a l p o in t c la m p ed   A C - DC   …  ( A z z id d in   Mo h a ma d   R a z a li)   71   T ab le  5 .   T h p ar am ete r s   u s ed   in   3 L   NPC   VFDP C   P a r a me t e r   V a l u e   I n p u t   p h a s e   v o l t a g e   ( p e a k )   E g   7 0 . 7 1 V   S o u r c e   v o l t a g e   f r e q u e n c y   f   6 0 H z   DC - l i n k   v o l t a g e   r e f e r e n c e   V dc . r e f   1 5 0 V   R e si st a n c e   o f   r e a c t o r R   0 . 2   I n d u c t a n c e   o f   r e a c t o r L   1 5 mH   DC - l i n k   c a p a c i t o r   C   1 0 . 8 mF   Lo a d   r e si s t a n c e   R l oad   1 4 0   S a mp l i n g   t i me   T s   2 0 µ s   S a mp l i n g   f r e q u e n c y   f s= 1 / T s   5 0 k H z       T h in p u t   r ea ctiv p o wer   r ef e r en ce   Q ref   is   s et  to   ze r o   to   o p er ate  th PW r ec tifie r   at  u n ity   p o wer   f ac to r   m o d e.   I n   s o m ap p licatio n s ,   co n tr o ller   is   r eq u ir e d   to   b o p er ate d   at  lead in g   o r   la g g in g   p o wer   f ac to r s   m o d es   as  s h o wn   in   Fig u r 9 .   T h v alu o f   Q ref    is   b ein g   s et  eith er   1 0 0   VAr   o r   - 1 0 0   VAr   to   d em o n s tr ate  lag g in g   o r   lead in g   p o wer   f ac to r   o p er at io n s ,   r esp ec tiv ely .   I n   lead i n g   p o wer   f ac to r   o p er atio n   m o d e ,   th p h ase  a   cu r r e n t   lead s   th p h ase  a   s u p p ly   v o ltag wh ile  th in s tan tan eo u s   r ea ctiv p o wer   Q inst   tr ac k s   th r ef e r en ce   v alu o f   Q ref    wh ich   is   - 1 0 0   VAr   as  s h o wn   in   Fig u r 9 ( a) .   T h e   m ag n itu d o f   t h ac tiv e   p o wer   is   m ain tain ed   at  1 5 0   W att.   L ag g in g   p o wer   f ac to r   o p e r atio n   m o d is   ac tiv ated   b y   s h if te d   u p   th Q ref   f r o m   0   to   1 0 0   V Ar   wh ich   will  r esu lt   th p h ase  a   cu r r e n lag s   th p h ase  a   v o ltag e.   Me an wh ile,   th in s tan tan eo u s   o f   r ea ctiv p o wer   Q inst   tr ac k s   th r ef er en ce   v alu e   o f   Q ref   s u cc es s f u lly ,   wh ile  m ain tain in g   th e   m ag n itu d e   o f   th e   in s tan tan eo u s   ac tiv p o wer   P inst as c an   b s ee n   in   Fig u r 9 ( b ) .           ( a)       ( b )     Fig u r 9 .   Po wer   f ac to r   m o d ( a)   lead in g   p o wer   f ac t o r   an d   ( b )   lag g i n g   p o wer   f ac to r       T h co n tr o l   m eth o d   is   also   ev alu ated   u n d e r   th tr an s ien r es p o n s d u r i n g   lo ad   v ar iatio n   a n d   o n ce   th DC   v o ltag r ef e r en ce   co m m a n d   c h an g es  f r o m   1 5 0   V   to   1 8 0   V   at  5 s   a n d   b ac k   to   1 5 0   at  8 s   as  s h o w n   in     Fig u r 1 0 .   I n   lo ad   v ar iatio n ,   a   1 0 0     r esis to r   is   co n n ec ted   in   p ar allel  with   th ex is tin g   r es is to r   ac r o s s   th d c - lin k   at  3 s   to   cr ea te   s u d d en   d i s tu r b an ce   to   th l o ad   c u r r e n t.  b r ea k er   is   u s ed   in   th e   s im u l atio n   f o r   co n n ec tin g   th ad d itio n al  r esis to r   to   th e   e x is tin g   r esis to r .   I t is ap p ar en t t o   s ee   th at  th DC   o u tp u v o lt a g is   ex p er ien cin g   s u d d en   d r o p   with   s m all  d ip   b u it  r ec o v er s   to   th o r ig in al  v alu 1 5 0   f o r ce d   b y   th v o lt ag PI  r eg u lato r   as   s h o wn   in   Fig u r 1 0 ( a) .   T h en ,   in   Fig u r 1 0 ( b )   th esti m ated   ac tiv p o wer ,   P   f o llo ws  th ch an g in   lo ad   as  it  in cr ea s es  s u d d en l y   at  3 s   d u t o   th lo ad   d is tu r b an ce .   Me an w h ile,   th o v er s h o o an d   o s cillatio n   ar n o o b v io u s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 52   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  38 ,   No .   1 Ap r il   20 25 63 - 75   72   f o r   r ea ctiv e   p o wer ,   Q .   L astl y ,   at  th tim o f   3 s   in   Fig u r 1 0 ( c)   th lin c u r r e n wav ef o r m   f r o m   p h ase  a   s tar te d   to   in cr ea s es o n ce   th d is tu r b a n ce   o cc u r s   at  tim o f   3 s   r eg ar d in g   to   th r elatio n s h ip   o f   cu r r en t a n d   r esis tan ce   in   o h m s   law.   Nex t,  Fig u r 1 0 ( d )   s h o ws  th e   tr an s ien t   r esp o n s wh en   th e   d v o ltag e   r ef e r en ce   v ar ies.  W ith   t h ca lcu lated   q u an titi es  o f   th DC - lin k   v o ltag PI   r e g u lato r ,   th d o u tp u v o ltag V dc   f o llo w s   th V dcref   with   les s   o v er s h o o t.   T h esti m ated   ac ti v p o wer   also   in cr ea s es  an d   d ec r ea s es  r ap id ly   to   n ew  v al u es  d u r i n g   th s tep   ch an g es o f   th o u tp u v o ltag wh ile  k ee p in g   th r ea ctiv e   p o wer   at  0   VAr   as sh o wn   in   Fig u r 1 0 ( e) .   L astl y ,   th e   lin cu r r en t   I a   is   o b v io u s ly   in cr ea s ed   an d   d ec r ea s ed   as  s h o wn   in   Fig u r 1 0 ( f )   wh ich   a cc o m m o d ate  to   th e   in cr ea s in g   an d   d ec r ea s in g   o f   t h co n v er ter   d c   o u tp u t v o ltag e .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )           ( e)   (f)     Fig u r 1 0 .   An aly s is   f o r   lo a d   a n d   d c - lin k   v a r iatio n   ( a)   to   ( c)   tr an s ien r esp o n s f o r   lo ad   v ar i atio n   f r o m   lo to   h ig h   p o wer   d em a n d   a n d   ( d )   to   ( f )   tr a n s ien r esp o n s f o r   d o u tp u t v o ltag ch an g es; ( a)   an d   ( d )   Dc - lin k   o u t p u v o ltag ( b )   an d   ( e)   esti m ated   a ctiv an d   r ea c tiv e   p o wer   ( c)   a n d   ( f )   p h ase   a   cu r r e n t       6.   CO NCLU SI O N   T h p r esen p ap er ,   th er ef o r h as  s h o wn   th at  th p r o p o s ed   V FDPC   in teg r ated   o n to   th r ee - lev el  NPC   to p o lo g y   to   im p r o v d y n am ic   b eh av io r   an d   r o b u s tn ess   o f   o p er atio n .   VFDPC u s in g   d ir ec esti m ates  o f   g r id   v o ltag a n d   p o wer   co m p o n e n t s ,   th is   s o lu tio n   en tire ly   el im in a tes  th u s o f   tr ad itio n al   AC   in p u v o ltag s en s o r s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.