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.  1 6 ,   No .   3 ,   Sep tem b er   2 0 2 5 ,   p p .   1 6 8 7 ~ 1 70 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 6 . i3 . p p 1 6 8 7 - 1 70 0          1687       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   A mo del pr edictiv e control st ra tegy  f o r enhanc e per f o rma nce of  totem - po le  P F C r ectif ie r       L Cha u Duy ,   Ng uy en  Din T uy en   F a c u l t y   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 s   En g i n e e r i n g ,   H o   C h i   M i n h   C i t y   U n i v e r si t y   o f   T e c h n o l o g y   ( H C M U T) ,   H o   C h i   M i n h   C i t y ,   V i e t n a m   V i e t n a m   N a t i o n a l   U n i v e r si t y   H o   C h i   M i n h   C i t y   ( V N U H C M ) ,   H o   C h i   M i n h   C i t y ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  2 2 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ma y   2 0 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   J u n   3 ,   2 0 2 5       Th is  p a p e p ro p o se d   a   sim p le  b u e ffe c ti v e   fin it e   c o n tro se t - b a se d   m o d e l   p re d ictiv e   c o n tr o (F CS - M P C)  m e th o d   t o   c o n tro a   t o tem - p o le  b rid g e les b o o st   P F re c ti fier  (TBBR) .   T h e   c o n tro a lg o rit h m   se lec ts  fro m   t h e   p o ss ib le  sw it c h in g   sta tes   a n   a p p r o p riate   o n e   th a fu lfi l ls  a   p re d e fin e d   c o st   fu n c ti o n .   Th is  m e th o d   a lso   su c c e ss fu ll y   e li m in a tes   th e   z e ro - c ro ss in g   c u rre n t   d isto rt io n   so   th a t   th e   g ri d   c u rre n c a n   s y n c h ro n ize   we ll   wi th   th e   g rid   v o lt a g e .   Th e   th e o re ti c a a n a ly sis   wa p re se n t e d   a n d   v e rifi e d   b y   sim u latio n .   F in a ll y ,   a     3 . 3   k W/ 4 0 0   Vd c   p r o to ty p e   wa f a b rica ted   a n d   i n v e sti g a ted   th r o u g h   v a rio u wo rk i n g   c o n d it i o n s   t o   re a li z e   t h e   e ffe c ti v e n e ss   o th e   p r o p o se d   c o n tr o l   stra teg y .   B o th   sim u lati o n   a n d   e x p e rime n tal  re su lt s   sh o w   th a t   th e   p r o p o se d   c o n tro m e th o d   c a n   e n s u re   a c c u ra te  c o n tro o DC   li n k   o u tp u v o lt a g e   a n d   sin u so i d a i n p u c u rre n wit h   u n it y   p o we fa c to r.   K ey w o r d s :   Mo d el  p r ed ictiv e   co n tr o l   On - b o ar d   ch ar g er   Po wer   f ac to r   co r r ec tio n   T o tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   T o tem - p o le  b r id g eless   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 :   Ng u y en   Din h   T u y en   Facu lty   o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics  E n g in ee r in g ,   Ho   C h i M in h   C ity   Un iv er s ity   o f   T ec h n o lo g y   2 6 8   L y   T h u o n g   Kiet  St . ,   W ar d   1 4 ,   Dis tr ict  1 0 ,   Ho   C h i M in h   C ity   70000 ,   Vietn am   E m ail:  n d tu y en @ h cm u t.e d u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   No wad ay s ,   th o n g o in g   r ev o l u tio n   o f   elec tr ic  v eh icles   ( E V)   q u ick ly   ca r r ies  o u p r o d u c tio n   r am p - u p ,   p r o p ellin g   u s   to war d s   clea n er   an d   m o r s u s tain ab le  tr an s p o r tatio n   lan d s ca p e ,   in   wh ich   th er is   an   ess en tial  co m p o n en th at   s ilen tly   b u in d is p en s ab ly   u n d er p in s   th is   p r o g r ess th o n b o ar d   c h ar g e r     ( OB C )   [ 1 ] [ 2 ] .   T h is   co m p o n en ac ts   as  v er s atile  b r id g e,   s ea m less ly   tr an s f o r m in g   th a v ailab le  alter n atin g   cu r r en ( AC )   p o wer   f r o m   o u r   h o m es  an d   p u b lic  ch a r g in g   s tatio n s   in to   th d ir ec cu r r en ( DC )   en er g y   [ 3 ] - [ 5 ] .   Desp ite  its   s ee m in g ly   s im p le  f u n ctio n ,   t h OB C   en co m p ass es  co m p lex   co n f ig u r atio n   th at  b alan ce s   p o wer   h an d lin g   ca p ab ilit ies,  ef f icien cy ,   an d   co s t - ef f ec tiv e n ess .   Sin ce   th OB C 's  o p er atio n   b eg in s   with   r ec eiv in g   AC   p o wer ,   p o wer   f ac to r   co r r ec t io n   ( PF C )   r ec tifie r   is   a   m u s f o r   ac h iev in g   u n ity   p o wer   f a cto r   s o   th at  all  th en er g y   d r aw n   f r o m   th e   AC   m ain s   ca n   b p u i n to   u s ef u w o r k   [ 3 ] - [ 5 ] .   Var io u s   ap p r o ac h es  ex is t,  with   ea ch   o f f er in g   tr ad e - o f f s   b etwe en   ef f icien cy ,   co s t,  an d   s ize.   Am o n g   th em ,   s p ec if ic  to p o l o g y ,   k n o wn   as  th to tem - p o le  b o o s PF C ,   s tan d s   o u f o r   its   ab ilit y   to   d eliv er   ex ce p tio n al  ef f icien cy   an d   p o wer   d en s ity ,   m ak in g   it  co m p ellin g   c h o ice  f o r   v a r io u s   ap p licatio n s   [ 6 ] - [ 1 0 ] .   T r ad itio n ally ,   th b o o s PF C   r ec tifie r   o p er ates  with   th e   aid   o f   th d io d e   b r i d g r ec tifie r ,   wh ich   in tr o d u ce s   s o m e   in h er en lim itatio n s .   T o   ad d r ess   th is ,   th to tem - p o l e   b r id g eless   b o o s PF C   r ec tifie r   ( T B B R )   wa s   d ev is ed   to   elim in ate  th d io d b r id g alto g eth er ,   s u ch   th at  th lin e - f r eq u e n cy   s witch in g   MO SF E T s   ar u s ed   f o r   r ec tific ati o n h o wev er ,   it  n ee d s   m o r s o p h is ticated   co n tr o l   alg o r ith m s   to   en s u r p r o p er   o p er atio n   an d   m ain tain   ef f icien c y   ac r o s s   wid er   r a n g o f   o p e r atin g   co n d itio n s .   I n   p ar ticu lar ,   tr ad itio n al  p r o p o r tio n al - in teg r al  ( PI)   an d   p r o p o r tio n al - r eso n an ( PR )   co n tr o ller s   [ 1 1 ] - [ 1 8 ]   ar wid el y   ad o p ted   f o r   v o ltag an d   cu r r en t   r eg u latio n   b u s u f f e r   f r o m   p h ase  d elay s   an d   co m p lex   tu n in g   p r o ce d u r es.  T h ese  is s u es  lead   to   p o o r   tr ac k in g   o f   s in u s o id al  cu r r en r ef er e n ce s ,   esp ec ially   u n d er   d y n am ic   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 .   3 Sep tem b er   20 25 168 7 - 1 70 0   1688   lo ad   co n d itio n s .   Mo r eo v er ,   s u ch   m et h o d s   a r in e f f ec tiv i n   m itig atin g   cu r r en d is to r tio n   n ea r   g r id   v o ltag e   ze r o - cr o s s in g   p o in ts ,   wh ich   n eg ativ ely   im p ac ts   in p u cu r r e n to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   an d   o v er all   p o wer   q u ality .   I n   t h s itu atio n   o f   PI  co n tr o ller ,   at  f i r s t,  th DC - s id v o ltag is   o b tain ed ,   t h en   co m p ar ed   with   th r ef er e n ce   v o ltag e.   Su b s eq u en tly ,   th e   er r o r   is   p r o ce s s ed   th r o u g h   PI  r e g u lato r ,   wh ic h   is   co n f i g u r e d   to   g en er ate  an   er r o r - ad ju s ted   co m m an d   s y n ch r o n ized   with   th e   lin f r eq u en cy .   L ater ,   th in p u cu r r en r ef er e n ce   is   d eter m in ed   b y   t h o u tp u o f   th e   v o ltag e   r eg u lato r   a n d   th AC   cu r r en t   s ig n al  in   th s am m an n er .   T h e   cu r r en r e g u lato r   e n s u r es  th at  th in p u cu r r en tr ac k s   th r ef er en ce   cu r r en u n til  it  ac h iev e s   th d esire d   lev el.   Ho wev er ,   th PI  co n tr o ller   wo r k s   well  f o r   o n ly   DC   r ef er en ce ,   wh ile  it  f r eq u en tly   ca n ' b ad eq u ate   m ain tain ed   p e r f o r m an ce   if   t h e   co m m an d   is   s in u s o id al  s ig n al ,   s in ce   th in n er   PI  co n tr o lle r   lo o p   in tr o d u ce s   p h ase  d elay   w h en   tr ac k in g   th s in u s o id al  cu r r en wav e f o r m .   T h PR   co n tr o ller   ca n   r eso lv th is s u e,   b u t   th e   d esig n   p ar am eter s   o f   t h PR   co n tr o ller   ar c o m p licated   to   f it  in   v ar y in g   lin f r eq u en cy   [ 1 9 ] - [ 2 1 ] .   Sev er al   co n tr o m eth o d s   a r a p p lied   f o r   th e   PF C   to   im p r o v th e   co n v er ter   d y n a m ics ,   s u ch   as:  s li d in g   m o d e   co n tr o [ 2 2 ] - [ 2 4 ] ,   h y s ter esis   co n tr o [ 2 5 ] [ 2 6 ] ,   f u zz y - lo g ic  co n t r o [ 2 7 ] .   Ho we v er ,   with   th q u ick   ev o lu tio n   o f   p o wer   d ev ices a n d   d ig ital p r o ce s s o r s ,   th PI  co n tr o ller ,   s lid in g   m o d co n tr o l ,   an d   h y s ter esis   co n tr o l f ac co m p etitio n   f r o m   th p r ed ictiv e   co n tr o s t r ateg ies ,   wh ich   o f f e r   s im p ler   in   co n ce p ts ,   ea s ier   im p lem en t atio n ,   an d   s u p er io r   d y n am ic  p er f o r m an ce .   B asically ,   th s in g le - p h ase  T B B R   h as  h ig h - f r e q u en c y   s witch in g   MO SF E T s   o n   o n leg   ( Q 1   an d   Q 2 an d   lin e - f r eq u e n cy   s witch in g   MO SF E T s   o n   th o th er   leg   ( S 1   an d   S 2 )   as  s h o wn   in   Fig u r 1 .   I ts   o p er atin g   p r in cip le  d u r i n g   b o th   p o s itiv an d   n eg ativ h alf   cy cles  o f   th AC   in p u v o ltag is   d eter m in ed   b y   th e   s witch in g   s eq u en ce .   Du r in g   t h p o s itiv h alf   c y cle,   S 2   is   th co n tr o s witch   an d   S 1   is   th s y n ch r o n o u s   s witch s im u ltan eo u s ly ,   Q 1   is   tu r n e d   o n   an d   Q 2   is   alwa y s   in ac tiv e .   W h en   s witch   S 2   is   tu r n ed   o f f ,   th AC   s o u r ce   ch ar g es  th in d u cto r     wh ile  th o u tp u ca p ac ito r     d is ch ar g es  th r o u g h   t h lo ad   to   m ain ta in   r eg u lated   v o ltag at  th o u tp u t.  W h en   s witch   S 2   i s   tu r n ed   o n ,   th in d u cto r     d is ch ar g es  th s to r ed   en er g y ,   g en e r atin g   a   cu r r en th at  ch ar g es  th o u tp u ca p ac ito r   .   Du r in g   th n e g ativ h alf   cy cle,   th o p er atio n   o f   th T B B R   i s   s im ilar   ex ce p th e   r o le   o f   s witch es  is   s wap p ed ,   wh er e   S 1   b ec o m es  th e   m ain   s witch   an d   S 2   tu r n s   in to   co m p lem en tar y   s witch ,   m ea n wh ile  Q 2   is   tu r n ed   o n ,   leav in g   Q 1   in ac tiv e.   As  d escr ib ed ,   th T B B R   h as  s im p le  c o n f i g u r atio n ,   a n d   its   o p er atio n   d ep en d s   o n   th p o s s ib le  co m b in atio n s   o f   th e   o n /o f f   s witch in g   s tates  o f   th e   h ig h - f r eq u e n cy   s witch es.  Su b s eq u en tly ,   t h c o n tr o l   alg o r ith m   f o r   T B B R   ca n   b s i m p lifie d   as  s elec tin g   f r o m   th e   p o s s ib le  s witch in g   s tates  an   a p p r o p r iate  o n th at   f u lf ills   p r ed ef in ed   c o n d itio n .   B y   tak in g   in to   ac co u n th f in ite  s et  o f   p o s s ib le  s witc h in g   s tates  ( o n ly   2   ap p licab le  s ets),   it  is   s u g g ested   th at  f in ite  co n tr o l   s et  m o d el   p r ed ictiv c o n tr o l   ( FC S - MPC )   is   v e r y   p o wer f u l   co n ce p f o r   d esig n in g   co n tr o ll er s .   T h m ain   ad v an tag o f   th is   co n tr o s tr ateg y   is   th at  th s witch in g   s tates  ar e   d ir ec tly   co n s id er e d   as  th c o n tr o in p u s o   th at  m o d u latio n   s tag es  ar d e d u cted   f r o m   t h o v e r all  s y s tem .   Mo r eo v er ,   it  also   h as  f ast  d y n am ic  r esp o n s e,   as  well  as   ea s y   in clu s io n   o f   n o n lin ea r ities   an d   co n s tr ain ts   in   th d esig n   o f   co n tr o ller ,   m ak in g   it  p o p u lar   in   d i g ital  co n tr o o f   p o wer   co n v er te r s .   B ased   o n   d is cr ete  m o d el  o f   th e   co n v er ter ,   th FC S - MPC   ev al u ates  co s f u n ctio n   in   ac co r d an ce   with   th co n tr o o b jecti v es  b y   en u m e r atin g   all  p o s s ib le  co m b in atio n s   o f   s witch in g   s tates  o v er   f in ite  h o r izo n .   T h s witch in g   s tate   th at  r esu lts   in   th m in im al  v alu f o r   th c o s t f u n ctio n   is   s elec ted   as th b est s w itch in g   s tate  with in   th n ex t s witch in g   cy cle.             Fig u r 1 .   C o n f ig u r atio n   o f   s in g le - p h ase  to tem - p o le  b r id g el ess   b o o s t PFC   r ec tifie r   ( T B B R )       W h ile  F C S - MP C   h as  d em o n s tr ated   b en ef its   in   v ar io u s   p o wer   elec tr o n ic  ap p licatio n s ,   its   u s in   T B B R   s y s tem s   r em ain s   r elativ ely   u n ex p lo r ed p a r ticu lar ly   with   r eg ar d   to   ad d r ess in g   ze r o - cr o s s in g   d is to r tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   mo d el  p r ed ictive  co n tr o l str a teg fo r   en h a n ce   p erfo r ma n c o f to tem - p o le  P F C   r ec tifi er   ( Le  C h a u   Du y )   1689   an d   m ain tain in g   s im p licity   in   co n tr o d esig n .   T o   f ill  th is   r e s ea r ch   g ap ,   th is   p ap e r   p r o p o s es  n o v el  two - s tep   p r ed ictio n   h o r izo n   FC S - MPC   s tr ateg y   tailo r ed   f o r   th T B B R .   T h m ain   co n tr ib u tio n s   o f   th is   wo r k   ar e   as  f o llo ws:     Dev elo p m en an d   im p lem e n ta tio n   o f   two - s tep   h o r izo n   FC S - MPC   a lg o r ith m   th at  elim in ates  th n ee d   f o r   m o d u latio n   s tag es,  o f f er in g   f a s ter   d y n am ic  r esp o n s an d   s im p lifie d   co n tr o l stru ctu r e.     E f f ec tiv m itig atio n   o f   ze r o - c r o s s in g   cu r r en d is to r tio n ,   r es u ltin g   in   im p r o v ed   p o wer   q u a lity   an d   clea n er   in p u t c u r r en t w av ef o r m s .     E x p er im en tal  v alid atio n   u s in g   3 . 3   k W ,   4 0 0 Vd c   h ar d war e   p r o to t y p u n d er   b o t h   n o m in a an d   d is tu r b ed   g r id   co n d itio n s ,   d e m o n s tr atin g   th p r ac tical  f ea s ib ilit y   o f   t h p r o p o s ed   m eth o d .     Ach iev em en o f   p o wer   f ac to r   >0 . 9 9   a n d   in p u t   cu r r en T H <5 %,  f u lly   c o m p lian with   I E C - 6 1 0 0 0 - 3 - C las s   s tan d ar d s .   T h is   p ap er   is   co n d u cted   as  f o l lo ws :   i)   Sectio n   2   d is cu s s es  th o p er atin g   p r in ci p les  o f   th T B B R   an d   lim itatio n s   o f   co n v en tio n al  PI - b ased   co n tr o ller s   ii)   Sectio n   3   p r esen ts   th p r o p o s ed   FC S - MP C   ap p r o ac h ,   in clu d in g   m at h em atica p r e d ictiv m o d el,   co s f u n ctio n   d esig n ,   an d   th e   o p tim izatio n   r o u tin e iii)   Sectio n   4   p r o v id es  a f f ir m ativ e   s im u latio n   as  well  as  ex p e r im en tal  r esu lts   th at  v alid ate  th e   ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   co n tr o l stra teg y ; a n d   iv )   Fin ally ,   s ec tio n   5   c o n clu d es th e   p ap er   an d   o u tlin es f u tu r r esear ch   d ir ec tio n s .       2.   ANALY SI S O F   CI RCUI T   O P E RAT I O N   2 . 1 .     Ana ly s is   o f   T B B co nv er t er   T h is   s ec tio n   an aly ze s   th co n tin u o u s - tim o p er atio n   o f   th T B B R   ac co r d in g   to   Kir ch h o f f s   laws  d u r in g   b o th   p o s itiv an d   n eg a tiv h alf   cy cles  as  s h o wn   in   Fig u r e s   2 ( a)   an d   2 ( b ) ,   r esp ec tiv ely ,   in   ac co r d an c e   with   th c o n tr o l   s witch es  ac tio n s   to   f o r m u late  t h f u tu r e   g r id   cu r r en p r ed ictio n   as  a   f u n ctio n   o f   its   p r esen t   an d   p r e v io u s   v al u es.   As  s h o wn   in   Fi g u r e   2 ( a) ,   d u r i n g   th e   p o s i ti v e   h al f   c y c le ,   in   t h e   i n t er v al   t h at   S 2   is   o f f ,   a   m e s h   wit h   t h e   in d u ct o r   ,   t h s w itc h   S 1 ,   t h e   s witc h   Q 1 ,   a n d   th g r i d   v o lt ag s o u r ce   v g   is   f o r m e d   an d   r esu lt   in   t h d i f f e r e n t ial   eq u a ti o n ,   as   ( 1 ) .      = ;  = 1   ( 1 )     C o n tr asti n g ly ,   in   th in ter v al  th at  S 2   is   o n ,   th cu r r en f l o ws  th r o u g h   t h s witch   S 2   an d   th s witch   Q 1   to   th e   o u tp u t c a p ac ito r   an d   lo ad ,   wh i ch   y ield s   as ( 2 ) .      = 1 + ;  = 1 1   ( 2 )     L ik ewise,   d u r in g   th n eg ativ e   h alf   cy cle  ( as  ca n   b s ee n   i n   Fig u r 2 ( b ) ) ,   in   th in ter v a th at  S 2   i s   o f f ,   th e   cu r r en t f lo ws th r o u g h   th s witch   S 1   an d   th s witch   Q 2   to   th o u tp u t c ap ac ito r     an d   lo ad   .   T h ex p r ess io n s   th at  d escr ib th is   b eh av i o r   as ( 3 ) .      = 1 + ;    = 1 1   ( 3 )     C o n v er s ely ,   in   th e   in ter v al  th a S 2   is   o n ,   th in p u cu r r en f l o ws  th r o u g h   th s witch   S 2   an d   th d io d e   Q 2 ,   wh ile  th o u tp u v o ltag   is   h eld   s tead y   b y   th o u tp u ca p ac ito r   .   T h is   o p er atio n   ca n   b ex p r ess ed   in   ter m s   o f   ( 4 ) .      = ;  = 1   ( 4 )     Oth er wis e,   ap p ly in g   f o r war d   E u ler s   m eth o d   to   th e   cu r r en ch a n g e   ex p r ess io n      an d   v o ltag e   ch a n g ex p r ess io n      f o r   th s am p lin g   ti m ts ,   th d is cr ete - tim ap p r o x im atio n   ca n   b o b tain ed   as ( 5 ) .      = ( + 1 ) ( ) ;  = ( + 1 ) ( )   ( 5 )     W h er   r ep r esen ts   th cu r r e n t step   an d   + 1   r ep r esen ts   th n e x t step .     2 . 2 .     Co nv ent i o na l P I   co ntr o l ler  f o po wer   f a c t o co rr ec t i o n   co n v en tio n al  p u ls wid th   m o d u latio n   ( PW M)   alg o r ith m   was  p r esen ted   f o r   g en e r atin g   th g at e   d r iv in g   s ig n als  o f   h ig h   f r eq u e n cy   s witch in g   d ev ices.  T h c o n tr o ller   co n s is ts   o f   two   co n tr o lo o p s th v o ltag e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   3 Sep tem b er   20 25 168 7 - 1 70 0   1690   lo o p   c o n tr o ller   wh ic h   r e g u late s   th o u tp u t   v o ltag e   o f   th T B B R   an d   th e   cu r r e n lo o p   co n t r o ller   wh ich   m ak es  th g r id   cu r r en t   wav ef o r m   t o   b i d en tical  to   th e   g r id   v o ltag wav ef o r m .   I n   v o ltag lo o p ,   t h DC   o u tp u t   v o ltag is   attain ed   an d   s u b tr ac ted   f r o m   th d er iv e d   DC   o u tp u v o ltag e,   an d   th er r o r   lately   p ass es  th r o u g h   a   PI  co n tr o ller   to   ac q u ir e   th eq u iv alen t   in p u t   co n d u ctan ce   o f   th e   co n v er ter .   T h e   g r id   cu r r en t   r ef er e n ce   i s   g en er ated   b y   m u ltip ly in g   th eq u iv alen t in p u t c o n d u ctan ce   with   th ad ju s ted   g r id   v o ltag to   s er v as th in p u t   o f   cu r r en lo o p .   I n   th cu r r en t   lo o p ,   a n o th er   PI   co n tr o ller   v ar ies  th d u ty   cy cle  o f   th s w itch es  u n til  th g r id   cu r r en r ea c h es  th r ef er en ce   s ig n al.   T o   im p r o v th q u ality   o f   cu r r en co n tr o l,  d u ty - r atio   f ee d f o r wa r d   is   in tr o d u ce d   a n d   c o m b in e d   w ith   th o u tp u t   o f   cu r r en t   lo o p   co n tr o ller .   T h c o m p le m en o f   d u ty - r atio   f ee d f o r war d   allo ws  th e   PI  c o n tr o ller   to   ad a p t   o n ly   a   s m all  v alu e   o f   in p u t   cu r r en e r r o r ,   an d   th u s   lo in p u t   cu r r en t   d is to r tio n   ca n   b m ain tain ed   b y   av o id an ce   o f   h i g h   c o n tr o ller   g ain .   T h e   s ch em atic  d iag r am   o f   v o ltag e - cu r r en t lo o p   PW co n tr o ller   i n clu d in g   d u ty - r atio   f ee d f o r wa r d   is   p r esen ted   in   Fig u r 3 .       ( a)     ( b )       Fig u r 2 .   C u r r e n t f lo ws in   T B B R   d u r in g   ( a)   p o s itiv h alf   cy cle  an d   ( b )   n e g ativ h alf   c y cle           Fig u r 3 .   C o n tr o l d iag r am   o f   v o ltag e - cu r r e n t lo o p   PW co n tr o ller   f o r   T B B R       3.   P RO P O SE F CS - M P F O P O WE F AC T O CO R RE C T I O N   T h p r o p o s ed   PF C   co n tr o l   d iag r am   f o r   T B B R   is   s h o wn   in   Fig u r e   4 .   An   FC S - MPC   s ch em is   em p lo y ed   t o   g en er ate  th d r iv i n g   s ig n als f o r   h ig h - f r e q u en c y   s witch es.  B y   s elec tin g   p r o p e r   co s t f u n ctio n ,   t h o u tp u v o ltag V o   ca n   b r eg u lated ,   an d   th p o wer   f ac to r   co r r ec tio n   o f   th in p u cu r r en i L   ca n   b r ea lized .   FC S - MP C   o f f er s   p r ec is an d   d y n am ic  co n tr o o f   th h ig h - f r eq u en c y   s witch es,  allo win g   f o r   f ast  r esp o n s to   lo ad   ch an g es  an d   g r id   d is tu r b an ce s ,   wh ich   en s u r es  ef f icien t   p o wer   co n v er s io n   an d   m in im izes  en er g y   lo s s es.   B esid es,  th co n d u ct  tim o f   th lin e - f r eq u e n cy   s witch es  is   d eter m in ed   b y   ze r o   cr o s s in g   d etec tio n   ( Z C D)   s ch em e,   wh er e   th e   g r id   v o ltag is   s am p led   an d   e v alu ated   to   g e n er ate  t h s witch   g atin g   s ig n als.  B y   en s u r in g   p r o p er   s y n ch r o n izatio n   with   t h g r id   f r e q u en c y ,   Z C m in i m izes  th r is k   o f   m alf u n ctio n   an d   p o wer   q u ality   is s u es.  T h d etailed   im p lem en tatio n   o f   th FC S - MPC   will b illu s tr ated   in   th f o llo win g :     3 . 1 .     P re dict iv e   curr ent   m o d el   T h p r e d icted   g r id   cu r r e n t in   t h in s tan t ‘ + 1   with   r esp ec t to   th p o s itiv h alf   cy cle  is   as ( 6 ) ,     ( + 1 ) = ( ) 2 ( ) + ( ) , 2 { 0 , 1 }   ( 6 )     a n d ,   f o r   th n eg ativ h alf   cy cl e,   th p r e d icted   in d u cto r   c u r r e n t is   as ( 7 ) .     ( + 1 ) = ( ) + 2 ( ) + ( ) , 2 { 0 , 1 }   ( 7 )     I n   th s am m a n n er ,   t h p r e d i cted   g r id   c u r r en t i n   th in s tan + 2   ca n   b o b tain e d   as  ( 8 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   mo d el  p r ed ictive  co n tr o l str a teg fo r   en h a n ce   p erfo r ma n c o f to tem - p o le  P F C   r ec tifi er   ( Le  C h a u   Du y )   1691   ( + 2 ) = ( + 1 ) 2 ( + 1 ) + ( + 1 ) , 2 { 0 , 1 }   ( 8 )     Wi th   0 ( + 1 ) = ( ) + ( ) ( ) ,   an d   as ( 9 ) .     ( + 2 ) = ( + 1 ) + 2 ( + 1 ) + ( + 1 ) , 2 { 0 , 1 }   ( 9 )     W i t h   0 ( + 1 ) = ( ) ( ) ( ) .   T h e   p r e d i c te d   g r i d   v o lta g e   ( + 1 )   i s   a   p r e r e q u is i te   f o r   t h i s   c o u r s e   a n d   c a n   b e   e s t i m a t e d   b y   u s i n g   a   s e c o n d - o r d e r   e x t r a p o l a t i o n   r e g a r d i n g   t h e   p r e s e n t   a n d   p r e v i o u s   v a l u e s .     ( + 1 ) = 3 ( ) 3 ( 1 ) + ( 2 )   ( 1 0 )     3 . 2 .     Ref er ence   curr ent   estima t io n   As  m en tio n ed   p r ev io u s ly ,   t h co n tr o alg o r ith m   f o r   T B B R   s h o u ld   d r iv e   th e   g r id   cu r r e n   p er f ec tly   in   p h ase   with   th e   g r id   v o ltag   s o   th at  t h m a x im u m   p o wer   tr an s f er   ca n   b e   r ea lized   r e g ar d in g   to   u n ity   p o wer   f ac to r .   A p p l y i n g   t h e   t i m e - d o m a i n   p o w e r   t h e o r y   ( F B D   m e t h o d ) ,   w h ic h   e s t e e m s   t h e   T B B R   as   c o n d u c t a n c e   f r o m   t h e   p e r s p e c tiv e   o f   m a i n s   e l e ct r i c it y ,   t h e   g r i d   c u r r e n t   r e f e r e n c e     c a n   b e   e s t a b l i s h e d   as   ( 1 1 ) .     = 2   ( 1 1 )     W h er   is   th d esire d   DC   o u t p u p o wer   an d     is   th n o m in al   r m s   v alu o f   th g r id   v o ltag e .   T r an s f o r m in g   in to   d is cr ete  f o r m ,   ( 1 1 )   ca n   b e   r ewr itten   as ( 1 2 ) .     ( ) = 2 ( )   ( 1 2 )     Ob v io u s ly ,   t h g r id   c u r r en t   r e f er en ce   v alu is   lin ea r l y   s ca le d   to   t h ch a n g e   o f   o u tp u p o w er   ,   an d   in h er en tly   a d ju s ted   r e g ar d in g   th o p er atin g   co n d itio n .   Mo r e o v er ,   t h wav ef o r m   o f   th e   g r i d   cu r r e n r ef e r en ce   s h o u ld   c o r r esp o n d   to   th wa v ef o r m   o f   th e   g r id   v o ltag c o n s is ten tly .   As  th g r i d   v o ltag e   co n tain s   r e d u n d an h ar m o n ics,  d i g ital  p ass iv f ilter s   n ee d   to   b p u in to   ef f ec t,   in   wh ich   th g r id   c u r r e n r ef er en ce   ex clu s iv ely   k ee p s   tr ac k   o f   th f u n d am en ta h ar m o n ic  o f   th g r i d   v o ltag e .   T h en ,   th g r id   cu r r en r ef e r e n ce   ca n   ca r r y   o n   a   tr u s in u s o id al  wav ef o r m   d esp ite  th d is to r tio n   in   th e   elec tr ic  p o wer   lin e.     3 . 3 .     Co s t   f un ct io n a nd   o ptim iza t io n a pp ro a ch   T h two - s tep   p r ed ictio n   FC S - MPC   s tr ateg y   p r ed icts   th b eh av io r   o f   th T B B R   o n   th e   n ex two   s am p lin g   in ter v als   with   two   p r im ar y   o b jectiv es:  i)   ac cu r ate  tr ac k in g   o f   th r e f er en ce   g r id   c u r r en   f o r   p o wer   f ac to r   co r r ec tio n   an d   o u tp u v o ltag r eg u latio n ,   an d   ii)  m in im izatio n   o f   g r id   cu r r en h a r m o n ics  to   im p r o v e   p o wer   q u ality .   T o   ac h iev e   t h ese  o b jectiv es,  t h c o s f u n ctio n   ass o ciate d   with   th tw o - s tep   p r ed ictio n   is     ex p r ess ed   as ( 1 3 ) .     = [ ( + ) ( + ) ] 2 2 = 1 + [ ( + ) ( + 1 ) ] 2   ( 1 3 )           Fig u r 4 .   Pro p o s ed   PF C   co n tr o l b lo ck   d iag r am   o f   T B B 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 .   3 Sep tem b er   20 25 168 7 - 1 70 0   1692   T h f ir s ter m ,   wh ich   m in im izes  th er r o r   b etwe en   th p r ed icted   g r id   cu r r en ( + )   an d   its   r ef er en ce   ( + ) ,   en s u r es  th at   th c o n v er ter   d eliv er s   th e   r eq u ir ed   p o wer   t o   r eg u late  th o u tp u t   v o ltag e   p r o p er l y .   W ith o u th is   ter m ,   th g r id   cu r r e n wo u ld   n o f o ll o th d esire d   tr ajec to r y ,   lea d in g   to   p o o r   v o ltag e   r eg u latio n .   T h s ec o n d   ter m   p en alize s   r ap id   v ar iatio n s   in   th e   g r id   cu r r e n t,  r ed u cin g   h i g h - f r eq u en cy   h ar m o n ics   an d   en s u r in g   s m o o th   wav ef o r m .   W ith o u th is   ter m ,   th c o n tr o ller   m ay   ag g r ess iv ely   s w itch   s tates,   ca u s in g   h ig h   T HD  an d   in s tab ilit y   in   p o wer   d eliv er y .   B y   co m b in in g   b o th   te r m s ,   th co s f u n ctio n   en ab les  well - r eg u lated   o u t p u v o ltag wh il m ain tain in g   lo w - d is to r tio n   g r id   cu r r e n t.  T h s eq u en ce   m in im izin g   th co s f u n ctio n   is   s elec ted   an d   em p lo y ed   in   th e   T B B R   d u r in g   th n ex t sam p lin g   in ter v al.   T h weig h tin g   f ac to r     in   th c o s f u n ctio n   o f   FC S - MPC   p la y s   cr u cial  r o le  in   b alan cin g   cu r r en t   tr ac k in g   ac cu r ac y   an d   h ar m o n ic  m in im izatio n ,   d i r ec tly   in f lu en cin g   o u tp u v o ltag e   r eg u latio n   an d   p o we r   q u ality .   I ts   tu n in g   is   ess en tial,  as  an   o v e r ly   s m all    lead s   to   f ast  b u n o is y   cu r r en t   tr ac k in g   with   h ig h   T HD,   wh ile  an   e x ce s s iv ely   lar g e     r esu lts   in   s m o o t h er   c u r r en t   b u s lo wer   r esp o n s to   l o ad   c h a n g es.  p r ac tical  ap p r o ac h   to   esti m atin g     is   g iv en   b y   th f o r m u la  = ,   wh er   ( g r id   in d u ctan ce )   a f f ec ts   n atu r al  cu r r en s m o o th in g ,     ( s am p lin g   tim e)   d eter m in es  co n tr o r ea ctio n   s p ee d ,   an d     ( o u tp u v o ltag e)   in f lu en ce s   p o we r   tr an s f er   s tab ilit y .   T h em p ir ical  f ac to r     ( ty p ically   b etwe e n   0 . 1   a n d   1 )   is   ad ju s ted   th r o u g h   s im u latio n   a n d   ex p er im en tal  v alid atio n   to   ac h iev an   o p tim al  tr a d e - o f f .   Hig h er     n atu r ally   s m o o th s   c u r r en t ,   allo win g   a   lo wer   ,   wh er ea s   s h o r ter     im p r o v es  c o n tr o l   ac cu r ac y ,   r e d u cin g   th e   n ee d   f o r   ad d itio n al  s m o o t h in g .   h ig h e r     in cr ea s es  p o wer   f lu ctu atio n s ,   n ec ess itatin g   lar g er     f o r   b etter   s tab ilit y .   well - o p tim ized     en s u r es  lo w   T HD,   f ast o u tp u t v o ltag s tab i lizatio n ,   an d   c o m p lian ce   with   p o wer   q u ality   s tan d ar d s .   C u r r en r ef er e n ce s     at  f u tu r ti m s tep s   + 1   an d   + 2 ,   wh ich   is   ad ap ted   f r o m   ( 1 1 ) ,   ca n   b e   d er iv ed   b y   ex t r ap o latin g   f r o m   p ast an d   p r esen r ef er en ce   v al u es a n d   f in ally   s h o w   u p   in   (1 4 )   an d   ( 1 5 ).     ( + 1 ) = 2 ( + 1 ) = 2 [ 3 ( ) 3 ( 1 ) + ( 2 ) ]   (1 4 )     ( + 2 ) = 2 ( + 2 ) = 2 [ 6 ( ) 8 ( 1 ) + 3 ( 2 ) ]   (1 5 )     Du to   v er y   s m all  p r ed ictio n   h o r izo n   o f   FC S - MPC   ( 2 )   as  well   as  ad m is s ib le  s witch in g   s tates  ( 2 ) ,   th ex h a u s tiv s ea r ch   is   u s ef u m eth o d   to   s o lv t h m in im izatio n   p r o b lem   ex p o s ed   b y   ( 1 3 ) .   T h is   m eth o d   e n u m er ates  all  p o s s ib le  s o lu tio n   s ets  an d   ch ec k s   ea ch   o n to   s ee   if   it  s atis f ies  th p r o b lem ' s   co n d itio n s .   T h o n with   th s m allest  co s is   ch o s en   as  th co n tr o in p u t.  Fo r   ev e r y   tim e - s tep ,   th alg o r ith m   o b ey s   th e   f o llo win g   s tep s i)   Dete r m in all  p o s s ib le  s witch in g   s tates  o v er   th e   p r e d ictio n   h o r izo n ;   ii)   Fo r   ea ch   o f   th ese  s witch in g   s tates,  co m p u te  th e   p r e d icted   g r id   cu r r e n t     ac co r d in g   to   ( 6 ) - ( 9 )   an d   th e   p r ed icted   g r id   cu r r en r ef e r en ce     ac co r d in g   to   ( 1 4 )   an d   (1 5 ) ;   iii)  Fo r   ea ch   s witch in g   s tate,   co m p u te  th co s J   ac co r d in g   to   ( 1 3 ) ;   an d   iv )   C h o o s th s witch in g   s tate  wh ich   m in im izes  th co s an d   ap p ly   to   th T B B R .   T h p r o ce d u r f o r   s elec tin g   th o p tim al  s witch in g   s eq u e n ce   is   s u m m ar ized   i n   Fig u r 5 .     3 . 4 .     Ana ly s is   a nd   cha lleng es   o f   F CS - M P C   Un lik co n v en tio n al  li n ea r   c o n tr o ller s ,   FC S - MPC   is   in h er en tly   n o n lin ea r   a n d   o p er ates  in   d is cr ete - tim d o m ain ,   m ak i n g   s tab ilit y   an aly s is   m o r e   co m p le x .   Ho w ev er ,   s tab ilit y   ca n   b e   ass ess ed   th r o u g h   L y ap u n o v - b ased   m eth o d s ,   wh er e   L y ap u n o v   ca n d i d ate  f u n ctio n   was  s elec ted   b ased   o n   th e   d ev iatio n   o f   th e   s tate  f r o m   its   r ef er en ce ,   as in   ( 1 6 ) .     ( ) = 1 2 ( ( ) , ( ) ) 2   ( 1 6 )     T h d if f e r en ce   in   t h L y a p u n o v   f u n ctio n   b etwe en   two   s u cc ess iv tim s tep s   is   as ( 1 7 ) .     = ( + 1 ) ( )   ( 1 7 )     Su b s titu tin g   ( + 1 )   f r o m   th s y s tem   eq u atio n ,   as ( 1 8 ) .     = 1 2 ( ( + 1 ) , ( + 1 ) ) 2 1 2 ( ( ) , ( ) ) 2   ( 1 8 )     FC S - MP C   s elec ts   th co n tr o ac tio n   th at  p r o d u ce s   th s m allest  p r ed icted   er r o r   in   f u tu r s tates,  en s u r in g   th at   th d ev iatio n   f r o m   th r ef e r en ce   is   r ed u ce d   in   ea ch   s tep .   I f o llo ws th at,   as sh o wn   in   ( 1 9 )   a n d   ( 2 0 ) .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   mo d el  p r ed ictive  co n tr o l str a teg fo r   en h a n ce   p erfo r ma n c o f to tem - p o le  P F C   r ec tifi er   ( Le  C h a u   Du y )   1693   | ( + 1 ) , ( + 1 ) | < | ( ) , ( ) |   ( 1 9 )     W h ich   im p lies   as ( 2 0 ) .     = ( + 1 ) ( ) < 0   ( 2 0 )     T h u s ,   th L y ap u n o v   f u n ctio n   is   m o n o to n ically   d ec r ea s in g ,   p r o v in g   asy m p to tic  s tab ilit y .   T h weig h tin g   f ac to r     h elp s   in   e n s u r in g   s m o o th   c u r r en r esp o n s e,   f u r th e r   p r ev e n tin g   in s tab ilit y .   T o   f u r th er   e n h an ce   s tab ilit y ,   ad ap tiv t u n in g   o f     ca n   b e   im p lem en ted ,   wh er e   its   v alu is   ad ju s ted   d y n am ically   b ased   o n   s y s tem   co n d itio n s .   Ad d itio n ally ,   im p l em en tin g   co n s tr ain h an d lin g   ( s u ch   as  cu r r en lim its )   en s u r e s   th at  th co n tr o ller   d o es n o t d r iv th s y s tem   in to   u n s tab le  r eg io n s .   T h im p lem en tatio n   o f   FC S - MPC   im p o s es  s ig n if ican co m p u tatio n al  r e q u ir em e n ts   d u e   to   th n ee d   f o r   r ea l - tim c u r r en p r ed ictio n ,   co s f u n ctio n   ev alu atio n ,   a n d   o p tim al  s witch in g   s tate  s elec tio n   with in   ea ch   co n tr o cy cle.   Un lik tr ad itio n al  co n tr o ller s   s u ch   as  PI  o r   PR   co n tr o ller s ,   wh ich   r ely   o n   s im p le  alg eb r aic  ca lcu latio n s ,   FC S - M PC   r eq u i r es  s o lv in g   d is cr ete - tim s y s t em   eq u atio n s   an d   ev alu atin g   m u ltip le  s witch in g   s ce n ar io s   at  ea ch   tim s tep .   T h co m p u tatio n al  b u r d en   i n cr ea s es  with   th p r ed ictio n   h o r izo n   an d   th n u m b e r   o f   s witch in g   s tates  co n s id er e d .   I n   th is   s tu d y ,   two - s tep   p r e d ictio n   h o r izo n   with   two   p o s s ib le  s witch in g   s tates   p er   s tep   r esu lts   in   an   ac ce p tab le  co m p u tatio n   tim e.   T o   m ee th ese  d em an d s ,   h ig h - s p ee d   d ig ital  s ig n al   p r o ce s s o r s   ( DSPs )   o r   f ield - p r o g r am m ab le  g ate   ar r a y s   ( FP GAs)  ar o f ten   r eq u ir e d .   T h s am p lin g   tim e   d eter m in es  th m ax im u m   all o wab le  co m p u tatio n   tim p e r   cy cle  s o   th at  if   th e x ec u tio n   tim ex ce ed s   th is   lim it,  th co n tr o ller   will f ail  to   u p d ate  s witch in g   s tates   in   r ea l tim e,   lead in g   to   p er f o r m an ce   d eg r ad atio n .   On c e   s ettled ,   FC S - MP C   p r o v id es  ab ilit y   to   d ir ec tly   o p tim ize  s witch in g   d ec is io n s   with o u r eq u ir in g   m o d u latio n   s tag e,   o f f er in g   s u p er i o r   d y n am ic  r esp o n s an d   p o wer   f ac to r   c o r r ec tio n .           Fig u r 5 .   T h p r o ce d u r f o r   th ex h au s tiv s ea r ch   o p tim izatio n   ap p r o ac h       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   4 . 1 .     Sim ula t i o r esu lt s   T o   v alid ate  th th e o r etica l a n a ly s is ,   3 . 3   k W   T B B R   h as b ee n   d esig n ed   u s in g   PS I ,   wh er th k ey   p ar am eter s   o f   th e   co n v er ter   a r lis ted   in   T ab le  1 .   T h co r r esp o n d in g   g atin g   s ig n als  o f   a ll  ac tiv s witch e s   d u r in g   o n g r id   c y cle  ar d is p lay ed   in   Fig u r 6 .   Fig u r 7   s h o ws  th s tead y - s tate  wav ef o r m   o f   th g r i d - s id e   cu r r en t     an d   g r id - s id v o ltag   at  f u ll  lo ad   with   th im p lem e n tatio n   o f   th FC S - MPC   m eth o d .   I i n d icate s   th at  th T B B R   ac h iev es  h ig h - p o wer   f ac to r   o f   ar o u n d   0 . 9 9   with   l o in p u c u r r e n T HD  o f   2 . 6 7 ap p r o x im ately .     4 . 2 .     E x perim ent a l r esu lt s   T o   v e r if y   th t h eo r etica r esu lts   o f   th e   s y s tem ,   s o m e   ex p er i m en ts   wer c o n d u cted   u s in g   t h 3 . 3   k W   to tem - p o le  b r id g eless   b o o s PF C   co n v er ter   p r o to ty p e .   T h k ey   p ar am eter s   o f   th is   p r o t o ty p a r s h o wn   in   T ab le  2 .   Par am eter s   u s ed   i n   th ex p er im en t   h ad   a   s lig h t o ler an ce   d u r i n g   th o p er atio n ,   an d   th e   o p tim al  tu n in g   v alu λ p   ac h iev ed   th r o u g h   th s im u latio n   was r ec alcu l ated   an d   a p p lied   to   t h ex p e r i m en 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 .   3 Sep tem b er   20 25 168 7 - 1 70 0   1694   Fig u r 8   illu s tr ates  th e n tir s tr u ctu r e   o f   th e   p r o p o s ed   to tem - p o le   PF C   r ec tifie r   s y s tem .   T h e   T MS3 2 0 F2 8 3 7 9 DSP  co llects  v o ltag an d   cu r r en s ig n als  v ia  ADCs ,   p r o ce s s es  th em   th r o u g h   p r e d ictiv e   m o d el  an d   c o s f u n ctio n   m in im izatio n ,   an d   g e n er ates  o p ti m ized   s witch in g   s tates  f o r   t h d r i v er   b o ar d   to   ac h iev h ig h   p o we r   q u ality .   T h co m p u tatio n   tim e   f o r   th p r o p o s ed   m eth o d   is   1 2 . 2   u s .   All  elec tr ical  r esp o n s es  wer o b s er v ed   an d   ev alu ated   b y   a   d ig ital  o s cill o s co p ( Sig len t   SDS2 1 0 4 X   Plu s )   to   p er ce iv e   th e   o v er all  s y s tem s   p er f o r m an ce   in   r ea lity .   Fig u r es  9 ( a)   an d   9 ( b )   s h o ws  th s tead y - s tate  o p er atin g   s ig n als  o f   th c o n v e r ter ,   i n clu d i n g   o u tp u t   v o ltag ( C h an el  1 ) ,   g r id   v o lta g ( C h an el  2 )   a n d   g r i d   cu r r en t   ( C h an el  3 ) ,   at  r ated   p o wer   wi th   r esis tiv lo ad   o f   5 0   Ω   an d   1 0 0   Ω ,   r esp ec tiv ely   in   ca s o f   1 8 0   Vr m s /5 0   Hz  in p u v o ltag e.   I ca n   b s ee n   th a th ze r o - cr o s s in g   cu r r en d is to r tio n   is   m o s tly   d i s ap p ea r ed   an d   t h g r id   cu r r en ca n   b well  s y n ch r o n ized   wi th   th g r id   v o ltag e.   Ho wev er ,   th e   g r id   v o ltag e   co n tain s   s o m h a r m o n ic  co m p o n en ts ,   s u ch   th at  th e   p o wer   f ac to r   was  m ea s u r e d   to   b 0 . 9 9 2 .   T h e   p o wer   f ac t o r   is   o b tain ed   at  0 . 9 8 4   s in ce   o p er at io n   at  lig h ter   lo ad   as  s h o wn   in   Fig u r e   9 ( b ) .   T h e   o u tp u v o ltag is   r eg u lated   at  4 0 0   with   d ec en t f lu ct u atio n .   Fig u r 1 0 ( a)   illu s tr ates  th s tead y - s tate  o p er atin g   s ig n als  o f   th c o n v e r ter   s u p p lied   b y   r esid en tial  p o wer   lin es o f   2 2 0   Vr m s /5 0   H an d   wo r k in g   at  r ated   p o wer   with   r esis tiv lo ad   o f   5 0   Ω .   T h in p u t c u r r en t is   ca r r ied   o u in   p h ase  with   th in p u v o ltag s u ch   th at  th p o wer   f ac to r   ca n   ac h iev th v alu o f   0 . 9 9 5 .   I is   co n clu d e d   th at  th FC S - M PC   m eth o d   s h o ws  g o o d   p o wer   f ac to r   o f   well  ab o v 0 . 9 9   at  f u l p o wer   r eg ar d less   th lev el  o f   g r id   v o ltag e.   T h o u tp u v o ltag o f   4 0 0   is   well - r eg u lated   with   ac ce p tab le  DC - lin k   v o ltag r ip p le.   Fig u r 1 0 ( b )   d em o n s tr ates  th s tead y - s tate  o p er atin g   s ig n als  o f   th e   co n v er ter   s u p p lied   b y   r esid en tial   p o wer   lin es  o f   2 2 0   Vr m s /5 0   Hz  an d   wo r k ed   at  h alf   o f   r ate d   p o wer   with   r esis tiv lo ad   o f   1 0 0   Ω .   B y   cu ttin g   th p o wer   lo ad   d o w n   to   5 0 %,  it  s m o o th s   o u th DC - lin k   v o ltag r ip p le  s o   th at  th o u t p u wav ef o r m   th e n   b ec o m es  q u ite  f lat.   T h g r id - s id p o wer   f ac to r   at  5 0 lo ad   co n d itio n   was  m ea s u r e d   to   b e   0 . 9 8 8 .   T h is   r esu lt   s h o ws  th at  th p o wer   f ac to r   th r esh o ld   r em ai n s   th s am eith er   wh en   t h co n v er ter   wo r k s   a f u ll  p o we r   lo ad   o r   wh en   it r u n s   at  h alf   p o wer   lo a d ,   wh ich   in d icate s   th b en ef it  o f   u s in g   FC S - MPC   m eth o d .       T ab le  1 .   Par am eter s   u s ed   f o r   s im u latio n   P a r a me t e r s   S y mb o l   V a l u e   I n p u t   v o l t a g e   V i n, rm s   2 2 0   V   Li n e   f r e q u e n c y   f g   5 0   H z   Li n e   i n d u c t a n c e   L g   3   mH   R a t e d   o u t p u t   p o w e r   P o   3 . 3   k W   R a t e d   o u t p u t   v o l t a g e   V o   4 0 0   V   O u t p u t   c a p a c i t a n c e   C o   4 0 0 0   µ F   S a mp l i n g   t i me   T s   1 0   µ s     T ab le  2 .   Par am eter s   u s ed   f o r   t h ex p er im e n t   P a r a me t e r s   S y mb o l   V a l u e   G r i d   v o l t a g e   ( r ms)   V in   1 8 0   V ~ 2 2 0   V   Li n e   f r e q u e n c y   f g   5 0   H z   Li n e   i n d u c t a n c e   L g   3   mH   R a t e d   o u t p u t   p o w e r   P o   3 . 3   k W   R a t e d   o u t p u t   v o l t a g e   V o   4 0 0   V   O u t p u t   c a p a c i t a n c e   C o   4 0 0 0   µ F   P o w e r   sw i t c h e s   S 1 , S 2 , Q 1 , Q 2   N V H L0 2 0 N 1 2 0 S C             Fig u r 6 .   Switch in g   p atter n   o f   d ev ices d u r in g   o n g r id   cy cle           Fig u r 7 .   Gr id   s id wav ef o r m s   d u r in g   s tead y   s tate  at  f u ll lo a d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   mo d el  p r ed ictive  co n tr o l str a teg fo r   en h a n ce   p erfo r ma n c o f to tem - p o le  P F C   r ec tifi er   ( Le  C h a u   Du y )   1695       Fig u r 8 .   B lo ck   d iag r am   o f   th h ar d war s etu p   o f   T B B R       ( a)         ( b )       Fig u r 9 .   E x p er im e n tal  wav ef o r m s   o f   T B B R   in   ca s o f   1 8 0   Vr m s   AC   in p u t: DC o u tp u v o ltag ( C h an el  1 ,   1 0 0   V/d iv ) ,   g r i d   v o lta g ( C h a n el  2 ,   2 5 0   V/d iv )   an d   g r id   cu r r en t ( C h an el  3 ,   5 0   A,   d iv )   with   r esis tiv lo ad   o f   ( a)   5 0   Ω   an d   ( b )   1 0 0   Ω   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 .   3 Sep tem b er   20 25 168 7 - 1 70 0   1696   ( a)     ( b )         Fig u r 1 0 .   E x p e r im en tal  wav e f o r m s   o f   T B B R   in   ca s o f   2 2 0   Vr m s   AC   in p u t: DC o u tp u v o ltag ( C h an el  1 ,   1 0 0   V/d iv ) ,   g r i d   v o lta g ( C h a n el  2 ,   2 5 0   V/d iv ) ,   an d   g r id   cu r r en t ( C h an el  3 ,   5 0   A,   d iv )   wit h   r esis tiv lo ad   o f   ( a)   5 0   Ω   an d   ( b )   1 0 0   Ω       Fig u r 1 1   d is p lay s   th in p u c u r r en T HD  a n aly s is   with   th FC S - MP C   m eth o d ,   wh er t h e   co n v e r ter   o p er ates  at  2 2 0   Vr m s /5 0   Hz   in p u an d   f u ll  lo ad   c o n d itio n .   Ob v io u s ly ,   th e   am p litu d e   o f   p ar ticu lar   h ar m o n ic   cu r r en s atis f ies  it s   co r r esp o n d in g   r eq u i r em en p r escr ib e d   in   th I E C - 6 1 0 0 0 - 3 - 2   C lass   A   s tan d ar d .   T h to tal   h ar m o n ic   d is to r tio n   o f   th in p u cu r r en is   s m aller   th an   5 %.  s tep   lo ad   ch an g f r o m   h alf   to   f u ll  lo ad   u s in g   r esis tiv lo ad   is   illu s tr ated   in   Fig u r 1 2 .   T h wav ef o r m s   o f   t h in p u t v o ltag e   an d   cu r r e n t,  as we ll a s   th o u tp u v o ltag e,   co n f ir m   th at  th o u tp u v o ltag r em ain s   tig h tly   r e g u lated   th r o u g h o u th tr an s ien t,  with   o n ly   s lig h t   an d   b r ief   d i p   ( 5 %~2 0   V) .   T h ese  r esu lts   h ig h lig h th e   co n v er ter s   f ast  d y n am ic  r esp o n s an d   s tr o n g   co n tr o l   p er f o r m an ce   u n d er   s u d d en   lo a d   v ar iatio n s .   As  s h o wn   in   Fig u r 1 3 ,   th e f f icien cy   o f   th im p lem e n ted   PF C   cir cu it  h as  b ee n   m ea s u r ed   ac r o s s   a   wid r an g o f   lo a d   p o wer   lev els,  f r o m   0 . 3   k W   to   3 . 3   k W .   T h r esu lts   d em o n s tr ate  th at  th cir cu it  m ain tain s   h ig h   ef f icien cy   th r o u g h o u th e   en tire   o p er atin g   r an g e,   with   m in im u m   ef f icien cy   o f   9 2 . 1 5 at  l ig h lo ad   an d   m ax im u m   ef f icien cy   o f   9 8 . 8 2 at  f u ll  lo ad .   T h is   tr en d   clea r ly   in d icate s   th s tr o n g   p er f o r m a n ce   o f   t h p o wer   s tag u n d er   v ar y i n g   l o ad   co n d itio n s .   Ad d itio n ally ,   th in p u cu r r e n T HD  was  also   m ea s u r ed   a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.