Power quality improvement using ultra capacitor based dynamic voltage restorer with real twisting sliding mode control

Abstract

Power quality is a major problem in today's power system, since it may have an impact on customers and utilities. Problem. Power quality is important issue of financial consequences for utilities, their consumers and load apparatus vendors. Voltage sag/swell are the most significant and usually occurring power quality issues in a secondary distribution system for sensitive loads. Goal. Dynamic voltage restorer is a fast, flexible, effective and dynamic custom power device can be used to compensate voltage sag/swell with integration of energy storage. Ultra capacitors have ideal properties of great power density and low energy density for elimination of voltage sag/swell. Their performance is mostly determined by the control strategy established for switching of voltage source converters. Originality. In this research, a strategy for the voltage source converter of dynamic voltage restorer based on the real twisting sliding mode control and ultra capacitor is developed to correct the fault that successfully eliminates the impacts of voltage sag/swell. Methodology. Ultra capacitor along with real twisting sliding mode control gives the more robustness and faster response, with also increasing the compensation time of the dynamic voltage restorer. Testing environment. To evaluate the performance of the proposed control approach, the MATLAB / Simulink SimPower System tool box is employed. Practical values. According to Simulation results clearly shows that the ultra capacitor along with real twisting sliding mode control effectively eliminate the voltage sag/swell in a very short time of 2 ms as compared to IEEE standards that is 20 ms, with less than 5 % total harmonic distortion for sensitive loads as per Information Technology Industry Council Curve and SEMI-F-47 Standards.

Якість електроенергії являє собою серйозну проблему в сучасній енергосистемі, оскільки вона може впливати на споживачів та комунальні служби. Проблема. Якість електроенергії є важливим питанням з точки хору фінансових наслідків для комунальних підприємств, їх споживачів та постачальників апаратури-навантажень. Провали/стрибки напруги є найбільш серйозними проблемами з огляду на якість електроенергії, які зазвичай виникають у вторинній системі розподілу для чутливих навантажень. Мета. Динамічний відновник напруги - це швидкий, гнучкий, ефективний і динамічний пристрій живлення, який можна використовувати для компенсації провалів/стрибків напруги за допомогою інтеграції накопичувача енергії. Суперконденсатори мають ідеальні властивості високої щільності потужності та низької щільності енергії для усунення провалів/стрибків напруги. Їх ефективність переважно визначається стратегією управління, встановленої для комутації перетворювачів джерел напруги. Оригінальність. У цьому дослідженні розроблено стратегію для перетворювача джерела напруги динамічного відновника напруги на основі керування реальним ковзним режимом скручування та суперконденсатора для виправлення несправності, яка успішно усуває наслідки провалу/стрибка напруги. Методологія. Суперконденсатор разом із керуванням реальним ковзним режимом скручування забезпечує більшу надійність та швидшу реакцію, а також збільшує час компенсації динамічного відновника напруги. Середовище для тестування. Для оцінки ефективності запропонованого підходу до управління використовується комплекс програмного забезпечення MATLAB/Simulink SimPower System. Практична цінність. Згідно з результатами моделювання ясно видно, що суперконденсатор разом з керуванням реальним ковзним режимом скручування ефективно усувають провали/стрибки напруги за дуже короткий час 2 мс у порівнянні зі стандартами IEEE, у відповідності до яких він становить 20 мс, із загальним спотворенням гармонік менше 5 % для чутливого навантаження відповідно зі стандартами Information Technology Industry Council Curve та SEMI-F-47.