An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads
Introduction. Rapid capacity development and the incorporation of new loads are adding complexity to the distribution power system. As a result, the distribution system faces additional power quality issues, particularly with increasingly sensitive equipment and distributed generation. Problem. Mode...
Saved in:
| Date: | 2026 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | English |
| Published: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342413 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1856543541671493632 |
|---|---|
| author | Anwer, B. M. Alsammak, A. N. |
| author_facet | Anwer, B. M. Alsammak, A. N. |
| author_sort | Anwer, B. M. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-01-01T22:10:06Z |
| description | Introduction. Rapid capacity development and the incorporation of new loads are adding complexity to the distribution power system. As a result, the distribution system faces additional power quality issues, particularly with increasingly sensitive equipment and distributed generation. Problem. Modern power systems face escalating power quality degradation due to non-linear loads. Voltage disturbances (sags, swells) and harmonic distortions directly affect the sensitive equipment, causing significant economic losses. The goal of this work is to design, model, and evaluate series active power filters (SAPFs) integrated with energy management for an independent solar storage system, using a multi-stage DC-DC converter. The objective focuses on mitigating voltage harmonics and grid disturbances resulting from diverse loads (linear, non-linear, and combined) and integrating renewable energy (PV). Control is achieved through an intelligent fuzzy logic controller (FLC) and a PI controller to ensure a stable DC voltage and reduce the total harmonic distortion (THD) of the voltage to less than 5 %. Methodology. This study models and analyzes a unique SAPF configuration integrated with a PV-battery storage system utilizing MATLAB/Simulink. Outcomes of the proposed control, wherever the FLC regulates the DC-link voltage reference signals utilize the instantaneous reactive power theory. The suggested methodology entails simulation studies across four scenarios: an analysis of performance to keep voltage components and a comparison of the proposed SAPF performance with existing research on linear, non-linear, and combined loads. Results. Simulation results show the effectiveness of the control approach in mitigating the voltage THD level to less than 5 % under various operating conditions that included the main supply voltage and loads, which satisfies the international PQ standards (IEEE Std. 519). The scientific novelty lies in the combination of a new 3-phase SAPF with a PV-battery system by FLC and a cascaded DC/DC converter. This allows effective voltage disturbance and harmonic compensation in various load situations without conventional transformers. Practical value. This research offers a robust solution for power quality problems in modern grids, reducing losses by ensuring stable, no-distortion power for sensitive industrial loads across varied operating conditions. References 46, tables 3, figures 19. |
| first_indexed | 2026-02-08T08:04:52Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-342413 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T08:04:52Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3424132026-01-01T22:10:06Z An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads Anwer, B. M. Alsammak, A. N. якість електроенергії послідовний активний фільтр потужності система фотоелектричних батарей нечітка логіка керування збурення напруги зменшення гармонік лінійні та нелінійні навантаження power quality series active power filter PV-battery system fuzzy logic control voltage disturbances harmonic mitigation linear and nonlinear loads Introduction. Rapid capacity development and the incorporation of new loads are adding complexity to the distribution power system. As a result, the distribution system faces additional power quality issues, particularly with increasingly sensitive equipment and distributed generation. Problem. Modern power systems face escalating power quality degradation due to non-linear loads. Voltage disturbances (sags, swells) and harmonic distortions directly affect the sensitive equipment, causing significant economic losses. The goal of this work is to design, model, and evaluate series active power filters (SAPFs) integrated with energy management for an independent solar storage system, using a multi-stage DC-DC converter. The objective focuses on mitigating voltage harmonics and grid disturbances resulting from diverse loads (linear, non-linear, and combined) and integrating renewable energy (PV). Control is achieved through an intelligent fuzzy logic controller (FLC) and a PI controller to ensure a stable DC voltage and reduce the total harmonic distortion (THD) of the voltage to less than 5 %. Methodology. This study models and analyzes a unique SAPF configuration integrated with a PV-battery storage system utilizing MATLAB/Simulink. Outcomes of the proposed control, wherever the FLC regulates the DC-link voltage reference signals utilize the instantaneous reactive power theory. The suggested methodology entails simulation studies across four scenarios: an analysis of performance to keep voltage components and a comparison of the proposed SAPF performance with existing research on linear, non-linear, and combined loads. Results. Simulation results show the effectiveness of the control approach in mitigating the voltage THD level to less than 5 % under various operating conditions that included the main supply voltage and loads, which satisfies the international PQ standards (IEEE Std. 519). The scientific novelty lies in the combination of a new 3-phase SAPF with a PV-battery system by FLC and a cascaded DC/DC converter. This allows effective voltage disturbance and harmonic compensation in various load situations without conventional transformers. Practical value. This research offers a robust solution for power quality problems in modern grids, reducing losses by ensuring stable, no-distortion power for sensitive industrial loads across varied operating conditions. References 46, tables 3, figures 19. Вступ. Швидке розширення потужностей та включення нових навантажень ускладнюють систему розподілу електроенергії. В результаті система розподілу стикається з додатковими проблемами якості електроенергії, особливо через дедалі чутливе обладнання та розподілену генерацію. Проблема. Сучасні енергосистеми стикаються зі зростаючим погіршенням якості електроенергії через нелінійні навантаження. Коливання напруги (провали, збільшення) та гармонічні спотворення безпосередньо впливають на чутливе обладнання, спричиняючи значні економічні втрати. Метою роботи є проєктування, моделювання та оцінка послідовних активних фільтрів потужності (SAPF), інтегрованих з управлінням енергією, для незалежної системи сонячного накопичення енергії, з використанням багатоступеневого перетворювача постійного струму. Мета зосереджена на зменшенні гармонік напруги та коливань у мережі, що виникають внаслідок різних навантажень (лінійних, нелінійних та комбінованих) та інтеграції відновлюваної енергії (PV). Керування досягається за допомогою інтелектуального контролера з нечіткою логікою (FLC) та PI-контролера для забезпечення стабільної напруги постійного струму та зменшення загального коефіцієнта гармонійних спотворень (THD) напруги до менш ніж 5 %. Методологія. Це дослідження моделює та аналізує унікальну конфігурацію SAPF, інтегровану з системою зберігання PV батарей, використовуючи MATLAB/Simulink. Результати запропонованого керування, де FLC регулює сигнали опорної напруги ланки постійного струму, використовують теорію миттєвої реактивної потужності. Запропонована методологія включає дослідження моделювання за чотирма сценаріями: аналіз продуктивності для підтримки складових напруги та порівняння запропонованої продуктивності SAPF з існуючими дослідженнями лінійних, нелінійних та комбінованих навантажень. Результати моделювання показують ефективність підходу до керування у зменшенні рівня THD напруги до менш ніж 5 % за різних робочих умов, включаючи основну напругу живлення та навантаження, що відповідає міжнародним стандартам PQ (IEEE Std. 519). Наукова новизна полягає в поєднанні нового трифазного SAPF з системою PV батарей за допомогою FLC та каскадного перетворювача постійного струму. Це дозволяє ефективно компенсувати коливання напруги та гармоніки в різних ситуаціях навантаження без використання звичайних трансформаторів. Практична значимість. Це дослідження пропонує надійне рішення для проблем якості електроенергії в сучасних мережах, зменшуючи втрати, забезпечуючи стабільну потужність без спотворень для чутливих промислових навантажень за різних умов експлуатації. Бібл. 46, табл. 3, рис. 19. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-01-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342413 10.20998/2074-272X.2026.1.07 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 1 (2026); 51-62 Электротехника и Электромеханика; № 1 (2026); 51-62 Електротехніка і Електромеханіка; № 1 (2026); 51-62 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342413/334636 Copyright (c) 2025 B. M. Anwer, A. N. Alsammak http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | power quality series active power filter PV-battery system fuzzy logic control voltage disturbances harmonic mitigation linear and nonlinear loads Anwer, B. M. Alsammak, A. N. An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| title | An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| title_alt | An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| title_full | An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| title_fullStr | An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| title_full_unstemmed | An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| title_short | An integrated series active power filter combined with a PV-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| title_sort | integrated series active power filter combined with a pv-battery system based on a fuzzy logic controller to enhance power quality for various linear and non-linear loads |
| topic | power quality series active power filter PV-battery system fuzzy logic control voltage disturbances harmonic mitigation linear and nonlinear loads |
| topic_facet | якість електроенергії послідовний активний фільтр потужності система фотоелектричних батарей нечітка логіка керування збурення напруги зменшення гармонік лінійні та нелінійні навантаження power quality series active power filter PV-battery system fuzzy logic control voltage disturbances harmonic mitigation linear and nonlinear loads |
| url | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/342413 |
| work_keys_str_mv | AT anwerbm anintegratedseriesactivepowerfiltercombinedwithapvbatterysystembasedonafuzzylogiccontrollertoenhancepowerqualityforvariouslinearandnonlinearloads AT alsammakan anintegratedseriesactivepowerfiltercombinedwithapvbatterysystembasedonafuzzylogiccontrollertoenhancepowerqualityforvariouslinearandnonlinearloads AT anwerbm integratedseriesactivepowerfiltercombinedwithapvbatterysystembasedonafuzzylogiccontrollertoenhancepowerqualityforvariouslinearandnonlinearloads AT alsammakan integratedseriesactivepowerfiltercombinedwithapvbatterysystembasedonafuzzylogiccontrollertoenhancepowerqualityforvariouslinearandnonlinearloads |