I n d on e s i an   Jo u r n al   o f  El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20 ,   pp .   572 ~ 585   IS S N :   25 02 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 19 .i 2 . pp 572 - 585             572       Jou r n al   h o m e pa ge :  ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   D i g i t a l   c o n t r o l   st r a t e g y   f o r   S PW M   M PPT   o f   PV   s y st e m   w i t h   t h r e e - p h a s e   N PC   t h r e e - l e v e l   c o n v e r t e r       M ah m ou d   A r e f 1 ,   I s m ai e l   A h m e d 2 ,   V l ad i s l av   O b o s k al o v 3   1 , 2 , 3 U r a l   P o w e r   E ng i n e e r i ng   I ns t i t u t e ,   U r a l   F e d e r a l   U n i v e r s i t y ,   R us s i a   1 D e pa r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E ng i ne e r i ng ,   A s s i u t   U ni v e r s i t y ,   E gy pt       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e d  N ov   4 ,   2019   R e v i s e d  F e b   6 ,   2020   A c c e pt e d  F e b   27,   202 0       T hi s   pa p e r   i s   a i m e d  a t   i nv e s t i g a t i ng   M P P T   o f   P V   s y s t e m   c o nt r o l l e d  by   S P W M   w h i c h  i s   g e ne r a t e d   by   c o m pa r i ng   s i nu s o i da l   w a v e   w i t h  v a r i a b l e   f r e que nc y   s a w t o o t h  w a v e .   P e r t ur b  a n d  O bs e r v e   ( P & O )   m e t ho d  i s   us e d  f o r   M P P T   c o nt r o l   o f   P V   s y s t e m .   N P C   t h r e e - ph a s e   t h r e e - l e v e l   c o nve r t e r   w i t h   L C L   f i l t e r   i s   de s i g ne d   t o   p r o duc e   o ut pu t   v o l t a g e   w i t h   m i ni m um   T o t a l   H a r m o ni c   D i s t o r t i o n  ( T H D )   a nd  h i g h  e f f i c i e nc y .   T he   s i m p l e   a nd  f a s t   m e t ho d  t o   g e t   M P P   o f   P V   s y s t e m   w i t h  v a r i a b l e   i r r a d i a t i o n  i s   di g i t a l   c o nt r o l   w he r e   t he   m a xi m um   po w e r   p o i n t   i s   o bt a i n e d  f r o m   l o o k - up  t a bl e   f o r   t h e   v a l ue s   o f   o pt i m um   v o l t a g e   t ha t   a c hi e v e   t he   m a x i m um   po w e r   f o r   e a c h  i r r a d i a nc e   v a l ue   i s   u s e d  f o r   di g i t a l   c o nt r o l   s i g na l   i n  m i c r o c o nt r o l l e r .   T h e   o ut p ut   v o l t a g e   ha r m o ni c   o f   m ul t i - l e v e l   t hr e e - pha s e   i nv e r t e r   i s   c o nt r o l l e d  us i n g   S P W M   c o nt r o l .   T H D   of   o ut put   v o l t a g e   o f   m ul t i - l e v e l   t h r e e - ph a s e   i nv e r t e r   i s   22 %   o f   s t a nd - a l o ne   a nd  g r i d - c o nne c t e d  P V   s y s t e m .   S m a l l   r a t e   L C L   f i l t e r   i s   u s e d  t o   l i m i t   v o l t a g e   ha r m o ni c s   w i t h i n  m e di um   a nd  l o w   v o l t a g e   l i m i t s   ( 5 % ) .     T H D   o ut put   v o l t a g e   of   L C L   f i l t e r   i s   4 . 9 %   a nd  3 . 51 %   o f   s t a nd - a l o ne   a nd  g r i d - c o nne c t e d  P V   s y s t e m   r e s p e c t i v e l y .     Ke y w or ds :   G r i d   In v e rt e r   L CL   f i l t e r   M ul t i - l e v e l   PV   S t a n d - a l o n e   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e d  E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M a h m o ud  A r e f ,     U r a l   po w e r   E n gi n e e r i n g   i n s t i t ut e ,     U r a l   F e de r a l   U ni v e r s i t ,   Y e ka t e r i n b u r g,   R us s i a .    E m a i l :   m a h m o ud200 6a r e f @ gm a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N   T h e   pe n e t ra t i o n   l e v e l   of   ph o t o vo l t a i c   (P V )  ge n e r a t e d  e n e r g y   i n t o   t h e   g r i d  s y s t e m   w a s   i n c r e a s e d  i n  w o r l dw i de .   T hi s   i n c r e a s e d  pe n e t r a t i o n  l e v e l   off e r s   uni qu e   c h a l l e nge s   t o   s y s t e m s   o p e r a t o r s .   I m p r o v i n g   r e l i a b i l i t y   s o   a s   t o   r e duc e   r e pl a c e m e nt   c o s t   duri n g  t h e   l i f e   of   t h e   s y s t e m   i s   o n e   of   s i gn i f i c a n t   c ha l l e n ge s   [1] .   U s ua l l y   P V   pl a n t   c o n s i s t s   o f   3   m a i n   pa rt s :   l a r ge   num b e r   o f   P V   m o dul e s   w h i c h   a r e   c o m b i n e d  t o ge t h e r   t o   fe e d   i n v e r t e r s .   T h e   i n v e r t e r s   t h e n  a r e   c o nn e c t e d  t o   l o w   f r e que n c y   t r a n s f o r m e r   ( m e di u m   v o l t a ge   e l e c t r i c   g r i d)   [2] .   Co n v e rt e r s   a r e   m a i n   p a rt   i n   P V   s y s t e m   i n  o r de r  t o   i nt e g ra t e   w i t h  A C  l o a ds   o r   e l e c t ri c   g ri d  [ 3] .   N o w a d a y s   m u l t i l e v e l   c o n v e rt e r s   a re   w i de l y   us e d  a nd  r e c o m m e nde d  f o r   m e d i u m   a nd  hi g h  v o l t a ge   a p p l i c a t i o ns   due   t o   r e d uc e   s w i t c hi ng  l o s s e s ,   l o w   ha rm o ni c   d i s t o rt i o n,   hi g h   v o l t a ge   c a pa b i l i t y   a nd  go o d  dy na m i c   r e s po n s e   [ 4] .   I n  ge ne ra l   t he r e   a r e   s i x   m a i n  c o m m o n   m u l t i l e v e l   c o n v e rt e r  t o po l o g i e s ;   N e u t ra l   po i nt   C l a m pe d   c o n v e rt e r  ( N P C )  [5 ] ,   c a s c a de d  H - b ri dge   [6 ] ,   Y - c o nne c t e d  H y b r i d  C a s c a de d  [ 7 ] ,   C a p a c i t o r   Cl a m pe d  [8 ] ,   Z - s o u r c e   [ 9 ]  a nd  qu a s i   Z - s o u r c e   [ 10 ] .   T h e   m a i n  c i rc u i t   a nd   c o nt r o l   c i rc u i t   o f   N P C   t hr e e - l e v e l   c o n v e rt e r  a re   s i m p l e   c o m p a re d   w i t h  t h e   t ra d i t i o na l   t w o - l e v e l   t o po l o gy .   T he   m a i n  a dv a nt a ge s   o f   t h e   N P C  t hre e - l e v e l   i n v e rt e r  a s   f o l l o w s :   1)   r e duc i ng   t h e   ha rm o ni c   a nd  t h e   s w i t c hi ng   f r e q ue n c y ,   s o   t ha t   t he   s y s t e m   l o s s   i s   s m a l l ,   2 )  ri s i ng  ra t e   o f   v o l t a ge ( dv / d t )  i s   l o w e r  t ha n  t he   t w o - l e v e l   i n v e rt e r  a nd   t h e   ri s e   ra t e   o f   c u r r e nt   (d i / d t )   i s   a l s o   r e duc e d ,   3)   r e duc i ng   t h e   t o rq ue   ri p pl e   a nd  e l e c t ro m a g ne t i c   no i s e   w i t h   t he   i n c re a s e   o f   t h e   nu m b e r   o f   l e v e l s ,   e a c h  a m p l i t ude   o f   l e v e l   w i l l   b e   r e d uc e d   r e l a t i v e l y ,   4)  re d uc i ng  t h e   v o l u m e   o f   t he   c i r c u i t   b e c a us e   t h e   v o l t a ge   w hi c h   i s   re l a t e d  t o   t h e   a b s o rp t i o n  c i r c ui t   i s   o nl y   ha l f   o f   t ha t ,   t he   e ne rgy   f l o w i ng   i nt o   t he   a b s o r p t i o n  c i r c u i t   i s   s m a l l .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D i gi t al   c on t r ol   s t r at e g y   f or   SP W M  MP P T   of   P V   s y s t e m   w i t h  t hr e e - phas e   NP C…   ( Mahm ou d  A r e f )   573   T h e   m a i n   t e c hn i c a l   di f f i c ul t y   i n   a n y   a ppl i c a t i o n  o f   t h e   N P C  t hr e e - l e v e l   t o p o l o g y   i s   t o   m a i n t a i n    t h e   t w o   D C - s i de   c a pa c i t o r s ’  v o l t a ge s   e qua l   a n d   a t   a   p r e - s pe c i f i e d  l e v e l ,   w h i c h   i s   v e r y   i m po r t a n t   f o r   t h e   e qui pm e n t   r u nni n g  s a f e l y   a n d  r e l i a b l y .   S e ve r a l   m e t h o ds   h a v e   be e n   us e d  t o  r e t a i n   t h e   c a pa c i t o r   v o l t a ge s   a t     a   de s i r e d  v a l ue ;   t h e   h a r dw a r e   i m pl e m e nt a t i o n   m e t h o d  i n c l u di n g  s e pa ra t e   D C  s o u r c e s ,   a n   a uxi l i a r y   c o n v e r t e r  t o   i n j e c t   a   c urr e n t   i n   t h e   n e u t r a l   po i nt   i s   us e d  w i t h   a ddi t i o n a l   c i r c ui t   w h i c h   a dds   t o   t h e   e qui p m e n t   t h e   i n e ff i c i e n c y ,   c o s t   a nd  c o m pl e xi t y   a n d  t h e   s of t w a r e   m e t h o d  i s   r e a l i z e d  by   m o di fy i n g  t h e   c o n v e r t e r - s w i t c hi n g   m o de   a c c o r di ng  t o   r e l a t e d  c o n t r o l   a l go r i t hm s   b a s e d  o n   t h e   s p a c e   v e c t o r   pul s e   w i dt h   m o dul a t i o n  (S V P W M )  o r   s i n e   pul s e   w i dt h  m o dul a t i o n  (S P W M )  s t ra t e gy .     F o r   t h e   S V P W M   s t r a t e gy ,   t h e   r e l a t e d  l i t e ra t u r e s   a dj us t   t h e   a c t i o n   t i m e   of   r e dunda nt   s m a l l   v e c t o r s   b y   j udgi n g  t h e   d i r e c t i o n   o f   n e ut r a l - po i n t   c u rr e n t   a n d  t h e   de v i a t i o n   o f   n e ut ra l - po i nt   po t e nt i a l   w i t h   t h e   i n c r e a s e   of  l e v e l   n um b e r s ,   t hi s   m e t h o d  i s   v e r y   c o m pl e x  a n d  v e r y   di ffi c ul t   t o   r e a l i z e   b e c a us e   of   t h e   l a r ge   a m o u n t   o f  c a l c ul a t i o n.   F o r   t h e   S P W M   s t r a t e gy ,   t h e   a l go ri t hm   i s   v e r y   s i m pl e   by   us i n g  z e r o - s e que n c e   c o m po n e n t   i n j e c t i o n ,   a n d  w o ul dn ’t   i n c r e a s e   a s   w e l l   a s   t h e   i n c r e a s e   o f  l e ve l   n um b e r s .   H ow e v e r ,   t h e   e xi s t i n g  l i t e ra t u r e s   c a n ’ t   a c c ura t e l y   a n a l y s i s   t h e   r e a s o n   f o r   t h e   n e ut r al - po i n t   po t e n t i a l   d ri f t   a nd  t h e   e ffe c t   of   z e r o - s e que n c e   c o m po n e n t   b y   ph y s i c a l   m e c ha n i s m   b a s e d  o n   t h e   a c c ura t e   m a t h e m a t i c a l   m o de l .   A t   t h e   s a m e   t i m e ,   t h e s e   n e ut ra l - po i nt   po t e nt i a l   b a l a n c i n g  c o n t r o l   s t ra t e g i e s   do n ’t   t a k e   t h e   pa ra m e t r i c   pe rt u r b a t i o n   i nt o   c o n s i de ra t i o n .   A c c ur a t e   m o de l   o f   t h e   N P C  t hr e e - l e v e l   c o n v e r t e r  w i t h  pa ra m e t ri c   pe r t u r b a t i o n  i s   de s c r i b e d  i n   [11] .     T h e   o ut put   po w e r   of   P V   a r ra y   i s   de p e n d  o n   i rra di a t i o n   w h i c h   i n c i de nt   o n   t h e   P V   a rr a y   s ur f a c e   ov e r   t h e   t i m e   due   t o   c l i m a t i c   c o n di t i o n s ;   t h e   o ut put   pow e r   a l s o   v a r i e s   p r o duc i ng  s e ve r a l   po w e r - vo l t a ge   c ur v e s   fo r   s e v e r a l   i rr a d i a t i o n  l e v e l s .   T h e   m a x i m um   po w e r   o ut put   o f   P V   a rr a y   i s   ge n e r a t e d  by   a dj us t i n g  v o l t a ge   o r   c u rr e nt   f o r   i rr a d i a t i o n  a n d   t e m pe r a t u r e   [1 2].     M a xi m um   po w e r   po i n t   t r a c ki ng  c o n t r o l   i s   us e d  t o   i m p r o ve   t h e   e ff i c i e n c y   of   ph o t ovo l t a i c   po w e r   ge n e ra t i o n  s y s t e m .   S e v e r a l   m e t h o ds   a r e   us i n g   t o   ge t   m a x i m u m   po w e r   po i n t   o f   P V .   P e rt u r b - a n d - o b s e r ve   (P & O )  m e t h o d  i s   do m i na n t l y   us e d  i n   p r a c t i c a l   P V   s y s t e m   fo r   M P P T   c o n t r o l   due   t o   i t s   s i m p l e   i m p l e m e nt a t i o n .   L oo k - up  t a b l e   w o ul d  r e qui r e   l a r ge   m e m o r y   s t o r a ge   o f   t h e   m i c r o c o n t r o l l e r  a s   l a r ge   a m o unt   o f  pa n e l   da t a   i s   s t o r e d  w i t h   hi g h   a c c u r a c y   a r e   i m p l e m e nt e d.   Im p l e m e nt   l o o k - up  t a b l e   i n   a   l o w   c os t   m i c r o c o n t r o l l e r   h a s   l i m i t e d  m e m o r y   s pa c e   i s   us ua l l y   di f f i c ul t .   I n   o r de r   t o   us e   c ur v e - f i t t i n g  e f f i c i e n t l y   o n     a   l o w - c o s t   m i c r o c o n t r o l l e r,   P V   e m ul a t o r   us i n g  m u l t i pl e   s i m p l e   l i n e a r   e qua t i o n s   t o   m i m i c   a n   I – V   c u r v e   of   t h e   P V   pa n e l   t o   r e duc e   c o m put a t i o n a l   t i m e   w h i l e   m a i nt a i n i ng  s uff i c i e n t   a c c ura c y   a n d  c a n   b e   i m pl e m e n t e d  i n    a   l o w - c o s t   8 - b i t   m i c r o c o n t r o l l e r  i s   de s c r i b e d  i n  [13] .     T h e   c o n v e r t e r   c urr e n t   i s   i n c l ude d  h i g h   o rde r   ha r m o n i c   t ha t   f l ow s   i n t o   t h e   g r i d  c a us i n g  h a rm o n i c   po l l ut i o n .   F i l t e r s   a r e   us e d  t o   e l i m i n a t e   t h e s e   ha r m o n i c s .   T h e   m o s t   c o m m o n   f i l t e r  i s   L - f i l t e r   w hi l e   i t s   i n duc t a n c e   m us t   b e   h i g h   v a l ue   t o   de c r e a s e   t h e   c urr e nt   r i ppl e .   T h e   L C - f i l t e r   i s   us e d  t o   e l i m i n a t e   t h e s e   ha r m o n i c s   b ut   i t   i s   e xpe n s i v e   fo r   m e di u m   a n d  hi g h   po w e r   a ppl i c a t i o n   a s   w e l l   a s   t h e   f i l t e ri n g  e f fe c t   i s   n o t   go o d  b e c a us e   un c e rt a i nt y   of   gr i d   i m pe da n c e .   L CL   f i l t e r   h a d   a n   i nh e r e n t l y   hi g h   c ut - o ff   f r e que n c y   a n d  s t r o n g   pe n e t r a t i ng  a b i l i t y   i n   l o w   f r e que n c y .   S o   L CL   f i l t e r   ha s   c o m e   i nt o   w i de   us e   i n   t h e   i n v e r t e r .   T h e   t hr e e - p ha s e   P V   gr i d - c o nn e c t e d  i n v e r t e r s   t o po l o g y ,   f i r s t l y   a n a l y z e   t h e   i nduc t a n c e ,   t h e   r a t i o   of   t w o   i n duc t a n c e s ,   s e l e c t i n g   t h e   f i l t e r   c a pa c i t o r   a n d  r e s o n a n c e   r e s i s t a n c e .   B a s e d  o n   t h e s e   t h e o r i e s ,   a   de s i g n e d  L CL   f i l t e r   i s   de s c r i b e d    i n   [14].   A l s o ,   l o w   pa s s   L CL   f i l t e r   i s   us e d  t o  r e duc e   P W M   ha r m o n i c .   A   n e w   s t a t e   s pa c e   a ppr o a c h   f o r   a   l o w   pa s s   L CL   f i l t e r   c o n n e c t e d  b e t w e e n   t h e   c o n v e r t e r   s t a t i o n   a n d  t h e   ut i l i t y   gr i d  i s   de s c r i b e d  i n   t e rm s   of   a c t i ve   a n d  r e a c t i v e   p ow e r   of  t h e   c o n n e c t i n g  b us e s ,   a nd  dc   vo l t a ge   of   t h e   V S C  de s c r i b e d  i n   [15] .   T h e   de s i g n   o f  L C L   f i l t e r   i s   h a v i n g  o n e   of   t h e   i m po rt a nt   r o l e s   i n   t h e   e nt i r e   s y s t e m   a n d  p l a y s   v i t a l   r o l e   fo r   s t a b i l i t y   of  t h e   s y s t e m .   T h e   g r i d   i m pe da n c e   i s   a l s o   ha v i n g  i m p a c t   o n  t h e   s t a b i l i t y   o f   t h e   s y s t e m   a nd  s pe c i a l   c a r e   r e qu i r e d  i n  t h e   de s i gn   o f   L CL   f i l t e r.   T h e   r e s o n a n c e   f r e que n c y   of   L CL   f i l t e r  v a r i e s   a s   t h e   g ri d  i m pe da n c e   v a r i e s   i . e .   s t i f f n e s s   of   t h e   g r i d .   T h e   L CL   f i l t e r   i n t e r f a c e d  gr i d  c o nn e c t e d  s y s t e m   i s   p r o po s e d  a n d  s i m u l a t e d  w i t h   t h e   de s i g n   c o n s i de r a t i o n   f o r   f i l t e r   de s c r i b e d  i n   [16] .   T h e   e l e c t r o m a g n e t i c   i n t e r f e r e n c e   f i l t e r   (E M I )  a t t e nua t e s   t h e   h i g h  f r e que n c y   c urr e nt   ha r m o n i c s   due   t o   s w i t c h i ng  o f   i n v e r t e r .   F o r   n o r m a l   c a s e s ,   t h e   f i l t e r   f o r   g r i d  c o upl e d  P V   s y s t e m   i n c l ude s   o n l y   a n   i nduc t a n c e   o r   a n  L C  f i l t e r.   T h e   v a l ue   of   i n duc t a n c e   fo r   a b ov e - m e n t i o n e d  c a s e s   i s   v e r y   h i g h,   b ul ky   a n d  c o s t l y .   T h e   L CL   f i l t e r   w o r ke d  a s   a n  E M I  f i l t e r   ha v i n g  c o m m o n   m o de   i n duc t a n c e   a nd  di f fe r e nt i a l   m o de   i n duc t a n c e .     In   t h i s   p a pe r,   t h e   d i gi t a l   c o n t r o l   s t r a t e g y   of   S P W M   M P P T   of   P V   s y s t e m   i s   de s i gni n g  f o r   t w o   c a s e s ;   s t a n d - a l o n e   a nd  gri d  c o nn e c t e d.   C h e a p  a n d  f a s t   di g i t a l   m i c r o c o n t r o l l e r   n a m e d  M i c r o c o n t r o l l e r   A rdui n o   N a n o  3x   (w h i c h  h a s   c l o c k  s pe e d  16  M H z ,   6  P W M   o ut pu t   t e rm i na l s   a nd  19   m W   po w e r   c o n s um p t i o n )  i s   us i ng  t w o  de t e c t   t h e   i rra di a t i o n   v a l ue   a nd  c o n t r o l   t h e   S P W M   by   c o n t r o l l i n g  t h e   a m p l i t ude   v a l ue   o f   s i n e   w a v e   s i gna l .   T h e   m a x i m u m   po w e r   o ut put   w i t h   v o l t a ge   c ur v e   of   P V   s y s t e m   i s   ob t a i n i n g  by   c h a n g i n g  i n v e rt e r   v o l t a ge   i n   di f fe r e nt   i rra di a t i o n   v a l ue s .   T h i s   c u r v e   i s   us i n g  f o r   l o o k - up  t a b l e   o f   m i c r o c o n t r o l l e r   w i t h   c u r v e   f i t t i n g .     T h e   N P C  i n v e r t e r   i s   us i n g  f o r   P V   s y s t e m   w h e r e   N P C  i n v e r t e r   ha s   h i g h   e f f i c i e n c y   a n d  t h e   l o w e s t   T H D .     A   de s i gni n g  o f   L CL - f i l t e r   i s   i n v e s t i ga t i n g  i n   t h i s   p a pe r   t o   r e duc e   vo l t a ge   a n d  c u rr e n t   h a rm o ni c s   w i t hi n   I E E E   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     572   -   585   574   l i m i t   o f   m e di um   a nd  l o w   v o l t a ge   (5%)  w h i c h   de s c r i b e d  i n   IE E E   s t d  519 - 2014  a nd  IE C  6100 - 4 - 12  [17] .   M A T L A B / S IM U L IN K   i s   us e d  f o r   m o de l l i ng  P V   s y s t e m   w i t h  e xt e rna l   d i gi t a l   m i c r o c o n t r o l l e r.         2.   S Y S TE M   M O D ELLI N G   F i gu r e   1   s h o w s   t h e   b l o c k  di a g ra m   o f   P V   s y s t e m ,            F i g u r e   1 .   B l o c k  di a g r a m   o f   P V   s y s t e m       3.   S Y S TE M   D ES C R I P TI O N   F i g u r e   2  s h o w s   gr i d - c o nn e c t e d  P V   s y s t e m .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   2 ,   P V   a rra y   i s   800  m o dul e s ,     e a c h   m o dul e   pe a k  po w e r   i s   ra t e d  250  W   a t   35  V   a n d  5  A ,   t he   n um b e r   o f   S e r i e s - c o n n e c t e d  m o dul e s   pe r   s t r i ng  i s   20  a n d  t h e   n u m b e r   o f   pa r a l l e l   s t r i ngs   i s   40.   P V   a rra y   c o n n e c t e d  t o   t hr e e - p h a s e   t hr e e - l e v e l   N P C  c o n ve r t e r   c o n t r o l l e d  us i ng  S P W M   of   M P P T   c o n t r o l .   T hr e e - p ha s e   L CL   f i l t e r   i s   us e d  t o   c o n n e c t   t h e   i n v e r t e r   o ut put   vo l t a ge   t o   T hr e e - p h a s e   l o a d  (s t a n d - a l o n e   m o de )  o r   t h e   g ri d   (g r i d - c o nn e c t e d  m o de ).   D i gi t a l   m i c r o c o n t r o l l e r  (A r d ui n o   N a n o )  c o n t r o l s   t h e   o ut put   v o l t a ge   o f   i n v e r t e r   a t   m a x i m u m   po w e r   po i n t   b y   g e n e ra t i ng  S P W M   s i g n a l s .   D i gi t a l   m i c r o c o n t r o l l e r  m e a s u r e s   t h e   s i g na l s   o f   P V   vo l t a ge   a n d   c urr e nt   t o   c a l c ul a t e   m a xi m u m   po w e r   po i n t   by   P & O   m e t h o d.             F i g u r e   2.   G ri d - c o nn e c t e d  P V   s y s t e m   P V   a r r a y s D C / A C   t h r e e - p h a s e   N P C   C o n v e r t e r L C L   F i l t e r M i c r o c o n t r o l l e r   ( A r d i u n o ) I r r a d i a t i o n   s i g n a l V , I P W M   s i g n a l s L o a d G r i d T r M i c r o c o n t r o l l e r P V   A r r a y V , I S P W M   p u l s e s C 1 C 0 S a 1 S a 0 S a 0 S a 1 S b 0 S b 1 S b 0 S b 1 S c 1 S c 1 S c 0 S c 0 L i L g C f V P W M V g G r i d L o a d I r r a d i a t i o n S i g n a l   f r o m   i r r a d i a t i o n N P C   t h r e e - l e v e l   t h r e e - p h a s e   i n v e r t e r L C L   f i l t e r T r . 3 8 0 V / 2 5 k V Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D i gi t al   c on t r ol   s t r at e g y   f or   SP W M  MP P T   of   P V   s y s t e m   w i t h  t hr e e - phas e   NP C…   ( Mahm ou d  A r e f )   575   3. 1 .     P h o tovo l tai c   c e l l   ( PV )   P h o t o vo l t a i c   Ce l l   i s   m a i n l y   a   p - n   j u n c t i o n   w i t h   P - t y pe   s i l i c o n   a t   t h e   b o t t o m   a n d  d i f f us e d  t h i n   l a y e r   of   n - t y pe   o n   t h e   t o p.   P V   c e l l s   pr o duc e   c urr e nt   w h e n   p h o t o n s   i n c i de n t   o n   i t s   s ur f a c e   [18].   R e fe r e n c e   o f  di f fe r e nt   de s i g n s   a n d  m o de l s   s o l a r   p h o t o vo l t a i c   a rr a y   o f  s y s t e m   s ugge s t s   t h a t   t h e   o pe n   c i r c ui t   v o l t a ge   of  s i ngl e   s o l a r   c e l l   i s   i n  b e t w e e n   0. 5  a nd  0 . 7  V   de pe ndi n g  u po n   t h e   m a t e r i a l   o f   s o l a r   c e l l .   P V   a rra y   m o dul e   c o n s i s t s   o f   n um b e r  o f   s e r i e s   a n d  p a ra l l e l   c o nn e c t e d  c e l l s   a s   pe r  t h e   r e qu i r e d  r a t i ng  o f   P V   a rr a y   [16].     T h e   e qui v a l e n t   c i r c ui t   o f   a   P V   c e l l   h a s   a   c u rr e n t   s o ur c e   (      ),   a   di o de   c o nn e c t e d  i n   a nt i   pa ra l l e l   (D ) ,   a   s e ri e s   r e s i s t o r  (     )  a nd  a   pa ra l l e l   r e s i s t o r   (     )  a s   s h o w n   i n   F i gu r e   3   [19] .   T h e   e qui v a l e n t   r e s i s t a n c e s   o f   P V     a rr a y   a r e :                                                       (1)     w h e r e         =   N o .   o f   s e r i e s - c o n n e c t e d  m o dul e s   pe r   s t r i ng,       =   N o .   o f   pa r a l l e l   s t r i ngs     T h e   o ut put   c u rr e n t   o f   t h e   P V   c e l l   i s   e xp r e s s e d  a s ,                                (                         )                         (2)     w h e r e          de n o t e s   l i g h t   ge n e ra t e d  c u rr e n t ,         i s   t h e   s a t u ra t i o n  c urr e n t   o f   t h e   di o de ,   q   i s   t h e   e l e c t r o n   c ha r ge   w h i c h   i s   1. 60  x  10 - 19   C.       a n d       de n o t e   t h e   o ut put   v o l t a ge   a n d  t h e   o ut put   c u rr e nt   o f   t h e   P V   c e l l   r e s pe c t i v e l y .   T h e   i de a l i t y   f a c t o r   o f   t h e   c e l l   i s   de f i n e d  a s         i n   t h e   e qu a t i o n   i s   B o l t z m a nn   c o n s t a nt   (1 . 38x  10 - 23   J / K ) .     T h e   n u m b e r   o f   s e r i e s   c o n n e c t e d  c e l l s   i n  a   P V   m o dul e   i s   d e n o t e d  by       .   T h e   l i g ht   ge n e ra t e d  c u rr e nt   (      )    i n   (2 )  i s   e xp r e s s e d  a s ,              [            (               ) ]       (3)     w h e r e         i s   t h e   t e m pe ra t u r e   c o - e ff i c i e n t   o f   s h o r t   c i r c ui t   c urr e nt   of   t h e   c e l l .         a n d            a r e   t h e   c e l l ' s   o pe r a t i n g  t e m pe ra t u r e   a nd  r e f e r e n c e   t e m pe ra t u r e   r e s pe c t i v e l y .       i s   t h e   s o l a r  i rra d i a t i o n  l e v e l   i n  W / m 2 ,             F i g u r e   3 .   E qui v a l e nt   c i r c ui t   o f   P V   c e l l       3. 2 .     M ax i mu m   p o w e r   p o i n t  tr a c k i n g   ( M P P T)   In   t h i s   m o de l ,   P e r t u r b - a n d - O b s e r v e   (P & O )  m e t h o d  i s   us e d .   T h i s   m e t h o d  w o r ks   by   c a l c ul a t i ng  t h e   c urr e n t   o ut p ut   po w e r   f o r   s t e p  ( P   ( k ) )  f o r   t h e   c u rr e nt   v a l ue s   of   vo l t a ge   (             )  a n d  c u rr e n t   (               ,    t h e n  c o m pa r e   i t   w i t h  t h e   p r e v i o us   o ut put   po w e r   v a l ue s   ( P   ( k - 1) ) .   I n   c a s e   o f   p ow e r   i n c r e a s e s ,   c h a nge   t h e   vo l t a ge   i n   t h e   s a m e   di r e c t i o n  a s   t h e   p r e v i o us   c h a n ge .   O t h e rw i s e ,   c h a n ge   t h e   v o l t a ge   i n  t h e   o ppo s i t e   di r e c t i o n  o f   t h e   p r e v i o us   o n e   [18].   F i gu r e   4  s h o w s   t h e   f l ow   c h a rt   o f   t he   P & O   m e t h o d.     I p v D R s R p V I I d I R P + - Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     572   -   585   576       F i g u r e   4 .   T h e   f l o w   c h a r t   o f   t h e   P & O   m e t h o d       3. 3 .     Th r e e - l e v e l   n e u tr al   p o i n t  c l am p e d   c o n v e r te r   (N P C )   T h e   num b e r   o f   l e ve l s   o f   a   c o n v e r t e r   i s   t h e   num b e r   o f   s t e ps   i n   t h e   v o l t a ge   o f   t h e   o ut put   t e rm i na l s   w i t h   r e s pe c t   t o   a n y   a r b i t ra r y   i n t e rna l   r e f e r e n c e   po i nt .   T hr e e   l e ve l   N P C  a s   s h o w n   i n   F i g u r e   2,   c h a ra c t e r i z e d  b y   ob t a i n i ng  t h e   l ow e s t   T H D   (36. 22%)  a n d  v e r y   h i g h   e ff i c i e nc y   (98. 93%)  i n   c o m pa r i ng  w i t h   o t h e r   m ul t i l e v e l   c o n v e r t e r s   t o po l o gi e s   m e n t i o n e d  b e fo r e   [20].   It   i s   n e c e s s a r y   t o   m o de l   t h r e e - p h a s e   i n v e r t e r s   t o   ob t a i n   v o l t a ge   a n d  c urr e nt   w a ve f o r m s   fo r   e a c h   e l e m e nt   l i ke   IG B T   a n d  d i o de ,   w o r ki n g  o ut   t h e   po w e r   l o s s e s   a c c ur a t e l y .   T h e r e   a r e   t hr e e   l e gs   w h i c h  a r e   de n o t e d  b y   a ,   b ,   c .     E a c h   l e g  ha s   f o ur   s w i t c h e s   a nd  t w o   di o d e s .   F o r   i de a l   s w i t c h,         i s   t h e   o ut put   v o l t a ge   f o r   p ha s e   a ,         a n d        a r e   t h e   i n duc t o r   v o l t a ge   a n d   c u rr e nt ,   L   i s   t h e   A C - s i de   f i l t e r   i n duc t a n c e ,         i s   t h e   w i n di ng  r e s i s t a n c e   r e l a t e d  t o   t h e   i nduc t a n c e   L ,              i s   t h e   l o a d   r e s i s t a n c e   a n d         i s   t h e   n e ut ra l   po i n t   v o l t a ge .   S t a r t i n g   f r o m       = a ,   b ,   c ,   a   K V L   c a n  r e l a t e         t o         a s   b e l o w   [21].                                                                                (4)     A l s o ,   t h e   n e ut ra l   po i n t   v o l t a ge   c a n  b e   r e l a t e d  t o   t h e   p ha s e   v o l t a ge s   i n  t hr e e - pha s e   s y s t e m s ,                                       (5)     Co m b i n i ng  (4)  w i t h  (5)  a s   w e l l   a s   do i n g  f urt h e r   r e a rra n ge m e nt   f o r   ge t t i ng  t w o   i n de pe n de n t   i n duc t o r  c urr e n t s   l e a ds   t o ,                                                                                 S T A R T R E T U R N S E N S E   V ( k ) ,   I ( k ) I N C R E A S E   D U T Y   D E C R E A S E   D U T Y I N C R E A S E   D U T Y D E C R E A S E   D U T Y P ( k ) - P ( k - 1 ) = 0 V ( k ) - V ( k - 1 ) > 0 V ( k ) - V ( k - 1 ) > 0 P ( k ) - P ( k - 1 ) > 0 Y E S N O Y E S Y E S N O N O N O Y E S Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D i gi t al   c on t r ol   s t r at e g y   f or   SP W M  MP P T   of   P V   s y s t e m   w i t h  t hr e e - phas e   NP C…   ( Mahm ou d  A r e f )   577                                                                            (6)     In  o r de r   t o   a v o i d  t h e   i nn e r   s w i t c h e s   s uff e r i n g  f r o m   hi g h  v o l t a ge ,   t h e   o ut e r   t w o   s w i t c h e s   a r e   n o t   a l l o w e d  t o   b e   i n   o n   s t a t e   a t   t h e   s a m e   t i m e .   S o   t h e r e   a r e   t hr e e   di ff e r e n t   v o l t a ge   o ut put s ,   a n d  t hi s   i s   t h e   r e a s o n   w h y   i t   i s   c a l l e d  t hr e e - l e v e l   [22].       3. 4 .     D e s i gn   o f  LC L   fi l te r   T h e   L CL   f i l t e r   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   2,   de s i gni n g  i s   c a t e go r i z e d  i nt o   t w o   pa r t s .   F i r s t   p a r t   de a l s   w i t h   t h e   de s i gn   o f   i n v e rt e r - s i de   i n duc t a n c e   (     )  a n d   t h e   s e c o n d  pa rt   de a l s   w i t h   t h e   de s i g n   o f   gr i d - s i de   i n d uc t a n c e   (     )  a n d   c a pa c i t a n c e   (     )  w hi c h  i s   c o n s i de r e d  a s             s e c o n d  o r de r  l ow   pa s s   f i l t e r .   T h e   g ri d - s i de   i n d uc t a n c e   de s i gn   i s   h a v i n g  r e l a t i o n   w i t h   i n v e r t e r - s i de   i n duc t a n c e   a n d  t h e   ra t i o   b e t w e e n   gri d - s i de   i n duc t a n c e   a n d   c o n v e r t e r   s i de   i n d uc t a n c e   de pe n ds   upo n  t h e   ri pp l e   c urr e nt   a t t e n u a t i o n.   T h e   s i m pl i f i e d  e qua t i o n s   a r e   us e d  f o r   t h e   de s i g n i ng  o f   L CL   f i l t e r  [16] .                   √                       (7)                                  (8)                                (9)                 (10)     w h e r e         i s   g ri d   r. m . s .   p ha s e   v o l t a ge ,         i s   i n v e r t e r  s w i t c h i ng   f re que n c y ,                   i s   e xp r e s s e d  a s   a   pe r c e nt a ge   of   t h e   i n v e r t e r  c urr e nt             w h i c h  l i e s   i n   t h e   ra n ge   5 % - 25% ,        i s   g r i d - s i de   i nduc t a n c e ,         i s   i n v e rt e r - s i de   i n duc t a n c e ,         i s   c a p a c i t a n c e   o f   L CL   f i l t e r,         i s   i n v e rt e r  ra t e d  po w e r   a n d         i s   o pe r a t i ng  f r e que n c y .   S pl i t t i n g  t h e   t o t a l   f i l t e r   i nduc t a n c e   L T   i n t o   L i   ( i n v e r t e r - s i de   i nduc t a n c e )  a n d  L g   (g ri d - s i de   i n d uc t a n c e )  fo l l ow s   t h e   r e l a t i o n s h i p:                       (11)     w h e r e   r   (0 . 4 < r < 2)  i s   t h e   i n duc t a n c e   i n de x   [23 - 25].   Ho w e ve r ,   t h e   f o l l ow i n g  l i m i t a t i o n s   o n   t h e   f i l t e r  pa r a m e t e r s   ha v e   b e e n   t a ke n   i nt o   a c c o un t   [23]: -   T h e   t o t a l   i n d uc t a n c e   ( L T = L i + L g )  s h o ul d  b e   l e s s   t h a n   0. 1  (p. u )  b e c a us e   i t   r e s ul t s   i n   a c   v o l t a ge   dr o p  dur i ng  o pe r a t i o n .   O t h e r w i s e ,   a   h i g h e r   dc - l i n k  v o l t a ge   w i l l   b e   r e qui r e d  a n d  t hi s   r e s ul t s   i n   h i g h e r   s w i t c h i ng  l o s s e s .   H ow e ve r ,   f o r   hi g h   po w e r   l e v e l s ,   t h e   m a i n   a i m   i s   t o   a v o i d  t h e   s a t u ra t i o n   o f   t h e   i n duc t o r s   L i   a n d  L g . -   T h e   c a pa c i t a n c e   i s   l i m i t e d  b y   t h e   r e a c t i v e   pow e r   l i m i t   ( n o r m a l l y   t h i s   l i m i t   i s   l e s s   t h a n  5% ). -   T o   a v o i d  r e s o n a n c e   p r o b l e m s ,   t h e   re s o n a n c e   f r e que n c y             of   t h e   f i l t e r  s h o ul d  b e   hi g h e r   t h a n  10   t i m e s   t h e   g ri d  f r e que n c y       a n d   s m a l l e r   t ha n   ha l f   of   t h e   s w i t c h i n g   f r e que n c y        .       3. 5 .     S i n u s o i d al   p u l s e   w i d th   m o d u l ati o n   T h e   ge n e ra t i o n   o f  a   s i n us o i da l   P W M   s i gna l   f i n ds   m o r e   a ppl i c a t i o n s   i n   i ndus t ri e s ,   w h i c h   c a n   b e   ge n e ra t e d  b y   c o m pa ri n g  a   s i nus o i da l   r e f e r e n c e   s i g n a l   w i t h   a   s a w t o o t h   c a rr i e r   w a v e   a n d  t h e   w i dt h   o f   e a c h   pul s e   v a r i e d  pr o po r t i o na l l y   t o   t h e   a m pl i t ude   of   a   s i n e   w a v e   e v a l ua t e d  a t   t h e   c e n t e r   o f   t h e   s a m e   pul s e .     T h e   o ut put   f r e que n c y   of   t h e   i n v e r t e r   c a n   b e   fo un d  by   us i n g  t h e   f r e que n c y   of   t h e   r e f e r e n c e   s i gna l .   T h e   r m s   o ut put   v o l t a ge   c a n   b e   c o n t r o l l e d  by   m o dul a t i o n   i nde x  a nd  i n   t u rn  m o dul a t i o n   i n de x  i s   c o nt r o l l e d  by   pe a k   a m p l i t ude .   T h e   g a t i ng  s i g n a l   c a n  b e   pr o duc e d  by   us i n g  t h e   v a r i a b l e   f r e que n c i e s   u n i di r e c t i o na l   s a w t o o t h   c a rri e r   w a v e   [26].   F i gu r e   5  s h o w s   o n e   s i gna l   S P W M   ge n e ra t i o n   o f   s pe c i f i c   f r e que n c y   of   s a w t oo t h .     T h e   f r e que n c y   of   P W M   r e pr e s e n t s   t h e   a m o unt   o f   t i m e   t a k e n   by   P W M   t o   c o m pl e t e   o n e   c y c l e .   In   o rde r  t o   pr o duc e   v a r i a b l e   v a l ue s ,   t h e   s a w t oo t h   f r e que n c y   c a n   b e   c h a n ge d  I n   o r de r   t o   m a ke   t h e   a na l y s i s   of   c o n t r o l   P W M   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   de f i n e   s o m e   pa r a m e t e r s .   T h e   i nde x  o f   a m pl i t ude   m o dul a t i o n       an d   i n de x  o f   f r e que n c y   m o dul a t i o n,           :                          ,                             (12)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     572   -   585   578               F i g u r e   5 .   o n e   s i g na l   S P W M   ge n e ra t i o n   o f   s pe c i f i c   f r e que n c y   of   s a w t oo t h       3. 6 .     M i c r o c o n tr o l l e r   T h e   A rdui n o   N a n o   3. x  i s   a   s m a l l ,   c o m pl e t e ,   a n d  b r e a db o a r d - f ri e n d l y   b o a r d  b a s e d  o n   t h e   A T m e ga 3 28.   I t   h a s   m o r e   o r   l e s s   t h e   s a m e   f un c t i o na l i t y   of   t h e   A r du i n o   D ue m i l a n o v e ,   b ut   i n   a   di f f e r e n t   pa c ka ge .   It   l a c ks   o n l y   a   D C  p ow e r   j a c k,   a n d  w o r ks   w i t h   a   M i n i - B   U S B   c a b l e   i n s t e a d  o f   a   s t a n da rd  o n e .   A r d i n o   s pe c i f i c a t i o n s   a r e   5V   o pe ra t i n g  v o l t a ge ,   19  m W   pow e r   c o n s um pt i o n   a n d  16  M H z   c l o c k  s pe e d.     T h e   A r du i n o   c l oc k  f r e que n c y   i s   16  M H z   t h a t   a   pu l s e - w i dt h - m o dul a t e d  (P W M )  s i gna l ,   us i n g  t h e   h a r dw a r e   t i m e r s   o n   t h e   A T m e ga 328   m i g ht   b e   t h e   w a y   t o   go .   T h i s   gi v e s   ve r y   pr e c i s e   a nd  c o n s i s t e n t   t i m i n g  a n d   a l l o w s   t o   t o ggl e   a   p i n   a s   f a s t   a s           .   T h e   de l a y   t i m e   r e s po n s e   o f   A r dui n o   a nd  i t s   e f fe c t   o n   s i m ul a t i o n - b a s e d  m o de l     a r e   n e gl i gi b l e .         4.   C O N TR O L   S TR A TE G Y   M P P T   c ur v e   of   P V   a r ra y   i s   ob t a i n i n g  us i ng  P & O   m e t h o d.   I n   t hi s   m e t h o d,   t h e   R M S   v a l ue   of   o ut put   vo l t a ge   o f   i n v e r t e r  i s   c h a ngi n g   us i n g  S P W M .   S P W M   i s   c ont r o l l e d  by   a m pl i t ude   o f   s i n e   w a ve   s i gna l   w hi c h  c o m pa r e s   w i t h   s a w t oo t h  s i g na l .   T o   ge t   M P P   o f   P V   a rra y   i n  t h e   v a r i a b l e   i rra di a t i o n  us i n g   f o l l ow i n g   s t e ps :   a)   Irra di a t i o n  i s   c ha n g i n g  f r o m   10 0  W / m 2   t o   10 00  W / m 2   by   s t e p  100 .   b)   M i c r o c o n t r o l l e r  i s   c ha n g i n g   t h e   a m p l i t ude   o f   s i n e   w a v e   s i gn a l   o f   S P W M   t o   ge t   M P P   i n  s pe c i f i c   i rr a d i a t i o n.   c)   R e c o r di n g   M P P   w i t h  t h e   a m pl i t ude   o f   s i n e   w a v e   s i gna l   o f   S P W M .   F r o m   t h e   a b o ve   s t e ps ,   w e   a r e   ob t a i n e d  M P P T   c ur v e   w i t h  t h e   a m p l i t u de   o f   s i n e   w a v e   s i gna l   o f  S P W M .   T hi s   c u r v e   i s   us e d  a s   l o o k - up  t a b l e   e m pl o y e d  i n  M i c r o c o n t r o l l e r  w i t h   c u r v e   f i t t i ng.     D i gi t a l   c o n t r o l   s t r a t e gy   i s   us i n g  t o   P V   s y s t e m   by   M i c r o c o n t ro l l e r   a s   t h e   f o l l ow i n g:   a)   M e a s ur e   t h e   v a l ue   o f   i rr a d i a t i o n   t h e n  f e e d  t o   M i c r o c o n t r o l l e r.   b)   U s i n g  L o o k - up  t a b l e   o f   M P P T ,   M i c r o c o n t r o l l e r  i s   a dj us t i n g  t h e   a m pl i t ude   o f   s i n e   w a v e   s i gn a l     of   S P W M .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D i gi t al   c on t r ol   s t r at e g y   f or   SP W M  MP P T   of   P V   s y s t e m   w i t h  t hr e e - phas e   NP C…   ( Mahm ou d  A r e f )   579   5.   S I M U LA TI O N   R ES U LTS   S t a n d - a l o n e   a n d  g r i d - c o nn e c t e d  P V   s y s t e m   i s   s i m ul a t e d  us i n g   M A T L A B / S IM U IN K   w i t h   c o upl i ng  M i c r o c o n t r o l l e r   A r du i n o   N a n o   by   U S B   c a b l e .   F i gur e   6  s h o w s   M A T L A B / S IM U IN K   of   P V   s y s t e m   c o nn e c t e d   A r du i n o   N a n o   us i ng  U S B .             F i gu r e   6 .   M A T L A B / S IM U IN K   of   P V   s y s t e m   c o n n e c t e d  A r d ui n o   N a n o   us i ng  U S B       5. 1 .     LC L   fi l te r   d e s i gn   T h e   de s i g n  o f   i n v e rt e r - s i de   i n duc t a n c e   (     )  a n d   t h e   s e c o n d  p a r t   de a l s   w i t h  t h e   de s i g n  o f   gri d - s i de   i n duc t a n c e   (     )  a nd  c a p a c i t a n c e   (     )  o f   L C L   f i l t e r   us i n g   t h e   ra t e d  v a l ue s   o f   t h e   P V   s y s t e m ;                 ,                   ,              ,                                 ,                             ,                                          a r e :                                        a n d                      5. 2 .     M ax i mu m   p o w e r   c u r v e   M a t l a b / S i m u l i nk  i s   us i ng  t o   s i m u l a t e   c o n t r o l l e d  t hr e e - l e ve l   t hr e e - p h a s e   N P C  c o n v e r t e r   ga t e   s w i t c h i n g  us i n g  v a r i a b l e   m o dul a t i o n   i ndi c e s   w i t h   c a rri e r   s i g na l   s a m p l i ng  f r e que n c y   100  K H z   a n d  r e f e r e n c e   s i g n a l   f r e que n c y   50  H z ,   w i t h   i rra d i a t i o n  o f   1000  w / m 2   a n d   t e m pe ra t u r e   o f   25  de gr e e   c .   T o   o b t a i n  t h e   m a x i m u m   po w e r - v o l t a ge   c ur v e   of   P V   a rra y ,   t h e   pe a k  v a l ue   of   s i n us o i da l   w a v e   of   c o n t r o l l i n g   S P W M   i s   c h a ngi n g  t o   ge t   t h e   i n v e r t e r   v o l t a ge   v a l ue   of   m a xi m um   po w e r   i n   d i f f e r e n t   i rra d i a t i o n   (100  W / m 2   t o   1000  W / m 2 ) .   F i gu r e   7  s h o w s   t h e   P - V   m a x i m u m   po w e r   c ur v e .   T h e   p r o po r t i o n a l   r e l a t i o n   b e t w e e n   r m s   o ut put   vo l t a ge s   of   f i l t e r   i s   i n c r e a s i n g  w i t h   t h e   o ut put   po w e r   o f   t h e   s o l a r   p a n e l   w h i l e   i n c r e a s i n g  t h e   m o dul a t i o n   i n de x  of   t h e   S P W M   c o n t r o l l e d  by   M P P T .   T hi s   c ur v e   w i t h   c u r v e   f i t t i ng  i n   d i f f e r e n t   po i n t s   i s   us i ng  a s   l o o k - up  t a b l e   e m pl oy e d  i n   m i c r o c o n t r o l l e r.             F i gu r e   7 .   P - V   m a xi m u m   po w e r   c u r v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i ,   V o l .   19 ,   N o .   2 ,  A ugus t   20 20  :     572   -   585   580   5. 3 .     C as e   1:   S tan d - al o n e   P V   s ys t e m   T h e   P V   s y s t e m   c o nn e c t e d  t o   t hr e e - pha s e   l o a d ,   i n  F i g u r e   2 ,   w a s   s i m ul a t e d  i n   i rr a di a t i o n   o f   1000  W / m 2   a nd  t e m pe r a t u r e   o f  25  de gr e e   us i n g  M a t l a b / S i m u l i n k .   F i gu r e   8  s h o w s   t h e   o ut put   v o l t a ge s   o f  t h e   i n v e r t e r   b e fo r e   a n d  a f t e r   t h e   f i l t e r   a n d  t h e i r   h a rm o n i c s .   A s   s h ow n   i n   F i g u r e   8,   t h e   T H D   i s   ve r y   s m a l l   a pp r o xi m a t e l y   22  %  us i n g   t o   c o n t r o l   S P W M   o f   t hr e e - l e v e l   t hr ee - pha s e   c o n v e r t e r.   T h e   L CL   f i l t e r   i s   us e d  t o   r e duc e   T H D   t o  4. 9%  w i t hi n   I E E E   l i m i t   o f   m e di um   a n d  l o w   vo l t a ge   (5%) .   S t a n d - a l o n e   P V   s y s t e m   w i t h   t hr e e - pha s e   l o a d,   i n   F i gu r e   2,   w a s   s i m ul a t e d  i n   v a ri a b l e   i rra d i a t i o n   f r o m   100  t o   1000  W / m 2   a nd  t e m pe r a t u r e   of   25   d e gr e e   us i n g  M a t l a b / S i m ul i nk.   F i g u r e   9  s h o w s   D C  o ut put   v o l t a ge   a n d  po w e r   of   P V   a rra y .   F i gur e   10  s h o w s   o ut put   po w e r   o f   i n v e r t e r  a n d   l o a d .     A s   s h o w n   i n   F i g u r e   9,   D C  v o l t a ge   o f   P V   a rra y   i s   c h a n g i n g  f ro m   420  V   a t   100   W / m 2   t o   620  V   a t   200   W / m 2 .   D C  v o l t a ge   o f   P V   a rr a y   i s   c h a ngi n g  w i t h  s m a l l   f r o m   620  V   t o   782  V   w i t h   i rr a di a t i o n   c h a n ge   f r o m   2 00  t o   1000  W / m 2 .   A s   w e l l   a s   D C  po w e r   of   P V   a rra y   i s   c h a n g i n g  f r o m   1 5  kW   a t   10 0  W / m 2   t o   36  kW   a t   200   W / m 2 .   D C  po w e r   o f   P V   a rra y   i s   c h a n gi ng  w i t h   s m a l l   f r o m   3 6  kW   t o   39  kW   w i t h   i rra di a t i o n   c h a nge   f r o m   200   t o   1000  W / m 2 .   A s   s h o w n   i n   F i gu r e   10 ,   t h e   l o a d  po w e r   i s   v a r i a b l e   f r o m   2500  W   a t   100  W / m 2   t o   6000  W   100 0  W / m 2   w h e r e   i t   de pe n ds   o n   vo l t a ge   a n d  i rra di a t i o n.   T h e   pow e r   l o s s   of   L CL   f i l t e r   i s   a pp r o xi m a t e l y   z e r o   w h i c h  i s   t h e   di f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e   o ut put   po w e r   o f   i n v e r t e r   a n d   o ut put   po w e r   o f   f i l t e r.             F i gu r e   8( a ) .   T h e   o ut put   v o l t a ge   o f   t h e   i n v e r t e r   a n d   ha r m o n i c s           F i gu r e   8(b ).   T h e   o ut p ut   v o l t a ge   f i l t e r   a n d   h a rm o ni c s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a n  J   E l e c   E ng  &   Co m p  S c i     IS S N :   2502 - 4752       D i gi t al   c on t r ol   s t r at e g y   f or   SP W M  MP P T   of   P V   s y s t e m   w i t h  t hr e e - phas e   NP C…   ( Mahm ou d  A r e f )   581         F i gu r e   9 .   D C   o ut put   v o l t a ge   a nd  po w e r   o f   P V   a rr a y             F i gu r e   10 .   O u t pu t   po w e r   o f   i n v e r t e r  a n d   l o a d       5. 4 .     C as e   2:   G r i d - c o n n e c te d   P V   s ys t e m   T h e   G r i d - c o nn e c t e d  P V   s y s t e m   w i t h   t hr e e - p h a s e   l o a d,   i n   F i gur e   2,   w a s   s i m u l a t e d  i n   i rr a di a t i o n   of  1000  W / m 2   a nd  t e m pe ra t u r e   o f   25  de gr e e   us i n g   M a t l a b / S i m ul i n k .   F i gu r e   11   s h o w s   t h e   o ut put   v o l t a ge s   o f   t h e   i n v e r t e r   b e fo r e   a n d  a f t e r   t h e   f i l t e r   a n d  t h e i r   ha r m o n i c s .   A s   s h o w n   i n   F i gu r e   11 ,   t h e   T H D   i s   v e r y   s m a l l   a pp r o xi m a t e l y   22  %  us i n g   t o   c o n t r o l   S P W M   o f   t hr e e - l e v e l   t hr e e - pha s e   c o n v e r t e r.   T h e   L CL   f i l t e r   i s   us e d  t o   r e duc e   T H D   t o   3. 51%   w i t h i n  IE E E   l i m i t   o f   m e di um   a n d  l o w   vo l t a ge   (5 %).     T h e   G ri d - c o nn e c t e d  P V   s y s t e m   w i t h   t hr e e - p ha s e   l o a d,   i n  F i gu r e   2,   w a s   s i m ul a t e d  i n   v a ri a b l e   i rr a d i a t i o n   f r o m   100  t o   1000  W / m 2   a nd  t e m pe ra t u r e   of   25   de gr e e   us i n g  M a t l a b / S i m u l i n k .   F i gu r e   12  s h o w s   D C  o ut put   v o l t a ge   a n d  po w e r   of   P V   a r ra y .   F i gur e   13  s h o w s   o ut put   pow e r   of   i n v e r t e r,   f i l t e r ,   l o a d  a n d  g ri d .     A s   s h ow n   i n   F i gu r e   12,   D C  v o l t a ge   of   P V   a rra y   i s   c h a n gi ng  f r o m   300  V   a t   100  W / m 2   t o   620  V   a t   200  W / m 2 .  D C  v o l t a ge   o f   P V   a rr a y   i s   c ha n g i n g  w i t h  s m a l l   f r o m   6 20  V   t o   782  V   w i t h   i rra d i a t i o n  c h a n ge   f r o m   200   t o   1000  W / m 2 .   A s   w e l l   a s   D C   po w e r   o f   P V   a rr a y   i s   c ha n g i n g  f r o m   10  kW   a t   100   W / m 2   t o   36  kW   a t   2 00  W / m 2 .  D C  po w e r   o f   P V   a rra y   i s   c h a ngi n g   w i t h   s m a l l   f r o m   36   k W   t o   42  kW   w i t h   i rra di a t i o n   c ha n g e   f r o m   2 00  t o  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.