I n d on e s i an   Jo u r n al   o 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 .   20 ,   N o .   2 N o v e m b e r   20 20 ,   pp.   602 ~ 612   IS S N :   25 02 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 20 .i 2 . pp602 - 612             602       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   A   h i g h   p e r f o r m a n c e   g r i d   c o n n e c t e d   PV   s y st e m   b a sed  o n     HERI C   t r a n sf o r m e r l e ss  i n v e r t e r       Es s am   H e n d aw i   E l e c t r i c a l   E n g i n ee ri n g   D e p a r t me n t,   C o l l e g e   o f   E n g i n ee ri n g T a if   U n i ve r s i t y ,   S a ud i   A r a b i a   El ec tr on i c s   R e s e a r c h   I n s t i t u t e ,   E g y p t       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   F e b   9 ,   20 20   R e v i s e A pr   8 ,   2020   A c c e pt e A p r   22 ,   2020       T hi s   p a pe r   pr e s e n t s   a e f f e c t i v e   s i ng l e   ph a s e   g r i c o nne c t e pho t o v o l t a i c   P V   s y s t e m   ba s e o H i g E f f i c i e nc y   a nd  R e l i a b l e   I nv e r t e r   C o nc e pt   H E R I C   t r a ns f o r m e r l e s s   i nv e r t e r .   dc - dc   boo s t   c o nv e r t e r   c o nt r o l l e by   i nc r e m e nt a l   c o nduc t a nc e   I C   m a xi m um   po w e r   po i n t   t r a c ke r   M P P T   i s   e m p l oy e t o   a c hi e v e   t he   m a xi m um   e x t r a c t i o po w e r   o f   t he   P V   pa n e l s .   P r o po r t i o na l   i nt e g r a l   P I   c o nt r o l l e r   c o nt r o l s   t he   o ut put   v o l t a g e   o f   t he   bo o s t   c o n v e r t e r   t o   m e e t   t he   ut i l i t y   g r i r e qui r e m e nt s .   L C L   f i l t e r   i s   u t i l i z e t o   ke e t h e   i nv e r t e r   v o l t a g e   v e r y   c l o s e   t o   s i nu s o i da l   s ha p e .   E m pl o y i ng   t he   H E R I C   t r a n s f o r m e r l e s s   i nv e r t e r   r e d uc e s   s i g ni f i c a nt l y   t he   g r o und  l e a k a g e   c ur r e nt   b e y o nd  s a f e   l i m i t s .   S e m i c o nduc t o r s   l o s s e s   a r e   s t u di e t o   i nv e s t i g a t e   t he   e f f i c i e nc y   o f   t he   pr o po s e s y s t e m   a t   di f f e r e nt   i n s o l a t i o l e v e l s .   S i m ul a t i o r e s u l t s   v e r i f y   t he   hi g pe r f o r m a nc e   o f   t he   p r o po s e s y s t e m   w h e c o ns i d e r i ng   l e a k a g e   c ur r e n t   a nd  s y s t e m   e f f i c i e nc y .   Ke y w or d s :   Bo os t   c o n v e r t e r   H E R IC  t ra n s f o r m e rl e s s   i n v e r t e r   L e a ka ge   c urr e nt   MPPT   P V   s y s t e m   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e 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 :   E s s a m   H e n da w i ,   E l e c t r i c a l   E n g i n ee ri n g   D e p a r t me n t,   Co l l e ge   of   E n gi n e e r i n g ,     T a i f   U ni v e r s i t y ,   T a r i f ,   S a ud i   A ra b i a .     E m a i l :   e s a m _ h e n d a w i @ h o t m a i l . c o m       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e   S o l a r   p h o to v o ltaic   ( P V a r e   c o n s i de r e a s   t h e   m o s t   p r o m i s i n r e n e w a b le   e n e rg y   s o u rc e s ,   w h i c h   can   m eet   t h e   f u t u r e   e n e rg y   d e m a n d s   a n d   o v e r c o m e   e n v ir on m e n t a l   po l l u t io n   p r ob le m s   [ 1 - 3] .     P s y s t e m s   c a n   de l i v e r   e n e rgy   e i t h e t o   t h e   u t i l i t y   gr i o r   s t a n da l o n e   s y s t e m s .   T h e   pe r c e n t a ge   o f   P V   e n e r gy   t o   s t a n d a l o n e   l o a ds   i s   v e r y   s m a l l   a s   c o m pa r e d   t o   t h e   P V   e n e r gy   de l i v e r e t o   ut i l i t y   gr i d.   T h e   o p t i m a l   u til i z a t i o n   o f   P V   g e n e r a t e d   p o w e r   a n d   t h e   a b s e n c e   o f   s t o r a g e   b a t t e r i e s   a r e   t h e   m o s t   i m po r t a n t   a dv a n t a ge s   o gri c o nn e c t e s y s t e m s   ov e r   s t a n d a l o n e   o n e s .   Dc / a c   i n v e r t e r s   f o l l o w e w i t a   l i n e   t ra n s f o r m e a r e   e m p l o y e [3]  t o   c o n n e c t   P V   pa n e l s   t o   ut i l i t y   gri d.   Ei t h er   a   h i g h - f r e q u e n c y   t r a ns f o r m er   (c o n n e c t e t o   t h e   P V   pa n e l s )   o r   a   l o w - f re q u e n c y   tr a n s f o r m er   at   t h e   o u tp u t   s t a g e   o f   t h e   in v e r t e r   i s   us e d.   T h e   l i n e   t r a n s f o r m e r   a c h i e v e s   t w o   m a i n   go a l s ;   t h e   f i r s t   i s   t h e   ga l v a ni c   i s o l a t i o n   b e t w e e n   t h e   P V   pa n e l s   a n t h e   ut i l i t y   gr i a n c o ns e que n t l y   r e a l i z e   pe r s o na l   s a f e t y .   T h e   s e c o n i s   ra i s i ng  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   t o   a   s u i t a b l e   va l ue   t o   m e e t   t h e   u t i l i t y   gri v o l t a ge .   T h e   l i n e   tr a n s f o r m er   a t t e n u a t e s   t h e   g r i d   D i n j e c t i o n   c urr e nt   a n d   t h e r e f o re   i m p r o v es   t h g r i d s   p o w e r   q u a l i t y .     In   c o nt r a s t   t o   l i n e   t ra n s f o r m e r   a dv a n t a ge s ,   i t   h a s   m a n y   di s a dv a n t a ge s   s uc h   a s   l a r ge - s y s t e m   v o l um e ,     l a r ge   w e i g h t,   a n d   h i g h   co s t.   A s   a   r e s ul t   t h e   l i n e   t r a n s f o r m e a r e   r a r e l y   us e n ow a da y s   i n   g r i c o nn e c t e P V   s y s t e m s .   U n fo r t u na t e l y ,   t h e   a b s e n c e   of   l i n e   t r a n s f o r m e r   r e s ul t s   i l a c o f   ga l v a n i c   i s o l a t i o n   w hi c i n   t u rn  l e a ds   t o   s o m e   s a f e t y   i s s u e s .   A   pa r a s i t i c   c a p a c i t o r   e xi s t s   b e t w e e n   t h e   PV   pa n e l s   a n g r o u n d   w h e r e   a   l e a ka ge   c urr e nt   o ws   t hr o ugh   t hi s   c a p a c i t o r.   T h e   l e a k a ge   c ur r e nt   i n c r e a s e s   t h e   s y s t e m   l o s s e s ,   di s t o r t s   t h e   o ut put   c urr e n t ,   i n duc e s   r a d i a t e d   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   a nd   c a us e s   pe r s o n a l   s a fe t y   p r o b l e m s .   T h e r e f o r e ,   t h e   l e a ka ge   c u rr e nt   m us t   b e   r e duc e t o   r e c o m m e n de l i m i t s   [4] .   T h e   l e a k a ge   c urr e n t   e xi s t s   a s   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       r A   h i gh  pe r f or m anc e   gr i c onn e c t e d   P V   s y s t e m   b as e d   o n . . .   ( E s s am   H e n daw i )   603   c o m m o n   m o de   vo l t a ge   (CM of   t h e   i n v e r t e r   c h a n ge s .   T h e r e fo r e ,   t h e   c ha n ge s   o t h e   c o m m o n   m o de   vo l t a ge   m us t   b e   m i n i m i z e t o   r e duc e   t h e   l e a ka ge   c urr e n t .   T ra n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r s   a r e   t h e   b e s t   s o l ut i o n   t o   ov e r c o m e   t h e   pr o b l e m   of   l e a ka ge   c ur r e n t   a s   l i s t e i n   t h e   l i t e r a t u r e   [5 - 15].   T r a n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r s   h a v e   r e c e n t l y   b e c o me   m o r e   p o pul a r   o w i n g   to   its   s m a l l   s y s t e m   vo l um e ,   l ow   w e i gh t   a n d   l o w   c o s t .   S e ve r a l   t o po l o gi e s   of  t r a n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r s   a r e   i n t r o duc e i n c l ud i n s i n gl e   p h a s e   a n t hr e e   p h a s e   i n v e rt e r s .   E a c h   t o po l o g y   h a s   i t s   o w n   c i r c ui t   c o n f i gu r a t i o n,   pe r f o r m a n c e   a n a l y s i s ,   a dv a nt a ge s   a n d i s a dv a n t a ge s   w h e n   t h e   f o l l ow i n po i n t s   of   v i e w   a r e   c o n s i de r e d :   (1)   a b i l i t y   of   r e duc i ng  t h e   l e a k a ge   c urr e n t ,   (2)  num b e r   o f   s w i t c h e s   a n t h e i r   t o t a l   l o s s e s   (3)  s y s t e m   c o m pl e xi t y ,   e ff i c i e n c y   a n c o s t .   C l a s s i f i c a t i o n s   a n c o m pa ri s o n   b e t w e e n   di f f e r e n t   t o po l o gi e s   of   t r a n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r s   a r e   p r e s e n t e b a s e o n   t h e   a b i l i t y   of   r e duc i n t h e   l e a k a ge   c urr e n t ,   i n v e r t e r   l o s s e s   a n i n v e r t e r   e ff i c i e n c y   [16 - 20].   O n e   of   t h e   m os t   c o m m o n,   pe r f e c t   a n e ff i c i e n t   t r a n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r   i s   t h e   H i g h   Ef f i c i e n c y   a n d   R e l ia b le   I n v e r t e r   C o n ce p t   ( H E RI C )   [2 1 ].   H E R IC  t ra n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e i s   m o r e   e ff i c i e n t   t ha n   m a n y   po pul a r   t r a n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r s   s uc h   a s   H 5,   H a n d   m o di f i e H 6   t r a n s f o r m e r l e s s   i n v e rt e r s   w h e n   r e duc t i o n   o f   l e a ka ge   c urr e nt ,   i n v e rt e r   l o s s e s   a n c o m pl e xi t y   a r e   t a ke n   a s   c o m pa ri s o n   c ri t e r i o n   b e t w e e n   i n v e r t e r s .   W i t h i g h e r   po w e r ,   t hr e e   pha s e   t r a n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r s   a r e   e m pl oy e [22].   W i t t ra n s f o r m e r - l e s s   s y s t e m s ,   r e s e a r c h e s   t h a t   t a ke   i n t o   ac c o un t   t h e   m a x i m um   po w e r   e xt ra c t i o f r o m   t h e   PV   pa n e l s   a r e   v e r y   r a r e   a l t h o ug h   t he   gr e a t   i m po rt a n c e   o f   t h i s   i s s ue   i P V   s y s t e m s.     T h i s   pa pe r   p r o po s e s   a   c o m pl e t e   s i n gl e   p h a s e   P V   gr i c o nn e c t e s y s t e m   w h i c h   c a n   a c h i e v e   t h e   m i ni m i z a t i o n   of   l e a ka ge   c ur r e nt   a n m a xi m i z a t i o n   o pow e r   dra w n   f r o m   t h e   P V   pa n e l s   a s   w e l l .   H E R IC  t r a n s f o r m e r - l e s s   i n v e r t e i s   c h o s e n   d ue   t o   i t s   s e v e r a l   a dv a n t a ge s   o ve r   i t s   c o unt e rpa rt s .   dc - dc   b oo s t   c o n v e r t e i s   i n c l ude t ra i s e   t h e   o ut pu t   v o l t a ge   o f   P V   pa n e l s   t o   s ui t a b l e   l e v e l s   t o   m e e t   t h e   r e qu i r e m e n t s   o f   c o nn e c t i o n   t o   ut i l i t y   gr i d .   T hr e e   c o n t r o l l e r s   a r e   e m pl oy e i n   t h e   s y s t e m .   T h e   f i r s t   i s   t h e   i n c r e m e nt a l   c o n duc t a n c e   IC  m a xi m u m   po w e r   po i n t   t ra c ke r.   It   c o nt r o l s   t h e   b oo s t   c o n v e r t e s w i t c h   i s uc a   w a y   t h a t   t h e   m a x i m um   po w e r   i s   d ra w n   f r o m   t h e   P V   pa n e l s .   T h e   s e c o n c o n t r o l l e i s   t h e   b o os t   c o n v e r t e o ut put   v o l t a ge   c o n t r o l l e r   w h e r e   i t s   a i m   i s   t o   ke e t h e   i n v e r t e dc   l i nk  v o l t a ge   a t   a   s ui t a b l e   c o n s t a n t   v a l ue   t o   m e e t   t h e   r e qui r e m e n t s   o f   c o n n e c t i o n   w i t g r i d .     T h e   t h i rd  c o n t r o l l e r   ge n e r a t e   t h e   r e qui r e c o nt r o l   s i g na l s   t o   t h e   H E R IC  i n v e r t e r   s w i t c h e s .   L CL   f i l t e r   i s   i n s e r t e a t   t h e   o ut e s t a ge   o f   t h e   i n v e r t e r   t o   c a n c e l   t h e   u nw a n t e ha r m o n i c s .   L o s s e s   of   i n v e r t e r   a n b o o s t   c o n v e r t e r   a r e   e s t i m a t e a nd  c o n s e que n t l y   t h e   s y s t e m   e ff i c i e nc y   i s   c a l c ul a t e a t   d i f f e r e n t   s u n   i n s o l a t i o n   l e v e l s .       2.   P R O P S ED   S Y S TE M   C O N F I G U R A TI ON   F i gu r e   p r e s e n t s   t h e   M A T L A B / S IM U L IN K   m o de l   of   t h e   pr o po s e P V   gr i c o nn e c t e s y s t e m .     T h e   pr o po s e s y s t e m   c o n s i s t s   m a i nl y   of   P V   pa n e l s ,   dc - dc   boo s t   c o n v e r t e r,   H E R IC  t r a n s f o r m e r l e s s   i n v e r t e r ,   L CL   f i l t e a n d   c o n t r o l l e r s .   T h e   f o l l ow i n s e c t i o n s   de s c r i b e   e a c pa rt   o f   t h e   p r o po s e s y s t e m .           F i gu r e   1 .   T h e   p r o po s e gri c o nn e c t e P V   s y s t e m       2 . 1 .     P V   p an e l s   T h e   PV   pa n e l s   c o n s i s t s   of   720   s e r i e s   m o dul e s   to   a t t a i n   t h e   su i t a b l e   v o l t a ge   for   t h e   b oo s t   c o n v e r t e r   a n d   in   t u rn  a c h i e v e   t h e   r e qui r e d   dc   l i nk   v o l t a ge .   Th e   pa r a m e t e r s   of   t h e   PV   pa n e l s   a r e   pr e s e nt e d   in   Tab l e   1   f o r   100 %   s u n   i n s o l a t i o n.       I 1 I 2 S u b s ys t e m + - P V   p a n e l s C on t rol    s ign al PPT Ou t   1 Ou t   2 I 1 I 2 L C L   f i l t e r L1 c on t rol    s ign als I n ve r t e r   co n t r o l   u n i t g A B Vin   + Vin   - H E R I C   I n ve r t e r Vg Vo   + Vo   - Vin   + Vin   - B o o s t   C o n ve r t e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   2 N o v e m be r   20 20  :     60 2   -   612   604   T a b l e   1 .   PV   a rra y   pa r a m e t e r s   at   100 %   i n s o l a t i o n   l e v e l   O p e n   c i r c u i t   v o l t a g e   ( V )   422   S h o rt   c i r c u i t   c u rre n t   ( A )   1 5 . 2   M a x i m um   p o w e r   (W )   1209   V o l t a g e   fo r   m a x i m um   p o w e r   V p m ax   (V )   3 4 6 . 5   Cu rre n t   f o r   m a x i m um   p o w e r   I p m ax   ( A )   3 . 4 9       2. 2 .     B o o s c o n v e r te r   T h e   c o n v e n t i o n a l   b oo s t   c i r c ui t   c o n s i s t i ng  o i n duc t o r,   di o de ,   c a pa c i t o r   a n s w i t c h   i s   ut i l i z e d .     T h e   r e l a t i o n   b e t w e e n   t h e   c o n ve r t e r   i n pu t   vo l t a ge   V i   (P V   pa n e l s   v o l t a ge )   a n d   t h e   c o n v e r t e r   o ut put   v o l t a ge   V o   i s   k n o w n   a s :     V o   =   V i   /   (1 - D )   (1)     T h e   du t y   c y c l e   ' D '   of   t h e   c o n v e r t e r   s w i t c h   i s   c o n t r o l l e by   t h e   m a xi m u m   pow e r   po i n t   t ra c ke r   s uc t h a t   ' V i '   i s   ke pt   a t   a   v a l ue   c o rr e s po n di n g   t o   t h e   m a x i m u m   po w e r   a t   a n y   s un  i n s o l a t i o l e v e l .       2. 3 .    H ER I C   tr an s fo r m e r - l e s s   i n v e r t e r   H E R IC  t r a n s f o r m e r - l e s s   i n v e rt e r   a s   i l l us t r a t e i n   F i gu r e   2   e m pl o y s   t w o   e xt r a   s w i t c h e s   a dde t o   t h e   c o n v e n t i o n a l   f ul l   b r i dge   i n v e r t e r.   T h e   a ddi t i o n a l   s w i t c h e s   S 5   a n S 6   a r e   c o n n e c t e b a c t b a c k.     D uri n f r e e w h e e l i n pe r i o ds ,   S 5   a n S 6   w i t h   t h e i r   a nt i pa ra l l e l   di o de s   di s c o n n e c t   t h e   P V - pa n e l s   f r o m   t h e   gri d.   O pe r a t i o o f   t h e   i n v e r t e i s   b a s e o t h e   f o l l ow i n rul e s :   a)   T h e   s i gna l s   o S 5   a n S 6   a r e   s qua r e   w a ve s   s y n c hr o n i z e t o   t h e   gr i vo l t a ge ,   w h e r e   S 5   c o n duc t s   duri n g   po s i t i v e   h a l f   c y c l e   w i t h   t h e   a n t i p a r a l l e l   d i o de   of   s w i t c h   S 6   w hi l e   S 6   c o n duc t s   du ri n n e ga t i v e   h a l f   c y c l e   w i t t h e   a n t i pa ra l l e l   di o de   o f   s w i t c h   S 5 .   b)   T h e   s w i t c h e s   S 1   a nd  S 4   o f   t h e   H - b r i dge   c o n duc t   s i m u l t a n e o us l y   a t   t h e   s w i t c hi n g   f r e que n c y   dur i ng  po s i t i v e   h a l f   c y c l e .           F i gu r e   2 .   H E R IC  i n v e rt e r       T h e   s w i t c h e s   S 2   a nd  S 3   o f   t h e   H - b r i dge   c o n duc t   s i m u l t a n e o us l y   a t   t h e   s w i t c hi n f r e que n c y     duri n n e g a t i v e   h a l f   c y c l e .   T h e   e qui v a l e n t   c i r c ui t s   o f   H E R IC  i n v e r t e r   du ri n m o de s   o f   o pe r a t i o n   a r e     gi v e n   i n   F i gu r e   3 .   T h e r e   a r e   f o ur   m o de s   o f   o p e r a t i o du ri n g   e a c h   c y c l e   a s   f o l l ow s :   M o d e   1:   S w i t c h e s   S 1 , S 4   a n S 5   c o n duc t   t o ge t h e r .   I n   t h i s   c a s e ,   t h e   pa t h   o f   t h e   c urr e n t   i s   (b o os t   c o n v e r t e r     S 1     L CL   f i l t e r   a n g r i   S 4     b o os t   c o n ve r t e r ).   T h i s   m o de   i s   c a l l e a c t i v e   m o de   duri n po s i t i v e   h a l f   c y c l e .   I n   t h i s   m o de   t h e   i n v e r t e r   o ut pu t   v o l t a ge   e qu a l s   V dc   M o d e   2:   F r e e w h e e l i n m o de   i n   po s i t i v e   h a l f   c y c l e .   In   t h i s   m o de   t h e   s w i t c h   S 5   w i t h   t h e   a nt i p a r a l l e l   di o de   o s w i t c h   S 6   c o n duc t   t o ge t h e r   r e s ul t i n i n   g ri c u rr e n t   f r e e w h e e l i n a nd  i t hi s   c a s e   t h e   i n v e r t e r   o ut pu t   vo l t a ge   e qua l s   z e r o .   T h e   P V   pa n e l s   a r e   di s c o nn e c t e f r o m   t he   ut i l i t y   gri d   du ri n t h i s   m o de .   M o d e   3:   S w i t c h e s   S 2 ,   S 3   a n S 6   c o n duc t   t o ge t h e r.   I n   t h i s   c a s e ,   (boo s t   c o n v e r t e r     S 3     L CL   f i l t e r   a n g ri   S 2     b o os t   c o n v e r t e r ).   T hi s   m o de   i s   c a l l e a c t i v e   m o de   dur i n g   n e ga t i v e   h a l f   c y c l e .   I n   t hi s   m o de   t h e   i n v e r t e o ut pu t   v o l t a ge   e qua l s   - V dc   M o d e   4:   F r e e w h e e l i n m o de   i n   n e ga t i v e   ha l f   c y c l e .   In   t hi s   m o de   t h e   s w i t c h   S 6   w i t h   t h e   a nt i p a r a l l e l   d i o de   of  s w i t c h   S 5   c o n duc t   t o ge t h e r   r e s ul t i n i n   g ri c u rr e n t   f r e e w h e e l i n a nd  i t hi s   c a s e   t h e   i n v e r t e r   o ut pu t   vo l t a ge   e qua l s   z e r o .   A l s o   t h e   P V   pa n e l s   a r e   di s c o nn e c t e f r o m   t h e   ut i l i t y   gri du r i ng  t h i s   m o de .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       r A   h i gh  pe r f or m anc e   gr i c onn e c t e d   P V   s y s t e m   b as e d   o n . . .   ( E s s am   H e n daw i )   605     (a )   m o de   1         (b )   m o de   2     (c )   m o de   3     (d)   m o de   4     F i gu r e   3 .   E qui v a l e nt   c i r c ui t   o f   H E R IC  i n v e r t e d u ri n g   m o de s   o f   o p e r a t i o n       3.   S Y S TE M   C O N TR O LLER S   M e t h o ds   of   c o n t r o l l i n t h e   e xt r a c t e po w e r   f r o m   t h e   P V   pa n e l s ,   b oo s t   c o n v e r t e r   c o n t r o l l e r   a n d   ge n e ra t i o o f   c o n t r o l   s i g n a l s   f o r   H E R IC  t ra n s f o r m e r - l e s s   i n v e r t e r   s w i t c h e s   a r e   p r o po s e i n   t h i s   s e c t i o n .     3. 1 .     M ax i mu m   p o w e r   p o i n tr a c k e r   ( M P P T)   T h e   w e l l - k n o w n   m o de l   of   P V   pa n e l s   c o n s i s t s   o f   c ur r e nt   s our c e ,   pa ra l l e l   di o de ,   pa ra l l e l   r e s i s t a n c e   a n s e r i e s   di o de .   T h e   e qua t i o n s   r e l a t i n t h e   c u rr e nt ,   v o l t a ge   a n po w e r   o P V   pa n e l s   a r e   ut i l i z e i n   a   m a t l a b   m - f i l e   t o   m o de l   t h e   P V   pa n e l s .   T h e   P - V   c h a ra c t e ri s t i c s   a t   d i f fe r e n t   i n s o l a t i o l e v e l s   (100% ,   6 0 a n 4 0%)   a r e   i l l us t ra t e d   i F i gu r e   4.           F i gu r e   4 .   P V   c ha r a c t e r i s t i c s   a t   di f f e r e n t   i n s o l a t i o l e v e l s       0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 V - p v   ( V o l t ) P - p v   ( W a t t )     6 0   % 1 0 0   % 4 0   % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   2 N o v e m be r   20 20  :     60 2   -   612   606   P V   pa n e l s   c a n   b e   c o n n e c t e i n   p a r a l l e l   o r   s e ri e s   fo r   hi g h e t o t a l   o ut pu t   c u rr e n t   o r   v o l t a ge   r e s pe c t i v e l y .   T h e   o ut put   v o l t a ge   i s   s t i l l   u n c o nt r o l l e a n i t   m a y   v a r y   a c c o r di n t o   e n v i r o n m e n t a l   c o n d i t i o n s   of   P V   pa n e l s .   T o   s o l v e   t h i s   p r o b l e m   a n a c hi e v e   m a xi m u m   po w e r   e xt ra c t i o n   f r o m   t h e   P V   pa n e l s ,   a   dc - dc   bo os t   c o n v e r t e r   i s   ut i l i z e t o   r a i s e   t h e   o ut put   v o l t a ge   a t   a   l e v e l   t h a t   m e e t s   t h e   ut i l i t y   gr i r e qu i r e m e n t s .     M a n y   M P P   t r a c ke r s   a r e   l i s t e i t h e   l i t e r a t u r e   [23 - 25 ].   I t h i s   r e s e a r c h,   t h e   i n c r e m e n t a l   c o n d uc t a n c e   (IC)  M P P T   i s   a ppl i e t o   c o n t r o l   t h e   dut y   c y c l e   of   t h e   dc - dc   boo s t   c o n v e r t e r   s w i t c h   s o   t h a t   t h e   o ut put   v o l t a ge   of  t h e   P V   pa n e l s   a l w a y s   fo l l ow   t h e   v a l ue   c o rr e s po n di n g   t o   t h e   m a xi m u m   po w e r .   T h e   a l g o r i t hm   o f   IC  a s   p r e s e nt e i n   F i gu r e   5   i s   b r i e f l y   s um m a r i z e a s   f o l l ow s :     T h e   de r i v a t i v e   of   P V   pow e r   (P w i t r e s pe c t   P V   v o l t a ge   (V )   is                             (2)         i s   t h e   P V   c u rr e n t .   R e a rra n gi ng  t h e   p r e v i o us   e qua t i o n   y i e l ds   t o                                           (3)     T h e   c o n di t i o o f   m a x i m u m   po w e r   i s :                   (4)     T h e   P V   po w e r   i n c r e a s e s   a s   P V   v o l t a ge   i n c r e a s e s   (dP / dV   i s   p o s i t i v e un t i l   t h e   m a xi m um   po w e r   po i nt   t h e P V   po w e r   de c r e a s e s   a s   P V   v o l t a ge   i n c r e a s e s   (dP / dV   i s   n e ga t i v e ).   T h e r e f o r e ,           i s   g r e a t e t ha         a t   t h e   l e f t   t o   t h e   po i n t   o f   P m a x   a n d           i s   l e s s   t ha n           a t   t h e   ri g h t   t o   t h e   po i n t   o f   P m ax     In c r e m e n t a l   Co n d uc t a n c e   a l go ri t hm   i s   c a rri e o ut   i t h e   f o l l o w i n s t e ps :     a)   R e a t h e   P V   o ut pu t   c u rr e n t   (I pv a n d   v o l t a ge   (V pv t h e c a l c u l a t e   t h e   P V   o ut p ut   po w e r   P pv .   b)   Ca l c ul a t e   i n c r e m e nt   o f   t h e   t hr e e   v a l ue s .           F i gu r e   5 .   M a xi m u m   po w e r   po i n t   t ra c ke r                                                     (5)                                                 (6)                                                 (7)   P r o d u ct 1200 P V   m a x I pv Vpv R ef .   po w er C on t rol  Sig na l PPT I n s o l a t i o n   l e ve l [ V _ p v] F r o m 1 [ I _ p v] F r o m Vg Vo   + Vo   - Vin   + Vin   - B o o s t   C o n ve r t e r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       r A   h i gh  pe r f or m anc e   gr i c onn e c t e d   P V   s y s t e m   b as e d   o n . . .   ( E s s am   H e n daw i )   607   c)   A c c o r di n t o   t h e   s i g n   o f   t h e   i n c r e m e nt s ,   t h e   dut y   c y c l e   (D of   t h e   c o n t r o l   s i g n a l   t o   t h e   b o os t     s w i t c h   i s   upd a t e d.       D (n + 1 )   =   D ( n )   ±     du t y   (8)     T h e   o ut put   o f   t h e   M P P T   a l go r i t hm   i s   t h e   c o n t r o l   s i g n a l   of   dc - dc   boo s t   c o n v e r t e r   w h o s e   o ut put   vo l t a ge   i s   r e l a t e t o   t h e   P V   p a n e l s '   v o l t a ge   a s :     V b o o s t          /   (1 - D)   (9)     3. 2 .     DC - DC  b o o s c o n v e r te r   v o l tage   c o n tr o l l e r     T h e   o ut put   v o l t a ge   o f   t h e   b oo s t   c o n v e r t e r   i s   ra i s e t o   s ui t a b l e   v a l ue s   fo r   c o nn e c t i o n   t o   t h e   g r i a nd  i t   a l w a y s   t ra c ks   t h e   v a l ue   c o rr e s po n d i n t o   m a xi m um   po w e r.   T h i s   o ut p ut   v o l t a ge   v a r i e s   a s   t h e   o pe ra t i n c o n di t i o n s   of   P V   pa n e l s   c ha n ge .   T h e s e   v a r i a t i o n s   r e s ul t   i n   gr e a t   p r o b l e m s   o n   t h e   c o nn e c t i o n   w i t h   t h e   gri d .   A c c o r di n g l y ,   a   v o l t a ge   c o n t r o l l e r   i s   i n s e rt e b e t w e e n   t h e   b oo s t   c o n v e r t e a n d   t h e   H E R IC  i n v e r t e r .     T h i s   c o n t r o l l e r   a s   s h o w n   i F i g u r e   6   i s   a   P I   c o n t r o l l e t h e   o ut put   o f   w h i c i s   t h e   g r i d   r e f e r e n c e   c urr e nt   I g - ref .           F i gu r e   6 .   V o l t a ge   c o n t r o l l e o f   boo s t   c o n v e r t e o ut pu t   v o l t a g e       3. 3 .     H ER I C   c o n tr o l   s i gn a l s   g e n e r ati o n   T he   g r i d   v o l t a g e   ( V g ) ,   re f e re nc e   g r i d   c u r r e n t   a n d   t he   a c t u a l   g r i d   c u r re n t   a r e   e m p l o y e d   w i t a   p h a s e   l o c k e d   l o o p   ( P L L )   a n d   P I   c o nt ro l l e r   t o   g e ne r a t e   t h e   c o nt ro l   s i g n a l s   o f   s w i t c he s   S 1   t h ro u g h   S 4 .   A   c o m p a r i s o o f   ( V g )   w i t z e ro   v o l t a g e   g e ne r a t e s   s q u a re   w a v e s   w hi c d r i v e   t he   s w i t c he s   S 5   a nd   S 6   d u r i n g   p o s i t i v e   a n d   ne g a t i v e   h a l f   c y c l e   re s p e c t i v e l y .   T he   p h a s e   l o c k e d   l o o p   a c h i e v e s   t he   s y nc h ro n i z a t i o n   o f   c o n ne c t i o n   b e t w e e n   t he   i nv e r t e r   a n d   t he   g r i d .       4.     S I M U LA TI O N   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   T h i s   s e c t i o p r e s e n t s   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o n   o b t a i n e t hro ugh   s i m ul a t i o r e s ul t s   t o   v e r i fy   t h e   e ffe c t i ve n e s s   of   t h e   p r o po s e P V   gr i c o nn e c t e s y s t e m .   T h e   s y s t e m   i s   s i m u l a t e us i n M a t l a b / S i m ul i n k   s of t w a r e .   T h e   i n c r e m e n t a l   c o n duc t a n c e   m e t h o i s   e m pl oy e a s   a n   M P P   t r a c ke r .   T h e   a l go r i t hm   of   IC  a s   m e nt i o n e i s e c t i o n   III. A   i s   w r i t t e n   i n   a n   m - f i l e .   T h e   a l go ri t hm   r e c e i ve s   t h e   pr e s e nt   v a l ue s   of   P V   c urr e nt   a n v o l t a ge   a nd  ge n e ra t e   t h e   c o nt r o l   s i g na l   t o   t h e   b oo s t   c o n v e r t e r   s w i t c w i t h   c o n t i nuo us   upda t i n g   t h e   du t y   c y c l e .   T h e   b o os t   c o n ve r t e r   o ut put   v o l t a ge   c o n t r o l l e r   ke e ps   t h e   dc   l i n v o l t a ge   (i nput   v o l t a ge   t o   H E R IC   i n v e r t e r)  c o n s t a nt   a t   a   s u i t a b l e   l e v e l   t o   m e e t   gr i c o nn e c t i o n   r e qu i r e m e n t s .   T h e   c o n t r o l l e r   c o m pa r e s   t h e   r e qui r e r e f e r e n c e   dc   l i n v o l t a ge   w i t h   t h e   a c t ua l   b oos t   vo l t a ge   t h e n   a   p r o po r t i o n a l   i n t e g r a l   P c o n t r o l l e r   i s   a ppl i e t o   t h e   e rr o r .   T h e   pr o po r t i o n a l   a n i nt e g r a l   ga i n s   a r e   30  a n r e s pe c t i v e l y .   T h e   o ut put   of  t hi s   c o n t r o l l e r   i s   t h e   g ri r e f e r e n c e   c urr e nt   I g - ref   T h e   b oo s t   c on v e r t e r   ha s   a n   i n duc t a n c e   o f   100  m H   a n a   c a pa c i t o o f   1000  µ F .   T h e   r e f e r e n c e   g r i d   c urr e nt ,   a c t u a l   g r i c urr e nt   a nd  t h e   p ha s e   l o c ke l oo c i r c ui t   a r e   ut i l i z e t o   ge n e r a t e   t h e   c o n t r o l   s i g na l s   o f   H E R IC  i n v e r t e r   s w i t c h e s   S 1   t o   S 4 .   T h e   s w i t c h e s   S 5   a n S 6   o pe r a t e   a t   t h e   f un d a m e n t a l   f r e que n c y   dur i ng  po s i t i v e   a n n e g a t i v e   ha l f   c y c l e   r e s pe c t i v e l y .   A n   L CL   f i l t e i s   i n s e rt e b e t w e e n   t h e   i n v e rt e r   a n d   g r i d   t o   ge t   pu r e   s i nus o i da l   v o l t a g e   V i n v .   T h e   i n duc t a n c e   a n c a p a c i t a n c e   o f   t h e   f i l t e r   a r e   m H   a nd  1. n F   r e s pe c t i v e l y .   A   s e r i e s   i n d uc t o r   L 1   (5 µ H i s   us e t o   l i m i t   hi g h e r   c urr e nt s   b e t w e e n   t h e   P V   s y s t e m   a nd  g ri d .   T h e   p a r a s i t i c   c a pa c i t a n c e   f o r   l e a k a ge   c u rr e n t   p a t i s   s e t   a t   100  n F .   F i gu r e   s h o w s   t h e   P V   p a n e l s   v o l t a ge ,   c u rr e nt   a n d   po w e r   w i t h   s t e c ha n ge   o f   i n s o l a t i o n   l e v e l   f r o m   80%  t o   100%  a t   t   =   s e c .   T h e   IC  M P P   t r a c ke r   a l w a y s   t r a c ks   t h e   m a xi m um   po w e r   f r o m   t h e   P V   pa n e l s .     F i gu r e   p r e s e n t s   t h e   b oo s t   c o n ve r t e r   o ut pu t   v o l t a ge   V b o o s t ,   H E R IC  i n v e r t e r   o ut pu t   v o l t a ge   V AB ,   a n d   l e a k a ge   c urr e n t .   T h e   b o o s t   c o n v e r t e r   v o l t a ge   c o n t r o l l e r   ke e ps   V b o o s t   n e a rl y   c o n s t a n t   a t   450  V .   H E R IC  o ut put   v o l t a ge   V AB   h a s   t hr e e   l e v e l s   V dc - V dc   a nd  z e r o   w h e r e   o bv i o us l y   un i po l a r   o pe ra t i o n   o f   t h e   i n v e rt e r   i s   a p pl i e t o   ge t   t h e   z e r o   v o l t a ge   l e v e l   du r i n g   f r e e w h e e l i ng  pe r i o ds .     I g _ r e f G o t o P G a i n K   T s z- 1 D i s cr e t e - T i m e I n t e g r a t o r V b _ r e f C o n s t a n t V b o o s t B o o s t   vo l t a g e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   2 N o v e m be r   20 20  :     60 2   -   612   608       F i gu r e   7 .   P V   pa n e l s   o ut put   v o l t a ge ,   c u rr e n t   a nd  po w e r   w i t h   s t e c ha n ge   i n   i n s o l a t i o l e v e l   a t   t   =   1   s e c           F i gu r e   8 .   B o os t   c o n v e r t e o ut put   v o l t a ge   V b o o s t ,   H E R IC  i n v e rt e o ut put   v o l t a ge   V AB ,   a n d   l e a k a ge   c u rr e n t       In   a ddi t i o n ,   t h e   b i po l a r   o pe r a t i o n   i s   a v o i de be c a us e   i t   r e s ul t s   i n   h i g h   ri pp l e s   i n   t h e   f i l t e r   i n duc t o r s   a n hi g h e r   s w i t c h i ng  l o s s e s .   T h e   l e a k a ge   c u rr e nt   i s   v e r y   s m a l l   a n i t   i s   l e s s   t ha n   t h e   r e c o m m e nde v a l ue s   (300  m A )   [4] .   F i g u r e s   a n d   10  g i v e   t h e   c o n t r o l   s i g n a l s   a nd  t h e   c urr e n t s   i n   t h e   i n v e r t e r   s w i t c h e s   r e s pe c t i v e l y   a t   t h e   m a xi m u m   e xt r a c t e P V   po w e r   (1200  W ).   T h e   s w i t c S 5   a n i t s   a n t i pa ra l l e l   di o de   c o n duc t   i n   po s i t i v e   a n n e g a t i v e   ha l f   c y c l e   r e s pe c t i v e l y .   T h e   o ppo s i t e   o pe r a t i o o c c ur s   f o r   S 6   a nd  i t s   a nt i p a r a l l e l   di o de .           F i gu r e   9 .   Co n t r o l   s i g na l s   o f   H E R IC  i n v e rt e s w i t c h e s   0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 0 200 400 P V   v o l t a g e   ( V ) 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 0 2 4 P V   c u r r e n t   ( A ) 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 800 1000 1200 1400 T i m e   ( s e c ) P V   p o w e r   ( W a t t ) 1 . 5 6 1 . 5 6 5 1 . 5 7 1 . 5 7 5 1 . 5 8 1 . 5 8 5 1 . 5 9 1 . 5 9 5 1 . 6 0 200 400 600 V b o o s t   ( V ) 1 . 5 6 1 . 5 6 5 1 . 5 7 1 . 5 7 5 1 . 5 8 1 . 5 8 5 1 . 5 9 1 . 5 9 5 1 . 6 - 5 0 0 0 500 V A B   ( V ) 1 . 5 6 1 . 5 6 5 1 . 5 7 1 . 5 7 5 1 . 5 8 1 . 5 8 5 1 . 5 9 1 . 5 9 5 1 . 6 - 0 . 5 0 0 . 5 t i m e   ( s e c ) L e a k a g e   c u r r e n t   ( A ) 1 . 3 6 1 . 3 6 5 1 . 3 7 1 . 3 7 5 1 . 3 8 1 . 3 8 5 1 . 3 9 1 . 3 9 5 1 . 4 0 0 . 5 1 S 1   &   S 4   1 . 3 6 1 . 3 6 5 1 . 3 7 1 . 3 7 5 1 . 3 8 1 . 3 8 5 1 . 3 9 1 . 3 9 5 1 . 4 0 0 . 5 1 S 2   &   S 3 1 . 3 6 1 . 3 6 5 1 . 3 7 1 . 3 7 5 1 . 3 8 1 . 3 8 5 1 . 3 9 1 . 3 9 5 1 . 4 0 0 . 5 1 S5 1 . 3 6 1 . 3 6 5 1 . 3 7 1 . 3 7 5 1 . 3 8 1 . 3 8 5 1 . 3 9 1 . 3 9 5 1 . 4 0 0 . 5 1 t i m e   ( s e c ) S6 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       r A   h i gh  pe r f or m anc e   gr i c onn e c t e d   P V   s y s t e m   b as e d   o n . . .   ( E s s am   H e n daw i )   609       F i gu r e   10 .   Cu rr e n t s   i H E R IC  i n v e r t e r   s w i t c h e s       5.   EF F I C I EN C Y   O F   T H E   P R O P O S ED   S Y S TE M   In  a dd i t i o n   t o   t h e   s y s t e m   e v a l ut i o p r e s e n t e i n   b r e v i o us   s e c t i o n ,   t h e   s y s t e m   pe r f o r m a n c e   i s   e v a l ua t e w h e n   c o n s i de ri n b oo s t   c o n v e r t e r   l o s s e s   a n H E R IC  i n v e r t e r   l o s s e s   a n c o n s e que n t l y   t h e   s y s t e m   e ff i c i e n c y   i s   e v a l ua t e i t hi s   s e c t i o n.   T h e   e f f i c i e n c y   of   t h e   s y s t e m   ' η'   i s   de f i n e a s :                                                    ( 10 )     T he   m a i s i g ni f i c a nt   l o s s e s   a re   t he   c o nd u c t i o a nd   s w i t c hi ng   l o s s e s   i H E R I i nv e rt e r,   b o o s t   c o nv e rt e s w i t c a nd   d i o d e .   T he   s w i t c a nd   d i o d e   c o nd u c t i o l o s s e s   c a b e   c a l c u l a t e d   u s i ng   t he   f o l l o w i ng   e q u a t i o ns :     S w i t c h   c o n duc t i o n   l o s s e s   P SC                                (11)     D i o de   c o n duc t i o n   l o s s e s   P SC                         (12)     W h e r e :   I S   =   s w i t c c o n duc t i o c urr e nt   I D   =   d i o de   c o n duc t i o c u rr e nt     R d s , o n   =   s w i t c h   o r e s i s t a n c e     V DF   =   D i o de   f o r w a r d   v o l t a ge   T h e   s w i t c h i n l o s s e s   of   t h e   s w i t c h e s   c a n   b e   de r i v e w i t h   t h e   h e l o F i gur e   11  w h e r e   t h e   s w i t c c urr e n t   o r   v o l t a ge   a r e   a pp r o xi m a t e b y   l i n e a r   l i n e s   du ri n t h e   " o n "   a n d   " o ff "   pe r i o ds .   T h e   s w i t c v o l t a ge   go e s   f r o m   V b o o s t   t o   du r i ng  " o n "   pe r i o a nd  f r o m   t o   V b o o s t   du r i n " o f f "   pe r i o d.   T h e   s w i t c h   c u rr e n t   go e s   f r o m   t o   i s   dur i ng  " o n "   pe r i o a n f r o m   i s   t o   duri n " off "   pe r i o d.   T h e r e f o r e ,   t h e   s w i t c h   v o l t a ge   a n d   c urr e n t   du ri n " o n "   pe ri o c a n   b e   r e pr e s e nt e a s :                                       (13)                                    (            )   (14)     T h e   e n e r gy   di s s i pa t e o f   a n y   s w i t c h   du ri n g   " o n "   a nd  " o f f "   pe ri o ds          i s :              (                          (            )            )     (                             (               )              )   (15)     S o l ut i o n   o t h e   pr e v i o us   i n t e g r a t i o n   i s   v e r y   di f f i c ul t   s i n c e   t h e   l e v e l   of   t h e   s w i t c h   c urr e n t   a l w a y c h a nge s   ov e r   t h e   f un d a m e nt a l   c y c l e   a s   c a n   b e   i n v e s t i ga t e f r o m   F i gu r e   10.   F o r   s i m pl i c i t y   a n   a pp r o xi m a t e   v a l ue   of   6A   i s   a s s i gn e t o   " i s "   i n   c a s e   o f   100%  i n s o l a t i o n   l e ve l .   S ub s t i t ut i ng  V b o o s t   by   450V   a n i s   by   6A ,     a s   s h o w n   i n   15   i s   r e duc e t o :   1 . 5 6 1 . 5 6 5 1 . 5 7 1 . 5 7 5 1 . 5 8 1 . 5 8 5 1 . 5 9 1 . 5 9 5 1 . 6 - 1 0 0 10 I S 1   &   I S 4 1 . 5 6 1 . 5 6 5 1 . 5 7 1 . 5 7 5 1 . 5 8 1 . 5 8 5 1 . 5 9 1 . 5 9 5 1 . 6 - 1 0 0 10 I S 2   &   I S 3 1 . 5 6 1 . 5 6 5 1 . 5 7 1 . 5 7 5 1 . 5 8 1 . 5 8 5 1 . 5 9 1 . 5 9 5 1 . 6 - 1 0 0 10 I S 5 1 . 5 6 1 . 5 6 5 1 . 5 7 1 . 5 7 5 1 . 5 8 1 . 5 8 5 1 . 5 9 1 . 5 9 5 1 . 6 - 1 0 0 10 t i m e   ( s e c ) I S 6 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   20 ,   N o .   2 N o v e m be r   20 20  :     60 2   -   612   610                          (            )                                (               )                  (16)     =   27 00  (                             =   450   *   (                     (17)            a nd            a re   de t e rm i ne d   f r o m   t he   d a t a   s h e e t .   T he   s u i t a b l e   n - c ha n ne l   M O S F E T   s w i t c t o   w i t hs t a nd  t he   c u rre nt   a s   i n   F i gu re   1 a nd  v o l t a ge   V b o o s t   i s   S P W 11 N 8 0C 3 .   T hi s   c h o s e n   M O S F E T   s w i t c ha s   a   t u r n - o de l a y   t i m e   (      )   a nd   t u rn - o f f   de l a y   t i m e   (        )   o f   2 5   ns   a nd   7 2   ns   r e s pe c t i v e l y .   S ub s t i t u t i ng          a nd            i a s   s h o w n   i n   1 7   gi v e s   t he   e n e rgy   d i s s i p a t e d   i o ne   c y c l e   e q u a l s   4 . 36 5   *   1 0 - 5   J .   T he   s w i t c hi ng   f re q ue n c y   i s   s e t   a t   1 0   kH z .   T h e re f o r e ,   t he   s w i t c hi ng   po w e l o s s e s   P SS   e qu a l s   t h e   e ne rgy   d i s s i p a t e d   i " o n e   s e c o nd" .     P SS   =   4. 36 *   10 - 5   10 4   =   0. 4365   W a t t   (18)     T h e   c o n duc t i o l o s s e s   a n s w i t c h i n g   l o s s e s   f o r   e a c h   e l e m e nt   i b oo s t   c o n v e r t e a n d   H E R IC  i n v e r t e r   a r e   c a l c ul a t e a n t h e n   t h e   t o t a l   s y s t e m   l o s s e s   a n s y s t e m   e ff i c i e n c y   a r e   c a l c ul a t e a n s um m a ri z e i n   T a b l e   a t   di f f e r e n t   i n s o l a t i o n   l e v e l .   A l s o   t h e   ut i l i z a t i o n   f a c t o r   " K u "   i s   c o n s i de r e i n   t h e   t a b l e .   K u   i s   de f i n e a s   t h e   ra t i o   b e t w e e n   t h e   a v e r a ge   a c t ua l   e xt r a c t e P V   pow e r        "   t o   t h e   m a xi m u m   e xpe c t e P V   pow e r   "             ".                                (19)     In v e s t i ga t i n t h e   r e s ul t s   i n   T a b l e   i t   i s   n o t i c e t ha t   t h e   s y s t e m   e ff i c i e n c y   r e a c h e n e a r l y   94%  a t   m a x i m u m   i n s o l a t i o l e v e l .   T h e   s y s t e m   e ff i c i e n c y   h a s   a   h i g v a l ue   f o r   40%   i n s o l a t i o l e v e l   a n d   a b o ve   b ut   i t   de c r e a s e s   fo r   30%  i n s o l a t i o n   l e v e l   a n d   b e l ow .   T h e   E u r o pe a n   e f f i c i e n c y   " η EU "   of   t h e   P V   s y s t e m   t a ke s   i n t o   a c c o un t   t h e   c ha n ge s   i n   i n s o l a t i o l e v e l   a n d   i t   i s   de f i n e d   a s :       T a b l e   2   M a x i m u m   P V   po w e r ,   a v e ra ge   e xt ra c t e P V   po w e r ,   o ut put   po w e r ,   s y s t e m   e ff i c i e n c y   a n   s y s t e m   ut i l i z a t i o f a c t o r   %   i n s o l a t i o n   l e v e l                                 η   %         100   1200   1199   1126   9 3 . 9   9 9 . 9   90   1080   1078   988   9 1 . 7   9 9 . 8   80   960   958   873   9 1 . 1   9 9 . 8   70   840   8 3 3 . 5   747   8 9 . 6   9 9 . 2   60   720   708   6 2 0 . 5   8 7 . 6   9 8 . 3   50   600   5 8 4 . 5   5 0 5 . 6   8 6 . 5   9 7 . 4   40   480   4 6 1 . 5   3 9 0 . 7   8 4 . 7   9 6 . 1   30   360   339   259   7 6 . 4   9 4 . 2   20   240   2 1 9 . 2   131   5 9 . 8   9 1 . 3   10   120   100   2 2 . 3   2 2 . 3   8 3 . 3   5   60   45   6   1 3 . 3   75           F i gu r e   11 .   R e pr e s e nt a t i o o f   s w i t c h i n pe ri o ds   o f   s e m i c o n du c t o r   s w i t c h e s       η EU =   0 . 03 η 5%   +   0 . 06η 10%   + 0 . 13η 20%   + 0. 10η 3 0 %   +   0 . 48η 50%   +   0 . 1 0 0 %   ( 20 )     w h e r e   t h e   s ub s c r i p t   pe r c e n t a ge   v a l ue s   r e pr e s e nt   pe r c e n t a ge   s un   i rra d i a t i o n.   η 50%   i s   t h e   P V   s y s t e m   e f f i c i e n c y   a t   50%   i rra d i a t i o n .   F o r   t h e   p r e s e n t e d   s y s t e m ,   η EU   i s   77 . 45   %       o p e ri o d     o ff  p e ri o d   S w i t c h   c u rre n t   S w i t c h   v o l t a g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       r A   h i gh  pe r f or m anc e   gr i c onn e c t e d   P V   s y s t e m   b as e d   o n . . .   ( E s s am   H e n daw i )   611   6.   C O N C LU S I O N   A   g ri c o nn e c t e P V   s y s t e m   i s   p r o po s e w h i c h   a c h i e v e   m a xi m u m   po w e r   po i nt   e xt ra c t i o f r o m   t h e   P V   pa n e l s   a n r e a l i z e   m i ni m i z a t i o n   o f   gr o un l e a k a ge   c urr e n t   a s   w e l l .   H E R IC  t ra n s f o r m e rl e s s   i n v e rt e r   i s   e m pl oy e d   f o r   r e duc i n t h e   l e a k a ge   c urr e n t   b e c a us e   o i t s   h i g h   e ff i c i e n c y   a n r e l i a b i l i t y .   d c - dc   boo s t   c o n v e r t e w i t h   i n c r e m e n t a l   c o n duc t a n c e   M P P   t r a c ke r   a c h i e v e   m a xi m u m   po w e r   d r a w n   f r o m   t h e   P V   pa n e l s   a t   d i f fe r e nt   i n s o l a t i o n   l e v e l .   T hr e e   c o n t r o l l e r s   a r e   e m p l oy e t o   t h e   s y s t e m   fo r   t ra c ki n t h e   m a xi m um   po w e r   po i nt ,   c o n t r o l l i n t h e   o ut put   v o l t a ge   of   b oo s t   c o n v e r t e r   a n c o n t r o l l i ng  t h e   i n v e r t e r   s w i t c h e s .   L CL   f i l t e r   i s   us e t ge t   s i n us o i da l   i n v e r t e r   o ut pu t   v o l t a ge .   S i m ul a t i o n   r e s ul t s   v e r i fy   t h e   e f fe c t i ve n e s s   of   t h e   c o n t r o l l e r s   a n t h e   ov e r a l l   s y s t e m .   B o t h   c o n duc t i o n   l o s s e s   a n s w i t c h i n g   l o s s e s   of   t h e   s e m i c o n duc t o r   e l e m e n t s   a r e   s t u di e a n d   t h e   s y s t e m   e ff i c i e n c y   i s   e s t i m a t e d.       R EF ER EN C ES   [ 1]   J ä g e r - W a l d a u,   A . ,   " P V   S t a t u s   R e po r t   20 17" ,   J R C   S c i e nc e   f o r   P o l i c y   r e po r t ,   E ur o pe a n   C o m m i s s i o n ,   2 017   [ 2]   L .   Z ha ng ,   K .   S un ,   Y .   X i ng ,   a nd  M .   X i ng ,   " H t r a ns f o r m e r l e s s   F u l l - B r i dg e   P V   G r i d - T i e I nv e r t e r s " ,   I E E E   T r ans ac t i ons   on   P ow e r   E l e c t r o ni c s ,   v o l .   29 ,   n o .   3 ,   201 4.   [ 3]   F .   B l a a b j e r g ,   R .   T e o do r e s c u ,   M .   L i s e r r e ,   a n A .   V .   T i m b u s ,   O v e r v i e w   o f   c o n t r o l   a n g r i d   s y nc h r o n i z a t i o n   f o r   d i s t r i b u t e d   po w e r   g e n e r a t i o n   s y s t e m s ,   I E E E   T r a n s a c t i o ns   I n du s t r i a l   E l e c t r on i c s ,   v o l .   5 3 ,   no .   5 ,   pp .   1 39 8 1 4 09 ,   2 0 06 .   [ 4]   V D E   0126 - 1 - 1 - 2006,   A ut o m a t i c   di s c o nne c t i o de v i c e   be t w e e a   g e ne r a t o r   a nd  t he   pub l i c   l o w - v o l t a g e   g r i d,   D I N _V D E   N o r m o ,   2008 .   [ 5]   O .   L o pe z ,   F .   D .   F r e i j e do ,   A .   G .   Y e pe s ,   P .   F .   C o m e s a na ,   J .   M a l v a r ,   R .   T e o do r e s c a n J .   D o v a l -   G a ndoy ,   E l i m i n a t i ng   G r o und  C u r r e n t   i a   T r a ns f o r m e r l e s s   P ho t o v o l t a i c   A ppl i c a t i o n,   I E E E   T r a ns a c t i on   on  E ne r gy   C onv e r s i on ,   v o l .   25 ,   no .   1 ,   pp .   140 147 ,   201 0.   [ 6]   A .   K .   G upt a ,   M .   S .   J o s hi   a n d   V .   A g a r w a l ,   " I m pr ov e T r a ns f o r m e r l e s s   G r i d - T i e P V   I nv e r t e r   E f f e c t i v e l y   O pe r a t i ng   a t   T w i c e   t he   S w i t c hi ng   F r e que nc y   w i t C o ns t a n t   C M V   a nd   R e a c t i v e   P o w e r   C a pa bi l i t y " ,   I E E E   J ou r na l   o f   E m e r gi n g   and  Se l e c t e T opi c s   i P ow e r   E l e c t r oni c s ,   2019 .   [ 7]   M .   V e r m a ,   S .   G a ng a v a r a pu   a nd   A .   K .   R a t ho r e ,   " A na l y s i s   a nd  D e s i g of   a   N ov e l   T r a n s f o r m e r - l e s s - I n v e r t e r   i G r i d - C o nne c t e P ho t o vo l t a i c   S y s t e m " ,   14 th   I E E E   C o nf e r e nc e   on   I ndu s t r i al   E l e c t r on i c s   and   A pp l i c a t i ons   ( I C I E A ) 2019 .   [ 8]   X .   G uo ,   N .   W a ng ,   J .   Z ha ng ,   B .   W a ng   a nd  M .   K .   N g u y e n,   " A   N ov e l   T r a ns f o r m e r l e s s   C u r r e nt   S o ur c e   I n v e r t e r   f o r   L e a ka g e   C ur r e nt   R e d uc t i o n" ,   I E E E   A c c e s s , v o l .   7 ,   2 019   [ 9]   H .   V .   N g u y e n,   D .   H .   P a r k ,   a n D .   C .   L e e ,   " S i ng l e - P ha s e   T r a n s f or m e r l e s s   P V   P o w e r   C o ndi t i o ni ng   S y s t e m s   w i t h   L o w   L e a ka g e   C ur r e n t   a nd  A c t i v e   P o w e r   D e c o upl i ng   C a p a b i l i t y " ,   J our nal   of   P ow e r   E l e c t r o ni c s ,   v o l .   18 ,   n o .   4 ,     pp.   99 7 - 1006 ,   2018 .   [ 10]   Z .   L i a o ,   C .   C a o ,   D .   Q i u,   a nd  C .   X u ,   " S i ng l e - P ha s e   C o m m o n - G r ound - T y pe   T r a ns f o r m e r l e s s   P V   G r i d   C o nne c t e d   I n v e r t e r s " ,   I E E E   A c c e s s , v o l .   7 ,   2 019   [ 1 1 ]   X .   G u o ,   X .   J i a ,   Z .   L u   a n d   J .   M .   G u e r r e r o , "   S i n g l e   P h a s e   C a s c a d e d   H 5   I n v e r t e r   w i t h   L e a k a g e   C u r r e n t   E l i m i n a t i o n   f o r   T r a n s f o r m e r - l e s s   P h o t o v o l t a i c   S y s t e m " ,   A p p l i e d   P o w e r   E l e c t r o n i c s   C o n f e r e n c e   a n d   E x p o s i t i o n   ( A P E C ) ,   I E E E ,   2 0 1 6 .   [ 12]   H .   L i ,   Y .   Z e ng ,   T .   Q .   Z he ng   a nd  B .   Z ha ng ,   " A   N o v e l   H 5 - D   T opo l o gy   f o r   T r a ns f o r m e r - l e s s   P ho t o v o l t a i c   G r i d - C o nne c t e I nv e r t e r   A ppl i c a t i o n" ,   I E E E   8 th   I n t e r na t i o nal   P ow e r   E l e c t r oni c s   an M ot i on  C o nt r o l   C onf e r e nc e   ( I P E M C - E C C E   A s i a) 2016 .   [ 13]   A .   P .   Y a da v   a nd   U .   V .   P a t i l ,   " E l i m i na t i o o f   L e a ka g e   C ur r e nt   i G r i d - T i e P V   A ppl i c a t i o ns " ,   I n t e r na t i ona l   c onf e r e nc e   o E l e c t r on i c s ,   C om m un i c at i on   an A e r o s pa c e   T e c hno l ogy   ( I C E C A ) ,   2019 .   [ 14]   L .   A .   K um a r ,   V .   I ndr a g a nd hi   a nd   N .   S .   K um a r ,   " D e s i g a nd  i m pl e m e n t a t i o o f   s i ng l e - ph a s e   i nv e r t e r   w i t ho ut   t r a ns f o r m e r   f o r   P V   a pp l i c a t i o ns ,   I E T   R e ne w abl e   P ow e r   G e ne r at i o n ,   v o l .   12 ,   no .   5 ,   pp .   547 - 55 4,   20 18 .   [ 15]   H .   X i a o ,   L .   Z ha ng ,   Z .   W a ng   a nd  M .   C he ng ,   " A   N e w   S of t - S w i t c hi ng   C o n f i g ur a t i o a nd  I t s   A ppl i c a t i o i n   T r a n s f o r m e r l e s s   P ho t o v o l t a i c   G r i d - C o nne c t e I n v e r t e r s " ,   I E E E   T r ans ac t i o ns   on  I ndus t r i a l   E l e c t r on i c s   v o l .   65,   no .   12 ,   pp .   9518     95 27 ,   2 018 .   [ 1 6 ]   D .   M e n e s e s ,   F .   B l a a b j e r g ,   O .   G a r c ´ ı a   a n d   J .   A .   C o b o s ,   " R e v i e w   a n d   C o m p a r i s o n   o f   S t e p - U p   T r a n s f o r m e r l e s s   T o p o l o g i e s   f o r   P h o t o v o l t a i c   A C - M o d u l e   A p p l i c a t i o n " ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o w e r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   2 8 ,   n o .   6 ,   2 0 1 3 .   [ 17]   M .   N .   H .   K h a n ,   M .   F o r o uz e s h,   Y .   P .   S i w a ko t i ,   L .   L i ,   T .   K e r e ke s   a nd  F .   B l a a b j e r g ,   " A   C l a s s i f i c a t i o o f   S i ng l e - P ha s e   T r a ns f o r m e r l e s s   I nv e r t e r   T o po l o g i e s   f o r   P ho t o vo l t a i c   A ppl i c a t i o ns , "   201 I E E E   R e gi o T e Sy m pos i um   ( T e ns y m p) ,   20 18 .   [ 18]   G .   R i z z o l i ,   M .   M e ng o ni ,   L .   Z a r r i ,   A .   T a ni ,   G .   S e r r a   a nd  D .   C a s a de i ,   " C o m pa r i s o o f   S i ng l e - P ha s e   H 4 ,   H 5,   H 6   I n v e r t e r s   f o r   T r a ns f o r m e r l e s s   P ho t o vo l t a i c   A ppl i c a t i o ns " ,   I ndu s t r i a l   E l e c t r on i c s   So c i e t y ,   I E C O N   2 016   -   42 nd   A nnua l   C o nf e r e nc e   o f   t h e   I E E E ,   pp.   3 038 -   3045 ,   201 6.   [ 19]   F .   T .   K .   S ua n ,   N .   A .   R a hi m ,   a nd  H .   W .   P i ng ,   M o de l i ng ,   a n a l y s i s   a nd  c o nt r o l   o f   v a r i o us   t y pe s   of   t r a ns f o r m e r - l e s s   g r i c o nne c t e d   P V   i nv e r t e r s ,   i P r o c .   I E E E   C E T ,   pp .   51 56,   2 011 .   [ 20]   N .   S .   J a y a l a ks hm i ,   A nki t   K um a r   a nd   A s hi s K um a r ,   A na l y s i s   a nd  D e s i g o f   S i ng l e   P ha s e   H i g E f f i c i e nc y   T r a n s f o r m e r   L e s s   P V   I nv e r t e r   T o po l o gy ,   I nt e r nat i ona l   J ou r na l   of   P o w e r   E l e c t r oni c s   and  D r i v e   Sy s t e m   ( I J P E D S) ,   v o l .   9,   no .   2,   p p.   73 0 - 737 ,   2 018 .   [ 21]   S .   H e r i b e r t ,   S .   C h r i s t o ph ,   a n K .   J ur g e n ,   I nv e r t e r   f o r   t r a ns f o r m i ng   a   D C   vo l t a g e   i nt o   a A C   c ur r e n t   o r   a A C   v o l t a g e ,   E ur o pe   P at e nt   3 69   985( A 2) ,   20 03 .   [ 22]   J .   K a nc h i ke r e ,   A .   K .   G ho s h,   K a l y a nkum a r ,   D e s i g a n S i m u l a t i o A na l y s i s   o f   T hr e e - pha s e   T r a n s f o r m e r   l e s s   G r i d - c o nne c t e P V   I nv e r t e r s ,   I n t e r nat i on al   J our na l   of   A p pl i e P o w e r   E ngi ne e r i ng  ( I J A P E ) ,   v o l . 7,   n o . 3 ,     pp.   21 1 - 226,   2 018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.