I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   4 Dec em b er   201 8 ,   p p .   1 7 7 4 ~ 1 7 8 3   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i 4 . pp 1 7 7 4 - 1 7 8 3           1774       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   A Multica rri er  P WM  Techniq ue f o r F iv e Lev el Inv erte Co nnected  t o   the  G rid       M.   K ha nfa ra 1 R.   E l B a cht ir i 2 M . B o us s et t a 3 ,   K .   E l H a m m o u m i 4   1, 2, 4 CED  S T I,   F S T ,   P ERE   L a b o ra t o ry   ES T - USM B A ,   F e z ,   M o ro c c o   3 D   F S DM,   L ES S L a b o ra t o ry ,   ES T - USM B A ,   F e z ,   M o ro c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 6 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A u g   1 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   2 4 ,   2 0 1 8       In   th is  p a p e r,   a   th re e - p h a se   m u lt il e v e c a sc a d e d   H - b rid g e   in v e rter  is   d e v e lo p e d   f o in jec ti n g   re n e w a b le p o w e r   e n e rg y   in to   th e   g rid   th ro u g h   a   f il ter.   T h e   m a in   c o n tri b u ti o n   o f   th is  w o rk   is  to   r e d u c e   th e   to tal  h a r m o n ic  d isto rti o n   (T HD b y   u sin g   a   p a ss iv e   f il te a n d   to   e n h a n c e   th e   o u tp u v o lt a g e b y   a d o p t in g   a   m u lt ica rrier  p u lse   w id th   m o d u latio n   (M C P W M ) .   T h e   sim u latio n   re su lt a ff ir m   a   g o o d   p e rf o rm a n c e   o f   th e   p ro p o se d   m u lt ica rrier  P W M   c o n tro l   u sin g   a   th re e - p h a se   f iv e - le v e in v e rter.  T h e   p ro p o se d   i n v e rter i s tes ted   a s we ll   a th e   THD  a n d   th e   sp e c tral  a n a l y sis  o f   th e   o u tp u v o lt a g e   a re   c a lcu late d   u sin g   S im u li n k /M a tl a b   so f tw a r e .   K ey w o r d :   Fiv le v el  i n v er ter   MCP W co n tr o   P P FC   T o tal  Har m o n ic  Di s to r tio n     Co p y rig h ©   201 In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M.   Kh an f ar a   A u th o r   C E ST I ,   FS T ,   P E R E   lab o r at o r y ,   E ST - USMB A ,   Fez,   Mo r o cc o .   E m ail: l s n t l@ cc u . ed u . t w       1.   I NT RO D UCT I O N     T h m u ltil e v el  in v er ter   u s e s   h ig h l y   e f f icien co n v er ter   t y p es   f o r   m ed i u m   a n d   h ig h   v o lta g e   an d   h ig h   p o w er   ap p licatio n s   [ 1 ]   I h as  in ter esti n g   f ea t u r es  li k h i g h - v o ltag ca p ab ilit y ,   r ed u ce d   p o w er   d ev ice  s tr es s ,   n ea r - s in u s o id al  o u tp u t,  o r   ev en   n o   o u tp u f i lte r   w h ic h   m ak e s   th e m   s u itab le  f o r   h ig h   p o w e r   ap p licatio n s   [ 2 ] .   Mu ltil e v el  i n v er ter s   ar u s ed   f o r   AC   tr an s m is s io n   s y s te m s ,   clea n   en er g y   s o u r ce s ,   p o wer   s u p p lies   w it h o u t   d is r u p tio n ,   elec tr ical  co n d u c ti o n   an d   ac tiv p o w er   f ilter s .   [ 3 ] .   Sev er al  tech n ic s   ar p r o p o s ed   in   liter atu r e.   An   elec tr o m a g n et ic  d is tu r b a n ce   p r o b lem   i n   co m m o n   m o d u s i n g   f i v e - lev el  i n v er te r   [ 4 ] .   A   s ev e n - lev e in v er ter   s u p p l y i n g   w it h   DC   an d   b as ed   o n   th r ea l - ti m co n tr o l u s i n g   a n   ar ti f icial  al g o r ith m   co n tr o l [ 5 ] ,   [ 6 ] .   Ma n y   to p o lo g ies  tr ea ted   s u c h   u s   ca s ca d ed   H - B r id g ( C HB )   an d   th NP C   ( n eu tr al  p o in t)   w h ic h   ar w id el y   u s ab le  f o r   i n d u s tr ia a p p licatio n s .   [ 7 ] ,   [ 8 ] ,   an   in tel li g en t   tec h n iq u i s   a n al y ze d   w i th   NP C   in v er ter   i n   [ 9 ] .   Fu r th er m o r e,   d if f er e n t c o n tr o l te ch n iq u e s   ap p lied   to   th in v er ter   to   r ed u ce   th s w itc h i n g   lo s s es [ 1 0 ] .   T h in j ec tio n   o f   p h o to v o ltai p o w er   i n to   th g r id   in cr ea s es  th r i s k   o f   h ar m o n ic  p o llu tio n   a n d   d eter io r atio n   o f   t h v o ltag e   w a v e f o r m .   I n d ee d ,   P s y s te m s   u s s tatic  co n v er ter s   esp e ciall y   in v er ter s   t h at   g en er ate  h ar m o n ics.  T h ese  p r o d u ce   cu r r en h ar m o n ic s   th at  cr ea te  m o r lo s s es  o f   o r   m al f u n ctio n   in   th e   n et w o r k   a n d   co n s u m er   [ 1 1 ] .   Du to   t h p r o s p ec o f   g o o d   p o w er   q u alit y   o n   t h p o w er   g r i d ,   h ar m o n ic s   a n d   tech n ical  r e q u ir e m e n ts   I E C   1 0 0 0 - 3 - 2 ,   I E E E   5 1 9   ( USA ) ,   A 2 2 7 9 ,   ar u s ed   to   l im it   th lev el  o f   T HD  [ 1 2 ] .   I n   ad d itio n ,   th E N5 0 1 6 0   s tan d ar d ,   w h ic h   d ef i n es  all  t h co n tr o p ar am e ter s   an d   th q u alit y   o f   a n   elec tr ical  d is tr ib u tio n   n e t w o r k ,   p ar ticu lar l y   w i th   r eg ar d   to   ele ctr ical  d is tu r b an ce s ,   r eq u ir es  T HD  <4 %.  T h d esig n   o f   m u lti - le v e i n v er ter s   allo w s   th h ar m o n ic  d is to r tio n   o f   th o u tp u w av e f o r m   to   b r e d u ce d   w it h o u i n cr ea s in g   th s w itc h i n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   Mu ltica r r ier P WM   Tech n iq u fo r   F ive  Leve l I n ve r ter C o n n ec ted   to   th Gri d   ( M.  K h a n fa r a )   1775   f r eq u en c y .   P r ev io u s   s t u d ies  h av b ee n   th m ai n   f o c u s   o n   t h r ee   s tag e,   th n u m b er   o f   v o lta g lev el s   is   li m i ted   b y   v o ltag u n b alan ce   p r o b le m s ,   th e   m aj o r ity   o f   m u ltil e v el  i n v er ter s   w er p r esen ted   in   [ 1 3 ] .   Mu ltil e v el  v o lta g s o u r ce   in v er ter s   ( MV SI)   ar u s ed   i n   h i g h   p o w er   D C   to   AC   p o w er   co n v er s io n   ap p licatio n s .   MV SI  g i v es   v ar io u s   ad v an ta g es   s u ch   t h ab il it y   to   m a n a g h i g h er   D C   l i n k   v o lta g e,   a n d   to   re d u ce   h ar m o n ics  d i s to r tio n   [ 1 4 ] .   Mu ltil ev el  i n v er ter s   h a v e   b en ef it s   s u c h   as  lo w   s w itc h i n g   f r eq u e n c y ,   lo w   h ar m o n ic  d is to r tio n   a n d   h i g h   p o w er   co n v er s io n .   [ 1 5 ] .   h y b r id   s w i tch i n g   tec h n iq u u s i n g   p u l s a m p lit u d m o d u la tio n   ( P A M)   d ed icate d   f o r   NP C   i n v er te r   in   o r d er   to   eli m i n ate  h ar m o n ic  [ 1 6 ]   A   s in g le - p h a s s e n s o r - less   P ac k ed   U - C ell   ( P UC )   in v er ter   h as  b ee n   in tr o d u ce d   b y   Sa n d ee p   et  al  [ 1 7 ] ,   to   g en er ate  f i v e - lev el   v o ltag u s i n g   a n   ad eq u ate   v o lta g co n tr o b ased   o n   r ed u n d an s w itc h in g   s tates  w h ich   is   i n te g r ated   in to   s w i tch i n g   p r o ce s s .   R ec en t   r esear ch e s   h av e   b ee n   in ter e s ted   in   f ilter   f o r   tr a n s f o r m er - les s   g r id - tied   co n v e r ter   u s i n g   ( P W M) .   R o h it  G.   R a m tek a n d   U.   V.   P atil  g av v ar io u s   to p o lo g ies  th r o u g h co m p ar ativ s tu d y   o f   p ass i v e   f ilter s   w a s   p r o p o s ed   to   r ed u ce   th e   to tal  in d u cta n ce   v al u e,   w it h o u t i n cr ea s i n g   ca p ac iti v r ea ctiv p o w er   [ 1 8 ] .   P W is   n o n - li n ea r   p r o ce s s   th at  cr ea tes  h ar m o n ics  o v er   t h en tire   f r eq u e n c y   s p ec tr u m .   Dep en d in g   o n   t h p r o p er ties   o f   th e   r ef e r en ce   s i g n al  a n d   d ep en d in g   o n   its   i n ter ac tio n   w it h   t h e   m o d u lato r ,   t h D C   co m p o n e n t o r   th e v en   h ar m o n ics  m a y   b ze r o .     A   s lid i n g   m o d cu r r e n co n tr o ller   ( SMC C )   i s   ap p lied   f o r   g r id - co n n ec ted   in v er ter   w it h   f i x ed   f r eq u en c y   ( P W M)   [ 1 9 ] ,   an d   F.  Seb aa l y   et  al.   s h o w   clo s ed - lo o p   s p ac v ec to r   m o d u lat io n   ( SVM)   s lid in g   m o d co n tr o ller   ( SMC )   f o r   3 - p o in UP ( 3 L - NP C )   co n n e cted   to   n e u tr al  p o in co n n ec ted   to   th n et w o r k   [ 2 0 ] .   T h p er f o r m an ce   o f   m o d u lato r   is   ch ar ac ter ized   b y   it s   ab ilit y   to   g e n er ate  s i g n al  cl o s to   th r ef er e n ce   s ig n al.   Var io u s   m ea s u r e m e n t s   m a k it  p o s s ib le  to   ev alu ate  t h d is tan ce   b et w ee n   th in p u t   an d   o u tp u s ig n al s   o f   m o d u lato r .     I n   th i s   w o r k ,   w p r o p o s ed   m u lticar r ier   P W c o n tr o an d   s o m s i m u latio n s   u s i n g   th r ee - p h a s e   f i v e - le v el  i n v er ter   co n n ec ted   to   th g r id .   T o   im p r o v th o u tp u v o lta g es,  w h a v u s ed   co n s ta n s w itc h i n g   f r eq u en c y   MP W M.   T o   elim in ate  th e   h ar m o n ics   ef f ec t   w h a v u s ed   a   L C   f ilter .   W h a v c alcu lated   s p ec tr u m   an d   T HD,   b o th   o f   w h ic h   ar n ec ess ar y   to   ass es s   th q u al it y   o f   t h o u tp u v o lta g an d   th cu r r en o f   th e   in v er ter .   T h l in v o ltag a n d   cu r r en w a v ef o r m s   ar o b tain e d   b y   s i m u latio n   u s in g   M A T L A B /SIM U L I NK.       2.   ST UD I E SYS T E M   T h Fig u r 1   co n s i s ts   D C   s o u r ce   co n n ec ted   in   ca s ca d ed   to   an   H - b r id g f iv e - le v el  v o lta g in v er ter ,   tied   to   th g r id   th r o u g h   f ilter   to   eli m in a te  th h ar m o n ic.           Fig u r 1 .   B lo ck   d iag r a m   o f   t h s y s te m       3.   M UL T I L E VE L   I N VE R T E R   Sev er al  s c ien t if ic  r esear ch   ab o u t t h v ar io u s   to p o lo g ies o f   m u lti - le v el  co n v er ter s   h as   b ee n   p u b lis h ed .   Ou o f   all  o f   th e s to p o lo g ies  th er is   o n t h at  i s   b ased   o n   t h u s o f   p ar tia in v er ter s   ( f u l b r id g ce lls )   i n   a   s er ies  o n   ea ch   p h a s e.   T h is   p ar ticu lar   m o d el  h as  t w o   m ain   f e atu r es:   s i m p licit y   o f   co n f i g u r atio n ,   w h ate v er   th e   n u m b er   o f   lev els  o f   t h d esire d   v o ltag at  th o u tp u o f   th co n v er ter an d   th ex i s te n ce   o f   s ta n d ar d   in v er ter   m o d u les  o n   th m ar k et.   Ho wev er ,   it  r eq u ir es  g a lv a n ic  p o w er   s o u r ce s   s ep ar ated   f r o m   o n an o th er ,   w h ic h   f u r t h er   li m it s   its   i n d u s tr ial  ex p an s io n .   I n   [ 2 1 ]   d ea ls   w ith   t h s i m u latio n   a n d   i m p le m e n t atio n   o f   n in le v e l   in v er ter   s y s te m .   T h in v er te r   u s ed   in   th i s   s t u d y   is   ca s ca d ed   H - b r id g f iv e - le v els  w it h   s ep ar ate  DC   co m p o s ed   o f   t w o   H - b r id g e   ce l ls ,   f ed   b y   a   DC   s o u r ce .     E ac h   o f   t h     ce lls       h a s       f o u r       s e m i co n d u cto r         I GB T   s w itc h es  m o u n ted   in   p ar allel  w it h   an   in v er s ed   d io d e.   I GB T   co n tr o v o ltag o f   th in v e r ter   i s   o b tain ed   b y   co m p ar i n g   r ef er e n ce   o r   m o d u latin g   w a v e,   g en er all y   s i n u s o id al  ( th s i g n al   to   b s y n t h e s ized )   w it h   a   g en er all y   tr ian g u lar   ca r r ier .   T h cir cu it  co n f i g u r atio n   o f   o u r   in v er ter   an d   th w a v ef o r m   ar p r esen ted   i n   Fig u r 2 .   T h f i v e - le v el   i n v er ter   o u tp u t   v o lta g in   Fi g u r 3 .   Fo r   th i s   i n v er ter ,   t w o   s in g le - p h a s f u ll - b r id g e   ce lls   an d   t w o   in d ep en d e n t p o w er   s u p p lies   ar u s ed .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1774     1 7 8 3   1776           Fig u r 2   Fiv e - le v el  in v er ter   u s in g   DC           Fig u r e   3 .   Fiv e - lev e l in v er ter   wav ef o r m       T h in v er ter s   ar s u p p lied   w it h   co n ti n u o u s   v o lta g e s   h a v i n g   id en tical  v al u es.  E 1   an d   E 2   ar th D C   v o ltag e   p r o v id ed   f r o m   t w o   i n d ep en d en   D C   s o u r ce s   g e n er ato r .   T h g ate  r ep r esen ts   t h g ati n g   s i g n als  u s ed   f o r   co n tr o llin g   th s w itc h es.    T h s i m p lest   w a y   to   g e n er ate  P W s ig n al  i s   to   co m p ar th m e s s a g s i g n al  to   tr ian g u lar   o r   r am p   w a v e f o r m .   T h o u tp u v o lta g e   is   r aised   w h en   th i n p u is   g r ea ter   th an   th tr ian g u lar   w av e f o r m   n eit h er   w h e n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   Mu ltica r r ier P WM   Tech n iq u fo r   F ive  Leve l I n ve r ter C o n n ec ted   to   th Gri d   ( M.  K h a n fa r a )   1777   th i n p u t   is   lo w er .   T h u s ,   t h t w o   b asic  b lo c k s   r eq u ir ed   f o r   P W ar tr ian g u lar - w a v e f o r m   g e n er ato r   an d   a   co m p ar a to r   as s h o w n   i n   Fi g u r 4.           Fig u r 4 .   A   co m p ar ato r   co n f i g u r atio n   to   p r o d u ce   P W s ig n al       4.   I NVE RT E R   CO N T RO L   I n   t h is   s t u d y ,   f i v e - lev el   i n v er ter   w ill   b co n tr o lled   b y   M C P W in   o r d er   to   i m p r o v th e   p er f o r m a n ce   o f   o u r   s y s te m   a n d   m it ig ate  t h T HD.   E ac h   leg   is   co n tr o lled   b y   co m p ar i n g   r ef er en ce   s ig n al   w it h   it s   o w n   tr ia n g u lar   ca r r ier .   Fo r   th is   w o r k   it i s   n ec es s ar y   t o   u s f o u r   ca r r ier s .   P W is   w id el y   u s ed   f o r   co n tr o llin g   co n v e n tio n al  i n v er ter s .   I is   also   th m o d u latio n   s tr a teg y   m o s t   co m m o n l y   u s ed   in   m u lti - le v el   in v er ter s   ca lled   s i n u s o id al  m o d u latio n .   I co n s is t s   o f   co m p ar in g   r e f er en ce   o r   m o d u lati n g   w av e,   g en er all y   s i n u s o id al  ( th s i g n al  to   b s y n t h esized )   w it h   g e n er all y   tr ia n g u lar   ca r r ier .   T h o u tp u s ig n al  c h a n g e s   s ta te  at  ea ch   in ter s ec tio n   o f   t h r ef er e n ce   s ig n al  a n d   t h ca r r i er .   I n   th i s   m o d u latio n   tech n iq u e,   w it h   th MCP W im p le m e n ted   an d   th tr ian g u lar   m u l ticar r ier   s ig n als  s et,   w u s t h e   d if f er e n ca r r ier s   to   co n s tr u ct  all  th n ec e s s ar y   co m m an d s   f o r   all  th s w itch e s .   I n   th is   tec h n iq u e,   t h r ef er en ce   i s   co m p ar ed   co n s tan tl y   to   ea ch   o f   th tr ia n g u lar   s i g n a ls .   I f   t h r ef er en ce   is   g r ea ter   th a n   tr ian g u lar   s i g n a l,  th e   o u tp u s ig n al  i s   1 .   I n   th i s   c ase,   th s w itc h   co r r esp o n d in g   to   th i s   m o d u latio n   is   ac ti v e.   Ho w ev er ,   i f   t h r ef er en ce   is   le s s   t h an   tr ia n g u lar   s ig n al,   th e n   t h o u tp u s i g n al  ch an g es  s tate.     I n   t h is   ca s e,   w h av e   f o u r   tr ia n g u lar   s i g n al s   t h at   h a v th e   s a m f r eq u e n c y   a n d   th e   s a m e   a m p lit u d e.   Fig u r 5   s h o w s   r ef er en ce   an d   f o u r   tr ian g u lar   s i g n al.   An d   d e m o n s tr ate  th f ix ed   s w itc h i n g   f r eq u e n c y   i n   ea ch   c y cle.           Fig u r 5 .   C ar r ier   ar r an g e m e n f o r   MCP W s tr ateg y   o f   s i n g l f iv e - le v el  i n v er ter s       T h p r o p o s ed   m eth o d   en s u r e s   lo w   s w i tch i n g   f r eq u e n c y   an d   f i x ed   f u n ctio n alit y   o f   t h e   f iv e - le v el   in v er ter   at  lo w   s w itc h i n g   lo s s e s   an d   h ig h   e f f icien c y   co m p ar e d   to   o t h er   to p o lo g ies.  T h PW ar co m p u ted   to   m i n i m ize  cu r r e n h ar m o n ic s   an d   p u ls ati n g   to r q u es.  T h m eth o d   w i ll  b ap p lied   o n   AR DUI NO  ME G A   i n   o r d er   t o   co n f ir m   e x p er i m e n tal l y   th is   m et h o d .     A m = 0 . 8     A C = 2   ar am p lit u d o f   m o d u la tin g   an d   ca r r ier   s ig n al  r esp ec tiv el y ,   f m = 50Hz   an d   f c = 500Hz   ar f r eq u en c y   o f   m o d u lati n g   an d   ca r r ier   s ig n al.     5.   SI M UL AT I O N   R E S UL T S   5 . 1 .   F iv e - lev els I nv er t er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1774     1 7 8 3   1778   Fig u r 6   s h o w s   th p r o p o s ed   s ch e m e s   in   Ma tlab & Si m u li n k   s o f t w ar o f   th s t u d ied   th r ee   p h ase  Fi v e - lev el  i n v er ter .           Fig u r 6 .   T h r ee - p h ase  5 - le v el  in v er ter       T h r ef er en ce s   s i g n a ls   ar p h ase  s h i f ted   b y   1 8 0   d eg r ee s .   T h tr ian g u lar   s ig n al s   ar m o d u lated   r esp ec tiv el y   w it h :   A m = 0 . 8       a n d   A C = 2 f m = 50Hz     an d     f c = 500Hz   A r f r eq u en c y   o f   m o d u lati n g   an d   ca r r ier   s ig n al.   as  s h o w n   i n   F ig u r 7 .   As  w s ee   in   Fi g u r 8   t h o u t p u v o lta g o f   T h r ee - p h ase  f i v e - lev el  in v er ter   i s   alter n ati v e.   T h p u r p o s o f   o u r   w o r k   is   p er f o r m ed   in   ad v a n c to   h av p r ac tical  s in w a v e   o u tp u t v o lta g e.           Fig u r 7 .   C ar r ier   ar r an g e m e n f o r   MCP W s tr ateg y   o f   th r ee   p h ase  f i v e - le v el  in v er ter             Fig u r 8 .   T h r ee - p h ase  lin v o l tag o f   i n v er ter   5 . 2 .   Sp ec t ra l A na ly s is   o f   t he  P ha s L ine V o lt a g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   Mu ltica r r ier P WM   Tech n iq u fo r   F ive  Leve l I n ve r ter C o n n ec ted   to   th Gri d   ( M.  K h a n fa r a )   1779   Fig u r 9   g iv es  t h T HD  v alu o f   o u tp u v o lta g an d   th m ag n it u d o f   th f u n d a m en ta f r eq u en c y .   T h v o ltag e   w av e f o r m   at  f u n d am e n tal   f r eq u en c y   o f   5 0 H an d   s w i tch i n g   f r eq u e n c y   o f   5 0 0 Hz  is   o b tain ed   f o r   th p r o p o s ed   MCP W c o n tr o l.            Fig u r 9 .   FF T   an al y s i s   o f   p h ase  lin v o ltag o f   in v er ter       T h ( T HD)   w as  c h o s en   to   b ev alu a ted   u s in g   t h f ilter .   Fas Fo u r ier   T r an s f o r m   ( F FT )   is   ap p lied   to   o b tain   th s p ec tr u m   o f   th o u t p u v o lta g to   f in d   o u T HD.   Fro m   t h FF T   an al y s i s   o f   th b elo w   r es u lt,  it  ca n   b s ee n   t h at  t h T HD  r em ai n s   o v er   3 1 . 7 0 % d u to   1 0 th   h ar m o n ic  o r d er .   C o n s eq u en tl y ,   w th o u g h t th a t a   lo w - p ass   f ilter   co u ld   s o lv e   th e   p r o b lem   an d   allo w   u s   to   ac h ie v o u r   g o al   w h ile  s till   m ai n t ain i n g   T HD  t h at   s atis f ies  t h n o r m   E N5 0 1 6 0 .   Fo r   allev iatin g   th i m p ac o f   th is   h ar m o n ics  co m p o n e n ts   an d   r ed u ce   t h h ar m o n ics,  w i n tr o d u ce d   lo w - p ass   f il ter   w h ic h   is   d esi g n e d   in   Fig u r 10.           Fig u r 1 0 .   L o w   p as s   f il ter       T o   elim in a te  o r   r ed u ce   all  t y p o f   h ar m o n ic  f r eq u e n cies  o v e r   th r esh o ld   f r eq u en c y ,   m o s tl y   w u s a   lo w   p as s   f ilter   in   o r d er   to   b lo ck   th e   u n w a n t ed   h ar m o n i cs  an d   a llo w   ce r tai n   f r eq u en c y   r a n g e   to   b tr an s m itted .   W c h o s e   L C   f ilter   a s   s h o w n   in   Fi g u r 1 1   in   o r d er   to   h av e   b etter   at te n u at io n ,   r ed u ce   t h lo s s es a n d   co s t [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1774     1 7 8 3   1780       Fig u r 1 1 .   Fiv e - lev el  i n v er ter   w it h   lo w - p a s s   L C   f i lter       5 . 3 .   L o w - pa s s   F ilte r   T h tr an s f er   f u n ctio n   o f   th is   lo w - p ass   L C   f ilter   is :     (  ) = 1 1 +  = 1 1  2               ( 3 )     = 1 2 .                   ( 4 )     T h s i m u latio n   r esu lt  o f   t h s y s te m   co n n ec ted   to   g r id   f ee d s   lo ad   as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 1 .   T h e   in v er ter   ca n   b co n f i g u r ed   as  s tan d alo n s u p p l y in g   lo ad ,   s u ch   as  th s y s te m   p r esen ted   in   th is   p ap er .   T h u tili t y   o f   t h g r id   is   d ef i n ed   as  th i n f i n ite  b u s   b ar ,   w h ich   h as  co n s ta n v o lta g an d   f r eq u en c y .   T h g r id   s y n ch r o n izatio n   i s   v er y   n ec e s s ar y   f o r   th g r id   co n n ec ted   in v er ter ,   it c an   b ac h iev ed   b y   u s i n g   p as s iv f ilter .   I n   th i s   ca s e,   li n ea r   lo ad   w ill  b s u p p lied ,   p ass iv f ilter   is   th s i m p les t a n d   ch ea p es t so lu tio n   o f   all ,   an d   it  u s es  p ass iv ele m en ts   to   im p r o v t h cu r r en f lo w .   L C L   f ilter   is   u s ed   to   a tten u at th d ef o r m atio n   cr ea ted   b y   t h h ar m o n ics   p ar ticu lar   t h 3 rd  o n e,   t h is   h a s   t h e   e f f ec to   b r i n g   it   b ac k   i n to   p h as w it h   t h te n s io n .   T h s tiff n e s s   o f   th r i s in g   ed g es  o f   th c u r r en i s   atte n u a ted   b y   t h i n d u cta n ce   w h ich   s to r i n g   s o m e n er g y   an d   th en   r ed is tr ib u ti n g   i t.   T h L C L   f i lter   is   u s ed   to   m i tig ate  h ar m o n ics  p r o d u ce d   b y   th i n v er ter   as  s h o w n   in   F i g u r 1 1   is   p lace d   b et w ee n   th e   g r id   a n d   th i n v er ter ,   in   t h i s   ca s e,   L   t ak es  t h r o le  o f   g r id   i n d u c to r   an d   L C   tak e s   t h p ass iv f iler   o f   t h i n v er ter     As  s h o w n   i n   Fi g u r 1 2   th o u tp u c u r r en is   s i n e w av e   a n d   in   p h ase.   T h M C P W s tr ateg y   i s   ap p lied   f o r   t h r ee - p h a s ca s c ad ed   H - b r id g f i v e - lev el   i n v er ter   co n n ec ted   to   g r id .   T h FF T   s p ec tr u m   g i v t h e   m ag n it u d o f   t h f u n d a m en t al  an d   t h v al u o f   h ar m o n i d is to r t io n   o u tp u t   v o lta g es   an d   cu r r e n w h ic h   s u p p lied   lin ea r   lo ad .           Fig u r 1 2 .   Ou tp u t c u r r e n t o f   g r id   co n n ec ted   in v er ter   s u p p lie d   lin ea r   lo ad       W n o tice  th at  th v o lta g an d   cu r r en f ed   to   th g r id   b y   s u p p l y i n g   r esis tiv lo ad   is   s t ab le  s in ce   th e y   ar a t h s a m p h ase  a s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 3 .   As  s h o w n   in   F ig u r 1 4   th L C L   f ilter   eli m i n ate s   all   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   Mu ltica r r ier P WM   Tech n iq u fo r   F ive  Leve l I n ve r ter C o n n ec ted   to   th Gri d   ( M.  K h a n fa r a )   1781   f r eq u en c ies  ab o v t h f u n d a m en tal  h ar m o n ic  b u t h er is   an   i m p o r ta n r ed u ctio n   in   T HD  f r o m   3 1 . 7 0 to   0 . 0 7 %.  Fin all y ,   as  w m a y   h av e   ex p ec ted   t h is   m eth o d   b lo ck   u n w a n ted   h ar m o n ics  a n d   allo w s   th e   g r id   f r eq u en c y   to   b tr an s m itted .             Fig u r 1 3 .   Ou tp u t c u r r e n t a n d   v o ltag o f   g r id   co n n ec ted   in v e r ter   s u p p lied   lin ea r   lo ad             Fig u r 1 4 .   FF T   an aly s is   o f   o u t p u t c u r r en t o f   g r id   co n n ec ted   in v er ter   s u p p lied   r esis ti v lo ad       6.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O NS   T h MCP W M   s tr ateg y   is   ap p lied   f o r   a   th r ee - p h a s ca s ca d ed   H - b r id g f iv e - le v el  in v er ter ,   co n n ec ted   to   th g r id   th r o u g h   p ass i v f ilter .   T h r esu lts   s h o w n   t h at  th cu r r en h ar m o n ic  ar eli m in ated   b y   u s in g   an   L C L   f il ter   an d   g i v e s   b etter   T HD  w h ic h   r ed u ce d   f r o m   3 1 . 7 0 to   0 . 0 7 co m p ar ed   to   th cu r r en T HD  o f   q u asi - r eso n a n i n v er ter   co n f ig u r atio n   w i th   f i lter   is   ab o u t   1 2 . 9 [ 2 4 ] ,   an d   t w o   d if f er en co n tr o ar ap p lied   to   th r ee   p h ase   in v er ter ,   t h eir   T HD  ab o u 3 . 3 1 %,  1 . 3 6 r esp ec tiv e l y   [ 2 5 ] ,   w n o tice   th at  o u r   p r o p o s e d   co n f i g u r atio n   t h ec h n iq u g i v e s   g o o d   p er f o r m a n ce   r e g ar d in g   to   t h at  o f   th e   t w o   tec h n iq u e.   T h ai m   o f   th i s   w o r k   is   to   i m p r o v t h c u r r en f lo w   atte n u ati n g   th d e f o r m atio n   cr ea ted   b y   t h h ar m o n ics  a n d   m ak e   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1774     1 7 8 3   1782   cu r r en a n d   te n s io n   o f   g r id   i n   p h ase.   I n   Fi g u r e   1 3   th v o lta g an d   c u r r en h a v p r o d u ce d   s i n f o r m   a n d   t h at   s atis f ies t h E N5 0 1 6 0   n o r m .       7.   CO NCLU SI O N   I n   t h is   p ap er ,   th p r o p o s ed   co n f i g u r atio n   g i v es   b etter   h ar m o n ic  p er f o r m a n ce   a n d   s elec tio n   o f   s u itab le  s w itc h in g   f r eq u en c y   i n   th M C P W s tr ateg y .   W h av m o d eled   an d   s i m u lated   th r ee   p h ase  f iv e - lev el  i n v er ter   co n n ec ted   to   th e   g r id   an d   s u p p lied   lin ea r   lo a d   b y   u s i n g   M C P W tech n iq u e.   W h av u s ed   lo w - p ass   f ilter .   T h s i m u latio n   r esu lts   s h o w   t h at  t h MCP W tech n iq u e n h a n ce s   t h f u n d a m en ta o u tp u t   v o ltag a n d   eli m in ated   s e lecte d   h ar m o n ic s   b u g iv e n   T HD   in   th e   o r d er   o f   3 1 . 7 0 %.  T h u s   p ass iv f ilter   h as   b ee n   u s ed   to   eli m i n ate  all   h ar m o n ic s   a n d   g i v e s   b etter   T HD  o f   0 . 0 7 %.  W ith   th e   lo w - p a s s   f ilter   th v o lta g e   an d   cu r r en h av p r o d u ce d   s in e w a v f o r m   a n d   s atis f y i n g   t h E N5 0 1 6 0   n o r m .       RE F E R E NC E   [ 1 ]   S .   Ko u r o ,   M .   M a li n o w sk i,   K.  G o p a k u m a r,   J.  P o u ,   L . G .   F ra n q u e l o ,   Bin   W u ,   J.  Ro d rig u e z ,   M . A .   P e r e z   a n d   J.I.   L e o n ,   Re c e n A d v a n c e a n d   In d u str ial  A p p li c a ti o n o f   M u lt il e v e l   Co n v e rt e rs” ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u strial  El e c tro n ics ,   v o l . 5 7 ,   n . 8 ,   p p . 2 5 5 3 - 2 5 8 0 ,   A u g .   2 0 1 0 .     [ 2 ]   S . Ko u r o ,   P . L e z a n a ,   M a u ricio ,   A n g u lo ,   a n d   J.R o d r íg u e z ,   M u l ti c a rrier  P W M   w it h   DC - li n k   rip p le  f e e d f o r w a rd   c o m p e n sa ti o n   f o m u lt il e v e in v e r ter” ,   IEE T ra n sa c ti o n s o n   P o w e El e c tro n ics ,   v o l. 2 3 ,   n . 1 ,   p p . 5 2 - 5 9 ,   Ja n .   2 0 0 8     [ 3 ]   J.  Ro d rig u e z ,   B.   W u ,   S .   Be rn e t ,   J.O.  P o n tt   a n d   S .   Ko u ro ,   M u lt il e v e   v o lt a g e - so u rc e - c o n v e re to p o lo g ies   f o r   in d u strial  m e d iu m - v o lt a g e   d riv e s ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u str ial  El e c tro n ics ,   V o l . 5 4 ,   n . 6 ,   p p . 2 9 3 0 - 2 9 4 5 ,   De c .   2 0 0 7 .   [ 4 ]   X .   G u o ,   R .   He ,   a n d   M .   Na rim a n i,   M o d e li n g   a n d   A n a ly sis  o f   Ne M u lt i l e v e In v e rter  f o S o lar  P h o to v o lt a ic  P o w e P la n t,   I n ter n a t io n a J o u rn a o P h o t o e n e rg y ,   v o l.   2 0 1 6 ,   p p .   1 8 ,   2 0 1 6 .   [ 5 ]   F .   Kh o u c h a ,   K.  M a ro u a n i,   M .   Be n b o u z id ,   A .   Kh e lo u i,   a n d   A .   M a m o u n e ,   A   7 - L e v e S in g le DC S o u rc e   Ca sc a d e d   H - Brid g e   M u lt il e v e In v e rter  w it h   a   M o d if ied   DT S c h e m e   f o In d u c ti o n   M o t o r - Ba se d   El e c tri c   V e h i c le  P ro p u lsio n ,   In ter n a t io n a J o u rn a o Ve h icu l a r T e c h n o l o g y ,   v o l.   2 0 1 3 ,   p p .   1 9 ,   2 0 1 3 .   [ 6 ]   L .   W a n g ,   C.   M a o ,   D.  W a n g ,   J.  L u ,   J.  Zh a n g ,   a n d   X .   Ch e n ,   A   Re a l - T i m e   a n d   Clo se d - L o o p   C o n tro A lg o rit h m   f o C a sc a d e d   M u lt il e v e In v e rter  Ba se d   o n   A rti f icia Ne u ra Ne t w o rk ,   T h e   S c ien t if ic  W o rld   J o u r n a l ,   v o l.   2 0 1 4 ,   p p .   1 1 2 ,   2 0 1 4 .       [ 7 ]   M .   M iran b e ig a n d   H.  Im a n - Ei n i,   Hy b rid   M o d u latio n   T e c h n i q u e   f o G rid - Co n n e c ted   Ca sc a d e d   P h o to v o lt a ic   S y st e m s,” IE EE   T ra n sa c ti o n s o n   I n d u str ial  El e c tro n ics ,   v o l.   6 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   7 8 4 3 7 8 5 3 ,   De c .   2 0 1 6 .   [ 8 ]   V .   F .   M .   B.   M e l o ,   C.   B.   Ja c o b i n a ,   N.  Ro c h a ,   R.   P .   R.   d e   S o u sa ,   a n d   E.   R.   Bra g a - F il h o ,   H y b rid   Du a a n d   NP S ix - P h a se   Driv e   S y ste m s,” IE EE   T ra n sa c ti o n o n   P o w e El e c tro n ics ,   v o l.   3 2 ,   n o .   1 1 ,   p p .   8 6 0 6 8 6 1 7 ,   No v .   2 0 1 7 .   [ 9 ]   F .   Ro jas ,   R.   Ke n n e l,   R.   Ca rd e n a s,  R.   Re p e n n in g ,   J.  C.   Clare ,   a n d   M .   Dia z ,   A   N e w   S p a c e - V e c to r - M o d u lati o n   A l g o rit h m   f o a   T h re e - L e v e F o u r - L e g   NP In v e rter,”  IEE T ra n sa c ti o n o n   En e rg y   Co n v e rsio n ,   v o l.   3 2 ,   n o .   1 ,   p p .   23 3 5 ,   M a r.   2 0 1 7 .   [ 1 0 ]   S .   Ojh a   a n d   A .   K.  P a n d e y ,   Clo se   L o o p   F   Co n tro l   o f   Vo lt a g e   S o u rc e   In v e rter  u si n g   S in u so i d a P W M   ,   T h ird   Ha r m o n ic In jec ti o n   P W M   a n d   S p a c e   V e c to P W M   M e th o d   f o In d u c ti o n   M o to r ,   v o l.   7 ,   n o .   1 ,   2 0 1 6 .   [ 1 1 ]   Bo u a lem   Bo u k e z a ta,  A b d e l m a d ji d   C h a o u i,   Je a n   P a u G a u b e rt  e M a b ro u k   Ha c h e m   S y st è m e   so lair e   p h o to v o lt a ï q u e   c o n n e c té  a u   se a u   é lec tri q u e   e a ss o c ie  a   u n   f il tre  a c ti f   p a ra ll è le”   S y m p o siu m   d e   G e n ie  El e c tri q u e   (S G E’1 4 EF - E P F - M G 2 0 1 4 ,   8 - 1 0   Ju il let  2 0 1 4 ,   E n s Ca c h a n ,   F r a n c e .   [ 1 2 ]   T .   Ho e v e n a a rs,  K.  L e   Do u x ,   a n d   M .   Co lo si n o ,   In terp re ti n g   IEE E S T 5 1 9   a n d   m e e ti n g   it h a rm o n ic  li m it in   V F D   a p p li c a ti o n s,”  in   P r o c e e d in g o f   th e   5 0 th   A n n u a T e c h n ica Co n f e re n c e   o f   th e   P e tr o leu m   a n d   C h e m ica In d u stry   Co m m it tee ,   p p .   1 4 5 1 5 0 , H o u st o n ,   T e x ,   US A ,   S e p tem b e 2 0 0 3 .   [ 1 3 ]   E.   B a b a e i,   A   c a sc a d e   M u lt i - lev e Co n v e rter  T o p o l o g y   W it h   Re d u c e d   Nu m b e o f   S w it c h e s,”  IEE T ra n sa c ti o n o n   P o w e El e c tro n ics ,   v o l.   2 3 ,   n o .   6 ,   p p .   2 6 5 7 - 2 6 6 4 ,   No v e m b e 2 0 0 8 .   [ 1 4 ]   R. Na g a ra jan   M .   S a ra v a n a n ,   S tairc a se   M u lt ica rrier  S P W M   T e c h n iq u e   f o Nin e   L e v e Ca sc a d e d   In v e rter,”  In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n   P o w e r,   En e rg y   a n d   Co n tro l   (IC P EC) ,   DO I:  1 0 . 1 1 0 9 / IC P EC. 2 0 1 3 . 6 5 2 7 7 4 1 ,   ( 2 0 1 3 ).   [ 1 5 ]   B. P . M c g ra th ,   D.G . Ho lm e s,  M u lt ica rrier  P W M   stra teg ies   f o m u l ti lev e in v e rters ,   IEE T ra n s.  In d . E lec tro n ,   v o l   4 9 ,   n . 4 ,   p p   8 5 8 - 8 6 7 , A u g . 2 0 0 2 .   [ 1 6 ]   M .   S h a rif z a d e h   e a l. ,   Hy b rid   S HM - S HE  P u lse - Am p li tu d e   M o d u latio n   f o Hig h - P o w e F o u r - L e g   In v e rter,”  IEE E   T ra n sa c ti o n o n   In d u stri a El e c tr o n ics ,   v o l .   6 3 ,   n o .   1 1 ,   p p .   7 2 3 4 7 2 4 2 ,   No v .   2 0 1 6 .   [ 1 7 ]   W .   Jia n g ,   S .   Du ,   L .   Ch a n g ,   Y.  Zh a n g ,   a n d   Q.  Z h a o ,   Hy b rid   P W M   S tr a teg y   o f   S V P W M   a n d   V S VP W M   f o NPC   T h re e - L e v e V o lt a g e - S o u rc e   In v e rter,”  IEE T r a n sa c ti o n o n   P o w e r   El e c tro n ics ,   v o l.   2 5 ,   n o .   1 0 ,   p p .   2 6 0 7 2 6 1 9 ,   Oc t.   2 0 1 0 .   [ 1 8 ]   J.C. Ka rti c k , B. K.S u ji t. K . S u p a rn a ,“ Du a l   re f e r e n c e   p h a se   sh if ted   p u l se   w it h   m o d u lati o n     tec h n i q u e   f o   N - L e v e l   in v e rter  b a se d   g rid   c o n n e c ted   s o lar  p h o to v o lt a ic  sy ste m .   ,   IE T   Jo u rn a ls  &   M a g a z in e V o l . 1 0 ,   I ss u e :7 ,   p p   9 2 8     9 3 5 , 2 0 1 6 .   [ 1 9 ]   N.  Ku m a r,   T .   K.  S a h a ,   a n d   J.  De y ,   S li d in g - M o d e   Co n tr o o f   P W M   Du a I n v e rter - Ba se d   G ri d - Co n n e c ted   P S y st e m M o d e li n g   a n d   P e rf o r m a n c e   A n a l y sis,”   IEE Jo u rn a o f   E m e rg in g   a n d   S e lec ted   T o p ics   in   P o w e r   El e c tro n ics ,   v o l .   4 ,   n o .   2 ,   p p .   4 3 5 4 4 4 ,   J u n .   2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A   Mu ltica r r ier P WM   Tech n iq u fo r   F ive  Leve l I n ve r ter C o n n ec ted   to   th Gri d   ( M.  K h a n fa r a )   1783   [ 2 0 ]   F .   S e b a a ly ,   H.  V a h e d i,   H .   Y.  K a n a a n ,   N.  M o u b a y e d ,   a n d   K.  A l - Ha d d a d ,   De sig n   a n d   Im p lem e n tatio n   o f   S p a c e   V e c to M o d u lati o n - Ba se d   S li d i n g   M o d e   Co n tro f o G rid - Co n n e c ted   3 L - NP In v e rter,”  IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u strial  El e c tro n ics ,   v o l.   6 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   7 8 5 4 7 8 6 3 ,   De c .   2 0 1 6 .         [ 2 1 ]   D.  Ja s m in e   a n d   M .   G o p in a t h ,   Ha rd w a r e   i m p le m e n tatio n   o f   so lar  b a se d   b o o st  t o   S E P IC  c o n v e rt e fe d   n in e   lev e in v e rter s y ste m ,   In t.   J.  P o w e El e c tro n .   Driv e   S y st.,   v o l.   7 ,   n o .   4 ,   p p .   1 0 3 1 1 0 3 7 ,   2 0 1 6 .   [ 2 2 ]   Ro h it   G .   Ra m te k e ,   U.  V .   P a ti l,   De sig n   a n d   c o m p a ra ti v e   stu d y   o f   f il ters   f o m u lt il e v e in v e rter  f o g rid   in terf a c e 9 7 8 - 1 - 4 7 9 9 - 7 1 6 9 - 5 / 1 4 / $ 3 1 . 0 0   ©2 0 1 4   IE EE . 1 8   [ 2 3 ]   M . Kh a n f a ra ,   R. EL   Ba c h ti ri,   K.E L   H a m m o u m i,   M . Bo u ss e tt a .   A   c o m p a riso n   b e tw e e n   tw o   f il ters   f o P V   i n v e rter   c o n tro ll e d   to   e li m in a te  f irsts  h a r m o n ics   ,   In tern a ti o n a Co n f e re n c e   o n   In f o r m a ti o n   T e c h n o lo g y   fo Org a n iza ti o n s   De v e lo p m e n (IT 4 OD ) 978 - 1 - 4 6 7 3 - 7 6 8 9 - 1 / 1 6 / $ 3 1 . 0 0   © 2 0 1 6   IEE E 1 9   [ 2 4 ]     B.   Na y a k ,   S .   S .   Da sh ,   a n d   S .   K u m a r,   P ro p o se d   m e th o d   f o s h o o t - th r o u g h   in   th re e   p h a se   ZS a n d   c o m p a riso n   o f   d if fe re n c o n tro tec h n iq u e s,” In t.   J.  P o w e El e c tro n .   Driv e   S y st.,   v o l.   5 ,   n o .   1 ,   p p .   3 2 4 4 ,   2 0 1 4 .   [ 2 5 ]   B.   Na y a k ,   S .   S .   Da sh ,   a n d   S .   Ku m a r,   P ro p o se d   m e th o d   f o sh o o t - th r o u g h   in   th re e   p h a se   ZS a n d   c o m p a riso n   o f   d if fe re n c o n tro tec h n iq u e s,” In t.   J.  P o w e El e c tro n .   Driv e   S y st.,   v o l.   5 ,   n o .   1 ,   p p .   3 2 4 4 ,   2 0 1 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.