Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r   2020 , p p.   21 4 5 ~ 215 3   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 4 . pp 2 1 4 5 - 215 3           2145       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   A  ne w m ultilev el inve rter with r ed uced swi tch cou nt for  renew able power  app li cat ions       Seong - Ch e ol  Kim 1 , S .  Nar asi mha 2 , Suren der R e ddy S al kut i 3   1 ,3  Depa rtment   of   Railroad   and El ec tr ic a l Engi ne er ing,   Woosong  U nive rs it y ,   Da ej e on,   Repub li c   of   Korea   2   Depa rtment of  El e ct ri ca l   and   E l ec tron ic s E ng ineeri ng,   TKR  Co llege  of   Eng ine e ri ng  and Technolo gy,   Indi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   30 , 20 20   Re vised  Jun   10 , 20 20   Accepte d  J ul   16 , 2 0 20       Thi s  pape r   prop oses  a  new  t ec h nique   for  a  vol tage  source   mul t ilevel   inve r te r   (MLI)  with   r edu ce d   sw it ch   cou nt ,   and   it  creat es   a   smooth er   sinusoidal  outpu t   wave form   with   red u ce d   tot a l   har monic   distor ti on   (THD).   Th ere fore ,   th e   proposed  techni que  id ent if ie s  a   better   positi on   in  the  li st   of   multil eve l   conve rt ers  used   for  power   qualit y  condition ers.   Semi condu ct ing   device s   are   adde d  to   it   if  th e  numbe r   of  l ev el s  inc r ea ses.   In   thi s  work,  th e  t opology  of   MLI  with  red uc ed  numbe r  of  s witc hes  is  pre se nte d.   A  new  ML I  is  proposed   with  lower   num ber   of   sw it ch es  and  sourc es  in   o rde r  to   a chieve   highe r  le v el .   The  proposed  t opology  is   fra m ed  ou t  wi th  the  co mbi na ti on   of   thr ee  ha lf  bridge   and  a  sin gle   H - bri dg e  co nfigura t ion.  Det ai l ed  simu la t ion   result s   for   15 - le ve l   inve r ter  of   singl e   and   thre e   ph ase   inv ert ers   ar e   pre se nte d   in   th is   pape r.  Three  p hase   15 - le v el   i nver te r  is  develope d  by  e mploying  three   isola te d   diff ere n t   ren ew abl e   sourc es  and  21   sw it ch es.   Ke yw o rd s :   M ulti le vel c onver te r   Re new a ble s ources   Sing le   phase i nverter   Thr ee  phase  in ver te r   Total  h a rm onic  d ist ort ion   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Su r en der Re dd y  Sal ku ti ,    Dep a rtme nt of  Ra il ro ad  a nd E le ct rical  En gi ne erin g,     Woos ong   U nive rsity, Daej eo n, Re pu blic of  Korea .   Emai l:   su re nde r@wsu.ac . kr       1.   INTROD U CTION   Nowa day s ,  the   el ect rical   ener gy  be came  a n  esse ntial   commodity  a nd   has  a  ra pid   de man d  f or   it s   gen e rati on.  T he   moder n  el ect rical   sy ste m  c onta ins  c onve ntion al   as  well   as  ren e wa ble  sou rces.  T he  re ne wab le   so urces  a re  na tural  sour ces  wh ic h  are  no t  dep le te d.  T o  a ddress  the  e nv iro nm e ntal  concerns  a nd  f or   ov e rall   economic  de ve lop me nt,  t he  a dd it io n  of   major  re new a ble  s ources  of  ene r gy,  a nd   t ran sit ion   f rom  co nve ntion al   energ y  to  re ne wab le   e nergy   is  required.  T her e  a re  dif fere nt  typ es  of   r enew a ble  sou r ces  avail able  s uc h  as   so la r,  wind,  ti dal,  ge o  the rm al ,  bi o  ma ss,   hydro   el ect ric  energ y.   I n  the   prese nt  pa pe r ,  ph oto  volt ai c  ar ray  (P V A )  cel l,  f ue l  cel l  and   batt ery   a re  use d  a s   three  isolat e d  ren e wa ble  sou ces  [1].   T he  vo lt age  of   PVA  t otally   reli es  upon  sun  ori ented  il lu mina ti on   a nd  su r rou nd i ng  te mp e ratur e .  P V A  is  a  blen d  of   a rr a ng e me nt   and   par al le l  sun  po wer e d  cel ls  arra ng e d  in  a  cl ust er  to  pro duce   require d  volt age  an d  c urren t .  Fu el   cel l  conver t s   sy nt hetic   e nergy  of  cr ude  m at erial s  into   el ect rical   ene rgy .  Ba tt eries  a re   the  m os t   wi dely  rec ognized   powe r  ho ts pot  f or  f un dame ntal  ha nd held   ga dget s  to   ex pa ns ive   scal e  mec han ic al   a pp li cat io ns .  It  i s  a  blen d  of  at   le ast   on e   el ect r oche mica l  cel ls  th at   are   e qu i pp e d  f or  c hangin g  over   pu t   a w ay  syntheti c   e nerg y  i nto  el e ct rical  energ y  [ 2].   R e ver sal   of   direc t  current  int o  ro ta ti ng  cu rr e nt   is  a  bu il t  up  idea,  howe ver   the  nat ur e  of  up s et   powe r  is  t he  pri nciple   w orr y  be hind  each   proce dure  ce nt re  a rou nd  the   powe r  qu al it y  issues  at   the   inv e rter  end.  I nverter s  can  be   volt age  so urce  a nd  cu r ren t  s ourc e  ty pe .  The  powe r  na ture  of   i nv e rt er  is  total ly  rel ie s  on   the  in ver te r  struct ur e  a nd  c on t ro l  proce dures.   A  def init i ve  poi nt  is  to   coor din at e  th e  inv e rter  for   more  smoothe r  sin usoidal  an d  s ubs equ e ntly  to  di minish  th e  symp honious  s ubsta nce .  The re   are  va rio us   te chn i qu e s  acce ssible  f or  structu re  a nd  c on t ro l  of  the   in ver te r   to   get   si nu s oi dal  by   re du ct io n  the   TH D  [3].  Re searc hes  a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   21 4 5   –   2153   2146   currently  gi ving  m or e  c onsid erati on   t o  s pare  el ect ric  energy   by  le sseni ng  the  harmo ni cs.  By  e xp a ndi ng   t he  qu a ntit y  of  le ve ls,  the   TH D  is   dimi nish e d  im pr essi vely , h oweve r  it   le a ds   t o  a n  i ncr ease   i n  num ber  of  s witc he s   and  the   relat in g  e xc hangin g  misfortu nes.  C le arly  th e  c on t ro l  a nd  e ntr yway  dr i ver  ci rc ui t  for  the   in vert er  ge t   mind  boggli ng   a nd  ma ssive   wh ic h  res ults  s urpr isi ng  e xp e ns e   an d   ov e rwhelmi ng   siz e  of  t he   ge ner al   s ys te m.   It   is  ha rd  to   cha ng e   the   s qu a r e  wa ve  i nto  s inu s oid al   how ever  co ncei va ble  with  high   est eeme d  filt ers  a nd  decr ease   in   rm s  volt age  [4].  Power   qual it y  increases   li nea rly  with  se mic onduct or  dev ic es  an d  is  unbia sed  of  th e to po l ogy u sed [5].  The  T HD acco mp li s hed by  wa y of   mu lt ipu lse  con ver te r s fo r  gi ve n  le vels is  h i gher th a n  that  of  m ulti le vel  co nverter s   but  this  a dva ntage  is   mispl aced  if   ma nipulat e  of  ac  vo lt age  is  to  be  made  impartia l  of  dc   volt age.  If  c om m utati on  fa il ur e  ta kes   pla ce  in  a n  I GBT   mu lt ic el l  inv e rter,  t he  fail ure  may   add it io nally  bo th  be   a  i ncorr e ct   gate  vo lt age   or  a n  int rinsic   I GBT  fail ur e   [6].   For  a n  el e ct ric  vec hicle ,  hybri d  casca de d  mu lt il evel  inv e rter   ( M L I)  is  us e d  a nd  it   e nha nces  powe r   to   the   de vice  [ 7] .  B y  t his  in ver te r ,  performa nce  i s  enh a nce d  in   mo to r  dri ves .   The  imple me ntati on   of   high  ste p - up  vo lt age  co nversi on  with  automatic   va riat ion   of  duty   rati o  vo lt age   c la mp in g  featu r e  an d  by  tu r ns  rati o  of  t he  coupled   in duct or  is  pro po se d  in  [ 8].  Re fe re nces   [ 9,   10]   pr ese nt  a  co mpreh ensive   re view   of  rece ntly  dev el op e d  m ul ti le vel  inv e rters  with  reduce d  po wer  switc h  c ount.  A  ne w  str uct ure  for  a  boos t  mu lt il evel  inv e rter  ( M L I)   t opology   base d  on  the  con ce pt  of  sw it ched - ca pacit or  is  pro po se d  in  [ 11].  T wo  new  to po l og ie s  f or   sta ircase   outp ut   vo lt age   gen e ra ti on s  a re  pro pose d  in   re fer e nce  [12]  wit h  a  le sser  num be r  of   switc h  r equ i reme nt.  A   sin gle - ph a se  M L I   to polo gy  t o  reduc e  the   numb e r   of  s witc hes   in   the  ci rc uit  a nd   obta in   higher   vo lt age   le vel  a t  the  ou t pu t i s  prop ose d  i n  [ 13] .   Fr om  the   avail able  li te ratur e  it   is  cl ear  that,  powe r  qual it y  is  the  majo r  consi der at io n  t o  mai ntain   pro per   co ndit ion i ng  of   a ny  de vice.  D ue  to   i ncr ease   in   ha r monics  in   lo w   le vel  c onve rters  resu lt   i n  he at   loss  and  al s o  disto r ti on s   in   ou t pu t   vo lt age   [14 ].  T hese   pr ob le ms   may   im pact  on   f unct ion i ng  of  de vices.   T he   major   con t rib ution s  of this  pa per are  li ste d  bel ow.     −   A  new   volt age   supp l y  of   mu l ti le vel  conver t er  is  ge ne rated   with  s moothe r  sin usoidal  outpu t  wav e form   by lo wer i ng T HD.   −   Semico nductin g  de vices  a re  al so   ad de d  as   per   t he  re quired  le vels.  A  new   i nv e rter  i s  forme d  with  maxim um  le ve l  us in g  le sse r  numb e r  of  s witc hes  a nd  isol at ed  re ne wab l e  source s  wh i ch  will   acq uir e  mo st l e vel.   −   The  ne w  to pology  is  f rame d  ou t  by   casca di ng   t hr ee  half  br i dg e  a nd   a  s ing le   H - br id ge   config ur at io n.   Thr ee  phase  15  level i nverte r  i s g e ner at e d wit h  le sse r numbe r of  s witc hes  a nd D C  sour ces   −   By  ta king   the   a dv a ntage   of  le sser   num be r  of  s witc hes   a nd  DC  s ou ces,  a   bin a ry  com bin at io n  of   ren e wa ble D C  so urces  is ch ose n for e very le vel to dec re ase  the T H D.   In  this  w ork,  f ollow i ng  the   in tro du ct io n  pa rt  in  sect ion  1,  s ect ion   2  is  detai le d  on   the   pre sentat ion  of   pro po se d  M LI   with   reduce d  numb e r   of   swi tc hes.  A fter wa rd,  i n  s ect ion  3,  sim ulati on  r esults  a re  pres ented.   Finall y,  c oncl usi ve no te s  giv e n  i n sec ti on  4.       2.   PROP OSE D MULTIL EVE L IN VERTE R  ( MLI )  WIT H R E DUCE D  SWIT CHES   This  sect io n  presents  t he  c onve ntio nal  s yst ems,  co ntr ol  strat egies,  l og i c  in  m ulti - le ve l  inv e rter,  sing le   phase   i nv e rter,   t hr ee   ph a se  i nv e rter,   an d  ty pes   of  cond uction  i n  an  i nverter .  T he  outp ut  volt age  is   gen e rated   wit h  M L I  a nd  c on trol  m odel   [ 15 ].   The   co mb i na ti on   of  M LI   with  reduce d  numb e r  of  s wi tc hes   impro ves  the  perf ormance  of  powe r qu al it y condit ion e rs.     2.1.   Conv e nt i on al   systems   A  casca de d  MLI  ge ner at es  outp ut  of  5  le ve ls  with   8  switc hes,  7  le vels   with  12  s witc he s,  9  le vels  with  16   switc he s,  an d  s o  on.  Using  4  s witc h  a nd   one  dc  s ource  for  eac h  H - br i dge,  it   pro duces  on e  le vel  of   vo lt age   ou t put,   an d  it   is  de picte d  in   Fi gure   1.  Gen e ral  e xpr ession  for  outp ut  vo lt ag e  le ve ls  is    =  (   +   2) / 2,  wh e re     is  nu mb e r  of  s witc hes   in   an   in ve rter.   Eac h  bri dge  giv e s  3  out pu t   le vels,   i.e. ,  +  ,  0  an d  −  .  Numbe r  of  le vels  in   th ree  ph a se  ci rc uit  means   the   out pu t   phase   an d  li ne  vo lt ag es   are   2s+ 1   a nd  4s+1   resp ect ivel y,   w her e  s   is  the  nu mb e r  of  H - M L I  [ 16,  17].   The  value  of  an   ac  ou t pu t  phase  volt age  is  the   sum  of   vo lt age s  pro du ced  by  eac h  H - bri dges.  T he  c onve ntion al   c ascade d  n   le ve l  M LI  is  de pic te d  in  Fig ur e  1  with  vo lt age   s ourc es,  s witc hes ,  and  the   in ve r te rs  c onnected   in   casca ding   meth od.   T his  casca ded  in ver te r     has  2(m - 1)  ma in  switc hi ng   de vices,  2( m - 1)  main  di od e s,  no   cl am ping  di od es ,  (m - 1)   ( m - 2) /2  num ber  of   DC   bu s  ca pacit or s   and zer o balan ci ng  ca pacit ors  [18].   Thinkin g  a bo ut  ab so l ute  th ree  s ources   a nd  th ree  s witc hes,  sin gle  s witc h  per  s ource  or  tw o  semic onduct or   gadgets  f or  e very  s ource  is  consi der e d.   Se ven   ref e re nce  sign al s  a re  co nt rasted  with  t he   sine   wav e   w hich  produce  th e  entr yw a y  si gn al s  f or   t he  hal f  sca ffold  s witc hes,  and   t he y  are  i n  cha r ge  of  cr eat in g  sinu s oid al   w av eform.   T he   re currence   of  re fer e nce   wa ve   is  the   sta ndar d  net wor k  rec urre nce   ( or)  e xpect ed   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A n ew   m ulti le vel  inverte r wi th  reduce d  s wi tc h  c ount fo r re ne wab le   powe r   …   (Sure nder R edd y  Salkuti )   2147   inv e rter r ec urr ence [19].  C onseq uen tl y,   the  recurr e nce  of   door sig nals to  t he  half  e xten sion  s witc hes wi ll  h ave  double   rec urre nce.  To   get  re du ce d  TH D,  it   is  re qu i red  to  change  t he  pro gr essi on  est im at e  that  co ordi nating  with  a   uniq ue   re qu ir ed   sine   wa ve.  F or   a   perfect   sin usoi dal  volt age ,  pulse   width  is  adju ste d  as   pe r  the   requireme nt.  T he  sine  wav e  i s  al lowed   t o  go  thr ough  the  midpoint  of   ea ch  re fer e nce  volt age  le vels,  wh ic h  will   make  a  lo wer   le ast   TH D   vo lt age  [ 20,  21] .  Co ntro l  si gnal s  are  cr eat ed  with  t he  hel p  of  pulse   generator s   and   rati onal e  entr yw a ys .  Th e  inv e rsion  of   su pply  ha ppe ning  at   the  ze ro   dime ns io ns ,   it   will   diminish  the   exch a ngin g pr e ssu re  a nd h e nc e dv/dt ca n be  decr ease d  e nor mously .           Figure  1. Co nventional  casca de d  n   le vel  (m ul ti le vel)  inv e rte r       2.2.   Inv er ters   An  in ver te r  al l ud e s  to   a   po we r  el ect r on ic   de vice  that   cha ng es  po wer  in   D C  fr a me  t o  AC   sh a pe   at   the   require d recu rrence a nd volt a ge.   I nv e rters a r e cla ssifie d  i nto  tw o f undame ntal cl asses [ 22 ]:   −   Vo lt age   S ourc e  I nv e rter   ( VSI):  It  has  firm   DC  s ource   vol ta ge  that   is  the   DC   volt age   ha s  co ns tra i ne d  or   zero i mp e da nc e at t he  i nv e rter inp ut termi na ls.    −   Current  S ourc e  Inve rter  (CS I) :  It  is  pro vide d  wit h  a  va ri able  cu rr e nt  f r om   a  DC  s our ce  that  has  high   impeda nce . T he  subse qu e nt c urren t  wa ves  a re  no t a ff ect e d by the l oad.     2.2.1. Single  p ha s e i nv er ter   Ther e  a re  tw o  so rts  of   sin gle  sta ge  in ver te r s  avail able,  a nd  the y  are  half   scaffold  i nv e r te r  an d  f ull   extensi on  in ve rter   [ 23].  T he   half   scaf f old  in ver te r   is   the   es sentia l  buil di ng  square   of  a   f ull  sca ffold   in ve rter.   It  con ta in s  tw o  s witc hes  a nd   e very  one  o f  it s  capaci tor s  ha s  a  vo lt a ge  yi el d  equ i valent   to   / 2 .  Simi la rly ,  switc hes  s uppl ement  eac h  ot her,  i.e.,  w heth er  one  is  e xchang e d  ON,  the n  the  oth e r  one  goes  O FF  [24,   25] .   Fu ll   e xtensi on  in ver te r   ci rc ui t  changes   ove r  DC  to   AC.  I t  accom plishes   this  by  s hutt ing  a nd  ope ning  t he   switc hes   in   the   co rr ect  g r oupi ng. I t has   f our  d ist incti ve  w orkin g  sta te s w hi ch  de pend  o n wh ic h  switc he s  are   t o  be  cl ose d.     2.2.2. Thre e  ph as e i nv er ter   A  th ree - sta ge  inv e rter  c hang es  over   a  DC  co ntributi on  t o  a  t hr ee - sta ge   AC.  Its  th re e  ar ms   are   regularly  d efe r red by  a n  ed ge  o f  1 20°   to   c rea te   a  t hr ee - sta ge   AC   s uppl y  [ 26] .  E xc ha ng i ng  of   in ver te r  s wi tc hes  happe ns   a fter  each  T/ 6  of   ti me  T  (60°  poi nt  interi m ).   Th e  switc hes   S w 1  a nd  S w4 ;  S w2  an d  Sw5;  Sw3  a nd  Sw6  sup pleme nt  eac h  ot her.  Figure   2  de picts  th ree   sta ge   in ver te r   ci rc uit.   I t  is  on l y  th ree  sing le   sta ge   in ver te r s   pu t  ov e r  a simi la r  DC s ource. The s haf t  vo lt a ges  in a t hr ee s ta ge  inve rter a r e equ i valent to  the post volt ages in   sing le  sta ge ha lf ex te ns io n  i nverter  [2 7,   28].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   21 4 5   –   2153   2148       Figure  2. Th re e  phase i nv e rte r       2.2.3. Ty pes o f   c on d uctio n   Ther e   a re  t wo  methods   of  c onduct io n,  a nd  t hey  a re  180°  method   of   co nductio n  a nd  120°  met hod  of   cond uction.   I n  18 0°  met hod  of   co nductio n,  eac h  ga dg e t  is  in   c onduc ti on   sta te   f or  180°  wh e re   th ey  a r e   exch a nged   O N   at   60°  i nterim s  [ 29].   The   te r minals  A,   B  a nd  C  a re  the   yie ld  te rmi nals  of  the  sca ffold   th at   are   associat ed  with  thre e - sta ge  de lt a  or   sta r  ass ociat ion   of   t he  load.   The  ta s k  of   a n  adj us te d  sta r  associat ed  load  is   cl arified  i n  the   grap h  be neath .  F or  the  pe rio d  (0°  -   60°) ,   the  fo c us es   S w 1,   Sw5  a nd  S w6  are   in  c on du ct io n  mode.   I n  12 0°  met hod  of   cond uction,  e a ch  el ect r onic   gadget  is   in   a  co nductio n  sta te   for   12 0°.  It   is   appr opriat e  for   a  delta   ass ociat ion   in  a   loa d  s ince  it   br i ng s   a bout  a  si x - a dvance  s or t  of   w avefor m  ov e r  a ny   of   it s  sta ges  [ 30].  I n  t his  way,  a t  an y  moment   just  tw o  ga dg e ts  are   le adin g  on  the   groun ds  that  e ve ry  ga dg et   cond ucts  at   ju st  120°.   Detai le d  in ver te r  ci rcu it   is  dep ic t ed  in   Fig ure  3.   The   te rmina l  A  on  the  l oad  is   associat ed  with  the  posit ive  end  w hil e  the  t erminal  B  is  a sso ci at ed  with  the  ne gative  e nd  of  the   sou r ce.  The   te rmin al   C  on  the  load  is  i n  a   conditi on   cal l ed  coa sti ng   sta te   [31] .  The  fund a mental   3 - st age  in ver te r  is  a  six - adv a nce i nvert er. A sta ge  is c har act erize d  as  an  a djust ment  in the te rmin at i ng ar rangeme nt .           Figu re  3. Detai le d  in ver te r  ci r cuit       Th 1  t o  Th 6  are   the   si x  l oad - c onve ying   th yr i stors  wh il e  D 1  to   D6  a re  t he   fr ee - w heeli ng  diodes.   Eac h  matc h  of  th yr i stors   in  a  br a nc h  (T hl  an d  T h4 ;  T h2   a nd  T h5 ;  T h3   a nd  T h6)  are  gated  f or   T/ 2  an d  a re  ou t - of - sta ge  with   eac h  ot her ,   i.e .,  they   a re   ne ver  ga te d  al l  the   w hile.   T h1,  Th 2  a nd   Th 3  are  fire d  out - of - sta ge   con ti nu ously   by  120°  a s  a re  Th 4,  Th 5  an d  Th 6  [32 ].  This   is  a n  abs olu t e  nece ssit y  t o  acqu i re  t hr ee   yiel d  vo lt age s  ou t - of - sta ge b y 120° .       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   The  util iz at ion  of  M L I  is  he ld  a nd  the   pro po s ed   syst em  is  recreate d  i n  the  MATL A B  Simuli nk   pro gr am min g.  A n  i deal  ai r  conditi on i ng  volt age  ca n  be   ta ke n  str uctu re  the   H - c onne ct   yield  side   of  the   pro po se d  ne w  double   cr os s  breed  fell   H   co nnect   m ulti le vel  co nv e rter  for  ai r  co ndit ion in g  power  ap plica ti on s,   for  e xam ple,  util iz ing   in  act ive  filt ers,   or  to  ass ociat e  w it h  the  po wer   fr ame w ork.   T he  ai r  c onditi oner  of  conve rter  is  m ulti - le vel  volt age,  a nd  a  prof i ci ent  ene rgy  th e  exec utives’   c al culat ion   is  c r eat ed  f or  ex c ha ng i ng   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A n ew   m ulti le vel  inverte r wi th  reduce d  s wi tc h  c ount fo r re ne wab le   powe r   …   (Sure nder R edd y  Salkuti )   2149   batte ry   unit s  as  ind ic at ed  by  the  par al le l  exam ple  [ 33] .  Th us ,  t he  quantit y  of   volt age  le vels  ar e  mor e   no te worth y  tha n  the  a bsolute  numb e r  of   batt ery   unit s.  It  will   decr ease  a bsolute  s ympho ni ou s  substance   of   t he   conve rter  yield.  B y  s uitable   exc han ging  of  the  dc  s ourc es,  it   can  get  var i ou s   strides   in  the  yield  vo lt age   wav e f or m . T he  r es ults o f ou t put v oltage,  T H D of   sin gle pha se an d  t hr ee  ph ase in ver te r  w e re  ob ta ine d.     3.1.   Results  of  sin gle ph as e  mul tile vel inver te r  ( MLI)   M A TLAB  sim ulati on   model  of   si ng le   phase   M L I  is  de picte d  in  Fig ur e  4.  Thr e e  batte r y  so urces ,  i.e.,   12V,  24V,  48V  a re   co nnect ed  t o  sin gle  pha se  M LI .  This   s ing le   phase   MLI  c onsist s  of  three   hal f  br i dge  a nd   sing le   H - br id ge   co nf i gurati on.  B y  usi ng   this   c onfig ur at ion ,   15  le ve l  in ver te r   is   gen e rated   as   ou t put     vo lt age  of  84V .           Figure  4. Sin gl e phase  mu lt il evel in ver te r   ( MLI)       3.1.1. Contr ol m od e l   The  c ontrol  m od el   is  us e d  t o  gen e rate  c on tr ol  sig nal  pa tt ern .  B y  us in g  t his  co ntr ol  sig na l  patte rn,  the   ou t pu t  volt age  of   15 le vel m ulti - inv erte r  is  ge ner at e d.  T he  c on t ro l  model  of  M LI  is  dep ic t ed  in  Fig ure  5.   The  co ntr ol  pa tt ern   is  ge ner a te d  by  us i ng   c on t ro l  m odel   of   M L I.   L og ic   gates  are  use d  in  co ntr ol   model,  a nd  t he   co ntr ol  si gn al   patte r n  is  generate d  f rom  c ontr ol  m odel   t o  yield   si ng le   phase   outp ut  vo lt age.   The   outp ut  volt age  of  15 - le ve l  inv e rter   is  de picte d  in   Fig ur e   6  (x - a xis  i s  ta ke n  as  ti m e  (i n  s )   an d  y - axis  i s   ta ken  as  outp ut   volt age  (in   V ).   The   obta ine d  ouput  vo lt ag e  of  t his  sin gl e  phase   MLI   is  84 V.   Fig ur e   6  al s o  dep ic ts  the  F F T  analysis  of   ou t pu t  vo lt age   (x - axis  is  ta ke n  as  f reque nc y  (in  Hz)   a nd  y - axis  is  ta ken   as   mag nitud e   (in   %  of  f unda me ntal),   an d  it   ca lc ulate s  the   T HD  of  ou t pu t   vo lt age .   Th e  obta ined   T H D   of  outp ut   vo lt age  is  7%.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   21 4 5   –   2153   2150       Figure  5. Co ntr ol m od el   of m ul ti le vel inv erter  (MLI).           Figure  6. O utput v oltage  an d F FT a nalysis  of single   ph a se  M L I       3.2.   Results  of Thr ee Ph as e  Mult il evel Inv er ter  (MLI)   Figure  7  de picts  the  MATL A B  model  of  thr ee  phase  M L I  and  it   is  co nne ct ed  to   an   in duct ion   m ot or .   Thr ee  s ources ,   i.e.,  f uel  cel l,  batte ry   a nd  PVA  cel ls  are  co nn ect e d  to  the  com bin at io n  of  casca de d  th re e  half   br i dg e  a nd  H - br i dg e  c onfig urat ion   eac h  le g  of   to polo gy.  Fu el   cel l,  batte ry,  PVA  cel ls  const it ute  vo lt ages  of   60V, 120 V  a nd 240V.   T he y  pro du ce   the   m aximu m   volt ag e  of   th ree phas e  42 0V. Th e  r e su lt ant volt age  is  us e d  to ru n  th ree  phase 4 00V  in duct ion  m otor.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A n ew   m ulti le vel  inverte r wi th  reduce d  s wi tc h  c ount fo r re ne wab le   powe r   …   (Sure nder R edd y  Salkuti )   2151       Figure  7. Th re e  phase  mu lt il evel in ver te r  ( MLI)       Figure 8  d e picts  the outp ut v ol ta ge  of  t hr ee   phase  i nv e rter   ( x - a xis  is  ta ke n  as  ti me  (i n  s )  a nd  y - a xis  i s   ta ken  as  outp ut v oltag e (in   V ) ),  a nd  t he  obta ined maxi mum  vo lt age  is 420V.  Fi gure  8  al s o  de picts t he  T HD   of   ou t pu t  vo lt age  (x - axis  is  ta ke n  as  f reque ncy  (in  HZ )  an d  y - axis  is  ta ke n  a s  mag nitud e  (i n  %  of  f undam ental ),  and the  TH D o btained  is  6.52%.           Figure  8. O utput v oltage  an d  FFT  a nalysis  of th ree  ph a se  M L I       The  c onve ntio nal  meth od  of  casca de d  in ve r te r  co ns ist s  of  2(m - 1)  switc he s.  F or  exa mp l e,  15 - le vel  conve ntion al   t opolog y  has  28  s witc hes  for   sing le   phase  and  84  s witc he s  f or   t hr ee  ph ase.  But  b y  us ing   t he  pro po se d  t opol ogy,  the  num be r  of  s witc hes ,  le vels  an d  T H D  ob ta ine d  for  sing le   ph a se  MLI  are   7,  15   an d  7%,   resp ect ivel y;  w her eas   f or  thre e  phase  M L I  a re  21,   15  a nd  6.5 2%,   res pecti vely.  Co mp a ring  with   co nve ntion a l   method,  the  pr opos e d  t opolog y ha s less  num ber o f  s witc hes , and  t his r e duc es the s witc hing stre ss.       4.   CONCL US I O NS   In   t his  pa per,  a   new   t opolog y  is  propose d  f or  a  three  ph ase  15 - le vel  in ver t er  with  reduce d  num be r  of   switc hes   an d  so urces .  T he   pro po se d  to pology  is   f orme d  with  c ascad ing  thre e  half   bri dge  a nd  H - bri dge  config ur at io n.  This  c onfi gura ti on   c omp rises   of  t hr ee   is olat ed  dif fer e nt  re new a ble  sourc es  (i.e .,  ph otov oltai c   arr a y  cel l,   f uel   cel l  a nd  batte ry)  a nd  t wen t y - one   switc he s.   T he  t otal  ha r monic  distor ti on  of  ac qu ir ed   yield   three   phase   vo lt age  is  6.5 2%   w hich   is   ade quat e  in   a   m ulti le vel  in ver te r  util iz ed  f or  act ive  f il te rs.   Mul ti le vel   vo lt age s  with   decr ease d  ha rm on ic s  a re  us ef ul  to  im pro ve  the  e xhibit ion   powe r  qu al it y  c ondit ion e rs.   Su ccess f ul  util iz at ion   of  t he   sources   can   be  gu a ra nteed   by  util iz ing   this  to po l ogy  a nd  ma ximum  blen d  accom plishme nt is the  primar y fasci na ti on  of the  con ver te r .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   4 ,  D ecembe r   2020   :   21 4 5   –   2153   2152   ACKN OWLE DGE MENTS   This  resea rc h  work  has  bee n  carried   out  ba sed  on   t he  sup port  of  “ W oos ong  Un i ver sit y' s  Aca demic   Re search  F undi ng   -   (20 19 - 2020) ” .       REFERE NCE S   [1]    B. P.  Ch andr an ,   A.I.   S el vaku ma r ,   F.M.   Ma the w .   “ Inte gr at ing   mu l ti le v el  conv erter s  appl i cation   on   ren ewa bl e   ene rg y  source s  -   A surv ey .”   Journal   of   Re newab le   and   Sustainabl e   Ener gy ,   vol .   10 ,   no .   6,   2018 .   [2]    N.  Praba har an,  S.  Sara van an,  A.R. A.  J eri n,   K.  Pala nisam y .   “ A  Reduc ed   Sw it ch   As ymm et ri c  M ult ilevel  Inve r te r   Topol og y  Us ing   Unipola r  Puls e   Wi dth  Modul at i on  Strat eg ie s  for   Photovolt a ic   A ppli c at ion .”   In techOpen ,  pp .   29 - 48,   2017 .   [3]    A.S.  Kam ara j a,  K.  Priy adha rsh ini .   “ Sola r - Pow ere d  Mul ti l evel   Inve rt er  wi th  a   Reduced  Num ber   of   Sw it che s .”   Inte rnationa   Jou rnal  of  S ci en ti f ic and  T ec hno logy R ese arch ,   vo l. 8 ,   no .   10 ,   pp .   154 5 - 1550,   Oct .   201 9.   [4]    K.P.  Pand a,  S.S .   Lee,  G.   Panda .   “ Redu ce d   Sw itch  C asc ad ed  M ult ilevel  Inv erte r  W it h   New  Se l ec t ive  Harm on ic   El imination  Con trol   for   St anda lo ne  Ren ewa bl e  E ner gy  Sys te m .”   IEE E   Tr ansacti o ns  on  Industr y   A ppli cations ,   vol.   55,   no .   6 ,   pp .   75 61 - 7574,   Nov. - Dec .   2019.   [5]    D.  Soto,   T. C .   Gree n .   “ A   Com par ison  of   High - Pow er  Converter  Topol ogi es  f or  th e  Implementat ion   of   FA CT S   Control le rs . ”   IE EE   Tr ansacti ons   on  Industrial   E l ec troni cs ,   vo l. 4 9,   pp . 1072 - 1080 ,   No.5 ,   Oc t. 200 2.   [6]    F.  Ri cha rd ea u ,   P.  Baud esson,  T. A.   Meyna rd .   “Fai lur es - tol er an ce  and   r em ed ia l   stra te gi es  of   a   PWM  mul t icel l   inve rt er . ”  IE EE  Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol .   17 ,   no .   6 ,   pp .   905 – 912 ,   N ov.   2002 .   [7]    S.M.  Luk ic,  J .   Cao,  R. C .   B an sa l,  F.  Rodr iguez,  A.  E ma di .   “A   Hybrid  C asc ade d   Multi le v el  Conv ert er   for   Ba tt ery   Ene rgy  Man ageme nt   Applie d   in   Elec tr ic  Vehi cles . ”  IEEE  Tr ansacti ons  on   Pow e r  El e ct ronics ,   v ol.   29 ,   no .   7 ,   Jul .   2014.   [8]    S.  Singiri konda ,   G.  Desai .   “A  Novel  Closed  L oop  Topol ogy  f o r  Couple d  Ind uct or  Based  DC - DC  Convert er . ”  Inte rnational   Jo urnal  of  S ci en ti f i c  &   Engi n ee ring   Re search ,   vo l. 9 ,   no .   3 ,   Mar .   201 8.   [9]    P.  Omer ,   J.   Ku ma r,  B. S.   Surja n .   “ A  Rev ie w  o n  Reduced  Sw itch  Count   Mult ilevel  Inve r te r   To pologi es .”   I EE E   Ac c ess ,   vol .   8 ,   p p.   222 81 - 22302 ,   2020.   [10]    K.K.  Gupta ,   A.   Ranj an ,   P.  Bh atnaga r,  L . K.  Sah u,   S.  Ja in .   “ Mul ti le v el  Inve rt er  Topol ogie s  wi th   Reduced  Devi c e  Count:   A R evi e w .”  I EE E   Tr ansacti ons on   Power   El e ct ronics ,   vo l.   31 ,   no .   1 ,   pp .   1 35 - 151,   Jan .   201 6.   [11]    M.D.  Siddiq ue,   S.   Mekhilef,   N . M.  Shah,   J.S.M.  Ali ,   M.  Mer aj ,   A.  Iq bal ,     M.A.  Al - Hi tm i .   “ A  New   Single  Phase  Singl e  Sw it ch ed - Capaci to r   Based   Nin e - Level   Boost  Inv erter  Topol ogy   wit h   Reduc ed   Sw it ch   Count  and   Voltage  Stress .”   IE EE A c ce ss ,   vo l. 7, p p.   174178 - 1741 88,   2019 .   [12]    M.D.  Sidd ique ,   S.  Mekhi le f ,   N. M.  Shah ,   M.A.   Memon .   “ Opt imal   Design   of   a   New  Casc ade d   Multi le v el  Inv er te r   Topol ogy  wi th   Reduc ed   Sw it ch   Count .”   IE EE   A cc ess ,   vol. 7, pp. 24498 - 24510,   2 019.   [13]    M.D.  Siddiqu e,  S.  Mekhilef ,   N. M.  Shah,   A.   Sar war,   A.   Iqb al ,   M .   T ayya b ,   M . K.  “ Low  Sw it ch ing   Freque n cy  B ase d   As ymm et ri ca l   Multi le v el   Inve r te r  Topol ogy  wi th   Reduced  Sw itch  Count .”   I EEE  A cc ess ,   vo l.  7,   pp.   86374 - 8638 3,   2019.   [14]    C.   Bh arati ra ja,  R. K.   Pongiannan,  A .   Yus uff,  M.  T ari q ,   T.  M add ileti,   T.  Ku ma r .   “ A  simp le  sw it ch ing  on - tim e   ca l cul a ti on  r evis ion  in  mul t il e vel   inv ert er - sp a ce   ve ct or  modu la ti on  to  a chi ev ing  extende d  v olt ag e  boundar y   oper ation . ”   Int ernati onal Journal   of Powe r  El e ct r onic s and  Dr ive System ,   vo l. 10,  no.   2 ,   pp .   653 - 6 61,   Ju n.   2019.   [15]    T.   Him abi ndu ,   A.V.R.   T eja,   G.   Bhuvane sw ari,  B.   Singh .   “ Perf orma nc e  enh ancem en t  in  a  mult il ev el   inv erter  f ed  PTC  induc t ion  mot or  driv e  by  opti mal  vol ta g e  vec tor   select ion .”   Int ernati onal  Journal  of  Power   El ectronics  an d   Dr iv e  Syst em ,   vo l.   10 ,   no .   2 ,   pp .   8 01 - 812,   Jun.   201 9.     [16]    Shashibhushan,   S.  Sonoli .   “ Star ti ng  torque  and   torqu e  ripple  r educ t ion  using   SV PWM  base d  vec tor   con trol  o f   induc ti on   mot or   with   nin e - l eve l   c asc ad ed   multil eve l   Inv ert er   f e d  with   sol ar  PV   power .”   Int ernati onal   Journal   of   Powe r E le c troni cs  and  Dr ive  Sys te m ,   vo l. 10, no.  2,   pp .   1123 - 113 2,   Jun.   2019.   [17]    M.A.N.   Dos s,  K.  Mohanra j ,   S.  B hat t ac har jee,   M.  Ti wari ,   D.  Vashi shtha .   “ Photovo l ta i c  fed   mul tilev el   inv ert er   using   rev erse   voltage   t opology  for   stan dal one   sys te ms . ”  Int ernati onal   Journal  of   Pow e r  El e ct ronics   an d  Dr iv e   Syste m ,  vol.   10 ,   no .   3 ,   pp .   1347 - 1354 ,   Se p.   2019 .   [18]    V.K.  Kanik e,  S.   Raj u .   “ Analysis   of  Sw it ch ing  S eque nc e  Oper at i on  for  Redu ce d   Sw it ch  Multi le v el   Inv erter  Wi th   Vari ous Pulse W idt h  Modul at ion   Methods .”   Front ie rs   in Ene rgy   R ese arch ,   Jan.   20 20.   [19]    H.N.  Avan aki,  R .   B arzega rkhoo ,   E.  Zamiri,   Y.   Ya ng,   F.   Bl aa b je rg .   “ R educ ed   sw itc h - count  struct ur e  for   symm et r ic  mul tilevel   inv erters  with   a   nov el  sw it che d - DC - source   submodul e.”    I ET  Powe r   Elec troni cs ,   vol.  1 2,   no .   2,   pp .   311 - 321,   2019 .   [20]    E. C. A .   P riy a,  G. T. S.   Ra ja n .   “ An   i mprove d   mod e l  of   hybr id   multi   conv erter   used   for  grid   connect ed  appl i cations .”   Inte rnational   Jo urnal  of Powe r  El e ct ronics  and   Dr iv e  Syst em ,   vo l.   10 ,   no .   2 ,   pp .   8 60 - 867,   Jun.   201 9.   [21]    S.T .   Mera j,  N.Z.   Yaha y a,  K.   Ha san,   A.   Masaou d .   “ Single  ph ase   21  le v el  hybrid   multil evel  inve r te r   with   red u ce d   power  com pone nts  em ployi ng   l ow  fre quenc y  m odula ti on  techni que .”   In te rnat io nal  Journal  of  Powe r  Elec troni cs  and  Dr iv e  S ystem ,   vol .   11 ,   no .   2 ,   pp.   810 - 822,   Jun.  2020 .   [22]    K.  Boora  and   J.  Kumar .   “ Gene r a l  topol ogy  for   as ymm et r ical  mu ltile v el   inv erter  w it h  red u ce d  nu m ber   of  sw it ch es .”   IET  Powe r  Elec t ronics ,   vol .   10 ,   n o.   15 ,   pp .   2034 - 2041,   2017 .   [23]    M.  Rashee d ,   R .   Omar ,   M.  Sul a im an ,   W . A.  H alim .   “ Part ic l e  sw arm   op ti m isat io n  (PS O)  al gorithm  with  r educe d   numbe rof   sw it c hes  in  multil evel  inve r te r  (MLI) .”  Indon esian  J ournal  of  Elec tr ic al  Engi ne erin g  and  Compute r  Sci en ce ,   vol .   14 ,   no.   3,   pp.   1114 - 1124,   Jun.   2019.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       A n ew   m ulti le vel  inverte r wi th  reduce d  s wi tc h  c ount fo r re ne wab le   powe r   …   (Sure nder R edd y  Salkuti )   2153   [24]    A.  Arike sh,  A.K .   Parva thy .   “ Mo dula r  mu lt ileve l  inve rt er  fo r  ren e wable   en erg y  ap pli c at ions. ”   Int ernati onal  Journal   of  E le c tric al   and   Computer  Eng i nee ring ,   vol .   10 ,   no.   1,   pp.   1 - 14,   Feb.   2020 .   [25]    H.  Hac h em i ,   A .   Alla li,  B .   B el k a ce m .   “ Control  o f  the  power   quality  for   a   DF IG  powere d  by   multi le ve l  inv erters .”   Inte rnational   Jo urnal  of El e ct ri c al  and  Comput er  Engi n ee ring ,   vo l.   10 ,   no .   5 ,   pp .   4 592 - 4603,   Oc t. 2 020.   [26]    S.  Kumar ,   M.S.   Kumar .   “ As ym me tric   hybrid   m ult ilevel  inve rt er   with   red u ce d   h arm oni c  using   h ybrid  modul a ti o n  te chn ique .”   In te r nati onal Journal   of Powe r  El e ct r onic s and  Dr ive System ,   vo l. 11,  no.   2 ,   pp .   605 - 6 10,   Jun .   2020.   [27]    M.  Rashe ed,  R.   Omar ,   M.   Sula im an ,   W. A.   Hal im .   “ A  modi f ied  ca s ca ded   h - br idge   mul t il ev el  inve rt er  b ase d  o n   par ticle  sw arm   opti mi sa ti on  (P SO )  te chni qu e .”   Indone sian  Jo urnal  of  E le c tri cal   Eng ineering   and  Computer   Sci en ce ,   vol .   16 ,   no.   1,   pp.   41 - 51 ,   Oct .   2019 .   [28]    S.  Nara simh a,  S.R.   Salku ti .   “ An  im prove d   c losed  loop   hybr id  phase   shift   cont roller  for  d ual   ac t ive  bridg e  conve rt er .”   Int ernati onal  Journal   of  E lectric a l  an d  Computer  Eng ine ering  (IJ EC E ) ,   Vol.   10,   No.  2 ,   pp.   1169 - 1178,   Apr.  2020.   [29]    Y.  Babkr ani ,   A.   Na ddam i ,   M.   Hi la l .   “ A  smar t  ca s ca ded   H - bridge  mul tilevel  inve r t er  with   an   opt imize d   modulati on  te chn ique   inc r eas ing  the  quality   and  red u ci ng   ha rmoni cs .”   In te rn ati onal  Journal  of  Pow er  Elec tronic s  and  Dr ive   Syste m ,   vo l. 10,  no.   4 ,   pp .   1852 - 1862,   De c. 2019 .   [30]    K.  Sal eh,  N .   Hantoul i .   “ A   pho tovol taic   in te gr a te d   unified   pow er  qu ality   cond i ti oner   with   a   2 7 - le ve l   inve r te r .”   Te l ec om muni c ation,   Compu ti ng ,   El e ct ron ic s  an d  Control   ( TEL KOMNIKA ) ,   vo l. 17,   no. 6 ,   pp.   3232 - 3248,   Dec .   2019.   [31]    M.  Suja tha,   A. K.  Parv at hy .   “ I mprove d   re li ab l e  mul t il ev el  inv ert er   for   r ene wa ble  en erg y   sys te ms .”   Indon esia n  Journal  of   Elec t rical   Engi ne erin g  and  Computer   Sci en ce ,   vol .   14 ,   no.   3,   pp.   1141 - 1147,   Jun.   2019.   [32]    K.  Dhineshkum ar,  C.   Subram a ni,  A.   Gee th a,  C.   Vi ma l a .   “ Pe rform ance   anal ysis  of  PV   po were d  mul t il ev e l   inve rt er .”   Int ernati onal Journal of  E le c tric al   and   Computer  Eng i nee ring ,   vol .   9 ,   no.   2 ,   pp .   753 - 7 60,   Apr.   2019.   [33]    A.  Ramesh,  O. C.   Sekhar ,   M.S .   Kumar .   “ A  N ovel   Thre e   Pha se  Multi l evel  In ver te r   with  Sin gle   DC  Li nk  fo r   Induc ti on   Motor   Drive   Appl ic a t i on .”   In te rnation al  Journal  o f  Elec tri cal   and   Co mputer  Engi n ee r ing ,   vo l.   8 ,   no .   2 ,   pp.   763 - 770 ,   Ap r.   2018 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.