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   2 0 1 8 ,   p p .   1 8 9 9 ~ 1 9 1 1   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v9 . i 4 . pp 1 8 9 9 - 1 9 1 1          1899       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   i - Ca pa citor Volta g e Control  f o r  P V   Z - so urce  Sy st e m   w ith  Enha nced Shoo t - t hro ug     No o M a zliza   B a drul Sh a m Sh a m s ul Aiza m   Z u l k if li ,   Ro na ld J a ck s o n   De p a rt m e n o f   El e c tri c a P o w e r   En g in e e rin g ,   F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   E lec tro n ic E n g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T u n   Hu ss e in   O n n   M a lay sia   (U T HM) ,   M a lay sia     Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 0 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Sep   3 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Sep   1 1 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e r   e x p lain a n   i m p ro v e d   c a p a c it o v o lt a g e   c o n tro (i - CV C)  b y   c o m b in in g   w it h   m a x i m u m   p o we p o in trac k in g   (M P P T a lg o rit h m   a a   c o n tro stra teg y   f o a   sin g le - p h a se   Z - so u rc e   i n v e rter  (ZS I)  u si n g   p h o t o v o lt a ic   (P V s o u rc e .   T h e   e x isti n g   CV b a se d - M P P T   c o n tr o a lg o rit h m   h a s   a   n e t   sh o o t - th r o u g h   i n terv a w h ich   sh o u ld   b e   in se rted   in   t h e   sw it c h in g   w a v e f o r m s   o f   th e   in v e rter  t o   p ro d u c e   m a x i m u m   p o w e a t   th e   Z - n e tw o rk   o f   th e   P V Ho w e v e r,   th is  n e sh o o t - t h ro u g h   p e rio d   is  f o rm e d   b y   a n   a d d it io n a sh o o t - th ro u g h   p e ri o d   w h ich   h a d ra w b a c k a it   b o o st s   th e   c a p a c it o v o lt a g e   to   a   g re a ter  e x ten t   b e y o n d   t h e   a ll o w a b le  v o lt a g e   b o u n d a ry   o f   th e   c a p a c it o r .   İ n   o th e w o rd s,  th e   P V   w il b o o st   th e   v o lt a g e   m o re   th a n   th e   d e sire d   l e v e a p e re q u ired   b y   re f e re n c e   c a p a c it o v o lt a g e   o f   th e   Z - n e tw o rk .   D u e   to   t h is   p ro b lem ,   a n   i m p ro v e d   c a p a c it o v o lt a g e   c o n tro ( i - C V C)  w it h   g e n e ra l   P e rt u rb   a n d   Ob se rv e   ( P & O)  b a se d   o n   ΔT 0   c o n f ig u ra ti o n   o f   th e   c h a n g e sh o o t - th ro u g h   d u ty   c y c le  to   m a in tain   th e   DC - li n k   o th e   ZS is  in tro d u c e d   a n d   b e e n   tes ted   in   sim u latio n   c a se   w it h   a   re sist iv e   lo a d .   A th e   e n d ,   t h is  m o d if ica ti o n   a b le  to   a ss ist   th e   M P P T   o u tp u t   p o w e r   b y   in c re a sin g   th e   o v e r a ll   s y ste m   e ffe c ti v e n e ss   o f   p o w e g e n e r a ti o n   b y   th e   P V .   K ey w o r d :   C ap ac ito r   Vo ltag C o n tr o ( C VC )   Ma x i m u m   P o w er   P o in T r ac k in g   ( MP PT )   Z - s o u r ce   I n v er ter   ( Z SI)   P h o to v o ltaic  ( P V )   P er tu r b   an d   Ob s er v ( P & O)   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit 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 :   No o r   Ma zliza   B ad r u l Sh a m   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  P o w er   E n g i n ee r in g ,   Un i v er s iti T u n   H u s s ei n   On n   Ma la y s ia ,   8 6 4 0 0   P a r it R aj a,   B atu   P ah at,   J o h o r ,   Ma lay s ia.   E m ail:  n o o r m az liza @ g m ail. co m ,   aiza m @ u t h m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   So lar   p o w er   g e n er atio n   is   o n o f   g u ar a n tee   f r ee   elec tr ical   g e n er atio n   to d a y .   T h er ef o r e,   it  h a s   a n   ab u n d an p o w er   th at  n ee d s   to   b e   h ar v est   co n t in u o u s l y .   I n   o r d er   to   h ar v est  th i s   en er g y ,   p o w er   co n d itio n i n g   s y s te m   f o r   P is   n ee d ed ,   b y   ap p ly i n g   t w o   s ta g es  co n v er ter   to p o lo g ies   [ 1 ] T h f ir s s tag e   i s ,   to   b o o s th P V   o u tp u v o lta g t o   th d esire d   l ev el  b ef o r it  ca n   b co n v er te d   to   A C   s i g n al  f o r   AC   s o u r ce   ap p licatio n s   u s i n g   th in v er ter   at   th s ec o n d   s t ag e   [ 2 ] ,   [ 3 ] .   T h is   s tr ateg y   r e q u ir es  t w o   co n v er ter s ,   co n tr o ller s   an d   f ee d b ac k   r esp o n s es.  As  a   s o lu tio n ,   a   s i n g le - s tag e   Z - s o u r ce   in v er ter   ( Z SI)   b ased   o n   o n e   p o w er   cir c u itr y   g e n er atio n   h as   b ee n   p r o p o s ed   to   o v er co m t h ese   d r a w b ac k s   ap p ea r ed   in   t h co m m o n   v o lta g a n d   c u r r en s o u r ce   i n v er ter   b ased   o n   [ 4 ]   B lo ck   d iag r a m   o f   t h i m p r o v e d   Z SI  w i th   a   u n iq u e   i m p ed a n c n et w o r k   is   s h o w n   i n   F ig u r 1 .   A s   b ee n   co m p ar ed   in   m a n y   liter at u r e   s t u d ies  o n   th Z SI ,   DC - AC   i n v er s io n   f o r   P h a v b ee n   ca r r ied   o u d u to   t h eir   ad v an ta g es   s u ch   as ,   i u s ed   le s s   n u m b er   o f   co m p o n e n t s ,   r ed u c e   o v er all   co s t   o f   d ev e lo p m e n f r o m   h ar v esti n g   th s u n li g h t to   e lectr ical  o u tp u t ,   an d   e n lar g e s   i ts   ap p licatio n   [ 5 ] ,   [ 6 ] .   I f   t h is   to p o lo g y   n ee d s   to   b i m p le m e n ted   in   P g e n er atio n ,   m o d i f i ca t io n   is   n ec ess ar y   i n   MP PT   co n tr o ller   in   o r d er   to   m a in tai n   t h DC - li n k   v o lta g e,   p r o tect  th P m o d u le  o n   r ev er s cu r r en a n d   ab le  to   m ai n t ain   t h s u p p l y   e v en   af ter   t h ir r ad iatio n   o f   P i s   ch an g ed   w it h o u u s i n g   b o o s co n v er ter So m e   r esear c h er s   h av u s ed   t h s o f t - co m p u ti n g   t ec h n iq u co m b i n es   w it h   t h co n v e n tio n al  m et h o d s   [ 7 ] ,   [ 8 ]   in   o r d e r   to   h av g o o d   MPPT   p o w er   as  w el as  b ab le  to   m ain ta in   t h 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     1899     1 9 1 1   1900   ca p ac ito r   v o ltag a t t h Z - cir c u itr y .   Ho w e v er ,   t h s o f t - co m p u ti n g   ap p r o ac h   ca u s es   th s y s t e m   e f f ec tiv e n e s s   to   b r ed u ce d   an d   g iv h i g h   co s t o f   co n s tr u ctio n .             Fig u r 1 .   T h p r o p o s ed   C o n tr o l Sch e m f o r   Z - s o u r ce   I n v er t er   B as ed   P Po w er   C o n v er s io n   S y s te m       Sin ce   al th e   MP PT   alg o r ith m s   i n   Z SI  r eq u ir es  to   g e n er ate  s h o o t - th r o u g h   p er io d   to   ex tr ac m ax i m u m   p o w er   f r o m   s o lar   P V,   th is   s h o o th r o u g h   p er io d   is   u n ab le  to   b o o s th ca p ac ito r   v o ltag at  th e   i m p ed an ce   n et w o r k   m o r th a n   th r eq u ir ed   lev el.   T h er ef o r e ,   th is   ca p ac ito r   v o lta g co n tr o l   ( C VC )   f o r   Z SI  i s   ge tti n g   lo t   o f   a tten tio n   b y   r e s ea r ch er s   to   b ca r r ied   o u t r ec en tl y .   Fo r   e x a m p le,   a   s u g g e s te d   co n tr o ller   s u ch   as   tr ad itio n al  MP PT   co n tr o ller   w it h   D C - lin k   co n tr o is   n ee d e d   in   o r d er   to   p r o d u ce   a n   ad d itio n al   s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio   a n d   to   i m p r o v t h e   r esp o n s ti m e   o f   MP PT   co n tr o ller s   as   h a v b ee n   p r o p o s ed   in   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   P ap er s   [ 1 1 ]   h av p r o p o s ed   u n i f ied   MP PT   c o n tr o s tr ateg y   f o r   Z S I   b ased   o n   P s y s te m   to   ac h ie v MP PT   as  w ell  a s   Z - s o u r ce   ca p ac ito r   v o ltag co n tr o l   at  th m ea n ti m e A   m o d if ied   P er tu r b   an d   O b s er v ( P& O)   tech n iq u h a s   b ee n   u s ed   f o r   th e   MP P T   co n tr o a n d   th e   C VC   as   th e   a d d itio n al  co n tr o ll er .   T h is   m o d if ied   co n v e n tio n al   alg o r ith m s   ar s i m p ler ,   les s   co m p lex   a n d   r eq u ir le s s   p ar am eter   [ 1 2 ]   th a m a k es   t h is   MP PT   ca n   b i m p le m en ted   ea s i l y   i n to   Z SI.   T h er ar th r ee   m ai n   f ac to r s   th at  a f f ec t h e f f icie n cies   o f   P p lan w h ic h   a r t h in v er ter   ef f icien c y ,   MP PT   ef f icien c y   a n d   P p lan ef f icie n c y .   T h ex is t in g   v er s io n   o f   C V C   is   e m p lo y ed   to   th MP PT  s h o o t - th r o u g h   i n ter v al,   T 0   f o r   o b tain in g   t h to tal   s h o o t - t h r o u g h   s ta tes,  T sh T h P & h as  b ee n   u s ed   a s   t h MP PT   t o   g en er ate  th m i n i m u m   s h o o t - t h r o u g h   p er io d ,   T 0   i n   o r d er   to   ex tr ac m ax i m u m   p o w er   p o in v o lta g e   f r o m   t h P m o d u le.   T h ex tr s h o o t - t h r o u g h   p er io d ,   T 0   is   g en er ated   b y   t h ca p ac ito r   v o ltag co n tr o ( C V C )   alg o r ith m   is   r eq u ir ed   to   in cr e ase  th Z - n et w o r k   ca p ac ito r   v o ltag at  t h P p an el.   T h e n ,   th ex tr s h o o t - th r o u g h   p er io d ,   T 0 ’  is   ad d ed   t o   th MP PT  g en er ated   s h o o t - th r o u g h   i n ter v a l,  T 0   in   o r d er   to   o b tain   th to tal   s h o o t - th r o u g h   s tate s ,   T sh   as  s h o w n   in   Fi g u r 2 ( a) .   Ho w e v er ,   th e x is t in g   C VC   a lg o r it h m ,   b o o s th e   ca p ac ito r   v o ltag to   g r ea ter   ex te n m o r t h an   t h allo w ab le  ex tr s h o o t - t h r o u g h   s tate  w o u ld   w it h s tan d   i n   w h ic h   ca u s ed   t h ca p ac ito r   v o ltag e   o f   Z - s o u r ce   ca n n o b co n s tan t l y   m ai n tai n ed .   A s   r es u lt,  all  t h s y s te m   ef f icien c y   e s p ec iall y ,   f o r   t h i n v er ter   a n d   MP PT   ef f icie n c y   ar e   be en   af f ec ted .   He n ce ,   th i s   p ap er   in tr o d u ce s   an   i m p r o v ed   C V C   (i - C VC )   al g o r ith m   b y   ad d in g   % o f   ch a n g es ( Δ   T 0 in   s h o o t - th r o u g h   d u t y   r atio ,   D 0   a n d   t h ad d itio n al  s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio ,   D 0   in   o r d er   to   in cr ea s th ef f icie n c y   o f   t h w h o le  P s y s te m .   T h e   D 0   ca n   b d en o ted   as  T 0 / T   an d   D 0   is   eq u al  to   T 0 /T   as  illu s tr ate  in   Fig u r 2 ( b ) .   T h er ef o r e,   b y   ad d in g   ∑%  o f   ΔT 0 ’  to   th co n tr o ller ,   it  ca n   r ed u ce   t h d r a w b ac k   o f   t h e   co n tr o ller   p er f o r m a n ce   b y   a ch iev e   co n s ta n t   ca p ac ito r   v o ltag at  in p u t o f   Z - s o u r ce   an d   m ai n ta n ed   DC - li n k   v o ltag at  t h o u tp u t o f   Z SI .       I PV V PV V C P V   M odu l e S st C r L 2 L 1 C 2 C 1 C PV M P P T   + I m pr ove C V C C ont r ol l e r P W M  w i t h s hoo t - t hr oug h pu l s e V ol t a ge   r e gul a t or d u t y   c y c l e m a V l oa d S i ngl e  pha s e   i nv e r t e r A C   l oa d C f L f 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:  2 0 8 8 - 8 694       i - C a p a cito r   V o lta g C o n tr o l f o r   P V   Z - s o u r ce   S ystem  w ith   E n h a n ce d …  ( N o o r   Ma z liz a   B a d r u l S h a m )   1901   T 0 ' / T T 0 / T V PV I PV P PV V P V N T sh / T X M P P T   A l go r i t hm M odu l a t or - 1 1 C a pa c i t or  v ol t a ge   c ont r ol  a l gor i t hm V C V C * C V C  w i t M P P T  C on t r ol l e r   % I m pr ov e C V C  w i t M P P T   C ont r ol l e r T 0 ' / T T 0 / T V PV I PV P PV V P V N T sh / T X M P P T   A l gor i t hm M odu l a t or - 1 1 C a pa c i t or  v ol t a ge   c ont r ol  a l gor i t hm V C V C * Δ T 0 '   D 0 D 0     ( a)   ( b )   Fig u r 2 .   Z - s o u r ce   I n v er ter   P P o w er   C o n d itio n i n g   S y s te m   C o n tr o l B lo ck   Diag r a m   ( a)   E x is t in g   C VC   Co n tr o ller   ( b )   P r o p o s ed   C VC   Co n tr o ller       T h is   p ap er   is   o r g an ized   as  f o llo w s P r o p o s ed   im p r o v ed   C V C   alg o r it h m   b ased   MP PT   in   Sectio n   2 .   T h w h o le  s y s te co n f i g u r at io n   is   d is c u s s ed   in   Sectio n   3 .   Sectio n   4   co m p r is ed   r es u lt   o f   s i m u latio n   a n d   d is cu s s io n ,   f o llo w ed   b y   co n cl u s io n   p ar t is  m ad in   Sectio n   5 .       2.   P RO P O SE CAP AC I T O VO L T A G E   CO NT RO L   ( i - C VC)   B ASE M P P T   I n   th i s   s ec t io n ,   t h d ev elo p m en o f   t h p r o p o s ed   co n tr o ller   w ill  b d is c u s s ed .   Fo r   s o lar   p o w e r   g en er atio n   s y s te m ,   th MP P T   an d   s tab le  o u tp u t   v o lta g a r t w o   m ai n   o b j ec tiv es  o f   th e   s y s te m   i n   o r d er   to   ac h iev e   h ig h   e f f icie n c y   o u tp u t .   T h er ef o r e,   t w o   co n tr o v a r iab les  ar in v o lv ed   i n   Z SI   w h ic h   is   t h s h o o t - th r o u g h   d u t y   r atio   an d   t h e   m o d u latio n   in d e x   a s   s u g ested   f r o m   [ 1 3 ]   th a n ee d   to   b co n s id er ed .   T h er ef o r e,   i - C VC   co n tr o s ch e m is   in tr o d u ce d   in   o r d er   to   a ch iev b o th ,   MPPT   an d   v o ltag co n tr o at  Z - n et w o r k   a s   w e ll   b y   i n tr o d u ci n g   t h e   li m iter   b o u n d ar y .     2 . 1 .   Co ntr o Str a t eg y   Dev elo p m ent     T h s h o o t - t h r o u g h   p er io d   ( T 0 )   is   g e n er ated   b y   tr ad itio n al   P er tu r b   an d   Ob s er v ( P & O)   b ased   o n   MP PT   tech n iq u i n   o r d er   to   ex tr ac m ax i m u m   p o w er   p o in v o lta g f r o m   P m o d u le  [ 1 4 ] ,   [ 1 5 ] .   T h is   T is   u n ab le  to   b o o s th ca p ac ito r   v o ltag o f   Z - n et w o r k   f u r t h e r   th an   th d esire d   lev el  d u t o   th e   u n co n tr o lled   ch ar g i n g   an d   d is ch ar g in g   o f   Z - n e t w o r k   i m p ed an ce s .   T h er ef o r e,   ca p ac ito r   v o ltag co n tr o o f   th i m p ed an ce   n et w o r k   is   e s s e n tial   i n   o r d er   to   co n tr o t h ca p ac ito r   v o lta g b e y o n d   t h m a x i m u m   p o w er   p o i n v o ltag e.   I t   n ee d s   to   b ca lcu lated   u s i n g   t h s h o o t - t h r o u g h   p er io d   ( T 0 )   th at  r eq u ir es  to   b o o s th ca p ac ito r   v o ltag to   th MP v o ltag an d   co m b in es   w it h   t h ad d itio n al  s h o o t - t h r o u g h   p er io d   ( T 0 )   to   co n tr o th ca p ac ito r   v o ltag e   b ey o n d   th MP P   v o ltag e.       Un f o r tu n atel y ,   t h e   ad d itio n al   s h o o t - t h r o u g h   p er io d   ( T 0 )   ha s   s o m e   d r a w b ac k s   a s   i b o o s ts   t h ca p ac ito r   v o ltag to   g r ea ter   ex ten t.  F ig u r 3   s h o w s   t h g en er atio n   o f   t h p r o p o s ed   co n tr o ller   w it h   s i m p le   b o o s co n tr o m eth o d   w ith   t wo   co n d itio n s   o f   b o u n d ar y   o f   T 0   w h ile  Fig . 4   in d icate s   th co n tr o alg o r ith m   f o r   P & b ased   MP PT  w it h   e m b en d ed   i - C VC   m ec h a n i s m .   I i llu s tr ates  t h at ,   t w o   r e f er en ce s   s tr aig h li n es  ( V p *   an d   V n * )   ar co n tin u o u s l y   r e g u lated   to   m ai n tai n   Z - s o u r ce   ca p ac ito r   v o ltag e .           Fig u r 3 .   Sh o o t th r o u g h   g e n er atio n   b y   i m p r o v ed   C VC   co n tr o l stra teg y   V PV = V C = V C * T sh V PV = V C   V C * V PV = V C = V C * T sh T 0 T 0 ' Δ T 0 ' V P * V N * V c ar r i e r 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     1899     1 9 1 1   1902     T h n e w   s h o o t - t h r o u g h   p er io d   ( T sh )   o f   MPPT  co n tr o h as   b ee n   s y n ch r o n ized   w it h   i m p r o v ed   C VC   alg o r ith m   a n d   ca n   b d ef in ed   as f o llo w ed :       ' 0 0 0 % ' T T T T sh                 ( 1 )       ' 0 0 0 % ' T T T T T T T D sh sh               ( 2 )     w h er e ,   D sh   ca n   b r ef er r ed   as   t h to tal   s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r at io   an d   i s   eq u a l to   T sh /T .   ( T 0 )   is   u s ed   to   tr ac k   V PV *   b y   ad d   o r   s u b tr ac t h Δ T 0   f o r   v ar io u s   c li m ate  co n d itio n   at   th P i n p u t ,   w h ile   ( T 0 )   is   u s ed   to   co n tr o Z - s o u r ce   ca p ac ito r   v o ltag ac co r d in g   to   r e f er en ce   ca p ac ito r   v o ltag e,   V C * .   A t   th m ea n ti m e,   t h ad d itio n al  ∑%   ΔT 0   w ill  tr y   to   r ed u ce   th g r ea ter   ex ten v o lta g o cc u r s   w h i le   b o o s tin g   th ca p ac ito r   v o ltag at  Z - n et w o r k   b y   (T 0 )   t o   th r ef er en ce   v al u e.   As th r e s u l t ,   th ca p ac ito r   v o lta g w ill b co n tr o lled   an d   ab le  to   m ai n tai n   th D C   lin k   v o lta g as  w e ll.  T h r an g o f   th n e w   s h o o t - t h r o u g h   ti m p er io d   ( T sh ) ,   ca n   b w r itte n   as  s u g g ested   b y   th e   au th o r s   to :       M T T T sh 1 % ' 0 ,                 ( 3 )     w h er e ,   M   is   t h m o d u latio n   i n d ex .   Fro m   eq u atio n s   ( 1 )   an d   ( 3 )   th f o llo w in g   m o d i f ied   eq u atio n   is   o b tain ed :       T T M T T T 0 ' 0 ' 0 1 % .               ( 4 )     T h er ef o r e,   th m a x i m u m   v al u o f   th ad d itio n a s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio   f o r   b o th   ca s e s   ca n   b w r it ten   a s   f o llo w ed :       T T M T T T 0 m a x ' 0 ' 0 1 % w h e n   V C * > V C ,           ( 5 )       T T M T T T 0 m a x ' 0 ' 0 1 %   w h en   V C * <V C .         ( 6 )     Mo r eo v er ,   th m o d u la tio n   i n d ex   ( M)   an d   th MP P T   s h o o t - t h r o u g h   r atio   ( D 0 )   is   u s ed   to   li m it  t h e   r an g o f   t h ad d itio n a s h o o t - th r o u g h   d u t y   r atio   ( D 0 )   co m b in es  w i th   Δ T 0   an d   h e n ce   ac h iev e   t h Z - s o u r ce   ca p ac ito r   v o ltag co n t r o l.   T w o   co n s tan r e f er en ce s   ar em p lo y ed   to   r ea lize  th n e w   s h o o t - t h r o u g h   p er io d   w h er n o w   b eq u al  to :         ' 0 ' 0 * % 1 % 1 T D T T T V sh sh P           ( 7 )       * ' 0 * % 1 P sh N V T T T V .             ( 8 )     T h ese  t w o   eq u atio n s   ar co m p ar ed   w i th   h ig h - f r eq u en c y   ca r r ier   s ig n al  i n   o r d er   to   g en er ate  th s h o o t - th r o u g h   p u ls e.   T h en ,   t h D C   l in k   v o lta g o r   th ca p ac ito r   v o ltag ca n   b i m p r o v ed   u n til  i r ea ch es  t h MP P   v o ltag e   o f   th e   P m o d u le  ( V PV * )   a n d   t h u s ,   ab le   ex tr ac t a   m a x i m u m   p o w e r   f r o m   P m o d u l e.   At  t h m e n ati m e,   t h av er a g DC   li n k   v o lta g o f   th i n v er ter   ca n   b ex p r ess ed   as :       * ' 0 ' 0 % 2 1 % 1 PV sh sh C dc V T D T D V v .             ( 9 )     On   t h A C   s id e,   th o u tp u t p ea k   v o lta g f r o m   th i n v er ter   ca n   b d ef in e d   as:   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:  2 0 8 8 - 8 694       i - C a p a cito r   V o lta g C o n tr o l f o r   P V   Z - s o u r ce   S ystem  w ith   E n h a n ce d …  ( N o o r   Ma z liz a   B a d r u l S h a m )   1903     2 2 % 2 1 % 1 ˆ * ' 0 ' 0 dc PV sh sh ac v M V T D T D M v .             ( 1 0 )       T h m o d u lat io n   in d e x   ca n   b co n tr o lled   f r o m   ze r o   to   V p * .   I n   th m ea n t i m e,   t h s h o o t - th r o u g h   s tate s   ca n   b ap p lied   to   all  o f   th leg s   s i m u lta n eo u s l y   w h e n ev er   t h tr ian g u lar   ca r r ier   s i g n a l is  h i g h er   t h a n   t h V p *   o r   lo w er   th a n   t h V n * Fi g u r 4   s h o w s   P & b ased   MP PT   alg o r ith m   w it h   i m p r o v ed   C VC   al g o r ith m .       No No No No No No Y e s Y e s Y e s Y e s Y e s Y e s B e gi n R e a d V pv I pv V c  a nd V c * C om put e  P pv Δ P pv = P pv ( t ) - P pv ( t - 1 ) Δ P pv > 0 V pv ( t ) > V pv ( t - 1 ) V pv ( t ) > V pv ( t - 1 ) T 0 = T - Δ T 0 T 0 = T + Δ T 0 T 0 = T + Δ T 0 T 0 = T - Δ T 0 V pv *=[ ( 1 - T 0 ) / ( 1 - 2 T 0 ) ] * V pv Vc = V pv * Vc = Vc * Vc * > Vc Eq . or  E q . w i t i nc r e a s e  of   Δ T 0 ' T sh = T Δ T 0 ' = 0 E nd M P P T   A l gor i t hm I m pr ov e C V C   A l gor i t hm Eq . or  E q . w i t de c r e a s e  of   Δ T 0 '     Fig u r 4 .   P & B ased   MPPT   A l g o r ith m   w i th   I m p r o v ed   C V C   A lg o r it h m       2 . 2 Co m p uta t io n o f   ∑% ΔT 0   in  i - CVC  Alg o rit h m     I n   th i s   i m p r o v ed   co n tr o l a lg o r ith m ,   t h m in i m u m   s h o o t - t h r o u g h   p er io d   is   r eq u ir ed   to   m ai n tain   t h Z - s o u r ce   ca p ac ito r   v o ltag w h i le  th P v o ltag at  MP P   is   g e n er ated   b y   MP P T   alg o r i th m .   T h g e n er al   ca p ac ito r   v o ltag co n tr o ( C VC )   alg o r ith m   is   to   p r o v id an   ad d itio n al  b o o s in   th ca p ac ito r   v o ltag w h ile  at   th s a m ti m to   tr ac k   t h r ef e r en ce   v al u e.       T h er ar th r ee   ca s es   i n   o r d er   th ca p ac ito r   v o lta g to   tr ac k   t h m ax i m u m   p o w er   o f   P ar r a y   w h er e,   at  f ir s t,  w h en   th e   r ef er e n ce   ca p ac ito r   v o ltag e,   V C i s   eq u al   to   th v o lta g o f   P at  MP P ,   V PV * .   T h er ef o r e,   o n l y   th s h o o t - t h r o u g h   s tate  ( T 0 )   is   v ar ied   to   r eg u late  th ca p ac it o r   v o ltag w h ile  th n e s h o o t - t h r o u g h   r e m ai n s   at   T 0 .   I n   th i s   ca s e,   t h s h o o t - th r o u g h   d u t y   c y cle  w ill   b e   s et   to   D 0 = 0 . 0 8 3 .   Fo r   th s ec o n d   ca s e ,   as  f o r   e x a m p le,   if   1 0 0 0 W /m an d   2 5 ˚ C   ir r ad ian t,  th v o ltag d eli v er ed   b y   P p an el  V PV   is   1 7 an d   th m a x i m u m   p o w er   p o in o f   t h P p a n el  u n d er   th i s   co n d itio n   is   1 9 V.   No w ,   t h s h o o t - th r o u g h   p er io d   g e n er ates   a n   e x tr 2 V   h i g h er   at   th Z - s o u r ce   ca p ac ito r .   T h r e q u ir ed   s h o o t - t h r o u g h   p er io d   ca n   b d er iv ed   f r o m   E q u atio n   1 1   as:       * 0 0 2 1 1 PV PV C dc V V D D V v .               ( 1 1 )     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     1899     1 9 1 1   1904   T h is   s h o o t - th r o u g h   p er io d   is   v ar ied   d u r in g   v ar io u s   ir r ad ian co n d itio n s   b y   ad d i n g   o r   s u b tr ac tin g   t h e   ΔT 0   an d   th ca p ac ito r   v o ltag b o o s t f ac to r ,   B c   ca n   b s im p li f ied   as  f o l lo w ed       PV C PV PV C V V V V B * * .                 ( 1 2 )     Fro m   E q u atio n   1 2 ,   th B c   is   ca lcu lated   to   ab o u 1 . 1 1 8   an d   th u s ,   t h s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio   ca n   s i m p l y   ca lcu late  as:         1 2 1 0 0 C C B B T T D ,                 ( 1 3 )     an d   g i v th D 0   eq u al  to   0 . 0 9 5 .     Fo r   th t h ir d   ca s e,   it  i s   w h en   th ca p ac ito r   v o ltag e   is   m o r th a n   t h d esire d   v al u an d   b ey o n d   th e   V PV *   as  r eq u ir ed   in   D C   lin k   v o ltag e.   Fo r   ex a m p le,   at  1 0 0 0 W / m a n d   2 5 ˚ C ,   th v o ltag is   d eliv er ed   b y   1 7 in   P p an el  an d   th m a x i m u m   p o w er   p o in o f   th P p an el  u n d er   is   tar g eted   v alu e   to   b e   2 2 V.   T h 2 2 w ill  b th v o lta g to   m ai n tai n   th ca p ac ito r   ac r o s s   th Z - s o u r ce   ca p ac ito r .   A s   b ee n   d etailed   in   th p r ev io u s   ca s e,   th e   s h o o t - th r o u g h   ti m p er io d   is   to   b o o s th ca p ac ito r   v o ltag e   to   th is   n e w   MP P   v o lta g o f   P p an el  is   0 . 1 1 5 .   A lt h o u g h ,   i f   th e   ad d itio n al  s h o o t - th r o u g h   p er io d   ( T 0 )   is   r eq u ir ed   f o r   b o o s tin g   ca p ac ito r   v o ltag m o r t h an   to   2 2 V,   it  ca n   b ca lcu lated   u s in g   E q u atio n s   1 2   an d   1 3 .   Ho w e v er ,   th e x tr s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio ,   D 0   p r o d u ce s   ar o u n d   0 . 1 8 5   f o r   th is   ca s e.     I n   o r d er   to   in cr ea s t h e f f ici en c y   o f   P o u tp u f r o m   th e   MP PT   co n tr o ller ,   th s u g g est ed   i m p r o v ed   ca p ac ito r   v o ltag co n tr o l ( i - C VC )   al g o r ith m   m u s t   ab le  to   h a n d le  a n y   v al u es   o f   ca p ac ito r   v o ltag at  Z - n et w o r k   is   e m p lo y ed   an d   s u g g ested .   T h is   i m p r o v ed   al g o r ith m   is   a b le  to   o p er ate  w ell   esp ec iall y   d u r i n g   w h en ,   th e   r ef er en ce   ca p ac ito r   v o lta g i s   lo w er   t h an   t h Z - s o u r ce   ca p ac ito r   v o lta g e.   B y   ad d in g   a n   ex tr a   r atio   w h ich   ab o u ∑%   o f   t h c h an g es  b e t w ee n   s h o o t - t h r o u g h   d u t y   c y cl f o r   D 0   up o n   th e x tr s h o o t - th r o u g h   d u t y   c y cle   an d   D 0   at  th C V C   alg o r it h m .   I w il p r o v th ef f ec ti v e n es s   o f   th i s   alg o r it h m .   T h is   p er ce n tag h a s   b ee n   p r o v ed   th r o u g h   th ca lc u latio n   in   n e x t e x p la n atio n   p ar ag r ap h .     T o   v er if y   t h ap p licatio n   o f   ∑%   Δ T 0 ,   let  th r e f er e n ce   ca p ac ito r   v o ltag e,   V C   is   eq u al  to   t h e   v o ltag e   o f   P at   MP P ,   V PV an d   th e   s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r e m ai n s   u n ch a n g ed   w h ich   is   D 0 = 0 . 0 8 3   as  s tated   ea r lier   in   t h f ir s t c ase.   T h e n ,   t ak t h r ef er e n ce   ca p ac ito r   v o ltag e,   V C ’  m o r t h a n   to   th v o lt ag o f   P at  MP P ,   V PV * .   As k n o w n   ea r lier ,   t h m ax i m u m   r e f er en ce   v o ltag i s   s et  to   2 2 V.   T h u s ,   t h ad d itio n al   d u t y   c y cle  r eq u ir es   to   b o o s is   D 0 = 0 . 1 8 5   an d   th to tal  s h o o t - th r o u g h   d u t y   r atio   ( D sh )   w il r eg u late  to   co n s ta n D C   i n p u v al u e.   Ho w e v er ,   d u r in g   t h ch a n g e s   b e t w ee n   s ec o n d   ca s an d   th e   th ir d   ca s e,   D sh   h as  an   ex tr in cr ea s i n g   w h ic h   is   m o r t h a n   t h d esire d   lev el.   S in ce   t h at,   an   ad d itio n al   w il b ap p lied   to   r ed u ce   th in cr e m e n i n   d elta   ch an g es o f   s h o o t - t h r o u g h   o v er   ad d itio n al  s h o o t - t h r o u g h   d u t y ,   ΔT 0   w h er ΔT 0   g i v en   as ,       ' 0 0 ' 0 D D T .                   ( 1 4 )     B y   r ec alcu la tin g   th r eq u ir ed   to tal  s h o o t - t h r o u g h   i n   i - C VC ,   it  is   ab o u 1 0 to   1 4 o f   Δ T 0   n ee d s   to   b r ed u ce d   in   o r d er   to   h a v a   co n s ta n ca p ac ito r   v o ltag e   at  i m p ed a n ce   Z - n et w o r k .   C o n s id er in g   t h i n it ial   s tep   s ize,   Δ T 0 = 0 . 0 2 ,   an o th er   2 %   o f f   f r o m   th e   r eq u ir ed   p er ce n ta g an d   t h is   m ak e s   it   b ec o m es   1 2 %.  T h er ef o r e,   th e   n e w   s h o o t - t h r o u g h   p er io d   to   b in s er ted   in to   all  th s w i tch in g   w a v e f o r m s   ca n   b d er iv ed   as  in   E q u atio n   1   w it h   1 2 of   ΔT 0 T h im p r o v e m e n o f   th is   al g o r ith m   to w ar d s   ca p ac ito r   v o ltag co n tr o l   n o o n l y   r eliab le   f o r   Z SI  i m p le m e n tat io n ,   it a ls o   w ill  i n cr ea s e   t h ef f ec ti v e n e s s   o f   t h w h o le  P s y s te m   s h o w n   i n   S ec tio n   4 .       3.   SYST E M   CO NF I G URA T I O N   I n   th i s   s ec tio n ,   t h w h o le  s y s t e m   co n f ig u r atio n   o f   th p r o p o s ed   co n tr o alg o r ith m   f o r   Z SI - b ased   P V   s y s te m   w il b p r o v id ed .   T h P m o d u le  is   th e   i n p u t   to   t h e   s y s te m   w h i le  t h Z - s o u r ce   i n v er ter   is   t h p o w er   co n v er ter   to p o lo g y   th a eq u ip p e s   w it h   a n   i m p r o v ed   MP PT - C VC   co n tr o ller .   T h is   co n tr o ller   is   u s ed   to   o b tai n   th v o ltag r esp o n d   b y   th P m o d u le  i n   o r d er   to   ac h iev m a x i m u m   p o w er   p o in t.  T h b asic  P er tu r b   an d   Ob s er v ( P & O)   alg o r it h m   f o r   s tan d alo n s y s te m   [ 1 6 ]   is   u s ed   i n   Z SI  w it h   co m b i n atio n   o f   Z - s o u r ce   i m p r o v ed   ca p ac ito r   v o l tag co n tr o l.  A t h e n d ,   th C V C   is   ab le  to   b o o s th ca p ac ito r   v o ltag at  i m p ed a n ce   n et w o r k   to   b t w ice  is   p o s s ib l o r   m o r th a n   th d esire d   lev el  at  DC   li n k   ter m i n al .     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:  2 0 8 8 - 8 694       i - C a p a cito r   V o lta g C o n tr o l f o r   P V   Z - s o u r ce   S ystem  w ith   E n h a n ce d …  ( N o o r   Ma z liz a   B a d r u l S h a m )   1905   3 . 1 .   Sin g le - s t a g P C o nv er s io n Sy s t e m   f o Z - s o urce   In v er t er   As  k n o w n ,   th P i s   n o n - li n ea r   cu r r en t - v o lta g a n d   p o wer - v o lta g c h ar ac ter is tic   is   co n ti n u o u s l y   v ar ie d   w it h   te m p er at u r a n d   ir r ad ian ce .   T h P m o d el  h as   b ee n   d ev elo p ed   u s in g   t h b as ic  cir cu it  eq u a tio n   o f   th s o lar   ce lls .   Her e,   t h MS X - 6 0   p o l y - cr y s talli n s ilico n   P m o d u le  p ar a m eter s   ar u s ed   as  i n p u t   in to   th e   P s y s te m   eq u atio n s   w h ich   d escr ib ed   th cu r r en o u tp u o f   th P s o lar .   I d ea lly ,   co n tin u o u s   v ar y in g   m ax i m u m   p o w er   p o in t o f   t h s o lar   P m o d u le  i s   b ein g   tr ac k ed   u s i n g   MP PT   co n tr o l te ch n iq u e.       A   Z - s o u r ce   in v er ter   p la y s   a n   i m p o r ta n p ar in   o r d er   to   in c r ea s d v o ltag o u tp u a n d   as  t h e   DC - AC   co n v er s io n   i n   s in g le  s ta g t h at  i s   n o a v ailab le  in   tr ad iti o n al  P p o w er   co n d itio n i n g   s y s te m .   T h Z SI  is   co m p o s ed   o f   s p lit - i n d u cto r s   L 1   L 2   a n d   ca p ac ito r s   C 1   C 2   w h ic h   ar b ee n   co n n ec ted   i n   cr o s s - s h ap [ 1 7 ] T h e   in d u cto r s   ar u s ed   to   r eg u late  t h cu r r e n r ip p les  an d   r ed u ce s   h ar m o n ic s   w h ile  t h t w o   ca p ac ito r s   ar u s ed   to   r eg u la te  v o lta g r ip p les  an d   p r o d u ce   p u r d at  th in v er ter   i n p u t.   T h Z SI  h as  t h r ee   o p er atio n   m o d es   s h o w n   in   F ig . 5 :   ac ti v e   m o d e,   s h o o t - t h r o u g h   m o d e,   an d   tr ad itio n al  ze r o - s tate  m o d e   [ 1 8 ] .   Du r in g   ac ti v an d   ze r o - s tate  m o d e ,   t h Z SI  o p er ates  u n d er   th tr ad itio n al  p u ls w id t h   m o d u latio n   ( P W M)   p atter n .   I n   t h s h o o t - th r o u g h   m o d e,   th in v er ter   b r id g is   s ee n   as a   s h o r t c ir cu it   f r o m   t h D C - lin k   p o in t o f   v ie w   [ 1 9 ]           ( a)     ( b )   Fig u r 5 .   Op er ati ng  Mo d es o f   Z SI.   ( a)   Du r in g   No n - s h o o t - th r o u g h   ( b )   Du r in g   Sh oot - t h r o u g h       T h en   th DC   ca p ac ito r   v o lta g e   ca n   b b o o s ted   as ,       * 2 1 1 PV PV sh sh C dc V V D D V v .               ( 1 5 )     D sh   is   th n et  s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio   o b tain ed   af ter   b o o s tin g   th ca p ac ito r   v o lta g to   th d esire d   lev el.     3 . 2 .   Select iv o f   Z - net w o rk   P a r a m et er     T h m o s c h alle n g in g   i n   d esig n i n g   t h Z SI  cir c u itr y   i s   th esti m at io n   o f   v al u es  f o r   r ea ctiv e   co m p o n e n t s   in   i m p ed a n ce   n et w o r k .   D u r in g   th s h o o t - th r o u g h   ti m e,   t h Z - s o u r ce   in d u cto r   cu r r e n w ill   d is ch ar g e   t h ca p ac ito r   v o lt ag [ 2 0 ] th er ef o r e ,   t h r ip p le  a m p lit u d o f   t h ca p ac it o r   v o ltag ca n   b e     ex p r ess ed   as ,     C f I D V L C 0 0                   ( 1 6 )     an d   b y   r ea r r an g ed   eq u atio n   1 6 ,   it g iv e s       C L V f I D C 0 0 .                     ( 1 7 )     T h m a x i m u m   c u r r en th r o u g h   th i n d u cto r   o cc u r s   w h e n   th m a x i m u m   s h o o t - th r o u g h   h a p p en s .   T h is   w il ca u s h ig h   cu r r e n r ip p le  to   th Z - s o u r ce   i n d u cto r .   I n   th i s   d esig n ,   6 0 o f   p ea k - to - p ea k   cu r r e n r ip p le  th r o u g h   th Z - n et w o r k   in d u ct o r   d u r in g   m a x i m u m   p o w er   o p er a tio n   is   b ee n   ch o s e n .   Fo r   t h d esi g n in g   o f   Z - n et w o r k   in d u cto r   v a lu e,   co n s ta n t   ca p ac ito r   v o lta g e,   V C   a n d   t h r ip p le  c u r r en n ee d   to   b co n s id er ed .   T h e   r ip p le  am p lit u d o f   th i n d u c t o r   cu r r en t is g i v e n   as ,     L f V D I C L 0 0 .                   ( 1 8 )     L 1 L 2 C 1 C 2 V pv S st D V dc   L 2 L 1 C 1 C 2 V pv S st D V dc 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     1899     1 9 1 1   1906   Fro m   E q u atio n   18 ,   th i n d u cta n ce   can   b ca lcu la ted   as       L C I f V D L 0 0 .                   ( 1 9 )     T h er ef o r e,   all  th p ar a m eter s   ar e   b ein g   o b tain ed   s i m u lt an eo u s l y .   T h Z - n et w o r k   i n d u ctan ce L 1 =L 2 =L =8 7 0   µH   w h ile  t h f o r   th ca p ac itan ce ,   C 1 = C 2 = C =2 0 0 0   µF  an d   ca p ac itiv v alu o f   P o u tp u v o ltag e,   C PV = 1 0 0 0   µF.   Her e,   t h r en o n a n cir cu it  r eq u ir ed   r eso n an ca p ac itan ce ,   C r = 1 0 0 0   µF  w it h   1 0     r esis ti v e   lo ad Fo r   o f   d elta  s h o o t - t h r o u g h ,   Δ T 0   r eq u ir ed   in   th i s   s i m u latio n   tes an d   ap p licab le  in   th i s   Z SI - P s y s te m   is   ab o u 12% .     3 . 3 .   Co ntr o ller  Desi g n P a ra m et er   f o Vo lt a g Co ntr o l     As  f o r   th b r id g in v er ter   co n tr o l,  tak in g   t h o u tp u v o ltag e   o f   s in g le - p h ase  i n v er ter   as  co n tr o lled   v o ltag s o u r ce ,   v ac   an d   b ee n   c o m b i n ed   w ith   t h L C   f i lter   d esig n   to   o b tain   th eq u iv a len cir cu it  as  s h o w n   i n   Fig u r 6       i Lf i 0 v 0 C f L f R l o a d v ac     Fig u r 6 .   E q u iv ale n t c ir cu it o f   b r id g in v er ter   w it h   L C   f ilter       Ass u m a n   id ea AC   lo ad   wh ich   is   r es is ti v lo ad   R ,   t h en   t h tr a n s f er   f u n ctio n   o f   th cir c u it  w ill   b ex p r ess ed   as,          1 1 ) ( 2 s R L s C L s G f f f f ,                 ( 2 0 )     w h ic h   is   a   t y p ical  s ec o n d - o r d er   s y s te m Ho w e v er ,   f r o m   th e   b o d p lo in   Fig . 7 ( a) ,   s h o w s   th d esi g n   co n tr o lled   p lan o f   AC   in v er t er   o u tp u v o lta g lo o p   is   u n s t ab le.   T h er ef o r e,   th d esi g n   o f   th v o lta g co n tr o l   lo o p   in v o lv es t h d esi g n   o f   P I   co n tr o ller   h as b ee n   u s ed     Fo r   th v o ltag co n tr o lo o p ,   t h P I   co n tr o p ar am eter s   ar d esig n ed   to   g et  ze r o - s tead y   s tat er r o r   at   th lo ad   v o lta g an d   5 0 Hz  w i th o u a f f ec ti n g   t h tr a n s ie n r esp o n s e.   T h er ar t w o   p ar a m eter s   co n s i s i n   th i s   s ec tio n   w h ic h   is   t h P r o p o r ti o n al  ( P )   an d   th I n teg r al  ( I ) .   B ef o r th g ai n s   o f   th P I   ca n   b s elec ted ,   th e   co m p e n s at in g   tr an s f er   f u n ctio n   n et w o r k   b y   co m b i n in g   G f ( s )   in   eq u atio n   2 0   w it h   th id ea co m p e n s ato r   o f       s K K s G i P PI ) ( ,                 ( 2 1 )     w h er Kp   i s   p r o p o r tio n al  g a in   an d   K i s   t h i n te g r al  g ai n .   T h en ,   th e   v o ltag e   clo s ed - lo o p   c o n tr o s y s te m   a n d   its   clo s ed - lo o p   tr an s f er   f u n ctio n   is   r esp ec ti v el y   g i v e n   as       ) ( ) ( ) ( s G s G s G f PI .                 ( 2 2 )     Fig u r 7   s h o w s   t h b o d p lo o f   v o lta g co n tr o lo o p   tr an s f er   f u n ctio n ,   G( s )   w it h   co m p e n s ato r   an d   w it h o u th co m p en s ato r   b ee n   ad d itin g   to   th p lan t .   B y   ad j u s tin g   th g ai n   o f   th P I   r e g u la to r ,   th s u itab le   v alu e s   f o r   p r o p o r tio n al  g ain ,   Kp = 0 . 5 7 5   an d   in teg r al  g ai n ,   Ki = 0 . 0 0 1   ar o b tain ed   f r o m   Fi g . 7 ( b ) .   I ca n   b e   s ee n   th at ,   t h p h ase  m ar g in   o f   th Gf ( s )   is   i n cr ea s e d   to   9 0 ˚   af ter   th co m p e n s atio n ,   w h ic h   i n d ic ates  s tab le  f ea tu r e   o f   th clo s ed - lo o p   s y s te m .       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:  2 0 8 8 - 8 694       i - C a p a cito r   V o lta g C o n tr o l f o r   P V   Z - s o u r ce   S ystem  w ith   E n h a n ce d …  ( N o o r   Ma z liz a   B a d r u l S h a m )   1907         ( a)     ( b )   Fig u r 7 .   B o d P lo ts   o f   t h V o ltag C o n tr o l L o o p   ( a)   C o n tr o lled   P lan t B ef o r C o m p e n s at io n   ( b )   C o n tr o lled   P lan A f ter   C o m p e n s atio n       3 . 4 .   P uls Width M o du la t io n   ( P W M )   Co ntr o l G ener a t io n   ba s ed  o i - CVC     T h s h o o t - t h r o u g h   s tate  ca n   b ap p lied   in   co n v e n tio n al  P W in   o r d er   to   m a k th e   r e s o n a n t s w i tch   i s   ON  s i m u ltan eo u s l y   d u r i n g   t wo   s w i tch e s   i n   th s a m leg s .   A   m o d if ied   P W s tr ateg y   i s   i m p le m en ted ,   w h ic h   w il en s u r s in g le  p o w er   d ev ice  s w itc h i n g   p er   s tate  tr an s itio n .   O n o f   th m et h o d s   i n   o r d er   to   g en er ate  P W s ig n al  is   b y   u s in g   s i n u s o id al  PW M   [ 2 1 ] ,   [ 2 2 ]   c o m b i n i n g   w i th   t h i - C VC   as  s h o w n   i n   Fi g u r 8 .     I n   ad d itio n ,   g ate  s ig n al  i s   n ec ess ar y   f o r   th co m p le m e n o f   s h o o t - t h r o u g h   s ig n al  to   i m p r o v th e   s w itc h in g   p atter n   in   Z SI.   A   q u asi - r eso n an Z - s o u r ce   in v er t er   is   f o r m ed   b y   ad d in g   q u a s i - r e s o n a n n et w o r k   w it h   o n l y   o n a u x iliar y   s w i tc h   co n n ec ted   i n   p ar allel  b et w e en   Z - n et w o r k   an d   th in v er te r .   A l s w i tch e s   i n   t h in v er ter   ar tu r n ed   o n   an d   o f f   u n d er   ze r o - v o lta g e   s w itc h i n g   co n d it io n .   T h is   to p o lo g y   f o r   Z SI  h ad   al m o s a   1 0 o v er all  ef f icie n c y   i n cr ea s co m p ar ed   w it h   th e   h ar d   s w itc h i n g .   T h er ef o r e,   t h i s   h i g h - p er f o r m an c e   s tr u ct u r ca n   eli m i n ate  th e   p o s s ib ilit y   o f   t h D C - li n k   v o lt ag d r o p   w i th   an   ad d itio n al  ad v an ta g o f   b ein g   s tab le  f o r   all  r an g e s   o f   t h m o d u latio n   i n d ex   d u r i n g   s h o o t t h r o u g h   s tate .           Fig u r 8 .   T h m o d if ied   P W an d   s w itc h i n g   s tate  o f   Z SI       4.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O N     I n   th i s   p ar t,  th p r o p o s ed   alg o r ith m   h a s   b ee n   v alid ated   th r o u g h   s i m u latio n   te s ts   u s i n g   MA T L A B /S i m u li n k   to o ls .   T h s i m u lat io n   m o d el  s h o w s   ex ac tl y   h o w   b y   i m p le m en t in g   o f   T o   in   d u t y   c y cle   in   ad d itio n al  s h o o t h r o u g h   will  af f ec t h P s y s te m   e f f ici en c y   in   ter m   o f   v o lta g an d   p o w er   o u tp u t.  T h er ar t w o   d i f f er e n ca s es  o r   co n d itio n   o f   ir r ad iatio n   h av e   b ee n   tes ted   in   o r d er   to   s ee   t h ef f ec tiv e n e s s   o f   t h e   alg o r ith m .   F ir s tl y ,   b y   co n s id e r in g   a   co n s ta n tl y   c h a n g e s   i n   ir r ad iatio n   an d   f o r   th s ec o n d   ca s is   w h e n   t h ir r ad iatio n   is   s u d d en l y   d r o p p ed   at  s p ec if ic  ti m e .   T h e   s i m u l atio n   ti m d u r atio n   o f   s i m u lati o n s   h a s   b ee n   s et  u p   to   2 s   w h er ea s   s o m f i g u r es  h av b ee n   zo o m ed   in   o r d er   to   h av e   clea r   v is u aliza tio n   o f   s ig n als  d u r in g   t h e   ch an g es  o f   ir r ad iatio n   a n d   th DC   an d   i n v er ter   o u tp u t s   p er f o r m an ce .   I n   th is   s i m u lat io n ,   th P m o d u le  i s   s i m u lated   f o r   d if f er en t ir r ad ian ce   b u w it h   co n s tan t te m p er atu r o f   2 5 ˚ C .     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     1899     1 9 1 1   1908   4 . 1 .   Ca s I :   Co ns t a ntly   Cha n g in t he  Ir ra dia t io n   I n itiall y ,   t h P m o d u le   is   s i m u lated   u s i n g   co n s ta n c h a n g e   o f   i r r ad iatio n s   a s   d es ig n e d   in   Fig u r e   9 ( a)   w h ile  Fi g u r 9 ( b )   s h o w s   th P o u tp u h a s   b ee n   m ai n t ain ed   as  s u g g ested   b y   a u th o r s .   A s   ca n   b s ee n   i n   Fig u r 1 0 ( a) ,   w h e n ev er   th e   co n s ta n c h a n g e s   o cc u r ,   th e   i m p r o v ed   MP PT - C VC   v o lta g o f   P m o d u le  is   ab le   to   h av co n s ta n ca p ac ito r   v o ltag f o r   th Z - s o u r ce .   F o r   ex a m p le,   at  0 . 4 s   u n til  1 . 2 s   th ir r ad ian ce   i s   in cr ea s ed   co n s tan t l y   u n til  it  r ea ch es  to   t h m a x i m u m   r ef er en ce   v o lta g e,   w h il t h ca p ac i to r   in   Z - n et w o r k ,   i s   ab le  to   m ai n tai n   at   V C = 2 2 V   at  S = 1 0 0 0 W /m 2 Af ter   t h at ,   th m o d u le s   ir r ad iatio n   i s   g i v en   b y   s li g h tl y   d ec r ea s ed   to   9 0 0 W /m 2   f r o m   1 . 2   to   1 . 8 s   in   th s i m u latio n .   I s h o w s   t h at  t h i m p r o v ed   a lg o r ith m   o n   i - C VC   s ee m s   to   h a v ab ilit y   to   co n t r o th v o lta g at  i m p ed a n ce   n et w o r k   cir c u itr y   to   b co n s tan as  w e ll  as  t h e   v o ltag ac r o s s   i n v er ter s   DC   li n k   ter m i n al  v o lta g e   i n   Fi g u r 1 0 ( b ) .     B ased   o n   th r esu lt ,   it   i n d icat e s   th at  t h ca p ac ito r   v o ltag co n tr o w it h   an   a u x iliar y   s w it ch   is   ab le  r ed u ce d   r elativ el y   h i g h   f l u ct u atio n s   i n   o r d er   to   tr ac k   m a x i m u m   p o w er   p o in t.  T h is   i m p r o v ed   co n tr o ller   w it h   ad d itio n al  s w itc h   h as  b etter   p er f o r m a n ce   as  it  ab le  to   s u p p r es   th ca p ac ito r   v o ltag r ip p le  to o .   Du to   th co n s ta n ca p ac ito r   v o ltag at  an y   co n d itio n s   o f   s o lar   ir r ad ian ce ,   th is   p r o p o s ed   i - C VC   alg o r ith m   w it h   th h e lp   o f   ad d itio n al  s w itc h   to   th s y s t e m   is   p r ef er r ed .       A th m ea n ti m e,   Fi g u r 1 1   s h o w s   th i n v er ter   o u tp u v o lta g is   r e g u lated   to   al m o s t 2 0 a s   ad eq u ate  to   p r o v id 2 0 o u tp u an d   o u t p u cu r r en o f   2 A   r esp ec tiv el y   w it h   r esis ti v lo ad   o f   1 0   o h m s .   I in d icate s   t h at  th o b tai n ed   th e   g ain s   f or   P I   co n tr o ller   f r o m   t h e   b o d p lo tech n iq u e   m a n a g to   en s u r th f i lter   o u tp u t   v o lta g to   f o llo w   t h r ef er e n ce   tar g et  v al u e.           ( a)         ( b )       ( a)         ( b )   Fig u r 9 .   I n p u o f   Z SI   f o r   C a s 1   ( a)   C o n s tan t ly   C h a n g es   I r r ad iatio n   at  P V   ( b )   P Ou tp u t V o lta g Du r in g   C o n s ta n tl y   C h a n g in g   I r r ad iatio n   Fig u r 1 0 .   Ou tp u t   o f   Z SI   f o r   Ca s 1   ( a)   C ap ac i to r   Vo l tag an d ,   ( b )   DC - li n k   Vo lt ag e   at  Z - n et w o r k   Du r in g   C o n s ta n tl y   C h a n g in g   I r r ad iatio n               ( a)       ( b )   Fig u r 1 1 .   Ou tp u Vo lt a g Fil t er   Du r in g   C o n s ta n tl y   C h an g i n g   I r r ad iatio n   ( a)   A C   O u tp u V o ltag     ( b )   A C   Ou tp u t C u r r en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.