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 6 9 3 ~ 1 7 0 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 6 9 3 - 1 7 0 1          1693       J o ur na 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   Co m pa riso n of   Z - So urce E Z - So ur c e and T Z - So urc I nv erte S y ste m s   f o W ind   E nerg y   C o nv ersi o       S.   B a la   K u m a r 1 Sa m uel K ef a le 2 ,   Aza t h   M 3   1, 2 De p a rt m e n o f     El e c tri c a &   Co m p u ter E n g in e e rin g ,   A rb a   m in c h     Un iv e rsity ,   Et h io p ia    3 De p a rt m e n o f     Co m p u ter   En g i n e e rin g ,   A rb a   m in c h   Un iv e rsity ,   Et h io p ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   1 7 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   A u g   2 7 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Sep   8 ,   2 0 1 8       In   th is  p a p e r,   t h re e   d if fe re n i m p e d a n c e   so u rc e   in v e rters Z - so u rc e   in v e rter,   EZ -   so u rc e   i n v e rter,  T Z - S o u rc e   f o w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   s y ste m   ( W ECS )   w e r e   in v e stig a ted .   T o tal  o u t p u t   p o w e a n d   T H o f   e a c h   o f   th e se   sy ste m a r e   c a lcu late d .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   c a n   b o o st  th e   o u t p u v o lt a g e   e ff e c ti v e l y   w h e n   th e   lo w   o u tp u t   v o lt a g e   o f   t h e   g e n e ra to is  a v a il a b le   a lo w in d   sp e e d .   T h is  s y ste m   h a h ig h e p e rf o r m a n c e ,   les c o m p o n e n ts,   in c re a se d   e ff ici e n c y   a n d   re d u c e d   c o st.  T h e se   f e a tu re m a k e   th e   p ro p o se d   T ZS b a se d   s y ste m   su it a b le  f o t h e   w in d   c o n v e rsio n   sy ste m s.  M ATLA si m u li n k   m o d e f o w in d   g e n e ra to sy ste m   is  d e v e lo p e d   a n d   sim u latio n   stu d ies   a re   su c c e ss f u ll y   p e rf o r m e d .   T h e   si m u latio n   is   d o n e   u si n g   M A TL A a n d   th e   sim u latio n   re su lt a re   p re se n ted .   T h is  c o m p a riso n   sh o w th a th e   T Z - so u rc e   in v e rter  is  v e r y   p ro m isin g   f o w in d   e n e rg y   c o n v e rsio n   sy ste m .     K ey w o r d :   Ac - A co n v er ter   W in d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m   Ma tlab   No n - s h o o t t h r o u g h   Sh o o t - t h r o u g h   I m p ed an ce   in v er ter   s o u r ce   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 :   S.   B ala  K u m ar ,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical    E n g i n ee r in g ,   A r b m i n c h     Un i v er s i t y ,   A r b m i n c h ,   E th io p ia - 21.   E m ail:  b alak u m ar 2 5 d ec @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N     W in d   en er g y   i s   m o s d ec is iv an d   cr u cial  s o u r ce   o f   elec t r ical  en er g y   i n   y ea r s   to   co m e.   I ts   m a i n   m aster y   co m f r o m   th a u th en ticit y   o f   b ein g   r en e w ab l an d   en v ir o n m e n tal - n eig h b o r l y   en er g y .   A th e   o p en in g   it  w as  n o m i n al  a n d   h ef t y   b u t h g en er ated   p o w er   q u a li t y   w a s   s ca n t y .   Mo s o f   w i n d   p o w er   in s ta llatio n s   w er li m ited   to   a   f e w   h u n d r ed   k ilo w att s   co n n e cted   to   d is tr ib u tio n   g r id s   [ 1 ] .   W in d   tu r b i n es  a n d   f ar m s   v e g etate s   i n   s ize  a n d   r atio   f r o m   t h f e w   h u n d r ed   k i lo w att s   to   m e g a w at ts .   T h co n s i s te n   in cr ea s in g   en er g y   d e m a n d s ,   tap er in g   s o u r ce s   o f   f o s s il  f u els  o r   d ep o s it  f u e ls   a n d   co n ce r n   ab o u p o ll u tio n   le v el s   i n   th e   en v ir o n m e n h as  b ee n   t h d r iv in g   f o r ce   b eh in d   elec tr icit y   g e n er atio n   u s i n g   r en e w ab l en er g y   s o u r ce s .     Har n ess in g   t h e n er g y   a v ail ab le  f r o m   t h i n e x h a u s ti b le   s o u r ce s   al lo w s   t h f u lf ill m en o f   co n s p ic u o u s   co n tr ac tio n s   in   th p o ll u tio n   l ev els  a n d   p ess i m is tic   cli m ate  ch an g es.  On   th a lter n ati v h a n d ,   th o p p o r tu n i t y   o f   e n er g y   f r o m   s u s tai n ab le  s o u r ce s   lik e   w i n d   e n er g y ,   s o lar   en er g y ,   etc.   is   f ick le   a n d   is   a f f ec t ed   b y   cir cu m s ta n ce s   b e y o n d   h u m a n   co n tr o l.    A cc o r d in g l y ,   s u c h   r en e w ab le  en er g y   s y s te m s   s h o u l d   b b ac k ed   u p   b y   co n v e n tio n al  s o u r ce s   o f   e n er g y   o r   en er g y   s to r a g d ev ices  i n   o r d er   to   en s u r co h es iv o f   th en er g y   s u p p l y .   T h is   f ad lead s   to   th to p ic  o f   f u zz y   co n tr o lled   T Z - s o u r ce   in v er ter   f o r   w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m .   I n   th ea r l y   y ea r s   o f   t h g r ad u al  d ev elo p m e n t,  f i x ed   s p ee d   w i n d   tu r b in es  w er th m o s t   in s talled   w i n d   tu r b in e s .   T h ey   ar eq u ip p ed   w it h   an   in d u c tio n   g en er ato r   co n n ec ted   d ir ec tly   t o   th g r id   w i th o u t   co n v er ter .   W ith   th i s   co n f ig u r atio n   it  is   n o p o s s ib le  to   ex tr ac all  av ailab le  w in d   en er g y .   P o w er   elec tr o n ics   m ak e s   it  p o s s ib le  to   ap p ly   th v ar iab le  s p ee d   co n ce p t.    D u to   th is   ad v a n ta g e,   p o w er   o f   w in d   tu r b i n es  h a s   b ee n   in cr ea s ed   a n d   v ar iab le  s p ee d   w i n d   tu r b i n es  b ec a m e   th p r ed o m in a n c h o ice  f o r   MW - s ca le  t u r b in e s   to d ay .   I n   o r d in ar y   v o ltag e   s o u r ce   in v er ter ,   th t w o   s w itc h es  o f   a n y   p h ase  le g   ca n n o b g ated   at  t h s a m 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     1693     1 7 0 1   1694   ti m b ec au s t h i s   m a y   ca u s s h o r cir cu it  p o s itio n   an d   th i s   s m a s h   t h in v er ter .   I n   ex te n s io n ,   th m ax i m u m   o u tp u v o ltag ca n n o o u ts tr i p   th DC   b u s   v o lta g e.   T h ese   r estrictio n s   i n   s u c h   co n v en t i o n al  v o lta g s o u r ce   in v er ter   ca n   b o v er co m b y   u s in g   Z SI,   E Z SI  an d   T Z SI  [ 2 ] .   I n   ad d itio n al,   th e   Z SI  i s   p o w er   elec tr o n ic  co n v er ter   w it h   m a n y   m er it s   s u c h   b u ck - b o o s ch ar ac te r is tics ,   lo w er   p r ice  tag   an d   p r in cip all y   h ig h er   ef f icien c y   co m p ar ed   to   tr ad itio n al  co n v er ter s   [ 3 ] - [ 4 ] .   T h Z - s o u r ce   i n v er ter   co n s i s t s   o f   X”  Sh ap ed   i m p ed an ce   n et w o r k   f o r m ed   b y   t w o   s i m ilar   ca p ac ito r s   a n d   in d u cto r s   an d   p r o v id e s   u n iq u d is ti n cti v e.   Fu r t h er m o r e,   u n li k e   VSI ,   t h n ee d   o f   d ea d   ti m e   w o u ld   n o ap p ea r   w it h   t h is   to p o lo g y .   Du to   th e s at tr ac tio n   f ea t u r es,  th Z - s o u r ce   in v er ter   h as  f o u n d   ap p licatio n s   i n   co p ies  in d u s tr ial  p r o ce s s e s   in c lu d in g   v ar iab l e - s p ee d   d r iv es  a n d   w in d   f ar m s   [ 5 ] - [ 6 ] .   T o   b y p ass   u s i n g   e x ter n al   L C   f ilter ,   b r an d - n e w   co n ce p o f   Z - s o u r ce   i n v er ter   w er i n tr o d u ce d ,   th is   co n ce p is   lab eled   e m b ed d ed   Z - s o u r c ( E Z - So u r ce )   i n v er ter   w i th   d if f er en to p o lo g ies   th at  D C   s o u r ce s   ar ad d ed   in t o   X - ca r v ed   i m p ed an ce   [ 7 ] - [ 8 ] .   Mu ltice ll  T Z   s o u r ce   i n v er ter s   ar p r esen ted   in   [ 9 ]   an d   [ 1 0 ] .   C ascad ed   T Z SI  is   d ep icted   in   [ 1 1 ] .   T h ab o v m en tio n ed   p ap er s   d o   n o d ea l w it h   co m p ar i s o n   o f   Z SI,   E Z SI  a n d   T Z SI  b ased   AC   to   AC   co n v er ter s   f o r   w in d   en er g y   co n v er s io n .   T h is   w o r k   p r o p o s es  T Z SI  f o r   th W E C S.       2.   Z - SO URC E   I NV E R T E N E T WO RK   T h Z - s o u r ce   co n v er ter   ( Z S C )   is   n e w   to p o lo g y   in   p o w er   co n v er s io n ,   w h ic h   h a s   u n iq u f ea t u r es   th at  ca n   o v er co m e   th li m i tat io n s   o f   VSI   a n d   C SI.   F ig u r e   1   s h o w s   t h Z S C   i m p le m en te d   as  th r ee - p h a s DC / AC   co n v er ter   ( in v er ter ) .   A lt h o u g h   DC / AC   co n v er s io n   is   th m o s co m m o n   ap p licati o n   o f   th Z - s o u r ce   to p o lo g y .   I ca n   al s o   b ap p lied   to   A C /D C   &   AC / A C   p o w er   co n v er s io n s .   T h X - s h ap i m p ed a n ce   i s   t h e   Z - s o u r ce   n et w o r k   w h ich   is   co m p o s ed   o f   t w o   s p lit  i n d u cto r s   a n d   t w o   ca p ac it o r s   to   p r o v id co u p lin g   b et w ee n   th DC   s o u r ce   an d   t h in v er ter   b r id g e.   T h Z - s o u r ce   in v er ter   ( Z SI)   h as  t h u n iq u b ac k - b o o s ca p ab ilit y   w h ich   id ea ll y   g iv e s   an   o u tp u t   v o ltag r an g f r o m   ze r o   to   in f in it y   r eg ar d less   o f   th i n p u v o ltag e.   T h is   is   ac h ie v ed   b y   u s i n g   s w i tch in g   s tate   th at  is   n o t p er m itted   i n   th V S I   w h ich   i s   ca lled   th s h o o t - t h r o u g h ”  s tate.       D C D C S O U R C E D I O D E V C 1 M O T O R L O A D V C 2 C 1 C 2 s a s c s e s b s d s f L 1 L 2                               Z - S O U R C E   N E T W O R K             I N V E R T E R     Fig u r 1 .   Z S C   i m p le m e n ted   as   th r ee - p h a s in v er ter   ( Z SI)       3.   EZ - SO UR CE   I NVE RT E NE T WO RK   T h v o ltag e - t y p EZ - s o u r ce   i n v er ter   s h o w   i n   F ig u r e   2   h as   its   D C   s o u r ce s   e m b ed d ed   w it h in   t h X - s h ap ed   L C   i m p ed an ce   n et w o r k   w ith   it s   i n d u cti v ele m en t s   L 1   a n d   L 2   r esp ec ti v el y ,   u s e d   f o r   f ilter in g   th e   cu r r en ts   d r a w n   f r o m   t h t wo   DC   s o u r ce s   w it h o u t   u s i n g   a n y   ex ter n al   L C   f i lter .   Q u ite  o b v io u s l y ,   th e   i m m ed iate  d is ad v an ta g s h o w n   i n   Fig u r 2   i s   t h at  t w o   DC   s o u r ce s   o f   V dc /2 ,   i n s tead   o f   t h e   s i n g le   D C   s o u r ce   s h o w n   in   F ig ur e   1   ar n ee d ed   f o r   th E Z - s o u r ce   in v er ter .     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       C o mp a r is o n   o f Z - S o u r ce   E Z - S o u r ce   a n d   TZ - S o u r ce   I n ve r ter  S y s tems fo r   W in d   E n erg ....   ( S .   B a la   K u ma r )   1695   D C D C E M B E D D E D   Z - S O U R C E V d c / 2 V d c / 2 i d c L 1 L 2 V C 1 V L 1 V L 2 D C 1 C 2 V C 2 i i         i c 1 i c 2 S a S b S c S d S e S f V i M O T O R L O A D     Fig u r 2 .   E Z SI  i m p le m e n ted   as a   th r ee - p h ase  i n v er ter   ( E Z SI )       No tin g   th at  t h er is   ag ai n   an   in d u cti v ele m en p lace d   alo n g   all  cu r r en p ath s   in   t h DC   f r o n t - en d ,   th s w itc h es  f r o m   t h e   s a m p h ase - le g   ca n   as  u s u a b tu r n e d   o n   s i m u ltan eo u s l y   to   in tr o d u ce   s h o o t - t h r o u g h   s tate  w it h o u d a m ag i n g   s e m ic o n d u cto r   d ev ices.  T h r esu lt in g   eq u i v ale n cir cu it  i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   3   ( a)   an d   ( b ) ,   w h er it  is   s h o w n   t h at  w h en   th in v er ter   b r id g is   s h o o t - t h r o u g h ,   t h f r o n t - e n d   d io d is   r ev er s b iased   w it h   it s   b lo ck i n g     v o lta g ex p r ess io n   an d   o th er   s ta te  eq u ati o n s   w r itte n   as  f o llo w s .       D C E m b e d d e d   Z - s o u r c e C 1 C 2 V C 2 V C 1   S h o o t t h r o u g h V L 1 V L 2 L 2 L 1 i c 1 i c 2 V d c / 2 V d c / 2 V d i L 1 i L 2 V i D C i i     Fig u r 3 ( a ).   E q u iv alen t c ir c u it s   o f   th Z - s o u r ce   in v er ter   ( Sh o o t - th r o u g h   co n d itio n s )       D C E m b e d d e d   Z - s o u r c e C 1 C 2 V C 2 V C 1       L O A D V L 1 V L 2 L 2 L 1 i c 1 i c 2 V d c / 2 V d c / 2 V d i L 1 i L 2 V i D C i d c i i     F ig u r 3 ( b ).   E q u iv alen t c ir cu it s   o f   th Z - s o u r ce   in v er ter   ( No n   S h o o t - t h r o u g h   co n d itio n s )       3 . 1 .   S ho o t - t hro ug   xx s s o n    , , ( o r ) C , D O F F x A B  , /2 L C d c V V V  , 0 i V , 2 d D C V V V , LC ii                                                                                                                                                                     i L c i i i  0 dc i                                                                                                                                                                                                                                                         Ass u m in g   n o w   t h at  t h i n v er t er   r etu r n s   b ac k   to   it s   n o n   s h o o th r o u g h   ac t iv ( o r )   n u ll  s ta te,   th r e - d r a w n   eq u iv ale n cir c u it  is   s h o w n   i n   Fi g u r 3 ( b )   w it h   d io d co n d u ctin g   a n d   th i n v er ter   b r id g an d   ex ter n al  ( u s u all y   in d u cti v e)   lo ad   r ep lace d   b y   cu r r en t so u r c e,   w h o s v al u is   n o n   ze r o   f o r   ac tiv s ta te.   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     1693     1 7 0 1   1696   3 . 2 .   No n sh o o t - t hro ug h   ; , , ( ) C , D O N xx s s x A B o r , V / 2 L d c C VV  , 2 iC VV                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           0 dD VV  , d c L c i i i  , iL ii , 0 dc i                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                           W h en   co m p ar ed   w it h   Z   in v er t er   [ 9 ] ,   clea r ly   s h o w s   t h at  b o th   Z   a n d   E Z   s o u r ce   in v er ter s   p r o d u ce   th e   s a m e   tr an s f er   g ai n   e v en   t h r o u g h   th e   E Z - s o u r ce   i n v er ter   h a s   its   DC   s o u r ce s   e m b ed d ed   w i th i n   t h i m p ed an ce   n et w o r k   f o r   ac h iev in g   i n h er e n t f ilter i n g .     0 1 2 / dc dc V V B V TT    ,   () 2 dc xi V V M V B M      0 / ( 1 2 / ) D d c V V T T                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                     I n d u cto r   v o ltag     0 0 ( 1 / ) ( 1 2 / ) L d c TT VV TT                           Du r in g   s h o o t - th r o u g h                                                                                                                                                       0 0 () ( 1 2 / ) L d c T VV TT                        Du r in g   No n   s h o o t - t h r o u g h       4.   TZ - SO UR CE   I NVE RT E NE T WO RK   I n   th tr a n s - Z - s o u r ce   i n v er ter s ,   h i g h   g ai n   is   o b tai n ed   b y   in cr ea s in g   th e ir   co m m o n   tr an s f o r m er   t u r n s   r atio   γ T Z ,   w h ich   i s   in   a g r ee m en w it h   clas s ical  tr an s f o r m er   th eo r ies.  Dep en d in g   o n   t h ev en tu a v o lta g g ai n   d em a n d ed ,   th r ai s ed   γ T Z   m i g h t   at  ti m es  b e x ce s s iv f o r   r ea lizatio n .   B ec au s o f   t h is ,   T - Z - s o u r ce   i n v er ter s   s h o w n   i n   F ig u r 4   ar p r o p o s ed   f o r   w in d   e n er g y   co n v er s io n .   T h p r o p o s ed   in v er ter s   u s t h s a m e   co m p o n e n t s   a s   t h tr a n s - Z - s o u r ce   i n v er ter s ,   b u w it h   d i f f er en tr a n s f o r m er   p lace m e n t.  T h is   d i f f er e n ce   ca u s e s   th T - Z - s o u r ce   g ai n   to   b r ais ed   b y   lo w er in g ,   a n d   n o in cr ea s in g ,   t h tr an s f o r m er   t u r n s   r ati o   γ T Z .   T h g en er al   s tr u ct u r o f   th r ee   p h a s T -   Z - s o u r ce   in v er ter   is   s h o w n   i n   Fi g u r 4 .   I b asicall y   h a s   an   i m p ed an ce   n et w o r k   t h at  co u p le  th co n v er ter   m ai n   cir cu it  to   b p o w er   s o u r ce .   T h is   ad d itio n   o f   im p ed an ce   n et w o r k   i n tr o d u ce   u n iq u f ea tu r th at  ca n n o b u s ed   f o r   th tr ad itio n al  th r ee   p h ase  v o lta g s o u r ce   in v er ter   an d   th r ee   p h ase  cu r r en s o u r ce   in v er ter .   T h lim i tatio n s   f o r   th tr ad itio n al   in v er ter   ar b ein g   s o l v ed   in   t h T Z - s o u r ce   i n v er ter .   T h T Z - s o u r ce   also   ca n   b u s ed   f o r   all   DC - DC ,   AC - AC ,   AC - DC   a n d   DC - AC   p o w er   co m b in at io n s .     T h an al y s i s   is   as   f o llo w s .       D C M O T O R L O A D                   D C   S O U R C E D I O D E                             C A P A C I T O R V d c V C W 1 W 2 D 1 V i i c V a V b V c i i         γ T Z = 1     Fig u r e   4.   Gen er al  s tr u ct u r o f   T Z - s o u r ce   i n v er ter   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       C o mp a r is o n   o f Z - S o u r ce   E Z - S o u r ce   a n d   TZ - S o u r ce   I n ve r ter  S y s tems fo r   W in d   E n erg ....   ( S .   B a la   K u ma r )   1697   D C       V D C C u r r e n t   d i s c h a r g i n g   C   a n d     c h a r g i n g t h e   t r a n s f o r m e r               γ T Z : 1 W 1 W 2 C V C D T z                                 i w 2 = i c V i -               i w 1 = i i     Fig u r 5 ( a ) .   Sh o o t - th r o u g h   co n d itio n s   D C       V D C S o u r c e   c u r r e n t   c h a r g i n g   C   a n d   l o a d t r a n s f o r m e r   d i s c h a r g i n g   t o   l o a d               γ T Z : 1 W 1 W 2 C V C D T z                                 i w 2 = i c V i + -               i w 1 = i i     Fig u r 5 ( b ) No n - s h o o t - th r o u g h   s tate s .          5.   SI M UL AT I O ST U DI E S O F   Z - SO U RCE  I NV E RT E NE T WO RK     T h s i m u latio n   o f   Z SI  s y s te m   i s   d o n u s i n g   th e   M A T L A B   s o f t w ar e.   W in d   e n er g y   co n v er s io n   s y s te m   f ee d in g   R L   lo ad   is   c o n s id er ed .   T h Z - n et w o r k   i s   u s ed   to   b o o s th o u tp u t   o f   W E C S   to   t h r eq u ir ed   lev el.   T h Fig u r e   6 ( a)   s h o w s   t h e   s i m u li n k   d iag r a m   o f   Z - s o u r ce   in v er ter   b ased   s y s te m .   Sco p es  ar co n n ec ted   to   m ea s u r th r ee   p h ase  v o ltag e s   a n d   cu r r en t s .   T h o u tp u p o w er   i s   s h o w n   i n   Fig u r e   6 ( b )   an d   its   v alu i s   2 3 0   w atts .   T h f r eq u e n c y   s p ec tr u m   is   s h o w n   in   F ig u r e   6 ( c) .   T h T HD  is   1 9 . 8   %.           Fig u r e   6 ( a) .   Si m u l in k   d iag r a m   o f   Z - So u r ce   i n v er ter   s y s te m           Fig u r e   6 ( b ) .   Ou tp u t P o w er   o f   Z SI  s y s te m       Fig u r e   6 ( c) .   T HD  v alu o f   Z SI   s y s te m                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     1693     1 7 0 1   1698   6.   SI M UL AT I O ST U DI E S O F   E Z - SO URC E   I N VE R T E R   SYST E M   E Z SI  s y s te m   is   ca p ab le  o f   r ed u cin g   th r ip p le.   T h er ef o r e   E Z SI  b ased   co n v er s io n   s y s t e m   is   also   s i m u lated   u s i n g   M A T L A B .   T h Fi g u r e   7 ( a)   s h o w s   th e   s i m u lin k   d iag r a m   o f   E Z - s o u r ce   i n v er ter   b ased   s y s te m .   Sco p es a r co n n ec ted   to   m ea s u r th r ee   p h ase  v o lta g es   a n d   cu r r en ts .   T h o u tp u t p o w er   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   7 ( b )   an d   its   v a lu i s   4 5 0   w atts .   T h f r eq u en c y   s p ec tr u m   s h o w n   in   Fig u r e   7 ( c) .   T h T HD  is   1 2 . 8   %.           Fig u r e   7 ( a) .   Si m u l in k   d iag r a m   o f   E Z - So u r ce   i n v er ter   s y s te m           Fig u r e   7 ( b ) .   Ou tp u t P o w er   o f   E Z SI  s y s te m       Fig u r e   7 ( c) .   T HD  v alu o f   E Z SI  s y s te m       7.   SI M UL AT I O ST U DI E S O F   T Z - SO URC E   SY ST E M   T h Fig u r e   8 ( a)   s h o w s   th s i m u li n k   d iag r a m   o f   T Z - s o u r ce   in v er ter   b ased   s y s te m .   S co p es  ar e   co n n ec ted   to   m ea s u r t h r ee   p h ase  v o ltag e s   an d   t h r ee   cu r r en ts .   T h o u tp u p o w er   is   s h o w n   in   Fi g u r e   8 ( b )   an d   its   v al u is   5 0 0   w at ts .   T h f r e q u en c y   s p ec tr u m   is   s h o w n   i n   Fig u r e   8 ( c) .   T h T HD  is   1 0 . 3 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:  2 0 8 8 - 8 694       C o mp a r is o n   o f Z - S o u r ce   E Z - S o u r ce   a n d   TZ - S o u r ce   I n ve r ter  S y s tems fo r   W in d   E n erg ....   ( S .   B a la   K u ma r )   1699       Fig u r e   8 ( a) .   Si m u l in k   d iag r a m   o f   T Z - So u r ce   i n v er ter   s y s te m           Fig u r e   8 ( b ) .   Ou tp u t P o w er   o f   T Z SI  s y s te m       Fig u r e   8 ( c) .   T HD  v alu o f   T Z SI  s y s te m                                            8.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S O F   T Z - SO URC E   A   p r o to t y p h ar d w ar f o r   T Z SI  b ased   s y s te m   i s   f ab r icate d   an d   test ed .   T h s n ap   s h o o f   t h h ar d w ar e   is   s h o w n   in   Fi g u r e   9( a ) .   T h h ar d w ar co n s is t s   o f   co n tr o b o ar d   an d   p o w er   b o ar d .   T h o u tp u v o ltag o f   w i n d   g en er ato r   i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   9( b ) .   Ou tp u v o ltag e   o f   T Z   n e t w o r k   is   s h o w n   i n   Fig u r e   9( c ) .   P h ase  v o ltag e   a n d   lin to   li n v o lta g es  ar s h o w n   i n   Fi g u r es  9( d )   an d   9( e )   r esp ec tiv el y .   P I C   is   u s ed   to   g en er ate  p u ls es  f o r   MO SF E T s .   T h 4 8 0 L C R   d i g it al  m u lti m eter   an d   DSO  i s   u s e d   to   m ea s u r th h ar d w ar o u t p u t v o lta g e.             Fig u r 9 ( a ) .   Har d w ar s n ap   s h o t       Fig u r 9 ( b ).   Ou tp u t v o lta g e       Fig u r 9 ( c ).   T - Z   s o u r ce   o u tp u t   v o ltag 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     1693     1 7 0 1   1700       Fig u r 9 ( d ).   L in to   n eu tr al  v o ltag e       Fig u r 9 ( e ).   L in to   lin v o lta g e       9.   SUM M ARY  O F   RE SUL T S   T h T ab le   1   Su m m ar ie s   th o u tp u p o w er   an d   T HD  f o r   v ar io u s   o f   t y p es  i n v er ter   s y s te m s .   I ca n   b e   s ee n   t h at  T Z - s o u r ce   b ased   i n v er ter   s y s te m   g iv e s   h i g h er   o u tp u p o w er   w it h   lea s h ar m o n ic  d is to r tio n   in   th e   o u tp u t.  A b o v an al y s i s ,   p r o v ed   th at  T - Z SI  is   s u p er io r   th an   r est  o f   t w o   i m p ed an ce   s o u r ce   n et w o r k .   So   h ar d w ar w a s   b u ild   u p   f o r   T - Z SI  alo n e.   I w as  g o o d   b o o s tin g   ca p ab ilit y   t h a n   Z SI  an d   E Z SI.   T h T ab le   2   co n tain s   h ar d w ar s p e cif icatio n s   o f   T Z SI.       T ab le   1.   Su m m ar y   o f   o u tp u t p o w er   an d   T HD  v alu e s   ( Si m u la tio n s )   S y st e m   O u t p u t     p o w e r   i n   W a t t s   T H D   Z - so u r c e   2 3 0   1 9 . 8 5 %   EZ - so u r c e   4 5 0   1 2 . 4 0 %   TZ - so u r c e   5 0 0   1 0 . 3 6 %       T ab le  2 .   Har d w ar Sp ec if icat i o n s   f o r   T - Z SI   C o mp o n e n t s   R a t i n g s   M O S F ET   I R F   8 4 0 ,   I D = 0 . 8 A   D i o d e   I N G 0 0 7 ,   V D = 0 . 9 V ,   V G = 1 0 V   P I C   1 6 F 8 4 A ,   1 8 - P i n ,   1 A ,   2 3 0 V   D r i v e r   I R 2 1 1 0 ,   1 4 - P i n   L 1 .L 2   5 mH   ,   2 A   C 1 ,C 2   2 2 0 0 µ F ,   6 3 V   R e g u l a t o r s   7 8 1 2 , 7 8 0 5   M o t o r   0 . 5 H P , 1 5 R P M , 2 A ,   I n d u c t i o n   mo t o r ,   D S O   1 0 0 - 2 4 0 V ,   4 5 - 4 4 0 H Z ,   3 0 W a t t s   D M M   4 5 0   L C R       T h ex p er i m e n tal  v al u es  ar s lig h tl y   le s s   th a n   t h at   o f   s i m u latio n   v al u e.   T h is   i s   d u to   th d r o p s   i n   d ev ices,  r esis ta n ce   o f   th c h o k an d   eq u iv ale n s er ies  r e s is ta n ce   o f   ca p ac ito r .   T h c o m p ar is o n   b et w ee n   s i m u lat io n   a n d   ex p er i m e n tal  r esu lt s   is   g i v en   i n   T ab le  3 .   T h co m p ar is o n   is   d o n b y   co n s id er in g   s i m i lar   v o ltag a n d   lo ad   co n d itio n s .       T ab le  3 .   C o m p ar is o n   o f   Si m u l atio n   an d   E x p er i m en ta l Res u lt s       O u t p u t s   S i mu l a t i o n   v a l u e   Ex p e r i me n t a l   v a l u e   D C   I n p u t   t o   T Z - S o u r c e   4 8 v o l t s   4 8 v o l t s   O u t p u t   o f     T Z - S o u r c e   9 6 v o l t s   9 0 v o l t s   L o a d   v o l t a g e   p e r   p h a se   1 3 0   v o l t s   1 2 0   v o l t s       9.   CO NCLU SI O   T h is   p ap er   h as  p r ese n ted   t h co m p ar is o n   b et w ee n   Z SI,   E Z SI  an d   T Z SI  b ased   w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m s .   Fro m   t h r esu lt s   i i s   co n cl u d ed   t h at   T Z SI  b ased   w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m   i s   v iab le  alter n ati v to   th ex i s tin g   co n v er ter s   ap p lied   to   w i n d   en er g y   co n v er s io n   s y s te m .   Sin ce   it  d eliv er s   h ig h er   p o w er   w it h   r ed u ce d   T HD.   T h T Z SI  b ased   W E C S   h as   ad v a n ta g es  l ik e   r ed u ce d   h ar d w ar an d   lo T HD.   T h d is ad v an tag o f   T Z SI  s y s te m   i s   th a it  r eq u ir es  co u p led   in d u cto r .   T h p r ese n w o r k   d ea ls   w it h   co m p ar is o n   o f   o p en   lo o p   co n tr o lled   s y s te m s .   T h co m p ar is o n   o f   clo s ed   lo o p   s y s te m s   w i ll  b d o n in   f u tu r 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:  2 0 8 8 - 8 694       C o mp a r is o n   o f Z - S o u r ce   E Z - S o u r ce   a n d   TZ - S o u r ce   I n ve r ter  S y s tems fo r   W in d   E n erg ....   ( S .   B a la   K u ma r )   1701   RE F E R E NC E S   [1 ]   Ro sa P . ,   Dy n a m i c   in f lu e n c e o f   w in d   p o w e o n   th e   p o w e s y ste m ,”   T h e sis  su b m it ted   to   o rste d   in stit u ti o n ,   se lec ti o n   o f   e lec tri c   p o w e e n g in e e rin g   tec h n i c a u n iv e rsity   o f   De n m a rk ,   2 0 0 3 .   [2 ]   I.   P .   C .   L o h ,   e a l . P u lse   w id th   m o d u latio n   o f   Z - so u rc e   in v e rters ,   IEE tra n sa c t io n o n   p o w e e lec tro n ics v ol /i ss u e 20 ( 6 ),   p p .   1 3 4 6 - 1 3 5 5 ,   2 0 0 5 .   [3 ]   K.   Ho ll a n d ,   e a l. ,   “Z - so u rc e   i n v e rter  c o n tro l   f o trac ti o n   d riv e   o f   f u e l   c e ll - b a tt e r y   h y b rid   v e c h icle s ,   In d u stry   a p p li c a ti o n s c o n fer e n c e ,   4 0 th   IA S   a n n u a me e ti n g v ol /i ss u e 3 ( 4 ) ,   pp .   1 6 5 1 - 1 6 5 6 ,   2 0 0 5 .   [4 ]   M.   Olz w e s k y ,   Z - so u rc e   in v e rter   f o f u e c e ll   v e c h icle s, ”  U.S   d e p a rtme n o e n e rg y ,   Fre e d o CAR   a n d   v e h icle tec h n o l o g ies EE - 2 1 0 0 0   in d e p e n d e n c e   Ave n u e ,   S W ,   W a sh in g to n ,   pp .   2 0 5 8 5 - 0 1 2 1 ,   2 0 0 5 .   [5 ]   F.   Z.   P e n g ,   e a l. ,   Z - so u rc e   in v e rter  f o a d ju sta b le  sp e e d   d riv e s ,”   IEE p o we e lec tro n   let,   v ol /i ss u e 1 ( 2 ) ,   pp .   33 - 3 5 ,   2 0 0 3 .   [6 ]   F.   Z.   P e n g ,   e a l. ,   Z - so u rc e   i n v e rter  f o m o to d riv e s,”  IEE E   tra n sa c ti o n s   o n   p o we e lec tro n v ol /i ss u e 20 ( 4 ) ,   pp .   857 - 8 6 3 ,   2 0 0 5 .   [7 ]   P .   C .   L o h e a l . ,   Em b e d d e d   EZ - so u rc e   in v e rters ,   IEE T ra n o n   in d u stry   a p p li c a ti o n s ,   v ol /i ss u e 46 ( 1 ) ,   pp .   2 5 6 - 2 67 2 0 1 0 .   [8 ]   F.   G a o ,   e a l. ,   A ss y m m e tri c a a n d   sy m m e tri c a e m b e d d e d   Z - so u rc e   in v e rters , ”  IET   p o we r   e le c tro n v o l.   4,   pp .   1 8 1 - 193 2 0 1 1 .   [9 ]   D .   L i,   e a l. ,   M u l ti - c e ll   T ra n s - Z - so u rc e   in v e rter , ”  IEE P EDS ,   2 0 1 1 .   [1 0 ]   M K .   Ng u g e n ,   e t   a l. ,   T Z - S o u rc e   in v e rters , ”  I n d u stria e lec tro n c s ,   IEE tra n sa c ti o n o n ,   v o l.   6 0 ,   pp .   5 6 8 6 - 5 6 9 5 2 0 1 3 .   [1 1 ]   Ng u g e n ,   e a l. ,   Ca sc a d e d   T Z - S o u rc e   in v e rters , ”  IET   Po we r E lec tr o n ics ,   v o l . 7 ,   pp .   2 0 6 8 - 2 0 8 0 2 0 1 4 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS          S .   Ba lak u m a h a o b tain e d   h is   BE  a n d   M d e g re e f ro m   A n n a   u n iv e rsity   a n d   A n n a m a lai   U n iv e rsit y   in   t h e   y e a rs  2 0 0 5   a n d   2 0 0 9   re sp e c ti v e l y .   He   wa c o m p l e ted   h is   p h d   in   th e   y e a 2 0 1 5 .   P re se n tl y ,   h e   is  a n   a ss istan p ro f e ss o in   e lec tri c a a n d   c o m p u ter  e n g in e e rin g   d e p a rtm e n a a rb a   m in c h   u n iv e rsity ,   Et h io p ia.  His  r e se a rc h   a re a   is  o n   c o n v e rters   fo w in d   e n e rg y   s y st e m s.  He   p u b li sh e d   v a rio u re p u ted   a n d   sc o p u in d e x e d   jo u rn a ls   in   p o w e s y ste m a n d   c o n v e rters . In v o lv e d   in   f u n d e d   r e se a rc h   in   Et h i o p ia.C u rre n re se a rc h   in   d e v e lo p in g   d r o n e   f o r   a g ricu lt u re s .     S a m u e K e f a le  M e le se   h a o b tain e d   h is    M . S c .   De g re e   in   P o w e S y ste m   En g in e e rin g     in   0 5   m a rc h   2 0 1 4 ,   f ro m   B a h ir  Da Un iv e rsit y   (P u b li c (Ba h ir  Da   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y   a n d   B. S c .   De g re e   in   El e c tri c a l   a n d   Co m p u ter  En g in e e rin g   ,   in   0 7   Ju ly   2 0 1 0 ,   f ro m   Ba h ir  Da r   Un iv e rsi t y   (P u b l ic)  (Ba h ir  Da   In stit u te  o f   Tec h n o l o g y .   P re se n tl y ,   h e   is  a n   L e c tu re sin c e   1 4   m a r c h   2 0 1 4   i n   A rb a   M in c h   Un iv e rsit y   F a c u li ty   o f   El e c tri c a a n d   Co m p u ter  En g in e e rin g ,   Eh ti o p ia.  Re se a rc h   a re a   is  El e c tri c a M a c h in e   a n d   O p ti m iza ti o n s o f   P o w e sy ste m   u sin g   A rti f icia in telli g e n c e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.