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.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6 ,   p p .   863 ~ 871   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 7 . i3 . p p 8 6 3 - 871          863       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   A Review  on Desig n a nd Contro l M ethods   o M o dula r Multilev el   Co nv erte r       Ra m y a   G Ra m a pra b ha   R   De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g ,   S S N Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   Ka lav a k k a m ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   1 2 ,   2 0 1 5   R ev i s ed   Mar   2 8 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   A p r   29 ,   2 0 1 6       M o d u lar  m u lt il e v e c o n v e rters   (M M C)  a re   a n   e m e r g in g   v o lt a g e   so u rc e   c o n v e rter  to p o lo g y   su it a b le  f o m a n y   a p p li c a ti o n s.   Du e   to   a b u n d a n t   u ti li z a ti o n   o f   HV DC  p o w e tran s m issio n ,   t h e   m o d u lar  m u lt il e v e c o n v e rter   h a b e c o m e   p o p u lar  c o n v e rter  ty p e   to   b e   u se d   in   h ig h   v o lt a g e   a p p li c a ti o n s.   Oth e a p p li c a ti o n i n c lu d e   in terf a c in g   re n e w a b le  e n e r g y   p o w e so u rc e to   th e   g rid   a n d   m o to d riv e s.   M o d u lar  m u lt il e v e c o n v e rters   a re   b e n e f ici a f o h ig h   v o lt a g e   a n d   h ig h   p o w e m o to d riv e b e c a u se   of   th e   p ro p e rti e o f   th is  c o n v e rter  to p o lo g y ,   su c h   a s,  lo w   d isto rti o n ,   h ig h   e ff icie n c y ,   e tc .   F o th e   p a st  f e w   y e a rs  sig n i f ica n re se a rc h   h a b e e n   c a rried   o u t   to   a d d re ss   th e   tec h n ica c h a ll e n g e a s so c iate d   w it h   o p e ra ti o n   a n d   v o lt a g e   b a lan c in g   o f   M M C.   In   th is   p a p e r,   a   d e tailed   tec h n ica re v iew   o n   th e   c o n tr o l   stra teg ies   is  p r e se n ted   f o re a d y   re f e re n c e .   K ey w o r d :   C ap ac ito r   v o ltag b alan c in g   Mo d u lar   m u l tile v el  co n v er ter   Mo d u latio n   tec h n iq u es   C ir cu lat in g   cu r r e n t c o n tr o l   Hig h   v o lta g d ir ec t c u r r en t   ( HVDC)     Co p y rig h ©   201 6   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 :   G.   R a m y a,   Dep ar t m en t o f   E letr ical   an d   E l ec tr o n ics E n g i n ee r in g ,   SS C o lle g o f   E n g i n ee r i n g ,   R aj iv   Gan d h i Sala i,  Kala v a k k a m ,   C h en n ai  6 0 3 1 1 0 ,   I n d ia .   E m ail:  r a m y a m r o s e @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h m o d u lar   m u ltil e v el  co n v e r ter   h as  b ec o m t h m o s attr ac tiv m u ltil e v el  co n v er ter   to p o lo g y   f o r   me d iu m / h i g h - p o w er   ap p licatio n s T h ese   co n v er ter s   ca n   b u s ed   f o r   m ed i u m   a n d   h ig h   v o ltag ap p licatio n s   w it h   lo w   v o lta g I GB T   s w it ch es  [ 1 ].   T h er ar s ev er al  t y p es  o f   m u lti lev el  co n v er ter   to p o lo g ies .   E v e n   th o u g h th f u n d a m e n tal  co n ce p ts   ar s i m ilar ,   th er ar e   d if f er en ce s   in   t h co n tr o r eq u ir em en ts   ac r o s s   th e s e   v ar io u s   to p o lo g ie s .   MM C   h a s   s ev er al  ad v an ta g e s   co m p ar ed   w it h   o th er   m u ltil e v el  to p o lo g ies  s u ch   a s   it s   m o d u lar   s tr u ct u r an d   s ca lab il it y ,   h i g h   ef f ici e n c y ,   lo w   h ar m o n ic  d is to r tio n   [ 2 ] .   I n   r ec en y ea r s ,   ad d r ess in g   th e   is s u es b ased   o n   o p er atio n   a n d   co n tr o l o f   MM C   h as b ec o m s ig n if ican t .   T h er h a s   b ee n   s u b s tan t ial  p r o g r ess   i n   th d ev e lo p m en o f   p u l s e - w i d th   m o d u latio n   tec h n iq u es,  v o ltag e   b alan ci n g   al g o r ith m s   an d   co n v e n tio n a l   co n tr o l a p p r o ac h es a p p licab le  to   m o d u lar   m u ltil e v el  co n v er t er s .   T h m ai n   o b j ec tiv o f   t h i s   p a p er   is   to   p r o v id b etter   u n d er s tan d in g   o f   MM C   co n s id er in g   th i s s u es.   T h is   p ap er   d ea ls   w it h   co m p lete  tech n ica r ev ie w   o n   t h o p er atio n al  is s u es,  co n tr o an d   m o d u latio n   tech n iq u es.  T h p ap er   is   o r g an i s ed   as  f o llo w s :   S ec tio n   I I   b r ief s   ab o u th e   o p er atio n   o f   MM C .   Sectio n   I I I   d escr ib es  v ar io u s   m o d u latio n   tech n iq u es  a n d   v ar io u s   o p er atio n al  is s u e s   s u ch   as  ca p ac ito r   v o ltag b alan c in g   an d   cir cu lati n g   cu r r e n co n tr o an d   also   th r ed u ctio n   o f   r ip p le  in   ca p ac it o r   v o ltag b y   v ar i o u s   tech n iq u e s   ar also   ex p lain ed .   T h co n clu d i n g   r e m ar k s   ar p r esen ted in   Sect io n   I V.       2.   M O DULAR M UL T I L E V E L   CO NVE RT E R - ANO V E R VIE W   T h s ch e m a tic  o f   t h r ee   p h ase  m o d u lar   m u lt ilev e co n v er ter   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 .   MM C   co n s i s ts   o f   a   s eq u en ce   o f   s u b - m o d u le  co n n ec ted   in   s er ies  f o r   ea ch   p h ase  o f   th co n v er ter .   E ac h   s u b - m o d u le  co n s i s ts   o f   t wo   s w itc h es  co n n ec ted   in   h al f - b r id g to p o lo g y   w it h   ca p ac ito r   ac r o s s   t h d ev ice  w h ich   is   u s ed   as   t h e n e r g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   863     8 7 1   864   s to r ag an d   s u p p l y   d ev ice .   T h o u tp u ter m in al s   ar co n n e cted   to   th co n v er ter   ac r o s s   t h lo w er   s w itc h i n g   d ev ice.   T h is   s h o w s   th at   t h ca p ac ito r   ac r o s s   t w o   d e v ices   is   eit h er   d ir ec tl y   co n n ec ted   to   th co n v er ter   o r   s h o r ted   o u t   d e p en d in g   o n   t h e   g ati n g   s ig n al s   [ 3 ] .   T h s eq u en ce   o f   s ub - m o d u le s   alo n g   with   a n   ar m   in d u cto r   m ak e s   an   ar m   o f   t h co n v er t er .   T h s in g le  p h a s o f   t h c o n v er ter   co n s i s ts   o f   t w o   ar m s   s u c h   as  u p p er   ar m     an d   lo w er   ar m .   E ac h   p h a s i s   co n n ec ted   to   t h s u p p l y   b y   th e n d   o f   th e   s u b - m o d u le .   T h ar m   i n d u cto r   p r esen t in   ea c h   ar m   is   u s ed   to   li m it  th cir c u lati n g   cu r r en t a n d   to   f ilter   th h ar m o n ics.  T h n u m b er   o f   le v els  in   MM C   d ep en d s   o n   t h n u m b e r   o f   s u b - m o d u le s   p r esen t   in   e ac h   ar m .   T h n u m b er   o f   le v el s   is   d eter m i n ed   b y   N= 2 S+1 ,   w h er S i s   th n u m b er   o f   s u b - m o d u le  p r ese n t in   ea ch   ar m   [ 4] .   T h co n d u ctio n   p ath   o f   th s u b - m o d u le  d ep en d s   o n   s w i t ch i n g   o f   t h s w itc h i n g   d ev i ce s .   E ac h     s u b - m o d u le  w ill   b in   o n o f   t h t w o   s tates  ( i.e .   o n s w itc h   in   ON  s tate  a n d   o th er   at  OF s ta te)   [ 5 ] .     T h co n d u ctio n   p ath   is   e x p l ain ed   w h en   t h c u r r en p o lar it y   i s   p o s it iv e   an d   n e g ati v w h ic h   i s   s h o w n   i n     Fig u r e   2.             Fig u r 1 .   Sch e m atic  o f   t h r ee   p h ase  MM C     Fig u r 2 .   MM C   C o n d u ctio n   p ath   ( a)   P o s itiv cu r r en t ( b )   Neg ati v cu r r en t     3.   RE VI E O D E S I G N,   M O DULA T I O AN CO NT R O L   T E CH NI Q U E S O F   M M C   I n   th i s   s ec tio n ,   th m at h e m a tical  m o d elli n g   o f   MM C ,   m o d u latio n   tec h n iq u es,  v o ltag e   b alan cin g   co n tr o l,  cir cu latin g   cu r r e m c o n tr o an d   Su b   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag r ip p le  r ed u ctio n   co n tr o m eth o d s   ar ex p lain ed   b r ief l y .     3 . 1 .   M a t he m a t ica M o dellin g   o f   M M C   T h r ee   p h ase   MM C   b ased   h alf - b r id g s u b - m o d u le  is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 .   T h ad d itio n   o f   ar m   r esis ta n ce   m o d el s   t h p o w er   l o s s   w it h i n   ea c h   ar m   o f   MM C .   T h d etailed   d escr ip tio n   o n   m o d ell in g   o f   MM C   is   g i v e n   in   [ 6 ] .   T h u p p er   an d   th lo w er   ar m   cu r r en t o f   ea ch   p h ase  is   g i v en   b y ,     2 x i x , c i r c i 3 dc i x , u i               ( 1 )   2 x i x , c i r c i 3 dc i x , l i               ( 2 )     w h er x a,   b ,   ( p h ase) ,   i u, x   an d   i l, x   ar th u p p er   an d   lo w er   ar m   c u r r en t,  i circ, x   is   t h cir cu lati n g   c u r r en i n   ea ch   p h ase.   T h cir cu lati n g   cu r r en t is g i v e n   b y ,     3 dc i 2 x , l i x , u i x , c i r c i               ( 3 )     T h d y n a m ic  b e h av io u r   o f   M MC is   d escr ib ed   by ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   R ev iew   o n   Desig n a n d   C o n tr o l Meth o d s   o f Mo d u l a r   Mu ltil ev el  C o n ve r ter   ( R a mya   G. )   865   cm V x V x , u i 0 R dt x , u di 0 L x , u V 2 dc V           ( 4 )     cm V x V x , l i 0 R dt x , l di 0 L x , l V 2 dc V             ( 5 )     w h er V u, x   an d   V l, x   ar t h u p p er   an d   lo w er   ar m   v o ltag e,   V x   is   t h f u n d a m en tal  co m p o n en a n d   V cm   i s   t h e   co m m o n   m o d v o lta g e.   T h M MC  p h a s v o ltag e   is   e x p r es s ed   as  i n   ( 6 )   an d   MM C   cir c u l atin g   c u r r en i s   g iv e n   by   ( 7 ) .     dt x di 2 0 L x i 2 0 R 2 x l, V x u, V cm V x V             ( 6 )     3 dc i 0 R 2 x l, V x u, V 2 dc V x c i r c , i 0 R dt x c i r c , di 0 L         ( 7 )     T h u p p er   an d   th lo w er   ar m   v o ltag e s   o f   MM C   ar g i v en   b y   th f o llo w i n g   eq u a tio n s .     x c u , V x u, n x u, V                 ( 8 )     x c l , V x l, n x l, V                 ( 9 )     w h er V cu, x   an d   V cl, x   ar th i n d iv id u al  s u b   m o d u le  ca p ac it o r   v o ltag o f   u p p er   an d   th l o w er   ar m .   E ac h   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag o f   t h MM C   is   m o d eled   b y   t h p o w er   p r o ce s s ed   b y   ea c h   ar m .   T h p o w er   p r o ce s s ed   b y   ea c h   ar m   i s   g i v e n   b y     x , u i x , cu V x , u n x , u i x , u V x , u P             ( 1 0 )     x , l i x , cl V x , l n x , l i x , l V x , l P               ( 1 1 )     E ac h   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag r ip p le  ca n   b d ef in ed   as     x , u n 2 x i x , c i r c i 3 dc i SM NC 1 x , u n SM NC x , u i dt x , cu dV       ( 1 2 )     x , l n 2 x i x , c i r c i 3 dc i SM NC 1 x , l n SM NC x , l i dt x , cl dV         ( 1 3 )     T h g en er alis ed   d y n a m ic  m o d el  o f   MM C   is   g i v en   b y   ab o v eq u atio n s   a n d   is   u s ed   in   t h co n tr o l   p u r p o s e.   T h d y n a m ic  m o d el lin g   o f   MM C   is   p r o p o s ed   [ 7 ]   b y   co n s id er in g   th s u m m at io n   o f   s u b - m o d u le   ca p ac ito r   v o ltag i n   ea ch   ar m   i n s tead   u s i n g   o f   i n d i v id u al  s u b - m o d u le  ca p ac ito r   v o l t ag i n   g e n er alize d   d y n a m ic  m o d el.   T h d ir ec an d   in d ir ec m o d u latio n   s tr ate g ies  to   d eter m i n t h MM C   d y n a m ic  m o d el  i s   pr o p o s ed   [ 8 ]   b y   u s in g   th n u, x   an d   n l, x ex p r es s io n .   I r esu l ts   in   t h co n ti n u o u s   d y n a m i m o d el  s in ce   lo f r eq u en c y   co m p o n e n t s   ar co n s id er ed .   Ma n y   m et h o d s   o f   co n tin u o u s   m o d elli n g   o f   M MC  an d   f r eq u e n c y   d o m ai n   m o d elli n g   ar p r o p o s ed   [ 9 ] .   T h m ai n   ad v a n ta g o f   t h is   m o d ell in g   co m p ar ed   to   g en er al   m o d elli n g   o f   MM C   is   th at  f aster   co m p u tati o n   o f   s y s te m   s ta tes  f o r   in cr ea s in   n u m b er   o f   lev els.   He n ce   i is   u n d er s to o d   th at   th d y n a m ic  m o d el  ca n   b o p t selec tio n   w h ile  s i m u lat in g   M MC  w it h   g r id   in ter f ac i n g   ap p licatio n s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   863     8 7 1   866   3 . 2 .   M o du la t io n T ec hn iq ues   Ma n y   p u ls w id t h   m o d u lat io n   tech n iq u es  h a v b ee n   ca r r ied   o u in   MM C   t h at  ar d is cu s s ed   b elo w .   C ar r ier   d is p o s itio n   p u l s w id t h   m o d u latio n   tec h n iq u w a s   p r o p o s ed   [ 10 ]   w h ic h   r eq u ir tr ian g u lar   ca r r ier   s ig n al  t h at  ar d is p lace d   p r o p o r tio n all y   w it h   r esp ec to   ze r o   ax is .   T h d esire d   o u tp u v o ltag is   o b tain ed   b y   co m p ar i n g   t h p h a s v o lta g e   r ef er en ce   w it h   t h ca r r ier   s ig n a l.  B ased   o n   t h s h i f i n   t h tr ian g u lar   ca r r ier   s ig n al  th i s   P W tech n iq u i s   f u r t h er   clas s i f ied   i n to   p h a s d is p o s itio n   ( P D) ,   p h ase  o p p o s itio n   d is p o s itio n   ( P OD)   an d   alter n ate   p h ase   o p p o s itio n   d is p o s itio n   ( A P OD) .   T h ca r r ier   s ig n als   o f   ab o v e   te ch n iq u es   ar s h o w n   in   Fig u r 3 .   T h m ai n   d r a w b a ck   o f   t h ese   P W tech n iq u e s   i s   t h at  u n eq u al   v o lta g d i s tr ib u tio n   a m o n g   th e   s u b   m o d u le  w h ich   r es u lt s   in   t h i n cr ea s in   th to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD) .   T o   r ep o r th is   is s u t h d if f er e n t   m o d u latio n   tech n iq u e s   s u ch   a s   s i m p le  ca r r ier   r o tatio n ,   m o d if ied   ca r r ier   r o tatio n   PW tec h n iq u es   ar u s ed   to   eq u alize   th v o lta g d is tr ib u t io n   a m o n g   t h s u b   m o d u le.   Ho w e v er   th T HD  is   r elativ e l y   h i g h .   Hen ce   t h m o d i f ied   P D - P W tech n iq u e   w i th   ca p ac ito r   v o ltag b ala n c in g   is   p r o p o s ed   [ 1 1 ] .   I n   th is   t ec h n iq u p ar ticu lar   g ati n g   s eq u e n ce   i s   n o ass ig n ed   to   s p ec i f ied   s u b   m o d u le.   T h co m p ar is o n   o f   r ef er e n ce   s i g n al  w i th   th e   ca r r ier   s ig n al  p r o d u ce   N+ 1   le v el  i n   th o u tp u s id w h ic h   d eter m i n es  t h n u m b er   o f   s u b   m o d u le  to   b ad d ed   in   u p p er   an d   lo w er   a r m .   T h P D - P W w it h   s elec ti v lo o p   b ias  m ap p in g   m et h o d   is   p r o p o s ed   f o r   v o ltag e   b alan cin g   i n   th m o d u le.   T h s u b   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag an d   d ir ec tio n   o f   i n d u cto r   cu r r e n ar th f ee d b ac k   s ig n al s   u s ed   in   t h is   m et h o d .   T h o th er   tec h n iq u es  ar t h at  t h p h ase   s h i f ca r r ier   m o d u latio n   tech n iq u [ 1 2 ]   in   w h ic h   ea c h   ca r r ier   is   p h a s s h i f ted   b y   3 6 0 /( N - 1 ) .   T h n u m b er   o f   ca r r ier   s i g n als   u s e d   in   t h i s   tec h n iq u e   d ep en d s   o n   th n u m b er   o f   lev el  in   MM C .   I n   th i s   tech n iq u ea ch   s u b m o d u le  o f   MM C   is   co n tr o lled   in d ep en d en tl y   a n d   v o ltag e   b alan ci n g   co n tr o i s   d o n b y   av er ag i n g   co n tr o a n d   b alan c in g   co n tr o l.  T h es e   co n tr o tech n iq u co n tr o t h av er ag s u b   m o d u le  v o lta g i n   ea ch   p h a s an d   al s o   in d iv id u all y   b alan ci n g   th e   ca p ac ito r   v o ltag o f   ea ch   s u b   m o d u le .   T h s w itc h i n g   s ig n al s   ar e   g iv e n   to   ea ch   s u b   m o d u l b y   co m p ar i n g   t h e   r ef er en ce   v o ltag e   w it h   f r o m   ea ch   p h a s w it h   th tr ian g u lar   ca r r ier   s i g n al.   T h m ai n   d r a w b ac k   o f   th is   m o d u latio n   tec h n iq u is   th a co m p le x it y   w i th   in cr ea s in   t h n u m b er   o f   s u b   m o d u le  a n d   in s tab il it y   u n d er   ce r tain   co n d itio n .   T h is   is s u is   o v er co m b y   i n tr o d u cin g   th ar m   b alan ce   co n tr o in   th r ef er en ce   s ig n al  b ased   o n   th d i f f er e n ce   in   t h ca p a cito r   v o ltag es  o f   u p p er   an d   t h lo w er   ar m . T h d if f er e n P W tech n iq u es  ar s h o w n   b elo w   i n   Fi g u r e   3.   C o m p ar i s o n   o f   ab o v m e n tio n ed   m o d u latio n   tech n iq u e s   is   s u m m ar ized   in   T ab le  1 .           Fig u r 3 . Mu ltil e v el  ca r r ier s : ( a)   P D,   ( b )   P O D,   ( c)   A P OD,   ( d )   p h ase - s h i f ted   ca r r ier s       I n   ad d itio n   to   t h ab o v m o d u latio n   tec h n iq u es   th e   SHE - P W tech n iq u i s   p r o p o s ed   [ 13 ]   in   w h ic h   th s w itc h i n g   p atter n   is   d eter m i n ed   to   eli m i n ate  t h e   lo w   o r d er   h ar m o n ic s   i n   th o u tp u t   v o lta g e.     T h m o d u latio n   tec h n iq u b a s ed   o n   f u n d a m en tal  s w itc h in g   f r eq u e n c y   h a s   b ee n   i n v e s ti g ated .   T h n ea r es t   lev el  co n tr o m o d u latio n   tech n iq u is   p r o p o s ed   [ 1 4 ]   in   w h i ch   v o ltag l e v el  n ea r est  to   th d esire d   v o ltag is   co n s id er ed .   T h is   tec h n iq u i s   v er y   ea s y   to   i m p le m e n a n d   ca n   b o p er ated   at  t h e   f u n d a m en tal  s w itc h i n g   f r eq u en c y .   T h tech n iq u p r o p o s ed   is   b ased   o n   f ix ed   p u ls p atter n   f ed   in to   th s u b   m o d u le  to   m ain tain   t h e   s tab ili t y   o f   th s to r ed   en er g y ,   w it h o u m ea s u r i n g   th ca p ac it o r   v o ltag es  o r   an y   o t h er   f ee d b ac k   co n tr o l,  an d   to   r e m o v ce r tai n   o u tp u v o lta g e   h ar m o n ics  at  a n y   ar b itra r y   m o d u latio n   i n d ex   a n d   o u tp u t - v o ltag p h ase  a n g le.   T h o p tim ized   m o d u latio n   t ec h n iq u is   p r o p o s ed   [ 1 5 ]   t h at  o p ti m ize  th p u ls p atte r n   to   m i n i m ize  t h e   h ar m o n ic  d is to r tio n   at  t h o u tp u t.  T h is   tec h n iq u i s   o p p o s ed   to   th P W tech n iq u e   w h er th ca r r ier   f r eq u en c y   h as   ef f ec t s   o n   th o u tp u v o lta g f r eq u en c y .   B ased   o n   th e   ab o v liter at u r o n   m o d u latio n   tec h n iq u es i n   MM C   it is   k n o wn   th at  t h p h a s s h i f ted   P W is   ea s y   to   i m p le m en w i th   r ed u ce d   T HD.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   R ev iew   o n   Desig n a n d   C o n tr o l Meth o d s   o f Mo d u l a r   Mu ltil ev el  C o n ve r ter   ( R a mya   G. )   867   T ab le  1.   Key   co n tr ib u t io n s   o n   d if f er e n m o d u latio n   tec h n iq u es   M o d u l a t i o n   t e c h n i q u e   P r o p o se d   C o n t r i b u t i o n   o f   t h e   a u t h o r s   C a r r i e r   d i sp o s i t i o n   t e c h n i q u e   T h e   d e si r e d   o u t p u t   v o l t a g e   i o b t a i n e d   w i t h   l o w   h a r mo i n c w i t h   t h i s   t e c h n i q u e .   T h e   c a r r i e r   si g n a l   t h a t   a r e   d i s p l a c e d   p r o p o r t i o n a l l y   w i t h   r e sp e c t   t o   z e r o   a x i s.  T h e y   a r e   c l a ssi f i e d   i n t o   P D P W M ,   P O D P W M ,   a n d   A P O D P W M .   S i mp l e   c a r r i e r   r o t a t i o n   a n d   mo d i f i e d   c a r r i e r o t a t i o n   P W M   t e c h n i q u e s   T h i mo d u l a t i o n   t e c h n i q u e   e q u a l i z e d   t h e   v o l t a g e   d i st r i b u t i o n   a mo n g   t h e   s u b   mo d u l e .   M o d i f i e d   P D - P W M   t e c h n i q u e   T h e   c a p a c i t o r   v o l t a g e   b a l a n c i n g   i c a r r i e d   o u t   w i t h   e q u a l   v o l t a g e   d i s t r i b u t i o n   a mo n g   t h e   su b - mo d u l e   w i t h   l o w   TH D .   I n   t h i t e c h n i q u e   r e f e r e n c e   si g n a l   i c o m p a r e d   w i t h   t h e   c a r r i e r   si g n a l   p r o d u c e   N + 1   l e v e l   i n   t h e   o u t p u t   si d e .   T h e   g a t i n g   si g n a l a r e   a ssi g n e d   t o   s p e c i f i e d   su b   mo d u l e   f o r   t h e   d e si r e d   o u t p u t .   PD - P W M   w i t h   se l e c t i v e   l o o p   b i a s m a p p i n g   T h e   su b   mo d u l e   c a p a c i t o r   v o l t a g e   b a l a n c i n g   i s   d o n e   w i t h   t h i s   me t h o d .   T h e   mai n   a d v a n t a g e   o f   t h i me t h o d   i t h a t   a b se n c e   a d d i t i o n a l   r e f e r e n c e   si g n a l   t o   c o n t r o l   c a p a c i t o r   v o l t a g e   a n d   a l so   e a sy   i mp l e me n t a t i o n .   P h a se   s h i f t   c a r r i e r   mo d u l a t i o n   t e c h n i q u e   T h e   d e si r e d   o u t p u t   v o l t a g e   i o b t a i n e d   c o mp a r e d   t o   o t h e r   mo d u l a t i o n   t e c h n i q u e s w i t h   v e r y   l o w   T H D .       3 . 3 .   Vo lt a g B a la ncing   Co ntr o l   I is   n ec es s ar y   to   b ala n ce   t h s u n   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag at   V dc /N.   T h v o ltag e   b alan ci n g   tech n iq u b ased   o n   P SC - P W w a s   p r o p o s ed   [ 12 ]   t o   b alan ce   th s u b   m o d u le  b y   p r o v id i n g   ap p r o p r iate  P W M   s ig n al s   to   ea ch   s u b   m o d u le.   T h is   v o ltag b ala n ci n g   tec h n iq u d o es n o t n ee d   to   m ea s u r th e   ar m   c u r r en w h ic h   r ed u ce s   th co m p le x it y   i n   th e   co n tr o s tr ateg y .   T h clo s ed   lo o p   v o ltag b alan cin g   m et h o d   is   p r o p o s ed   [ 3 ]   in   w h ic h   t h clo s ed   lo o p   co n tr o m et h o d   is   i m p le m e n ted   f o r   ea ch   s u b   m o d u le  f o r   t h v o lt ag b alan c in g .   T h e   p r ed i ctiv s tr ate g y   w a s   p r o p o s ed   f o r   t h co n tr o o f   MM C   i n   w h ic h   t h e   s u b   m o d u le  v o lta g i s   b ala n ce d   b ased   o n   t h p r ed ef i n ed   co s f u n c tio n .   T h v o ltag e   b alan ci n g   b ase d   o n   t h s o r ti n g   m et h o d   is   p r o p o s ed   [ 1 2 ]   in   w h ic h   th v o ltag e   b alan ci n g   i s   ca r r ie d   o u b y   m ea s u r i n g   t h v o ltag o f   ea c h   s u b   m o d u le  a n d   s o r t in g .   I n   th i s   m et h o d   if   th u p p er /lo w er   ar m   cu r r e n is   p o s iti v th s u b   m o d u le   w it h   lo w e s v o lta g ar id en ti f ied   an d   in s er ted   a m o n g   s u b   m o d u le  p r esen in   ea ch   ar m .   T h in s er ted   s u b   m o d u le  is   ch ar g ed   an d   th co r r e s p o n d in g   v o ltag i s   in cr ea s ed .   Si m ilar l y   if   th u p p er /lo w er   ar m   c u r r en i s   n e g ati v th s u b   m o d u le  w it h   h ig h e s v o lta g ar id e n ti f ied   an d   i n s er ted   a m o n g   s u b   m o d u le  p r ese n t i n   ea ch   ar m .   T h in s er ted   s u b   m o d u le   is   d is ch ar g ed   a n d   t h e   co r r esp o n d in g   v o lta g is   d ec r ea s ed .   T h m a in   d r a w b ac k   o f   th is   m eth o d   is   th at  i n cr ea s ed   s w itc h i n g   f r eq u e n c y ,   p o w er   lo s s   an d   p r o v id es  s w it ch in g   tr an s itio n   a m o n g   th e   s u b   m o d u le.   T h o th er   v o lta g b alan cin g   m et h o d s   ar p r o p o s ed   to   r ed u ce   th s w itc h i n g   f r eq u e n c y .   An   o p en   lo o p   m et h o d   f o r   t h v o lt a g b alan cin g   is   ca r r ied     o u [ 1 6 ]   b ased   o n   th s elec tiv e   h ar m o n ic  eli m i n atio n   P W tech n iq u e.   A   h y b r id   b alan ci n g   m et h o d   [ 1 7 ]   b ased   o n   th p r ed ictiv er r o r   s o r tin g   m eth o d   an d   t h co n v e n tio n al  v o ltag s o r tin g   alg o r it h m   i s   i m p le m e n ted   f o r   t h v o ltag e   b alan ci n g   o f   MM C .   I is   b ased   o n   t h s o r tin g   o f   er r o r   b et w ee n   t h p r ed icted   ca p ac ito r   v o ltag e     an d   n o m i n al  v o ltag v al u an d   th s u b   m o d u le  w it h   m i n i m u m   er r o r   is   in s er ted .         T ab le  2 .   Key   co n tr ib u t io n s   o n   d if f er e n t v o lta g b alan ci n g   m e th o d   V o l a t g e   B a l a n c i n g   M e t h o d   C o n t r i b u t i o n   o f   t h e   a u t h o r s   V o l t a g e   b a l a n c i n g   t e c h n i q u e   b a se d   o n   P S C - P W M   I n   t h i me t h o d   v o l t a g e   b a l a n c i n g   i c a r r i e d   o u t   w i t h o u t   me a su r i n g   t h e   a r c u r r e n t   t h a t   r e d u c e s t h e   c o mp l e x i t y .   C l o se d   l o o p   v o l t a g e   b a l a n c i n g   me t h o d   T h e   su b   mo d u l e   v o l t a g e   b a l a n c i n g   i c a r r i e d   o u t   w i t h   c l o se d   l o o p   c o n t r o l .   P r e d i c t i v e   c o n t r o l   me t h o d   V o l t a g e   b a l a n c i n g   o f   t h e   M M C   i c a r r i e d   o u t   b a se d   o n   c a l c u l a t i n g   t h e   a mo u n t   o f   c h a r g e   st o r e d   i n   su b   mo d u l e   c a p a c i t o r   V o l t a g e   b a l a n c i n g   b a se d   o n   t h e   so r t i n g   me t h o d   V o l t a g e   b a l a n c i n g   i c a r r i e d   o u t   b y   me a su r i n g   t h e   v o l t a g e   o f   e a c h   s u b   mo d u l e   a n d   so r t i n g   i t .   O p e n   l o o p   me t h o d   f o r   t h e   v o l t a g e   b a l a n c i ng   V o l t a g e   b a l a n c i n g   i d o n e   b a se d   o n   t h e   se l e c t i v e   h a r mo n i c   e l i mi n a t i o n   P W M   t e c h n i q u e .   H y b r i d   b a l a n c i n g   me t h o d   T h e   v o l t a g e   b a l a n c i n g   i i m p l e me n t e d   b y   u si n g   p r e d i c t i v e   e r r o r   so r t i n g   me t h o d   a n d   t h e   c o n v e n t i o n a l   v o l t a g e   so r t i n g   a l g o r i t h m.   F u n d a me n t a l - f r e q u e n c y   b a l a n c i n g   st r a t e g y ,   V o l t a g e   b a l a n c i n g   i c a r r i e d   o u t   b a se d   o n   t h e   c o n v e n t i o n a l   so r t i n g   me t h o d ,   e x e c u t e d   a t   t h e   p r e - sp e c i f i e d   p h a se   a n g l e s.   O p t i mi z e d   c a p a c i t o r   b a l a n c i n g   a l g o r i t h m   I n   t h i me t h o d   a   mai n t a i n i n g   f a c t o r   i i n t r o d u c e d   a n d   mu l t i p l i e d   b y   t h e   c a p a c i t o r   v o l t a g e o f   t h e   su b   mo d u l e   w i t h   h i g h e r   c a p a c i t o r   v o l t a g e   t o   m a i n t a i n   t h e   v o l t a g e   b a l a n c e   o f   t h e   su b   mo d u l e .   C l o se d - l o o p   mo d i f i e d   so r t i n g   me t h o d   I n   t h i t e c h n i q u e   p h a se - sh i f t e d   c a r r i e r   P W M   st r a t e g y   i i mp l e me n t e d ,   i n   w h i c h   t h e   i n se r t i o n / b y p a ss i n g   o f   t h e   su b   mo d u l e   i c a r r i e d   o u t   b a se d   o n   me a s u r i n g   t h e   c a p a c i t o r   v o l t a g e .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   863     8 7 1   868   A   f u n d a m e n tal - f r eq u e n c y   b al an cin g   s tr ate g y ,   w h ic h   is   b as ed   o n   th co n v e n tio n al  s o r tin g   m et h o d ,   ex ec u ted   at  t h p r e - s p ec i f ied   p h ase  an g le s .   A   p r ed icti v alg o r ith m   i s   p r o p o s ed   f o r   v o ltag b alan c in g   b y   ca lcu lati n g   th a m o u n t o f   c h ar g s to r ed   in   th SM  ca p ac it o r s .     T h o p ti m ized   ca p ac ito r   b alan cin g   alg o r it h m   i s   i m p le m en ted   in   w h ich   t h s u b   m o d u le   ca p ac ito r   v o ltag i s   ad j u s ted   b ef o r s o r tin g .   T h s u b   m o d u le  w i th   h ig h er   v o lta g th at  e x ce ed s   t h ce r tain   li m it  is   co n s id er ed .   A   m a in ta in i n g   f a cto r   is   in tr o d u ce d   an d   m u ltip l ied   b y   t h ca p ac ito r   v o ltag es  o f   th s u b   m o d u l e   w it h   h i g h er   ca p ac ito r   v o ltag to   m ai n tai n   t h v o ltag e   b alan ce   o f   th e   s u b   m o d u le.   A p r ed ictiv e   co n tr o l     m et h o d   [ 1 8 ]   is   im p le m e n ted   f o r   v o ltag b alan cin g   o f   t h MM C   b ased   o n   ca lcu lati n g   th am o u n o f   ch ar g s to r ed   in   s u b   m o d u le  ca p ac it o r .   A   clo s ed - lo o p   m o d if ied   s o r tin g   m et h o d   is   p r o p o s ed   w ith   co m b i n atio n   o f   p h ase - s h i f ted   ca r r ier   P W s tr ateg y ,   in   w h ich   th in s er tio n / b y p as s i n g   o f   t h s u b   m o d u le  i s   ca r r ied   o u b ased   o n   m ea s u r in g   t h ca p ac ito r   v o ltag e.   I n   th i s   m et h o d ,   o n l y   li m ited   n u m b er   o f   s u b   m o d u l es  ar s o r ted   w it h i n   ea ch   co n tr o c y c le.   I f   t h s u b   m o d u le  n ee d s   to   b ON/OF to   o b tain   th r eq u ir ed   v o lta g lev el  t h s o r ti n g   i s   ca r r ied   o u w it h i n   t h s u b   m o d u le  w it h   O FF /ON   s ta te  i n   ea ch   ar m . Ma n y   v o lta g b ala n ci n g   m et h o d s   ar e   p r o p o s ed   b y   v ar io u s   r esear ch e r s   an d   it is   co m p ar ed   an d   lis te d   in   T ab le  2 .     3 . 4 .   Circ ula t ing   Curre nt  Co ntr o l   T h v o ltag e   d if f er en ce   b et w ee n   t h t h r ee   p h a s eM M C   lead s   t o   cir cu lati n g   cu r r e n f lo w   t h r o u g h   ea c h   leg .   T h cir cu lati n g   cu r r en t   co n tain s   n e g ati v s eq u en c co m p o n e n t s   w it h   t h f r e q u en c y   t w ice  t h e   f u n d a m en ta f r eq u e n c y   [ 19 ] .   T h p r esen ce   o f   cir cu lat in g   c u r r en m a y   lead   to   in cr ea s i n   t h p ea k   a n d   r m s   v alu e   o f   p h a s c u r r en i n   ea c h   le g   an d   al s o   in cr ea s in   th e   p o w er   lo s s   a n d   r ip p le  co n ten in   t h e   s u b   m o d u l e   ca p ac ito r   v o ltag es .   He n ce   t h e   cir cu lati n g   cu r r en co n tr o ller   tech n iq u i s   p r o p o s ed   to   li m it  th e s is s u es.  T o   co n tr o th cir cu la tin g   c u r r en v ar io u s   tec h n iq u es  h a v b ee n   ca r r ied   o u in   th tech n ical  liter at u r e.   T h cir cu lati n g   cu r r en m o d el  i s   p r o p o s ed   b ased   o n   co n tr o llin g   th en   cir cu la tin g   c u r r en a s   t h e   cu r r e n co n tr o lled   v o ltag s o u r ce   [ 2 0 ] .   I is   u s ed   to   co n tr o th v o lta g to   r ed u ce   th p r ese n ce   o f   ac   co m p o n e n t s   i n   t h e   cir cu lati n g   cu r r e n t.  T h f ir s t   o r d er   m o d el  i s   p r o p o s ed   to   m o d el  th cir c u lati n g   c u r r en al o n g   w it h   d a n d   ac   co m p o n e n t s   w h ic h   is   u s ed   to   m o d el   th e   co n tr o s y s te m   ea s i l y .   T h d esi g n   o f   ar m   i n d u cto r   an d   s u b   m o d u le   ca p ac ito r   w h ich   l i m its   th cir cu lati n g   cu r r en b y   e s ti m ati n g   th p er ce n ta g o f   ac   co m p o n en ts   p r ese n i n   t h e   ar m   c u r r e n a n d   cir cu la tin g   c u r r en t.  T h i n d ir ec m o d u lati o n   tech n iq u [ 21 ]   is   p r o p o s ed   w h ic h   li m it s   t h e   cir cu lati n g   c u r r en t   in   th e   M MC.  T h p r o p o r tio n al  co n tr o ller   is   p r o p o s ed   to   lim it  t h ci r cu lati n g   c u r r en b y   in tr o d u ci n g   t h ac ti v r esis ta n ce   in   ea ch   ar m .       T ab le  3 .   Key   co n tr ib u t io n s o n   d if f er e n t c ir cu la tin g   c u r r en t e l i m i n atio n   m et h o d   C i r c u l a t i n g   C u r r e n t   C o n t r o l   C o n t r i b u t i o n   o f   t h e   a u t h o r s   C i r c u l a t i n g   c u r r e n t   c o n t r o l   mo d e l   I n   t h i me t h o d   t h e   su b   mo d u l e   v o l t a g e   i c o n t r o l l e d   t o   r e d u c e   t h e   p r e se n c e   o f   a c   c o mp o n e n t i n   t h e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t .   F i r st   o r d e r   mo d e l   I n   t h i mo d e l   t h e   d e si g n   o f   a r i n d u c t o r   a n d   su b   mo d u l e   c a p a c i t o r   a r e   d e si g n e d   w h i c h   l i mi t t h e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t   b y   e st i mat i n g   t h e   p e r c e n t a g e   o f   a c   c o mp o n e n t s   p r e se n t   i n   t h e   a r m c u r r e n t   a n d   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t .   I n d i r e c t   mo d u l a t i o n   t e c h n i q u e   I n   t h i t e c h n i q u e   t h e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t   i e l i mi n a t e d   i n d i r e c t l y   b y   c o n t r o l l i n g   t h e   t o t a l   e n e r g y   i n   e a c h   p h a se   o f   t h e   sy st e m.   P r o p o r t i o n a l   c o n t r o l l e r   t e c h n i q u e   T h i me t h o d   l i m i t s   t h e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t   b y   i n t r o d u c i n g   t h e   a c t i v e   r e si st a n c e   i n   e a c h   a r m.   D o u b l e   l i n e   f r e q u e n c y   a b c - d q   t r a n sf o r ma t i o n   T h i me t h o d   i u se d   t o   e l i mi n a t e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t ,   t h e   c o n t r o l   o f   t h e   d q   c o mp o n e n t u si n g   P I   c o n t r o l l e r .   P R   c o n t r o l l e r   t e c h n i q u e   I n   t h i s   t e c h n i q u e   t h e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t   i e l i mi n a t e d   b y   l i mi t i n g   t h e   a c   c o mp o n e n t s   p r e se n t   i n   i t .   M o d i f i e d   sw i t c h i n g   f u n c t i o n   me t h o d   T h i t e c h n i q u e   c i r c u l a t i n g   c u r r e n t   i e l i mi n a t e d   b a se d   o n   t h e   p r e d i c t e d   v o l t a g e   r i p p l e   e st i mat i o n .       T h m ai n   d r a w b ac k   o f   t h i s   te ch n iq u is   t h at  t h s tead y   s ta te  er r o r   is   o b tain ed   d u to   p r o p o r tio n al   co n tr o ller .   B ased   o n   th d o u b le  lin f r eq u en c y   ab c - d q   tr an s f o r m atio n   to   eli m i n ate  cir cu lati n g   c u r r en t,  th e   co n tr o o f   t h d q   co m p o n en t s   u s i n g   P I   co n tr o ller   is   ca r r i ed   o u t.  T h m a in   is s u e   o f   th is   tec h n iq u i s   t h a t   r o b u s tn es s   u n d er   ac   s id i m b a lan ce .   T h P R   co n tr o ller   [ 22 ]   is   p r o p o s ed   to   elim i n ate  t h ac   co m p o n e n t s   in   th e   cir cu lati n g   c u r r en t.  T h co n tr o m eth o d   w as  p r o p o s ed   to   co n tr o d co m p o n e n ts   o f   cir cu lati n g   c u r r en to   i m p r o v t h s tab il it y   o f   t h e   s y s te m   u n d er   u n b ala n ce   c o n d itio n .   T h r ef er en ce   f o r   d co m p o n e n t s   is   d eter m in ed   f r o m   t h av er a g e   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag e.   T h m o d if ied   s w itc h in g   f u n ctio n   m et h o d   w a s   p r o p o s ed   to   elim in a te  th cir c u lati n g   c u r r en in   MM C .   T h is   tech n iq u is   b ased   o n   th p r ed ict ed   v o ltag r ip p le   w h ic h   is   d i f f icu l to   ca lcu late  u n d er   all  o p er atio n   co n d itio n .   T h m o d el  b ase d   p r ed ictiv co n tr o m et h o d   w a s   i m p le m en ted   to   l i m it  t h cir cu lati n g   cu r r en t.  T h m ai n   d r a w b ac k   o f   th is   m et h o d   is   th at  e s ti m atio n   o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   R ev iew   o n   Desig n a n d   C o n tr o l Meth o d s   o f Mo d u l a r   Mu ltil ev el  C o n ve r ter   ( R a mya   G. )   869   cir cu lati n g   c u r r en co m p o n e n t s   is   d if f ic u lt  w it h   lar g n u m b er   o f   s u b   m o d u le s .   T ab le  3   ex p lain s   t h d if f er en t   m et h o d s   o n   cir cu lati n g   cu r r en t   eli m i n atio n   i n   MM C .     3 . 5 .   Sub  M o du le  Ca pa cit o Vo lt a g Ripp le  Reduct io n Co ntr o M et ho ds     T h s u b   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag r ip p le  is   m ai n l y   d u to   f u n d a m e n tal  an d   s ec o n d   h ar m o n ic   co m p o n e n t s .   T h s izi n g   o f   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   is   also   m a in   f ac to r   in   m ai n tai n i n g   t h v o ltag r ip p le  w i th i n   th ce r tai n   li m it .   Ma n y   tech n i q u es  h a v b ee n   ca r r ied   o u f o r   th r ed u ctio n   o f   v o ltag r ip p l in   t h s u b   m o d u le  ca p ac ito r .   So m o f   t h tec h n i q u es  ar d is c u s s ed   b elo w .   T h r ip p le  co n ten o f   t h e n   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   ca n   b r ed u ce d   b y   ad d in g   t h h ar m o n ic  co n te n i n   th cir cu la tin g   cu r r en [ 2 3 ] .   B y   ca lcu lati n g   th p o w er   p r o d u ce d   b y   ea c h   ar m   s u itab le  s ec o n d   h ar m o n ic  cir cu lati n g   cu r r en is   d eter m i n ed   to   r ed u ce   th r ip p les  in   th e   ca p ac ito r   v o ltag e.   B y   i n j ec tin g   s ec o n d   an d   f o u r th   h ar m o n ic  co m p o n e n t s   in   cir c u lati n g   c u r r en it  o p ti m i s es  t h e   en er g y   v ar iatio n   i n   ea ch   ar m   w h ic h   also   r ed u ce s   t h r ip p le  in   ca p ac ito r   v o ltag e .   T h r ip p le  o f   s u b   m o d u le   ca p ac ito r   is   r ed u ce d   b y   o p ti m i zin g   th r m s   v al u o f   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   r ip p le  u s i n g   s ec o n d   h ar m o n ic   i n   t h e   cir cu lati n g   c u r r en t .   T h clo s e d   lo o p   co n tr o m et h o d   is   p r o p o s ed   to   eli m i n ate  s ec o n d   h ar m o n ic  co m p o n en o f   th ca p ac ito r   v o ltag r ip p le   [ 24 ] .   T h ab o v tech n iq u es  in   r e d u ctio n   o f   r ip p le  in   s u b   m o d u l ca p ac ito r   v o ltag m a y   lead   to   in cr ea s i n   th p e ak   an d   r m s   v al u o f   th ar m   cu r r en an d   i n cr ea s in   p o w er   lo s s .   A   tec h n iq u i s   p r o p o s ed   to   r ed u ce   th r ip p le  in   ca p ac ito r   v o lta g b y   m a in ta in i n g   th e   r m s   v a lu o f   ar m   cu r r en w it h i n   ce r tai n   li m it  t h er eb y   li m iti n g   th p o wer   lo s s .   T h s in w a v tec h n iq u w as  p r o p o s ed f o r   th r ed u ctio n   o f   r ip p le  in   th e   ca p ac ito r   v o ltag e.   I n   t h is   tec h n iq u a   co m m o n   m o d v o lta g an d   cir c u lati n g   cu r r e n i s   i n j ec ted   in   ea c h   p h ase.   I t is g i v en   b y     t s i n cm M cm m                 ( 1 4 )     3 dc i 2 x i x m t s i n cm M 2 x m 1 x i x , c i r c i             ( 1 5 )     w h er e,   M cm   an d   ɷ   ar th m a g n it u d an d   an g u lar   f r eq u e n c y   o f   co m m o n   m o d v o lta g e.       T h r ef er en ce   w a v e f o r m s   o f   t h s in e   P W tech n iq u e   is   u s e d   to   co n tr o t h u p p er   an d   lo wer   ar m s   o f   ea ch   p h a s w h ic h   g en er ate s   t h co m m o n - m o d v o ltag e.   A p p r o p r iate  p h ase  s h i f t   is   g i v e n   to   ea ch   s u b   m o d u le   s o   th at  th lo w   f r eq u en c y   co m p o n en ts   ar n o p r esen in   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   v o ltag e.   I n   th is   tec h n iq u th e   m ag n it u d o f   cir cu lat in g   cu r r en in cr ea s e s   w h ich   i n cr ea s es   th p o w er   lo s s   in   t h is   s y s te m .   T o   o v er co m t h is   is s u e   t h s q u ar w a v tech n iq u [ 2 5 ]   w a s   p r o p o s ed   to   r ed u c th e   p ea k   a n d   r m s   v al u o f   ci r cu lati n g   cu r r en t b y   s q u ar w a v co m m o n   m o d v o ltag e   an d   cir c u lati g n g   cu r r e n i n j ec tio n   tec h n iq u e.   h y b r id   tech n iq u e   i s   t h e   co m b i n atio n   o f   s q u ar e - w a v co m m o n - m o d v o lta g an d   a   s in u s o id al  cir c u lati n g   c u r r en t .   T h ad v an tag o f   th is   tec h n iq u o v er   t h s i n e - wav tech n iq u i s   t h r ed u ctio n   in   p ea k   an d   r m s   v alu o f   cir cu latin g   cu r r en ts   a n d   th s u b   m o d u le  ca p ac ito r   v o lta g r ip p le.     3 . 6 .   Appl ica t io ns   o f   M M C   T h MM C   w as  i n tr o d u ce d   m ain l y   f o r   HVDC  ap p licatio n s .   T h MM C   is   u s ed   in   m ed i u m   v o lta g e   v ar iab le  s p ee d   d r iv es  d u to   its   ad v an tag e s   o v er   o th er   m u ltil ev el  co n v er ter .   I n   r ec en y ea r s   th MM C   h as   b ee n   u s ed   in   g r id   co n n ec ted   ap p licatio n   d u to   it s   ad v a n ta g o f   m ed i u m   an d   h i g h   v o lta g ap p licatio n .   T h MM C   w it h   in te g r ated   en er g y   s to r ag to   in ter f ac lo w / m ed i u m   v o ltag b atter ies  to   g r id   is   p r o p o s ed   [ 26 ] .   T h e   s tu d y   o f   o p ti m al  d es ig n   o f   M MC  f o r   tr an s f o r m er   le s s   g r id   co n n ec ted   s ta n d alo n h ig h   p o w er   en er g y   s to r ag e   s y s t em .   A   p o w er   elec tr o n ic   tr an s f o r m er   b ased   o n   a n   MM C   f o llo w ed   b y   a n   i s o lated   d u al - a ctiv e - b r id g d c d co n v er ter   a n d   a n   i n v er ter   is   p r o p o s ed   [ 2 7 ] .   T h p o s s ib ilit y   o f   u s i n g   MM C   a s   a n   in ter f ac b et w ee n   th e   g r id   an d   p h o to v o lt aic  p an els  w as  d is cu s s ed .   A   f a m i l y   o f   m ed iu m /h i g h   v o lta g d c d co n v er ter s   b ased   o n   th MM C   to p o lo g y   h a s   b ee n   r ec en tl y   in tr o d u ce d   an d   in v es tig a t ed   [ 2 8 ] .   A   m e th o d o lo g y   to   o p ti m ize  t h d esig n   o f   th d c d co n v er ter   b ased   o n   MM C   w it h   r eg ar d   t o   s ilico n   ar ea   w as p r o p o s ed .       4.   CO NCLU SI O N   T h s ig n i f ica n f ea t u r es  o f   M MC  s u c h   a s   it s   m o d u lar it y   a n d   s ca lab ilit y   m a y   lead   to   a n y   n u m b er   o f   v o ltag lev el s   w i th   r ed u ce d   h ar m o n ic  a n d   h i g h er   ef f icie n c y .   I n   r ec e n y ea r s   t h MM C   h a s   b ec o m m o r e   s u p er io r   th a n   o th er   p o w er   co n v er ter s   f o r   v ar io u s   m ed i u m   to   h ig h   v o lta g e/p o w er   s y s te m s   a n d   in d u s tr ial   ap p licatio n s   i n cl u d in g   HVD C   tr an s m is s io n   s y s te m s ,   F AC T S,  m ed iu m - v o l tag v ar iab le - s p ee d   d r iv es,     an d   m ed i u m /h i g h   v o lta g d c d co n v er ter s .   T h er ar m a n y   tech n iq u es  d i s cu s s ed   b ased   o n   v o lta g b alan c in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 6   863     8 7 1   870   o f   s u b   m o d u le  ca p ac ito r   an d   also   eli m i n ati n g   th c ir cu lati n g   cu r r en i n   ea ch   ar m .   T h ca p ac ito r   v o ltag r ip p le  r ed u ctio n   tec h n iq u e s   ar al s o   d is cu s s ed   w it h o u s ac r i f ici n g   t h co n v er ter   e f f icie n c y   a n d   co s e f f ec ti v e.   Ma n y   m o d u latio n   tech n iq u e s   h av b ee n   d is cu s s ed   in   m a n y   l iter atu r es  th at  en ab le  h i g h   e f f icien c y   an d   r ed u ce d   s tr ess   o n   th d e v ice.   C o n s id er in g   t h b en ef it s   o f   M MC  i n   r ec en a p p licatio n   in   p r ese n s ce n ar io   it  is   k n o w n   t h at  t h d ev elo p m en t   o f   n o v el  m o d u la tio n   a n d   co n tr o s tr ateg ies  w ill   b m aj o r   d r iv in g   f ac to r   f o r   t h u s e   o f   M MC   i n   f u tu r ap p licatio n s .   T h is   p ap er   g iv es  co m p r eh e n s i v r e v ie w o n   t h co n tr o s tr ateg ie s   o f   MM C   w h ile  ch o o s in g   t h to p o lo g y   f o r   p ar ticu lar   ap p licatio n .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.  Do rn ,   D.  Hu a n g   a n d   D.  Re tzm a n ,   " A   n e w   M u lt il e v e V o l tag e - S o u rc e d   Co n v e rter  T o p o l o g y   f o HV DC  A p p li c a ti o n s" ,   CIGRE ,   p p .   1 - 8 ,   2 0 0 8 .     [2 ]   S re e d h a rM a d ich e tt y ,   Da sg u p taA b h ij i t,   S iv a ji Jin k a ,   A   S u rv e y   a n d   Ex p e rim e n tal  V e rif ica ti o n   o f   M o d u lar   M u lt il e v e Co n v e rters ,   In ter n a ti o n a J o u r n a o Po we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ( IJ PE DS ) ,   V o l.   4 ,   No .   3 ,   p p .   363 - 3 7 5 ,   2 0 1 4 .   [3 ]   Ch u e n   L in g   T o h ,   L a rs  Ei n a r   No ru m ,   V HD I m p le m e n tatio n   o f   Ca p a c it o Vo lt a g e   Ba lan c in g   Co n tro w it h   L e v e l - S h if ted   P W M   f o M o d u lar  M u lt i lev e Co n v e rter ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o P o we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m   ( IJ PE DS ) ,   V o l .   7 ,   No .   1 ,   M a rc h   2 0 1 6 .   [4 ]   M .   G u a n   a n d   Z.   Xu ,   M o d e li n g   a n d   c o n tro o f   a   m o d u lar  m u lt il e v e c o n v e rter - b a se d   HV DC  s y ste m   u n d e u n b a la n c e d   g rid   c o n d it io n s‖ ,   IEE T ra n s.  P o we r E lec tro n .,   v o l.   2 7 ,   n o .   1 2 ,   p p .   4 8 5 8 4 8 6 7 ,   De c .   2 0 1 2 .   [5 ]   G . T .   S o n ,   H.J.  L e e ,   T . S .   Na m ,   Y.H.   Ch u n g ,   a n d   U.H.  L e e ,   De sig n   a n d   c o n tro o f   a   m o d u lar  m u lt il e v e HV DC  c o n v e rter  w it h   re d u n d a n p o w e m o d u les   f o n o n - in terr u p t ib le  e n e rg y   tr a n sf e r ,   IEE T ra n s.  P o we De l. , v o l.   2 7 ,   n o .   3 ,   p p .   1 6 1 1 1 6 1 9 ,   Ju l .   2 0 1 2 .   [6 ]   N.  T h it ich a iw o ra k o rn ,   M .   Ha g iw a r a ,   a n d   H.  A k a g i,   Ex p e ri m e n tal  v e rif ica ti o n   o f   a   m o d u lar  m u lt il e v e c a sc a d e   in v e rter  b a se d   o n   d o u b le - sta b ri d g e - c e ll (M M CI DSBC)‖ ,   IEE E   T ra n s.  I n d .   Ap p l . ,   v o l .   P P ,   n o .   9 9 ,   p p .   1 1 ,   Ja n .   2 0 1 3 .   [7 ]   D.  S iem a s z k o ,   A .   A n to n o p o u lo s,  K.  Ilv e s,  M .   V a silad io t is,   L .   A n g q u ist,   a n d   H .   P .   Ne e ,   Eva l u a ti o n   o c o n tro l   a n d   mo d u l a ti o n   me th o d s fo r   mo d u l a mu lt il e v e c o n v e rte rs ,   in   P ro c .   I n t.   P o w e El e c tro n .   C o n f . ,   p p .   7 4 6 7 5 3 ,   2 0 1 0 .   [8 ]   L .   Ha rn e f o rs ,   A .   A n to n o p o u lo s ,   S .   No rrg a ,   L .   A n g q u ist,   a n d   H .   Ne e ,   D y n a m i c   a n a l y sis  o f   m o d u lar  m u lt il e v e l   c o n v e rters ,   IEE T ra n s.  I n d .   El e c tro n . ,   v o l.   6 0 ,   n o .   7 ,   p p .   2 5 2 6 2 5 3 7 ,   J u l.   2 0 1 3   [9 ]   S re e d h a r   M a d ich e tt y   a n d   A b h ij i t   Da sg u p ta,  M o d u lar  M u lt il e v e Co n v e rters   P a rt - I :   A   Re v ie w   o n   T o p o l o g ies ,   M o d u latio n ,   M o d e li n g   a n d   C o n tro S c h e m e s ,   In ter n a ti o n a J o u rn a l   o f   P o we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m   ( IJ PE DS ),   V o l .   4 ,   No .   1 ,   M a rc h   2 0 1 4   p p .   3 6 - 50.   [1 0 ]   J.  M e i,   B.   X iao ,   K.  S h e n ,   L .   T o lb e rt,   a n d   J. Y .   Zh e n g ,   M o d u lar  m u lt il e v e in v e rt e w it h   n e w   m o d u lati o n   m e th o d   a n d   it a p p li c a ti o n   t o   p h o to v o l taic   g rid - c o n n e c ted   g e n e ra to r ,   IE EE   T ra n s.  P o we El e c tro n . ,   v o l.   2 8 ,   n o .   1 1 ,   p p .   5 0 6 3 5 0 7 3 ,   No v .   2 0 1 3   [1 1 ]   D.W .   Ka n g ,   W . K.  L e e ,   a n d   D. S .   Hy u n ,   Ca rrier - Ro tatio n   stra t e g y   f o v o lt a g e   b a lan c in g   in   f ly i n g   c a p a c it o m u lt il e v e in v e rter ,   IEE   P r o c .     El e c tri c   P o w e A p p l. ,   v o l.   1 5 1 ,   n o .   2 ,   p p .   2 3 9 2 4 8 ,   2 0 0 4 .   [1 2 ]   M .   Ha g iwa ra   a n d   H.  A k a g i,   Co n tro l   a n d   e x p e rim e n o f   p u lse   w id th   m o d u late d   m o d u lar  m u lt il e v e c o n v e rters ,   IEE T ra n s.  P o we r E lec tro n . ,   v o l .   2 4 ,   n o .   7 ,   p p .   1 7 3 7 1 7 4 6 ,   Ju l .   2 0 0 9 .   [1 3 ]   M .   Ha g iw a ra ,   R.   M a e d a ,   a n d   H.  Ak a g i,   Co n tro a n d   a n a ly sis  o f   th e   m o d u lar  m u lt il e v e c a sc a d e   c o n v e rter  b a se d   o n   d o u b le - sta c h o p p e r - c e ll s (M M C C DSCC)‖ ,   IEE E   T ra n s.P o we r E lec tro n . ,   v o l .   2 6 ,   n o .   6 ,   p p .   1 6 4 9 1 6 5 8 ,   J u n .   2 0 1 1   [1 4 ]   K.  Ilv e s ,   A .   A n to n o p o u lo s,  S .   No rrg a ,   a n d   H. P .   Ne e ,   A   n e m o d u latio n   m e th o d   f o th e   m o d u lar  m u lt il e v e l   c o n v e rter allo w in g   f u n d a m e n tal  s w it c h in g   f re q u e n c y ,   IEE T ra n s.  P o w e El e c tro n . ,   v o l.   2 7 ,   n o .   8 ,   p p .   3 4 8 2 3 4 9 4 ,   A u g .   2 0 1 2 .   [1 5 ]   J.  Hu b e a n d   A .   Ko rn ,   O p ti mize d   p u l se   p a tt e rn   mo d u la ti o n   fo m o d u la mu lt il e v e c o n v e rte h ig h - sp e e d   d riv e ,   in   P r o c .   I n t.   P o w e El e c tro n .   M o ti o n   Co n tr o C o n f . ,   2 0 1 2 ,   p p .   L S 1 a - 1 . 4 - 1 L S 1 a - 1 . 4 - 7.   [1 6 ]   J.  Qin   a n d   M .   S a e e d if a rd ,   Re d u c e d   sw it c h in g - f re q u e n c y   v o lt a g e   b a lan c in g   stra teg ies   f o m o d u lar  m u lt il e v e l   HV DC c o n v e rters ,   IEE T ra n s .   Po we r De l . ,   v o l.   2 8 ,   n o .   4 ,   p p .   2 4 0 3 2 4 1 0 ,   Oc t.   2 0 1 3 .   [1 7 ]   M .   G u a n ,   Z.   X u ,   a n d   H.  Ch e n ,   Co n tro a n d   mo d u la ti o n   stra te g ies   fo mo d u la mu lt i lev e c o n v e rte b a se d   HVDC  S y ste m ,   in   P ro c .   C o n f .   IEE E   In d .   El e c tro n .   S o c .,  2 0 1 1 ,   p p .   8 4 9 8 5 4 .   [1 8 ]   K.  Ilv e s,  L .   Ha rn e f o rs,  S .   No rrg a ,   a n d   H. P .   Ne e ,   Pre d ictive   so rti n g   a lg o rith fo mo d u la mu lt il e v e c o n v e rte rs   min imizin g   t h e   sp re a d   i n   t h e   su b mo d u le   c a p a c it o v o lt a g e s” ,   in   P r o c .   IE EE   E n e rg y   Co n v e rs.  Co n g r.   Ex p o .   A sia   Do w n u n d e r,   2 0 1 3 ,   p p .   3 2 5 3 3 1 .   [1 9 ]   Q.  T u ,   Z.   X u ,   H.  H u a n g ,   a n d   J.   Zh a n g ,   Pa r a me ter   d e sig n   p rin c ip le  o f   th e   a rm   i n d u c to in   m o d u l a mu l ti lev e c o n v e rte r b a se d   HVDC ,   in   P ro c .   In t.   C o n f .   P o w e S y ste m   T e c h n o l . ,   2 0 1 0 ,   p p .   1 6.   [2 0 ]   J. W .   M o o n ,   C . S .   Kim ,   J. W .   P a r k ,   D.W .   Ka n g ,   a n d   J. M .   K im ,   Circu latin g   c u rre n c o n tro i n   M M u n d e t h e   u n b a la n c e d   v o lt a g e ,   IEE ET ra n s.   Po we r De l. ,   v o l .   2 8 ,   n o .   3 ,   p p .   1 9 5 2 1 9 5 9 ,   Ju l .   2 0 1 3 .   [2 1 ]   Q.  T u ,   Z.   X u ,   a n d   L .   Xu ,   Re d u c e d   sw it c h in g - f re q u e n c y   m o d u latio n   a n d   c ircu lati n g   c u rre n su p p re ss io n   f o m o d u lar m u lt il e v e c o n v e rters ,   I EE T ra n s.  P o we r De l . ,   v o l.   2 6 ,   n o .   3 ,   p p .   2 0 0 9 2 0 1 7 ,   Ju l .   2 0 1 1   [2 2 ]   X .   S h e ,   A .   Hu a n g ,   X .   Ni,   a n d   R.   Bu rg o s,  AC  c irc u la ti n g   c u rr e n ts   su p p re ss io n   i n   mo d u la r mu lt il e v e c o n v e rte r ,   in   P r o c .   Co n f .   IEE I n d .   El e c tro n .   S o c . ,   2 0 1 2 ,   p p .   1 9 1 1 9 6 .   [2 3 ]   X .   Ya n g ,   J.  L i,   X.   W a n g , W .   F a n ,   a n d   T .   Zh e n g ,   H a rm o n ic  a n a lys is  o t h e   DC  c a p a c it o v o l ta g e   in   mo d u la r   mu l ti lev e c o n v e rte r b a se d   S T AT COM ,   in   P r o c .   IEE Co n f .   In d .   El e c tro n .   A p p l . ,   2 0 1 1 ,   p p .   2 5 7 5 2 5 7 9 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A   R ev iew   o n   Desig n a n d   C o n tr o l Meth o d s   o f Mo d u l a r   Mu ltil ev el  C o n ve r ter   ( R a mya   G. )   871   [2 4 ]   S . P .   En g e a n d   R. W . D.  D o n c k e r,   Co n tr o o th e   m o d u la r   mu lt i - lev e c o n v e rte fo mi n imize d   c e ll   c a p a c i ta n c e ,   in   P r o c .   E u r.   C o n f .   P o w e El e c tro n .   A p p l . ,   A u g . /S e p .   2 0 1 1 ,   p p .   1 1 0 .   [2 5 ]   R.   P ica s,  J.  P o u ,   S .   Ce b a ll o s,  V.G .   Ag e li d is,   a n d   M .   S a e e d if a rd ,   M in imiza ti o n   o t h e   c a p a c it o r vo l ta g e   fl u c t u a t io n o a   mo d u la m u lt il e v e c o n v e rte b y   c irc u la t in g   c u rr e n t   c o n tro l” ,   i n   P ro c .   Co n f .   IEE I n d .   El e c tro n . S o c . ,   p p .   4 9 8 5 4 9 9 1 ,   2 0 1 2 .   [2 6 ]   M .   S p ich a rtz,  V.  S tau d t,   a n d   A .   S teim e l,   An a lys is  o th e   mo d u le - v o lt a g e   fl u c tu a ti o n o th e   mo d u la mu lt il e v e l   c o n v e rte a v a ria b le  sp e e d   d ri v e   a p p l ica ti o n s” ,   i n   P ro c .   I n t.   Co n f .   Op ti m iza ti o n   El e c tr.   El e c tro n .   Eq u i p m e n t ,   p p .   751 7 5 8 ,   2 0 1 2 .   [2 7 ]   A .   Hill e rs  a n d   J.  Biela ,   Op ti ma d e sig n   o th e   mo d u l a mu lt il e v e c o n v e rte fo a n   e n e rg y   sto ra g e   sy ste b a se d   o n   sp li b a tt e rie s” ,   i n   P ro c . E u r.   C o n f .   P o w e r   El e c tro n .   A p p l. ,   p p .   1 1 1 ,   2 0 1 3 .   [2 8 ]   D.  M o n tes i n o s - M irac le,  M .   M a s so t - Ca m p o s,  J.  Be rg a s - Ja n e ,   S .   G a l c e ra n - A re ll a n o ,   a n d   A .   Ru f e r,   De sig n   a n d   c o n tro o f   a   m o d u lar  m u lt il e v e DC/DC  c o n v e rter  f o re g e n e ra ti v e   a p p li c a ti o n s‖ ,   IEE E   T ra n s.  P o we El e c tro n . ,   v o l.   28,   n o .   8 ,   p p .   3 9 7 0 3 9 7 9 ,   A u g .   2 0 1 3 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.