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 .   1 Ma r ch   2 0 1 8 ,   p p .   220 ~ 230   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 9 . i1 . pp 2 2 0 - 230          220       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 m ple m e ntatio n o Ca sca ded bas ed   Rev ersing  Volta g M ultilevel Inv ert er using  Multi  Ca rrier  M o dula tion  Strategies       S.  Na g a ra j a   Ra o 1 D.   V.   Ash o k   K u m a r 2 Ch.  Sa i B a bu 3   1 ,3 De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   JN T   Un iv e rsit y ,   Ka k in a d a ,   A P ,   In d ia   2 P r o f e ss o r,   De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e ri n g ,   RG M CE T ,   Na n d y a l,   A P ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   No v   5 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Dec   9 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   J an   3 ,   2 0 1 8       In   th is  p a p e r,   a   c a sc a d e d   b a se d   re v e rsin g   v o lt a g e   (CBRV m u lt il e v e in v e rter  stru c tu re   is  p r o p o se d   i n o r d e to   c o m p e n sa te  th e   m a jo d ra w b a c k in   th e   c o n v e n ti o n a m u lt il e v e in v e rters .   T h e   p ro p o se d   t o p o lo g y   re q u ires   les s   n u m b e o f   c o m p o n e n ts,  les s c a rrier sig n a ls an d   g a te d riv e w h e n   c o m p a re d   to   e x isti n g   m u lt il e v e in v e rters   p a rti c u larly   a h ig h e le v e ls.  T h e re f o re ,   th e   c o m p lex it y   a n d   o v e ra ll   c o st  a r e   g re a tl y   re d u c e d   p a rti c u larly   f o h ig h e o u t p u t   v o lt a g e   le v e ls.  T h is  p a p e a lso   p re se n t th e   m o st  re le v a n c o n tro a n d   m o d u latio n   m e th o d b y   a   tri a n g u lar  b a se d   m u lt i   c a rrier  p u lse   w id th   m o d u latio n   ( P W M sc h e m e   f o th e   p ro p o se d   CBR V   in v e rter  to p o lo g y .   T h is   p a p e p re se n ts  a   c o m p a riso n   b e twe e n   d iff e r e n m o d u latio n   stra teg ies   f o CBRV   in v e rter  t o p o l o g y   b a se d   o n   sin u so i d a a n d   sp a c e   v e c to re fe re n c e s   w it h   m u lt tri a n g u lar  c a rrier  w a v e s.  T h e   w o rk   stri v e   h a rd   to   p re se n th e   sc ru ti n y   th a h a b e e n   m a d e   b e twe e n   v a rio u P W M   c o n tro tec h n i q u e f o 1 Ф   se v e n   lev e CBRV   in v e rter  str u c tu re .   T h e   c o m p a riso n   is  m a d e   in   term o T o tal  Ha r m o n ic  Disto rti o n   (T HD a n d   f u n d a m e n tal  RM S   v o lt a g e .   F in a ll y ,   th e   sim u latio n   re su l ts  a re   in c lu d e d   to   v e rify   th e   e ff e c ti v e n e ss   o f   th e   p ro p o se d   CBRV   in v e rter t o p o lo g y   a n d   v a li d a te t h e   p ro p o se d   th e o ry .   A   h a rd w a r e   s e u p   w a d e v e lo p e d   f o a   1 Ф   se v e n   l e v e CBRV   in v e rter  to p o lo g y   u sin g   F P G b a se d   p u lse   g e n e ra ti o n .   K ey w o r d :   DC - DC co n v e rter     M u lt il e v e in v e rter (M L I)   Re n e wa b le en e rg y   so u rc e   (RES )   S IM O       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.Na g ar aj R ao ,   R esear ch   Sch o lar   Dep ar te m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   J a w ah ar lal  Ne h r u   T ec h n o lo g ic al  Un i v er s it y ,   Kak i n ad a,   A n d h r P r a d esh ,   5 3 3 0 0 3 ,   I n d ia.   E m ail:  n ag ar aj r ao m tech @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   Mu lti - le v el  in v er ter s   ( ML I s )   w it h   v ar io u s   s tr u ct u r es  h a v m o r co n s id er atio n   in   t h r ec en t   i m p le m en ta tio n s .   T h ese  i n v er ter s   ar u s ed   i n   v ar io u s   ap p li ca tio n s   s u ch   as   elec tr ic  v e h ic les,  elec tr ic   m o to r   d r iv es,  ac ti v p o w er   f ilter s ,   s tatic  co m p e n s ato r s   an d   r e n e wab le  en er g y   s o u r ce s   [ 1 ,   2 ] .   Mu ltil e v el   in v er ter s   h av b ee n   co n s id er ed   f o r   m a n y   ad v an ta g e s   s u ch   a s   lo w er   h ar m o n ic s ,   h i g h   p o w er   q u alit y ,   lo elec tr o m ag n etic  in ter f er en ce   a n d   lo w er   s w i tch i n g   lo s s es.  T h q u alit y   o f   m u lti - le v el  i n v e r ter   is   d eter m i n ed   b y   t h e   n u m b er   o f   le v els.  B u in cr ea s i n g   t h n u m b er   o f   o u t p u lev el s   lead s   to   an   in cr ea s in   th n u m b er   o f   co m p o n e n t s   an d   t h er eb y   in cr ea s es  th co m p lex i t y   o f   co n tr o an d   also   in v er ter   o p er atio n .   So , th n u m b er   o f   s e m ico n d u cto r   d ev ice s   m u s b r ed u ce d .   C o n v e n tio n a l   M L I s   ar class i f ied   as   n e u tr al  p o i n cla m p ed   ( NP C ) ,   ca s ca d ed   H - b r id g ( C HB )   co n v er ter s   an d   f l y i n g   ca p ac ito r   ( FC ) .   T h ese  t h r ee   t y p e s   o f   ML I s   r eq u ir m o r e   n u m b er   o f   co m p o n e n ts   s u c h   as  s w i tch e s ,   cla m p in g   d io d es  an d   ca p ac ito r s .   A s   th e   n u m b e r   o f   v o ltag e   lev e ls   m   r ai s es,  t h n u m b er   o f   s w i tch es  i n cr ea s e s   ac co r d in g   to   2 ×( m - 1 )   f o r   th co n v e n tio n al   ML I s   b u f o r   th e   p r o p o s ed   ca s ca d b ased   r ev er s in g   v o lta g ML I   ( C B R M L I )   s tr u ct u r [ 1 0 .   1 1 ]   it is   o n l y   m +3 .   T h is   p ap er   p r esen ts   a   1 Ф   s e v en   lev e C B R M L I   s tr u ct u r e   b ased   o n   m u ltil e v el  d l in k   ( ML D C L )   an d   f u ll  b r id g in v er ter .   W h en   co m p ar ed   to   th co n v e n tio n al  M L I s ,   th p r o p o s ed   C B R in v er ter   s tr u c u r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o f Ca s ca d e d   b a s ed   R ev ers in g   V o lta g Mu ltil ev el  I n ve r ter u s in g     ( S . N a g a r a ja   R a o )   221   ca n   h a v s u p er io r   p er f o r m a n c b y   i m p le m en t in g   t h p u ls w id t h   m o d u latio n   ( P W M)   tech n iq u es.  T h is   p ap er   also   p r esen t s   t h m o s r ele v a n co n tr o an d   m o d u latio n   m eth o d s   b y   p h ase  d i s p o s itio n   m u lti   ca r r ier   w it h   m o d i f ied   s p ac ev ec to r   P W tech n iq u [ 8 ]   f o r   ML DC L   i n v er ter   an d   co m p ar in g   t h p er f o r m an ce   o f   t h e   p r o p o s ed   C B R i n v er ter s   w i th   p h a s d is p o s itio n   m u l ti  ca r r ier   s in P W M   tech n iq u a n d   p r o p o s ed   C B R s tr u ct u r v alid ated   ex p er i m en t all y   t h r o u g h   FP G A   b ased   p u ls g en er atio n .   T h b lo ck   d iag r am   o f   C B R ML I   is   d ep icted   in   Fig u r e   1   [ 3 ] .   I t   co n s is ts   o f   m ai n l y   le v el   g en er ato r   ( L G)   an d   p o lar it y   g e n er ato r   ( PG)   u n i ts   to   g en er ate  r eq u ir e d   n u m b er   o f   lev el s   [ 4 ] .   T h b asic id ea   o f   th C B R V   s tr u ct u r as   M L I   is   th at   t h e   L g en er ate s   t h r eq u ir ed   p o s itiv e   lev e ls   a n d   t h P r e v er s es  t h d ir ec tio n   w h e n   th v o lta g p o lar it y   r eq u ir es  to   b ch an g ed   f o r   n e g ati v p o lar it y .   I n   th p r o p o s ed   C B R ML I   s tr u c tu r e   th er is   n o   n ee d   to   o p e r ate  all  th s w itc h es  at  h i g h   s w itc h i n g   f r eq u en c y ,   th L u n it  s w itc h es  o p er ate  at  h ig h   f r eq u en c y   a n d   P u n it  s w itc h es  o p er ate  at  f u n d a m en tal  f r eq u en c y .   P u n i s w itc h es  ar u s ed   f o r   r ev er s e   v o ltag ap p ea r an ce   ac r o s s   t h lo a an d   ar tr ig g er ed   b y   s i m p le  p u ls g e n er ato r .           Fig u r e1 .   B lo ck   Diag r a m   o f   P r o p o s ed   C B R ML I       2.   P RO P O SE CB RV  I NV E R T E ST R UCTU RE   T h s tr u ctu r o f   th p r o p o s ed   1 Ф  CB R ML I   is   s h o w n   i n   Fig u r e   4 .   It   co n s is ts   o f   m u ltil e v el  d c   s o u r ce ,   L u n it,  P u n it   ( s in g le - p h a s f u ll - b r id g i n v er ter )   an d   lo ad   [ 5 6 ] .             Fig u r 2 .   1 Ф  Sev en   L e v el  C B R V   I n v er ter     T h co m p o n e n ts   co m p ar i s o n   f o r   p r o d u cin g   1 Ф   s ev e n - le v el   o u tp u v o ltag f o r   th p r o p o s ed   C B R V   an d   co n v e n tio n al   ca s ca d ed   b ased   in v er ter s   ar g i v en   i n   T ab le   1 .   I t   clea r ly   s h o w s   s u b s tan tial  co m p o n e n t   r ed u ctio n   w it h   t h p r o p o s ed   C B R ML I   s tr u ct u r [ 8 ] .   T h is   s av i n g   in   co m p o n e n ts   i n cr ea s es   as  t h n u m b er   o f   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 er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   220     2 3 0   222   v o ltag le v el  i n cr ea s es  as  m e n tio n ed   b ef o r e.   Fo r   1 Ф   s ev en - le v el  CB R in v er ter ,   th e   s w itch in g   s eq u e n ce   to   g en er ate  t h r eq u ir ed   lev els   ar g iv e n   in   T ab le   2 .       T ab le  1 : Co m p o n e n t s   C o m p ar is o n   to   Gen er ate   1 Ф   Sev e n - L ev el  Ou tp u t   C o mp o n e n t s   P r o p o se d   Ex i st i n g   S w i t c h e s   10   12   C l a mp i n g   d i o d e s   0   0   C a p a c i t o r s   0   0   D C   so u r c e s   3   3       T ab le  2 S w itc h i n g   Seq u en ce   t o   Gen er ate  th 1 Ф   Sev en   L e v el  O u tp u f o r   C B R I n v er ter   S . N o   L G   U n i t   P G   U n i t   V o l t a g e   L e v e l s   O n   S w i t c h e s   O f f   S w i t c h e s   O n   S w i t c h e s   O f f   S w i t c h e s   1   S a1 , S a3 ,   S a6   S a2 , S a4 ,   S a5   S a7 , S a8   S a9 , S a 10   + V dc   2   S a1 , S a4 ,   S a6   S a2 , S a3 ,   S a5   S a7 , S a8   S a9 , S a 10   + 2   V dc   3   S a2 , S a4 ,   S a6   S a1 , S a3 ,   S a5   S a7 , S a8   S a9 , S a 10   + 3   V dc   4   S a1 , S a3 ,   S a5   S a2 , S a4 ,   S a6   S a7 , S a8   S a9 , S a 10   0   5   S a2 , S a4 ,   S a6   S a1 , S a3 ,   S a5   S a9 , S a 10   S a7 , S a8   - 3   V dc   6   S a1 , S a4 ,   S a6   S a2 , S a3 ,   S a5   S a9 , S a 10   S a7 , S a8   - 2   V dc   7   S a1 , S a3 ,   S a6   S a2 , S a4 ,   S a5   S a9 , S a 10   S a7 , S a8   -   V dc         T h m a x i m u m   o u tp u v o ltag e   o f   L u n it f o r   t h p r o p o s ed   C B R is   o b tain ed   b y   u s i n g   eq u atio n   ( 1 )     V 0 , ma x =  = 1   - - - - - - - - - - - -     ( 1 )   T h eq u atio n   ( 1 )   illu s tr ates  th o u tp u le v el  o f   t h L G   u n it  a n d   th e   p o s it iv a n d   n eg at iv lev el s   ar e   s y n t h esized   b y   u s i n g   t h PG   u n it.   A t lo ad   ( V o ) ,   th s y n th e s ized   s tep p ed   o u tp u t v o ltag le v el  w i ll b o b tain ed   b y   u s i n g   t h E q u atio n   ( 2 )   an d   ( 3 ) .     V 0 , ma x = +   V o n i = 1 , If   S a7 , S a8 = 1   - - - - - - - - - - - -     ( 2 )     V 0 , ma x =   V 0 n i = 1 , I f   S a9 , S a1 0 = 1   - - - - - - - - - - - -     ( 3 )       3.   P RO P O SE M O DULAT I O ST RA T E G I E S   T h p u ls g en er atio n   ap p r o ac h   f o r   th s w itc h es  o f   L u n it   an d   P u n it  f o r   th s ev e n - le v el  C B R V   in v er ter   ar d ep icted   in   Fig u r e   3 .       3 . 1 .   G ener a t io n o f   P uls es  f o L G   Unit   I n   th is   ap p r o ac h ,   m u ltip le  ca r r ier   m o d u latio n   tec h n iq u is   i n co r p o r ated   in to   th s in u s o id al  P W an d   m o d i f ied   s p ac v ec to r   P W tech n iq u es  to   p r o d u ce   P W M   s w itc h in g   s i g n als  f o r   th L u n i in   t h C B R V   in v er ter .   T h p r o p o s ed   m o d u l atio n   s c h e m i s   b ased   o n   t h u n ip o lar ,   s y m m etr ic  P W s w it ch in g   tech n iq u e   [ 7 ,   8] .   I co m p ar es   s i n u s o id al  o r   s p ac v ec to r   m o d u lat io n   s i g n als   alo n g   w i th   in - p h ase  le v e l - s h i f ted   tr ia n g u lar   ca r r ier   s ig n al s .   T h ese  m o d if ie d   m o d u latio n   s ig n al s   h a v th s a m f r eq u en c y   f 0   a n d   a m p litu d ‘A r Si n ce   th m o d u la tio n   is   s y m m etr ic,   th p r o p o s ed   m o d u lat io n   s i g n als  ar s a m p led   b y   th tr ia n g u lar   ca r r ier   s ig n al  o n ce   in   ev er y   ca r r ier   c y cle.   T h ca r r ier   s ig n al  is   tr ain   o f   tr ian g u lar   w av e f o r m   w i th   f r eq u en c y   f c ,   an d   a m p lit u d A c .   T h p u ls g e n er atio n   m et h o d o lo g i s   d ep icted   in   Fi g u r 4   an d   5   f o r   t h p r o p o s ed   s ev en   le v el   C B R i n v er ter   u s i n g   s in u s o id al  an d   s p ac v ec to r   P W s t r ateg ies .   Fo r   an   m - lev el  i n v er ter ,   (m - 1 /2 )   ca r r ier s   ar n ee d ed   to   g en er ate   p u ls e s   f o r   th e   p r o p o s ed   CB R in v er ter   i.e ,   f o r   s e v en   lev el   in v er ter   th r ee   ca r r ier   s ig n al s   ( V tri1 , V tri2   an d   V tri3 )   ar u s ed   an d   th e s s i g n als  w er co m p ar ed   w it h   r ef er en ce   s ig n al  ( V ref ) .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o f Ca s ca d e d   b a s ed   R ev ers in g   V o lta g Mu ltil ev el  I n ve r ter u s in g     ( S . N a g a r a ja   R a o )   223       Fig u r 3 .   Gen er atio n   o f   p u ls es   f o r   th p r o p o s ed   s ev en - lev el  CB R i n v er ter       T h eo r etica lly ,   f o r   m u ltip le  ca r r ier   an d   s in g le  r ef er e n ce   s ig n al,   t h m o d u l atio n   in d e x   ( M)   is   d ef in ed   b y   eq u atio n   ( 4 ) .   = ( 1 ) 2         - - - - - - - - - - - -     (4 )   w h er m   r ep r esen ts   t h n u m b er   o f   lev els.H e n ce ,   f o r   th p r o p o s ed   R s ev en   le v el  i n v er te r s ,   th m o d u la tio n   in d ex   ( M)   is   d ef i n ed   b y   eq u ati o n   ( 5 ) .   = 3                - - - - - - - - - - - -     ( 5 )   T h p r in cip le  o f   t h p r o p o s ed   P W tech n iq u es  u s i n g   i n - p h ase  tr ian g u lar   ca r r ier   f o r   s e v en - lev el   C B R V   in v er ter   a M=   1   a n d   m f   4 0   is   s h o w n   i n   Fig u r 4   a n d   5   r esp ec tiv el y .   I n s t e a d   o m a i n t ai n i n g   t h s a m e   w i d t h   o al p u l s e a i n   t h c a s o m u l t i - p u l s m o d u l a ti o n ,   t h w i d t h   o e a c h   p u l s i s   v a r i e d   i n   p r o p o r t i o n   t o   t h a m p l i t u d o si n e   w a v e   e v a l u a t e d   a t h c e n tr o t h s a m p u l s e   [ 1 ] ,   a n d   t h e r e f o r T H D   i s   r e d u c e d   si g n i f i c a n t l y .   T h e   g a t i n g   s i g n a l s   a r e   g e n e r a t e d   b y   c o m p a r i n g   a   sinusoidal   o s p a c e   v e c t o r   r e f e r e n c s i g n a w i t h   t ri a n g u l a c a r r i e w a v e   o f r e q u e n c y   f c Fi g u r 4   an d   5   d e m o n s tr ate  t h s i n e   o r   s p ac v ec to r   b ased   in - p h a s e   tr ian g le  m et h o d   f o r   s i n g le   p h ase  s ev e n - lev e in v er ter .   T h er ein ,   t h p h ase  m o d u latio n   s ig n al  is   co m p ar e d   w ith   t h r ee   ( ( n - 1 /2 )   in   g en er al)   in - p h a s tr ian g le  w a v e f o r m s   to   p r o d u ce   + 3   V dc , + 2 V dc , + V dc   an d   0   u s in g   L u n i t   s w itc h es .           Fig u r 4 . Mu lti  C ar r ier   Sin u s o i d al  P W w it h   In - P h ase  T r ian g u lar   C ar r ier   ( MCS P W M)   0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 8 0 . 0 1 0 . 0 1 2 0 . 0 1 4 0 . 0 1 6 0 . 0 1 8 0 . 0 2 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 T i m e   ( S e co n d s) V o l t a g e   ( V o l t s) 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 er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   220     2 3 0   224   T o   ac h iev e   th m ax i m u m   a m p litu d o f   t h f u n d a m e n tal  p h ase  v o lta g e,   th o f f s et  v o lta g e ,   V offset ,   is   ad d ed   to   th s i n u s o id al  s i g n al   [ 9 ,   1 0 ] ,   w h er th m a g n itu d o f     V off set   is   g i v e n   b y   eq u at io n   ( 6 ) .   T h ad d itio n   o f   th e   V offset   to   th s i n u s o id al  m o d u la tio n   s i g n a l r esu l ts   i n   s p ac v ec to r   PW tech n iq u [ 9 ] .                                                                                                         2 ) ( m i n m a x V V V o f f s e t   - - - - - - - - - - - -     ( 6 )     I n   eq u atio n   ( 6 ) ,   V m ax   is   th m ax i m u m   m a g n it u d o f   th s a m p led   r ef er en ce   p h ase  v o lta g e,   w h i le  V m i n   is   th e   m i n i m u m   m ag n it u d o f   t h th r ee   s a m p led   r ef er en ce   p h a s v o ltag e,   in   s a m p li n g   in ter v al.               Fig u r 5 . Mu lti  C ar r ier   Sp ac Vec to r   P W w it h   In - P h ase  T r ian g u lar   C ar r ier   ( MCS VP W M)       3 . 2   G ener a t io n o f   pu ls es f o P G   un it :     S w itc h es  o f   P u n it  ar u s ed   to   g en er ate  p o s itiv an d   n e g at iv lev el s   o f   s e v en - le v el  o u tp u v o lta g e,   w h ic h   is   tr ig g er ed   b y   u s in g   ti m b ased   p u ls g e n er ato r   w i th   f u n d a m e n tal  f r eq u en c y .   T h s w itch e s   S a7   a n d   ‘S a8   ar ac ti v ated   at  th s a m in s ta n i n itia l l y   w it h   0 º   d el a y   u s i n g   p u ls g en er ato r   an d   s w itc h es  S a9   a n d   ‘S a10   ar ac ti v ated   w it h   d elay   o f   1 8 0 º T h s w itc h es   S a7   an d   S a8   ar ac ti v ated   to   g e n er ate   t h p o s iti v e   lev els o f   s e v e n - lev el  o u tp u t a c r o s s   th lo ad   an d   t h s w itc h es  S a9   a n d   S a10 ’  ar ac tiv ated   t o   g en er ate  n eg at iv e   lev els  o f   s ev e n - le v el  o u tp u t o   p r esen ac r o s s   lo ad .   W h en   th s w itc h e s   S a7   a n d   S a8   a r tu r n ed   ON,   th e   s w itc h es  S a9   an d   S a10   ar tu r n ed   OFF an d   v ice - v er s a.       4.   SI M UL AT I O R E S UL T S   T h p r o p o s ed   1 ф  s ev en - le v el  C B R i n v er ter   h as  b ee n   s i m u lated   a n d   an al y ze d   f o r   v ar io u s   m o d u latio n   i n d ices  u s in g   M C SP W an d   MC SVP W s tr a teg ies   an d   th e   co r r esp o n d in g   h ar m o n ic  s p ec tr u m   ar p r esen ted .   T h s i m u lati o n   r esu lt s   o f   th 1 Ф   s ev e n - lev el  C B R i n v er ter   u s in g   MCS P W an d   MCS VP W w it h   i n - p h ase   tr i an g u lar   ca r r ier s   a n d   it s   co r r es p o n d in g   h ar m o n ic  s p ec tr u m   f o r   0 . 8 5   an d   m f   1 0 0   a r s h o w n   i n   th f i g u r es   6   to   9 .     Si m ula t io n P a ra m et er s :   I n p u t V o lta g                       3 0 0   Vo lts   S w itc h in g   Fre q u e n c y                       5   KHz     L o ad   R esi s tan ce          =           1 0  Ω   0 0 . 0 0 2 0 . 0 0 4 0 . 0 0 6 0 . 0 0 8 0 . 0 1 0 . 0 1 2 0 . 0 1 4 0 . 0 1 6 0 . 0 1 8 0 . 0 2 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 T i m e   ( S e co n d s) V o l t a g e   ( V o l t s) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o f Ca s ca d e d   b a s ed   R ev ers in g   V o lta g Mu ltil ev el  I n ve r ter u s in g     ( S . N a g a r a ja   R a o )   225       Fig u r 6.   P h ase   v o ltag o f   1 Ф   s ev en - le v el  C B R i n v er ter   u s i n g   MC SP W ( M= 0 . 8   an d   m f   1 0 0 )           Fig u r 7 .   Har m o n ic  s p ec tr u m   o f   1 Ф   s ev en - le v el  C B R in v er ter   u s in g   M C SP W ( M= 0 . 8   an d   m f   1 0 0 )       Fig u r 6   s h o w s   th s i m u la tio n   w av e f o r m   o f   t h s e v en - le v el  C B R i n v er ter   o u tp u u s i n g   M C SP W M.   T h v alu e   o f   f u n d a m e n tal  v o lta g e   o f   t h i n v er ter   is   2 3 9 . 8   V   ( its   R MS  v al u i s   1 6 9 . 6   V) .   Fig u r e   7   s h o w s   t h e   co r r esp o n d in g   T HD  p lo t o f   th s ev e n - le v el  i n v er ter .   T h %T HD  v alu o f   7 - le v el  C B R i n v er ter   is   2 4 . 3 3   %.           Fig u r 8 .   P h ase   v o ltag o f   1 Ф   s ev en - le v el  C B R i n v er ter   u s i n g   MC S V P W ( M= 0 . 8   an d   m f   1 0 0 )   0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 - 3 0 0 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 300 T i m e   ( S e co n d s) V o l t a g e   ( V o l t s) 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 . 0 7 0 . 0 8 0 . 0 9 0 . 1 - 3 0 0 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 300 T i m e   ( S e co n d s) V o l t a g e   ( V o l t s) 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 er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   220     2 3 0   226       Fig u r 9 .   Har m o n ic  Sp ec tr u m   o f   1 Ф   Sev en - L ev el  C B R I n v er ter   Usi n g   MC S V P W ( M= 0 . 8   an d   m f   100)       Fig u r 8   s h o w s   th s i m u la tio n   w av e f o r m   o f   t h s e v en - le v el  C B R i n v er ter   o u tp u u s i n g   M C SP W M.   T h v alu o f   f u n d a m e n tal  v o lta g o f   th i n v er ter   is   2 7 5 . 7   ( i ts   R M v al u i s   1 9 5   V) .   Fig u r 9   s h o w s   t h co r r esp o n d in g   T HD  p lo t o f   th s ev e n - le v el  i n v er ter .   T h %T HD  v alu o f   7 - le v el  C B R i n v er ter   is   2 1 . 8 4   %.     E f f ec t   o f   M o du la t io n ind ex   ( M ) :     I f   is   i n   b et w ee n   0       0 . 3 3 ,   o n ly   t h f ir s t   tr ia n g u lar   wav ( V tr i1 )   is   co m p ar ed   w it h   t h r ef er en ce   s i g n al,   th en   th i n v er ter   b eh av io r   is   s i m ilar   to   th at  o f   co n v en t io n al  t h r ee - le v el  P W in v er ter .   Ho w e v er ,   if   i s   m o r th a n   0 . 3 3   an d   les s   t h a n   0 . 6 6 ,   o n ly   V tr i1   an d   V tr i2   tr i an g u lar   s ig n al s   ar co m p ar ed   w ith   th e   r ef er e n ce   s ig n al,   th e n   th ou tp u v o lta g co n s is ts   o f   f i v v o lta g lev els.  T h m o d u latio n   in d ex   i s   s et  to   b m o r th an   0 . 6 6   to   p r o d u ce   s ev e n   lev el   o u tp u t   v o lta g e.   T h e f f ec o f   M’   f o r   t h s tep   ch a n g es   in   m o d u latio n   in d ice s   w i th   th co r r esp o n d in g   lo ad   v o ltag is   s h o w n   i n   Fig u r 1 0   to   g en er ate  t h r ee ,   f i v a n d   s e v e n   lev els   r esp ec tiv e l y   [ 1 2 ] .         ( a)     ( b )     Fig u r 1 0 .   Dy n a m ic  r esp o n s ( a)   s tep   ch an g e s   in   m o d u lat io n   in d ex   ( b )   P h ase   v o ltag w a v e f o r m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o f Ca s ca d e d   b a s ed   R ev ers in g   V o lta g Mu ltil ev el  I n ve r ter u s in g     ( S . N a g a r a ja   R a o )   227   5.   I M P L E M E NT AT I O O F   C B RV  I NVER T E US I N G   F P G B ASE P UL SE   G E NE RATI O N   T h e   p r o t o ty p e   m o d e l   o f   p r o p o s e d   c a s c a d e d   b a s e d   R V   ML I   is   im p l em en te d   u s in g   X il in x   Sp a r t a n   F PGA   [ 1 3 , 1 4 ]   t o   v a l i d a t e   t h e   s im u l at io n   r e s u l ts .   T h e   h a r d w ar e   r e a l i za t i o n   ci r c u i t   o f   th e   p r o p o s e d   s y s t em   f e d   R - l o a d   is   d e p i c t e d   in   Fi g u r e   11   an d   1 2 .   T h e   p r o t o ty p m o d e c o n s is ts   o f   c a s ca d e   b as e d   R in v e r t e r ,   R e s is t iv l o a d ,   F PG A   c o n t r o ll e r ,   PC ,   B u f f e r   c i r cu i t ,   O p t o   i s o la t o r   an d   D r iv e r   c i r c u it .             Fig u r 1 1 .   I m p le m en ta tio n   o f   1 - ϕ  s e v e n - le v el  C B R V   I n v er te r   Usi n g   FP G A   P r o ce s s o r           Fig u r 1 2 .   VHDL   C o d S u cc ess f u l l y   E m b ed d ed   in   FP GA   f o r   1 - ϕ  Sev en - L e v el  C B R I n v e r ter       Gen er atio n   o f   p u l s es  u s i n g   M C SP W an d   MC SVP W tech n iq u es  t h r o u g h   Xili n x   I SE  ar d ep icted   in   Fi g u r 1 3   an d   1 4   r esp ec tiv el y .           F ig u r e   1 3 .   G en e r a t i o n   o f   Pu l s es   Us in g   MC S PW M   M e th o d   T h r o u g h   X i li n x   I S 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 er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   220     2 3 0   228       F ig u r e   1 4 .   G en e r a t i o n   o f   Pu l s es   Us in g   MC S V PW M   M eth o d   th r o u g h   Xi l in x   I S E           Fig u r e   1 5 .   E x p er im e n tal  O u tp u t P h ase   Vo lta g o f   1 Ф   Sev e n - L e v el  C B R I n v er ter   Usi n g   MC S P W M       Fig u r 1 5   s h o w s   t h ex p er i m en tal  o u tp u p h a s v o lta g wav ef o r m   o f   s e v e n - lev el  C B R in v er ter   u s i n g   MCS P W M.   T h R MS  v alu o f   f u n d a m en ta v o ltag e   o f   th in v er ter   is   1 6 8 . 1   V.   Fig u r 1 5   s h o w s   th e   co r r esp o n d in g   T HD  p lo o f   t h s e v e n - le v el  in v er ter .   T h T HD  v alu e   o f   s ev e n - le v el   C B R i n v er ter   is   2 5 . 1 7   %.           Fig u r e   1 6 .   E x p er im e n tal  O u tp u t P h ase  Vo lta g o f   1 ф  Sev e n - L e v el  C B R I n v er ter   Usi n g   MCS VP W M       Fig u r 1 6   s h o w s   t h ex p er i m en tal  o u tp u p h a s v o lta g wav ef o r m   o f   s e v e n - lev el  C B R in v er ter   u s i n g   MC SVP W M.   T h R MS  v alu e   o f   f u n d a m en tal  v o lta g e   o f   th i n v er ter   is   1 9 3 . 2   V.   Fig u r 1 5   s h o w s   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       I mp leme n ta tio n   o f Ca s ca d e d   b a s ed   R ev ers in g   V o lta g Mu ltil ev el  I n ve r ter u s in g     ( S . N a g a r a ja   R a o )   229   co r r esp o n d in g   T HD  p lo o f   t h s e v e n - le v el  in v er ter .   T h T HD  v a lu e   o f   s ev e n - le v el   C B R i n v er ter   is   2 3 . 8 8   %.       6.   CO M P ARIS O O F   SI M UL AT I O AN E XP E RIM E N T AL   R E S UL T S   I n   th i s   s ec tio n ,   s i m u latio n   an d   ex p er im e n tal  o u tp u p h a s v o ltag w a v e f o r m s   a n d   co r r e s p o n d in g   T HD  s p ec tr u m   o f   p r o p o s ed   1 - ϕ   s e v en - le v el  C B R i n v er te r   s y s te m   ar d ep icted   in   F ig u r e   6   to   1 6   f o r   th e   MCS P W an d   MCS VP W m o d u latio n   tec h n iq u e s   r esp ec tiv el y .   T ab le  3   s h o w s   th s i m u la tio n   an d   ex p er i m e n tal  r es u lts   o f   o u tp u p h ase  v o lta g ( Vr m s )   an d   h ar m o n ic  co n te n o f   C B R i n v er ter   f o r   d if f er e n t   m o d u latio n   i n d ices.  Fro m   th e   s i m u la tio n   a n d   ex p er i m en tal  an al y s is ,   it  i s   o b s er v ed   th a t h m a x i m u m   o u tp u t   p h ase  v o lta g a n d   l o w er   T HD  is   ac h ie v ed   b y   u s i n g   MC SVP W m o d u latio n   tech n iq u e.   Fro m   th s i m u latio n   h ar m o n ic  s p ec tr al  a n al y s is ,   i is   o b s er v ed   th a th o u tp u t   v o ltag T HD  o f   t h p r o p o s ed   1 - ϕ   s ev e n - lev e l   ca s ca d b ased   R in v er ter   s y s te m   u s i n g   MC SP W an d   MCS VP W m o d u latio n   tech n iq u e s   ar 2 4 . 3 3   an d   2 1 . 8 4   % r esp ec tiv el y   f o r   t h m o d u latio n   i n d ex   o f   0 . 8 .   Har m o n ic  s p ec tr u m   o f   t h p r o to t y p s y s te m   f o r   th e   p r o p o s ed   m o d u latio n   tech n iq u es  ar ca r r ied   u s in g   d ig ital  s to r ag o s cillo s co p an d   th r esu lts   ar p r esen ted   in   f i g u r es   1 1   to   1 6   f o r   MCS P W an d   MC SVP W m o d u lat i o n   tech n iq u e s   r esp ec ti v el y .   I is   o b s er v ed   t h at  t h T HD  o f   o u tp u t v o lta g es a r 2 5 . 1 7   % a n d   2 2 . 4 6   % r esp ec tiv ely   f o r   th m o d u latio n   in d e x   o f   0 . 8 5 .         T ab le  3 : Fu n d a m e n tal  O u tp u Vo ltag ( V r m s )   an d   % T HD  of   1 Ф   Sev en - L e v el  C B R I n v e r ter   Usi n g   MCS P W an d   MCS VP W M   M o d u l a t i o n   In d e x   (M)   N u m b e r   o f   L e v e l s   PW M   T e c h n i q u e   M C S PW M   M C S V PW M   S i m u l a t i o n   E x p e r i m e n t a l   S i m u l a t i o n   E x p e r i m e n t a l   V r m s   (V)   T HD   ( % )   V r m s   (V)   T HD   ( % )   V r m s   (V)   T HD   ( % )   V r m s   (V)   T HD   ( % )   0 . 8   7 -   L e v e l   1 6 9 . 6   2 4 . 3 3   1 6 8 . 1   2 5 . 1 7   1 9 5   2 1 . 8 4   1 9 3 . 2   2 2 . 4 6   0 . 7   7 -   L e v e l   1 4 8 . 4   2 5 . 3 1   1 4 5 . 8   2 6 . 7   1 7 0 . 8   2 4 . 2 7   1 6 8 . 6   2 5 . 6   0 . 6   5 -   L e v e l   1 2 7 . 3   3 3 . 4 6   1 2 5 . 9   3 5 . 1   1 4 6 . 3   2 5 . 5 8   1 4 4 . 5   2 7 . 1   0 . 5   5 -   L e v e l   1 0 6   4 0 . 2 3   1 0 4 . 7   4 2 . 3   1 2 1 . 9   3 5 . 4 7   1 1 9 . 7   3 6 . 3   0 . 4   5 -   L e v e l   8 4 . 7 9   4 4 . 5 2   8 3 . 1   4 6 . 2   9 7 . 5 2   4 2 . 1 3   9 5 . 8   4 4 . 3   0 . 3   3 - L e v e l   6 3 . 5 7   6 4 . 5 4   6 1 . 4   6 5 . 8   7 3 . 2 3   4 9 . 3 6   7 5 . 4   5 1 . 2       T h er ef o r f r o m   tab le  3 ,   it  is   o b s er v ed   th at  th s i m u la tio n   r esu lt s   ar v alid ated   w ith   t h ex p er im e n ta l   r esu lt s   w ith   a n   ac ce p tab le  er r o r   o f   ±   2 %.  Fro m   th an al y s is ,   it  is   n o ticed   th at  t h m a g n it u d o f   o u tp u v o lta g e   an d   n u m b er   o f   le v els  v ar y   f o r   d if f er e n m o d u latio n   i n d ices.     7.   CO NCLU SI O N   C o m p ar in g   w it h   co u n ter p ar w ell - k n o w n   an d   r ec en M L I   s tr u ct u r es,  th p r o p o s ed   C B R Vin v er ter   s tr u ct u r ca m w it h   r ed u ce d   n u m b er   o f   s w itc h i n g   d ev ices,   g ate  d r iv er   cir cu its ,   DC   v o lt ag s u p p lie s ,   ca r r ier   s ig n al s   an d   le s s   in s tallatio n   ar ea .   T h p r o p o s ed   R in v er ter s   ar u s ed   in   p o w er   ap p licatio n s   s u c h   a s   HVD C ,   P s y s te m s ,   B ac k   to   B ac k   c o n v er ter s ,   R ea cti v p o w er   co m p e n s atio n ,   UP S,  FAC T etc.   I n   th p r o p o s ed   s tr u ct u r e,   th e   s w itc h i n g   o p er atio n   is   s ep ar ated   in to   h i g h -   a n d   lo w -   f r eq u e n c y   p ar ts .   T h is   w ill  ad d   u p   to   t h e   ef f icien c y   o f   th co n v er ter   as  w ell  as  r ed u cin g   t h s ize   an d   co s o f   t h f i n al  p r o to t y p e. T h m o d if ied   m o d u latio n   tec h n iq u es   d ep en d s   o n   th e   s w i tch i n g   s tates   o f   in v er ter   an d   w as  s u cc ess f u ll y   i m p le m e n ted   u s i n g   FP GA   b as ed   p u ls g e n er atio n .       RE F E R E NC E S   [1 ]   J.Ro d ríg u e z ,   J.S . L a i,   a n d   F .   Z. P e n g , M u lt il e v e In v e rters A   S u r v e y   o f   T o p o lo g ies ,   Co n tr o ls,  a n d   A p p li c a ti o n s” ,   IEE ET ra n sa c ti o n o n   I n d u stria l   El e c tro n ics ,   V o l .   4 9 ,   N o .   4 ,   A u g u st 2 0 0 2 ,   p p . 7 2 4 - 7 3 9 .   [2 ]   Y.  Ch e n g ,   C.   Qia n ,   M .   L .   Cro w ,   S .   P e k a re k ,   a n d   S .   A tcitt y ,   Co m p a riso n   o f   Dio d e - Cla m p e d   a n d   Ca sc a d e   M u lt il e v e Co n v e rters   f o a   S TAT COM  w it h   En e rg y   S to ra g e ,   IEE T ra n sa c ti o n   o n   I n d u stria E lec tro n ics ,   V o l.   5 3 ,   No .   5 ,   2 0 0 6 ,   p p .   1 5 1 2 - 1 5 2 1 .   d o i :1 0 . 1 1 0 9 /T IE. 2 0 0 6 . 8 8 2 0 2 2 .   [3 ]   M .   M a li n o w s k i,   K.  G o p a k u m a r,   J.  Ro d rig u e z   a n d   M .   P e re z ,   A   S u rv e y   o n   Ca sc a d e   M u lt il e v e I n v e rters ,   IEE E   T ra n sa c ti o n   o n   In d u stri a E lec tro n ics ,   V o l.   5 7 ,   No .   7 ,   2 0 0 9 ,   p p .   2 1 9 7 - 2 2 0 6 .   d o i: 1 0 . 1 1 0 9 /T IE. 2 0 0 9 . 2 0 3 0 7 6 7 .   [4 ]   S u   G . a n d   A d a m D.  J.,   ' M u lt il e v e DC  li n k   in v e rte fo r   b ru s h les p e rm a n e n t   ma g n e mo to rs   wit h   v e ry   lo in d u c ta n c e ,   in   Co n f .   Re c .   2 0 0 1   I EE E - IA S   A n n u .   M e e ti n g ,   v o l .   2 ,   p p .   8 2 9 - 8 3 4 .   [5 ]   G u i - Jia   S u ' M u lt il e v e DC  li n k   in v e rter'   In d u stry   a p p li c a ti o n s ,   IEE T ra n sa c ti o n s   o n   V o l u m e 4 1 ,   Iss u e 3   Dig it a Ob jec Id e n ti f ier:  1 0 . 1 1 0 9 /T IA .   2 0 0 5 . 8 4 7 3 0 6 .   P u b li c a ti o n   Ye a r:  2 0 0 5 ,   p p . 8 4 8 - 8 5 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.