Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r 2020 , pp.  1574 ~ 1556   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 3 . pp 1547 - 1556          1547       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   A rando m PWM  control  strategy  for a  t hree - l evel   i nvert er  us ed  in a gri d conn ect ed phot ovoltai c system         Ka m al   Him our 1 , K .  Iffouzar 2   1   Depa rtment of  Te chno logy, Uni ver sity  C ent er   of   El Ba y adh, Alg eri a   2   Depa rtment of  Second  Cyc le,  S chool   of   Appli ed   Scie n ce s,   Alger i a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   Ja n   22 , 2 0 20   Re vised  A pr   4 ,  20 20   Accepte d  Apr   26 , 20 20       The  work  pr ese nte d   in   thi s   pap e r  is   devoted   to   t he  cont rol   of   a   photovol taic   sys te m  conn ecte d  to   grid   by   a   t hre e - l eve l   d iode  clam ed  inve r te r .   A   cont ro l   struct ure   b ase d  on  thre e  p art s:  d c  li nk  vo lt ag e  co ntrol ,   power   inje ct ed  cont rol   and  cur ren t  con t rol  is  proposed.   In  thi s  work,  th e  ran dom  PWM   strat egy  is  used  to   gene r ate  con trol  signals   for  th e  mul t i le ve l  inv er t er  u sed  us  an   int erf ac e   to   c onnec t   photovo lt aic   gen era tors   to   th e   grid .   Numer ical   simul ations  are  per fo rme d   u sing  MA TL A B / Simul ink   sof twar e,  the  simul ation   results   for  the  propos ed  sys tem   indic at e   th e   per for mance s  of   the  proposed  control   struct ur e,  m inimiz at ion   of  h ar moni cs  by   th e  r andom   PWM   strat egy   ap plied  and  inj e ct ion   to   t he  gr id   more  ac t ive  power   by   the  mu lt i le ve l   inve rt er  stru ct ur e.   Ke yw or d s :   Gr i d  c onnecti on   Photo vo lt ai c s ys te ms   Ra ndom P WM   Thr ee  level i nverters   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Kamal   Himou r ,    Dep a rtme nt of  Tech no l ogy, I nst it ute o f Sci en ces,   Un i ver sit y C en te r  of El Ba ya dh,   BP 900,  3200 0, Al ger ia .   Emai l:   himou r.kamal @ hotma il .f r       1.   INTROD U CTION     Currentl y,  renewable   ene r gies  are   c on si de red  as   the   al te rn at ive   to   f os s il   com busti ble  in   orde r   t o  reduce  poll ution.  T he   gri d  connecte d  P V   syst ems  ge ne rall y  us e   a  tw o - le vel  in ver te r  to   se nd  to   gri d  t he   gen e rated  PV   powe r,  or it us ed  to fee d  li ne ar and  no nli ne ar lo a ds  con ne ct ed  at  the ac s ide [1 - 6]. N e ve rtheless,   the  c onve ntional   inv e rter  is   ve ry  li mit ed  in   it s  ou t pu t   volt age  le vels.  It  on l y  giv es   th r ee  le vels  of  phase  t o  ph a se  outp ut  volt age  a nd   poor  sp ect ral  qual it y  [ 7 - 8].  T o  de al   with  this  prob le m ,  re searc her s  ha ve  propose d  oth e r  str uctur e s  cal le d  mu lt il evel  inv e rters  to  pe rform  the se  gr i ds   co nne ct ed  phot ovoltai c  sy ste ms  s uc h  as:   flying ca pacit ors str uctu re,  t he  cascade d H - Bridg e  str ucture, the  diode cla mp e d  in ver te rs  stru ct ur e a nd t he  f ull  br i dg e   with   ca sc ade d  tra nsfo r mers   in ver te r s.   The ses  mu lt il evel  in ve rters  al low  obta inin g  high  outp ut  volt ages   with  bette r  s pe ct ral  qu al it y  moreo ver ;  the y  offe r  se ver a l  po ssi bili ti es  for  the  c onne ct ion   of  photovo lt ai c   gen e rato rs or b at te ries to their  conti nuous  bu s   [9 - 14].     In   li te ratu re,  m any   w orks  ha ve   us e d  th ree  le vel  in ver te rs   in   gr i d  c onnecte d  ph otov oltai c  sy ste ms  a nd   pro po se d  se veral   con tr ol  strat egies  f or   it .  In  [15],  aut hors  pr ese nt  the  c ontr ol  of   a  thre e - le vel  Ne utral   Po in t   Cl amped  ( NPC )  vo lt age   s ou rce  i nv e rter   f or   gr i d  c onnect ed  phot ovoltai c  ( PV)  s ys te m s;  the   co ntr ol  metho d  us e d  is  t he  E xt end e d  Direct   P ow e r  C ontrol   ( EDP C) ,  w hich   is  a  ge ner ic   a ppr oach  f or  Direct  P ow e r  C ontr ol  (D PC )  of  m ulti le vel  inv e rters   base d  on  ge ome tric al   co ns i der at io ns .   Als o,   in  [16 ] ,  auth ors  u sed   t o  c on t ro l  t he  three - le vel   in ve rter,   a  modifi ed  versi on  of  volt age - or ie nted   co ntr ol  (VOC )  met hod  an d  the  s pace   vect or  pu lse   width  m odulat ion   (SVP W M )   te ch nique.  To   re du ce   the   ha rm on ic   c onte nt   of  gri d - co nn ect ed  c urren t  and  to   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 47   –   15 56   1548   impro ve  t he   dy namic   res ponse   of   the   s ys te m ,  a   sin gle - ca rr i er  pulse   widt h  modu la ti on   me thod  is   pr ese nt ed  f or   T - ty pe  th ree - le vel in ver te r  in   [17].   In  this  pa per ,   a  phot ovoltai c  sy ste m  c onne c te d  to   gri d  bas ed  on  a  t hr ee - le vel  in ver te r  w hich  al l ow s   connecti on   of   one   or  tw o  PV  ge ne rato rs   acr os s   the   ca pacit or s   i n  t he   DC   bus  is   pro posed .  The   con t ro l  structu re   pro pose d  is   co mpo sed  of  t hr ee   pa rts:  co ntr ol  of  th e  DC  bus  vo lt age ,  c ontr ol  of  po wer  s ent  to   netw ork   an d  c urren t   c on tr ol.   To   co ntr ol  t he   three - le vel  i nverter,   Ra nd om  PWM   co ntr ol  strat eg y  is   use d.   Wit h  this  con t ro l  str at egy ,  t he  el ect ro ma gnet ic   acou sti c  noise   ca n  be  s pr ea d  to  the  wide ba nd   area  an d  a  lo w   THD   of grid c urre nt  can  be ob ta i ne d.   The  pa per  is organ iz e d  a s f oll ow :   sect ions 2  il lustrate s  the modell ing  of  t he  pro posed   s yst em,  sect i o n  3  is  de vote d  t o  the  co ntr ol  of   this  pro pose d  sy ste m,   The n,  in  sect ion  4  t he   simulat io n  re su lt s  are  pr e se nted,   finall y  i n  sect i on 5 the c oncl usi on of this  stu dy.       2.   MO DELIN G  OF THE P ROP OSED  S YS T EM   The  pr opos e d  sy ste m  is  sho wn   i n  Fig ur e  1.  It  co ns ist s  of  t wo   ph otovo lt ai c  gen er at ors  connecte d  t o  the  th ree  le vels  Di od e   Cl am ped  I nverter   t hro ugh  a   DC   bu s;   the  mu lt i le vel  in ver te r   is  co nn ect e d  t o  gr i d     by a  filt er.           Figure  1.   Pro pose d gr id  con ne ct ed  ph otov oltai c sy ste m st r uctu re.       2.1.    Ph oto vo l t aic g e nera t or m od el in g   So la r   cel ls  a re   usual ly   ass oc ia te d  in   se ries  an d  in   par al l el ,  an d  the n  e ncapsulat ed   unde r   glass   to   ob ta in  a pho t ovoltai c  m odule .  PV  mod ules  a re  usual ly  c onne ct ed  in  series - par al le l  to  inc r ease  the  volt ag e  and   current  at   t he  photov oltai c  ge ner at or   outp ut .  The  i nterc onnected  mod ules  are  mou nted  on  meta ll ic   suppo rts   and  incli ne d  ac cordin g  to   the  desire d  a ng le   de pendin g  on  th e  locat ion.  St udy  an d  m odel ing  of  a  photov oltai c  gen e rato r  a nd  the  I - V   c har ac te risti c  is  base d  on  a  cel l  e le mentar y  mode le d  by   the  wel l - know n  e qu i va le nt  ci rcu it  of F i gur e 2 .   This circ uit i nt rod uces a  c urre nt s ource a nd a  d io de  i n parall el , as wel l as s eries resist a nce  Rs and  par al le l resist a nce Rs h  to  take  into  acc ount  the  dissipati ve   ph e nome na  [18].     I = I ph − I s [ ( exp V + I . R s m . K . T q ) − 1 ] − V + I . R s R sh     (1)           Figure  2. P ho t ovoltai c cel l eq uiv al ent  ci rcu it .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       A ran dom PW M co ntro l  strat egy for  a  three - le vel  inverte r  us e d  in  a gr i d connect ed  ...  ( K. H im our)   1549   Fo r   a   P V   m odule   wit h      s eries  c onnecte d  c el ls  a nd  pa rall el   co nnect ed  cel ls,  t he  current -   volt age   char act e risti c is gi ven by:     I = N p . I ph − N p . I s [ exp 〈 ( 1 m . K . T q ) . ( V N s + R s . I N p ) 〉 − 1 ] − N p R sh . ( V N s + R s . I N p )   (2)     Wh e re:   I ph :   The p ho t o - c urre nt,   I s : The sat ur at io n  c urren t  of  dio de ,    m: i deali ty   fact or,   and  ℎ : series an d parall el  r esi st ance,   T: j un ct io n  te mp e ratur e ,    K: Boltz ma nn  const ant,    q: elec tro n  c ha rg e .     2.2.    M od el   of  DC / DC  co nv e rter   The  DC  /  DC  conve rter  use d  in  this  w ork  i s  the  most   fr e quently  us e d  as  boos t  co nverte r  (Boost)  a s   sh ow n  in  Fi gur e 3 .           Figure  3. DC/ DC Co nverter   Stru ct ur e.       This c onve rter  is mo deled  by t he follo wing e qu at io ns :     = ( 1 − )   (3)   = . ( 1 − )   (4)     Wh e re  α,   Vo   a nd   I o  res pecti ve ly  de no te   t he  du t y  cycle ,  the   vo lt age   of  out pu t  a nd   t he  ou t pu t  c urren t   of the B oost co nv e rter.  T he  c yc li c rati o  α , is t he MPP T c on t r ol s ys te m  ou t put ( P &  O).     2.3. M od el   of thre e level  di ode  cl am ped in vert er   A  thre e - ph a se  three - le vel  di ode - cl am pe d  in ver te r  is  s how n  in  Fi gure  4   [ 19].   It  is  com pose d  by  th ree  arms  a nd tw o DC volt ages . E ach a rm has  four   switc he s in seri es a nd  t wo  median  d i od e s.  Each swit ch  c on sist s   of   a   tra ns ist or  and  an   antipal l e l  diode.  The   midpoint  of  ea ch  a rm  is  c onne ct ed  to  a   DC  so urce  volt age   (U c ).  With  a   ca pacit ive volt age d ivi der  f orme d  by the f il te r  capa c it or s  C 1   an d  C 2   of same   capac it y  C, w e   obta in  t wo   seco nd a ry  DC   source s  eac h  deliveri ng  a  ha lf  volt age  ( U c  /  2).  Be i ng  c o nnect ed   to   ea ch  oth e r  at   a   neu t ral   po i nt noted  O.     Fo r  ea ch  le g  of  the  in ver te r,   we  de fine  t hr e e  connecti on  f un ct io ns,  each  on e  is  ass ociat ed  to  on e  of   the th ree stat es  of the  leg:     { 1 = 1 .   2 2 = 2 .   3 3 = 3 .   4     (5)     As   in dicat ed  i n  Table   1,   eac h  le g  of  t he   in ver te r   ca n  ha ve   th ree  possibl e  s witc hing  sta te s   P,   O,  N .   The o utput v ol ta ges of  a  th ree - le vel  diode cl ampe d  in ve rter  are  e xpresse d as f ollows:     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 47   –   15 56   1550   [ 10 20 30 ] = [ 11 21 31 12 22 32 13 23 33 ] . [ 2 0 − 2 ]   (6)           Table  1.   Stat es of  on e  leg  of 3 l evel DC I   1   2   3   4     State   0   0   1   1   − 2 ⁄   N   0   1   1   0   0   O   1   1   0   0   2 ⁄   P   1   0   0   1   u n k n o wn   -     Figure  4.   Th re e level  d i odes  cl amped in ver t er (DCI ).         3.   THE  PROPO SED  CONTR OL STR ATE GY    The  ob je ct ive  of   c ontr ol  struc ture  is  to   re gula te   the  DC - li nk  volt age  a nd   to  set   a  un it   powe r  factor.   Figure  5   s hows  the  whole  blo c  d ia gram  of t he  contr ol str uctu re.           Figure  5 .  Bl oc diag ram of  the   con t ro l st ru ct ure       3.1.   D C/D C  c onverters  cont rol (MPPT   co nt r ol )   The   pri nciple   of  this   co mma nd  is  t o  ge nerat e  distu rb a nc es  by   dec reasi ng  or  inc reasi ng  the   c yclic   rati o  α  and t o  obser ve  t he  ef fe ct  o n  t he powe r  delive re d by  t he photo volt ai c g e ner at or   [20 - 21] . I ts al gorithm i s   il lust rati ng   i n Fi gure  6 .           P g   Q g _ r e f   P g   U c 1 r e f     I c 1 r e f   P c 1 r e f   I s dq _ r e f   Co n t rô l e     d es   co u ran t s   Co n t rô l e     u c1   I s dq   V s   U c 1     Co n t rô l e  d es     p u i s s an ces         I so 2   P co 1   ~     ~   C on t r ôl e   du    C on ve r t i s s e ur   DC - DC   1   I pv 1     U c 2       V pv 1     F r e f   F r e f   Co n t rô l e   du  co n v ert i s s eu r     à  t ro i s   n i v eau x   U c     V m r e f   C on t r ôl e  d u    C on ve r t i s s e ur   DC - DC   2   F r e f   I pv 2   V pv 2       Co n t rô l e     u c2   U c 2       U c 2 r e f     P c 2 r e f   ~   I c 2 r e f   U c 1       I so 1     P c o2   ~   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       A ran dom PW M co ntro l  strat egy for  a  three - le vel  inverte r  us e d  in  a gr i d connect ed  ...  ( K. H im our)   1551       Figure  6 .  Flo w char t  of P& O  a lgorit hm .       3.2.   D C bus c on t rol     The  DC  volt age  c orrecto r  is   us e d  to   re gu la te   the  DC  bus  and  set s  the  ac ti ve  powe r  .  Figure  7   il lustrate s the  bl oc  dia gr a m  of  DC volt age  contr ol.           Figure  7 .  Bl oc diag ram of  the   DC bus  contr ol .       The DC l in k v oltage m us t  res pect the  co ndit ion :         > √ 3       (7)     Wh e re:      :   M a ximum  of   phase  volt age       : R egu la ti on in dex   The  ca pacit anc e of the  D C l in k  is  obta ined  by th e  r el at io n:       No   Δ P > 0   Δ V >0   Δ V> 0      V   ( k +1 ) = V ( k )   + ΔV     V   (k +1 ) =   V (k ) -   Δ V     V   (k +1 ) =   V (k ) -   Δ V      V   (k +1 ) =   V (k )  + Δ V     No   Ye s   Ye s   Ye s   No   S ta r t   P& O   a lg o r ith m   M e su r e   o f   V(   k   )   e t   I(   k   )   P   (   k   ) =I (   k   ) * V (   k   )   Δ   P=P(   k   ) - p(   k - 1   )   Δ V =V (   k   ) - V(   k - 1   )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 47   –   15 56   1552    = 2 .  . 20 . 10 − 3  2 . ( 1 − 2 )   (8)     Wh e re:  =           : i s the m a xima l powe r of  t he photo volt ai c ge ner at or     The  vo lt a ge        mu st  be  car ef ully  c ho se n  t o  ens ur e  t he  c on t ro ll abili ty  of   t he  c urren t   at   al l   op e rati ng  po i nts.     3.3.   P ow er  contr ol   The  act ive  a nd   reacti ve  powe r  ( , )   can  be  both  expresse d  by   usi ng   Par k  c ompone nts  of  s uppl y  vo lt age   (  ,  )   and li ne  c urren t  (  ,  )   as  f ollows:     { =  .  +  .  =  .  −  .      (9)     Re fer e nce  c urr ents  (   ,   )   w hich   al lows  set ti ng  the  desire d  refe ren ce   act ive  and  reacti ve   powe rs (  ,  ) , as  f ollow s:     {  =  .  −  .   2 +  2  =  .  −  .   2 +  2     (10)     The  unit y  pow er  f act or  is  obta ined   simpl y  by  set ti ng  t he  re act ive  po wer  r efere nce  null .  We  ca n  al s o  gen e rate  or   abs orbe  (  < 0       > 0 ) .     3.4.   C urren t c ontrol   The  vecto r  cu r ren t  c on t ro l  in  Park  re fer e nce f rame   is  car ried  out by  u si ng  the  sy nc hro nized  re fer e nc e   with  the  gri d  vo lt age .   Bl oc  diag ram  as  s how n  in  Fi gure   8.   T he  el ect ric  equ at io ns   of  the  filt er  ( , )   connecte d t o t he  grid a re  giv e n bell ow :      {  =  +   −  +   =  +   −  +      (11)             Figure  8 .  Bl oc  diag ram of  the   current c ontr ol       3.5.    R andom   PWM  contr ol  strate gy for  the  t hree  levels  DC I   The   P W M   bas ed   on   the   c omparis on  betwee n  the  car rier  w ave  w hich  is  in  the  m os t  ti me  tria ngula r   and  the   ref e rence   wa ve   w hich   is  e ve n  pro vide   di rectl y  by  t he   pr ogramme r   or  by   the   fa r   c on t ro l   te ch niqu e  li ke  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       A ran dom PW M co ntro l  strat egy for  a  three - le vel  inverte r  us e d  in  a gr i d connect ed  ...  ( K. H im our)   1553   scal ar  or  ve ct or  sp ee d  c ontrol .  the  s witc hing   instant s  dep e nd  the  i ntersecti on   betwe en  t he   two  wa ves,   i n  the   PWM w it h  a fi x  switc hing fre qu e nc y  the  harmo nics curre nt s ar e sh i fted  to  the h ig h fr e qu e ncies w hich  is  good   for  t he   el ect rical   point   of   vie w  beca us e   the   T HD  is   lo w   but  for   the   oth e rs  point   of   vie w  it ’ s  dif fer e nt .  T he   harmo nics  are   very  c on ce ntr at ed  ar ound  th e    rang  ( =                    ) .  so,  we  fi nd   t hat  th e   highest  ha rm onic s  are   the  ± 2   th an  ± 4   et c…,   the  same  with   2 and  3 an d  al l  the  “m ”  mu lt iple  wh a t  we  cal le d ha rm on ic s  f amil ie s.   Th e  me th od   is  based  on   a  rand om  selec tio n  of   th e  carrier  frequ enc y  fo r  eac h  car rier  perio d  [2 2 - 25 ].   In  this  techn iq ue  t he  rand omization   of   frequ e ncy   of  carrier   wave  is  by   t akin g  some  ti mes   th e  carrier  wa ve  and   th e  other  times   th e  in verse  of   carrier  wave.  So ,  fo r  do  th is  w e  work   with  PRB S   (th e rand om b its g enerator,   Fig ur e  9   wh ich  it g enerates rand om b ites even  0  o r 1.           Fig ur e  9 . P R BS 9  b its scheme       In  ou r  sc heme ,  PRB S   sig nal   is  gen e rated   us in g  a   li nea r  feedbac k  s hift  reg ist er   (L FSR ),   s how n  in   Figure  9.  It  has   9  data  sto rin g  un it s  ( delay   li ne   in   opti cs),  ea ch  unit   is  ca pa ble  of  sto rin g  one  bit  of  bi nary  data  te mp oraril y  du rin g  one  cl oc k  per i od.  T he  w h ole  s ys te m   is  sy nc hro nized   with  a  cl ock.  At  each   pe rio d,  the  5  and  9  bit   goes   th rou gh  a   XOR   pro cess.   T he   X OR   lo gic  i s  us ed   i n  t he   P RB S  to   dr i ve  t he   in pu t   bit   wi th  t he   XO R   of  s om e   bits   of   the   overall   s hift  reg i ste r  value ,  al s o  A   XO R   ga te   ca n  giv e   very   s hort   pulse   durati o n    (<  1  ps).   T hen,  we   ta ke  t he  resu lt   of   PRB S  an d  mu lt iple   with  t he  ca rr i er  wa ve  an d  t he  in ve rse  of   PRB S   mu lt iple  with   the  in ve rse  of  carrier   wav e   a nd  a dd  the   bo t h  res ults  li ke   it ’s  been  s how n  i n  Fig ur e   10  an d  Figure  11.   By  us in g  t he  PRB S  sc h eme   an d  the  car rier   wa ve   an d  t he  ref e r ence  sc heme   we  ca n  buil d  t he  blo c   of PRW M wit h pse udor a ndom car rier.               Figure  10. Ca rri er w a ve ge nerat ion     Figure  11. Ca rri er w a ve fo rm       4.   SIMULATI O N RESULTS   In  this   sect ion,  t he  pro pose d  phot ovol ta ic   gr id   c onnecti on   s ys te m  is  simul at ed  us in g  M A TLAB/Si m ulink.  We h a ve   connecte d  tw o  PV  g ene rato rs   (each  ge ner at or  is  com pose d  of  13  pa nels  of   150  W  put  in   se ries )  t o  t he  c onti nuou s   bus   as   s ho wn  in   Ta ble  2 .   The   reacti ve   powe r   is  c on t ro l le d  by  c on t ro ll ing  in   park  fr a me  t he   injec te d  c urre nts  in   the   gri d,  we   imp os e   a  gr i d  re act ive  powe r  e qual   to   zero  (  = 0 ) ,  a nd  the r e fer e nce a ct ive pow e r  is  cal culat ed by t he DC  bu s  con trol  blo c.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 47   –   15 56   1554   Table  2.   Propo sed  s ys te m  p a r amet ers   Ph o to v o ltaic ar ray Bp s 1 5 0   P m ax   150   W   Maximal  po wer   V op   3 4 .5   V   Op tim al vo ltag e   I op   4 .35   A   Op tim al cu rr en t   V oc   4 3 .5   V   o p en  cir cu it vo ltag e   I cc   4 .75   A   Sh o rt  circuit cur re n t   N s   5   /   Nu m b er  o f  series  a rr ay s   N p   0   /   Nu m b er  o f  parallel  ar rays   DC Bu s   U dc   624   V   DC b u s v o ltag e   C   0 .41   mF   Cap acitance o f  DC  bu s   Filter   R t   3   Ω   Filter  resistan ce   L t   0 ,05   H   Filter  in d u ctan ce   Grid   V s   380   V   Vo ltag e   F   50   Hz   fr eq u en cy       Figure  1 2   sho ws  P  ( V)   a nd   I(V)   c urve s  for  P V  pan el .   The  pro file s  of   i rr a diance  of   t wo  PV   gen e rato rs  a re  sh ow n  in  Fi gur e 1 3 .            Figure  1 2 . P ( V)   an d I  (V) c urves f or   PV p anel.             Figure  13. Ir ra diance  pro file   of each  P V gene rator     Figure  1 4 . PV   powe r of   eac h PV ge ner at or  a nd g l ob al   PV   powe r           Figure  1 5 . Gri d  act ive  powe r   Figure  1 6 . Gri d react ive  pow er       0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 . 5 1 1 . 5 T i m e   ( s ) I r r a d i a n c e   ( K w / m 2 )     I r r a d i a n c e   o f   G p v 1 I r r a d i a n c e   o f   G p v 2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 T i m e   ( s ) P V   p o w e r   ( W )     P V   p o w e r   o f   G p v 1 P V   p o w e r   o f   G p v 2   G l o b a l   P V   p o w e r   0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1000 2000 3000 T i m e   ( s ) G r i d   a c t i v e   p o w e r   ( W )     A c t i v e   P o w e r   P g   r e f A c t i v e   P o w e r   P g 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 -6 -4 -2 0 2 T i m e   ( s ) G r i d   r e a c t i v e   p o w e r   ( V A R     R e a c t i v e P o w e r   Q g - r e f R e a c t i v e P o w e r   Q g Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       A ran dom PW M co ntro l  strat egy for  a  three - le vel  inverte r  us e d  in  a gr i d connect ed  ...  ( K. H im our)   1555         Figure  17. V oltages  U c1   a nd U c2     Figure  1 8 . Gri d vo lt age  and  c urren t       Figures  1 4 ,  1 5   and   1 6   res pec ti vely  sho w  th e  total   produc ed  ph otovo lt ai c  power,  the  a ct ive  powe r   and  t he  reacti ve   pow er   tra nsmi tt ed  to   t he   el ect rical   network.   Th ese   r esults  s how   th at   al l  the   P V   powe r   pro du ce d  is   in je ct ed  to   gri d  with  a   un it   po wer  fact or  bec ause  we   ha ve   imposed   a  refe ren ce   reacti ve   powe r  equ al   to  0.   Fig ur e  1 7   sho ws  the  volt ages  of  the  two  ca pac it ances   of   t he  DC  bus.   The  t wo   ca pacit anc e  are   equ al   (C 1  =  C 2 =  0. 2  mF ).   t he  gri d  vo lt a ge   and   t he  gri d  current  of   phase  1ar e  il lust rated  in  Fig ure  1 8 .    Figures  19   an d  2 0   res pecti vel y  re pr e sent  th e   ou t pu t  volt age   of   t he  th ree  le vels  DC I  an d  i ts  har m onic   an al ys is     (  = 35 . 40   % ).             Figure  19. O utp ut  volt age  of  ph a se  1 of  t he 3 level  DCI     Figure  20. Har monic anal ys is  of  ou t pu t  volt age  V 1       5.   CONCL US I O N    This  pap e r  presents  the   ad va ntages   of  th r ee  le vel  di od e s   cl ampe d  i nverter  for  gr id   co nn ect e d  photov oltai c  sy ste ms.   T he  pro posed   s ys te m  pr oduces  le ss  dv/dt  stress es  imp os e d  on   the  s witc hing   de vices   and  gen e rates   few e r  ha rm on i c  in   volt age   a nd  c ur re nt  by  usi ng  Ra nd om  PWM   co ntr ol  strat egy.  The   usi ng  of   three  le vels  D CI,  al lo ws   co nnect ing  tw o  P V  ge ner at ors   to  t he  gr i d.   Als o,   it   possible   to  tra nsmi t  mor e  po wer  to  gri d  by  i ncrea sing  the  DC   bus  vo lt a ge,   a nd  a  reducti on   of  the   filt er  el ements.   The   ci rcu i t  prov i des  good  decou pling  of  the  vo lt a ge  l oops  V d   an d  V q   s ince  th e  V q   re mains   co ns ta nt  un der  var ia ti ons   w hich   s how s  high   dynamic  performa nces  of  the   con t ro ll ers .  T hu s ,   the  act ive   and   reacti ve  powe r  f ollo ws  qu ie tl y  the  refe ren ce   sign al s.  The  gri d  vo lt age  a nd  cu rr e nt  are  in  phases  th er e  by   t he  pow er  facto r  at   th e  gr i d  co nnect ion   i s     al mo st  un it y.       REFERE NCE S   [1]   Sami r  Kouro ,   Jos e  I.  Le on,   Dm itri  Vinniko v,   L e opoldo  G.   Franq uel o,   “Gr id - Con nec t ed  Photovo l ta i c  Sys tems:  A n   Overvi ew  of   R e ce nt   Rese arc h   a nd  Emerging   PV   Conver te r   T ec h nology , ”   in   I EEE  Industrial   El e ct ronics   Magazi ne ,  Marc h  2015 .   [2]   J  Sree devi ,   N  As hwin ,  M  Nai ni  Ra ju,  “ A  stu dy  on  gr id  con nec t ed  PV   sys t em , ”  in  Nat ion al  Pow er  Syst e m s   Confe renc e  (N P SC) ,  pp .   1 - 6 ,   20 16 .   [3]   K.N.  Nw ai gwe,   P.  Mutabi lwa ,   E .   Dintwa ,   “An  o ver vie w  of  sola r   power  (PV   sys t em s)  integra t ion   int o  e le c tricit y   grids”,   Ma te ria l s Sc ie n ce f or  En ergy   Techno logies ,   pp .   629 – 633 ,   2019.   [4]   Gus ta vo  Hunter ,   Javie r   Rie d ema nn ,   Ivá n   Andrad e ,   R am ón   Bla sc o - Gime ne z   &   R ubén  Peña ,   “Power  cont ro l  of   a   grid - connect ed   P V sys te m  during   asymmetrica l  v olt ag e  fau lt s’’  Elec tri cal   Engi n eer ing ,  vol .   101 ,   p p.   239 – 250 ,   201 9.   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 1 1 . 5 312 3 1 2 . 5 T i m e   ( s ) C a p a c i t o r s   v o l t a g e   ( V )     U c 1 U c 2 0 5 10 15 20 - 4 0 0 - 2 0 0 0 200 400 T i m e   ( s ) G r i d   v o l t a g e   ( V ) ,   G r i d   c u r r e n t   ( A )     G r i d   v o l t a g e   ( V ) G r i d   c u r r e n t * 4 0   ( A )   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 - 5 0 0 0 500 T i m e   ( s ) O u t p u t   v o l t a g e   o f   p h a s e   1   ( V ) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   3 1 1 . 1   ,   T H D =   3 5 . 4 0 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   3 ,  Se ptembe r  2020   :    15 47   –   15 56   1556   [5]   V.C.   Sont ake  a nd  V.R.  Ka la m kar ,   “Solar  pho tovol taic   wat er   pumpi ng   sys tem  –   A  com pr e hensive  rev i ew , ”  Re newab le   and   Sustainabl e   Ener gy  Revi ews ,  v ol .   59 ,   pp .   1038 - 1 067,   2016 .   [6]   S.S.  Ch ande l ,   M.   Naga r aj u   Naik ,   Rahu l   Chand el ,   “R eview  of   sol ar  pho tovol t aic  wate r  pump ing  sys te m  technolog y   for  ir rigation   and  community  drink ing   wa te r   suppli es , ”  Re newab le  and   Sustainab le  Ene rgy  R ev i ew s ,    vol.   49 ,   pp   1084 – 1099,   2015 .   [7]   Meyna rd,   T . A.;   Foch,   “ H.   Mult i - le ve l  conve rsio n:  High   vo lt ag e   chopp ers  and   v olt ag e - source   in ver te rs ,”   In   IE E E  Powe r E le c troni cs  Speciali sts Co nfe renc e ,   Toledo ,   Spain ,   pp .   397 - 403 ,  1992 .   [8]   Ronak  A.  Rana,  Sujal   A.  Pat el,  Anand  Muthusam y,   Chee   woo  Lee,   and  H ee - Je  Ki m,   “R evi ew  of  Multi le v el   Vol tage   Source   Inve r te r   Topol og ie s  an d  Analysis  of   Harm onic s  Dist orti ons  in   FC - MLI , ”  Elec troni cs ,  vol .   8 ,   no .   11 ,    p.   1329 ,   2019 .   [9]   V  S  Prasadra o  K,  P  Sudha  Rani  and  Gandha mTabit a,   “A  new  m ult ilevel  inverter   topol ogy  for  Gr id  interc onn ec t io n   of  PV   sys te ms , ”  PE STSE ,   pp.   1 - 5 ,   2014 .   [10]   K.  S.  Srikan th,  “A  Three  Phase   Multi   Le v el   Co nver te r   for  Grid   Connecte d  PV   Sys te m, ”   Inte rn ati onal  Journal  of   Powe r E le c troni cs  and  Dr ive  Sys te m (IJPEDS),   v ol .   5 ,   no .   1 ,   pp .   7 1 - 75,   2014 .   [11]   Deshpande ,   Soham  G.   and   N.  R .   Bhasm e,  “A  r e vie w  of  topol ogi es  of  inv erter  fo r  grid  connect ed   PV   sys te ms , ”   In  2017  Innov at ion s in  Pow er  and  Adv anc ed  Comp uti ng  Te chnol ogi es  (i - P ACT) ,   pp .   1 - 6,   2017 .   [12]   K.   Himour,   K .   Gheda msi  and   E . M.  Berkouk ,   “ S uper vision  and  c ontrol   of  grid   co nnec t ed  PV - storage   sys te ms  wit h  the   f ive - l evel   di ode  c la mp ed inv ert er , ”   En ergy   C onve rs ion  and  M anageme nt ,  vol .   77,   pp .   98 - 107 ,   2014.   [13]   Zi ch eng   Zh ang ,  Alia n   Chen ,  Xia ngyan g   Xing ,  C huora n   Zha ng ,   “ Space   ve ct or  mo dula ti on   base d  c ontrol   stra te gy  o f  thre e - le ve l   inve r te r   for   sepa r a te  MP PTs  in  photo volt aic   sys te m , ”   in   I EE E   8 th  I nt ernati onal   Pow e r  Elec troni cs  an d   Moti on  Con trol Confere nc e  (I PEMC   -   ECCE A si a) ,   2016 .   [14]   Sandee p.   N,  U daykum ar   R. Y,   “Singl e   Phase   Seven  L evel  Grid  Connec t ed   Photovolt a ic   S ystem   with   Rip ple   Corre lation   Con trol   M axi mu m  Pow er  Point   Tr ac king , ”  Int ernati onal   Journal   of  R ene wab le  E nergy   Re search ,    v o l.   6 ,   n o.   4 ,   201 6 .   [15]   Jaim eAlonso,  Martı ne z   Joaquı n,   El oy - Garc ı a ,  Santi ago   Arnal te s ,   “ Dire c t  po wer  cont ro l  of  grid  conn ec t ed  PV   sys te ms wi th thr ee   le v el   NP C  inv ert er , ”   Solar  Ener gy ,  vo l .   84 ,   no .   7 ,   pp .   1175 - 118 6,   2010 .   [16]   Georgi osTsenge nes ,  Georgi osA dam idi s ,   “ A   multi - func ti on   gr id  co nnec t ed   PV   sys te m   with   thr ee  level   NP C  inv ert e r   and  vol ta ge   ori e nte d  cont rol , ”   So lar E nergy   ,  vol .   85,   no.   1 1 ,   pp.   2 595 - 2610,   2011 .   [17]   Zhi   Zh ang  and  Hao  Zhou,  “Hig h  per form ance  of  three - le v el  T - type   gr id - connect ed   photovoltaic  inv ert er   sys tem   with  thr ee - l evel boos t  ma x im um   power  point tr acking  conv ert e r ,”   Adv anc es  in   mec hanic al   engi n ee r ing ,   2019 .   [18]   Omar   Mohammed  Benaiss a,   Sa mi r  Hadj eri ,   Sid  Ahmed  Zi d i,   “ Modeli ng  and  S im ulation  of  Gri d  Connec t ed  PV   Gene ration  Sys t em  Us ing  Mat l ab/ Simul ink , ”  I nte rnational   Jo urnal  of   Pow er  Elec tronic s  an d  Dr iv e   Syst em   (IJ PE DS) ,   v ol .   8 ,   n o .   1 ,   pp .   392 - 401,   2017 .   [19]   Akash   S.   Pabb e war ,  M.   Kow sal ya ,   “ Thre e   Le ve l  Neu tra l   Point   Cla mpe d   Inv erte r  Us ing  Spa ce  Vec tor   Modulati on  with  Proportion a l  Resonan t  Contr oll er , ”  Ene rgy   P roce dia ,  vo l .   10 3 ,   pp .   286 - 291 ,   2016.   [20]   Subudhi  B,   Prad han  R,   “A  com p ara t ive   study  on   ma xim u m  powe r  point   tra ck ing  t ec hniqu es  for  ph otovol taic  pow er   sys te ms, ”  I EEE  Tr ans Sustain  E nergy ,   vo l.  4 ,   no.   1 ,   pp.   89 - 98,   20 1 2 .   [21]   Gupta  AK ,   Saxe na  R,   “R eview  on  widel y - used  MP PT  te chni que s  for  PV   appl ic a ti ons , ”  in  Int ernati onal  c onfe ren c e   on  innov a ti on  an d  challenge s   in c ybe r sec uri ty (IC ICCS - INBUSH) ,   pp  270 – 273 ,   20 16.   [22]   Sree ja  P,   L.   Pad ma suresh,   P.   M uthukum ar ,   “Fp ga  B ase d   Rando m  Puls e   Wi dth   Modulat ion   for   Thre e   Pha se   VS I , ”  Inte rna ti ona l   Jou rnal  of Re ce nt   Technol og y  and   E ngine ering   (IJ R TE ) ,  vol .   8 ,   no .   2 S6,  2019.   [23]   Young - che ol  Lim,  Seog - Oh   W i,   Jong - Nam   Ki m,   Young - Goo k  Jung,  “A  Ps eudo  ran dom   Ca rrie r  Modul at io n   Schem e ”,  IEEE T rans act ions o n  Powe r E le c troni cs ,  v ol .   25 ,   n o .   4 ,   pp .   797 - 805 ,   2 010.   [24]   Para ma siv an,  M . ,   Paulr aj,   M.   M.,  &   Ba la subr am an ia n,   S . ,   “ As sorted  c arr ie r - var ia b le  fr equency - ran d om   P WM  sche me for  vo lt a ge  source   inv erter , ”  IET  Powe r  El e ct ronics ,   vol .   10,   n o.   14,   pp.   1 993  - 2001,   2017 .   [25]   Vara dhar a ja n   K rishnakum ar ,   V.   Kam ara j ,   S.   Jee van ant han ,   “ Random  Puls e  Wi dth   Modula tion  T ec hniqu e   f or  Perform ance  I m prove me n t  of   Multi le v el  Inve r te r  B rushl ess  DC  Motor  Driv e , ”   Austral ian  Jo urnal  of   Basic  and  Appl ie d   Sc ie n ce s ,  vol .   9 ,   no . 16,   p p.   162 - 171 ,  201 5.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.