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.   4 ,  Decem be r 202 0 , p p.   1890 ~ 189 8   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 4 . pp 1890 - 189 8          1890       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   A  ne w spac e vec tor mod ula ti on tech nique  for q ua s i Z - sou rce B4   inverter       Izni M ustaf ar 1 , Nazih a A. A zl i 2 ,  No r ju li a  M.   N ordin 3   1,2,3   School  of El ec tr ic a l  (Pow er)   Engi ne eri ng,   Un ive rsiti T eknol o gi  Mal aysia ,  813 10  Skudai, Johor ,   Mal aysia   1   Depa rtment of  El e ct roni c Engi n ee ring ,   Univ ersiti  Sains I sl am Ma la ysia ,  71800   Ni la i ,   Neg eri   Se mb il an ,   Mal aysia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A ug   21 , 201 9   Re vised  Oct   9 ,  20 19   Accepte d  J ul   1 3 , 2 0 20       A  Quasi  Z - Source   (qZS )  n et wor k  has  bee n  u ti l ized  in  a   B4  inve r t er  topol ogy   to  prov ide  vol tage  boost ing   eff e ct  by   turni ng   on   the  upper   and   lo wer  sw itches   simul ta n eously   which  is  know n  as   z ero   shoo t - through   states.   How eve r ,     the   d esign  of   a   q ZS  B4  inv ert e r  i s  not  as   strai gh tf orw ard   as  addi n g  a  q ZS  LC   im ped anc e   ne twork  to   the  front - end  of   a   B4  inv ert er .   Thi s  is  be ca use   the r e   are   no   z ero   vect ors  avail abl e   in   a  B4   inve rt er   to pology  to  insert  th e   shoot   through  z ero   sta t es,   as  in  th e  c ase   of  a   B6  inv ert er .   Thi s pa p er  prop oses a   new   Sp ac e  Ve ct or  M odula ti on   (SV M) t e chni que   for  a   qZS  B4  inv ert er .   Additi on al   ze ro  ve ct ors  hav e  bee n  appr opri at e ly  adde d  and   distri bute d  in  t he  proposed   SV M  to  avoi d   al t eri ng   th e   exis ti ng  vo lt - sec   p er  sw itching   cy cl e   for   th e   exi sting  active  v ec tors.   Th e  vol tage  ve ct ors  sw itc hing  pl ac e me nt   i s  ca ref u ll y   designe d   in   ord er  to   en abl e   the  vol ta g e  b oosti ng  ef fect   for   th is  topo logy   without   alter ing   the   in it i al   out put  volt ag e.   In   addi ti on ,   an   a pproa ch  to   com pensa te   the   DC - li nk  voltage  rippl e  h as  al so  b ee n  t ake n  int o  c onsi der ation   in  it s  ini t ia l   c al c ula ti on   to   ac h ie v e  ba la nc ed  ou tp ut  voltage .   The   per forma n ce   of  th e   proposed   modul ation   tech nique  is   ver if ie d   using   MA TL A B/Sim uli nk .   It  is  show n  tha t   by  using  the  p roposed  modul a ti on  t ec hniqu e,  the re  is  an   over all  im prov e me nt  on  the   li ne   to  li n e  output  v olt ag e  where   by   it   is  ab le   to  produc e  b al an ced  output   vol ta g e s  for  the   thr ee - p hase   loa ds  wi th  or  without  boosting  eff ect.   Ke yw or d s :   B4 in ver te r   DC - li nk  vo lt ag e ripple   Qu asi  Z - Sour c e   Sp ace  vecto r mo du la ti on   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 :   Naziha  A. Azli ,    School  of Elec tric al  ( Powe r)   En gin eeri ng,    Un i ver sit i Te knol og i  M al a ys ia ,    81310  S kudai,  Jo ho r,   M al a ys ia .   Emai l:   naziha @u tm .m y       1.   INTROD U CTION   Ov e r  t he  year s ,  va rio us  volt age  s ource   in ve rters  (VSI )  to polo gies  hav e   be en  pro po se d  de pendin g  o n  industrial   needs  an d  a ppli cat ion s .  E ve n  t hough  the   co nvent ion al   si x - s witc h  th ree - phase   ( B6)  VSI  is   bro adl y  us e d,  the   use   of  re duce d  c ou nt  s witc h  to polog ie s   is   c onsidere d  in   s pecif ic   lo w  powe r   r ang e   a ppli cat i on s   t o  reduce  c os t  and   powe r  loss es.  To  acc ompli sh   that,  the   four - s witc h  three - phase  (B 4)   in ve rter  ha s  bee n   pro po se d  i n  [1] .  Des pite  it s  adv a ntage s,  t he  B4  in ver te r  ha s  seve ral  sig nif ic ant  draw bac ks.  Lit eratu re  st ud ie s   sta te   that  the  B4  in ver te r  pr oduces  per i od i cal   fluctua ti on s  across  the  D C - li nk   s plit   capaci tors  [2 - 7] .  A  la r ge  DC - li nk  capaci tor  is  typ ic al ly   us ed  t o  co mpe ns at e  the  DC - li nk   rip ple,  a nd  this  can  be  quit e  bu l ky.  Th us ,  it   is   vital   to   co mp e ns at e  for   the   in flue nce  of  t he  DC - li nk  rip ple  on  the   outp ut  volt age   with out  the  e xpens e   of  us in g  la rg e  DC - li nk   capaci tor s.  V ario us   m odula ti on   te ch nique s  us in g  s witc hi ng   ti me  c ompen sat ion s   ha ve   bee n  pro po se d  t o  co mp e ns at e  f or  the  vo lt age  im ba la nce  sp li t  ca pacit or   [2 - 4 ,  8 - 10] .  Furthe rm ore,  c ompare d  t o  a  B6   inv e rter,  it   is  no te d  that  ze r o  vect or s   are  abse nt  for  a  B 4  in ver te r  wit h  only   f our  a va il able  act ive  vecto rs.   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 n ew   space ve ct or   mod ula ti on tech nique f or q ua si  Z - s ourc e B4 i nverter   …   ( Nazi ha A.   Azli )   1891   Hen ce ,  nume r ou s   a ppr oach e s  re ga rd i ng  ze ro  ve ct ors  i ntegr at io n  in   a  s pa ce  vect or  pu l se - wi dth  m odul at ion  (S V M) tec hn i que  hav e  b ee n p rop os ed  to sol ve  for  t he  a bs e nc e of zer o vect or s  in  B 4  i nv e r te rs  [6 ,  11 - 13] .   Ap a rt  from  t ha t,  in  an y  co nce pt  of   sta ndar d  VS I  operati on,   the  B4  or  B6  i nv e rters  ca n  only  perform   bu c k  op e rati on .  T hus,  t he  m os t  strai ghtf orward  s olu ti on  is  to  us e  a  D C - DC  c onver t er  to  boos t  the   ou t pu t   vo lt age   from   the  DC  s ource .  Nev e rtheless ,  by  us in g  t his  a ppr oach,  it   defea ts  the  pur pos e  of  reduci ng  powe r   losses  since   ac ti ve  s witc hes  a re  nee ded  in   a   DC - DC  boos t   conve rter.   He nc e,  a n  im pe da nc e  net wor k  i nverter  has  bee n  pro pose d  [14]   as   a n  al te r native   to  t he  tra diti on al   DC - DC  c on ver te r .  It  rem oves  t he  act i ve  con t ro l  switc hes   an d  pro vid es   the   vo lt age   bu c k - boos t   capa bili ty  by  tu r ning   on   the   lo wer  an d  up per  s witc hes  simult ane ou sl y  (sho ot - th rou gh  ti me).   A  Z - Sou rce  (Z S)   and   quasi   Z - Sour ce  (qZS)   inv e rter  is  one  o f     the  impe da nce   netw ork  t opol og ie s .  Se ver al   B4  in ver te rs  th at   util iz e  a  ZS /qZS  to polo gy   to  boos t  the   outp ut  vo lt age   has  be en  repo rted  i n  [3 ,  9 ,  11 ,  15] .  A  detai le d  a na lysis  on   the  Z S  B4   in ver te r  modu la ti on  te c hn i qu e   has  been  prese nted  i n  [ 11] ,  w her e  it   discuss es  the  process   of   ze r o  vecto rs   synthesis  sinc e  theo reti cal ly  for  a   B4  in ve rter;  t he  ze ro  vecto rs  a re  a bs e nt.   Co ns e qu e ntly ,  the   placeme nt  of  sho ot - th rou gh  ti me  ha s  bee n  est ablished ,  ba sed  on  t he  a va il abili ty  of  z ero  vect or s   de pendin g  on  t he   va rio us   poss ible  B4 - ZS   in ver te r   topolo gies [ 11] .   Simi la r   to   a  conve ntion al   ZS/qZS   B 6  i nverter;   a  ze r o  vecto r  is   nee de d  t o  i ns ert   a  sh oot - thr ough  ze r o  c onditi on  a nd  s ub s eq ue ntly  pr ov i de  a  boos ti ng  e ff ect   on   th e  outp ut   volt age  [ 14] .   Hen ce ,  it   i s   vital   to  co ns id er  the  c on ce pt   of   ne utrali zat ion   of  act ive  ve ct or s   in  orde r   to  pro duce  ze ro   vecto rs.   H oweve r,     in  [ 11] ,  the   D C - li nk  volt age   rip ple  has   bee n  ass ume d  co nst ant,  a nd  the   current   ci rc ulati on   t hroug h  t he  t wo  sp li t  DC - li nk  i s  no t   co ns ide r ed.  T her e fore,   to  c ompen sat e  f or  the   s plit   DC - li nk  volt ag e  imbala nce,   a dap ti ve   SVM  te c hniq ue s  ha ve   been  pro posed   in   [3 ,  9] .  Howe ver,  t he  f ocu s   of  the se  te ch niques   is  just   to   co mpe ns at e   the  switc hi ng   t ime  in  orde r  to  so l ve  the  D C - li nk   vo lt age   ripp le   iss ue  w it ho ut  a ppr opriat el y  cons ideri ng   t he   zero   vecto rs  s witc hing  ti me   distrib utions  in  it s  propose d  al gorith m.   This  pa pe r  pr opos es  a  ne w   SVM  te chn iq ue   f or  the  qZS  B4   in ver te r ,  w hich  can  pro vid e   D C - li nk  rip ple  com pensat ion  thr ough  ze ro  vecto r   sy nt hesis  a ppr oach.  It  prese nts  an   in vestiga ti on  on  t he  pr i nciple  of   t he   qZS  B4   in ve rter  al on g  with  the   pro po se d  SVM   te ch nique  wh i ch  i ntrod uces  z ero  vect or s   tha t  can  acc ommo date  the   s hoot - thr ough  ze ro  st at es   and  at   the   sa me  ti me  prov i de  the   DC - li nk  vo lt age   ri pple   com pe ns at ion.  T he  acc ur acy  of  the  pr opos e d  al gorithm  f or  the  S V M   is  c onfirme d  by  analyzin g  the   res ults  of  a   simulat ion  stu dy  c onduct ed   us i ng   M A TLAB/Si m ulink.       2.   NEW  MO D U LATION  TE CHNIQ UE F OR QZ S B 4  I NV E RTER   Figure 1   s hows   the  qZ S - B 4  in ver te r ,  as p r op os e d  in  [3] . I t uses o nl y  four act ive  switc hes   to  co ntr ol  a   three - phase   loa d  i ns te ad   of  six.   T he  one  pha se  le g  ( phase  A)  of   the   loa d  is  co nnect ed   to   the   mid point  of  tw o  sp li t  capaci tors,  w hile  the  fou r  switc hes  a re  con t ro ll in g  an ot her   tw o - phase   le g  (phase  B  a nd   C ).   T he  pr opose d  structu re  in  [3]   util ise s   shoo t - thr ough  ze ro   interval  ti mes  to  buck  t he  D C - bus  volt age ,   li ke  a  sta nd a r d  qZ S  three - phase  si x - switc h  (B 6)   i nverter   ope rati on.  He nce,  it   prov i des  th e  de sirable  ou t put  vo lt age  acr os s  th e  load   by tu rn i ng on t he  lo we r  a nd upp e r  s witc hes  s imult ane ou sl y  [3] .           Figure  1 .   Q uas i Z - s ource  B 4  i nv e rter t opol ogy [2]       Con ce ptu al ly   f or  a  qZS   in vert er  str uctu re,  t o  measu re  t he  ou t pu t   volt age  of  the  i nverter   br i dg e ,  it   i s   essenti al   to  co ns ide r  the  pea k  DC - li nk   volt age,   .  The refo r e,  the  mai n  re qu i red   e quat io ns   f or  a  qZ S  B4  inv e rter a re  [3] :       = ∙ 1 1 − 2 ∙    (1)   1 + 2 = 1 − 1 − 2 ∙      3 = 1 − 2 ∙      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.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1890   –   18 98   1892    = 1 + 2      = 1 + 2 = ( 1 − ) ⋅       = ( 1 + 2 1 − )       Wh e re    re pr es ents  the  i nv e rt er  bri dge  e quivale nt  ci rc uit  sta te   conditi on.  W he n  the   in ver te r   is  in  short   ci rcu it   c onditi on  (s hoot - t hro ugh  ze ro  mode) ,     is  e qual   to   ze ro,  w her eas   it   will   bec om e   1  wh e n  the   in ve r te r   br i dg e  is  in  th e  act ive  sta te   (sho ot - th rou gh  mo de) .    C onseq uen tl y,  the   sh oot - t hroug h  durati on,    can  be   expresse d  as  in   [ 14] .     = 0   (2)     Wh e re    0   is t he  ze ro s hoot - th rou gh s witc hing ti me     is t he  s witc hing ti me   Con si der i ng  th e  DC - li nk  volt age  rip ple  that   ge ner al ly   occ ur s   in   a  B 4  i nverter ,  it   is  cr ucial   to  ta ke   into  acc ount  the  vo lt age  ac r os s  the   sp li t  c apacit or   ( 1 + 2 )   sinc e  the  outp ut  volt age  of   phas e  “A”  is   def i ned   by 2 .  Th e  feasible  vo lt age  pote ntial s  0 ,   0   and  0   sh ow  tha t  the  influ e nce  of   volt age  va ri at ion s  in  the   s plit   cap aci tor  has  bee n  ta ke n  int o  c on siderati on.   T hus,  this   can  b e use d  t o  cal c ulate   phase   volt ag es   ,     an d       ba sed  on  equati ons  [2 ,  3 ,  16]   .       1 = 1     2 = 2   0 = 2   0 = 1 ∙ ( 1 + 2 1 − )   (3)   0 = 3 ∙ ( 1 + 2 1 − )       Wh e re    0 , 0 , 0     a re th e  volt age  po te ntial s acro ss  eac h ph a se r es pecti vely .   The  formati on   of  the  a ve rage  volt age  vect or     ca n  be   obt ai ned   by  a dd i ng  the   fi ve  vo lt age  vecto rs  from  t he  br i dge  inv e rter .  T his  can   be   achie ved  by  us i ng  Cl ark ’ s  tra ns f or mati on ,   w he re  the  co mp one nts  val ue   of     and the  five  volt age  vecto r s ar e  show n i n t he  f ollo wing e qu at io n  [ 17] .     [ ] = 2 3 [ 1 − 1 2 − 1 2 0 √ 3 2 √ 3 2 ] [    ]   (4)   = ( + ) , =     00,10,0 1,11, Z s ht     The  detai ls  of   the  outp ut  volt age  base d  on  eac h  vo lt a ge  vecto r  a re  ta bu la te d  in   T abl e  1.   The   existe nce  of  th e  pa rameter  2   il lustrate s  the   in flue nce  of   volt age  var ia ti ons  in  the  s plit   cap aci tors  on  al l  th e   sp ace   vect or s .   Eve n  t hough  volt age   va riat io ns  ha ve   been  consi der e d  in   the  SVM   te ch nique   f or  a   qZ S  B 4  inv e rter  pro po sed  i n  [ 3] ,   the   var ia ti on  i n  t he   duty   c ycle,     is  not  i nclu de d  in  the   vo lt age   vecto r  cal c ulati on .   Th us , T able  2 pr ese nts t he  s pa ce vect or   posi ti on s t hat consi der s  the  va riat ion i n    an d  2 .         Table  1.   Propo sed  s witc hing  vecto rs  a nd the  outp ut volt age s for  t he qZS  B 4  in ve rter   Vector   Ou tp u t Voltag e   S1   S2   S3   S4            0   0   0   0   2 2 3   − 2 3   − 2 3   1   0   0   1   2 − 1 − 2 2 3 ( 1 − )   2 + 2 1 + 2 3 ( 1 − )   − 2 2 − 1 + 2 3 ( 1 − )   1   1   0   0   − 2 1 − 2 2 3 ( 1 − )   1 + 2 3 ( 1 − )   1 + 2 3 ( 1 − )   0   1   1   0   2 − 1 − 2 2 3 ( 1 − )   − 2 2 − 1 + 2 3 ( 1 − )   2 + 2 1 + 2 3 ( 1 − )   1   1   1   1   2 2 3   − 2 3   − 2 3     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 n ew   space ve ct or   mod ula ti on tech nique f or q ua si  Z - s ourc e B4 i nverter   …   ( Nazi ha A.   Azli )   1893   Table  2.   Propo sed  S witc hi ng  Size  of  Vectors f or  t he  qZS B 4 I nv e rter   Vector       00   2 2 3   0   10   2 − 1 − 2 2 3 ( 1 − )   2 + 1 √ 3 ( 1 − )   11   2 ( 1 + 2 ) 3 ( 1 − )   0   01   2 − 1 − 2 2 3 ( 1 − )   − ( 2 + 1 ) √ 3 ( 1 − )   Zsh t   2 2 3   0         Figure  2 .   S witc hing  vecto rs dist ribu ti on a nd  chosen   vecto r  se qu e nc es       Table  3.   Propo sed  volt age  ve ct or  s witc hing  ti me f or sect or  1  a nd 2   Secto r   1 ( − 4   ≤   < 4 )   2 ( 4 ≤ < 3 4 )   00   1 − ( 1 − ) 2 1 + 2 + 3 cos ( ) −  ℎ   1 + 2 1 + 2 − √ 3   cos ( − 3 ) −  ℎ   10   ( 1 − ) 2 1 + 2 − √ 3   cos ( + 6 )   √ 3   cos ( )   11   0   ( 1 − ) 2 1 + 2 − √ 3   cos ( + 3 )   01   ( 1 − ) 2 1 + 2 − √ 3   cos ( − 6 )   0       Table  4.   Propo sed  volt age  ve ct or  s witc hing  ti me f or sect or  3  a nd 4   Secto r   3 ( 3 4 ≤ < 5 4 )   4 ( 5 4 ≤ < − 4 )   00   0   1 + 2 1 + 2 − √ 3   cos ( + 3 ) −  ℎ   10   1 + 2 1 + 2 − √ 3   cos ( − 6 ) −  ℎ   0   11   2 − 1 − 2 2 1 + 2 − 3 cos ( ) +  ℎ   2 − 2 1 + 2 − √ 3   cos ( − 3 )   01   1 + 2 1 + 2 − √ 3   cos ( + 6 ) −  ℎ   √ 3   cos ( )       Fu rt hermo re,   to  est imat e  t he   desire d  re fere nce  wa veform,  it   is  neces sary  to   desi gn  the  pro per   switc hing  sta te s  to  m odulate   the  outp ut  puls es.  Th ere fore,  to  obta in  the   de sired  ref e ren c e  vo lt a ge  vect or,    the  in ve rter  ne eds  t o  be   s witc hed  betwee n  act ive  a djace nt   sta te s  ov e r  a   const ant  s witc hing  pe rio d.  D ur i ng   each  s witc hi ng,  on l y  t hr ee   ve ct or s   are   use d  in  on e   sect or  and  the   placement  of  eac h  vo lt age   vecto r,     a r e   su pp os e dly  as  cl os est   as   poss ible  to     [2] .   Co ns e qu e ntly,   the   switc hi ng  se quence   for  t he  c ho s en   te ch niqu e  i s   base d  on   Fig ure  2,   w her e  th e  vo lt age  vect or   a rr a ng e me nt   is  in  betwee n  the  cent re  of  seq ue ntial   vo lt age  vecto rs.   Ge neral ly,  in  a  previ ou sl y  pro po se d  m odulati on  t echn i qu e   [ 2],  on l y  tw o  sect ors  ha ve  bee n  use d  to   track  t he  desir ed  volt age  vec tor,  .  Th us,  the   point  of  ref e r ence  trac ki ng  is  quit e  la r ge  a nd  c ou l d  je opa rd iz e   the  accu rac y  of  obta inin g  t he   desire d  ref e re nce  wav e form  wh e re  it   is  pos sible  that  the    create d  is  far   f rom   .  T he  cal c ulate d  ti me  f or   eac h  ti me  portio ns  is  gen e rall y  t abu la te d  in   Ta ble  3  a nd  Ta ble  4  w her e by  t he   ℎ   value  ca n be  obtai ned by  us i ng e qu at io n ( 2) .   Wh e re ,      ti ming i nter va l for  vo lt age   ve ct or ;      ave ra ge vo lt a ge vect or;      switc hing  peri od ;   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.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1890   –   18 98   1894       vo lt age  v e ct or  po sit io n.     = ( 1 − ) 1 + 2       It  is  al way s   ess entia l  to  ac knowle dge  t he  a bse nce  of  ze ro  ve ct or   i n  desi gn i ng  the   s witc hing  se quenc e   of   a  qZS   B 4  in ver te r    [6 ,  9 ,  11 - 13 ,  18] .  Sim il ar  with  the  c onve ntion al   qZ S  B6  in ver te r ,  a  zero   vecto r  ti me  is  need e d  i n  a  qZ S  B4  i nv e rte r  to  i ns ert  a  shoo t - thr ough  ze ro   c on diti on  a nd  co rr es pondi ng l y  giv e  a  bo os ti ng  eff ect   on   t he  outp ut  volt age  [ 19 - 21] .  Ta ppin g  pri or  knowle dg e ,  the  fou r  a ct ive  vecto rs  a re  place d  oppo sing  each  ot her   as  sh ow n  in  Fi gure  3  wh e re  ( 0,1)   a nd   (1,0)  ar e  po i nting   i n  opposit e  direct ion s  ver ti cal ly   wh il e   (0,0)  a nd  (1,1)   are   poi nting  i n  opposit e  dire ct ion s   horiz on t al ly  [3 ,  6 ,  11 - 13 ,  15] .   T he re fore,   a  ze r o  ve ct or  is  create d  i n  eac h sam pling t ime b y usin g  t his c onditi on in  t he pr opos e d SV M t echn i qu e .    A  cl ea rer  inter pr et at io n  of  th e  proc ess  of  c r eat ing   ze r o  vec tor  c an   be   dep i ct ed  from   F ig ure  4.  Fig ure   4( a )  show s  t he   init ia l  switc hi ng  sta te s  with ou t   an y  zer o  vecto r  ti me   int erv al   in   sect or   1.  Re ferrin g  t o  t he  switc hing  sta te s  of   the  uppe r  switc hes  ( S1,   S3 ) ,  a   zer o  sta te   interval  ti me  is  create d  by   us in g  the  re m ai nin g  ti me  po rti on   of  the  lo ng e r  ( 0,0 )  of  sta te   time  com pa red   to  the  ( 1,1)   st at e  ti me  as  dep ic te d  in  Fi gure  4(b ).  Con se quently ,  the  ( 0,0)  s witc hing  sta te   ti me   that  is  e qu al   to  the   ( 1,1)  s witc hin g  sta te   ti me  is  us ed   to   gen e rate   the  accu rate  re fer e nce  phas or  vo lt - sec .  T he  sh oot - t hro ugh   zero   is  the n  in serted  int o  the   zero   sta te   int erv al   ti me  to  giv e   a   bo os ti ng  e ff e ct   on  t he  outp ut  vo lt age ,  a s  seen   in   Fig ur e   4(c) .  The   placement  of  t he  sh oot - thr ough  ze ro  i nter val  is  i n  be tween   the   dura ti on   of  the   (0,0)  a nd  (1,1)  s wi tc hin g  sta te s  f or  Sect or   1  a nd  Sect or  3.   Wh il e  in  Se ct or   2  an d  Sec tor  4,  the  plac ement  of  s hoot - thr ough  ze ro   i nter val  is  in  be tween  the  swit chin g  sta te s  of  ( 1,0)  and  (0,1).   T his   will   e nsure   th at   the   volt - sec   aver a ge   pe r   sw it ching  c ycle  f or  al l  e xisti ng  act ive  vecto rs wil l re main  un al te re d.           Figure  3 .   Vect or s  posit io n on sp ace  d ia gr a m  for  B 4  i nv e rter         (a)       (b)       (c)     Figure  4 .   The   process  of c rea ti ng  ze ro v ect or ti me inte rv al ,  (a) S witc hing   seq uen ce  w it hout t he  ze ro v e ct or   ti me interv al  i n sec tor  1 ,  (b)  S witc hing   se que nce  with a  repr oductio n  of zer o vecto r  ti me i nter val in s e ct or  1 ,  (c)   Sho ot - th rou gh zer o  sta te   posit ion i n  sect or  1     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 n ew   space ve ct or   mod ula ti on tech nique f or q ua si  Z - s ourc e B4 i nverter   …   ( Nazi ha A.   Azli )   1895   3.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS    The  ci rcu it   c onfi gurati on  as   sh ow n  i n  Fi gure  1  is  desi gn e d  base d  on  th e   pa rameters   as   in  T able  5.   All  pa rameters   are  sel ect ed  ba sed  on  [21]   to   achie ve  the   m os t  sta ble   dy na mic  pe rforman ce.  Sim ulati on  work   us in g M ATL A B/ Simuli nk h a s b ee n d on e  to verif y  t he pr op os e d  c on tr ol te c hn i qu e .   To   anal yze  t he   pe rfo rma nce  of  the   propose d  SVM   te ch ni qu e   for  t he   qZ S  B 4  i nv e rter,   a  co mpa ris on   is  made   wit h  [ 11]   w her e   the  vo lt age   acr os s   the  DC - li nk  ca pacit or  is  ass ume d  t o  be  e qu al .  It  has  bee n  pro ven   in  [2 ,  9 ,  11 ,  16 - 18]   t hat  both  s plit   capaci tor  volt ages   ar e  n ot  e qual ly  div ide d.  Hen c e,  it   is  i mport ant  t o   consi der  t he  va lue  of  t he  volt ages  ac r os s   th e  s plit   capaci t or.  In it ia ll y,  th e  value   of   the   modu la ti on   rat io  a nd   sh oot - t hro ugh  zero   is  set   to  =0.8  an d  = 0  res pecti vely .  By  usi ng   t he  pro pos ed  S VM   te c hniqu e  a s  obse rv e d  in  Table 3  a nd Tab le   4,  it   is  note d  t hat  the  a mp li tud e   of  the   outp ut  volt age s  is  77 V   pea k  to  pea k  for  al l  li ne  t o  li ne  volt ages  V ab ,  V bc   an d  V ca   as  show n  i n  Fi gure  5.   T his  is  because   the  act ive  ti me  f or   ea ch  s witc h  ha s  been   cal culat ed  a nd  ad juste d  acc or ding   to   the  v ari at ion s   in   1   an d  2 .   At   this   sta ge,    is  set   t o  0;   the r efore,   the re   is  no  boos ti ng  e f fect  on  the   ou tpu t  volt age.   F rom  t he  sim ul at ion   res ults,  t he  li ne   to   li ne   outp ut  volt ag es  are   balance d  an d  conseq ue ntly,  le ss  harmo nic  is  repor te d.   Al though  the  outpu t  vo lt age s  in  [ 3]   a re  re por te d  as   sy m metri cal ,  t he  ne w  pro pos ed  SVM   te ch ni qu e  h as   a  s mall er  loa d  volt ag e  total  h ar moni c  dist or ti on ( T HD) of  1.66% as s how n  in  Fig ure  6  c ompare d  t o 1.8 7%  as  r e ported  in  [3] .   To  validat e  th e  zer o  vo lt age   vecto r  distrib ut ion   in   the  pro po s ed  SVM   te chn i qu e ,  the   s hoot - t hroug h  zero   durati on    is  set   to  0. 2  and   M   is  re du ced  co rr es pondin gly   to  0.65  wh e re  the  bu ck - boos t  fact or  is  determi ned   by   the  co rr el at io n  val ue  be twe en    and     [14 ,  22] .  Fig ur e  7(a)  sho ws  the  l ine  to  li ne  ou t pu t   vo lt age s  with out  co ns ide rin g  the  zer o  vo lt ag e  vecto r  distrib ution.  By  us i ng  the  SVM  te c hn i qu e   in  [3] ,  wh e n  the  duty  rati o,  D   is  set   higher  than  0.1,  t her e   is  a  sign i ficant  vo lt age   offs et   in  the  outp ut  vo lt age  wa veforms  of   al l  li ne  to  li ne  vo lt age s.    T he  reason  is  due  t o  the  e xistence   of   the  volt - se c  error   to  t he  e xter nally  co nn ect e d   load  wh e re  Z sht   tim e  du rati on  is  inappr opriat el y  inserte d  in  every  s witc hing  ti me  interval .   Thus,  the  al lo cat ion  ti me  fo r  Z sht   ti me  durati on  is   li mit ed.   In   t his  case,  zer o  volt age  vecto r  di stribu ti on  has  no t  been   c onsi der e d  on l y  in  on e  se ct or ,  w hich  is  sect or   2.   Howe ver,  as  obse rv e d  in  Fi gure  7( a ),   al l  the  sin usoidal  wa ve for ms  are   aff ect ed   by  the   vo lt ag e  offset.   This  is  beca use   the  switc hi ng  patte r n  for  phases  B   a nd   C   are  de pe nd e nt   on   a   fixe d  po te ntial   of  ph as e  A  a s  de picte d  i n  Figure  1.  By   c on si der i ng  the   zer o - vo lt a ge  vecto r   distrib ut ion   as   sh ow n  in  Fig ure  7( b) ,   a  s ymmet rical   switc hing  patte rn   is   ob ta i ned   w he n  the  value   of  D   is  va ried   f rom  0  t o  0.2.  T he  li ne  t o  li ne  ou t pu t  volt age  am plit ude  bo os te d  t o  150  V  peak   t o  peak  f rom  77  V  pea k  t o  pea k,  w hich   is  gr eat er  t han   the  init ia l  ou tp ut  volt age  puls e  amplit ud e  w hen   =0  as  s hown   i n  Fig ur e  7(b ).   Fi gure  8  s how s   that  the   Z sht   ti me  durati on  is   inserted   at   t he  po i nt  wh e re     is   eq ual  t o  0  a nd   pro ves   that  t he   bo os ti ng  act ion  is  impleme nte d  [14 ,  22] .   T he   simulat io n  res ults  ha ve   pr oven  t hat  the   pro po s ed   S V M   te chn i qu e   is  c ap able  of  boos ti ng  the  outp ut  volt age  and   at   the  sa me  ti me  mana ge  to  bala nce  the  volt age  ou tpu t  co mp a re d  to  the   resu lt s  pr e sent ed  in   [ 11]   w he re  the   de viati on  of  the  volt ag e  capaci to r  tha t  occurs  at   the  DC - li nk  in put  br i dg e   is  neg le ct ed .  B esi des  that,  i n  con t rast  with  t he  S V M   te ch niq ue  i n  [ 3] ,  the  qZS   B 4  in ver t er  is  able  to  ha ve  the   vo lt age   boos ti ng  e ff ect   with ou t   al te rin g  th e  vo lt - sec   per  s witc hing   cy cl e  an d  co ns e qu e ntly   inc rea sed   th e   li mit at ion  o f  duty rat io  from   0.1 to 0 .2.       Table  5.   Desig n para mete r of  the circ uit   Para m eters   Valu es   Line Frequ en cy ,    5 0  Hz   Switch in g  Fr eq u en cy ,    1 0  kHz   q ZS  sp lit capacito r s,   1 , 2   3 0 0  µF   q ZS  capacito r,   3   1 5 0  µF   q ZS  in d u cto r,   1 , 2   1 0 0  µH   DC in p u t capacito r,      4 7 0  µF   Ou tp u t Resis to r,     20          Figure  5 .   Line  to li ne ou t put v oltage  wav e f orms  of  t he qZS   B4  inv e rter  with  = 0 . 8   a nd  = 0   us in g  t he p rop os ed  S VM  te chn iq ue         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.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1890   –   18 98   1896       Figure  6 .   Total  h a rm on ic   dist or ti on  for  t he  li ne  to  li ne o utput v oltage  V bc   us in g  t he pr opos e d  S V M  tec hn i qu e           (a)   (b)     Figure  7 .   Line  to li ne ou t put v oltage  wav e f orms  of  t he qZS   B4 in ver te r wit h  = 0 . 65   an d  = 0 . 2   (a)   with ou t ze r o - volt age  vector distri bu ti on  (b) wit h  ze ro - volt age  vecto r d ist ribu ti on           Figure  8 .   V oltage   ac ro s s the  c apacit or s  in  t he  q Z S B4 i nvert er  with  = 0 . 65   an d  = 0 . 2   usi ng  t he  pro po se d SV M t echn i qu e       4.   CONCL US I O N    This  pap e r  has   pro posed   a  ne w  S V M   te ch ni qu e   f or  a  qZS   B4  in ver te r.   It  offer s   seve ral  adv a ntage s  wh e n  co mp a re d  t o  t he   co nve ntion al   qZ S   B4   in ver te r  p r opose d  in   [ 2]  a nd [8] .  T hese   a dv a ntages   incl ud e  a  DC - li nk  rip ple   co mp e n sat io n  a nd  a   pro per  ze ro - volt age   vec tor   distri bu ti on  f or  the   s ho ot - th rou gh  ze r o - ti me   interval .   T he oret ic al   analysis  for  the  pro po se d  S VM   te c hn i qu e  has  bee n  di scusse d,   a nd   t he  sim ulati on   r esult s   hav e   pro ven  t he  t heor y.  It  s hows   that  t he   pro po se d  S V M   te c hniq ue  ha s  im prov e d  the  overall   pha se  out pu t  vo lt age  pro duc ed  by  balanci ng  the  ou t put  volt ages  f or  the   three - phase  lo ads  f r om   a  du t y   cycle  of   = 0   to   = 0 . 2 . An  e xperime ntal anal ys is w il l be carri ed o ut n e xt to  fur t he r  c onfirm  the  pro po se d SV M t echn i qu e .       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 n ew   space ve ct or   mod ula ti on tech nique f or q ua si  Z - s ourc e B4 i nverter   …   ( Nazi ha A.   Azli )   1897   ACK N OWLE DGE MENTS     This  project   w as  pa rtia ll y  s uppo rted  by  t he   M i nistry  of   E du cat io n  ( M al a ys ia ),  U ni ver si ti   Teknolo gi   M al aysia  unde r gr a nts  Q. J 130000. 3551. 05G 61.       REFERE NCE S     [1]   H.  W.  Van   d er   Broec k   and   J.   D.   Van   Wyk .   “A   c ompa ra ti ve   inves ti gat ion   of   a   thr ee - phase   induc t i on  m ac hin e   driv e   with  a  co mponent  mi ni mi z ed  vo lt ag e - fed   inv erte r  under   diferent   cont rol  op ti ons . ”  IEE E  Tr ans.  In d.   Appl. ,   vo l.   20 ,   no.   2 ,   pp .   309 – 3 20,   1984 .   [2]   F.  Blaabje rg ,   D .   O.  Ne ac su,   and   J.  K.   Peder sen .   “Ada pt ive   SV M  to  co mpe nsat e  dc - li nk  vo ltag e  ripp le   fo r  four - sw it ch  thr ee - ph a se  voltage - sourc e  inv ert e rs . ”  IEEE  Tr ans.  Powe r   El e ct ron. ,   vol .   1 4,   no .   4 ,   pp .   743 – 752,   1999 .   [3]   N.  Ahmad   Azl i,  A.   Kaykhosravi ,   and  F.   Khos ra vi .   “De sign   of  a   red u ce d   co mpo nent   count  singl e - phase   to   thr ee - phase   quasi - Z - source   conve r te r . ”  IET  Powe r  Elec t ron. ,   vol .   7 ,   no .   3,   pp .   489 – 495 ,   2014.   [4]   H.  H.  L ee,  P.  Q.  Dzung,   L.  D.  Khoa,   and  L .   M.  Phuong .   “ The   opt im i ze d   ada pt ive   spa ce   vec tor   pulse  wi dth   modul ation  for   f our  sw i tc h  three  phase   inv ert e r  u nder   DC  -   Li nk   volt ag e  ripp le  co ndit ion . ”  I EEE  Re g.   10  Annu.  In t.   Conf.   Proceedi n gs/T ENCON ,   no.   2,   pp.   1 – 6,   2009 .   [5]   D.  Zhou,  J.  Zhao,  and   Y.  Li u .   “ Predic ti v e  torqu e  con trol   sch eme  for  three - phase   four - sw it ch  inv ert er - f ed  induc t i on  mot or  dr ive s  wi th  DC - li nk   volta ges  offset   suppr ession . ”  I EEE  T rans .   Powe r  E lectron. ,   vol .   30 ,   no.   6,   pp.   3309 – 3318,   2015 .   [6]   R.   Wa ng ,   J.   Zh ao,  and   Y.   Li u .   “A   Compre h en sive  Inv esti ga ti o n  of   Four - Sw it c h  Thr ee - Phase   Volta ge   Source   Inve rte r   Based   o n . ”  vo l.   26,   no.   1 0,   pp .   2774 – 278 7,   2011 .   [7]   C.   Zhu,  Z .   Ze ng ,   and   R.   Zh ao .   “ Compre hensiv e  Analysis  and   Re duct ion   of   Torq ue  R ippl es   in   T hre e - phase   Four - sw it ch  Inv erter - f ed  PM SM   Driv es  Us ing  Spa ce  Vec tor   Puls e - wi dth  Modul at ion . ”  I EE E   Tr ans.  Powe r  El e ct ron. ,  vol.   PP ,   no.   99,   pp.   1 – 13 ,   2016 .   [8]   M.  B.   de  Ross ite r  Corrê a ,   C.   B .   Jac obin a,   E.   R .   C .   da  Silv a,   and  A .   M.  N.  Li m a .   “ A  gene ral  PWM  strat egy  fo r  four - sw it ch  thr ee - ph a se  inve r te rs . ”  I E EE   Tr ans.  Pow e r E lectron. ,   vol .   21,   no .   6 ,   pp .   16 18 – 1627,   2006 .   [9]   E.   S.   Najmi,   M .   Heyda ri, M.   Mo ham ad ia n,   and  S .   M.  Dehgh an .   “Z - source   thre e - p hase   four - sw it ch   inve rt er  wi th  D C   li nk  split   ca p aci tor  and  co mprehensive   inv esti g at ion  of  z - sourc e  three - phase   f our - sw it ch  inve r te rs . ”  2012   3rd   Powe r E le c tron. Dr iv e  Syst .   Te ch nol.   PE DST C  20 12 ,   pp .   25 – 31 ,   2 012.   [10]   R.   W ang,  J.  Zh a o,   and   Y.  Li u .   “ DC - li nk  c apa c itor  volt ag e  f luc tu at ion  analysis  of   four - sw it ch  three - phase   inve rt er . ”  IECON  Proc. ( I ndustrial  Elec tron.  Conf . ,   pp.   127 6 – 1281,   2011 .   [11]   P.  C.   Loh,  N.  D uan,   C .   Li ang ,   F .   Gao ,   and   F.  B l aa bj erg .   “Z - sour ce   B4   inve r te rs . ”  in   PE SC   R ec o rd  -   IEEE  Annu al  Powe r E le c troni cs  Speciali sts Co nfe renc e ,   2007,   pp.   1363 – 1369 .   [12]   Z.   Z eng,   W.   Zheng,  R.   Zha o,   C.   Zhu,   and   Q.  Yua n .   “Mode l ing  ,   Modulat ion  ,   an d  Control   of  th e  Thre e - Phase  Fou r - Sw it ch  PWM  R ec t if ie r   Under   B al an ce d   Voltage . ”  IEEE   Tr ans.  Powe r  E lectron. ,   vo l.  31,   no.   7 ,   pp.   4892 – 4905,   2016.   [13]   Z.  Z eng,  W.  Zh eng,  and   R .   Zh a o .   “Per form ance   Analysis   of   th e   Z ero - Volt age  V ec tor   Distr ibut io n  in   Three - Phase  Four - Sw it ch  Co nver te r   Us ing   a   Space  Vec tor   Approac h . ”  IE EE  Tr ans.  Powe r   Elec tron. ,   vol .   32,   no .   1,   pp .   260 – 273,   2017 .   [14]   F.  Z. Peng .   “Z - source   inve r te r . ”  IEE E   Tr ans.  Ind .   App l. ,   vo l. 39,  no.   2 ,   pp .   504 – 5 10,   2003 .   [15]   F.  Khos rav i,  N.   A.  Azl i,  and   A.   Kaykhosravi .   “ A  new  sing le - ph ase   to  three - phas e  conve rt er   usin g  Quasi   Z - Sourc e  net work . ”  2011  I EE E   Appl. Powe r E lectron. Coll o quium,   IA PE C   2 011 ,   vol .   3 ,   pp .   4 6 – 50,   2011 .   [16]   F.  Blaa bje rg ,   S.   Freyss on,   H.  H.  Hansen,   and  S.  Hansen .   “A  new   opti m ized  spa ce - vec tor   modulation  strategy  for   a   com ponen t - mi n i mi z ed  vol ta g e  so urc e inve r te r . ”  I EE E   Tr ans.  Pow er  Elec tron . ,   vol. 12, no. 4, pp. 70 4 – 714,   1997 .   [17]   H.  H.   L ee,  P.   Q.   Dzung,  L .   M.   Phuong,  L.  D.   Khoa,  and   H.   T .   Th anh .   “Ne w   spac e   ve ct or   control   a pproa ch   for   four   sw it ch  three   pha se  inv erter   under   DC   -   li nk   vol tage  r ipple . ”  2008   IE EE  Int .   Conf .   Sustain .   Ene rg y   Techno l.  ICS ET  2008 ,   no .   8 ,   pp .   1059 – 1064,   200 8.   [18]   R.   Antal,  N.   Muntea n ,   I .   Boldea,  and  F.  Bl aa b je r g .   “ Nove l,   Four - Sw it ch,   Z - Sour c e  Thr ee - Phase  I nver te r . ”   I ECON   2010  -   36th   Ann ual  Conf ere nce  on  IEEE  Industr ial   El e ct ronics   S oci e ty ,   Glend ale, AZ,   pp.   619 – 62 4,   2010 .   [19]   Y.  L iu,  B.   Ge ,   a nd  H.   Abu - rub .   “T heor et i cal  and   exp eri m ent a l  ev al ua ti on   of  four   spac e -   ve ct or   m odula ti ons   appli ed   to  quasi -   Z  - source   inve rt ers . ”  IE T P ower  E lectron. ,   vol. 6, no. 7,  pp.   1257 – 1269 ,   2013.   [20]   Y.  L iu,  B.   Ge ,   A.  R.   Hai tham,   and   F.   Z.  Pen g .   “Ove rvi ew  o f  Spac e  Ve ct or   Modulat ions  for   Thr ee - Phase   Z - Source / Quasi - Z - Source   Inve rte rs . ”  I EEE  Tr ans.  P ower  Elec tron . ,   vol.   29 ,   no .   4 ,   pp .   2098 – 2108 ,   20 14.   [21]   Y.  L iu,  B.   Ge ,   F.   J.   T .   E.  Ferre ira,   A.   T .   De   Al me i da,  and   H.   Abu - Rub .   “Mode li ng   and  SV PWM  co ntrol   o f  qu asi - Z - source   inv erter . ”  Proceedi ng   Int .   Conf.   El e ct r.   Po wer  Qual.   Util. EPQU ,   no .   9 ,   pp .   95 – 101 ,   2011 .   [22]   J.  Anderson   an d  F.   Z .   Peng .   “ Four  Quasi - Z - S ourc e   Inve r te rs . ”  PE SC   R ec. - IE EE  Annu .   Power   Elec tron .   Spe c .   Conf. ,   pp.   2743 – 2749,   2008 .           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.   4 ,  D ecembe r  2020   :   1890   –   18 98   1898   BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS        Izn i  Mus ta f ar   r e ce iv ed  h er  B .   E ng.   (Hons )  from   the  Univer si ti   T eknol ogi   Petron as  in  2011   and   M.  Eng .   d egr e e  from  Unive rsiti  Te knologi  Mal a ysia  in   2015,   al l   in  e lectr i ca l   enginee ring .   She   is  cur ren t ly  a  Ph.D   student   a t  Univ ersit i  T eknol og i  Mala ysia  who  is   doing  work  rel at ed  to  power   conve rt ers  modu la ti on   t ec hniqu es.         Naz iha  Ahmad   Azli   is  an  A ss oci at e  Prof essor  at   the   Fa culty  of  Eng ine e ri ng,   Univer si ti   Te knologi   Mal a ysia  (UTM).  Sh e  has  b ee n  a  member   of   UTM’s   Pow er  Elec tron ic s  and   Drive s  Resea rch   Group   since  2001.   Thro ughout  h er   ca r eer,  she   h as  superv ised  stud ent s  wi t h  proj ec ts   up   to  PhD   le vel   as  well   as  publ ished  ma ny  p ape r s  in  loc a l  as  w el l  as  int ern atio nal   conf ere n ce  proc ee d ings  and   journa ls .   Her  r ese arc h   intere sts   inc lud e  appl i cations  of  power  el e ct roni cs  in   power  quality   an d  ren ew abl e   en e rgy  as  we ll   as  po wer  conv ert ers modula t ion te ch nique s.            Norjuli a  Moha m ad  Nordin  re ce i ved  her   Degr ee   in  Bac h el or  of  El e ct ri ca l   Engi n ee ring  fro m  th e   Univer siti   Te kn ologi   Ma la ysia   ( UTM)  in  2006  a nd  the  Master   in   Engi n ee ring   Sci enc e   from   the  Univer sity  o f  N ew  South  Wale s   in   2008.   She   th en  r ec e ive d   her   Ph.D    in   El e ct ri ca l   Eng ine er ing  from  UTM   in   20 16.   Curr ently,   she  is  a  Sen i or   Lec ture r   at  the  Facu lt y   of  Engi n ee ri ng,   Univ ersit i   Te knologi  Mal a ysia  (UTM).   He r  cur r ent   r ese ar ch  in te r ests  ar e   in  AC   mot or   drive s/e le c tri c al   drive s,  pow er elec tron ic s  appl i cations,   el e ct r ic a l ma ch ine s a nd   re newa ble e n erg y  conve rsion.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.