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 .   2 J u n e   201 8 ,   p p .   730 ~ 7 3 7   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i 2 . pp 7 3 0 - 737           730       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   Ana ly sis  and Desi g n of Singl Phas e H ig h E ff ici ency   Tra nsfo r m e r Les s PV  Inv er ter  To po lo g y       J a y a la k s h m i N .   S. 1 An kit  K u m a r 2 Ash i s h K u m a r 3   De p a rtme n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   E n g in e e rin g M a n ip a I n st it u te o f   T e c h n o lo g y ,   M A HE,   In d i a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Dec   2 1 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   2 7 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Feb   2 6 ,   2 0 1 8       A n   in c li n a ti o n   to w a rd re n e w a b le   e n e rg y   re so u rc e h a b e e n   in c re a se d   d u e   t o   th e   re q u irem e n o f   c lea n   e n v iro n m e n a n d   to   sa ti sf y   th e   in c re a s in g   p o w e d e m a n d   f o th e   lo n g   ru n .   A   g rid   c o n n e c ted   sy ste m   re q u ires   th e   a v a i lab il it y   o a   tran sf o r m e in   it p o w e c o n v e rsio n   sta g e th a p ro v id e g a lv a n i c   iso latio n   b e tw e e n   th e   g rid   a n d   th e   p o w e s y ste m .   Bu in c lu sio n   o f   tran sf o rm e re su lt in   m a k in g   th e   s y ste m   b u lk y   a n d   m o re   e x p e n siv e .   In   th is  p a p e d iff e re n t   tran sf o r m e r - les P V   i n v e rter  to p o l o g ies   a re   a n a l y z e d   b y   c o m p a rin g   th e ir   e ff ici e n c y ,   lea k a g e   c u rre n a n d   T H o l o a d   c u r re n t   u sin g   M AT LAB/S im u li n k   e n v iro n m e n t.   T o   a c h iev e   m a x i m u m   p o w e r   f ro m   P V   s y ste m ,   m a x i m u m   p o w e p o in c o n tr o ll e ( P & a lg o rit h m is  u se d .   F ro m   th e   sim u latio n   re su lt s,  m o d if ied   HB - ZV is  f o u n d   to   h a v e   m in im u m   le a k a g e   c u rre n a n d   c o n sta n c o m m o n   m o d e   v o lt a g e   w it h   h ig h e e ff ic ien c y .   T h e   h a rd w a re   re su lt s are   o b tain e d   f o m o d if ied   HB - ZV to p o l o g y .   K ey w o r d :   P ar r ay   MP PT   c o n tr o ller   L ea k ag c u r r en   T r an s f o r m er - le s s   to p o lo g ies   Mo d if ied   HB - Z VR       Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit 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 :   J ay ala k s h m i N .   S   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,     Ma n ip al  I n s tit u te  o f   T ec h n o lo g y ,     MA HE ,   Ma n ip al - 5 7 6 1 0 4 ,   I n d i a.   E m ail:  j a y ala k s h m i.n s @ m a n i p al. ed u       1.   I NT RO D UCT I O N     A cc o r d in g   to   r ec en r ep o r b y   I n ter n a tio n al  E n er g y   Ag e n c y ,   th in cr ea s e   o f   a m o u n o f   elec tr icit y   p r o d u ce d   f r o m   r en e w ab le  s o u r ce s   in cr ea s ed   f r o m   j u s t o v er   1 3 % in   2 0 1 2   to   2 2 % th f o llo win g   y ea r .   T h e y   also   p r ed ict   th at  th at  f ig u r s h o u ld   h it  2 6 b y   2 0 2 0 .   T h q u alities   o f   r en e w ab le  en er g y   r eso u r ce s   lik r eliab ilit y ,   ch ea p   an d   r eu s ab le  h as  b ee n   ab le  to   ca tch   th atten tio n   o f   ev er y   p o w er   i n d u s tr y   av ailab le.   Ou o f   th d if f er e n t   r en e w ab le  en er g y   r eso u r ce s   a v ailab le  s o l ar   en er g y   is   co n s i d er ed   as   th m o s w id el y   u s e d   as  m o s r en e w ab le  en er g y   co m e s   d ir ec tl y   o r   in d i r ec tl y   f r o m   s u n   t h at  ca n   b u s ed   f o r   g en er ati n g   elec tr icit y ,   s o lar   co o lin g   an d   v ar iet y   o f   co m m er cial  p u r p o s e s   [ 1 ] .   T h g r id   co n n ec tio n   allo w s   in j ec tin g   t h p o w er   g e n er ated   f r o m   th P s y s te m   i n to   th g r id   [2 ] .   I n   o r d er   to   in teg r ate  P s y s te m   w it h   u ti lit y   g r id ,   th e   P s y s te m   i s   co m m o n l y   d iv id ed   in to   t h r ee   s ta g es t h P V   p an el   w it h   MP P T   c o n tr o ller ,   th p o w er   in v er ter   an d   t h g r id   f i lter .   I n   th co n v e n tio n al  g r id   co n n ec ted   P s y s te m s ,   th la s s ta g in c lu d e s   l o w   f r eq u en c y   tr an s f o r m er   ( L FT )   to   c o n n ec to   th g r id   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   A ls o ,   th is   L FT   p r o v id g alv an ic  is o lati o n   av o id in g   leak a g cu r r en b et w ee n   P s y s te m   a n d   g r o u n d .   B u th m ai n   p r o b lem   w it h   L FT   is   th at  it  r esu lt s   in   m a k i n g   t h s y s te m   m o r b u lk y   a n d   ex p en s iv e.   F u r t h er m o r e,   h ea ti n g   is   o b s er v ed   in   th e   s y s te m   w h ich   in cr ea s e s   t h e   lo s s e s ,   a f f ec tin g   t h o v er all  e f f icie n c y   o f   th e   s y s te m .   Mo r eo v er ,   th e f f icien c y   i s   also   a f f ec t ed   d u to   th i n cl u s io n   o f   ad d itio n al  p o w er   s t a g es  in to   th s y s te m .   So ,   co n v e n tio n al  ap p r o ac h   to w ar d s   tr an s f o r m er - les s   to p o lo g y   is   p r o v id ed   to   d ev elo p   m o r ef f icie n s y s te m   [ 5 ] .   B u th ab s e n ce   o f   g al v an ic  is o latio n   r es u lt s   in   g e n er atio n   o f   lea k ag c u r r en t   f lo w   t h r o u g h   th ca p ac it o r   b et w ee n   th p h o to v o ltaic  ar r ay   a n d   ea r th   th at  m a y   lead   to   elec tr o m ag n etic  e m is s io n s   t h at  ca n   d am a g th e   cir cu it.  He n ce   an   e f f icie n tr a n s f o r m er - les s   to p o lo g y   [ 6 ]   h a s   b ee n   s elec ted   w h ic h   p r o v id e s   v er y   les s   lea k ag e   cu r r en t a n d   co n s ta n t c o m m o n   m o d v o ltag [ C MV ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A n a lysi s   a n d   Desi g n   o S i n g le P h a s e Hig h   E fficien cy Tr a n s fo r m er   L ess   P V   I n verter   To p o lo g ( J a ya la ks h mi  N .   S . )   731   I n   o r d er   to   m in i m ize  t h lea k a g c u r r en t h r o u g h   th e   p ar asit i ca p ac it o r ,   th m id p o in o f   th DC   l in k   ca p ac ito r s   s h o u ld   b co n n ec te d   to   th n eu tr al  o f   t h g r id   li k th h al f   b r id g w it h   n e u tr al  p o in cla m p ed .   T h is   also   p r ev en ts   t h DC   cu r r e n in j ec tio n   b ac k   in to   th e   g r id   p r ev en t in g   it  f r o m   d a m ag [ 7 ] .   I n   o r d er   t o   d ev elo p   an   ef f icie n s y s te m   d if f er en tr an s f o r m er - le s s   to p o lo g y   b ase d   o n   th eir   h ig h er   ef f icie n c y   le v els  ar co n s id er ed   f o r   an al y s i s .   T h d if f er en t r an s f o r m er - le s s   to p o lo g ies  ar Un ip o lar   s w itc h i n g   u s in g   H - b r id g e,   HE R I C   to p o lo g y   a n d   HB   Z V R   to p o lo g y .       Un ip o lar   s w itc h in g   u s i n g   H - b r id g [ 8 ]   en s u r es  h i g h   ef f icie n c y   b u r esu lt s   in   lar g leak a g cu r r en t   d u to   v ar iatio n   i n   t h C MV .   HE R I C   to p o lo g y   o n   th e   o th er   h an d   r e s u lt s   in   n o   C MV   th at   lead s   to   h ig h   ef f icien c y .   B u t h is   r es u lts   i n   lar g s w itc h i n g   lo s s e s   d u to   th e   p r esen ce   o f   s ix   s w i tch e s   [ 9 ] .   T o   r ed u ce   th s w itc h in g   lo s s e s   a n d   lea k ag e   cu r r en t,  a   n e w   to p o lo g y   h as   b ee n   ad o p ted   i.e .   HB   Z V R   t h at   r esu l ts   in   co n s tan t   C MV   an d   r ed u ce d   leak a g cu r r en t.   I n   t h is   p ap er ,   th e   e f f icie n c y ,   l ea k ag e   cu r r e n a n d   T HD  o f   o u tp u t   cu r r e n ar co m p ar ed   f o r   d if f er e n tr an s f o r m er - les s   to p o lo g ies  lik Un ip o lar   s w itc h i n g   w ith   H - B r id g e,   HE R I C   an d   HB - Z V R   to p o lo g y .   B ased   o n   th s i m u la tio n   r es u lt s   o b tai n e d   HB - Z VR   is   co n s id er ed   as  t h m o s e f f ici e n w i th   m in i m u m   lea k ag e   cu r r en t.  B u t h is   to p o lo g y   s u f f er s   f r o m   v ar y i n g   C MV .   He n ce   to   o v er co m t h i s   d is ad v a n ta g s o m m o d if icat io n   i s   d o n in   th e   co n v e n tio n al   HB - Z V R   to p o lo g y .   T h MP PT   tech n iq u i s   u s ed   to   ex tr ac t   m a x i m u m   p o w er   f r o m   P ar r ay   at  an y   o p er at in g   te m p er at u r an d   ir r ad ian ce   co n d itio n .   T h h ar d w ar cir cu it  i s   i m p le m e n ted   f o r   m o d i f ied   HB - Z V R   to p o lo g y .       2.   T RANSF O RM E R - L E SS   T O P O L O G I E S   T h co m m o n   m o d v o lta g m ea s u r ed   i n f lu e n ce s   th e   leak a g e   cu r r en t   th a f lo w s   t h r o u g h   t h p ar asit ic  ca p ac ito r   o f   th P V   p an els.  As  th u til it y   g r id   s y s te m   is   n o in f l u e n ce d   b y   th co m m o n   m o d b eh av io r   o f   th s y s te m ,   s o   co m m o n   m o d v o l tag o f   a n   i n v er ter   to p o lo g y   c an   b s h o w n   t h r o u g h   r esi s ti v lo ad .     Hen ce   f o r   th s i m u latio n s   a n d   h ar d w ar e   i m p le m en tat io n   r esi s ti v l o ad   is   tak en   a n d   C MV   i s   m e asu r ed   b et w ee n   t h e   p o s itiv ter m in al  o f   th D C   s o u r ce   an d   th m id - p o i n t b et w ee n   th r esi s to r s   w h ich   i s   g r o u n d ed .     2 . 1 .   Unip o la Sw it ching   U s ing   H - B ridg e   Sin g le  p h ase   H - B r id g i n v er ter s   p r ef er   u n ip o lar   s w itc h i n g   to p o lo g y   w it h   v ie w   to   g et  b etter   in j ec ted   cu r r en q u alit y   o f   t h in v er ter s .   I n   th is   m et h o d ,   t w o   s in w a v es  o f   s a m f r eq u e n c y   an d   m a g n it u d b u 1 8 0   d eg r ee s   o u o f   p h ase,   V m   an d   V m -   ar co m p ar ed   w it h   tr ian g u lar   w av e ,   g e n er atin g   t w o   g ate  s i g n al s   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1   f o r   th s witch es  S 1   a n d   S 3   o f   t h u n ip o lar   cir cu it  as  s h o w n   i n   Fi g u r e   2 .   I n   th is   ca s e ,   t h e   in v er ter   o u tp u v o lta g eit h er   s w itch es   b et w ee n   0   to   +V   d u r in g   p o s itiv h al f   o r   b etw e en   0   to   V   in   th e   n eg at iv h al f   c y cle.   I o f f er s   r ed u ce d   s w i tch i n g   lo s s e s   an d   h as  h ig h er   ef f icie n c y   t h a n   B ip o lar   P W b u th e   C MV   m ea s u r ed   in   th i s   to p o lo g y   i s   v ar y in g   a n d   h en ce   lead s   to   lar g leak ag c u r r en i.e .   u n s a f f o r   o p er atio n   o f   in v er ter   [ 1 0 ,   1 4 ,   1 6 ].               Fig u r e   1 .   W av ef o r m   o f   U n ip o l ar   Mo d u latio n   Sch e m e   Fig u r e   2 .   Un ip o lar   T o p o lo g y         2 . 2   H E RIC T o po lo g y   HE R I C   s ta n d s   f o r   h ig h l y   e f f ic ien a n d   r eliab le  in v er ter   co n c ep t.  HE R I C   to p o lo g y   ad d s   u p   th m er it s   o f   b o th   u n ip o lar   a n d   b ip o lar   to p o lo g y .   I h as   th r ee   le v el s   o f   v o ltag o u tp u t,  h i g h er   ef f ici en c y   a n d   h as  v er y   less   lea k ag c u r r en t.  Her Z er o   v o ltag s tate  ca n   b ac h i ev ed   b y   i n tr o d u ci n g   b i - d ir ec tio n al  s w i tch   t h at   co n s is ts   o f   t w o   MO S FET s   ( S 5   an d   S 6 )   an d   t w o   d io d es  as  s h o w n   in   Fi g u r e   3 .   T h f u n ctio n   o f   th e s b id ir ec tio n al  s w i tch e s   i s   to   p r o v id ze r o   v o lta g s tag e s   d u r in g   t h p o s iti v a n d   n e g ativ e   h al f   c y cles.  I n   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 J u n e   2 0 1 8   :   730     737   732   p o s itiv h al f   c y cle,   S 1   an d   S 4   ar in   ON  s tate  a n d   f r ee w h ee li n g   p er io d   o cc u r s   w h e n   S 6   is   t u r n ed   ON.   Si m i lar l y ,   in   n e g ati v h al f   c y cle,   S 2   a n d   S 3   ar t u r n ed   O N   an d   S 5   i s   u s ed   d u r i n g   t h f r ee w h ee li n g   p er io d .   A lt h o u g h   ef f icie n c y   i s   in cr ea s ed   h er an d   s y s te m   g e n er ates  al m o s n o   C MV   b u in   t h is   t y p o f   to p o l o g y   th e   n u m b er   o f   s e m ico n d u cto r s   u s ed   is   m o r th at  in cr ea s es  t h s w itc h i n g   lo s s es   [ 1 1 ]   an d   t h e f f icie n c y   g o es   d o w n .           Fig u r e   3 .   HE R I C   T o p o l o g y       2 . 3   H B   Z VR  T o po lo g y     I n   t h is   m et h o d ,   ze r o   s tate  ca n   b g e n er ated   b y   u s in g   b i - d ir ec tio n al  s w itc h   w h ic h   co m p r i s es  o f   o n e   MO SF E T   an d   d io d e   b r i d g e.   T h b i - d ir ec tio n al  s w i tch   i s   co n n ec ted   to   th m id p o in o f   t h DC - li n k   ca p ac ito r s   th r o u g h   d io d as   s h o w n   in   Fig u r e   4 ,   i n   o r d er   to   m ak e   th v o lta g co n s ta n t   d u r in g   t h e   ze r o   s tate .   T h ze r o   v o ltag e   is   ac h ie v ed   w h en   S 5   i s   t u r n ed   ON   an d   co n s eq u e n tl y   all   o th er   s w itc h es  S 1 ,   S 2 ,   S 3   an d   S 4   ar in   OF F   s tate  [ 11 ] .   T h r eq u ir ed   g ate  s ig n al  f o r   S 5   is   co m p le m e n tar y   to   th at  o f   S 1 ,   S 4   i n   p o s iti v c y cle  an d   S 2 ,   S i n   n eg at iv c y cle  w it h   s m all - t i m i n ter v a s o   t h at  s h o r cir cu it  o f   in p u ca p ac ito r   w ill  n o h ap p en .   I n   t h e   p o s itiv c y cle   S 1   an d   S 4   ar i n   O s tate  t h at   g e n er ate s   p o s i tiv o u tp u t   v o ltag e   an d   S 5   is   c o n tr o lled   u s in g   th e   co m p le m e n tar y   s i g n a l.  Si m il ar l y ,   in   th e   n e g ati v h al f   o t h er   t w o   s w i tch e s   ( S 2 ,   S 3 )   ar in   O s tate   th a t   g en er ate s   t h ac t iv e   v ec to r   a n d   w h e n   t h e y   ar O FF ,   S 5   i s   ON.   T h r ee   lev el s   o f   o u tp u v o ltag ar o b s er v ed   h er an d   r ip p les  in   lo ad   cu r r e n is   v er y   le s s .   T h C MV   is   al m o s co n s tan lead i n g   to   v er y   less   leak a g cu r r en [ 1 1 ,   1 5 ].           Fig u r e   4 .   HB   Z VR   T o p o lo g y       2 . 4   M o dified  H B   Z VR  T o po lo g y   T h HB -   Z VR   is   t h m o s t   ef f icien to p o lo g y   b u t   it  s u f f er s   f r o m   s o m e   d is ad v a n ta g es.   T h is   to p o lo g y   in cu r s   lo s s es  i n   th s m all - ti m e   in ter v al  b et w ee n   ac ti v an d   ze r o   v o ltag s tates  d u to   th f l o w   o f   f r ee w h ee li n g   cu r r en t h r o u g h   th e   d io d e s   wh ile  t h s w itc h es  ar i n   O FF   s tate   [ 1 2 ,   1 3 ] .   T o   s o lv th i s   p r o b lem   o n e   m o r d io d is   in tr o d u ce d   in   a n tip ar allel  to   D 6   as  s h o w n   in   th Fig u r e   5 .   W h en   t h e   f r ee w h ee li n g   p er io d   o cc u r s ,   V AN   an d   V BN   ar n o co n s tan to   V dc /2   an d   th er ar v ar iatio n s   in   th e   a m p lit u d w h ic h   d ep en d s   o n   th cir cu i t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A n a lysi s   a n d   Desi g n   o S i n g le P h a s e Hig h   E fficien cy Tr a n s fo r m er   L ess   P V   I n verter   To p o lo g ( J a ya la ks h mi  N .   S . )   733   s p ec if icatio n s   an d   j u n ct io n   ca p ac itan ce s .   W h en   S 5   is   ON  f r ee w h ee li n g   p er io d   o cc u r s .   W h en   V fp   is   g r ea ter   th an   V dc /2 ,   d io d D 5   g ets  f o r w ar d   b iased   an d   D 6   g ets  r ev er s ed   b iased .   On   th o th er   h an d ,   w h e n   th V fp   is   le s s   th an   V dc /2 ,   D 6   is   f o r w ar d   an d   D 5   is   r e v er s ed   b iased   r es u lt in g   cu r r en t   o w in g   f r o m   th e   d io d e   D 6 ,   to   i n cr ea s t h e   V fp   to   Vd c /2 .   I n   th e   s m all  t i m b et w ee n   t h co n d u c tio n   a n d   f r ee w h ee li n g   p er io d ,   C MV   is   v ar y i n g   w it h   t h e   m ag n it u d e .   I n   HB   Z VR ,   t h c la m p in g   b r an c h   h as   o n l y   o n e   d io d D 5 .   Hen ce ,   th e   cla m p i n g   is   r estricte d   o n l y   f o r   th p er io d   w h e n   V fp   is   m o r th an   V dc   /2 .   Sin ce   D5   is   r ev er s b iased   in   t h r eg io n   wh en   V fp   i s   les s   th a n   V dc /2 ,   th e   cla m p i n g   b r an c h   d o es  n o t   f u n ctio n .   T h is   lead s   t o   v ar iatio n   i n   t h C MV ,   r esu ltin g   i n   th e   f lo w   o f   leak ag c u r r en t.  T h is   d r a w b ac k   is   co r r ec ted   b y   ex tr ad d ed   d io d D 6   in   th is   m o d i f ied   to p o lo g y .   W ith   b o th   D 5   an d   D 6   C MV   is   co n s ta n to   V dc /2   th r o u g h o u t   th e   f r ee w h ee l i n g   p er io d .   As  a   r esu lt,  lea k a g cu r r en t   i s   al m o s eli m i n ated .       2 BZ V AZ V cm V                     ( 1 )     P o s itiv c y cle:                                                                                                                                                                                                    ( 2 )     Neg ati v c y cle :                                                                                                                                                                                                ( 3 )     Z er o   s tate:                                                                                                                                                                                                       ( 4 )     As  s h o w n   in   th eq u atio n s   ( 1 )   to   ( 4 ) ,   th C MV   i s   co n s tan f o r   all  th s w itch in g   s tates  w h i ch   r es u lts   in   s m al l   leak ag c u r r en t t h r o u g h   t h p a r asit ic  ca p ac ito r   o f   th P p an els.           Fig u r e   5 .   M o d if ied   HB   Z VR   Ci r cu it       3.   SI M UL AT I O R E S UL T S   Fo r   th p er f o r m a n ce   an al y s i s ,   d if f er e n tr an s f o r m er - le s s   P in v er ter   to p o lo g ies  w er e   s i m u lated   u s i n g   th e   M A T L A B /Si m u li n k   s o f t w ar e.   T h p ar am e ter s   ar g iv e n   i n   T ab le  1 .   T h ef f icien c y   a n d   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD )   lev el  ar e v alu a ted   f o r   d if f er en i n v er ter   to p o lo g ies.  T h r esu lt s   i n d icate   t h at   m o d i f ied   HB   Z V R   to p o lo g y   h as   m i n i m u m   T HD   an d   leak a g e   cu r r en w h ich   p r ev e n ts   t h cir cu it  f r o m   d a m a g e.                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 J u n e   2 0 1 8   :   730     737   734   T ab le  1 .   C ir cu it  P ar am eter s   D C   L i n k   C a p a c i t o r ,   C dc   2 5 0   u f   P a r a si t i c   C a p a c i t o r   1 0 0   n f   L o a d   R e si st o r ,   R   7 . 5   o h m   F i l t e r   C a p a c i t o r ,   C f   3 3 0   u f   F i l t e r   I n d u c t o r ,   L f   1 0   mH   S w i t c h i n g   F r e q u e n c y   4 k H z   I n p u t   D C   V o l t a g e   1 2   V       T he   f ul br i dg w it un i p ol a r   m o d ul at i on   ha s   t hr e l e ve l   ou t p ut   vo l ta ge   s ho w i n   F i gu r e   6 ( a )   a nd   it   ha s   hi g h   e f f i ci e nc y.   H ow ev er ,   t hi s   t o p ol og y   ge ne r at e s   va r yi n g   C M V   a n ca u s e s   hi g l e a ka g e   c ur r e nt s   c o m pa r e t ot he r   t op ol og i e s   w hi c ca b e   ob s e r ve i F i gu r e   6( b) Fig u r e   6 ( c)   s h o w s   l oa d   c ur r e nt   w a ve f or m   f or   U ni p ol a r   i n ve r t e r   t o po l og a nd   t he   a m pl it u de   of   l oa c ur r e nt   i s   0. 8 A .   I i s   ob s e r ve t ha T H D   of   l oa c ur r e nt   i s   3. 3 8 %   a s   s h o w i F i gu r e   6( d) .   T hi s   t op ol o gy   i s   no a d vi s a bl f or   t he   t r a ns f o r m e r - l e s s   P V   i nv e r t e r   be c a us e   of  s a f et i s s ue s   du e   t l a r ge   le a ka ge   c ur r e nt .   T he   e f f i ci e nc i s   m e a s ur e d   t b e   95 - 96 % .               Fig u r e   6 ( a) .   Ou tp u t V o ltag o f   Un ip o lar   I n v er ter   Fig u r e   6 ( b ) .   Un ip o lar   L ea k ag e   C u r r en t                   Fig u r e   6 ( c) .   L oa C ur r e nt   of   U ni p ol a r   t o po l o g y   F i g u r e   6( d) .   U ni p ol a r   T H D   P l o t       In   ca s e   of   H E R I C   t op ol o g y,   t he   ou t p ut   v ol t a ge   ha s   3   l e ve l s   as   in   un i p ol a r   t op ol o g a s   de pi c t e in   F i gu r e   7( a ) .   I n   t h i s   c a s e ,   d ue   to   al m os t   ze r o   C M V ,   t h e   le a ka ge   c ur r e nt   is   ve r y   l e s s   a s   ob s e r ve d   in   F i g u r e   7 ( b )   du r i n g   s i m ul at i o n.   B ut   it   in v o lv es   t he   us e   of   m or e   s e m i c o n du c t or   de vi c e s   a n T H D   i s   le s s   t ha t he   U ni p ol a r   t op ol o gy   a s   s e e f r o m   F i g ur e   7( d)   f or   t he   l oa c ur r e nt   of   F i gu r e   7( c ) T he   e f f i c ie nc l e ve i s   l e a s t   i t hi s   t o po l og i . e .   93 - 9 pe r c e nt   a nd   t he   T H D   l e ve l s   i s   2. 9 1 % .               Fig u r e   7 ( a) .   HE R I C   I n v er ter   Ou tp u t V o ltag e   Fig u r e   7 ( b ) .   HE R I C   L ea k a g C u r r en t           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A n a lysi s   a n d   Desi g n   o S i n g le P h a s e Hig h   E fficien cy Tr a n s fo r m er   L ess   P V   I n verter   To p o lo g ( J a ya la ks h mi  N .   S . )   735           Fig u r e   7 ( c) .   L o ad   C u r r en t   o f   HE R I C   T o p o lo g y   F i g u r e   7( d) .   T H D   P l ot   of   H E R I C   T o po l o g y       HB - Z VR   also   h a s   th r ee   lev e l   o u tp u v o lta g as  s h o w n   in   Fig .   8 ( a)   an d   co n s tan C M V.   Fig .   8 ( b )   d ep icts   th lo ad   cu r r en t   o f   HB - Z V R   to p o lo g y .   A l s o ,   th le ak ag c u r r en i s   least  a m o n g   all  th to p o lo g ies  a s   o b s er v ed   f r o m   Fi g .   8 ( c)   w h i ch   ca n   b f u r t h er   r ed u ce d   b y   ad d in g   d io d e   as  s h o w n   ab o v in   Fig .   5 .   T h leak ag c u r r en ca n   b m ad v er y   les s   b y   m a k i n g   th C M co n s tan to   V dc /2   as  ca n   b s ee n   f r o m   Fi g .   8 ( d ) .   Her T HD  is   least  a m o n g   all  t h to p o lo g ies  d is c u s s ed   i.e .   2 . 6 3 as  s ee n   f r o m   F ig .   8 ( e)   w h ich   ca n   b r ed u ce d   to   2 . 3 7   as  o b s er v e d   in   Fig .   8 ( f )   b y   ad d in g   an   e x tr d io d e.   T h ef f icie n c y   i s   ar o u n d   9 4 - 9 5   p er ce n in   th is   to p o lo g y .                 Fig u r e   8 ( a) .   HB   Z VR   I n v er ter   Ou tp u t V o ltag e   Fig u r e   8 ( b ) HB - Z VR   L o ad   C u r r en t                   Fig u r e   8 ( c ) .   HB   Z VR   L ea k a g e   C u r r en t   Fig u r e   8( d ) . M o d if ied   HB   Z V R   L ea k a g C u r r en t                   Fig u r 8 ( e) .   T HD  P lo o f   HB - Z V R     Fig u r e   8 ( f )   T HD  P l o t o f   Mo d i f ied   HB - Z V R   T o p o lo g y           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   2 J u n e   2 0 1 8   :   730     737   736   4.   H ARDWA R E   RE SUL T S   Si m u latio n   r es u lts   h a v b ee n   r ep o r ted   t o   co m p ar th p er f o r m an ce   o f   th d i f f er en tr an s f o r m er - les s   in v er ter   to p o lo g ies .   Fro m   t h e s s i m u lat io n   r es u lts   it  is   r e v e aled   th at  t h leak a g cu r r e n i s   f o u n d   to   b v er y   less   f o r   th m o d if ied   HB   Z VR   to p o lo g y   w it h   h i g h er   ef f icien c y   an d   lo w   T HD  o f   lo a d   cu r r en t.  F or   t he   ha r d w a r e   i m pl e m e nt at i o n   of   t he   m o d i f ied   HB   Z V R ,   s a m e   s pe c i f ic a ti on s   a s   i t he   c a s e   of   s i m ul at i on   a r e   c on s i de r e d T he   ha r d w a r e   s e t up   of   t h m o d i f ied   HB   Z V R   to p o lo g y   i s   s h o w i F i g ur e   9 .   A r d u i n o   UNO  is   u s ed   to   g en er ate  th P W M   s i g n al  t h at  i s   g iv e n   to   th g ate  o f   MO SF E T s   p r esen i n   t h i n v e r ter   cir cu it  t h r o u g h   th MO S FET   d r iv er   I R 2 1 1 0 .   T h o u tp u v o lta g o f   th m o d if ied   HB   Z VR   i n v er ter   to p o lo g y   i s   d ep icted   in   Fi g u r e   1 0   an d   h as  3 - lev els   i.e .   +V ,   0   a n d   V   Fi g u r e   11   d ep icts   t h f ilter ed   o u t p u v o ltag e   of   m o d if ied   HB   Z VR   to p o lo g y   w h ich   is   s in u s o id al  in   n at u r e   an d   g i v en   to   lo ad .   Fro m   th g iv e n   h ar d w ar s et u p   in   Fi g .   9   w w er ab le  to   ac h iev e   h ig h   e f f icie n c y   9 5 . 4 w it h   t h least  leak a g c u r r en to   b ar o u n d   2 . 3 w h ic h   m atch e s   to   th s i m u la tio n   r esu lt s   p r esen ted   ab o v e.   O n   c o m p ar i n g   w it h   t h HB - Z V R   t o p o lo g y   w i th   o u r   p r o p o s ed   to p o lo g y   w w er ab le   to   ac h ie v h ig h   e f f icie n c y   f r o m   9 4 to   9 5 . 5 th r o u g h   m i n i m izi n g   th e   lo s s e s   b y   i n s er tin g   an   ex tr d io d e   th er eb y   l i m iti n g   th e   tr an s itio n   lo s s es   b et w ee n   ac ti v a n d   ze r o   v o ltag s tate.   Als o ,   w e   f o u n d   t h at  t h lea k a g cu r r en is   2 . 3 w h ic h   i s   least  a m o n g   all  to p o lo g ies  b y   m ak in g   t h C MV   co n s ta n t h r o u g h   i n s er tio n   o f   f r ee w h ee l in g   d io d e.   T h r o u g h   t h is   w w er ab le   to   ac h iev e   h i g h   ef f ic ien c y   a n d   lo w   lea k a g e   cu r r en t   co m b i n ed   to   ac h iev h ig h er   p o w er .             Fig u r e   9 .   Har d w ar Setu p   o f   Mo d if ied   HB   Z VR                   Fig u r e   10 .   I n v er ter   Ou tp u t V o ltag e   o f   Mo d if ied   HB   Z V R   Fig u r e   1 1 .   I n v er ter   Ou tp u t V o ltag e   o f   Mo d if ied   HB   Z VR       5.   CO NCLU SI O N   T r an s f o r m er   les s   i n v er ter s   h as   m o r e f f icien c y   as  co m p ar ed   to   th o s e   in v er ter s   th at   h av e   tr a n s f o r m er .   I h as  b ee n   o b s er v ed   th at  wh en   t h tr an s f o r m er   is   r e m o v ed ,   th C M o f   th i n v er t er   to p o lo g y   h a s   s ig n i f ica n i m p ac o n   t h g r o u n d   lea k ag e   cu r r en t.  I n   th i s   p a p er   co m p ar is o n   b et w ee n   d i f f er en t   tr an s f o r m er - less   to p o lo g ies  i s   d o n e   b ase d   o n   ef f icien c y ,   lea k ag c u r r en an d   T HD  o f   th o u tp u t   cu r r en t.   Fro m   t h e   s i m u lat io n   r es u lts   i is   f o u n d   t h at  t h co m m o n - m o d v o ltag o f   m o d if ied   HB - Z VR   to p o l o g y   i s   co n s ta n a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       A n a lysi s   a n d   Desi g n   o S i n g le P h a s e Hig h   E fficien cy Tr a n s fo r m er   L ess   P V   I n verter   To p o lo g ( J a ya la ks h mi  N .   S . )   737   h av i n g   h i g h er   e f f icie n c y   co m p ar ed   to   o th er   to p o lo g ies  w it h   m i n i m u m   leak a g c u r r en t.  T h m o d if ied   HB - Z V R   to p o lo g y   is   i m p le m en ted   an d   h ar d w ar r es u lts   ar o b tain ed .       RE F E R E NC E S   [1 ]   T re n d in   p h o to v o lt a ic  a p p li c a ti o n s:  S u rv e y   r e p o rt  o f   se lec t e d   IEA  c o u n tri e b e tw e e n   1 9 9 2   a n d   2 0 0 7 ,   IEA ,   P a ris,   F ra n c e ,   Re p .   IEA - P VPS   [2 ]   Ke re k e s ,   Ta m a s,  R e m u Teo d o r e sc u ,   a n d   Uff e   Bo ru p .   " T ra n s f o rm e les p h o to v o lt a ic  in v e rters   c o n n e c ted   t o   t h e   g rid . "   Ap p l ied   P o we r E lec tro n ics   Co n fer e n c e ,   AP EC   2 0 0 7 - T we n ty  S e c o n d   An n u a IE EE .   I EE E,   2 0 0 7 .     [3 ]   S y e d ,   A h m a d ,   a n d   T a ra   Ka l y a n S a n d ip a m u .   " A   No v e S in g le - P h a se   M u lt il e v e T r a n sf o r m e r   les s   P V   In v e rter  f o r   Re d u c e d   Co m m o n - m o d e   c u rre n t. "   2 0 1 6 .   [4 ]   G e r a rd o ,   V.  G . ,   M a rtí n e z ,   R.   P .   R.   a n d   S .   Z.   J.  M ig u e l ,   " Hig h   Eff icie n c y   S in g le - P h a se   T ra n s f o r m e r - les In v e rter  f o P h o t o v o lt a ic A p p li c a ti o n s."   I n g e n ier ía   In v e stig a c n   y   T e c n o lo g ía   1 6   ( 2 ),   1 7 3 - 1 8 4 ,   2 0 1 5 .   [5 ]   Ke re k e s,  T a m a s,  Re m u s   T e o d o r e sc u ,   a n d   M a rc o   L ise rr e .   " Co m m o n   m o d e   v o lt a g e   in   c a se   o f   tra n sf o rm e les P V   in v e rters   c o n n e c ted   to   th e   g rid . "   In d u stria El e c tro n ics ,   2 0 0 8 .   IS I 2 0 0 8 .   IEE In ter n a ti o n a S y mp o siu o n .   IEE E ,   2 0 0 8 .   [6 ]   G o n z a lez ,   Ro b e rto ,   e a l.   " Hig h - e ff ici e n c y   tran s f o r m e les sin g le - p h a se   p h o to v o l taic   in v e rter."   Po we El e c tro n ics   a n d   M o ti o n   C o n tr o C o n fer e n c e ,   2 0 0 6 .   EP E - PE M 2 0 0 6 .   1 2 th   In t e rn a ti o n a l .   IEE E,   2 0 0 6 .   [7 ]   Ke re k e s,  Ta m a s,  e a l.   " A   n e w   h ig h - e ff icie n c y   sin g le - p h a se   tran sf o r m e le ss   P V   i n v e rter  to p o lo g y . "   IEE T ra n sa c ti o n o n   In d u stri a El e c tr o n ics   5 8   ( 1 ),   1 8 4 - 1 9 1 ,   2 0 1 1 .   [8 ]   S o o m ro ,   Ja h a n g e e r,   T a y a b   D.  M e m o n ,   a n d   M .   A .   S h a h .   " De sig n   a n d   a n a ly sis  o f   sin g le  p h a se   v o lt a g e   so u rc e   i n v e rter  u sin g   Un ip o lar  a n d   Bi p o lar  p u l se   w id th   m o d u latio n   tec h n i q u e s . "   In   In ter n a ti o n a C o n fer e n c e   o n Ad v a n c e in   El e c trica l,   El e c tro n ic a n d   S y ste ms   En g i n e e rin g   ( ICAE ES ),   2 0 1 6 .   [9 ]   Kja e r,   S o e re n   Ba e k h o e j,   Jo h n   K.  P e d e rse n ,   a n d   F re d e   Blaa b jerg .   " A   r e v ie o sin g le - p h a se   g rid - c o n n e c ted   in v e rters   f o p h o t o v o lt a ic m o d u les . "   IEE E   tra n sa c ti o n o n   in d u stry   a p p li c a ti o n s   4 1   ( 5 ),   1 2 9 2 - 1 3 0 6 ,   2 0 0 5 .   [1 0 ]   Na m b o o d ir i,   A n u ja,  a n d   Ha rsh a S .   W a n i.   " Un ip o lar  a n d   b i p o lar  P W M   in v e rter."   In ter n a ti o n a J o u rn a f o In n o v a ti v e   Res e a rc h   in   S c ien c e   &   T e c h n o lo g y   1   ( 7 ),   2 0 1 4 .   [1 1 ]   J.  Nish i,   M .   R o sh i n i,   G .   K.  G o w ri,   K.  Im m a n u v e A ro k ia  J a m e s”   Ex p e rime n tal  A n a l y sis  o f   S in g le - P h a se   No n - T ra n s f o r m e P h o t o v o lt a ic  In v e rter  w it h   Op ti m u m   E ff icie n c y   I n ter n a ti o n a J o u r n a o Ad v a n c e d   Res e a rc h   in   El e c trica l,   El e c tro n ics   a n d   I n stru me n ta ti o n   E n g in e e rin g ,   3   (4 ) ,   2 0 1 4 .     [1 2 ]   M e rin   Ra p h e l,   G .   Ra jk u m a r   El im in a ti o n   o f   L e a k a g e   Cu rre n u sin g   HBZV R - T o p o l o g y   In ter n a ti o n a J o u rn a o Ad v a n c e d   Res e a rc h   in   El e c trica l,   El e c tro n ics   a n d   I n stru me n t a ti o n   En g i n e e rin g ,   4   ( 6 ),   2 0 1 5 .   [1 3 ]   Ch e n ,   Ya n g ,   a n d   Ke y u e   M a   S m e d le y .   " A   c o st - e ff e c ti v e   sin g le - sta g e   in v e rter  w it h   m a x i m u m   p o w e p o in t   trac k in g . "   IEE T ra n sa c ti o n s   o n   Po we r E lec tro n ics ,   1 9   (5 ),   1 2 8 9 - 1 2 9 4 ,   2 0 0 4 .   [1 4 ]   G .   S rid h a r,   P .   S a ti sh   K u m a r,   M .   S u sh a m , " A   No v e G e n e ra li z e d   T o p o lo g y   f o M u lt i - lev e In v e rte w it h   S w it c h e d   S e ries - P a ra ll e DC  S o u rc e s. "   In d o n e sia n   Jo u rn a o f   El e c t rica En g in e e rin g   a n d   Co m p u ter  S c ien c e   Vo l.   4 ,   No .   1 ,   Oc to b e 2 0 1 6 ,   p p .   4 1 - 5 1 .   [1 5 ]   Ro k a n   A li   A h m e d ,   S   M e k h il e f ,   He w   W o o P i n g .   " Ne w   M u lt i - l e v e in v e rter  to p o lo g y   w it h   re d u c e d   n u m b e o f   sw it c h e s " .   M EP CON 1 0 ,   Ca ir o   U n iv e rsity .   Eg y p t.   2 0 1 0 :   5 6 5 - 5 7 0 .     [1 6 ]   M o h a n ,   Ne d ,   a n d   T o re   M .   Un d e l a n d .   P o w e El e c tro n ics Co n v e rters ,   A p p li c a ti o n a n d   De sig n .   J o h n   W il e y   &   S o n s,   2 0 0 7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.