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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8 ,   p p .   1 2 5 1 ~ 1 2 6 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v9 .i 3 . p p 1 2 5 1 - 1 2 6 2          1251       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   9 - Lev el Volta g e S o urce Inv erte r Co ntrolled Usi ng  Sel ective  H a r m o n ic Eli m in a tion       I bra hi m   H a runa   S ha no no 1 No Rul H a s m a   A bd ul la h 2 Ais ha   M uh a mm a d 3   1 ,2 F a c u lt y   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 ,   Un iv e rsiti   M a l a y sia   P a h a n g ,   2 6 6 0 0   P e k a n ,   P a h a n g ,   M a lay sia   1 De p a rtme n o f   El e c tri c a l ,   F a c u lt y   o f   th e   En g in e e rin g ,   Ba y e ro   Un iv e rsit y   Ka n o ,   Nig e ria   3 De p a rtme n o f   M e c h a tro n ics ,   F a c u lt y   o f   th e   En g in e e rin g ,   Ba y e ro   Un iv e rsit y   Ka n o ,   Nig e ria       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   1 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u l   31 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g     14 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e p re se n ts  a n   e ff i c ien c a sc a d e d   H - b rid g e   in v e rter  to p o l o g y   th a is   c o n tro ll e d   u sin g   a n   o p t im ize d   s e lec ti v e   h a r m o n ic  e li m in a ti o n   p u lse   w id th   m o d u latio n   tec h n iq u e .   T h e   sw it c h in g   a n g les   a re   o b tain e d   b y   s o lv in g   th e   n o n li n e a tran sc e n d e n tal  e q u a ti o n   w it h   t h e   a id   o f   g e n e ti c   a lg o rit h m   o p ti m iza ti o n   m e th o d .   Un li k e   th e   u su a H - b rid g e   c o n v e rter  to p o l o g ies   th a t   re q u ire  m u lt ip le  in d iv id u a d ir e c c u rre n (DC)  so u rc e a n d   a d d it io n a l   sw it c h in g   c o m p o n e n ts  p e v o l tag e   ste p ,   th e   p ro p o se d   to p o l o g y   u ti l ize a   sin g le  DC  so u rc e   to   su p p ly   t w o   fu ll - b r id g e   m o d u les .   T h e   m o d if ie d   to p o lo g y   e m p lo y a   c a sc a d e d   m u lt i - w in d in g   tran sf o rm e th a h a tw o   in d e p e n d e n p rim a r y   w in d in g a n d   se ries - c o n n e c ted   se c o n d a ry   sid e   w it h   1 :E     a n d   1 :3 E     tu rn   ra ti o s.  T h e   c o n v e rter  to p o lo g y   a n d   s w it c h in g   f u n c ti o n   a re   p ro v e n   to   b e   re li a b le  a n d   e ff icie n t,   a th e   to t a h a r m o n ic  d isto rti o n   (T HD is  q u it e   lo w   w h e n   c o m p a re d   w it h   th e   c o n v e n t io n a H - b ri d g e   to p o lo g y   c o n tro ll e d   b y   o th e m o d u latio n   tec h n iq u e s.  T h is  f e a tu re   m a k e it   a tt ra c ti v e   to   re n e wa b le  e n e rg y   s y ste m s,  d istri b u te d   g e n e ra ti o n ,   a n d   h ig h ly   s e n siti v e   e q u ip m e n su c h   a th o se   u se d   in   m e d ica l,   a e ro sp a c e ,   a n d   m il it a r y   a p p li c a ti o n s.  T h e   t o p o l o g y   i s   sim u late d   u sin g   a   P S IM   p a c k a g e .   S im u latio n   re su lt sh o w   th a a ll   th e   1 1 - lev e lo w e o rd e o d d   h a rm o n ics   a re   e li m in a ted   o su p p re ss e d   i n   c o m p li a n c e   w it h   th e   S HE  e li m in a ti o n   th e o re m   o f   (N - 1 ).   K ey w o r d :   C ascad ed   h - b r id g e   Mo d u latio n   t ec h n iq u R en e w a b le  e n er g y   Mu ltil e v el  c o n v er ter   Selectiv h ar m o n ic  e li m i n atio n   Co p y rig h ©   201 In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   I b r ah i m   Har u n S h an o n o ,     Facu lt y   o f     E lectr ical  a n d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,     Un i v er s iti Ma la y s ia  P ah an g ,   2 6 6 0 0   P ek an ,   P ah an g ,   Ma la y s ia.   E m ail: s n n ib r ah i m 0 1 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N     P r io r   t o   1 9 7 5 ,   tw o - lev e in v er ter s   w er t h o n l y   av ai lab le  to p o lo g ies  in   t h m ar k et.   I n   1 9 7 5 ,   h o w ev er ,   m u lti - le v el  in v er ter s   w er in tr o d u ce d .   T h is   d ev elo p m e n s tar ted   w it h   th r ee - lev el   to p o lo g ies,  w h ic h   p r o d u ce d   q u asi - s q u ar o u tp u w a v e f o r m   ( +E ,   0 ,   - E )   [ 1 ] .   n u m b er   o f   m u lti - le v el  co n v er ter   to p o lo g ies  ar e   cu r r en tl y   a v ailab le,   an d   m o s ar d r aw n   f r o m   t h t h r ee   m aj o r   p io n ee r in g   to p o lo g ie s ,   n a m el y ,   f l y i n g   ca p ac ito r s   ( FC ) ,   n e u tr al   p o in ( NP C )   /d io d cla m p ed ,   an d   ca s ca d ed   H - b r id g ( C HB )   [ 2 ] , [ 3 ] .   Mu lti - le v el  co n v er ter   i s   u s ed   to   b r id g th g ap s   an d   li m itatio n s   o f   co n v e n tio n al  in v er ter s   in   t h ar ea s   o f   h i g h - p o w er   h a n d lin g   ca p ab ilit y ,   h i g h   in p u a n d   o u t p u h ar m o n ic  co n ten ts ,   a n d   h i g h   v o lta g an d   c u r r en s w itc h in g   s tr es s   o n   p o w er   elec tr o n ic  d ev ices,  all  o f   w h ic h   cu m u lati v el y   lead   to   p o o r   ef f icie n c y   a n d   in d u ce   elec tr o m a g n et ic  in ter f er en ce   ( E MI )   in   th s y s te m   [ 4 ] , [ 5 ] .     T h m u lti - le v el  v o lta g s o u r ce   in v er ter   is   ca p ab le  o f   p r o v id in g   a n d   h an d li n g   h i g h   o u tp u p o w er ,   w h ic h   attr ac ts   p o w er   i n d u s tr ie s .   Mu l tip le  o u tp u v o ltag e   s te p s   m a k t h i n v er ter   ca p ab le  o f   o p er atin g   in   k i lo   to   m e g v o lt  r a n g e s .   I n   ad d itio n   to   it s   p o w er   h an d li n g   ca p ab ilit y ,   it   h a s   lo w   e lectr o m a g n et ic  i n ter f er e n ce   ( E MI )   an d   h ig h   s w i tch i n g   f r e ed o m .   S w itc h i n g   f r ee d o m   is   u tili ze d   to   ad d r ess   th s w itc h i n g   s tr ess   p r o b le m   o n   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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 5 1     1 2 6 2   1252   th p o w er   elec tr o n ic  s w itc h e s   an d   th r ed u n d an c y   i n   f a u lt - to ler an s y s te m s .   T h m o r v o lt ag s tep s   t h er ar in   a n   i n v er ter   o u tp u w a v e f o r m ,   t h clo s er   t h e y   ar to   th s in u s o id al  s i g n al  a n d   th u s   th l ess er   t h h ar m o n ic   co n ten t s   in   t h o u tp u t.  L e s s   h ar m o n ics  i n   th co n v er ter   i m p r o v es  b o th   it s   ef f icie n c y   a n d   r eliab ilit y   w h e n   co m p ar ed   w i th   th e   co n v e n ti o n al  t w o - le v el  i n v er ter   [ 6 ] .   Mu lti - le v el  in v er ter   o u tp u s tep s   ar li m ited   b y   in cr ea s i n g   th e   p o w er   elec tr o n ic  co m p o n en t s ,   w h ich   tr an s late  to   a n   i n cr e ase  i n   s y s t e m   co s t,  s ize,   a n d   s w itc h in g   co m p le x it y   [ 1 ] .   T h p o s itiv f ea t u r es  o f   m u l ti - lev el  i n v er ter   h av b r o ad en   it s   r an g o f   ap p licatio n s ,   i n cl u d i n g   u til it y - b ased   ap p licatio n s elec tr ic  d r iv es;  a n d   r en e w ab le  en er g y ,   in clu d i n g   d is tr ib u ted   g e n er atio n s .   T h in v er ter   i s   eq u all y   s u itab le  f o r   s y s te m s   t h at  r eq u ir less   elec tr o m ag n etic   in ter f er en ce ,   i n clu d i n g   h i g h l y   s en s iti v m ed ical  eq u ip m e n t a n d   ad j u s tab le  s p ee d   d r iv s y s te m s   [ 1 ] , [ 7 ] .   Har m o n ic  eli m i n atio n   an d   s u p p r ess io n   ar v ita in   b o th   in p u a n d   o u tp u o f   n o n l in ea r   cir cu its ,   esp ec iall y   p o w er   e lectr o n ic  in v er ter s .   Dep en d i n g   o n   t h e   in v er ter   s w itc h in g   f r eq u e n c y   ( h ig h   o r   lo w ) ,   m o d u latio n   tech n iq u e s   ca n   b u s ed   to   elim i n ate  h ar m o n ic s   in   th o u tp u o f   th in v er ter .   T h h ig h   s w i tch i n g   m o d u latio n   tech n iq u e s   ar ca teg o r ized   in to   class ic  ca r r ier - b ased   s in u s o id al  p u l s w id th   m o d u latio n   ( P W M) ,   m u lti - ca r r ier   P W class if ied   in to   p h a s d is p o s itio n   ( P D)   an d   p h ase  o p p o s itio n   d i s p o s iti o n   P W M,   an d   s p ac v ec to r   m o d u lat io n   ( SVM)   tec h n iq u e.   T h lo w   f r eq u e n c y   s w itc h i n g   is   ca te g o r ized   in to   s tair ca s m o d u latio n ,   s tep p ed   m o d u la tio n ,   an d   s elec tiv h ar m o n ic  eli m in at io n   p u l s w id t h   m o d u la tio n   ( SHE - P W M)   [ 7 ] .   SHE - P W M,   o th er w i s k n o w n   as  f u n d a m en tal  s w itc h i n g   f r e q u en c y   m et h o d ,   is   t h e   tech n iq u u s ed   i n   th is   p ap er .   I is   ca p ab le  o f   d ir ec tl y   co n tr o lli n g   th o u tp u t   v o ltag h ar m o n ics  i n   a n   in v er ter .   T h er ef o r e,   it  d r asti ca ll y   r ed u ce s   th s w itc h in g   lo s s e s ,   f ilter   s ize,   p r ice,   an d   co m p lex i t y   o f   th co n v er t er   cir cu it  [ 8 ] .   T h ese  q u alities   g i v i a n   ed g o v er   o th er   m o d u la tio n   s tr ateg ies.  I t s   m aj o r   d r a w b ac k   is   t h c h all en g e   in   s o l v in g   t h e   n o n li n ea r   tr an s ce n d e n tal  eq u a tio n s ,   w h ic h   n ee d   to   b s o lv e d   to   d eter m i n t h v alu e s   o f   t h s w i tch in g   a n g le s .   O w in g   to   th e   n o n li n ea r it y   o f   t h eq u a tio n ,   iter ativ e   m et h o d s   s u ch   as   Ne w to n R ap h s o n   m e th o d ,   m at h e m atica l   r es u lta n m eth o d   u s in g   t h co n ce p o f   p o l y n o m ial s ,   h o m o t o p y ,   an d   o th er   tec h n iq u es  ar e   e m p lo y ed   to   s o lv e   th eq u at io n s   [ 9 ] .   T h ap p r o p r iate  ch o ice  o f   i n itial  co n d itio n s   d eter m in e s   t h s o l u tio n   co n v er g e n ce   a n d   co m p u tatio n al  ti m e.   T h er ef o r e,   th f ar th er   t h i n it ial  g u ess   i s   f r o m   t h ac t u al   s o lu t io n ,   th e   m o r t h e   co m p u ti n g   t i m e.   Mo r eo v er ,   th tr ig o n o m etr ic  ter m s   i n   t h eq u atio n   r es u lt  i n   m u lt ip le  s o lu tio n s .   T h u s ,   o p tim izatio n   tec h n iq u is   n ee d ed   f o r   th s o lu tio n   to   co n v er g at  th g lo b al  o p tim [ 1 0 ] .   I n   th is   r eg ar d ,   s ev er al   o p tim izatio n   tec h n iq u es  w er d ev elo p ed   an d   an al y s ed   as c o m p r e h e n s i v el y   r e v ie w ed   b y   J ac o b   et  al. ,   [ 9 ] .   T h s o le  o b j ec tiv o f   th is   p a p er   is   to   g en er ate  m o r o u tp u v o lta g s tep s   w i th   r ed u ce d   h ar m o n ic  co n ten t s   in   t h co n v er ter   o u tp u b y   u s i n g   SHE - P W an d   h y b r id   g e n etic  al g o r ith m   o p ti m izatio n   r ep o r ted   in   [ 1 1 ] .   T h u s ,   it  h o p es  to   ad d r e s s   th is s u o f   tr ad u p   b etw ee n   o u tp u v o ltag s tep s   a n d   co n v er ter   cir cu it   co m p le x it y .   E f f o r w as  m ad b y   Kan g   e al. ,   ( 2 0 0 3 )   to   ad d r ess   t h s a m e   m en t io n ed   p r o b le m .     W h e r n e w   co n v er ter   to p o lo g y   w it h   t h r ee   H - b r id g m o d u le s   i s   d ev elo p e d .   E ac h   m o d u le  h as   m u lti - win d in g   tr an s f o r m er   w it h   1 :E,   1 :E,   a n d   1 :3 E   tu r n   r atio s .   T h f ir s H - b r id g m o d u le  is   a   P W in v er ter   th at   p r o d u ce s   ch o p p ed   o u tp u v o lta g to   co m p en s ate  f o r   th w a v e f o r m   s tep   tr an s it i o n   o f   th f u n d a m en tal  w a v e.   T h r em ain in g   t w o   m o d u les  in v o lv th s y n t h ese s   o f   th f u n d a m e n tal  o u tp u v o ltag le v el.   T h to p o lo g y   r ed u c es th co m p o n en ts   an d   p r o d u ce s   less er   am o u n o f   to tal  h ar m o n ic  d is to r ti o n   ( T HD)   co m p ar ed   w it h   th o s e   o f   th class ical   to p o lo g ies.  T h d r a w b ac k s   o f   th i s   m eth o d   i n cl u d lar g s y s te m   s ize  d u to   lo w - f r eq u e n c y   tr an s f o r m er ,   h i g h   co s t,  an d   h i g h   h ar m o n ic   co n te n at   li g h t   lo ad   [ 1 2 ] .   Ou tp u t   s t ep s ,   ad d r ess ,   an d   tr a n s f o r m er   s ize  al s o   in cr ea s e.   A   m o d if ied   to p o lo g y   s i m ilar   t o   th at  m en tio n ed   ab o v w a s   p r o p o s ed   b y   t h s a m a u t h o r   in   [ 1 3 ] .   T h cir cu it  co n f i g u r atio n   i s   t h s a m as   t h at  o f   t h p r ev io u s l y   m e n tio n ed   in v er ter ,   d if f er in g   o n l y   i n   t h tr a n s f o r m er   t u r n   r atio   an d   s w itc h i n g   f u n ctio n   o f   th P W in v er ter .   T h f o r m er   P W in v er ter   is   o p e r ated   at  f u n d a m e n tal   f r eq u en c y   a n d   t h u s   u s es   lo w - f r eq u en c y   tr a n s f o r m er   w i th   a   1 :E  tu r n   r atio .   I n   th is   co n f i g u r atio n ,   t h P W M   in v er ter   i s   co n tr o lled   at  h i g h   f r eq u en c y   ar o u n d   2 0   ti m e s   f u n d a m en tal  a n d   1 :0 . 5 E   tr an s f o r m er   r atio .   Hen ce ,   th e   hi g h   f r eq u e n c y   s h r i n k s   t h tr a n s f o r m er   s ize  o f   t h P W in v er ter .   T h d r a w b ac k   o f   th i s   t ec h n iq u i s   t h h i g h   s w itc h in g   lo s s   ca u s ed   b y   t h h ig h   s w itc h i n g   o f   th P W in v er ter ,   d r a w b ac k   t h at   af f ec ts   t h p o w er   elec tr o n ic  s w itc h   li f esp a n   an d   o v er all  s y s te m   ef f ic ie n c y .     I n   th is   p ap er ,   th e   to p o lo g y   e m p lo y ed   ca s ca d ed   m u l ti - w i n d i n g   tr an s f o r m er   th at   h as   t w o   in d ep en d en p r i m ar y   w i n d in g s   an d   s er ies - co n n ec ted   s ec o n d ar y   s id w it h   1 :E  an d   1 :3 E   tu r n   r atio s .   T h e   tr an s f o r m er   tu r n   r atio   en ab les  th co n v er ter   to   ac h iev m o r o u tp u v o lta g s tep s   cl o s to   s in u s o id al  w a v e f o r m   w it h o u t a d d itio n al  p o w er   elec tr o n ic  s w itch e s   a n d   DC   s o u r ce .   T h to p o lo g y   g e n er ates a   s tab le  n in e - lev el  o u tp u v o lta g w a v e f o r m .   T h co n v er ter   to p o lo g y   a n d   s w itc h i n g   f u n ct io n   h av b ee n   p r o v en   to   b r elia b le  an d   e f f icie n t,  as   t h T HD  is   q u ite   lo w   w h e n   co m p ar ed   w it h   t h co n v e n tio n al  H - b r id g to p o lo g y   co n tr o lled   b y   o t h er   m o d u la tio n   tech n iq u es.  T h v ar iatio n   ef f icie n c y   a n d   T HD  b ased   o n   o u tp u lo ad   i n   b o th   t w o   ca s e s   ar ev a lu ated .   T h p r o p o s ed   co n f i g u r atio n   h a s   le s s   T HD  an d   b etter   ef f icie n c y   co m p ar ed   w it h   t h co n v e n tio n al  co n f ig u r atio n   d u to   its   ca p ab ilit y   to   s elec ti v el y   eli m i n ate  t h lo w er   o d d   o r d er   lo w er   h ar m o n ic s .   T h r em ai n i n g   h i g h - o r d er   h ar m o n ic s   ar eli m i n ated   u s i n g   a   s m all - s ized   h i g h   f r eq u e n c y   f i lter   o r   m iti g ated   b y   th tr an s f o r m er   m a g n e tizin g   i n d u cta n ce .   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:  2 0 8 8 - 8 694       9 - Leve l V o lta g S o u r ce   I n ve r ter C o n tr o lled   Usi n g   S elec tive  …   ( I b r a h im  Ha r u n a   S h a n o n o )   1253   2.   M AT E RIAL S AN D   M E T H O DS   2 . 1 .     Co nv er t er   Circ uit  Co nf ig ura t io n a nd   O pera t io n     Fig u r 1   d ep icts   th cir cu it  co n f i g u r atio n   o f   th co n v er t er   to p o l o g y   u s ed   i n   th i s   r esear ch .   T h co n v er ter   co n s is ts   o f   t w o   p ar al lel  co n n ec ted   H - b r id g m o d u les   f ed   th r o u g h   s i n g le   D C   s u p p l y .   T h s o u r ce   ca n   b P h o to v o ltaic,   W in d ,   li t h iu m - io n   b atter y   o r   e v en   f u el  ce ll.  E ac h   o f   th e   m o d u les  h as   f o u r   s e m ico n d u cto r   s w itc h es  an d   is   co n F ig . d   s u c h   th at  it  ca n   g e n er ate  q u asi - s q u ar v o ltag e   w av e f o r m   ( +E ,   0 ,   E )   at  its   o u tp u ter m i n al.   E   is   ass u m ed   to   b th in p u D C   v al u f r o m   th p o w er   s u p p l y   u n i t.  S1 ,   S2 , . . . S8   a r th s e m ico n d u cto r   g ati n g   s i g n als.   T er m 1 ,   T er m 2 ,   T er m 3   a n d   T er m 4   ar th e   o u tp u ter m in a ls   o f   th e   r esp ec ti v e   b r id g es.  T h ter m i n a p air s   a r co n n ec ted   to   t h p r i m ar y   w i n d i n g   o f   s p ec iall y   d esi g n ed   m u lt i - w i n d i n g   tr an s f o r m er   t h at  h as   s er ies - co n n ec ted   s ec o n d ar y .   Gi v e n   th p r o p er   s w itc h i n g   s eq u en ce   o f   th e   p o w er   elec tr o n ic  s w itc h es   co u p led   w it h   ap p r o p r iate  tr an s f o r m er   tu r n   r atio ,   n i n e - le v el  o u tp u w av e f o r m   i s   g en er ated   at  t h tr a n s f o r m er   s er ies - co n n ec ted   s ec o n d ar y .   T h is   co n v er ter   to p o lo g y   h as a n   a d d itio n al  ad v an tag e   o f   h i g h er   n u m b er   o f   s w itc h i n g   r ed u n d an c y   s tates t h at  ca n   b u tili ze d   to   g e n er ate  d if f er en t v o ltag s tep s   w i t h   th s a m cir cu it  co n f i g u r ati o n   an d   e m p lo y ed   in   f au l t - t o ler an s y s te m s .   SHE - P W is   th m o d u la tio n   tech n iq u u s ed   to   g en er ate   th e   o u tp u w av e f o r m .   T h p o w er   s w itc h es  ar co n tr o lled   s u c h   t h at  t h lo w er   o r d er   o d d   h ar m o n ics ar eli m i n ated ,   liv i n g   b e h in d   t h ev e n   h ar m o n i cs,  w h ic h   ar ex p ec ted   to   b ca n ce led   o u t b ased   o n   q u ar ter - w a v s y m m etr y   t h e o r em .           Fig u r 1 .   P r o p o s ed   c o n v er ter   to p o lo g y       2 . 2   F un da m ent a Vo lt a g Wa v ef o r m   Desig n a nd   Sw it ching   Ang le  Co m p uta t io ns   As  m en tio n ed   ea r lier ,   t h p r o p o s ed   cir cu it  to p o lo g y   i s   ca p ab le  o f   g e n er atin g   d i f f er en t   o u tp u v o lta g e   w a v e f o r m s   u s i n g   th r ed u n d a n s w i tch i n g   s tate s .   Ho w e v er ,   th is   p ap er   is   o n l y   in ter ested   in   in v e s ti g ati n g   n i n e - lev el  o u tp u w a v e f o r m   w it h   n o r m al ized   f u n d a m e n tal  co m p o n en M= 3 . 2   an d   s w itc h i n g   a n g le  d is tr ib u tio n   r at io   o f   3 /3 /3 /3 .     T h m o d u lat io n   e m p lo y ed   o n   an y   k in d   o f   co n v er ter   to p o lo g y   p la y s   m aj o r   r o le  in   d eter m i n in g   t h e   p r o p er ties   o f   its   o u tp u w a v e f o r m   [ 1 4 ] .   A s   s tated   ea r lier ,   s elec tiv e   h ar m o n ic   eli m i n ati o n   is   th e   m o d u latio n   tech n iq u to   b u s ed   f o r   g en e r atin g   t h n in e - le v el  o u tp u t   v o ltag e.   T o   ac h ie v t h is ,   th e   s w i tch i n g   an g le s   m u s t   b ca r ef u ll y   s elec ted   s u c h   t h at  th lo w er   o r d er   o d d   h ar m o n ics  ar eli m i n ated .   T h is   tech n iq u e,   ap ar f r o m   p r o d u cin g   a n   o u tp u w i th   lo w er   T HD,   also   r ed u ce s   th a m o u n o f   elec tr o - m a g n eti in ter f er en ce   a n d   s w itc h in g   lo s s es c a u s ed   b y   h i g h   s w itc h i n g   f r eq u e n c y   m o d u la tio n   tech n iq u e s   [ 1 5 ] , [ 1 6 ] .   T o   h av an   id ea   o n   h o w   th a n g le  d i s tr ib u tio n   r atio   s h o u ld   b ( 3 /3 /3 / 3 ) ,   r o u g h   s k etc h   o f   t h n i n e - lev el  w a v e f o r m   w as  in it iall y   m ad u s in g   a n   ar b itra r y   v al u es  o f   s w i tch in g   a n g le s .   Fi g u r 2   d ep icts   r o u g h   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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 5 1     1 2 6 2   1254   s k etc h   o f   t h e   tar g eted   n i n e - le v el  w a v e f o r m   w it h   t h a s s u m p tio n   th a it   o b e y s   th e   q u ar ter - w av e   s y m m etr y   th eo r e m ; t h at  is ,   it  h as 1 2   s w it ch in g   a n g le s   ( α 1   to   α 1 2 )   p er   q u ar ter   c y cle  [ 1 7 ] .                     - 4 E    - 3 E           - 2 E   - E    0 E               2 E    3 E               4 E α α 3   α 2   α 4   α 5   α 6   α 7   α 8   α 9   α 10   α 11   α 12       Fig u r 2 .   Nin L ev el s   w av e f o r m   w it h   3 /3 /3 /3   d is tr ib u tio n   r at io .         B ased   o n   th q u ar ter   t h eo r em ,   s i n g le - p h ase  s i n u s o id al  w a v ca u s es  th D C   a n d   ev e n   h ar m o n i c   co m p o n e n t s   to   ca n ce o u t,  a n d   o n l y   t h f u n d a m e n tal  a n d   o d d   h ar m o n ic  co m p o n e n ts   r e m ai n   [ 1 8 ] .   T o   eli m i n ate  th e   o d d   h ar m o n ics,  t h f u n d a m en ta co m p o n e n t   n e ed s   to   b s y s te m ical l y   co n tr o ll ed   d u r in g   b o th   th e   p o s itiv a n d   n e g ati v h al f   c y cl es  at  ce r tain   s p ec if ied   an g les.  W ith   t h is   o p er atio n ,   t h s elec t ed   lo w er   o r d er   o d d   h ar m o n ics   ( N - 1 )   ar eli m i n ate d   ( W h er N   is   t h n u m b er   o f   s w itc h in g   a n g les)  [ 1 7 , 1 9 ] .   T h er ef o r e,   3 rd ,   5 th ,   7 th 9 th ,   1 1 th ,   1 3 th ,   1 5 th ,   1 7 th ,   1 9 th ,   2 1 st   an d   2 3 rd   o r d er   h ar m o n ics ar all  eli m i n ated   in   t h i s   ca s e.     B ased   o n   th q u ar ter - w a v s y m m etr y ,   th Fo u r ier   s er ies  e x p an s io n   o f   th n in e - le v el  wav ef o r m   i n   Fig u r e .   2   is   g i v en   b y   th b elo w   e x p r ess io n   [ 2 0 ] .        (  ) =     n = 1 si n ( )     ( 1 )   W h er e       = 4 π ( 1 ) + 1 c o s ( ) = 1     ( 2 )   f o r   o d d   v alu es o f   n       = 0     ( 3 )   for   all   va l ue   of   n   α K   Den o tes t h s w itc h i n g   a n g les  an d   m o s s atis f ie s   th r elatio n s h ip ,   1 < 2 <……< < π 2   ( 4 )     Si m p li f y i n g   E q u at io n   an d   2   T h e   a m p litu d o f   t h f u n d a m en tal  an d   n o n - tr ip len   o d d   h ar m o n ic   co m p o n e n t s   in   t h f i v e - le v el   o u tp u w a v ef o r m   is   r ep r esen ted   b y   th n o n - li n ea r   tr an s c en d en tal  eq u a tio n s   g iv e n   i n   E q u atio n . 5   an d   6 :     1   =   4 E π { c os ( 1 ) c os ( 2 ) + . . ± c os ( 12 ) }     ( 5 )   1   =   4 E n π { c os (  1 ) c os (  2 ) +   ± c os (  12 ) }     ( 6 )   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:  2 0 8 8 - 8 694       9 - Leve l V o lta g S o u r ce   I n ve r ter C o n tr o lled   Usi n g   S elec tive  …   ( I b r a h im  Ha r u n a   S h a n o n o )   1255   T h a m p litu d o f   t h f u n d am en tal  co m p o n e n is   co n tr o lled   b y   t h m o d u lat io n   i n d ex   ( M)   an d   i s   g iv e n   b y   t h ex p r es s io n .     Mo d u latio n   I n d ex   ( M)   1   E   ( 7 )   Fo r   all  n   1                                               W h ile  M= 0   f o r   all  n   1     Hen ce ,   u s i n g   E q u atio n   ( 5 ) , ( 6 )    an d   ( 7 )   th n o n - li n ea r   tr an s ce n d e n tal  eq u atio n s   ca n   b ex p r ess e d   as:     c os ( 1 ) c os ( 2 ) + c os ( 3 ) + c os ( 11 )   c os ( 12 )   M π 4        ( 8 )   c os ( 3 1 ) c os ( 3 2 ) + c os ( 3 α 3 ) . . + c os ( 3 11 )   c os ( 3 12 )   0               ( 9 )   c os ( 23 α 1 ) c os ( 23 α 2 ) + c os ( 23 α 3 ) . . + c os ( 23 α 11 )   c os ( 23 α 12 ) = 0       ( 1 0 )     T h ab o v n o n li n ea r   tr an s ce n d en tal  eq u atio n s   ar s o lv ed   to   f in d   th ap p r o x i m ate  clo s v alu o f   th e   s w itc h in g   a n g les,  w h ic h   ar c ap ab le  o f   eli m in at in g   t h o u tp u lo w er   o r d er   h ar m o n ics.  G iv en   t h n o n li n ea r it y   o f   th eq u atio n s ,   f in d i n g   t h s o lu tio n   u s i n g   o r d i n ar y   m at h e m a tical  s o l u tio n   m et h o d s   is   n o p o s s ib le.   T h er ef o r e,   th h y b r id   g en et ic  alg o r ith m s   p r esen ted   in   [ 1 1 ]   w a s   u s ed   to   f i n d   t h s o lu t io n   f o r   th e   1 2   s w itc h i n g   an g le s .   T h tech n iq u u s e s   d if f er e n v al u es  o f   o v er   m o d u latio n   i n d ex   ( M)   to   f in d   th s o lu tio n s   f o r   th e   s w itc h in g   a n g le s   α 1 , α 2 , …, α 12 .     2 . 3   M o du le  T er m ina l V o lt a g Desig n a nd   G a t ing   Sig na l s   G ener a t io n   Fig u r 3 an d   3 b   s h o w s   th t ar g eted   o u tp u v o lta g w av e f o r m s   at  t h ter m in al s   o f   m o d u le  1   an d   2   w it h   t h eir   r esp ec tiv g a tin g   s i g n al s .   T h g en er ated   v o lta g es   w er th e n   p ass ed   th r o u g h   th e   cu s to m ized   m u lti - w i n d i n g   tr an s f o r m er .   t h at   s y n th e s izes   an d   co m p en s ate  f o r   th s tep   le v el,   w h er ea s   t h s ec o n d   m o d u le  g en er ate s   th f u n d a m en tal  o u t p u v o lta g e.   A   n i n e - le v el  w a v ef o r m   is   g en er ated   at  th s ec o n d ar y   s i m ilar   to   th e   o n s h o w n   i n   Fi g u r e .   2 .   T o   g en er ate   th e   v o lta g w av e f o r m ,   t h g ati n g   s i g n al  o f   ea c h   I GB T   n ee d s   to   b e   g en er ated   b ased   o n   th ca lc u la ted   s w i tch i n g   an g les.           ( a)       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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 5 1     1 2 6 2   1256       ( b )   Fig u r 3 .   Desig n ed   co n v er ter   t er m in a l v o lta g es   ( a)   H - b r id g Mo d u le  1   ter m i n al  v o ltag ( V1 )   an d   g ati n g   s i g n als.   ( b )   H - b r id g Mo d u le  2   ter m i n al  v o ltag ( V2 )   an d   g ati n g   s i g n als.     Ma j o r ity   o f   t h n o tch e s   co m e s   f r o m   th e   f ir s m o d u le  t h at  s y n t h e s izes  a n d   co m p e n s ate  f o r   th s tep   lev el,   w h er ea s   th e   s ec o n d   m o d u le  g e n er ates  th e   f u n d a m e n tal  o u tp u t   v o lta g e.   n i n e - l ev el  w a v e f o r m   i s   g en er ated   at  th s ec o n d ar y   s i m ilar   to   th o n s h o w n   in   Fi g u r e .   2 .   T o   g en er ate  th v o lt ag w a v e f o r m ,   th e   g ati n g   s ig n al  o f   ea ch   I GB T   n ee d s   to   b g en er ated   b ased   o n   th ca lc u lated   s w i tch i n g   a n g le s .   T h I GB T s   co n d u ctio n   s tates  d u r i n g   t h p o s itiv an d   n e g ati v h al f   c y cle  in   b o t h   H - b r id g es  ar g i v en   in   T ab le  1 ,   n o te  o th er   r ed u n d an s w itc h i n g   s tat es c an   as  w el l b ex p lo r ed   in   o r d er   to   a d d r ess   s w itc h i n g   s tr es s   an d   f ai lu r o f   t h e   s w itc h es.  I is   w o r t h   m e n tio n i n g   t h at  s w itc h es  o n   t h s a m e   leg   ar o p er ated   co m p le m en ta r il y   to   a v o id   s h o r t - cir cu iti n g   t h d s o u r ce .       T a b le 1   S e lec ted   sw it c h in g   c o m b in a ti o n s   V o l t a g e   S w i t c h i n g   st a t e s     S 1   S 2   S 3   S 4   S 5   S 6   S 7   S 8     0   1   0   1   0   1   0   1   0   +E   1   0   0   1   1   0   0   1     0   0   1   0   1   0   1   0   1   - E   0   1   1   0   0   1   1   0       3.   RE SU L T A ND  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     S w it ching   Ang les So luti o ns     T o   ass ess   t h p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   n i n e - lev el   m u lti - lev el  v o lta g s o u r ce   i n v er ter ,   t h d esi g n   p r o ce d u r es a n d   p r o p o s ed   cir cu it to p o lo g y   w er i m p le m e n ted   u s in g   a   P SIM   s o f t w ar p ac k a g e.   T h cir cu it  w a s   s i m u lated   u s i n g   t h ca lc u late d   s w itc h i n g   an g les  w i th   m o d u latio n   i n d ex   M=   3 . 2   an d   d is tr ib u tio n   r atio   o f   3 /3 /3 /3 ,   w h ic h   m ea n s   1 2   s w i tch i n g   p o in ts ,   w er p r esen p er   q u ar ter   c y cle.   B ased   o n   s elec ti v h ar m o n ic   eli m i n atio n   t h eo r y ,   t h co n v e r ter   eli m i n ated   ( N - 1 )   h ar m o n i cs,  w h ich   m ea n s   t h at   all  t h e   1 1   lo w er   o r d er   o d d   h ar m o n ics(  3 rd ,   5 th ,   7 th ,   9 th ,   1 1 th 13 th ,   1 5 th ,   1 7 th ,   1 9 th ,   2 1 st ,   2 3 rd )   w er e ith er   e li m in a ted   o r   s u p p r ess ed   [ 1 8 ] , [ 1 9 ] .   T ab le   2   s h o w s   t h 1 2   ca lcu lat ed   v alu es  o f   th s w i tch in g   an g les  i n   d eg r ee s   a n d   th eq u i v alen ti m v al u e s   in   m illi s ec o n d s   ( m s ) .   T h r e m ain in g   a n g les  w er ca lc u lated   b as ed   o n   q u ar ter   w av s y m m etr y   th eo r y .       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:  2 0 8 8 - 8 694       9 - Leve l V o lta g S o u r ce   I n ve r ter C o n tr o lled   Usi n g   S elec tive  …   ( I b r a h im  Ha r u n a   S h a n o n o )   1257   T ab le  2     Nin lev el  Vo ltag le v el  3 /3 /3 /3   M I 3 . 2   S / N   0 - 90   90 - 1 8 0   1 8 0 - 270   2 7 0 - 360   1   5 . 9 2 7 2   1 7 4 . 0 7 2 8   1 8 5 . 9 2 7 2   3 5 4 . 0 7 2 8   2   9 . 3 8 7 8   1 7 0 . 6 1 2 2   1 8 9 . 3 8 7 8   3 5 0 . 6 1 2 2   3   1 2 . 3 8 8 8   1 6 7 . 6 1 1 2   1 9 2 . 3 8 8 8   3 4 7 . 6 1 1 2   4   2 2 . 1 5 7 1   1 5 7 . 8 4 2 9   2 0 2 . 1 5 7 1   3 3 7 . 8 4 2 9   5   2 4 . 6 2 8 5   1 5 5 . 3 7 1 5   2 0 4 . 6 2 8 5   3 3 5 . 3 7 1 5   6   2 9 . 2 7 0 5   1 5 0 . 7 2 9 5   2 0 9 . 2 7 0 5   3 3 0 . 7 2 9 5   7   4 5 . 9 5 6 8   1 3 4 . 0 4 3 2   2 2 5 . 9 5 6 8   3 1 4 . 0 4 3 2   8   5 1 . 0 9 5 8   1 2 8 . 9 0 4 2   2 3 1 . 0 9 5 8   3 0 8 . 9 0 4 2       3 . 2 .     T o po lo g ies  Dev ice  Co un t s   Co m pa riso   T ab le   3   p r esen ts   t h co m p o n en co m p ar is o n   b et w ee n   t h co n v e n tio n al  n i n e - le v el  m u lti - le v el  in v er ter   to p o lo g ie s   co m p r is i n g   t h d io d cla m p ,   f l y i n g   c ap ac ito r ,   ca s ca d ed   H - b r id g e,   an d   th e   p r o p o s ed   m o d i f ied   n in e - le v el  to p o lo g y .   As  s ee n   f r o m   t h tab le,   all  t h e   to p o lo g y   n u m b er   o f   co m p o n e n ts   d o u b led   t h at  o f   th p r o p o s ed .   Fo r   in s tan ce ,   th n u m b er   o f   cla m p i n g   d io d es  in   t h d io d clam p   to p o lo g y   i n cr ea s ed   w it h   r is i n g   v o ltag le v el.   T h is   co n d itio n   b r o u g h ab o u ad d itio n al  co s a n d   cir cu it  co m p le x it y ,   esp ec ia ll y   i n   h i g h er   o u tp u t   v o ltag e   s tep s .   I al s o   s u f f er ed   d r a w b ac k   d u to   t h e   u n eq u al  s w itc h i n g   s tr e s s   ac r o s s   t h p o w er   elec tr o n ic  s w itc h es  ( i.e . ,   in n er   s w itch e s   co n d u ct  f o r   lo n g er   d u r ati o n   co m p ar ed   w i th   t h o u ter   s w itc h es).   I ts   n o n - m o d u lar   n at u r m a k es  it  u n s u itab le  f o r   r ed u n d an c y   ap p licatio n   [ 8 ] , [ 2 1 ] , [ 2 2 ] .   I n   th ca s o f   th f l y i n g   ca p ac ito r   to p o lo g y ,   t h n u m b er   o f   v o ltag e - b ala n ci n g   ca p ac ito r s   in cr ea s ed   w i th   i n cr ea s i n g   o u tp u s tep s .   T h e   ca p ac ito r s   also   r eq u ir ed   co m p lex   f ee d b ac k   cir cu i tr y   to   m ai n tai n   t h eir   v o lta g le v el,   w h ic h   m ak e s   t h o v er al l   cir cu it  b u l k y   an d   d if f ic u lt  to   p ac k ag e   [ 2 3 ] , [ 2 4 ] .   Fo r   th ca s c ad ed   H - b r id g e,   t h n ee d   f o r   i n d iv id u al   DC   i n p u t   s o u r ce   a n d   is o latio n   tr a n s f o r m er s   ar e   r eg ar d ed   as   its   m aj o r   d r aw b ac k s ,   ev e n   t h o u g h   i t   h a s   r elati v el y   le s s   d ev ice  co u n co m p ar ed   w it h   t h p r ev io u s l y   m e n tio n ed   to p o lo g ie s   [ 1 3 ] , [ 2 1 ] , [ 2 5 ] .   Hen ce ,   o u r   m o d if ied   n i n e - lev el  ca s ca d ed   H - b r id g e   to p o lo g y   h as   les s   d e v ice  co u n t,  s i ze ,   an d   co s t   co m p ar ed   w it h   t h eq u iv ale n t   n i n e - lev el  to p o lo g ies o f   t h co n v en tio n al  co n v er ter .         T a b le 3 .   Co m p o n e n ts  Co m p a riso n   Be tw e e n   Co n v e n ti o n a 9 - L e v e M u lt i - L e v e   In v e r ter T o p o lo g ies   A n d   T h e   P r o p o se d   T o p o l o g y   Ty p e   N o   o f   sw i t c h e s   G a t e   D r i v e r s   C l a mp i n g   D i o d e   B a l a n c i n g   C a p a c i t o r   Dc - B u s   T r a n sf o r me r     D i o d e - C l a mp   ( D C )   2 * ( K - 1)   = 1 6   16   (K - 1 ) ( K - 2)   56   N i l   (K - 1)   =8   N i l   F l y i n g   C a p a c i t o r   ( F C )   2 * ( K - 1)   = 1 6   16   N i l   (K - 1 ) ( K - 2 ) / 2   = 2 8   (K - 1)   =8   N i l   C a sc a d e d     H - B r i d g e   ( C H B )   2 * ( K - 1)   = 1 6   16   N i l   N i l   (K - 1 ) / 2   =4   4     P r o p o se d   T o p o l o g y   4 * H   =8   8   N i l   N i l   1   1       3. 3   Si m ula t io R es ults   T h p r o p o s ed   to p o lo g y   m o d u lar   ter m in al  v o lta g w a v ef o r m s   V1   an d   V2 ,   to g et h er   w it h   t h eir   co r r esp o n d in g   co n tr o s i g n a l s   o f   I GB T ,   ar s h o w n   i n   Fig u r e .   4 an d   4 b ,   r esp ec ti v el y .   B o th   v o ltag e   w a v e f o r m s   lo o k   th s a m w it h   th p r e - s k etc h   p atter n   p r esen ted   in   th p r ev io u s   s ec tio n .   T h g ati n g   s ig n al s   f o r   th eig h t I GB T s   ar s w itc h ed   in   co n f o r m it y   w it h   th v o lta g s w itch in g   co m b i n atio n   p r ese n ted   in   T ab le  1 .       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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 5 1     1 2 6 2   1258     ( a)       ( b )     Fig u r e .   4   Si m u lated   C o n v er ter   T e r m i n al  Vo lta g e   ( a)   Si m u la ted   o u tp u t te r m in a l v o ltag f o r   b r id g e   m o d u le1   ( V1 )   w ith   g ati n g   s i g n al.   ( b )   Sim u lated   o u tp u t te r m in al  v o ltag f o r   b r id g m o d u le2   ( V2 )   w ith   g ati n g   s i g n al.       Fig u r 5 s h o w s   t h n i n e - lev el  f u n d a m e n tal  o u tp u v o lta g w a v e f o r m   ac r o s s   r esi s ti v e   lo ad .   T h e   f u n d a m en ta v o ltag w a s   ch o p p ed   s ev er al  ti m es  at  p r e - ca lcu l ated   s w itc h i n g   p o in t s ,   w h ic h   s atis f ies  th 3 /3 /3 /3   d is tr ib u tio n   r atio   as  s k e tch ed   in   Fi g u r e.   2 .   No te  th at  th o u t p u v o ltag ac r o s s   t h r esis ti v lo ad   is   ex p r ess ed   as th s u m   o f   b o th   tr an s f o r m er   s ec o n d ar y   s id v o lta g es ( 0  = 1 +   3 2 ),   as sh o w n   in   F ig u r e.   5b.       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:  2 0 8 8 - 8 694       9 - Leve l V o lta g S o u r ce   I n ve r ter C o n tr o lled   Usi n g   S elec tive  …   ( I b r a h im  Ha r u n a   S h a n o n o )   1259     ( a)     ( b )     Fig u r e.   5   ( a)   T h p r o p o s ed   Ni n e - lev el  w a v e f o r m .   ( b )   T h te r m in a l v o lta g es V 1 ,   Vo u t a n d   3 V 2       T o   illu s tr ate  th d i f f er en ce   b e t w ee n   t h p r o p o s ed   to p o lo g y   w a v e f o r m   a n d   th cla s s ical   ca s ca d ed   H - b r id g e,   n in e   lev e l c ir c u it  w a s   also   s i m u lated ,   a n d   t h w a v e f o r m   is   s h o w n   in   Fi g u r e .   6 a.   As o u tli n ed   i n   T ab le   2 ,   it  h as  f o u r   s ep ar ate  m o d u le s ,   ea ch   h a v i n g   a n   in d ep en d e n DC   s o u r ce   a n d   an   o u tp u tr an s f o r m er   w it h   1 :1   tu r n   r atio .   Fo r   th i m a g q u ali t y ,   th ter m in a v o lta g es  ar s h o w n   as  t h s u m   o f   t h f ir s t w o   m o d u les   1 +    2    an d   th last   t w o      3 +    4   v o ltag es  i n   Fig u r e .   6 b .   A ll  th ese  ad d   u p   to   p r o d u ce   a   n in e - lev e o u t p u t   w a v e f o r m .       ( a)   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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 5 1     1 2 6 2   1260     ( b )     Fig u r e.   6   ( a)   C lass ical  Ni n e - le v el  w av e f o r m   ( b )   T er m i n al  v o ltag es VP 1 +V P 2 ,   Vo u t a n d   VP 3 +V P4       Fig u r 7 s h o w s   th e   f ast  Fo u r ier   tr an s f o r m   ( F FT )   o f   o u r   p r o p o s ed   n in e - lev el   o v er   t h r an g e   o f   3   KHz .   Fro m   t h s p ec tr u m ,   SH E - P W s u cc es s f u l l y   e li m in a t es  all  t h 1 1   s elec ted   lo w er   o r d er   h ar m o n ic s   t h at   lies   w it h i n   1 . 1 5   KHz   ( 2 3 r d )   r an g e.   T h f ir s d o m i n a n h ar m o n ic  ap p ea r s   at  1 . 2 5   KHz ,   w h ich   i s   t h 2 5 th   h ar m o n ic.   B ased   o n   th s eq u en ce ,   it  is   t h 1 2 th   lo w er   o r d er   o d d   h ar m o n ic,   w h ic h   f all s   o u ts id th ( N - 1 )   r an g e.   T h is   g r ap h   f u r t h er   v a li d ates  th e f f ec ti v en e s s   o f   o u r   p r o p o s ed   co n v er ter .   Fig u r e .   7 b   is   th FF T   o f   th e   n in e - le v el  ca s ca d ed   H - b r id g e   to p o lo g y .   C lear l y ,   t h lo w er   o r d er   o d d   h ar m o n ic s   ( 3 r d ,   5 th . . . . etc)   ar o n ly   s u p p r ess ed   n o t e li m i n ated ,   u n l ik in   t h ca s o f   o u r   p r o p o s ed   to p o lo g y .           ( a)       ( b )   Fig u r e .   7   FF T   Sp ec tr u m   o f   n in e - v o lta g s o u r ce   co n v er ter .   ( a)   FF T   f o r   Mo d if ied   C HB   to p o lo g y .   ( b )   FF T   f o r   C o n v en tio n al  C HB   to p o lo g y .       Fig u r es  8 a n d   8 b   s h o w   th e   r elatio n s h ip   b et w ee n   t h to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n s   co n s id er ed   o v er   th e   1 0 0 th   h ar m o n ics   an d   t h o u tp u t p o w er   o f   t h t w o   n in e - le v el   co n v er ter   to p o lo g ies.   Fro m   th p lo t,  th T HDs o f   b o th   co n v er ter s   d ec r ea s w it h   in cr ea s i n g   o u tp u t p o w er ,   esp e ciall y   in   th e   p r o p o s ed   ca s b y   lo o k in g   at  its   s h ar p   n eg at iv g r ad ien t.  Fro m   t h F ig u r e .   8 a,   th T HDs  o f   b o th   co n v er ter s   at  1   k W   s ta n d   at  1 4 . 6 4 an d   1 8 . 1 1 %,  r esp ec tiv el y .   T h ese  v al u es  ar e   ab o v th e   r eq u ir ed   I E E E   5 s tan d ar d ,   b ec au s th e   SHE  tec h n iq u es   tar g et   o n l y   th f ir s 1 1   lo w er   o d d   h ar m o n ics.  T o   m ee t   th r eq u ir ed   s tan d ar d ,   f il ter   ca p ab le  o f   f ilter i n g   th 2 5 th   h ar m o n i n ee d s   to   b co n n ec t ed .   Fig u r b   s h o w s   th T HD  v alu a f ter   f il ter in g   th 2 5 th   h ar m o n ic  u p w ar d   f o r   b o th   ca s es.   T h p r o p o s ed   to p o lo g y   p er f o r m s   e x ce lle n tl y   b e ca u s th e   T HD  at  1   k W   s ta n d s   at  ap p r o x i m atel y   0 . 4 2 5 %,  w h ich   s a tis f ie s   th I E E E   s tan d ar d .   Me an w h ile,   as  ex p ec ted ,   th co n v e n tio n al  to p o lo g y   f all s   s li g h tl y   b elo w   its   f o r m er   v al u to   1 6 . 8 1 %.  I ts   T HD  is   s till   h i g h   b ec au s t h lo w er   o r d er   h ar m o n ics  ar th m aj o r   co n tr ib u to r s   to   T HD  d u to   th eir   h ig h   a m p l itu d e,   as c a n   b s ee n   f r o m   t h F FT   s p ec tr u m .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.