I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   P o w e r   E l e c t r o n i c s   a n d   D r i v e   S y s t e m   ( I J P E D S )   V o l . 1 ,   N o . 2 ,   D e c e m b e r   2 0 1 1 ,   p p .   9 4 ~ 1 0 3   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4     9 4       R e c e i v e d   O c t   1 4 th ,   2 0 1 1 ;   R e v i s e d   O c t   2 9 th ,   2 0 1 1 ;   A c c e p t e d   N o v   1 0 th ,   2 0 1 1   M u l t i p l e   S w i t c h i n g   P a t t e r n s   f o r   S H E P W M   I n v e r t e r s   U s i n g   D i f f e r e n t i a l   E v o l u t i o n   A l g o r i t h m s       A y o n g   H i e n d r o   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   T a n j u n g p u r a   U n i v e r s i t y   J a l a n J e n d .   A .   Y a n i ,   P o n t i a n a k   7 8 1 2 4 ,   I n d o n e s i a   e - m a i l :   a y o n g h 2 0 0 0 @ i e e e . o r g       A b s t r a c t   A n   i n v e s t i g a t i o n   o n   m u l t i p l e   p a t t e r n s   f o r   b o t h   o d d   a n d   e v e n   n u m b e r   o f   s wi t c h i n g   a n g l e s   i n   a   t h r e e - p h a s e   s e l e c t i v e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   p u l s e   wi d t h   m o d u l a t i o n   ( S H E P W M )   i n v e r t e r   i s   p r e s e n t e d .   T h e   s wi t c h i n g   p a t t e r n s   a r e   e x a m i n e d   a n d   c l a s s i f i e d   o n   t h e   b a s i s   o f   t h e   h a r m o n i c   p e r f o r m a n c e   o f   t h e   wa v e f o r m s   o u t p u t   f r o m   t h e   i n v e r t e r .   D i f f e r e n t i a l   e v o l u t i o n   a l g o r i t h m s   a r e   e m p l o y e d   t o   c a l c u l a t e   t h e   o p t i m u m   s wi t c h i n g   a n g l e s .   S e l e c t e d   c a s e s   a r e   v e r i f i e d   e x p e r i m e n t a l l y   b y   a   d i g i t a l   s i g n a l   p r o c e s s o r - b a s e d   h a r d w a r e   i m p l e m e n t a t i o n .   T h e   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   s h o t h a t   a l l   t y p e s   o f   t h e   p a t t e r n s   o f f e r   l o h a r m o n i c   d i s t o r t i o n s   o n   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   a f t e r   f i l t e r i n g .     H o we v e r ,   o n e   t y p e   g i v e s   b e t t e r   h a r m o n i c   p e r f o r m a n c e   i s   i d e n t i f i e d .         Ke y wo r d s :   d i f f e r e n t i a l   e v o l u t i o n   a l g o r i t h m s ,   m u l t i p l e   s o l u t i o n ,   p u l s e   wi d t h   m o d u l a t i o n ,   s e l e c t i v e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n         1 .   I n t r o d u c t i o n   S e l e c t i v e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n   ( S H E P W M )   h a s   b e e n   w i d e l y   s t u d i e d   a s   a n   a l t e r n a t i v e   t o   t r a d i t i o n a l   P W M   t e c h n i q u e s .   S H E P W M   c a n   b e   u s e   t o   e l i m i n a t e   s p e c i f i c   u n d e s i r e d   l o w e r - o r d e r   h a r m o n i c   c o m p o n e n t s   f r o m   o u t p u t   o f   s i n g l e -   o r   t h r e e - p h a s e   i n v e r t e r s   a n d   t o   c o n t r o l   i t s   f u n d a m e n t a l .   T h e   r e m a i n i n g   h i g h e r - o r d e r   h a r m o n i c s   a r e   t h e n   s u p p r e s s e d   b y   u s i n g   a   s m a l l   L - C   p a s s i v e   f i l t e r .     M a n y   c o m p u t a t i o n a l   m e t h o d s   h a v e   b e e n   p r o p o s e d   i n   [ 1 ] - [ 1 5 ]   t o   d e t e r m i n e   o p t i m u m   s w i t c h i n g   a n g l e s   i n   o r d e r   t o   e l i m i n a t e   t h e   s p e c i f i c   l o w e r - o r d e r   h a r m o n i c s .   S i n g l e   s e t   o f   s o l u t i o n   f o r   t h e   S H E P W M   w i t h i n   6 0 °   o r   9 0 °   h a s   b e e n   p r e s e n t e d   i n   [ 1 ] - [ 7 ] .   A n o t h e r   s e t   o f   s o l u t i o n   f o r   t h e   s w i t c h i n g   a n g l e s   i s   a l s o   r e p o r t e d   i n   [ 8 ] - [ 1 0 ] .   M u l t i p l e   s e t s   o f   s o l u t i o n s   f o r   t h e   S H E P W M   p r o b l e m   h a v e   b e e n   a   c o n c e r n   i n   [ 1 1 ] - [ 1 5 ] .   K a t o   [ 1 1 ]   f i n d s   a l l   p o s s i b l e   m u l t i p l e   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   f o r   t h e   S H E P W M   p r o b l e m s   b y   e m p l o y i n g   s e q u e n t i a l   h o m o t o p y - b a s e d   c o m p u t a t i o n .   I n   t h e   p a p e r   [ 1 1 ] ,   h e   a l s o   s h o w s   e i g h t   d i f f e r e n t   s o l u t i o n   p a t t e r n s   f o r   9   s w i t c h i n g   a n g l e s   c a s e   i n   a   t h r e e - p h a s e   i n v e r t e r   f o r   a l l   v a l u e s   o f   m o d u l a t i o n   i n d i c e s   ( 0   £ M £   1 . 1 5 ) .   A g e l i d i s   e t   a l .   u s e   a   m i n i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   t o   i n v e s t i g a t e   m u l t i p l e   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   f o r   t h e   S H E P W M   b i p o l a r   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ]   a n d   u n i p o l a r   [ 1 4 ]   w a v e f o r m s   a n d   i d e n t i f y   b e t t e r   s e t   o f   s o l u t i o n s   w i t h   r e s p e c t   t o   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   f a c t o r   ( H D F )   a n d   a m p l i t u d e   o f   t h e   m o s t   s i g n i f i c a n t   h a r m o n i c s .   T h e y   a l s o   p r e s e n t   m u l t i p l e   s o l u t i o n   p a t t e r n s   f o r   3 ,   5   a n d   7   s w i t c h i n g   a n g l e s   c a s e s   i n   a   t h e r e - p h a s e   i n v e r t e r   [ 1 2 ] ,   a n d   i n   b o t h   s i n g l e -   a n d   t h r e e - p h a s e   i n v e r t e r s   [ 1 3 ] .   J a b r   [ 1 5 ]   p r e s e n t s   t h e   s a m e   v e i n   w o r k   r e p o r t e d   i n   [ 9 ] - [ 1 2 ]   b u t   h e   u s e s   a   d i f f e r e n t   c o m p u t a t i o n a l   m e t h o d   t o   f i n d   a l l   s o l u t i o n s   o f   t h e   S H E P W M   p r o b l e m s .   H o w e v e r ,   t h e   m u l t i p l e   s o l u t i o n   p a t t e r n s   f o r   e v e n   N   a r e   n o t   s h o w n   i n   [ 1 0 ] - [ 1 4 ] .   S o   f a r ,   t h e r e   a r e   o n l y   s e v e r a l   m u l t i p l e   s o l u t i o n   p a t t e r n s   f o r   c e r t a i n   o d d   n u m b e r   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s   t h a t   h a v e   b e e n   r e p o r t e d   i n   [ 1 1 ] - [ 1 5 ]   a n d   t h e r e   h a s   b e e n   n o   c o m p r e h e n s i v e   a s s e s s m e n t   o f   a l l   p a t t e r n s   a v a i l a b l e   i n   b o t h   o d d   a n d   e v e n   n u m b e r   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s .     T h e   o b j e c t i v e   o f   t h i s   p a p e r   i s   t o   r e p o r t   m u l t i p l e   o f   s o l u t i o n s   a v a i l a b l e   f o r   b o t h   o d d   a n d   e v e n   n u m b e r   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s   p r o b l e m s   i n   a   t w o   l e v e l   S H E P W M   i n v e r t e r   f o r   t h r e e - p h a s e   a p p l i c a t i o n s .   T h e   s o l u t i o n   p a t t e r n s   f o r   t h e   p o s i t i v e   v a l u e   o f   m o d u l a t i o n   i n d e x   ( M )   i n   t h e   r a n g e   o f   t h e   S H E P W M   c a p a b i l i t y   ( 0   £ M £   1 . 1 5 )   [ 1 6 ]   a r e   i n v e s t i g a t e d .   T h e   p a t t e r n s   o f   e a c h   n u m b e r   o f   a n g l e s   a r e   i d e n t i f i e d   a n d   c l a s s i f i e d   w i t h   r e s p e c t   t o   t h e i r   g e n e r a l   p a t t e r n   f o r m s .   P e r f o r m a n c e   o f   e a c h   t y p e   o f   p a t t e r n   i s   e v a l u a t e d   a n d   c o m p a r e d   o n   t h e   b a s i s   o f   t o t a l   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   ( T H D )   o f   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   w a v e f o r m .   I n   t h i s   p a p e r ,   d i f f e r e n t i a l   e v o l u t i o n   a l g o r i t h m s   ( D E )   [ 1 7 ]   a r e   a p p l i e d   t o   c a l c u l a t e   t h e   o p t i m u m   s w i t c h i n g   a n g l e s   o f   t h e   S H E P W M   p r o b l e m s .   F i n a l l y ,   e x p e r i m e n t a l   r e s u l t s   a r e   p r e s e n t e d   t o   v a l i d a t e   t h e   t h e o r e t i c a l   a r g u m e n t s .               2 .   S c h e m e s   f o r   S e l e c t i v e   H a r m o n i c   E l i m i n i n a t i o n   i n   T h r e e - P h a s e   I n v e r t e r s   T h e r e   a r e   t w o   p o s s i b l e   s c h e m e s   f o r   t w o - l e v e l   s w i t c h i n g   o n   a   t h r e e - p h a s e   i n v e r t e r   c o n f i g u r a t i o n   d e p e n d i n g   o n   t h e   n u m b e r   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s .   E a c h   s c h e m e   h a s   i t s   s p e c i f i c   P W M   s w i t c h i n g   f u n c t i o n .       2 . 1 .   T w o - L e v e l   S w i t h i n g   S c h e m e   f o r   O d d   V a l u e   o f   A n g l e s   T h e   P W M   p a t t e r n   w i t h   o d d   v a l u e   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s   i s   s h o w n   i n   F i g . 1 .   T h e   a n g l e   i s   r i s i n g   n o t c h   t r a n s i t i o n   a t   t h e   b e g i n n i n g   o f   t h e   c y c l e .   A s   t h e   p a t t e r n   i s   o d d   q u a r t e r - w a v e   s y m m e t r y ,   o n l y   o d d - o r d e r   h a r m o n i c   c o m p o n e n t s   e x i s t .   T h e   F o u r i e r   s e r i e s   e x p a n s i o n   o f   t h i s   o u t p u t   v o l t a g e   w a v e f o r m   i s   w r i t t e n   a s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       M u l t i p l e   S w i t c h i n g   P a t t e r n s   f o r   S H E P W M   I n v e r t e r s   U s i n g   D i f f e r e n t i a l   E v o l u t i o n   A l g o r i t h m s   ( A y o n g   H i e n d r o )   9 5   ¥ = = , . . . 7 , 5 , 1 ) s i n ( ) ( n n t n V t v w w                 ( 1 )     F o r   n o   t r i p l e n - o r d e r   h a r m o n i c s   e x i s t ,   t h e   m a g n i t u d e   o f   h a r m o n i c   c o m p o n e n t s   ( i n c l u d i n g   t h e   f u n d a m e n t a l )   V n   i s   d e f i n e d   b y     - - - = = N k k k d c n n n V V 1 ) c o s ( ) 1 ( 2 1 4 a p                 ( 2 )           F i g u r e   1 .   T w o - l e v e l   P W M   w a v e f o r m   f o r   o d d   v a l u e   o f   a n g l e s       H a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   c o n c e r n s   t o   e l i m i n a t e   ( N - 1 )   h a r m o n i c s   c o m p l e t e l y   f r o m   t h e   w a v e f o r m   t h r o u g h   c a l c u l a t i n g   o f   N   s w i t c h i n g   a n g l e s   i n   t h e   f i r s t   q u a r t e r   p e r i o d .   T h e   r e m a i n i n g   o n e   e q u a t i o n   i s   r e s e r v e d   f o r   c o n t r o l l i n g   t h e   f u n d a m e n t a l   m a g n i t u d e   V 1   a t   a   p a r t i c u l a r   m o d u l a t i o n   i n d e x   v a l u e .   H e n c e ,   t h e   e q u a t i o n s   f o r   s o l v i n g   t h e   N   s w i t c h i n g   a n g l e s   a 1 ,   a 2 , , a N   a r e   a r r a n g e d   i n t o     1 ) c o s ( ) 1 ( 2 1 4 ) ( 1 1 - - - - = = N k k k M f a p a   - - - = = N k k k M f 1 5 ) 5 c o s ( ) 1 ( 2 1 5 4 ) ( a p a   - - - = = N k k k M f 1 7 ) 7 c o s ( ) 1 ( 2 1 7 4 ) ( a p a     .   - - - - - = = - N k k k N N M N f 1 ) 2 3 ( ) ) 2 3 c o s ( ( ) 1 ( 2 1 ) 2 3 ( 4 ) ( a p a         ( 3 )     w h e r e   f 5 ,   f 7 , , f ( 3 . N - 2 )   a r e   t h e   n o r m a l i z e d   m a g n i t u d e   ( w i t h   r e s p e c t   t o   t h e   f u n d a m e n t a l )   o f   h a r m o n i c s   t o   b e   e l i m i n a t e d   a n d   M   =   V 1 / V d c   i s   t h e   m o d u l a t i o n   i n d e x .   T h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   c r e a t e d   f o r   o p t i m i z a t i o n   i s   e x p r e s s e d   b y     , . . . ) ( ) 1 3 ( 1 3 1 1 7 5 1 - + + + + + + = N f f f f f f f a   e < - f f f f f f f N , , . . . , , , , , ) 1 3 ( 1 3 1 1 7 5 1             ( 4 )     a n d   t h e   s o l u t i o n s   m u s t   s a t i s f y   t h e   c o n d i t i o n s       a 1 < a 2 <   < a N <   9 0 º                   ( 5 )     w i t h   t h e   d e s i r e d   l e v e l   o f   a c c u r a c y   e .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     9 4     1 0 3   9 6 O n c e   t h e   s w i t c h i n g   a n g l e s   a 1 ,   a 2 , , a N   a r e   f o u n d ,   t h e   r e s t   o f   a n g l e s   a r e   c a l c u l a t e d   b y     a k   =   1 8 0 °   -   a ( 2 N + 1 ) - k ,   f o r   k   =   N + 1   t o   2 N ,   a 2 N + 1   =   1 8 0 ° ,   a k   =   3 6 0 °   -   a ( 4 N + 2 ) - k ,   f o r   k   =   2 N + 2   t o   4 N + 1 ,   a 4 N + 2   =   3 6 0 °                     ( 6 )     E a c h   p u l s e   w i d t h   ( P W )   b e t w e e n   t w o   c o n s e c u t i v e   s w i t c h i n g   a n g l e s   f o r   t h e   c y c l e   d u r a t i o n   T   ( a s   s h o w n   i n   F i g .   1 )   i s   s p e c i f i e d   b y     P W k   =   ( a 2 k   -   a 2 k - 1 ) T / 3 6 0 ° ,   f o r   k   =   1   t o   2 N + 1               ( 7 )       2 . 1 .   T w o - L e v e l   S w i t h i n g   S c h e m e   f o r   E v e n   V a l u e   o f   A n g l e s   T h e   P W M   p a t t e r n   w i t h   e v e n   v a l u e   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s   i s   s h o w n   i n   F i g . 2 ,   i n   w h i c h   t h e   s w i t c h i n g   a n g l e   i s   f a l l i n g   n o t c h   t r a n s i t i o n   a t   t h e   b e g i n n i n g   o f   t h e   c y c l e .   T h e   F o u r i e r   s e r i e s   o f   t h e   w a v e f o r m   i s   s i m i l a r   t o   ( 1 ) ,   b u t   V n   i s   d e f i n e d   a s   f o l l o w s :     - + = = N k k k d c n n n V V 1 ) c o s ( ) 1 ( 2 1 4 a p               ( 8 )           F i g u r e   2 .   T w o - l e v e l   P W M   w a v e f o r m   f o r   e v e n   v a l u e   o f   a n g l e s       T h e   e q u a t i o n s   f o r   s o l v i n g   t h e   N   s w i t c h i n g   a n g l e s   a 1 ,   a 2 ,   ,   a N   a r e   a r r a n g e d   i n t o     1 ) c o s ( ) 1 ( 2 1 4 ) ( 1 1 - - + = = N k k k M f a p a   - + = = N k k k M f 1 5 ) 5 c o s ( ) 1 ( 2 1 5 4 ) ( a p a   - + = = N k k k M f 1 7 ) 7 c o s ( ) 1 ( 2 1 7 4 ) ( a p a     .   - - + - = = - N k k k N N M N f 1 ) 1 3 ( ) ) 1 3 c o s ( ( ) 1 ( 2 1 ) 1 3 ( 4 ) ( a p a           ( 9 )     w h e r e   f 5 ,   f 7 , , f ( 3 N - 1 )   a r e   t h e   n o r m a l i z e d   m a g n i t u d e   o f   t h e   h a r m o n i c s   t o   b e   e l i m i n a t e d .   T h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   f o r   o p t i m i z a t i o n   i s   s i m i l a r   t o   ( 4 )   a n d   m u s t   s a t i s f y   t h e   s a m e   c o n d i t i o n s   a s   i n   ( 5 ) .   A s   s h o w n   i n   F i g .   2 ,   t h e   w a v e f o r m   i s   s t a r t e d   b y   a 0   =   0 °   a n d   o n c e   t h e   s w i t c h i n g   a n g l e s   a 1 ,   a 2 , , a N   a r e   f o u n d ,   t h e   r e s t   o f   t h e   a n g l e s   c a n   b e   c a l c u l a t e d   b y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       M u l t i p l e   S w i t c h i n g   P a t t e r n s   f o r   S H E P W M   I n v e r t e r s   U s i n g   D i f f e r e n t i a l   E v o l u t i o n   A l g o r i t h m s   ( A y o n g   H i e n d r o )   9 7   a k   =   1 8 0 °   -   a ( 2 N + 1 ) - k ,   f o r   k   =   N + 1   t o   2 N ,   a 2 N + 1   =   1 8 0 ° ,   a k   =   3 6 0 °   -   a ( 4 N + 2 ) - k ,   f o r   k   =   2 N + 2   t o   4 N + 1               ( 1 0 )     T h e   p u l s e   w i d t h   ( P W )   b e t w e e n   t w o   c o n s e c u t i v e   s w i t c h i n g   a n g l e s   a s   s h o w n   i n   F i g .   2   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s   f o l l o w s :     P W k   =   ( a 2 k - 1   -   a 2 k - 2 ) T / 3 6 0 ° ,   f o r   k   =   1   t o   2 N + 1             ( 1 1 )       3 .   D i f f e r e n t i a l   E v o l u t i o n   A l g o r i t h m s   f o r   O p t i m i z a t i o n   o f   S w i t h i n g   A n g l e s   T h e   m a i n   p r o c e d u r e s   i n   D E   a r e   i n i t i a l i z a t i o n ,   m u t a t i o n ,   c r o s s o v e r   o r   r e c o m b i n a t i o n   a n d   s e l e c t i o n .   T h e   i n i t i a l   p o p u l a t i o n   i s   r a n d o m l y   s e l e c t e d   a n d   s h o u l d   c o v e r   t h e   e n t i r e   p a r a m e t e r   s p a c e .   T h e   m u t a n t   i n d i v i d u a l s   a r e   c r e a t e d   b y   a d d i n g   t h e   w e i g h t e d   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t w o   p a r e n t   i n d i v i d u a l s .   T h e n ,   t h e   p a r a m e t e r   o f   t h e   m u t a n t   i n d i v i d u a l   a n d   t h e   p a r e n t   i n d i v i d u a l   a r e   m i x e d   t o   y i e l d   t h e   t r i a l   i n d i v i d u a l .   I f   t h e   t r i a l   i n d i v i d u a l   i s   b e t t e r   t h a n   t h e   p a r e n t   i n d i v i d u a l ,   t h e n   t h e   t r i a l   i n d i v i d u a l   r e p l a c e s   t h e   p a r e n t   i n d i v i d u a l   i n   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n .   T h e   f o l l o w i n g   i s   t h e   w o r k i n g   a l g o r i t h m s   i n v o l v e d   i n   e m p l o y i n g   t h e   D E   t o   d e t e r m i n e   o p t i m i z e d   s w i t c h i n g   a n g l e s :   1 )   P a r a m e t e r s   s e t u p .   T h e   p a r a m e t e r s   t o   b e   s e t   f o r   t h e   D E   t o   w o r k   c o n s i s t   o f   o b j e c t i v e   p a r a m e t e r   ( N ) ,   p o p u l a t i o n   s i z e   ( N P ) ,   m u t a t i o n   f a c t o r   ( F ) ,   c r o s s o v e r   r a t e   ( C R )   a n d   b o u n d a r i e s .   I n   t h i s   a p p l i c a t i o n ,   t h e   o b j e c t i v e   p a r a m e t e r   s p e c i f i e s   t h e   n u m b e r   o f   o p t i m i z e d   s w i t c h i n g   a n g l e s .   T h e   b o u n d a r i e s   m u s t   s a t i s f y   ( 5 )   a n d   b o t h   F   a n d   C R   a r e   i n   t h e   r a n g e   o f   [ 0 ,   1 ] .   2 )   I n i t i a l i z a t i o n   o f   t h e   p o p u l a t i o n .   T h e   f i r s t   s t e p   i n   t h e   D E   o p t i m i z a t i o n   p r o c e s s   i s   t o   c r e a t e   a n   i n i t i a l   p o p u l a t i o n   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s   a s   t h e   c a n d i d a t e   s o l u t i o n s   b y   a s s i g n i n g   r a n d o m   v a l u e s   t o   e a c h   b o u n d a r y .   S u c h   s w i t c h i n g   a n g l e   m u s t   l i e   i n s i d e   t h e   f e a s i b l e   b o u n d s   ( l o w e r   a n d   u p p e r   b o u n d s ) .   T h e   i n i t i a l i z a t i o n   i s   a s s i g n e d   b y     a a a a i , j ( 0 )     =     a a a a m i n j     +     r a n d j ( a a a a m a x j         a a a a m i n j ) ,               ( 1 2 )   i   =   1 , 2 , , N P   ,     j   =   1 , 2 , , N     w h e r e   a a a a i , j ( 0 )   i s   t h e   i n i t i a l   p o p u l a t i o n   ( g e n e r a t i o n   G   =   0 )   o f   c a n d i d a t e   s o l u t i o n s ,   a a a a m i n j   a n d   a a a a m a x j   a r e   t h e   l o w e r   a n d   u p p e r   b o u n d s   o f   j t h     d e c i s i o n   s w i t c h i n g   a n g l e s ,   a n d   r a n d j   i s   a   r a n d o m   v a l u e   w i t h i n   [ 0 , 1 ]   g e n e r a t e d   a c c o r d i n g   t o   a   u n i f o r m   p r o b a b i l i t y   d i s t r i b u t i o n .     3 )   E v a l u a t i o n   o f   t h e   i n i t i a l   p o p u l a t i o n .   E v a l u a t i n g   t h e   f i t n e s s   v a l u e   o f   e a c h   s w i t c h i n g   a n g l e   o f   t h e   p o p u l a t i o n   i s   c a r r i e d   o u t   b y   u s i n g   ( 4 ) . T h e   b e s t   s w i t c h i n g   a n g l e   a b e s t j ( 0 )   a n d   t h e   b e s t   v a l u e   f b e s t ( 0 )   a r e   t h e n   s e l e c t e d   b y   u s i n g     f b e s t ( 0 )   =   f ( a b e s t j ( 0 ) ) ,     a b e s t j ( 0 ) Î a a a a i , j ( 0 )                 ( 1 3 )     4 )   M u t a t i o n   o p e r a t i o n   ( d i f f e r e n t i a l   o p e r a t i o n ) .   M u t a t i o n   o r   d i f f e r e n t i a l   o p e r a t o r   c r e a t e s   a   m u t a n t   s w i t c h i n g   a n g l e   b y   p e r t u r b i n g   a   r a n d o m l y   s e l e c t e d   s w i t c h i n g   a n g l e   w i t h   t h e   d i f f e r e n c e   o f   t h e   t w o   o t h e r   r a n d o m l y   s e l e c t e d   s w i t c h i n g   a n g l e s .   A l l   o f   t h e s e   s w i t c h i n g   a n g l e s   m u s t   b e   d i f f e r e n t   f r o m   e a c h   o t h e r .   T o   c o n t r o l   t h e   p e r t u r b a t i o n   a n d   i m p r o v e   c o n v e r g e n c e ,   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   t w o   s w i t c h i n g   a n g l e s   i s   a m p l i f i e d   b y   a   m u t a t i o n   f a c t o r   F ,   a   c o n s t a n t   i n   t h e   r a n g e   o f   [ 0 ,   1 ] .   F o r   e a c h   p a r e n t   ( t a r g e t )   s w i t c h i n g   a n g l e   a i , j ( G ) ,   a   m u t a n t   s w i t c h i n g   a n g l e   v i , j ( G )   i s   p r o d u c e d   u s i n g   o n e   o f   t h e   f o l l o w i n g   m u t a t i o n   v a r i a n t s :     D E / r a n d / 1   :   v i , j ( G + 1 )   =   a r a , j ( G ) + F ( a r b , j ( G ) a r c , j ( G ) )                 ( 1 4 )   D E / b e s t / 1 :   v i , j ( G + 1 )   =   a b e s t j ( G ) + F ( a r a , j ( G ) a r b , j ( G ) )                 ( 1 5 )   D E / r a n d - t o - b e s t / 1 :   v i , j ( G + 1 )   =   a i , j ( G ) + F ( a b e s t j ( G ) a i , j ( G ) ) + F ( a r a , j ( G ) a r b , j ( G ) )             ( 1 6 )   D E / b e s t / 2 :   v i , j ( G + 1 )   =   a b e s t j ( G ) + F ( a r a , j ( G ) a r b , j ( G ) ) + F ( a r c , j ( G ) a r d , j ( G ) )             ( 1 7 )   D E / r a n d / 2 :   v i , j ( G + 1 )   =   a r a , j ( G ) + F ( a r b , j ( G ) a r c , j ( G ) ) + F ( a r d , j ( G ) a r e , j ( G ) )             ( 1 8 )     w h e r e   t h e   i n d i c e s   r a ,   r b ,   r c ,   r d ,   r e Î   { 1 , 2 , , N P }   a r e   r a n d o m l y   c h o s e n   m u t u a l l y   e x c l u s i v e   i n t e g e r s   a n d   m u s t   b e   d i f f e r e n t   f r o m   e a c h   o t h e r   a n d   a l l   a r e   d i f f e r e n t   f r o m   t h e   b a s e   i n d e x   i .   T h e   a n g l e s   a r a , j ( G ) ,   a r b , j ( G )   a n d     a r c , j ( G )   a r e   t h e   s h u f f l e d   i n d i v i d u a l s   f r o m   t h e   p o p u l a t i o n   a a a a i , j ( G ) ,   w h i l e   G   =   0 , 1 , 2 , ,   G m a x   d e n o t e s   t h e   s u b s e q u e n t   g e n e r a t i o n   c r e a t e d   f o r   e a c h   i t e r a t i o n   ( g e n e r a t i o n ) .   T h e   a n g l e   a b e s t j ( G )   i s   t h e   b e s t   s w i t c h i n g   a n g l e   w i t h   t h e   b e s t   f i t n e s s     i n   t h e   p o p u l a t i o n   a t   g e n e r a t i o n   G .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     9 4     1 0 3   9 8 5 )   C r o s s o v e r   o p e r a t i o n   ( r e c o m b i n a t i o n ) .   F o l l o w i n g   t h e   m u t a t i o n   o p e r a t i o n ,   c r o s s o v e r   i s   a p p l i e d   t o   t h e   p o p u l a t i o n .   C r o s s o v e r   o p e r a t o r   i s   u s e d   t o   i n c r e a s e   t h e   d i v e r s i t y   o f   t h e   m u t a n t   s w i t c h i n g   a n g l e s .   I t   g e n e r a t e s   a   t r i a l   s w i t c h i n g   a n g l e   t i , j ( G + 1 ) .   T h e   t r i a l   s w i t c h i n g   a n g l e   i s   a   c o m b i n a t i o n   o f   v i , j ( G + 1 )   a n d   a i , j ( G )   b a s e d   e i t h e r   o n   b i n o m i a l   s c h e m e   ( / b i n )   o r   o n   e x p o n e n t i a l   s c h e m e   ( / e x p ) .   I n   t h e   b i n o m i a l   s c h e m e ,   i f   t h e   r a n d o m   n u m b e r   i s   l e s s   o r   e q u a l   t h a n   C R ,   t h e   p a r a m e t e r   w i l l   c o m e   f r o m   v i , j ( G + 1 ) ,   o t h e r w i s e   t h e   p a r a m e t e r   c o m e s   f r o m   a i , j ( G ) .   I f   C R   =   1 ,   i t   m e a n s   t h a t   t i , j ( G + 1 )   w i l l   b e   c o m p o s e d   e n t i r e l y   o f   v i , j ( G + 1 ) .   T h e   b i n o m i a l   c r o s s o v e r   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s     = £ = + +                                                                     o t h e r w i s e     ) ( o r     ) (   i f     ) ( 1 ) ( 1 ) ( G i , j r a n d j G i , j G i , j α   j j     C R   r a n d v t             ( 1 9 )     w h e r e   i   =   1 , 2 , , N P ,   j   =   1 , 2 , , N ,   a n d   j r a n d   i s   a   r a n d o m l y   c h o s e n   i n d e x   Î   { 1 , 2 , , N }   t h a t   g u a r a n t e e s   t i , j ( G + 1 )   t o   g e t   a t   l e a s t   o n e   p a r a m e t e r   f r o m   v i , j ( G + 1 ) .   6 )   S e l e c t i o n   o p e r a t i o n .   F i n a l l y ,   t i , j ( G + 1 )   y i e l d e d   f r o m   t h e   c r o s s o v e r   o p e r a t i o n   i s   a c c e p t e d   f o r   t h e   n e x t   g e n e r a t i o n   i f   a n d   o n l y   i f   i t   h a s     a n   e q u a l   o r   l o w e r   v a l u e   o f   t h e   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   t h a n   t h a t   o f   i t s   p a r e n t   a i , j ( G )   .   I t   c a n   b e   e x p r e s s e d   a s   f o l l o w s :     £ = + + +                                                           o t h e r w i s e         ) (         ) (   i f     ) ( ) ( 1 ) ( 1 ) ( 1 ) ( G i , j G i , j G i , j G i , j G i , j α α f α f t α             ( 2 0 )     T h e   b e s t   s w i t c h i n g   a n g l e   a n d   v a l u e   o f   t h e   c u r r e n t   g e n e r a t i o n   a r e   a l s o   s e l e c t e d   i n   h e r e   a s     f b e s t ( G + 1 )   =   f ( a b e s t j ( G + 1 )   ) ,     a b e s t j ( G + 1 ) Î a a a a i , j ( G + 1 )               ( 2 1 )   T h e   m u t a t i o n ,   c r o s s o v e r   a n d   s e l e c t i o n   p r o c e s s e s   a r e   r e p e a t e d   t o   c r e a t e   a   n e w   n e x t   g e n e r a t i o n   u n t i l   f b e s t ( G + 1 )   m e e t s   i t s   c r i t e r i o n   e     a n d   r e s u l t s   i n   a b e s t j ( G + 1 )   a s   t h e   s a t i s f i e d   s w i t c h i n g   a n g l e .       4 .   R e s e a r c h   M e t h o d   P r e p a r a t i o n   o f   o b j e c t i v e   f u n c t i o n s .   S e t s   o f   o b j e c t i v e   f u n c t i o n   f o r   b o t h   o d d   a n d   e v e n   v a l u e   o f   a n g l e s   a r e   p r e p a r e d   f o r   s a t i s f y i n g   D E   a l g o r i t h m s .   O b j e c t i v e   f u n c t i o n s   f o r   s o l v i n g   N s w i t h i n g   a n g l e s   a r e   e q u a t i o n   ( 3 )   f o r   o d d   v a l u e   o f   a n g l e s   a n d   e q u a t i o n   ( 9 )   f o r   e v e n   v a l u e   o f   a n g l e s ,   r e s p e c t i v e l y .   E m p l o y i n g   D E   a l g o r i t h m s . I n   t h i s   a p p l i c a t i o n ,   o b j e c t i v e   p a r a m e t e r   ( N )   s p e c i f i e s   t h e   n u m b e r   o f   o p t i m i z e d   s w i t c h i n g   a n g l e s   a n d   t h e n   p o p u l a t i o n   s i z e   o f   1 0 N   i s   s e l e c t e d .   F o r   i n s t a n t   i f   N   =   7 ,   N P   =   7 0   i s   e m p l o y e d .   D e t e r m i n i n g   F   a n d   C R   s h o u l d   b e   u s e d   i s   q u i t e   d i f f i c u l t   a n d   i n   t h i s   w o r k   a   r e p e t i t i v e   l o o p i n g   c o m m a n d   i s   i n s e r t e d   i n t o   t h e   D E   a l g o r i t h m s   t o   s e a r c h   t h e   b e s t   c o m b i n a t i o n s   o f   F   a n d   C R .   T h e r e   a r e   f i v e   c o m m o n l y   u s e d   v a r i a n t s   i n   D E   a s   e x p r e s s e d   b y   e q u a t i o n s   ( 1 4 )     ( 1 8 ) .   A l l   v a r i a n t s   a r e   u s e d   t o   f i n d   t h e   o p t i m i z e d   s w i t c h i n g   a n g l e s .   T h e   v a r i a n t   w h i c h   n e e d s   t h e   l e s s   i t e r a t i o n   i s   t h e n   u s e d   i n   t h e   D E   o p t i m i z a t i o n .   T h e   a l g o r i t h m s a r e   i m p l e m e n t e d   b y   s e t t i n g   u p   e   =   0 . 0 0 0 1   t o   f i n d   a l l   s e t s   o f   s o l u t i o n . E v e r y   s e t s   o f   s w i t c h i n g   a n g l e s   a r e   f o u n d e d   f o r   t h e   m o d u l a t i o n   i n d i c e s   s e t   f r o m   0 . 0   t o   1 . 1 5 .   E x p e r i m e n t a l   v e r i f i c a t i o n . T o   v e r i f y   p e r f o r m a n c e s   o f   t h e   s w i t c h i n g   p a t t e r n s ,   t h e   i n v e r t e r   w a s   i m p l e m e n t e d   w i t h   T M S 3 2 0 C 1 7   d i g i t a l   s i g n a l   p r o c e s s o r .   T h e   e x p e r i m e n t s   w e r e   c a r r i e d   o u t   w i t h   t h e   f o l l o w i n g   p a r a m e t e r s :   V d c   =   5 0 V ,   L   =   1 0 m H ,   C   =   1 2 m F ,   R   =   2 0 W ,   a n d   f   =   5 0 H z .       5 .   R e s u l t s   a n d   A n a l y s i s   F i g u r e s   3 - 6   i l l u s t r a t e   v a r i o u s   s e r i e s   o f   t h e   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   f o r   b o t h   o d d   a n d   e v e n   v a l u e s   o f   t h e   s w i t c h i n g   a n g l e s .   T h e   t y p e s   o f   p a t t e r n s   c a n   b e   c l a s s i f i e d   w i t h   r e s p e c t   t o   t h e i r   o r d e r l i n e s s   p a t t e r n   f o r m s .   E a c h   t y p e   p o s s e s s e s   t h e   s a m e   b a s i c   c h a r a c t e r i s t i c s   a n d   r e s e m b l a n c e s .   E v e r y   n o t c h   o f   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   i s   f o u n d e d   f o r   a l l   o v e r   p o s i t i v e   v a l u e s   o f   M   i n   t h e   r a n g e   0   £ M £   0 . 1 5 .   H o w e v e r ,   s o m e   p a t t e r n s   e x c e e d   9 0   d e g r e e s   ( i . e .   N   =   2 ,   t y p e - 2   a n d   N   =   6 ,   t y p e - 3   a n d   4 ) .   N o t e   t h a t   a l l   t h e s e   r e s u l t s   a r e   w e l l   o b t a i n e d   b y   c h o o s i n g   t h e   c o n t r o l   p a r a m e t e r s :   C R   i n   t h e   r a n g e   [ 0 . 9 0 ,   1 . 0 0 ]   a n d   F   i n   t h e   r a n g e   [ 0 . 2 5 ,   0 . 5 0 ] .   A l l   o d d   a n d   e v e n   v a l u e s   o f   t h e   s w i t c h i n g   a n g l e s   h a v e   s e t s   o f   p a t t e r n s   i n   b o t h   t y p e - 1   a n d   t y p e - 2   ( a s   s h o w n   i n   F i g s .   3   a n d   4 ) .   H o w e v e r ,   t h e r e   a r e   o n l y   t w o   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   e x i s t   f o r   N   =   2   t o   5 .   T h e   p a t t e r n   g r o u p s   f o r   N   =   2   t o   1 3   a r e   s h o w n   i n   T a b l e   1 . S e t s   o f   p a t t e r n s   a s   m e n t i o n e d   i n   t y p e - 1   a n d / o r   t y p e - 2   a r e   a l r e a d y   r e p o r t e d   i n   [ 1 ] - [ 1 0 ] .   H o w e v e r ,   n o n e   o f   t h e   p a p e r s   [ 1 ] - [ 1 0 ]   h a v e   i n v e s t i g a t e d   o t h e r   p o t e n t i a l   s e t   o f   s o l u t i o n s   a s   w e l l   a s   s h o w n   i n   F i g s .   5 - 6 .   F u r t h e r m o r e ,   f o u r   t y p e s   o f   p a t t e r n s   f o r   N   =   9   h a v e   a l s o   b e e n   r e p o r t e d   i n   [ 1 1 ]   f o r   a l l   p o s i t i v e   o f   M   ( t h e   r e m a i n i n g   f o u r   o t h e r   t y p e s   a r e   f o r   a l l   n e g a t i v e   o f   M ) .   T h e   s t i l l   r e m a i n i n g   q u e s t i o n   f o r   t h e   p a t t e r n s   i n   [ 1 1 ]   i s   w h i c h   o n e   o f   t h e   p a t t e r n s   g i v e s   a   b e t t e r   p e r f o r m a n c e   c o m p a r e d   t o   a n o t h e r .   I n   t h i s   p a p e r ,   t h e   m u l t i p l e   p a t t e r n s   p e r f o r m a n c e   i s   c o m p a r e d   b a s e d   o n   T H D   o f   t h e   i n v e r t e r   o u t p u t   v o l t a g e   ( l i n e - t o - l i n e   v o l t a g e ) .   A n   L - C   f i l t e r   i s   i n s e r t i n g   b e t w e e n   t h e   i n v e r t e r   a n d   a   r e s i s t i v e   l o a d .   F i g u r e   7 ( a )   p r e s e n t s   a   t y p i c a l   T H D   p e r f o r m a n c e   o f   t y p e - 1   a n d   t y p e - 2   f o r   N   =   3   t h r o u g h o u t   a l l   p o s i t i v e   v a l u e s   o f   M   ( 0   £ M £   1 . 1 5 ) .   I t   s h o w s   t h a t   t y p e - 2   o f f e r s   a   b e t t e r   h a r m o n i c   p e r f o r m a n c e   t h a n   t y p e - 1   a n d   t h i s   h a s   a l s o   b e e n   r e p o r t e d   i n   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   H o w e v e r ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       M u l t i p l e   S w i t c h i n g   P a t t e r n s   f o r   S H E P W M   I n v e r t e r s   U s i n g   D i f f e r e n t i a l   E v o l u t i o n   A l g o r i t h m s   ( A y o n g   H i e n d r o )   9 9   t h e r e   a r e   n o   s o l u t i o n s   f o u n d   i n   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ]   w h e n   M ³   0 . 9 3   ( s e t - 1   w h i c h   c o r r e s p o n d s   t o   ( i i )   i n   F i g .   3 )   a n d   M ³   0 . 9 1   ( s e t - 2   w h i c h   c o r r e s p o n d s   t o   ( i i )   i n   F i g .   4 ) .       T a b l e   1 .   P a t t e r n   G r o u p s   f o r   N   =   2   t o   1 3   N   2 , 3 , 4 , 5   6 , 7 , 8 , 9   1 0 , 1 1 , 1 2 , 1 3   T y p e   1 , 2   1 , 2 , 3 , 4   1 , 2 , 3 , 4 , 5 , 6 , 7 , 8       0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( i v ) ( v ) ( v i ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( i ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( i i ) ( i i i ) F i g u r e 3 .   T y p e - 1   o f   s w i t c h i n g   p a t t e r n s .   ( i )   N   =   2 ,   ( i i )   N   =   3 ,     ( i i i )   N   =   4 ,   ( i v )   N   =   5 ,   ( v )   N   =   6 ,   a n d   ( v i )   N   =   7       0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( i ) ( i i ) ( i i i ) ( i v ) ( v ) ( v i ) F i g u r e 4 .   T y p e - 2   o f   s w i t c h i n g   p a t t e r n s .   ( i )   N   =   2 ,   ( i i )   N   =   3 ,     ( i i i )   N   =   4 ,   ( i v )   N   =   5 ,   ( v )   N   =   6 ,   a n d   ( v i )   N   =   7         T h e r e   a r e   t w o   t y p e s   o f   p a t t e r n s   f o r   N   =   2   t o   5   a s   p r e s e n t e d   i n   F i g s .   3   a n d   4 .   F u r t h e r m o r e ,   t h e r e   a r e   t w o   n e w   t y p e s   o f   p a t t e r n s   a r e   f o u n d   b y   e m p l o y i n g   N   =   6   t o   9   w h i c h   a r e   p r e s e n t e d   a s   t y p e - 3   a n d   t y p e - 4   i n   F i g s .   5   a n d   6 .   F o r   a l l   p o s i t i v e   v a l u e s   o f   M ,   t y p e - 4   g i v e s   l e s s   T H D   t h a n   t y p e - 3   a n d   t h e   b o t h   t y p e s   a r e   b e t t e r   t h a n   t y p e - 2   a n d   t y p e - 1   i n   t h e i r   T H D   p e r f o r m a n c e s .   F o u r   o t h e r   n e w   t y p e s   ( t y p e - 5   t o   t y p e -   8 )   w h i c h   a r e   o b t a i n e d   f r o m   N   =   1 0   t o   1 3   o f f e r   l e s s   T H D   c o m p a r e d   t o   t h e   p r e v i o u s   t y p e s   a s   s h o w n   i n   F i g .   7 ( b ) .   F i g u r e   7 ( b )   s h o w s   a   t y p i c a l   T H D   p e r f o r m a n c e   o f   t y p e - 1   t o   t y p e - 8   f o r   a l l   v a l u e s   o f   m o d u l a t i o n   i n d i c e s   ( 0   £ M £   1 . 1 5 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     9 4     1 0 3   1 0 0   0     0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1     1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( v i ) ( v ) ( i v ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( i i i ) ( i i ) ( i ) F i g u r e 5 .   T y p e - 3   o f   s w i t c h i n g   p a t t e r n s .   ( i )   N   =   6 ,   ( i i )   N   =   7 ,     ( i i i )   N   =   8 ,   ( i v )   N   =   9 ,   ( v )   N   =   1 0 ,   a n d   ( v i )   N   =   1 1         0     0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1     1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( i ) ( i i ) ( i i i ) ( i v ) ( v ) ( v i ) F i g u r e 6 .   T y p e - 4   o f   s w i t c h i n g   p a t t e r n s .   ( i )   N   =   6 ,   ( i i )   N   =   7 ,     ( i i i )   N   =   8 ,   ( i v )   N   =   9 ,   ( v )   N   =   1 0 ,   a n d   ( v i )   N   =   1 1     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       M u l t i p l e   S w i t c h i n g   P a t t e r n s   f o r   S H E P W M   I n v e r t e r s   U s i n g   D i f f e r e n t i a l   E v o l u t i o n   A l g o r i t h m s   ( A y o n g   H i e n d r o )   1 0 1                                                                                               ( a )                                                                                                                                                                                 ( b )     F i g u r e 7 .   T o t a l   h a r m o n i c   d i s t o r t i o n   a s   f u n c t i o n   o f   M :   ( a )   f o r   t y p e - 1   a n d   t y p e - 2 ,   ( b )   f o r   t y p e - 1   t o   t y p e - 8       F i g u r e s   8   a n d   9   r e p r e s e n t   t h e   v a r i o u s   t y p e s   o f   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   a v a i l a b l e   f o r   N   =   1 2   a n d   N   =   1 3 ,   r e s p e c t i v e l y .   F i g u r e   1 0   i s   a   t y p i c a l   r e s u l t   o b t a i n e d   f r o m   t h e   e x p e r i m e n t s   f o r   N   =   1 3   a n d   M   =   1 .   E a c h   t y p e   p r o v i d e s   a l m o s t   s i m i l a r   p e r f o r m a n c e ,   b u t   t y p e - 8   i s   c l e a r l y   b e t t e r   t h a n   a l l   o t h e r s   ( s e e   T a b l e   2 ) .   I n s p e c t i o n   t h e s e   r e s u l t s   a l s o   i n d i c a t e d   t h a t   t y p e - 8   g e n e r a t e s   t h e   l o w e s t   4 1 s t   ( f 4 1 )   a n d   4 3 r d   ( f 4 3 )   h a r m o n i c s .           0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( v i )   ( v )   ( i v )   ( i i i )   ( i i )   ( i )   ( v i i i )   ( v i i )     F i g u r e   8 .   S w i t c h i n g   p a t t e r n s   f o r   N   =   1 2 .   ( i )   t y p e - 1   t o   ( v i i i )   t y p e - 8   0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 M T H D   ( % ) T y p e - 1 T y p e - 2 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 M T H D   ( % ) T y p e - 1 T y p e - 3 T y p e - 6 T y p e - 5 T y p e - 7 T y p e - 4 T y p e - 2 T y p e - 8 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                    I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I J P E D S     V o l .   1 ,   N o .   2 ,     D e c e m b e r   2 0 1 1   :     9 4     1 0 3   1 0 2 T a b l e   2 .   C o m p a r i s o n   T H D   o f   V a r i o u s   P a t t e r n s   f o r   N   =   1 3 ,   M   =   1       T y p e - 1   T y p e - 2   T y p e - 3   T y p e - 4   T y p e - 5   T y p e - 6   T y p e - 7   T y p e - 8   T H D   ( % )   3 . 3 2   3 . 1 3   2 . 7 5   2 . 6 4   2 . 4 8   2 . 3 2   2 . 2 6   2 . 1 1   f 4 1   ( % )   2 . 9 8   2 . 8 8   2 . 6   2 . 5 2   2 . 1 5   2 . 0 9   1 . 9 5   1 . 8 9   f 4 3   ( % )   1 . 3 7   1 . 2   0 . 8 8   0 . 7 5   0 . 5 7   0 . 4 6   0 . 2 6   0 . 1 7           0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( i i i )   ( i i )   ( i )   ( i v )   ( v )   ( v i )   0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0 9 0 M a n g l e   ( d e g r e e ) ( v i i i )   ( v i i )   F i g u r e   9 .   S w i t c h i n g   p a t t e r n s   f o r   N   =   1 3 .   ( i )   t y p e - 1   t o   ( v i i i )   t y p e - 8           F i g u r e 1 0 .   E x p e r i m e n t a l   r e s u l t :   t h e   w a v e f o r m   o f   i n v e r t e r   o u t p u t   v o l t a g e   f o r   N   =   1 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E D S   I S S N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4       M u l t i p l e   S w i t c h i n g   P a t t e r n s   f o r   S H E P W M   I n v e r t e r s   U s i n g   D i f f e r e n t i a l   E v o l u t i o n   A l g o r i t h m s   ( A y o n g   H i e n d r o )   1 0 3 6 .   C o n c l u s i o n   O p t i m u m   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   f o r   b o t h   o d d   a n d   e v e n   v a l u e s   o f   a n g l e s   i n   a   t h r e e - p h a s e   S H E P W M   i n v e r t e r   a r e   i n v e s t i g a t e d   o v e r   t h e   r a n g e   0   £ M £   1 . 1 5   u s i n g   D E   a l g o r i t h m s .   T h e   p a t t e r n s   a r e   e x a m i n e d   a n d   c l a s s i f i e d   b a s e d   o n   t h e   v o l t a g e   o u t p u t   i n v e r t e r   h a r m o n i c   p e r f o r m a n c e s .   T h e r e   a r e   n u m e r o u s   p a t t e r n s   f o u n d   f o r   N   s w i t c h i n g   a n g l e s   t h a t   c a n   b e   a p p l i e d   i n   t h e   t h r e e   p h a s e   S H W P W M   i n v e r t e r .   I t   i s   c o n f i r m e d   t h a t   t h e   d i f f e r e n t   t y p e s   o f   p a t t e r n s   o f f e r   v a r i e d   p e r f o r m a n c e   w h e n   e v a l u a t e d   a g a i n s t   t h e   r e s u l t i n g   T H D .   A l l   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   g e n e r a t e   v e r y   l o w   l e v e l   T H D   a f t e r   f i l t e r i n g ,   b u t   o n e   p a t t e r n   o f f e r s   t h e   b e s t   T H D   o f   a l l .         R e f e r e n c e s   [ 1 ]   J . A .   T a u f i q ,   B.   M e l l i t t ,   a n d   C. J .   G o o d m a n ,   N o v e l   a l g o r i t h m   f o r   g e n e r a t i n g   n e a r   o p t i m a l   P W M   w a v e f o r m s   f o r   A t r a c t i o n   d r i v e s ,   i n   I E E   P r o c e e d i n g s   B   o n   E l e c t r i c   P o we r   a p p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 3 3 ,   n o .   2 ,   p p .   8 5 - 9 4 ,   M a r .   1 9 8 6   [ 2 ]   P .   E n j e t i   a n d   J . F .   L i n d s a y ,   S o l v i n g   n o n l i n e a r   e q u a t i o n   o f   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   P W M   i n   p o w e r   c o n t r o l ,     E l e c t r o n i c s   L e t t e r ,   v o l .   2 3 ,   n o .   1 2 ,   p p .   6 5 6 - 6 5 7 ,   1 9 8 7   [ 3 ]   P . N .   E n j e t i ,   P . D .   Z i o g a s ,   a n d   J . F .   L i n d s a y ,   P r o g r a m m e d   P W M   t e c h n i q u e   t o   e l i m i n a t e   h a r m o n i c s :   A   c r i t i c a l   e v a l u a t i o n ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   2 6 ,   n o .   2 ,   p p .   3 0 2 - 3 1 6 ,   M a r / A p r   1 9 9 0 .   [ 4 ]   J .   S u n ,   S .   Be i n e k e ,   a n d   H .   G r o t s t o l l e n ,   D S P - b a s e d   r e a l - t i m e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   o f   P W M   i n v e r t e r s ,   i n   P r o c e e d i n g s   1 9 9 4   I E E E   P o we r   E l e c t r o n i c s   S p e c i a l i s t s   Co n f e r e n c e ,   p p .   6 7 9 - 6 8 5   [ 5 ]   S . R.   B o w e s   a n d   P . R.   Cl a r k ,   Re g u l a r - s a m p l e d   h a r m o n i c - e l i m i n a t i o n   P W M   c o n t r o l   o f   i n v e r t e r   d r i v e s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   1 0 ,   n o .   5 ,   p p .   5 2 1     5 3 1 ,   1 9 9 5 .   [ 6 ]   J .   S u n ,   S .   Be i n e k e   a n d   H .   G r o t s t o l l e n ,   O p t i m a l   P W M   b a s e d   o n   r e a l - t i m e   s o l u t i o n   o f   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   e q u a t i o n s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   1 1 ,   n o .   4 ,   p p .   6 1 2     6 2 1 ,   1 9 9 6 .   [ 7 ]   A .   I .   M a s w o o d ,   S .   W e i ,   a n d   M . A .   R a h m a n ,   A   f l e x i b l e   w a y   t o   g e n e r a t e   P W M - S H E   s w i t c h i n g   p a t t e r n s   u s i n g   g e n e t i c   a l g o r i t h m ,   i n   P r o c e e d i n g s   2 0 0 1   I E E E   A p p l i e d   P o we r   E l e c t r o n i c   Co n f e r e n c e ,   p p .   1 1 3 0 - 1 1 3 4 .   [ 8 ]   F .   S w i f t   a n d   A .   K a m b e r i s ,   A   n e w   W a l s h   d o m a i n   t e c h n i q u e   o f   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   a n d   v o l t a g e   c o n t r o l   i n   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t e d   i n v e r t e r s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   8 ,   n o .   2 ,   p p .   1 7 0 - 1 8 5 ,   A p r   1 9 9 3 .   [ 9 ]   J . R.   E s p i n o z a ,   G .   J a o s ,   J . I .   G u z m a n ,   L . A .   M o r a n ,   a n d   R. P .   B u r g o s ,   S e l e c t i v e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   a n d   c u r r e n t / v o l t a g e   c o n t r o l   i n   c u r r e n t / v o l t a g e - s o u r c e   t o p o l o g i e s :   A   u n i f i e d   a p p r o a c h ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   4 8 ,   n o .   1 ,   p p .   7 1 - 8 1 ,   F e b   2 0 0 1 .   [ 1 0 ]   J . N .   Ch i a s s o n ,   L . M .   T o l b e r t ,   K . J .   M c K e n z i e ,   a n d   Z .   D u ,   A   c o m p l e t e   s o l u t i o n   t o   t h e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   p r o b l e m ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   1 9 ,   p p .   4 9 1 - 4 9 9 ,   2 0 0 4 .   [ 1 1 ]   T .   K a t o ,   S e q u e n t i a l   h o m o t o p y - b a s e d   c o m p u t a t i o n   o f   m u l t i p l e   s o l u t i o n s   f o r   s e l e c t e d   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   i n   P W M   i n v e r t e r s ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   Ci r c u i t s   a n d   S y s t e m s - I :   F u n d a m e n t a l ,   T h e o r y   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   4 6 ,   n o .   5 ,   p p .   5 8 6     5 9 3 ,   M a y   1 9 9 9 .   [ 1 2 ]   V . G .   A g e l i d i s ,   A .   Ba l o u k t s i s ,   a n d   I .   Ba l o u k t s i s ,   O n   A p p l y i n g   a   m i n i m i z a t i o n   t e c h n i q u e   t o   t h e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   P W M   c o n t r o l :   T h e   b i p o l a r   w a v e f o r m ,   I E E E   P o we r   E l e c t r o n i c s   L e t t e r s ,   v o l .   2 .   n o .   2 ,   p p .   4 1     4 4 ,   2 0 0 4 .   [ 1 3 ]   V . G .   A g e l i d i s ,   A .   Ba l o u k t s i s ,   I .   Ba l o u k t s i s ,   a n d   C.   C o s s a r ,   M u l t i p l e   s e t s   o f   s o l u t i o n s   f o r   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   P W M   b i p o l a r   w a v e f o r m :   A n a l y s i s   a n d   e x p e r i m e n t a l   v e r i f i c a t i o n ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   P o we r   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   2 1 ,   n o .   1 2 ,   p p .   4 1 5     4 2 1 ,   M a r   2 0 0 6 .   [ 1 4 ]   V . G .   A g e l i d i s ,   A . I .   Ba l o u k t s i s ,   a n d   C.   Co s s a r ,   O n   a t t a i n i n g   t h e   m u l t i p l e   s o l u t i o n s   o f   s e l e c t i v e   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   P W M   t h r e e - l e v e l   w a v e f o r m s   t h r o u g h   f u n c t i o n   m i n i m i z a t i o n ,   I E E E   T r a n s a c t i o n s   o n   I n d u s t r i a l   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   5 5 ,   n o .   3 ,   p p .   9 9 6     1 0 0 4 ,   2 0 0 8 .   [ 1 5 ]   R. A .   J a b r ,   S o l u t i o n   t r a j e c t o r i e s   o f   t h e   h a r m o n i c - e l i m i n a t i o n   p r o b l e m ,   i n   I E E   P r o c e e d i n g s   E l e c t r i c   P o we r   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   1 5 3 ,   n o .   1 ,   p p .   9 7     1 0 4 ,   J a n   2 0 0 6 .   [ 1 6 ]   L . C.   W o e i ,   P . F .   Y u n g ,   a n d   H . P .   Ch u n ,   A   s i m p l e   a p p r o a c h   t o   t h e   r e a l i z a t i o n   o f   a n   F P G A - b a s e d   h a r m o n i c   e l i m i n a t i o n   P W M   g e n e r a t o r ,   i n   P r o c e e d i n g s   o f   t h e   1 8 t h   I n t e r n a t i o n a l   Co n f e r e n c e   o n   E l e c t r i c a l   M a c h i n e s ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 0 8   [ 1 7 ]   R.   S t o r n ,   K . V .   P r i c e ,   D i f f e r e n t i a l   e v o l u t i o n   -   a   s i m p l e   a n d   e f f i c i e n t   h e u r i s t i c   f o r   g l o b a l   o p t i m i z a t i o n   o v e r   c o n t i n u o u s   s p a c e s ,   J o u r n a l   o f   G l o b a l   O p t i m i z a t i o n ,   v o l .   1 1 ,   p p .   3 4 1 - 3 5 9 ,   1 9 9 7       B i b l i o g r a p h y   o f   a u t h o r         A y o n g H i e n d r o   w a s   b o r n   i n   K e t a p a n g ,   I n d o n e s i a .   H e   r e c e i v e d   t h e   B. E n g d e g r e e   i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   T a n j u n g p u r a   U n i v e r s i t y ( U N T A N ) ,   P o n t i a n a k , I n d o n e s i a   a n d   t h e   M . E n g .   d e g r e e i n   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   f r o m   Ba n d u n g   I n s t i t u t e   o f   T e c h n o l o g y   ( I T B ) ,   Ba n d u n g ,   I n d o n e s i a   i n   2 0 0 0 .   H e   i s   c u r r e n t l y a   S e n i o r   L e c t u r e r   i n   t h e   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g , F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   T a n j u n g p u r a U n i v e r s i t y .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.