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 .   4 Dec em b er   2 0 1 8 ,   p p .   1 9 7 6 ~ 1 9 8 8   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 4 . pp 1 9 7 6 - 1 9 8 8          1976       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   P ho to v o l t a i c Em ul a t o r f o r Gr i d - c o nnec t ed Qua s i - Z - So urce  I nv ert er       Zu lha n i R a s in 1 M uh a mm ed   F a zlur  Ra h m a n 2 ,   M a a s pa liza   Azr i 3 ,   M d H a irul Niz a m   T a lib 4   Auza ni J idi n 5   1, 3, 4, 5 P o w e El e c tro n ics   a n d   Driv e s Re se a rc h   Lab o ra to ry ,   Ce n tre f o Ro b o ti c s an d   In d u strial   A u to m a ti o n   (Ce RIA ),   F a k u lt Ke ju ru tera a n   El e k tri k ,   Un iv e rsiti   T e k n ik a M a la y sia   M e la k a   2 S c h o o o f   El e c tri c a En g in e e ri n g   a n d   T e lec o m m u n ica ti o n s,  Un iv e rsity   o f   Ne w   S o u th   W a les ,   S y d n e y ,   A u stra li a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   6 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u l 5 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Oct  2 3 ,   2 0 1 8       T h e   p e rf o r m a n c e   o f   P V   p a n e is  v e r y   m u c h   d e p e n d e n o n   t h e   a m o u n o f   su n   li g h a we ll   a th e   te m p e r a tu re   o f   th e   su rro u n d in g   e n v iro n m e n w h ich   n o rm a ll y   h a rd   to   b e   p re d icte d .   T h e   u se   o f   P V   e m u lato in   th e   i n v e stig a ti o n   o f   so lar  in v e rter  e sp e c ially   a a   lab   s c a le  p latf o rm   h e lp to   m it ig a te  th e   in c o n siste n c y   f a c to rs  d u e   t o   t h is  u n c o n tro ll a b le  v a riatio n .   T h is  w o rk   d isc u ss e d   o n   t h e   d e sig n   a n d   d e v e lo p m e n o f   a   P V   e m u lato f o th e   g rid - c o n n e c ted   q u a si - Z - so u rc e   in v e rter  w h ich   h a d if fe re n to p o l o g y   a n d   c o n tro m e th o d   c o m p a re d   t o   th e   c o n v e n ti o n a v o lt a g e   so u rc e   i n v e rter.  T h e   I - c h a ra c teristics   o f   th e   P V   p a n e is   m o d e ll e d   f ro m   th e   c o m m e rc iall y   a v a il a b le  p ro d u c a n d   th r o u g h   c ircu it   a n a ly sis  th e   re latio n   b e tw e e n   c a p a c it o v o lt a g e   c o n tro a n d   t h e   P V   term in a v o lt a g e   is  e sta b li sh e d ,   th u re a li z in g   th e   M P P T   o p e ra ti o n .   Re su lt f ro m   b o th   sim u latio n   a n d   e x p e rim e n tal  v e rif ic a ti o n   d e m o n stra ted   th a th e   P V   e m u lato su c c e ss f u ll y   a b le  to   p ro d u c e   p o w e f o r   th e   in v e rter ac c o rd in g   t o   t h e   re q u i re m e n t.   K ey w o r d :   DC - DC   b u c k   co n v er ter   Gr id - co n n ec ted   Ma x i m u m   P o w er   P o in T r ac k in g   P em u lato r   Qu asi - Z - s o u r ce   in v er ter   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 :   Z u lh a n R asi n   P o w er   E lectr o n ic s   an d   Dr iv e s   R esear ch   L ab o r ato r y ,   C en tr f o r   R o b o tics   an d   I n d u s tr ial  Au to m atio n   ( C e R I A ) ,   Fak u lti Ke j u r u ter aa n   E le k tr ik ,   Un i v er s iti T ek n ik al  Ma la y s ia  Me lak a,   Han g   T u ah   J a y a,   7 6 1 0 0   Du r ian   T u n g g al,   Me la k a,   Ma la y s ia .   E m ail:  z u l h an i @ u te m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     P en etr atio n   o f   p h o to v o ltaic  ( P V)   b ased   d is tr ib u ted   g en er at io n   s y s te m   i n   t h e n er g y   g r i d   b ec o m es   v er y   s ig n i f ica n n o w d a y s .   Da ta  f r o m   t h an n u a r ep o r p r o d u ce d   b y   t h I n ter n atio n al  E n er g y   Ag en c y   as  i n   Fig u r 1   s h o w s   t h at  th e   P i n s tal latio n   all  o v er   t h w o r ld   r ea ch es  9 8   GW   f o r   t h y ea r   2 0 1 7 ,   w h ic h   is   2 9 %   g r o w t h   f r o m   t h p r ev io u s   y ea r   w it h   C h i n lead in g   t h w a y   b y   3 2 % o f   th to tal  i n s ta lled   ca p ac it y   [ 1 ] .     A lo n g   w it h   th is   r ap id   d ev elo p m en t,  s o   as  th r esear ch   ac tiv i ties   o n   th en er g y   co n v er s io n   asp ec o f   th P g e n er atio n   s y s te m   to   ac h ie v h i g h   e f f icien c y   o p er atio n .   I n   t h d esi g n   a n d   d ev elo p m e n t   o f   p o w er   elec tr o n ics  cir c u itrie s   f o r   th e   P en er g y   co n v er s io n ,   h a v i n g   s tab le  co n d itio n   o v er   wid r an g o f   i n p u t   p o w er   is   i m p o r tan t   to   v er if y   t h m ax i m u m   f u n ct io n alit y   o f   th s y s te m .   A lt h o u g h   t h s u n   lig h d u r i n g   t h d a y   is   s o m et h i n g   w h ic h   is   ab u n d an tl y   a v ailab le,   test i n g   s y s te m   u n d er   ce r tain   co n d itio n   ca n   b v er y   ch a llen g i n g   as  th w h ea t h er   an d   te m p er at u r ca n   v ar y   u n ex p ec ted l y .   F o r   th at,   th u s o f   P e m u lat o r   esp ec iall y   f o r   t h lab o r ato r y   s ca le  ex p er i m en ta p latf o r m   is   p r ef er ab le.   Ma n y   w o r k s   h a v b ee n   d is c u s s ed   in   th liter at u r e   a m o n g   o th er s   s u ch   as  i n   [ 2 ] [ 4 ] .   A ll  th ese  w o r k s   i n   co m m o n ,   u s lo o k u p   d ata  g en er ated   f r o m   t h e   co m m er ciall y   a v ailab le  P p an el  I - c h ar ac ter is tic s   as  r ef er en ce .   A s   th P s o u r ce   c an   b m o d elled   as  cu r r en s o u r ce   in p u to   t h s y s te m ,   t h P is   th e n   s i m u l ated   b y   m ea n s   o f   cu r r e n co n tr o u s i n g   p o w er   elec tr o n ics  cir cu it  s u c h   as  th e   DC - D C   b u ck   co n v er ter   w h ic h   is   s i m p le  an d   ef f ec tiv e.   A s   r e s u lt,  th p o w er   p r o d u ce d   b y   t h P em u lato r   ca n   b s p ec if icall y   co n tr o lled   to   em u late  t h r ea en v ir o n m e n co n d itio n .   Fro m   th p er p ec tiv o f   i n te g r atio n   b et w ee n   t h P s o u r ce   an d   th g r id - co n n ec ted   in v er ter ,   th DC - D C   b o o s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P h o to vo lta ic  E m u la to r   fo r   Gri d - co n n ec ted   Qu a s i - Z - S o u r ce   I n ve r ter   ( Zu lh a n i R a s in )   1977   co n v er ter   is   p r ef er ab l y   u s ed   to   in cr ea s th v o lta g ac r o s s   th in v er ter   an d   to   i m p le m en t   th th m ax i m u m   p o w er   p o in t tr ac k i n g   ( MP P T )   to   g ain   m ax i m u m   p o w er   f r o m   th P s o u r ce   [ 5 ] [ 6 ] .   T h Z - s o u r ce   in v er ter   [ Z SI]   p r o p o s ed   in   [ 7 ]   w h ic h   t h en   ev o lv es   in to   m a n y   o t h er   t y p e s   o f   i m p ed a n ce   s o u r ce   i n v er ter s   s u ch   as  t h q u asi - Z - s o u r ce   in v er ter   ( q Z SI)   [ 8 ]   w h ic h   h a v b ee n   p r o v en   a s   an   alter n at iv e   to   co n v e n tio n al  v o lta g s o u r ce   i n v er ter   ( VSI )   f o r   th g r id - co n n ec ted   P s y s te m   w i th   eq u iv a len p er f o r m a n ce   as   d is cu s s ed   in   th p r ev io u s   w o r k s   s u c h   as   in   [ 9 ] [ 1 2 ] .   C o m p ar ed   to   th co n v e n tio n al  VSI   b ased   P in v er ter   s y s te m ,   t h q Z SI  eli m i n ates  t h n ec es s it y   to   h av t h DC - DC   b o o s co n v er ter   in   b et w ee n ,   th u s   an   ad v a n ta g e   in   ter m   o f   r ed u ci n g   th n u m b er   o f   co m p o n e n ts   as  w e ll  as  o n   th co n tr o co m p le x it y .   Fro m   th p o in o f   r ea P s o u r ce   im p le m en tatio n   h o w ev er ,   n o v er y   m u c h   h a v b ee n   d is cu s s ed   esp ec iall y   o n   r ea lizin g   an d   ev alu a tin g   t h o p er atio n   a n d   e f f ec tiv e n e s s   o f   t h MP P T ,   w h ich   r eq u ir es   th e   u s o f   P e m u lato r   as  d is c u s s ed   ab o v e.   Fo r   th at,   th is   p ap er   is   f illi n g   t h g ap   b y   s p ec i f ical l y   d is c u s s in g   o n   t h i m p le m en tatio n   o f   th P V   e m u lato r   f o r   th ca s o f   th q Z SI.   I is   ex p ec ted   th at  t h r esu lt s   f r o m   t h i s   i m p le m e n tatio n   ca n   b ap p lied   to   o th er   t y p o f   i m p ed a n ce   s o u ce   as  w el l.           Fig u r 1 .   E v o lu tio n   o f   an n u al  P in s tallatio n   ( MW - D C )   [ 1 ]       2.   RE S E ARCH   M E T H O D O L O G Y   2 . 1 .       M o dellin g   o f   t he  P So urce   E m u la t o r   P o w er   p r o d u ce d   b y   t h s o lar   p an el  i n   g e n er al  v ar ies  b ase d   o n   en v ir o n m en ta f ac to r s   s u ch   a s   t h e   a m o u n o f   s u n li g h t   an d   t h t e m p er atu r e.   T h u s o f   P s o u r ce   e m u lato r   m ak e s   it  ea s i er   to   r ep r o d u ce   an d   m ai n tai n s   t h s a m e   co n d itio n   f o r   in v est ig at in g   t h p er f o r m a n ce   o f   th P i n v er ter   s y s te m .   T h P em u lato r   b asicall y   co n s is ts   o f   t w o   p ar t s lo o k u p   tab le  w h ich   co n s i s ts   o f   P ar r a y   I - c u r v d at an d   th D C - DC   b u ck   co n v er ter   u s ed   to   g e n er ate  th cu r r en ac co r d in g   to   th e   lo o k u p   tab le  d ata  p r o v id ed   b ased   o n   th v o lta g e   s en s ed   at  its   o u tp u ter m i n al.   Fig u r 2   s h o w s   th s tr u c tu r o f   t h DC - D C   b u c k   co n v er ter   b ased   P em u lato r .   A   g e n er al  P ar r a y   m o d el  ca n   b d ef i n ed   f r o m   t h f o llo w i n g   Fi g u r 3   w h ic h   s h o w s   t h eq u iv ale n cir c u it  o f   th P ce ll.   T h r elatio n s h ip   b et w ee n   t h o u tp u t c u r r en I   an d   th ter m i n al  v o lta g V   is   g iv en   as [ 1 3 ] ,     e x p 1 dd s c o p q V V I I I A k T R                     ( 1 )     w h er e     3 11 e x p 298 ds GO o o r rr s c s c r I V V I R qE T II T A k T T I I K T                      ( 2 )   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 .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1976     1 9 8 8   1978       Fig u r 2 .   DC - D C   b u c k   co n v er ter   b ased   P em u lato r       λ   I s c I d R p I p R s I V + -     Fig u r 3 .   E q u iv ale n t c ir cu it  f o r   P ce ll       T ab le  1   s h o w s   t h d ef i n it io n   o f   p ar a m eter s   i n v o l v ed   in   t h a b o v eq u atio n s       T ab le  1 .   Def in itio n   o f   P ar am e t er s   f o r   P Vo ltag an d   C u r r e n t   A   D i o d e   i d e a l   d a c t o r   K   B o l t z man   c o n st a n t 1 . 3 8   x   1 0 - 23   J/ K   T   T e mp e r a t u r e   o n   a b so l u t e   sca l e ,   K   q   e l e c t r o n   c h a r g e 1 . 6   x   1 0 - 19   c o u l o mb s   λ   S u n l i g h t   i n so l a t i o n   k W / m 2   I or   C e l l   sat u r a t i o n   c u r r e n t   a t   T r   E GO   B a n d   g a p   f o r   si l i c o n   T r   R e f e r e n c e   t e mp e r a t u r e   a t   3 0 1 . 1 8 K   K I   C u r r e n t   t e mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   a t   I s c r 0 . 0 0 1 7   A / K       Gen er all y ,   t h P ar r ay   co n s is ts   o f   N s   ce ll  i n   s er ies  to   f o r m   p an el  an d   N p   o f   p an els  i n   p ar allel  ac co r d in g   to   th r ated   p o w er   r eq u ir ed .   T h o u tp u t v o lta g a n d   cu r r en t a r g iv e n   b y   t h f o ll o w i n g   eq u atio n s .     d c s d s d c p V N V I R I N I                  ( 3 )       C i n S i n D i n L i n V p v I p v L o o k u p T a b l e I - V   d a t a V p v I n s o l a t i o n   λ   T e m p e r a t u r e   T I p v _ r e f I p v + - C u r r e n t   c o n t r o l l e r P W M P W M m i c r o c o n t r o l l e r t o   q Z S I   c i r c u i t   V i n 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       P h o to vo lta ic  E m u la to r   fo r   Gri d - co n n ec ted   Qu a s i - Z - S o u r ce   I n ve r ter   ( Zu lh a n i R a s in )   1979   Fig u r 4   s h o w s   th g r ap h s   v o ltag e - cu r r e n I - cu r v ch ar a cter is tic  an d   th r esp o n d ed   p o w er   cu r v ca lcu lated   b ased   o n   s o lar   P p an el  co m m er cial  p r o d u ct  B MSX  1 2 0   f r o m   B P   So lar   [ 1 4 ]   w h ich   is   u s ed   as   th b ase  f o r   th co n f i g u r atio n   o f   th P e m u lato r   o u tp u v o lt ag e,   cu r r en t a n d   p o w er .       Fig u r 4 .   So lar   P p an el  s p e ci f icatio n   f r o m   B P   So lar   [ 1 4 ]   w i th   th elec tr ical  ch ar ac ter is t ics   ( lef t)   an d   th I - cu r v c h ar ac ter is tic s   ( r ig h t)       Fro m   th cir cu it  an d   s tr u ctu r o f   th P e m u lato r   s h o w n   i n   Fig u r 2 ,   ac co r d in g   to   th v o lt ag ac r o s s   th o u tp u t   o f   th e   D C - DC   b u c k   co n v er ter ,   t h co r r esp o n d in g   r e f er en ce   c u r r en t   is   o b tain e d   f r o m   th e   lo o k u p   tab le  w h ic h   i s   p r o d u ce d   b ase d   f r o m   t h M SX  1 2 0   p r o d u ct  in   Fi g u r 4 .   T h c u r r en co n tr o ller   ad j u s ts   th e   P W d u t y   r atio   s o   th at   t h av er ag in d u cto r   cu r r en t   m at ch es  to   th e   r ef er e n ce   c u r r en t.   B y   co n tr o lli n g   t h av er ag i n d u cto r   cu r r en t,  t h o u tp u t p o w er   o f   th P e m u lat o r   ca n   b co n tr o lled   to   th d es ir ed   lev el.     2 . 2 .   I nte g ra t io n o f   P E m ul a t o w it h G rid - co nn ec t ed  q Z S I   As s h o w n   in   Fi g u r 2   t h v o lt ag an d   c u r r en t o u tp u t   f r o m   t h P e m u la to r   is   co n n ec ted   to   th q u a s i - Z - s o u r ce   n et w o r k   w h ich   co n s is o f   as y m m e tr ical  L C   n et w o r k   L 1 L 2 C 1 ,   an d   C 2   p lu s   d io d D 1 .   T h er ar e   t w o   s tates   o f   o p er atio n   i n   th e   co n v e n tio n al  v o ltag e   s o u r ce   in v er ter   ( V SI) th e   ac ti v s ta t es  w h en   a   n o n - ze r o   v o ltag e x is t s   ac r o s s   th b r id g es  an d   th ze r o   s tates  w h e n   ei th er   all  u p p er   an d   lo w er   tr an s i s to r s   ar in   ON  o r   OFF co n d itio n   ( S 1 S 3 S 5 /S 4 S 6 S 2 0 0 0   o r   1 1 1 )   to   p r o d u ce   ze r o   v o ltag co n d it io n   ac r o s s   t h b r id g es.    I n   th e   q Z SI,   s h o o th r o u g h   co n d itio n   ( s h o r t - cir c u it  o f   i n v er ter   s w itch e s )   is   p u r p o s el y   i n tr o d u ce d   d u r in g   th ze r o   s tates.  Fig u r e   5   s h o w s   t h eq u iv ale n cir c u it  o f   q Z SI  d u r i n g   b o th   s h o o t - t h r o u g h   an d   n o n - s h o o t - th r o u g h   o p er atio n .       i l oad + v ou t - v L1 + - + v ou t =0 - L1 L2 C1 C2 i C1 + v in - + v C1 - i L1 ic 2 i L2 v L2 + - V c 2 + - v L1 + - L1 L2 C1 C2 i C1 + v in - + v C1 - i L1 ic 2 i L2 v L2 + - V c 2 + - (a) (b)   Fig u r 5 .   E q u iv ale n t c ir cu it o f   q Z SI  d u r in g   ( a)   s h o o t - th r o u g h   an d   ( b )   n o n - s h o o t - t h r o u g h       T h s h o o th r o u g h   i n ter v a is   d ef in ed   as  T 0 ,   t h n o n - s h o o t - t h r o u g h   i n ter v a as  T 1   a n d   th s w itc h in g   p er io d   as  T s   w h er T s =T 0 +T 1 .   T h s h o o t - th r o u g h   d u t y   r atio   d   is   d ef in ed   as  d =T 0 /T s .   W h en   th q Z SI  is   i 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 .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1976     1 9 8 8   1980   s h o o th r o u g h   co n d itio n   f o r   d u r atio n   o f   T 0   f r o m   s w itc h i n g   cy c le  o f   T s ,   u s in g   t h KC L ,   KVL ,   t h f o llo w i n g   eq u atio n s   ca n   b d ef in ed .   12 1 2 2 1 12 1 2 2 1 LL i n c c cc LL d i d i L v v L v d t d t d v d v C i C i d t d t               ( 4 )     T h en   w h e n   t h q Z SI  is   i n   a n   a ctiv s tates   co n d itio n   f o r   d u r at io n   o f   T 1   f r o m   s w itc h i n g   c y cle   o f   T s ,   th e   f o llo w in g   eq u at io n s   ( 5 )   ca n   b d ef in ed .     12 1 1 2 2 12 1 1 2 2 LL i n c c cc L l o a d L l o a d d i d i L v v L v d t d t d v d v C i i C i i d t d t             ( 5 )     C o n s id er in g   t h av er a g v o lta g o f   th e   i n d u cto r s   a n d   av er a g cu r r en t   o f   t h ca p ac i to r s   ar ze r o   o v er   o n c y cle  i n   s tead y   s tate,   f r o m   ( 4 )   an d   ( 5 ) ,     1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 2 2 2 1 10 10 10 10 L i n c i n c L cc c L l o a d L c L l o a d L di L d v v d v v dt di L d v d v dt dv C d i i d i dt dv C d i i d i dt           ( 6 )     Fro m   th ab o v eq u at io n s   t h ca p ac ito r   v o ltag an d   in d u cto r   cu r r en t c an   b o b tain ed   as,     1 2 12 1 12 12 1 12 c i n c i n l o a d LL d vv d d vv d di ii d                  ( 7 )     an d   th D C   lin k   p ea k   v o ltag ac r o s s   th i n v er ter   ca n   b d er i v ed   as      12 ˆ o u t C C v v v                    ( 8 )     I is   s h o w n   f r o m   ( 7 )   an d   ( 8 )   t h at  th ca p ac ito r   v o lta g an d   t h DC   li n k   p ea k   v o lta g ac r o s s   in v er ter   ca n   b b o o s ted   f r o m   v in   b y   v ar y in g   th e   s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio   d   ac co r d in g l y .   As  f o r   th e   ca s e   th e   i n p u t   v o ltag co m e s   f r o m   t h o u tp u o f   P ar r ay s   ( v in v pv ) ,   if   t h ca p ac ito r   v o ltag v C1   ca n   b co n tr o lled   to   b e   co n s ta n t,  t h i n p u v o ltag e   v pv   in cr ea s e s   w h e n   t h s h o o t - t h r o u g h   ti m e   is   d ec r ea s ed ,   an d   d ec r ea s es  w h en   th e   s h o o t - th r o u g h   ti m is   i n cr ea s e d   as in   eq u atio n   ( 9 ) .     1 12 1 p v c d vv d                   ( 9 )     C o n s id er in g   th is   f ac f o r   t h e   ca s o f   MP PT   im p le m e n tati o n ,   th m a x i m u m   p o w er   p o i n v o ltag e   ( V mpp V pv )   ca n   b tr ac k ed   b y   ad j u s tin g   t h s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio   d .   ˆ out v 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       P h o to vo lta ic  E m u la to r   fo r   Gri d - co n n ec ted   Qu a s i - Z - S o u r ce   I n ve r ter   ( Zu lh a n i R a s in )   1981   Fig u r 6   s h o w s   t h o v er all  co n f ig u r atio n   o f   th s y s te m   w it h   th g r id - co n n ec ted   q Z SI.   I co n s is ts   o f   th P e m u lato r   as   th e   m ai n   p o w er   s u p p l y   to   t h i n v er ter   s y s te m   w h ich   r ep licates   th e   b eh av io u r   o f   t h ac tu al   P ar r ay   I - c h ar ac ter is tic,   t h q u asi - Z - s o u r ce   in v er ter ,   th lo ca lo ad   an d   th 3 - p h ase  4 1 5 g r id - co n n ec tio n   v ia  tr an s f o r m er .           Fig u r 6 .   Ov er all  b lo ck   d iag r a m   o f   t h g r id - co n n ec ted   q Z SI  P in v er ter   s y s te m       2 . 3 .   T he  M a x i m u m   P o w er   P o in t   T ra cking   Alg ho rit h m   As  t h ca p ac ito r   v o lta g V C1  i s   co n tr o lled   co n s tan tl y ,   th e   s h o o t - th r o u g h   d u t y   r atio   d   i s   co n tr o lled   b y   th MP PT   alg o r ith m   to   r eg u la te  th v o lta g ac r o s s   th P ter m in a V pv   to   ac h iev t h m a x i m u m   p o w er   p o in t   ac co r d in g   to   eq u atio n   ( 9 ) .   Fig u r 7   s h o w s   t h alg o r it h m   o f   th p er tu b an d   o b s er v MP PT  m et h o d   ( P & O)   [ 1 5 ]   u s ed   to   co n tr o th d   v al u e.   i   is   t h ti m s eq u e n ce   V ( i )   an d   I ( i )   ar th v o ltag e   an d   cu r r en at  t h P ter m i n al  m ea s u r ed   b y   t h s en s o r   an d   th e   p r o d u ce d   p o w er   P ( i )   is   co m p u ted .   B ased   o n   t h e   co m p u ted   P ( i )   a n d   th cu r r en t v o lta g V ( i ) ,   d ec is i o n   is   m ad w h et h er   to   in cr ea s o r   d ec r ea s th s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r atio   d .       M e a s u r e   V ( i )   &   I ( i ) P ( i )   =   V ( i )   *   I ( i ) P ( i )   >   P ( i - 1 )   ? n o y e s V ( i )   >   V ( i - 1 )   ? d e c r e a s e   d i n c r e a s e   d n o y e s V ( i )   >   V ( i - 1 )   ? i n c r e a s e   d d e c r e a s e   d n o y e s     Fig u r 7 .   Flo w c h ar t o f   P & al g o r ith m   u s ed   to   co n tr o l th s h o o t - th r o u g h   d u t y   r atio   d       3.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S     B ased   o n   th s y s te m   d esi g n ed   an d   m o d elled   i n   t h p r ev io u s   s ec tio n s ,   s i m u latio n   u s i n g   th e   Ma tlab ®   s o f t w ar i s   ca r r ied   o u w ith   o b j ec tiv o f   v er i f y i n g   t h o p er ab ilit y   o f   th e   d esi g n ed   P e m u lato r   w it h   t h g r id - co n n ec ted   q Z SI  P i n v er ter   s y s te m .   T w o   p latf o r m s   o f   5   k W   an d   0 . 5   k W   s y s te m s   ar u s ed   f o r   t h s i m u latio n   to   s h o w   t h th at   th e   p r o p o s ed   m et h o d   is   o p er ab le  o v er   w id r a n g e   o f   p o w er   le v el  u n d er   r esid en tial   P 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 .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1976     1 9 8 8   1982   in s ta llatio n   ca te g o r y .   T ab le  2   s h o w s   t h p ar a m eter s   a n d   s p ec if icatio n s   u s ed   f o r   b o th   p latf o r m s .   Fo r   th 5   k W   s y s te m ,   t h P s o u r ce   co n f i g u r atio n   is   s et  at  V m p p   2 3 5 . 9   w it h   t h ca p ac ito r   v o ltag VC 1   co n tr o lled   at  6 8 0   V.   T h is   m ak e s   it  p o s s ib le  f o r   d ir ec co n n ec tio n   to   th e   3 - p h a s 4 1 5   Vl - g r id .   T h 0 . 5   k W   s y s te m   i s   t h s ca led   d o w n   v er s io n   o f   t h 5   k W   s y s te m ,   d es ig n ed   w it h   th e   p u r p o s f o r   co m p ar is o n   w it h   th r esu l ts   f r o m   t h e   ex p er i m e n w o r k s   p r e s en ted   in   t h n e x s u b - s ec t io n .   T h P s o u r ce   i s   co n f i g u r ed   at  V m p p   1 4 1 . 1   V,   w i t ca p ac ito r   co n tr o lled   at  2 0 0   an d   co n n ec tio n   to   th 3 - p h ase  4 1 5   Vl - l g r id   is   m ad t h r o u g h   tr an s f o r m er .       T ab le  2 .   P ar am eter s / Sp ec if icat io n   o f   Si m u latio n   Setu p   f o r   Gr id - co n n ec ted   P b ased   q Z SI   P a r a me t e r s/ S p e c i f i c a t i o n   5   k W   c o n f i g u r a t i o n   ( t r a n sf o r me r l e ss )   0 . 5   k W   c o n f i g u r a t i o n   ( w / t r a n sf o r me r )   1.   M a x   p o w e r   f r o m PV   5   k W   V m pp 2 3 5 . 9 V   I m pp 2 1 . 3 6 A   0 . 5   k W   V m pp 1 4 1 . 1 V   I m pp 3 . 6 A   2.   M a x   p o w e r   t o   g r i d   5   k V A   0 . 5   k V A   3.   D C   b u s v o l t a g e     V C1   c o n t r o l l e d   a t   6 8 0   V   ,   V dc   1 1 2 6   -   1 1 4 8   V pk   sh o o t - t h r o u g h   d   :   0 . 3 9     0 . 4 1   V C1   c o n t r o l l e d   a t   2 0 0   V   ,   V dc   2 5 8   -   2 7 9   V pk   sh o o t - t h r o u g h   d   :   0 . 2   -   0 . 3   4.   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   f sw   1 0   k H z   5.   G r i d   c o n n e c t i o n   t r a n sf o r me r l e ss 3 - p h a se   4 1 5   V l - l _ r m s   w i t h   t r a n sf o r me r   3 - p h a se   1 0 4   V l - l _ rm s   :   3 - p h a se   4 1 5   V l - l _rm s   6.   G r i d   f i l t e r   L f 1 0   mH ,   C f 8   u F   7.   S t a n d a r d / r e f e r e n c e   1 .   A S 4 4 4 7   G r i d   C o n n e c t i o n   o f   E n e r g y   S y st e ms v i a   I n v e r t e r s   2 .   I EEE  1 5 4 7   S t a n d a r d   o n   I n t e r c o n n e c t   D i st r i b u t e d   R e so u r c e s w i t h   El e c .   P o w e r   S y st e m   8.   q Z S I   n e t w o r k   L 1 L 2 4 . 7   mH ,   C 1 C 2 1 0 0 0   u F       3 . 1 .   Si m ula t io n Re s ults a t   5   kW   Fig u r 8   s h o w s   t h I - c u r v d ata  u s ed   i n   t h s i m u lat io n   f o r   5   k W   co n f i g u r atio n   b ased   o n   th ac t u a l   P p an el  p r o d u ct  MSX - 1 2 0   f r o m   B P   So lar .   Fro m   th ca l cu latio n   a n d   th p o w er   cu r v e   s h o w n   b elo w ,   it  is   ex p ec ted   th e   m a x i m u m   p o w e r   o f   ap p r o x i m ate l y   5   k W   ca n   b o b tain ed   at  ap p r o x i m a tel y   V mpp 2 3 5 . 9   an d   I mpp 2 1 . 3 6 A   at  2 5 º C .           Fig u r 8 .   I - cu r v d ata  at  5   k W   co n f ig u r atio n   b ased   o n   B P   So lar   MSX - 1 2 0   P p an el  at  2 5 º C       MP PT   o p er atio n   o f   th q Z SI   P in v er ter   i s   v er if ied   b y   g r ad u all y   i n cr ea s i n g   a n d   d ec r ea s in g   t h e   in s o latio n   lev el  b et w ee n   0 . 2   to   1 . 0   k W / m 2   as  s h o w n   i n   Fi g u r 9 .   Var iatio n   in   in s o latio n   v alu d ir ec tl y   a f f ec ts   th p o w er   p r o d u ce d   b y   th P ar r ay ,   an d   th MP PT   o p er ates  to   f in d   th V pv   v a lu t h at  w ill  p r o d u ce   m ax i m u m   p o w er .   I n   Fi g u r 9 ,   V pv   ch a n g es  in   th e   r an g 2 2 0   to   2 4 5   th r o u g h   t h ad j u s t m en i n   t h s h o o t - th r o u g h   v a lu e   d   b et w ee n   0 . 3 9   to   0 . 4 1 .   T h P e m u la to r   p r o d u ce s   t h o u tp u t   c u r r en I pv   b ased   o n   I pv_ref   in   t h e   lo o k u p   tab le  w h ic h   co r r esp o n d s   to   th e   co n tr o lled   V pv   as   s h o w n   i n   Fig u r 1 0   w h er th e   f i n al l y   p r o d u ce d   p o w er   P pv   is   p r o p o r tio n al  to   th g i v e n   in s o latio n   v al u b et w ee n   1   k W   to   5   k W .   0 100 200 300 0 5 10 15 20 25 P V   v o l ta g V pv   (V ) P V   current  I pv   (A )     1 . 0 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 0 . 1   kW / m 2 0 100 200 300 0 1000 2000 3000 4000 5000 P V   V o l ta g V pv   (V ) P V   po w er  P pv   (W) 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       P h o to vo lta ic  E m u la to r   fo r   Gri d - co n n ec ted   Qu a s i - Z - S o u r ce   I n ve r ter   ( Zu lh a n i R a s in )   1983       Fig u r 9 .   T h g iv en   i n s o lat io n   lev el  ( to p )   an d   th ch a n g e s   in   th v o lta g ac r o s s   e m u la to r   V pv   ( b o tto m )           Fig u r 1 0 .   T h o u tp u t c u r r en t o f   th e m u lato r   I pv   an d   th co r r esp o n d s   o u tp u t p o w er   P pv .       T h s u cc ess f u o p er atio n   o f   t h MP PT   d e p en d s   o n   th ab i lit y   to   co n tr o th ca p ac ito r   v o ltag V C1   w h ic h   is   s h o w n   in   Fi g u r 1 1   at  ar o u n d   6 8 0   w it h   t h p r o d u ce d   v o ltag ac r o s s   t h i n v er ter   s w itc h es   V dc   r an g e s   b et w ee n   1 1 1 0   V pk   to   1 1 4 0   V pk .   Fig u r 1 2   s h o w s   t h o u tp u p h a s cu r r en o f   t h in v er ter   w h er th e   v alu e   b et w ee n   2 . 5   A pk - p k   to   9 . 5   A pk - p k   at  3 3 9 . 4   V phase - pk   i s   p r o p o r tio n al  to   th p o w er   p r o d u ce d   b y   t h P e m u lato r   P pv .           Fig u r 1 1 .   Vo ltag ac r o s s   V C1   ( to p )   an d   th v o ltag p r o d u ce d   ac r o s s   th in v er ter   s w itc h e s   V dc .   0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 Ti m (s ec) I ns (x 1 0 0 0   W/ m 2 ) 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 200 250 300 Ti m (s ec) V pv   (V ) 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 0 5 15 25 Ti m (s ec) I pv   (A ) 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 0 2000 4000 6000 Ti m (s ec) P pv   (W) 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 0 200 400 600 800 Ti m (s ec) V C 1   (V ) 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 0 400 800 1200 Ti m (s ec) V dc    (V ) 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 .   4 Dec em b er   2 0 1 8     1976     1 9 8 8   1984       Fig u r 1 2 .   I n v er ter   p h ase  o u tp u t c u r r en t       3 . 2 .   Si m ula t io n Re s ults a t   0 . 5   k W   T h I - cu r v d ata  u s ed   in   t h s i m u latio n   at  0 . 5   k W   p o w er   le v el  b ased   o n   co m m er cial  p r o d u ct   MSX - 1 2 0   f r o m   B P   So lar   is   s h o w n   i n   F ig u r 1 3 .   T h m a x i m u m   p o w er   o f   ap p r o x i m atel y   0 . 5   k W   is   ex p ec ted   at  V m p p 1 4 1 . 1   an d   I m pp 3 . 6   A   at   2 5 º C .   MPPT   o p er atio n   o f   th q Z SI  P in v er ter   i s   v er i f ie d   th r o u g h   t h s a m m an n er   a s   f o r   5   k W   p o w er   l ev el  a n d   t h r es u lt s   ar s h o wn   i n   Fig u r 1 4 .   T h in s o latio n   le v el  is   g r ad u all y   in cr ea s ed   an d   d ec r ea s ed   b et w ee n   0 . 3   to   1   k W / m 2   at  2 5 º C .   T h MP PT   alg o r ith m   o p e r ates  to   v ar y   th e   V pv   b et w ee n   1 2 0   to   1 4 5   to   a ch iev e   m a x i m u m   p o w er   P pv   a ea ch   i n s o latio n   v a lu r a n g e s   b et w ee n   1 3 0   W   to   5 3 0   W .   T h r esu lts   s h o w   g o o d   ag r ee m e n w i th   t h I - c u r v ch ar ac ter is tic  d ata  in   Fi g u r 1 3 .   I n   o r d er   to   r ea lize  th s u cc e s s f u o p er atio n   o f   th MP P T ,   th ca p ac ito r   v o ltag is   co n tr o ll ed   at  2 0 0   V,   s h o w n   i n   Fi g u r 1 5   ( to p )   a n d   th s h o o t - t h r o u g h   d u t y   r ati o   d   is   ad j u s ted   b etw ee n   0 . 2   to   0 . 3 .   T h is   p r o d u ce s   p ea k   v o ltag ac r o s s   t h i n v e r ter   V dc   r an g es  b et w ee n   2 5 7   to   2 7 5   in   Fig u r 1 5   ( b o tto m )   w h ic h   is   g o o d   ag r ee m e n w it h   t h th eo r etica l   v alu e s   in   T ab le  2 .           Fig u r 1 3 .   I - cu r v d ata  at  0 . 5   k W   co n f i g u r atio n   b ased   o n   B P   So lar   MSX - 1 2 0   P p an el  at  2 5 º C       0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 5 -1 0 -5 0 5 10 Ti m (s ec) I i nv   (A ) 0 50 100 150 0 1 2 3 4 P V   v o l ta g V pv   (V ) P V   current  I pv   (A )     1 . 0 0 . 8 0 . 6 0 . 4 0 . 2 0 . 1   kW / m 2 0 50 100 150 0 100 200 300 400 500 P V   v o l ta g V pv   (V ) P V   po w er  P pv   (W) 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       P h o to vo lta ic  E m u la to r   fo r   Gri d - co n n ec ted   Qu a s i - Z - S o u r ce   I n ve r ter   ( Zu lh a n i R a s in )   1985       Fig u r 1 4 .   T h co n tr o l o f   P s o u r ce   ter m in a l v o lta g V pv   ( to p )   an d   th co r r esp o n d s   o u tp u t c u r r en I pv   ( m id )   an d   th p r o d u ce d   p o w er   P pv   ( b o tto m )           Fig u r 1 5 .   T h co n tr o l o f   ca p ac ito r   v o ltag Vc1   at  2 0 0 ( to p )   an d   th p r o d u ce d   p ea k   v o ltag Vd ac r o s s   th in v er ter   ( b o tto m )       3 . 3 .   H a rdw a re   E x peri m ent a l R esu lt s   Fig u r 1 6   s h o w s   t h clo s e - u p   o f   t h P e m u la to r   u n it.  A   d ig ital  p r o g r a m m ab le  DC   p o w er   s u p p l y   XDC6 0 0 - 1 0   f r o m   Xa n tr ax   w it h   m a x i m u m   v o lta g o f   6 0 0   an d   cu r r en o f   1 0   A   i s   u s ed   as   t h p o w er   s u p p l y .   A   s in g le  I GB T   I XE N6 0 N1 2 0   f r o m   I XYS  is   u s ed   f o r   th s w itc h i n g   w it h   b r ea k d o w n   v o lt ag o f   1 2 0 0   an d   cu r r en ca p ac it y   o f   1 0 0   A .   Fo r   th g ate  d r i v er ,   g a te  d r iv e r   u n it  b ased   o n   V L A 5 0 2 - 0 1   f r o m   P OW E R E is   u s ed   to   d r iv th I GB T   w ith   5   k Hz  P W s ig n al.             Fig u r 1 6 .   E x p er im e n t se tu p   o f   DC - D C   b u c k   b ased   P em u l ato r   1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 100 150 Ti m (s ec) V pv   (V ) 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 0 2 4 Ti m (s ec) I pv   (A ) 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 0 200 400 Ti m (s ec) P pv   (W) 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 0 100 200 Ti m (s ec) V C 1   (V ) 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 4 4 . 5 0 100 200 300 Ti m (s ec) V dc  (V ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.