In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  2, June  2 01 9, pp.  831~ 8 4 1   IS S N : 2088- 86 94,  D O I :   10.11 59 1 /ij ped s . v10 . i 2.pp 8 31- 84 1           831     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   An adaptable different-levels  cascaded  h-brid g e i n verter  analysis for PV   grid -connected  systems      A d n a n   H u s s ei n   Ali,  H a s sa n   Sa lma n  Ha m ad, A l i  Abdulw a hh a b  Ab dulra zz a q   M i d d l e  Tech nical  Univ e rsi t y, Tech ni cal Ins tructor s  T ra ining Ins ti tu t e ,   I r aq      Art i cl e In fo     ABSTRACT  A r tic le hist o r y :   R e ce i v e d  Jun 30,  2018  Re vise d A ug  2 1 ,   201 8   A c c e pte d   D ec 11,  2 0 1 8       M u lti -level  in v ert e rs (M L Is), h av e g a in ed p op ul ari t y   in  t he l as t   f e w y ears as  a   r e s u l t   of   t h e i r   l ow   t o t a l   h a r m o nic  distorti ons   (THD)  a s  w e ll  as  t h e i r  o u t p u t   wa ve fo rm  w hic h   i s  o f   h igh   qu a l i t y .   T h e   c on ve rte r   w hic h   c o n sid e r s  more   app r op riate  fo r  ap pli cati ons  o f   ph ot ov oltaic  ( PV)  b e yon d  the  va rying  MLI s   arrang emen ts   i s  t h e  Cascad ed  H -Bridg e-(CHB)  (M LI),  m eanwh ile  e a ch  P V   pan e l  m a y  be  s erv e d  as   a n   i n d e pen d ent   DC  s u ppl y  f o r  an y  CHB  un i t.  Th rou gh  th e  u s e  o f   M A T LA B/Simu li nk,   t he  e ffi c ien c y  of   s y m m e tri c al  s in g l e  ph ase  M L I  in   t erms   o f   the  nu m b er  o f   sw it ches,   h a rmo n i c   c o n t e nt   i n   a dd iti on  to   t h e   s tres ses  of   volt a ge  t h r ou g h   t he  s wit c hes   th a t   e xi st   a t   p h o tovo lt a i c  cell   by   m eans   o f   i np ut   s o u rce  is  e n h anc e d ;   v aryi ng  param e ters  lik e  o utp u t  curren t ,  vo ltag e   a n d   p o w er,  an d   THD   at   5 -level   7 -lev el  a n d   9 -l e vel  Cascad ed   M L I  are  obs erved .   I n  this   p aper,  at tentio n  is   p aid  to   a   m ulti -l ev el  t o p o l ogies  whic h  is  f le x i b l e   a n d   b a se d  o n   c a s ca de d  M L I  in te nd e d   f or  P V  g r i ds  con n ect ed   s ys tem .   A n  ob serv atio n  of   t h e   o u t p u t  v o lt age  beco m e s   cl oser  t o  th e  sine  w ave  as  t he  l evels  increa s e ,  w h i l e  t h e  increas e  in   t h e   l evel s  of   Cascad ed  M u l t i l e vel  Inv e rter  caus e s  the  to ta l   h a rmo n i c   d isto rti on   t o  decre a s e . K eyw ord s :   C a sc ad ed  h -b ri d g e  c hb  Mu lt i-leve l   in v e rter mli   Phot o v o lta ic  PV   To tal ha rmo n ic   d istort i o n s  th d     Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   A dna n  H u sse i n   A l i ,    Mi ddl e   Te ch n i ca l   Un iv e r s ity ,   Tec h ni c a l  Instr uc tor s   T rain i n g   Insti t ute ,   Ba gh da d,  I ra q  Em ail:  aaddnnaan n63@yahoo.com       1.   I N TR OD U C TI O N    C u rre ntly,   an  i nt e r es t  i n   g e n e r a ting  p o w e r   elec t r i c it y  fr om   r e n ewa b l e s   e ner gy  ha s  i n c r ea se d  w i th   so l a r  ene r g y   c ons ide r i n g   the   be s t   a rea s   o f  i n ter e st.  T h er e  are   man y   ad va n t ag es  a t t ache d   t o  t h e  u s e  o f   P V  syste m s  w h ich   a r e  bas i ca ll y   distri b u t i on   g e n era t e d   u n its ;  th e s e   a d v a n t a ge s  in cl ud e ,   l ittl e   m a i nt en an ce,  n o  po llu t i o n ,  no   noi se  a nd   n o   f u el  c o s t  [1].  O n e   o f  the   s ourc e s   o f   e ne rg y  w h ic h   i s   r ap id ly   g row i n g   g lob a lly   i s   so l a r pho t o v o lta i c  pa n e l s, e sp ecial l y  i n gr i d - c on nec t e d  a pp l i ca tions.   I n  t h e   l a s t   f e w   d e c a d e s ,  a  w i d e r  a p p l i c a t i o n   u s e   o f  r e n e w a b l e s   e n e rgy   su c h   a s  P V   s yste m   had  bee n   re co rd e d ,  as  i t   i s   a bu nd an tl y   an d  f r ee ly   a v a il ab l e   i n   t h e  e n t i r e  ea rt h .   E ngi ne e r s   h a v e   f o c use d   o n  de sign i n g  a n d  con t ro l lin g  a n   i n v er t e r  w h ic h  is  a p p ro pria te   f or  p ho tov o l t a i c  a p p l i ca tio ns  u s i n g   t h i s  P V   e ne rgy  tha t   i s   a v ai l a bl e   i n   a bu nd an c e .  S i n c e  t h e  1 960 ’s  m u lti l e v e l   inv e rte r s   h ave  b e e n   a   r e s e a rc h  ar ea   w hi c h   h as  a t t r a cted   the  interes t   o f  many  [ 2 ].   I n  the  l i t e ratu re ,  va ri ou s  t opo l o g i e s   s u c h   a s   d io d e   c l a mp e d ,  an d  fl ying   cap aci to r  i n   add i tio n  to  t he   c a s c a de d  H   -  Br idge   a r e   e x i st  [ 3] .  F o r  e v ery  to p o l o g y ,  th e r e  a r e  advan t age s   a nd  lim it ati o ns.  For   i n s t anc e ,  t h e  r e jec t i o n  o f   t he  f ly i ng  ca pa cit o r  ca me   a s  a  r esul t   o f   u ne ven  c a p ac itors’  c h arg i n g   [ 4].   In  t h e   sa me   v ei n ,   o wi ng   t o   th e  d i s p ara t e  lo ss es  n ot ed   a t   se mi co ndu cto r   d e v ic es  b e s i d es  t he   n ee d  for   t h e  la rge  elem en t num be r   for   a   gre a ter am oun t o f  the  ou t pu t le ve ls, t he s i g ni fic a nc e   of t he clam p e d  d iode  t o p o l ogy w a s   lo st.   T h e  t o p o l o g y   o f  c o n v e n tio na l  C H - B r i d g e   gai n e d   i mp orta nc e  a s   a   r e s ul t   of   t hes e   l imi t a tion s  an d  o t h e r  li m i ta t i o n s  fou nd i n  o ther  t opol o g ie s; t h i s  ma de  t he  c on ve n t i o n al  C H - B r id ge  r ises first   i n  the m a r k et [5].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019 :   8 31  –   8 4 1  83 2 A m ong  t h e d i f f er ent  c onve n t i ona l t opo l o g y   f or  M L i n ver t er s,   t he   t o pol ogy  o f   C a s ca d e d   H-B r i d g e   b e  r e gar d ed  a s  the   lea d in g in term s   o f  t h e des i g n   s imp lic i t y,  m od u l a r   fo r m ,   p a c k a g in g ,   t roub l e shoo t i n g   a nd   g r e at  pow e r   pos si b i l i t i es.   N o ne t h e l e ss,   i n   the   c a s c a d ed   H - B r i dg e,   t he r e   i s  a n   i ncr ease   in   c os t  a n d   large r   s ystem   lo sses  d u e  t o   t he  l ar ge  s w i tc h  n u m b er   n e e d e d  he r e .   Ther e f or e ,   w hile  m o d i f yi n g   t h e   t op ol o gy  of  c asca ded,   it  m u st  b e   d o n e  i n   s uc h  a   w a y  t h at  t he  qua n tit y  of  c ontr o l l ed   s w i t ch es  i s  red u ced   w it hou t  th e  wav e fo rm  o utp u t  or   a   volta ge  l e v e l   n um ber   bei ng  af fec t e d .     The  desig n   o f  a   m u l t i- le ve l   i n ve r t er   t ha t  be   p r e se nt  w ide l y  r e f er r i ng  t o   a s  c o nve n tio na l   C H   b r i dg e   m u lti-le ve l  in v e r t e r ,  ca n  be   d one   u si n g   c asc a d in g  H-br idg e   u ni t   c e l l s  [ 6 ] .   T h r o u g h   t h e  u s e  o f   o n e ,  t w o ,   o r   mo re  u nit   ce lls ,  wh ich  were  n eed e d  fo r  cascad ing   can  b e  used   i n   o bt ai ning   t h e  o ut p u t   w i t h   3 ,   5 ,   7   a nd  9   l ev el s  r e spec tive l y.  B elow  is  a   c a l c u l at i on o f   t he  b r i d g e num ber   ( B )   r eq uired   fo r   cascadi n g   s o   a s  to   c rea t e  th e o u tp ut  leve l n u mbe r   ( L):     B  =   ௅ି ଵ ଶ   (1 )     Wher e   t h e o u t pu t l e ve l  n u m b er  is  de note d  b y  L   w h ic h ca n be 3,   5 ,  7 ,   9 ,  1 1 ,  1 3 ,   n .  Similar l y ,   “ N”  w h i ch   r efers  to  t he   e ssen t ia l   num ber   of  s w itc he s  of  t he  t r a ns i s t o r   ma y  be  e s ta bl ishe d  a t :     N= 4 * B   (2 )     F i gur e   1  i llus t r a te s  a   f i ve   l e v e l   a n d   n - l e v e l   i n v er t e r   al on gs i d e   its  m e c ha n i s m   f or   s witc hi n g .  The  CH-   Br i dge   M L I s  c a n ba s i c a l l y   b e   des i gna te d as  a   s um  of   the   c l assi c  t w o - l e v e l  b r i d g e ,  w i t h   A C s  t ermi n a l s   t h a t   are  se que n tia ll y  linke d  f o r   t h e  p u r p ose  of  s y n t he s i z i n g   t he   o u t p u t   w a ve f o r m s.   T he  s ymm e tr ica l   9 - l e v e l   i nve r t er ' s   powe r   c irc u i t   t hat  c o mprise s  fo ur  c e lls  o f  C H B  i s   i ll ustra t ed  i n  F i gur e   2.   M an y  s t a nd- a l one   D C   sour ce s  tha t   c a n  be  g o t t e n  f r om  f ue l  c e l l s,   b at ter i es   o r   s o la r   ce l l s  ar e   r e q uir e d  b y   t he  C H B   i nve r t er .   I t   i s  po ssi b le  f or   t hr e e   va r i ous  v ol t a g e   o u t pu t  ste p s,   0   a s  a  r e fer e nc e ,   ( +V dc) ,   a nd  ( − V dc )   to  b e  g e ne r a te d  w i th  c ombi n i n g   a n y   o f  t h e   f o u r  sw itc hes  o f  e ac h ce ll ,   a s   s how n i n  Ta b le  1   f or   C la ss ic  H - B ri dg e   M L I  .  Th e  tot a l   nu mb er o f   th e   ind i vid u a l   c o n v er ter   ou t p uts  ca n  be  u se d  in   d er iv i n g   t h e  A C   o u t pu t.   U sin g   a n   n = 2 N + 1,   t he   v o l t a ge   l eve l ' s   n umbe r   i n   ou t p u t   p ha se   c an  b e   de f i ne d,   w he r e   a   n um b e r   of   D C   s our c e s   i s  de no te d  b y   N .   F o r   e x am ple,   w i t h   n ine   l e vel s ,  ther e  is  a   f luc t ua t i on  o f   t he  o utp u t  vo lta ge   f r o m  ( −4V d c)   t o  ( + 4V d c ).          F i gur e  1.   ( a)  F i v e - le vel  ( b )   n- l e vel  I n ver t er       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       An  a d a p t a b le   d iffe re n t - l e v e l s casc ade d h-br i d ge   i n ve rte r  a n a l y si s …   ( H assan S a l m a n H a m ad)  83 3     F i gur e 2.  P ow e r   c irc u i t   f or 9- l e v el       Tab l e  1.  S w itc hi n g  m echa n ism   for c l a ssi c   h-br i d ge  MLI   T i m e   + v e   H a l f   C y cl e   - v e  H a l f   C y c l e   Ou tp u t s  V1   ( V 1 + V 2 )   ( V1 +V2 + V3 )   ( V 1 + V2   +V 3 + V 4 )   V1   ( V 1 + V 2 )   ( V1 +V2   +V 3 )   (V 1 + V 2 +   V3 +V4 )   B r idge   A   S A   1  SA   4   1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  B r i d ge  B  Sb  1  Sb  4   0  1  1  1  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  B r idge  C  Sc   1   Sc  4  0  0  1  1  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  B r idge   D   S d  1   Sd  4   0  0  0  1  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  Inv e rsion Sp 1   B r idge   S p2   Sp 3  Sp 4  1  1  1  1  0  0  0  0  0  0  0  0  1  1  1  1  0  0  0  0  1  1  1  1  1  1  1  1  0  0  0  0      C o m p a r ed  t o  f l y i ng s   c apac i t o r   o r  di o d e s c l a m ped  MLI   t o p o lo gie s ,   the  ca sc ade d   H   b rid g e  MLI   ar e  si m p ler  due  t o  some  a dvantages  whi c h  it  possess   l ike  switching  re du nd an cy ,  au to ma ti c  vo lt ag e   d i st rib u tio n,  sma l le r  d v /d t  s t r e ss,  a bsenc e   o f  hi gh- rate d   c a pac i t o rs  a n d   d io d es  a s  w e l l   a s  the  ne e d   f or  m inim um  n um ber  of  com p o n e n t s   [ 7 ] .   The  ma i n   f o c us  o f  th is  m anus crip t  is  t o  i n v e sti gate   t h e   s i n g l e   p h ase  CH B  per f orm a n c e s   o f  M L I   w h i c h   a n  i n p u t  s o u r c e s   s t a r t e d   f r o m   l e v e l   5   t o  9  a r e  a  p h o t ov o lta ic   c e ll.  I t  pr ese n ts  a   s ym me t r i c   t ype   i n v e rt e r   w ith   a   r ed u c ti on   i n   swi t c h   a m ou nt .  It   c on si st s  o f   t wo   vol t a g e   s ource s  a n d  fou r   s wi t c h e s  f o r  e ach   c e l l  and   genera te s  5,   7 ,   a n d   9   lev e l s   out p u t   w a v e for m   d uri ng  s y mm etr ic   o per a tio n.   M ore   s o ,  i t   c o n ce nt r a te s  o n   tech n o l o gie s   o f  inve r t er  t o  c o nnec t   p h o t o v o l t a i c   pa nel s   t o  a   si n g l e-p h a s e  g r id.  A  re lated  works  ar e  exp l aine d   in   S ect io n  I I .  The  s u gge st e d   t op o l ogy  for   di ffe re nt   m e t h ods   o f  c a lc u l a t i n g  t h e  sw it c h in g  are   of fer e d  i n   Section   III.  T h e  sim ul a tion  resu lts   a re discus s ed  i n  Secti o n  IV .   The  conc lu si on w a s  gi v e n   in S ec t i o n  V .      2.   REL A TE D   WORK S   Base d   on  the   review   o f  l ite rature   i n  t h e  p r e v i o us  p a g es,  i t   i s  evi d e n t  th at   e ffor ts  a re   m ade  b y   m any   rese arc h ers  t o   p ro pose  no ve l  i n ve rter  t op o l o g ie s  or  t o  m o d i fy  t he   o l d   one s.   T he  purp o se   o f  d o i n g  t h is  i s  t o   impro v e   the   q u a l i t y   o f   e n er gy   t hat   i s   a va ila b l e  a t   t he  t erm i n a l s  of   i n v er t e rs .  D u e  t o   t he   a b ili ty   o f  c a s ca de d  H - bri dge  m u lti-le ve l  i n ve rter  t o  han d l e  h i gh-p o w e r   a s  w e ll   a s  i t s  r e l i a b i l i t y ,  w h i c h  i s   a s  a  r e s u l t   o f   i t s  m o d u l a r   to pol o gy,  it  ha s  bee n   r ega r de d  a s   one   o f  th e  bes t   a va ila bl e  mul tile ve l   in ve rter  t o p o l og i e s.   D ue  t o   t h is,   i s   con s i d ere d  as  a  more c apable  o p tio n  whi c h ca n be  exte n de d   to a l l o w   gri d   c on ne c tio n  tha t   i s  trans f or me r-less.    R odri g uez  e t   a l.  [ 8] ,  ha ve   p r o v i de d   a  de scr i p t io n  of  t he  m ost  s ig ni fi can t  met hod s  o f   c on t r ol   a nd  modu la ti o n   w h i c h   h e   de sig n e d   f or   a   f am ily  o f  c o n v er ters  w hi c h   i nc l u de   s pac e -ve c t or  m od u l at i on,  m ult i -le v e l   selec t i v e  h a rmon ics  e l i m i n a t ion  a n d  mul til e v el  s i n u s o i da l  p u lse   w i d th  m odu la ti o n   ( SP WMs).  The  PWM   rege nera t i ve   r ecti f ier s   w e r e  intro duce d   b y  Rodr ig ue z  et  a l.  [ 9]   i n  w h i c h  t h e y   w e r e  a b l e   t o  impr o v e  the   p o w e r   fa ct or  a s  w e l l   a s  r e duce   i npu t  har m on ics.   I n  t i m e   p a s t ,   t he  a p p l i ca t i o n   of  m ult ile ve l  a c tive   rec tif i e rs  w as  bas i ca ll y  ma de   i n  h i gh   p ow er   i nd us tria l  ap p l i c at i on,  h i gh  v o l t a ge  a p p l i ca tio ns,  ow in g  to  t he   c apa b il ity   o f  t h e  app l ied  v o l t a g e  dispe n s i n g   t hro u g h   m any  ca sc ade d   p ow e r   d evic e s ,   t he re fore   a ddre ssi ng  t h e  iss u e   o f   t heir   l i mit a ti on   v o lta g e   a s  well   a s  e n abl i ng  th e   ex c l u s io n   of   out -pu t   s y s t e m  transform e r s   o f  m e dium   t ow ard  hig h   vo lta ge s.  T h e   p er form anc e   o f  t h e   m u lt ile v e l  a c t ive   re ct ifiers  i s  be tte r  t h an   t ha t  of   t h e   t w o - l e v e l s  P W Ms  in verter s  rela te d  t o   t o t a l   h armon i cs  d istor t i o n,  a nd  w i t h -o u t   u si n g   p as si ve   f i l t ers  w h ic h  are   expe nsi v e,   b u l ky   and  dece p tive ;   t h i s is be c a u se   t he ir ou t pu t v o lta ge  i s  in  t he f orm  of  m odula t ed  s t a i r case .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  Pow  El ec &   D ri  S yst ,  Vol .  10,  N o.   2 , June 2019:  831  –  84 1  83 4 I n   2003,   A lo nso  O .   e t  al.   [10]  p re sente d   a   nove l   sc hem e   o f  c o n t r o lli n g   a nd  prop ort i ona te  P WM  f o r   t h e  CH-b ridg e  mu lt il ev el   i nv e r t e r  u s ed   f or  g ri d   conn e c t e d   p hot o vo lt aic   sy st em.  Th ro ugh   b y   uti l i z i n g   th i s   con t ro l lin g,   v a r i o us  p o w er  l e v el s  a r e  pro v i d ed  b y  eac h  H- brid g e   m od u l e ,   t here by  al l o w i ng  ea ch   m o d u l e  to   in de pen d e n t l y   t rac k   t he  m a x im um   p ow er  p o i nt  o f  c o r r esp o n d i n g   P V A.  F u r t h e r mo r e ,  mu l t il ev el   P W M   in verter s,   w hi c h   a re  a pp r o pri a te  f or  u si n g   i n  inde pe n d en t   P V   g r i d -c onnec t e d   p o w e r   i n v e rt ers  fo r  PV  u n i t s   w e r e  de v elo p e d  by K a ng et a l .  [ 11]. A stra t egy f o r sw itc h i n g  a   f i ve level  C HB  M LI esse n tia l freq u e n cy t o PV  syste m s  tha t   a re   i nde pe nde n t   w as  p rop o sed   by  O z dem i r  e t   a l.  [ 12 ]   thro ug h  the  se lec t i on  of  t he  s w i tc hin g   ang l es  i n  a w a y tha t   it  can  e l i minate  t he ha r m oni c s   w it h   lo w e r  order.   I n  ad d i t i on  t o  t he a dva n t age   o f  ha v in g t h e ca pa b ili ty for m axim i z in g  th e po wer   acq u i r ed   f ro m  P VAs ,  a  ML  i n v er ter  is  a lso  ca pab l e   of  d ecr easi ng  t h e   s t re ss  o f  v o l t a ge  d ev ice  a s   w e l l  as  t o  gen e rate   a   l ow e r   out p u t ,   tha t   i s  a   v o lta ge  h ar moni c  d i stort i on   m ore   e f ficie n t.  I n  t h e  ar e a   o f  r e ne w a ble  e n erg i e s   J os h  e t   a l.  [ 1 3 ]  h a d   sug g es t e d  ML I,  w hich  i s  capa b l e   o f  reduc i n g  the   d i me n s ions  o f  o ut pu t   f i l t e r  as   w e l l  as   i n f l u en cing   t h e   pert urba ti on s  t h at  o c c u r  a s   a   r esul t  of  t he   d a r ke nin g   o f  cl o ud  of  v ar i a tio n   in  s e a s o ns,  whi l e  a  m o d i fie d   p hase   di sp os it ion  P W M   w a s  pro pos ed  b y  Me i   e t   a l .   [ 1 4 ]  fo r  un it s  o f   M L I  w h i c h  w a s  e m plo y e d   a t  P V   g rid  con n ec ted  for  the   p u r pose   of  a c h ie v i n g   b ala n ce  i n   t he  d yn am ic  c apa c i t o r   v o l tage   w it h o u t   re q u iri ng  a d di tio na l   com p en sat i on  si gna l.   A   d is t i nc t  D C   s ource   i s  n e e d e d   by  the  Ca sc a d e   H - brid ge  M LI,  be s i de s  i t   lim i t s  the   perform ance   t hi s  M L I   w h e n   i t   is  a va ila b l e  [1 5].   H o w e ver ,   i n   t h e   c a s e  o f   P V   sy st em s,  it  is  a   s tri k in g   cha r ac t e ris tic  a s  i t   e nha nce s   t he  a ssem b l i n g   o f  s o l a r  ce ll s  in  a  n u m b er  o f  i nde pe n d e n t   ge ner a t o rs.  V a r i o u s   P W M   m e t h o d s   s u c h  a s   o p t i m i z e d  s t e p p e d  w a v e f o r m   ( O H S W )  a n d   s e l e c t i v e  harm o n ic s  e l im i n a t i o n  PW M   ar e  sup por t e d by  the   CH B- M L I [1 6] .      3.   SUGGE S TED  T OPO L O G Y   The   su g g este d  to pol o gy  a c c o m p lishe d  b y   r educ i ng  the  nu m b er  o f  c on tro l l i ng  sw i t c h e s   i s  de scri be d  here .  A   review   o f  pas t   s t u d i es ,  show s tha t   t h e   f oc us o f  pre v io u s  r e sea r che r s  ha s bee n   d e a l i n g   w ith  a   r e duc tio n   of  s ize   a n d  c o m pon e n t s   o f   MLI ,   w it h  the   pur pose   o f   r e d uci n g  sw i tc he s  thro ug h  t h e  us e  of   I n v ersi on   B r i dge .    The  c u r r ent l y  pro pose d   d es i gn  fo cuse s  o n   m i nim u m  n u m ber  of  s w i t ch es   w h i c h   h a v e   so me  d i s adva n t ag e s   rela t e d  to   t he s e   t op o l o g i e s .  O n e  o f   s u c h  li m i tat i o ns  i s  us in g  a   b id i r ect i o n a l   swit ch  w h i c h   i n c u r s  extra  co st  asi d es  t he   a bs e n ce  o f   e ven  s ource s  of  v olt a ge .  Mor e   s o,   t he   p ro po se d   t o pol ogy   o ff e r s  a   b e tt e r   a nd   s i m p l er  mo d u l a r  fo rm  i n   c o mp ari s on   t o   th e  sy mmet ri ca l   mu lti l e v el   i nv e r t e r ;  the  to p o l o gy  als o   a llow s   t r a ns i s t o r   sw it c h es  t o  c onne c t   w i t h   ea ch  o t h e r ,  an d  it   a lso   pr ov i d e s   p ara l le l  d i o d e s  as  i llus t ra t e d  in   F i gure   3.  T he   in verter   r epre senta t io n   dia g r a m   of  t he  C H - bri dge  s truc tur e   o f  t he  g rid  con n e c t i on  P V   s yst e ms  a p p e a r s   i n   F i gure   3.   A   t o p o l og y  of  t he   c asca de d  MLI   c o mpr i se s  of  n- con n e c t ed   H -brid g e  i n verter s  ser i a lly   a n d   e a c h   D C  lin k  can  b e  fed   w i th  a  sm a ll c h ai n o f   P V  pan e ls  [ 1 7 ].             F i gure   3.  C H B   c ircui t  dia gr a m  MLI   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       An  a d a p t a b le   d iffe re n t - l e v e l s casc ade d h-br i d ge   i n ve rte r  a n a l y si s …   ( H assan S a l m a n H a m ad)  83 5 4.   DESIGN S I M ULAT ION,  A NALYSIS,   A ND  RES U L T S   The   ca sc ade d   H -Bridge   M LI   c i r cui t   w hi c h   c a n   b e  des i gne d  us in g  M AT LAB/ S i mulink  i s  discussed  in  t h i s  sec t io n.  M ore  so,  the   fi g u re s  for   a ll  l e ve ls  i l l us tra t e   t he  s i m u l ate d   o utp u t   vol ta ge ,  TH D   a nd  c u rrent   ana l ys is  a s  w e l l   a s  t h e  ou t p u t   v o lta ge   w i t h   e qua l   s t e p   w av e f orm   f or  e le ve n- l e vel   casc a d e d  H - Bri d g e   i n v erter .   5,  7  and  9-Lev e ls  s w i t c h i n g   o f the  CH B  M L I   as  s how n i n  Ta b le  2.       Ta ble   2: 5,   7 a nd 9-Le vel s  sw itc h i ng  o f   t he   C H B   M LI    V ( O UT)   5 le v e ls  7  l e v e l s   9 le v e ls   S5  S 6  S7  S 8  S9  S 10   S 11   S 12   S 13   S 14   S 15   S 16   4V P  1  0  0  1  1  0  0   1  1  0  0  1  3V P  1  0  0  1  1  0  0   1  1  1  0  0  2V P  1  0  0  1  1  1  0   0  1  1  0  0  V P   1  1  0   0  1  1   0   0   1   1   0   0   0  V   1  1  0  0  1  1  0   0  1  1  0  0  -V P  0  0  1  1  0  0  1   1  0  0  1  1  - 2 V P   0  1  1   0  0  0   1   1   0   0   1   1   - 3 V P   0  1  1   0  0  1   1   0   0   0   1   1   - 4 V P   0  1  1   0  0  1   1   0   0   1   1   0       4.1.   Fiv e -l ev el  i nv e r ter     F i gure  4(a)  i l l us trates  t he   m ode l  of  s im u l a tio n  for  t h e   F i ve- l e vel  c a sca d e  i n ver t e r   c ircui t   c on te n t   8   IG BT  g r i d  c o n n e c te d  P V   s yste m.   I n  orde r  fo r  IG BT’s  t o   i n verts  D C   t o  A C ,  8   p u l s e s   a r e   r e q u i r e d .   F i g u r e  4 ( b )   repr esents   t he  out pu t  s i gna l  TH D ,   t he  8   P W M   s ig na l   for  IG BT  i s  e x pl aine d  in  F ig ur e  4(c)   a nd  F i g u re  4 (d)   ill us trates  t he  o ut p u t   v o l ta ge a nd  Curren t .   The   sim u l a tio n   m o de l  c o mpr i ses  tw o  H - brid ges  w h i c h  nom ina l   D C  v o l tag e   s up po sed  to  b e   6 5   V ,   in  add i tio n  to  t he   P WM  i nve rte r   w hic h   c o n tro l   t he  s yste m  c o n n e c t ed   t o  th e  gr id,   a l so,   a  m u lti-le ve l  s t eppe d   ou tpu t   v o l tage   can  b e  a c h i e v e d   a nd  a   har m onic s   c o u ld  b e  r e duce d .  A   P W M   ge ner a tor  b l ock  e x i s t s   t ha t   con t a i n   para me t e rs  l i k e  am p l itu de ,  p h ase  de lay,   a nd  p u l s e  wid t h   p er io d  fr om   w hic h   a   s h a pe  o f  the   ou tp ut   c an   be  d eterm i ned.             F i gure   4(a ) .  5-l e vel s  CH B  Inv e r ter  MA TLA B m ode l cir c u i t        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019 :   8 31  –   8 4 1  83 6     F i gur e  4( b) .   Ana l ys is  o f  F F T CH - B r i dge  M LI            Fig u r e  4 ( c) . Ga t ing   p u lses g enerated  o f   PWM  5 - lev e ls CHB           F i gur e   4( d) .   V olta ge   a nd  c u r r ent  o u t p u t   p h a s e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       An a d a p t a b l e dif f ere n t- lev e l s  c a sc ade d  h- bri dge i n ver ter a naly s is …  ( H ass an Sa lm a n  H a m ad)   83 7 Th us,   t h e  in ver t er   e f f ic ie nc y   c o u l d  be  i ncr e as ed,   so  t he   i nve r t e r   n eed s  to  p er form   w i t h  rel i ab i l i t y  a n d   pr o f ic ien t ly  f o r   s upp ly i n g   a  w i de- r ang i ng   o f   A C   l oa ds  by   a   r e qui re d   po wer  qu a lit y  a n d   vol ta g e   w h i ch  i s  ne cessar y   f or   e ff i c ie n t   l oa d  as  w e l l   as  s ys te m  per f o r m a n ce s.   M a ny  s y s t em   a dva n t a g es   like   h i g h - p ow er ,   low  ha r m onic   dis t o r ti o n s,   capa c i t y   o f   h i g h - v o l ta ge   i n  a d d i t i on  t o   l ow   s w i tc hi ng  lo sses.   A   5 - l eve l s  ou tpu t   v ol ta g e   a nd  cur r en t  a r e  show n.   T he  o ut p u t  5- le v e l  i n ver t er ,   centr a l   f r e que ncy  is  5 0  H z .    4. 2.   S e ve n - le vel  In ve rt e r     A   S e ven- le v e l s   C H B   i n v e r te r   cir c uit   c o n t e n t  12   s w i tc hes   of  I G B T ,   w h i c h  c a n  be   d i s p l aye d   i n  t h e   F i g u r e   5 (a) .   A n   IGBT’s  n eed  8   p uls e s   f o r  inv e rti n g   D C   s ign a l  to   t h e   A C.   F i gur e  5( b)   r ep r e sents  the   T H D   f o r   the  o u t p ut   v ol ta ge  s ig na l ,   F igur e  5( c )   e xp la i n s  t h e  8  P W M   si gna l  f o r  IGBT  a n d   f i n a ll y   F i gu re  5 ( d )  sh ows  the  ou t p u t   v ol t a ge  a nd  Cur r e n t .           F i g u r e   5 ( a ).  7 -l ev els CHB   In ver t er  M ATLAB   mo d e l   circuit           F i gur e  5( b) .   Ana l ys is  o f  F F T CH - B r i dge  M LI       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          I S S N: 2 0 8 8 - 86 94  I n t   J Po w   Elec  &  Dr i  Sy st,  Vo l. 1 0 ,  No . 2 ,   Ju n e   2 019 :   8 31  –   8 4 1  83 8     F i gur e  5( c) .   G a t i n g  pu lse s   g e n e r ate d   o f  P W M  7- le vel s   C H B         F i gur e   5( d) .   V olta ge   a nd  c u r r ent  o u t p u t   p h a s e         4 . 3 .    N i n e - l e v e l  i nv e r t e r  A  circui t  of  n ine - le vels  C HB   i n v erter   con t e n t  16  swi t c h e s   o f  IG B T ,   w h ich  c a n  be   p r e se nte d   i n  t h e   F i g u r e   6 ( a ) .   A n  I G BT’ s   n e e d   16   p u l ses  i n   i nver t i n g  D C   s i gna l  t o   t h e   A C.   F igur e  6( b)   r e p r e se nts  the   T H D   f o r   the   o u t p u t   v o l t a ge  s ig na l,   F ig ure   6(c )   e x p la ins  the   1 6   P W M   s i g n a l   f or   I G B T  a nd  f i na l l y   F i g u r e   6 ( d )   show s   t h e   out put   v olta g e  a n d   C u r r e n t .       Tab l e  3.   9 - L eve l   S ugge ste d   M LI   s w itc hi n g   Mec h a n ism    Ti me  P osi tive   Ha lf  Cyc l e   N e g a tiv e   Ha lf Cycle  O u tput   V 1  V 1 + V 2   V 1 + V 2 + V3  V 1+ V2   +V 3 + V 4   V1  V 1+ V2   V 1+ V 2 + V3  V1 +V2 + V 3+ V 4   Br id g e  A  S a   1   S a  4          1   1  1  1  1  1  1  1  1   1  1  1  1  1  1  1  B r i dge  B  S b  1   S b  4         0   1  1  1  0  1  1  1  1   1  1  1  1  1  1  1  B r i dge  C  Sc   1   S c  4          0   0  1  1  0  0  1  1  1   1  1  1  1  1  1  1  B r i dge   D   S d  1       Sd   4           0   0  0  1  0  0  0  1  1   1  1  1  1  1  1  1  I nve r s i o n  S p 1   B r idge   S p2     S p3    S p4  1   1  1  1  0  0  0  0  0   0  0  0  1  1  1  1  0   0  0  0  1  1  1  1  1   1  1  1  0  0  0  0  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J  P o w   Elec  &  D r i   S y st   I S S N :  2088- 86 94       An a d a p t a b l e dif f ere n t- lev e l s  c a sc ade d  h- bri dge i n ver ter a naly s is …  ( H ass an Sa lm a n  H a m ad)   83 9     F i gur e  6( a ) .   9-Leve l s   C H B   I n v er ter   MA TLA B  m ode l  c i r c u i t           F i gur e  6( b) .   Ana l ys is  o f  F F T CH - B r i dge  M LI       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  Pow  El ec &   D ri  S yst ,  Vol .  10,  N o.   2 , June 2019:  831  –  84 1  84 0     F i gure   6(c ) .   G a t i n g  pu l ses  ge n e ra ted of P W M  9-le v e l s  CH B             F i g u r e   6 ( d ).  V ol t a ge  a nd c u rrent  o utp u t  ph a se       The  s i mu la ti o n   M A TLA B  ha v e   b ee n  pr esen ted   to   n ume r o u s  CH -br i dge   t o pol ogi es  o f  M L Is  f o c u s e s   on  5- l e vel s ,  7 - l e ve ls  a nd  9-le ve l s .   A   com p ar i s o n   o f  t h ese   to p o l o g ie s  w ith  d e t a ile d  ha s  be en  o ffe r ed  i n  t h is   pape r  an d  c o n centra t e d   on  m a in  p ara m e t e r s  such  a s  sw itc hin g   p ow er  d e v i ces  u sed   numb e r,  T o t al   H a r mo n i c  D i stor tio n,  t he stre s se s  ov er  c ur rent a n d  vo l ta ge,  and  gat i n g   P ulses ge nera te d of  P WM.       5.    CONCLU S I O N   The  s i mu la ti o n   o f  fi ve  l e v el s,   s eve n   l e v el s,   a nd   n i n e  leve l s ,   i nv ert e rs  w ere   ex e c u t e d   i n  MA TLA B/S I MILIN K ,  ba se d  o n   a pp l y i ng  stra i g h t for w ard  c o ntro l  str a te gy   o f  c o n t r o ll i n g   th e   IG BT  s w itc hes  w ith  s ui t a ble   ang l es  a t  pr o p e r  dela ys.   A   pe rfe c t   spe c i fi ca t i o n   of  t he   C H B   M LI   a re  a ch ieve d  l i ke   h i g h   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.