Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 Septem be r 2020 , pp.  1368 ~ 1378   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 3 . pp 1368 - 1378          1368       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Des i gn a nd analy sis of  a novel  quasi  s ource bas ed  asymmet ric  multile vel i nvert er for P V applic ations       Deep S ankar , C A B abu   Depa rtment  o E le c tri c al E ngin eering,   Schoo of   Engi ne eri ng,   Co chi Univ ersit y   of  Scie n ce a nd   T ec hnology ,   Ind ia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   M a r   18 , 201 9   Re vised  Oct   2 2 , 2 01 9   Accepte M ar   24 , 20 20       novel   Quasi  source   (QZS)   base As ymm e tri Mul ti l eve l   I nver te r   for   Photovolt aic   ap pli c at ion   is   pr oposed  in   th is  pap er.  I con sists   of  an   Impe dan ce   sourc e - base dc - dc  co nver te r and  As ymm et r ic   Mul ti l e vel   Inve r te r   (AM LI) .   QZS   net work  ca n   bu ck/ boost   the  in p ut  DC   voltage   e li m ina t ing   sepa rate  DC - DC  boost  conve r te r .   MLI  topo logy  with  red uc ed  sw it ch es  and   DC  input  provid h igh   quality   o utput  with   l arg e   le ve ls.   DC  inpu t   m agni tud e   of  the  inve r te r   i base on  an  a lgori thm.  The  sys te ensure h igh  voltage   gai n,   low  sw it ch ing  stress,  l esse ned  gate  ci rcu it r y,   high  r eliability  and  be tter   har monic  profi l e.   Low  THD  val ues  ensur es  re duce fi lter  siz e   and  hen ce  cost.   The  th eor etical  conc ep ts  an par am e te r   desi gn  of  the  proposed  topo log y   is  illus tra t ed  i detail.   The  per for m ance  ana lysis  is  ver ifi ed   usin g   Matl ab/ Si mul ink   envi ron me nt .   Ke yw or d s :   Asymmetric   m ulti le vel inv e rter   DC - DC con vert er   Im ped a nce s ou rce   Qu asi Z  s ource  netw ork   Total  h a rm onic  d ist ort ion  (THD)   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Deep a  Sa nk a r   Dep a rt me nt of  Ele ct rical  En gi neer i ng,   School  O E ngineerin g,    Cochi n Un i versi ty of  Scie nce  and Tec hnolog y , I nd ia .   Emai l:   neenusa nk a r@gmail .c om       1.   INTROD U CTION   Re new a ble  po wer  ge ne rati on  has   witnesse it la r gest  e ve gro wth  wit a   global  a ddit ion   of  181  gig a watt ( GW)  in  t he  ye ar  2018,   total li ng   t he  ca pacit to  2376G W.  S olar  ph otovo lt ai (P V in sta ll at i on  has   sh ow c onsist ent  grow t w it an   a ddit ion  of   10 0GW   a c countin f or  55%   sh a re   am ongs t   oth er   ren e wab le s   [1].  F or  ren e wab le   e nergy  harvesti ng   an gri i ntegr at i on,  pow er   el e ct ronic  c onve r te rs  play   a   ke r ole.  M ulti le vel  in ve rters  ( M L I)  pro ves  to   be  t he   best  ch oice  f or   Photo volt ai energ co nv ersio s ys te ms   [2 - 3 ].  Ty pes  of   M L I’s  with  c ontr ol  and  ap plica ti on  hav e   bee a ddresse in   m any  li te ratur es [ 4].Th e play   a   majo ro le   in  ren e wa ble  ene rgy  ba s ed  m od e r po wer   s ys te a ppli cat ion incl ud i ng   High  V oltage  Di rect  Current  (HVD C tra nsmi ssion,Fle xi bl AC  T ran s missi on  S ys te ms  ( FA CT S) , Un i fied  Powe Fl ow  Co ntr ollers   (U P FC), Acti ve   filt ers, S olid   S ta te   Tran s f or m ers  (S ST a nd  comme rcial   a nd  in dustria a ppli cat ion   s uc as   conve yors,r olli ng  mil ls,mi ne  ho ist s, mari ne  pro pulsi on,m otor d ri ves   f or  tra ct ion , M a gn et ic   Re sona nce I m agin Sy ste m  (MRI ) e tc  [ 5 - 6].   M L I’ s   synt hes iz mu lt il evel  ou t pu t   volt age   f rom  diff e re nt   com bin at io ns  of  i nput  DC  so urces   an switc hes.  T he  le vel  ou t pu t   wa vefo rm   has   imp rove ha r monic  prof il e,   high  e ff ic ie nc y,  re duced   s witc hing   loss,less  dv / dt  stress  an be tt er  el ect ro m agn et ic   co m pa ti bili ty[2 7]. M ulti le vel  co nv e rters  a re  mainly  cl assifi ed  int three   cl assic   structu res  : Ne utral  P oin Cl ampe [8], Fl yi ng   Ca pacit or  [9]  a nd  Ca sca ded  Bridg e   [ 10]. B ut   la rg e num ber of  po wer  d e vices  an relat ed  dr i ve  ci rc uitry makes   the  s ys t em  m or e   co mpl ex  at   higher   le vels   [ 8].Amo ng  the   cl assic al   struct ur es Ca sca de B rid ge  Mult il evel  I nv e rter( C HBM L I)  needs   relat ively  s mal num ber  of  powe el ect r onic   co mpo nen ts   to  ac hieve   m ore  le vels  at   ou tpu t[ 4].CHB   pe rmits  diff e re nt  val ue of  in put  DC   s ources  a nd  it   c an  be   a dd e or su bt racted  t ge more  le vels  at  the  out pu t m akin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd an alysis of  a n ov el  q uasi  Sou r ce b as e d asymmet ric  mult il evel  ( Dee pa Sa nkar )   1369   it   app r opriat f or   PV   a ppli cat ion [2 11 ].M any   ne wer   t opologies  inclu di ng   le vel  act i ve  N PC  ( 3L - A NP C) ,     le vel  FC, le vel  br i dg N PC,NP C - CHB, M od ular  Mult il evel  Conve rters  ( MMC), P2   t opolog a nd  le vel  act ive  NP (5L - A NP C ha ve   made  t heir  way   t in dustr [ 4]. I a dd it ion,ma ny   m odul at ion   meth ods   su c as   carrier   base Sinu s oi dal  P ul se  Width  Mo du la ti on   (SP W M ),Space   V ect or  M od ulati on(SV M )   a nd  co ntr ol  strat egies  s uch  as  M odel   pr e di ct ive  con t ro l,   Vo l ta ge   O rient ed  C on tr ol  (VOC),   sli ding  m od e   co ntr ol  et c   were  dev el op e t cat er  la rg e   nu mb e of   M L I’s  [ 4 - 5].  CHB M L I’ a re  ma inly  cl assifi e as  s ym met ric  an asym metri de pendin on   the   ma gn it ud e   of  input  DC  volt age  source [12 ].  S ym metri c   t opolog offe rs   hi g modu la rity.  Bu la rg num ber  of   s witc hes  in  the  ci rcu it   res ul ts  in  increased   cost  an co mpl exity.  As ymm et ric   config ur at io needs  le sser   num ber  of  ci rc ui el ements,  but  diff e re nt  in put  DC  ma gnit ude  make it pr act ic al   impleme ntati on   m or c omplex  [ 2].  M a ny   modifie t opol og ie for  sym metri an as ym met ric  mu lt il evel   inv e rters   are   a vaila ble  i t he   li te ratur e   [13 14 ].  T he  DC   in pu t   s ources   are   base on   bi nary   an tr inar arr a ng e ment . An  alg or it hm i s u ti li zed to det ermine  the  dc  i nput ma gnit ud e [ 14].   Vo lt age   S o urc I nv e rter  ( VSI)  is   bu c i nverter   wit it peak  AC   outp ut  lo wer  tha t he  DC  in put  [15].  In  phot ovoltai syst em,  a   dc - dc  c onver te r   is  requir ed  betwee P panel   an th in ver te r   to   boos t   th e   dc  i nput  t the   in ver te r   [ 2].  T his  c onfig ur at i on  is  te r me a t wo - sta ge   s ys te w hich   r edu ce the   e ff i ci ency  and  i ncr eases   the  c omplexit a nd  c os [ 16 - 17].  Co nve ntion al   boos t   co nv e rter   is   ass ume to   hav e   i nf i nite  vo lt age   gain  a it duty   cy c le   can  be   va ried  betwee to  1.  But  t he   ci rcu it   par a sit ic   el ements  r est ri ct     the  vo lt a ge  gai [ 18 - 19 ].  T mit igate   the   dr awb ac ks  of  a   two - sta ge   s ys te m,  Im pe dan ce   so urce   ba sed   s ing le   sta ge  s ys te was  int rod uced  [2].   The  first  i mp e dan ce   (Z so urce  netw ork  wa intr oduc ed  by   F.Z Pe ng  [ 15] .   The  s ource  con ce pt  is  pe rtinent  to  a ny   a c/ dc  powe co nv e rters It  is  two - port  network   with  a nd  C   com pone nts  a nd  util iz es  the  sh oot  th rou gh  s ta te   fo r   bo os ti ng  act ion  [ 2 15] s ource  i nverter   (Z SI)  ca be  Vo lt age   Cu r ren s ource   ty pe  [2]. Ba se on  ma gn et ic s   they   are   br oa dly   cl assi fied   as  tr a ns f orm er/n on  trans forme ba sed  [ 20] .No trans f or me bas ed  to po l og ie i nclu de  s our ce  and   Q uasi  Sour ce  t opol og ie s   .Tr a ns f ormer   c oupled   in cl ude   Y   s ource, Γ   s ource ,T  sour ce, TZ  s ource ,LC CT  Z   s ource,T ran s   Z   s ource   and  HF   trans forme is olate Z   s ourc e[20 - 22] . F our  qu a si  s ource   inv e rters   ( qZ SI )   we re  pro pose in   [ 23]  t at ta in   const ant  in put  curre nt  an a   com mon  dc  rail   betwee t he  in put  an i nv e rter  br i dge   [2].   Lo we pa ssive   com pone nt r at i ng s  a nd r e du ce s ource  stress  are the  sig nific ant f eat ur es  of  qZSI c ompa re to  ZS I [2 24].   nove QZS  base As ymm et ric  M ulti le ve I nv e rter   ( A MLI)   is   prese nted  i this   pa pe r.  It   is   sin gle  sta ge  M LI   str uc ture  for  gr i co nn ect e phot ovoltai sy ste w her e   the  c onve ntion al   dc - dc  c onve rter  ( boos t)   sta ge  is  el imi na te [ 2].  It  r ed uces  t he  num be of  po wer  co nv e rsion   sta ge the reby  im pr ov i ng  reli abili ty  of  the   sy ste [ 17] QZS   netw ork  with  pow er  semic onduct in switc M ’  for  DC - DC  powe co nversi on   was   introd uced  in   [ 23].  T hey  ca act   as  a   buc k/boo st   co nverte [25].  QZS  network  bo os ts   th dc   in put  to   pro vid e   it   to  the  m ulti l evel  in ver te r   [ 2 26] It o f fers const ant  in pu t current w it hi gh  volt age g ai same   as  that of   a Z   so urce   ci rc uit.  Ca pacit or  vo lt age   stress   is   re du ce c ompare t ZS a nd   s har es   a   c om m on  gro und  betw een   the   inpu an out pu [ 27] si mp li fied  st ru ct ur of   casca de asy mmetric   mu lt il evel  inv erter  with  r e du ce switc hes  a nd   DC  sourc es  is  us ed  i the  ci rcu it   [ 2].  The  pro po se str uc ture  gen e rates  more  outp ut  volt ag e   le vels  with  re du ce i nput  s ources  a nd  po wer   se mico nd u ct ing  switc he s.  Al gebraic  s um   of   al the  po s sible  com bin at io ns  of  DC   in pu ts   are  util ise to   gen e rate  requi red  le vels   at   t he  outp ut  [ 12] P rop os e c onve rter  gen e rates   31 - le vel  ou t pu t   with   t he  D in pu t   pr ov i ded  from   a   Qu asi   Z   S our ce  net w ork  a nd  is     validat ed  u si ng M at la b.       2.   QZS BA SED  ASYM METR IC CHB  M ULTI LE VEL IN VERTER   Figure  sho w the  pro pose AMLI  str uct ure.  It  is  com bi nation  of  tw c onve rters:  Q ua si  Sour ce  netw ork  a nd   A M L I.   T he  Qu a si  Sour ce   Co nv e rter  (QSZC co ns ist of   a LC  netw ork  a nd   a   MOS FET   ‘M’.   The  re gula te QZS ou t pu i giv e as  in put  to  the  in ve rter  [ 2 27].   QZ SC1  an QZSC pro vid i nput ’s  to   AMLI  represe nted  as  V A1  a nd   V A2.Simil a rly  the   outp ut’ of  QZ SC2  a nd  Q ZSC4   is  re pr ese nted   as  V B1  an VB2 . Q uasi  Sour ce   ci rc uit  com pr ise s   of  i nducto rs,  ca pa ci tors,  di odes  and  act ive   power  s witc hes   f or  eac input. T he L f - C filt er s moot hens the  outp ut  volt age  [2].   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    13 68     13 78   1370       Figure  1. Pro pose Q ZS  base d AMLI       The   po wer  s w it ches  a nd  ci rc uit  el eme nts  a re  as sume t be   i deal  a nd  the  c onve rter   op e rates   in   ste ady   sta te P ulse  Wi dth   Modula ti on  (PW M is  pro vid e f or  the  s witc M   [ 16].  He r the  fir st  sta ge   deals   with the  ope rati on   of  Qu asi   Sour ce  con ver t er (QZ SC) a nd  the  nex sta ge e xp la in s the  op erati on of th M L I:     2.1.   Analy sis of qu as i Z  s ou rce   c onverter   PV   pan el   or   a ny  dc  s ource  ca pro vide   inpu to  the  Q uasi  Sour ce  netw ork.   F our  QZSC   networ ks   namely   Q ZSC 1 QZ SC 2 , Q ZS C 3   and  QZ SC 4   are u ti li zed  to g ene rate  re quir ed  numb e of  outp ut  volt age  l evels.   Let   V PV1 V PV2 V PV3   an V PV pr ovides  t he  DC  in pu to  ea ch  Q ZS  netw ork Each  QZ S has  tw ope rati ng  modes  viz.  Mo de I a nd Mo de II [ 2] .   2.1.1.   M ode  I   Con si der  the   Q uasi  Z   S ource   conve rter,   Q Z SC1.Du rin m od e   I Mos fet  M 1’   is  ON  a nd  di od e   D1  is   OF F T he  dc  i nput  V PV1   an the  ca pacit or  vo lt age   V C12   mag netiz es  th e   inducto L 11 . The  i nducto L 12   gets  mag netiz ed b y t he  capa ci tor v oltage  V C11  [2]. The  con ver te r   op e rates as  d e pi ct ed  in Fi gure  2.           Figure  2. QZ S C 1   op e rati on  duri ng Mo de I       2.1.2.   M ode  II   Figure  s how Mod II   op e r at ion Durin M ode  II Mosf et   ‘M ’  is  OF and   t he  di od ‘D1’   is  ON   [2].  Th e   DC  i nput V PV1   an t he  in duct or’s   L 11   and  L 12   s uppl ie energy  to  t he  resist ive  loa R.   Ca pacit or C 11   is  charge by  V P V1   and   L 11   an C 12   is  char ge f rom  L 12 Boo ste outp ut  vo lt age  from  t he  QZ base dc - dc   conve rter  is  pr ov i ded   as  dc  li nk   volt age  to  the  m ulti le vel  i nv e rter.  DC  li nk  volt age  balance  is  toug ta sk   f or   a grid c onnecte d ML I. N ume r ous  vo lt a ge  c on t ro l st rategies a re m e ntio ned in the  li te ratur e   [2 4] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd an alysis of  a n ov el  q uasi  Sou r ce b as e d asymmet ric  mult il evel  ( Dee pa Sa nkar )   1371       Figure  3. QZ S C 1   op e rati on  duri ng  m od e   II       2.2.   Analy sis of A MLI   Asymmetric   M ulti le vel  Inv erter  (AML I)  f or m the   ne xt  sta ge   of  the  propose sy ste [ 2].    To   ge ne rate  m’   le vel   outp ut,  co nventio na str uctur e   ne eds   2(m - 1)   sw it ches.  ‘m   re pr ese nts   the   le vels  at     the  out pu t.   T ge ner at 31  l evel  ou t pu t, 60   switc hes   a nd  15  DC  s ourc es  are   re qu i re for  a   co nve ntion al   sy ste m.   T his  increases   the  siz an c os t   of  the   syst em  re duci ng  t he  e ff ic ie nc and  reli abili ty   of  the     sy ste [ 17].   Fo r   opti mizi ng  the   pe rfo rm ance  of  the  c ircuit ge neral iz ed  31  le ve M L to pology  is     consi der e d he r e [ 12].   The  d ia gr a of  t he A M L is  pr ese nt ed  in  Fig ure  4.           Figure  4 .   Ci rcui t diagr a of AML I       br id ge  c ons ist of   te MOSFE T’s   an four  dc   in pu ts   pro vid e fro QZ SC  [ 2].  Sw it ches  i   the  same  le a r no tu rn e on  simulat ane ou l sy   to  a vo i sho rt  ci rcu it A a lgorit hm   decid es  the  mag nitu de  of   the  DC   sour ce s.  S upply  volt a ge   po la rity  is  a   sign i ficant  fac tor  i gen e rati ng  re quired   le ve of  outp ut  volt age.  Thirty - on le ve is  ob ta ine a the  outp ut  of  the  in ver te r   by  diff e re nt  co mbi nations   of  in put  dc  [ 2] .   I ge ner al ,   if  N’   re pr ese nt the  nu mb e of   DC  s ources   in  each   le g,  th en   2N  is  the  t ot al   nu m be of   dc  s ources  a nd   4N+2   is  the  t otal  nu mb e of  M O S FET’s  [ 2 12].  N umber   of  outp ut  vo lt age   l evels  a nd  it pe ak  value   is  gi ven  by   equ at io ns [ 2 ,   12] ,     21 21 N L N + =−   (1)   O M A N B N V V V =+   (2)     V OM   is t he o utp ut  volt age  pea a nd V AN   /V BN   is t he H Bri dge in put v oltag es.    M O SFET ’s  use in  the  ci rcu i are  SA1,  SA2,  S A 3,   S A 4,   SB1,   SB 2,   SB3,   SB 4,   Si  a nd   Sj.  Si  an Sj   sh oul not  be   tu rn e on   simult ane ously.   Table  sho w the   s witc hing  sta te s,   DC  so urces   util iz e a nd     the co rr e spo nding   outp ut leve ls. Cal culat ion  and sw it c hing  sta te s o f  only  s even le vels is  presente d here .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    13 68     13 78   1372   Table  1: Volt age levels  and s witc hing stat es  of the  Q Z SC - AMLI   Vo   SA1   SA2   SA3   SA4   SB1   SB2   SB3   SB4   Si   Sj   DC So u rces used   0   0   1   0   1   0   1   0   1   0   1   0   1   1   0   0   1   0   1   0   1   0   1   VA1   2   0   1   0   1   1   0   0   1   0   1   VB1   3   1   0   0   1   1   0   0   1   0   1   VA1  +  VB1   4   0   1   1   0   0   1   0   1   0   1   VA2     VA1   5   1   0   1   0   0   1   0   1   0   1   VA2   6   0   1   1   0   1   0   0   1   0   1   VA2  +  VB1     VA 1   7   1   0   1   0   1   0   0   1   0   1   VA2  +  VB1       The ma gnit ude  of the  D sou rces  of the  QZ S b as ed  AML I i s obtai ned f rom the e xpres sion [ 2] [1 2] ,     1 , 5 K A K d c VV =     (3)   1 , 25 K B K d c VV =   f or   K= 1,2,3… n   (4)     DC li nk  vo lt ag e magnit ude  of the circ uit can  also  be rep res ented  a s [2 ][12],     11 A P V VV =   , 12 2 B P V VV = , 23 5 A P V VV =   , 24 10 B P V VV =     (5)       3.   CIRC UIT  DE SIGN   This  sect io de scribes  t he  de sign   of   netw or pa ramete rs  an base on   t he  ope rati ng   pri nciple   exp la ine in  s ect ion   2.  Co nsi der   t he  desig of  QZS C 1.   F or  QZS C,   th e   netw ork   pa ra mete rs  L 1 =L 2 = an C 1 =C 2 =C DT S   be  the  ON   t ime  of   t he  s w it ches  (1 - D)   T be  the  O FF  ti me.  denot es  the  duty  ra ti of     the  s witc h.  Th ti me  integ ral  of  the  i nduct or  volt age   over   com plete   cy c le   is  assume t be  zer i st eady  sta te  [ 2]. T he v o lt age ac ro s s t he  ca pacit ors  V C11   an d V C12   can  be  e xpress ed  as ,     1 1 1 1 ( 1 ) ( 1 2 ) C P V P V D V V V B D = =     (6)   1 2 1 1 ( 1 ) ( 1 2 ) C P V P V D V V V B D = =     (7)     Gain o the  conv e rter  or Bo ost  f act or ( B is  giv e n by [ 2],     ( 1 ) ( 1 2 ) O PV V D B VD ==   (8)     The  a ver a ge  v a lue of  outp ut  volt age,     0 ( 1 ) ( 1 2 ) PV D VV D =     (9)     QZS   pro vid e a posit ive  boost  v oltage  if  0< D<0.5  and a  n e gative  vo lt a ge wit h 0.5<D< 1 [2].   Ind uctor cu rr e nt ,       11 ( 1 ) ( 1 2 ) O L ID I D =     (10)     wh e re  I L11  = I L1 = I L    an d V L1  = V L2  V L      Ind uctance  L i s g i ven  by t he e qu at io n bel ow,   w he re f -   s witc hin g f reque nc in  H e rtz [ 2 8 ],   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd an alysis of  a n ov el  q uasi  Sou r ce b as e d asymmet ric  mult il evel  ( Dee pa Sa nkar )   1373   2 12 ( 1 ) 0 . 2 ( 1 2 ) PV OS V D L L L D P f D = = =   (11)     Larg e   in du ct or  current  rip ple  will   increase  st ress  on   s witc and   di od e Ge ne rall y,   rip ple  is  cal culat ed   us in t he  e xpre ssion [ 2 9 ],     % L L L I X I =   (12)     wh e re  X L   repre sents the  all owed ri pple  curre nt which  r a nge s b et ween 1 5%  to 40%  [2 ].       2 L f DR L f , L f   - filt er ind uc ta nce   (13)     Inver te r’ ou t put  volt age  ri pple   and   c urren rip ple  is  absor bed   by  capaci t or C 1   a nd   C 2 The  volt age   rip ple is ass ume to  b e  li mit ed  to  3%  of  t he peak  po wer [ 2 8 ] . Capacit a nc e ex pr es sio is  giv e n by,     12 2 0 .0 3 O P V D C S PD CC V V f  ==   (14)       4.   SIMULATI O N RESULTS     M at la b/Sim ulink  is  util iz ed  to  anal yze  t he   operati ng  pri nciple  of  the   pro po se t opol ogy.  Let   the   powe rati ng  of  the  co nverter   be  500Wat ts  [ 2].  The  mag nitud e of  the  dc  li nk   volt ages  a re  16V ,32 V,80V  a n 160V  for  V A1 ,   V B1 V A2  an V B2   res pecti vel y.  The   s witc hi ng  f re qu e nc f or  the   A M L is   ta ke as   20kH with  a resisti ve  l oad  of  100  Ω . S im ulati on   pa rame te rs  are  provid ed  in  Ta ble 2.       Table  2: Co mpon e nt  values  used  for  sim ulati on   Com pone nts   QZS C 1   QZS C 2   QZS C 3   QZS C 4   L ( m H )   0.018 9   0.073 4   0.394   1.576   C (mF )   1.38   1.031   0.211 6   0.052 9   V PV  (V)   12   12   24   24   L (m H)   0.002 5   0.019 6   0.131   0.526   C (mF )   1.38   1.031   0.211   0.052 9     The o utput v ol ta ges of   QZ SC’s a re  giv e in   the Fig ures  (5) - ( 8).           Figure  5. O utput v oltage  of  Q ZSC 1       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    13 68     13 78   1374   Figure   s how the   ou t pu t   volt age  of  Q ZSC 1 .D i nput   V P V1  =12V   [ 2].  A   sam ple  cal cul at ion  of  t he   simulat ion pa r amet ers fo r QZ SC 1   detai le i n sec ti on 3 are  a s foll ow s:     Ca se 1:   V PV1  = 12V ,   V A1   = 16V   Fr om E qua.  ( 8), Boost  factor i s g i ven by t he e xpressi on,     16 1.33 12 O PV V B V = = =   (15)     Also   ( 1 ) ( 1 2 ) D B D = , he nce  D utyrat io   0.198     ( 16)     Fr om  (11 ),   2 1 1 1 2 3 1 2 ( 1 0 . 1 9 8 ) 0 . 1 9 8 0 . 0 1 8 9 0 . 2 5 0 0 2 0 1 0 ( 1 2 0 . 1 9 8 ) L L L m H = = = =     (17)     Using  (14),   11 12 3 2 50 0 0. 19 8 1. 38 0. 03 12 19 .8 6 20 10 C C C m F  = = = =     The val ue  of L f   can  be  cal c ula te usi ng (1 3)  as foll ows:       3 0 . 1 9 8 0 . 5 1 2 0 . 0 0 2 5 2 2 2 0 1 0 L f DR L m H f    (18)      Same  ste ps  to  be   f ollow e f or  c al culat ing   t he   simulat io pa ramet er s   f or  Q ZSC 2,     QZS C a nd QZSC 4.           Figure  6. O utput v oltage  of  Q ZSC 2       Ou t pu wa vefo rm  of  Q ZSC 2   is  show i Fi gure  6.  DC  i nput  from   the   PV   s ource   is  V PV2   =1 2V.   The  dc  outp ut  vo lt age   is  boost ed  to   V B1 32V   with   duty   rati D=0.2 84.   The   w a vefo r s hown  in   Fi gure  7   represe nts  the  Qu asi   s ourc conver te rs  outp ut  w hich  ac ts  as  the  DC  li nk   i nput  to  A M L with  V A2  80V   with  du t y rati o D=0 .38 6.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd an alysis of  a n ov el  q uasi  Sou r ce b as e d asymmet ric  mult il evel  ( Dee pa Sa nkar )   1375       Figure  7. O utput v oltage  of  Q ZSC3,  V A2 = 80V wit h D =  0.3 86       Figure  re pres ents  the  volt ag outp ut  of  Q Z SC4.It   act as  i nput  dc  li nk  vo lt age  to  the  A M L I,   V B2  160 V  with  duty  rati o D=0 .41 1.           Figure  8. O utput v oltage  of  Q ZSC4,  V B2 = 160V w it h D  =  0.411       M O SFET   M   is  con t ro ll ed  by   PWM  a nd  the  switc hi ng   functi on  is  ge ner at e usi ng  M at la [2] .   Q ZSC   is  pro vi ded  with   duty   rati D 1=0.19 8,  D 2= 0.284,  D3 = 0.3 86  a nd  D4 = 0.4 11.  M L is   fe with  re gu la te d   dc  outp ut  of  Q ZSC.  The   ou t put  vo lt age   of  t he  M L is   generate by   ap pl ying  t he  switc hing  sta te s   in   pro per   seq uen ce . F i gure  re presents   the g at sig nals to  t he MOSF ET.           Figure  9. MOS FET s witc hing  sig nals   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele D ri   S ys t,   V ol 11 , N o.   3 Se ptembe 2020   :    13 68     13 78   1376   The  s witc hes  are  tu rn e on  in  pro pe se quence  as  pe th switc hing  se qu e nce  giv e in  Table  1.   Pr ope ca re  s houl be  ta ken  su c that   no ne   of  the   s witc he in  t he  sa me   le c onduct t og et her  as  t he m ay  destr oy   t he  swi tc h.   Fig ure  10  sh ows  31  le vel   ou t pu of   M LI .A lge brai co mb inati on  of   t he  dc  i nputs  ge ner at e   require ou t put  vo lt age   le vel  [2].   It  ge ne rates  31le vels  with   posit ive,  neg at ive  an ze ro  va lues  [ 2].  T he  outp ut   vo lt age  mag nit ud is  240V.  I sh ows  im pro ved   powe qua li ty  with  low  THD   of  2.9 3% The  c urre nt   ou tp ut  sh ows  a sin uso idal sha pe [2 ].           Figure  10. O utp ut  volt age  of  AMLI           Figure  11. L oa c urren wa ve form o f AMLI  for  R l oad       Figure  11  sho ws  the   loa cu rr e nt  wa vefo r with  l oa d.  The  fo ll owin fig ur es   re pr es ents  ha rm onic   sp ect r um   of   outp ut  volt age  and   c urre nt  with  TH D 2.93%  an TH D =2. 9% The  wav e f or m are   near ly   sinu s oid al   with  low T HD  t hereby re duci ng f i lt er r eq uire men ts an d hen ce  cost .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Desig n a nd an alysis of  a n ov el  q uasi  Sou r ce b as e d asymmet ric  mult il evel  ( Dee pa Sa nkar )   1377       Figure  12. O utp ut  volt age  Ha rm on ic  s pect rum           Figure  13. O utp ut c urre nt H a r monic s pectr um       5.   CONCL US I O N   ge ne rali zed  Qu asi   S ourc As ym met ric  M ulti le vel  I nv erter  is  propos ed  in  t he  pap e r The   ci rcu it   desig n,   a naly sis  an sim ulati on   res ults  are  pr esented  i detai to  validat th topolo gy.  QZ netw ork  pro vid es   input  DC  t a sy m metri 31  le vel  in ver te structu re.   T he   ci rcu it   e xh i bits  hi gh  vo lt ag gain   an co nti nuous   input  c urre nt  li ke   co nventio na QZ SI .   Lar ge   ou t pu t   le vel   is  achie ved  wi th  reduce nu mb e of  s witc hes   an input  source s.  It  featu res   lo w   switc hing  los s es  an re du ce dv / dt  stress.  High  qual it outp ut  with  lo w   THD   enab le l ower   filt er  re qu i re ments.  Pro per  DC  li nk  vo lt age  c on t ro s houl be  prov i ded  f or   t he  pract ic al  app li cat io of  t he  ci rc uit  as  di ff e ren in put  s ources  may  i ntrod uce  po we i mb al anc in  t he   ci rcu it Co nti nuous  input  an ou tpu cu rr e nts   ensures  bette co nv e rter  performa nce  making  it   su i ta ble  for  Re ne wab le     energ a pp li cat ion s .       REFERE NCE S   [1]   REN21  Rene wa ble 2019:   Glob al   Stat us  R eport ,   (Paris:   REN2 Secr etari at ),   2 019 .   htt ps: // ww w.re n21. n et /wp - cont en t/ uplo ads/ 2019/05/ gsr_2019_full_re por t_e n . pdf   ( ac c essed  1 Februa ry   2020 )   [2]   D.Sanka r,  C. A .   Babu, "D esign  a nd  an al ysis  of   I mpe dan ce  Sourc b ase As ymmetric  Inv erter  fo r   PV   Appli ca t ion ",  Inte rnational   Jo urnal  of Engi ne e ring a nd  Ad vanced  Techno logy ,   vol. 9,   no.   1,   pp. 1 593 - 1599,   2019   [3]   O.  Hus ev,  F.   Blaabje rg ,   C .   Roncero - Cle m ent e ,   E.  Rome ro - Cad aval,  D.  Vinn ikov,  Y.   P.   Siwakoti  a nd  R.   Strz el e cki,   "Compa rison  of   Impe d ance - Source   Networks  fo Two  and   Mult il ev el  Buck Bo ost  Inve rt er   Applicati ons , "   IE E E   Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol .   31 ,   no .   1 1,   pp .   7564 - 757 9,   2016 .   [4]   J.  Rodriguez,  J.  S.  Lai,   and  F .   Z .   Peng,   “Mult i le v el   inve rt ers:  s urve of  topol og ie s,  cont rols ,   ap pli c at ions, ”  I EEE   Tr ansacti ons on Indus trial   E le c tronic s ,   vo l. 49 ,   no . 4,   pp.   724 738,   2002.   [5]   S.   Kouro,   et   al . , "Rec ent   adva n c es  and  industri a applic at ions  o mul t ilevel  con ver te rs" ,   IEEE  T rans act ions  on   Industrial  E le c tronic s ,   vo l. 57, n o.   8 ,   pp .   2553 - 2 580,   2010 .   [6]   Mahdi  Vij eh,  Mohammad  Re za n ej ad ,   Em ad   Sam ada e i,  Kent   Bertilsson.  " Gen er al   R evi ew   of  Mu lt ilevel  Inv ert ers   Based  on  Main   Submodule s:  Str uct ura Point  of   View ",   IE EE   Tr ansacti ons  on  P ower  El e ct roni c s vol.  34,   no .   1 0,   pp.   9479     9502 2019   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.