Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  6, N o . 3 ,  Sep t em b e r   2015 , pp . 64 8 ~ 65 I S SN : 208 8-8 6 9 4           6 48     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Modelin g and Simulation  of  Cl osed Loop Cont roll ed Paral l el  Cascaded Buck Boost Convert er Inverter Based Solar System       T. Sun dar * ,  S .  S a nk ar **  * Dept. of  EIE,  SCSVMV  University , Kan c hipur am, Tamilnadu,  India    ** Dept. of  EEE, Pani ma la r Instit ut e of  T e c hnol ogy ,  Che n na i,   T a mi l n a du,  Indi Email: sundar_1 51@ y a hoo .co . in , ssankarphd@ yahoo.com       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Apr 27, 2015  Rev i sed  Ju l 25 20 15  Accepted Aug 15, 2015      This Work deals  with design, modeling  and s i m u lation  of par a ll el c a s cad ed   buck boost converter inv e rter based clos ed loop controlled solar sy stem. Two   buck boost con v erters ar e cascaded in  parallel to reduce the r i pple in DC   output.  The DC  from the solar cell  is stepped up  using boost con v erter .  Th output of th e bo ost converter is  converted  to 50 Hz AC using single phase fu ll  bridge inv e rter.  The simulation r e sults of open  lo op and clos ed lo op s y stems  are com p ared . This  paper has  pres ented a s i m u link m odel for clos ed loo p   controlled solar  s y stem.  Par a llel cas caded bu ck  boost converter  is proposed   for solar  s y stem.   Keyword:  B i di rect i onal  i nve rt er   Buck/Boost C o nve rter  DC-d istribu tion  ap p lication s   Max i m u m   pow er poi nt   t r ac ker s   Sim  Powe System   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r T. S u nda r,    Research Sc holar  Depa rt em ent  of El ect r oni c a n Inst rum e nt at ion  E ngi neeri n g ,   SCSVM V  Uni v ersity,   Enat h u r ,  Kanc hi p u ram ,   Tam i l n ad u, I ndi a.    Em ail: sunda r_151@yahoo.co.in      1.   INTRODUCTION   A DC - D C  co n v ert e r i s  a vi t a l  part  o f  al t e rna t i v e and r e ne w a bl e ener gy  co nve rsi o n,  po rt a b l e  de vi ces,   an d m a n y  in dustrial p r o cesses. It is essen tially u s ed   t o  ac h i eve a  reg u l a t e DC   vol t a ge  f r om  an  un re gu l a t e DC  s o u r ce  whi c h m a y  be t h out put   of  a  rect i f i e r o r  a  bat t e r y  or a  sol a r cel l  et c. Ne vert he l e ss, t h vari at i o n  i n   the source is si gni ficant, m a inly because  of  the variation  in th e line voltage, running  out  of a  battery etc ., but   within a speci fied lim i t. Taking all these into accoun t, the  objective is to re gul ate the  voltage at a desired  v a lu e wh ile d e liv ering  to  a wid e ly v a ryin g  load . A DC -D C   swi t c hi n g  re gu l a t o r i s  kno w n  t o  be su peri o r  ove a   linear re gulator m a inly because of its better effici ency and higher  c u rre nt-d rivi ng c a pability. There are  vari ous t o p o l o gi es i n  t h e co n t ext  of DC -DC  con v ert e rs t h e  buc k- b oost  c o nve rt er are  wi del y  used . The  basi ci rcui t  o f   buc k - b o o st  co n v ert e r i s  s h o w n i n   Fi gu re  1. T h out put   v o l t a ge  of a  DC -DC  c o n v e r t e r i s  c o n t rol l e d   b y  op erating  it in  th e clo s ed  l o op , and  alterin g  its MO SFE T (s wi t c h)  gat e  si gnal  acc or di n g l y . It  i s  ba si cal l y   g o v e rn ed  b y  a switch i ng  log i c, th u s  co n s titutin g  a set o f  sub s ystem s  d e p e n d i n g   u pon  th e statu s  (on - o f f) o f  the  switch. In the  well known pulse widt h m odulation (P W M ) technique, the   control is accom p lished by varying  t h e d u t y  rat i o  of a n  e x t e r n a l  fi xed  fre q u e n cy  cl oc k t h ro ug one  o r  m o re  fee dbac k  l o o p s,  w h e n eve r  any   param e t e r vari es. P I  c ont r o l l ers a r e t h e  m o st  wi del y - u se d typ e  of con t roller for i n du strial ap p licatio ns. Th ey  are structurally sim p le and  exhi bit  ro bu st  p e rf or m a n ce ov er a  w i d e  r a n g e  of   op er ati n g cond itio n s . In  the  abse nce of the  com p lete  knowledge of  the process ,  these types of controlle rs are the  most efficient choice s .   Power- Mana gem e nt strategies for a gri d  connected  P V -FC  hy bri d  sy st em  [1] .  Opt i m i zed wi nd  energy   har v est i n g sy st em  usi ng resi st ance em ul at or an d act i v e rect i f i e r fo r w i rel e ss senso r  no des [ 2 ] .  A hy b r i d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S   Vo l.  6, No . 3, Sep t em b e r  2 015  :   64 8 – 656  64 9 cascade c o nve r ter topol ogy  with series -connecte d  symm etrical and asy mme trical diode-clam p ed H-Bridge   cells [3 ].  An efficien h i gh -step - up  in terleav ed  DC -DC co nv erter  with  a  c o mmon active cla m p [4].  Transform e rless gri d  connect ed pow er c o n v erter  fo r P V  sy stem  [5,  6]. Adaptive  fuzzy controlled wind  ener gy  sy st em  [8] .  Di st ri but i on v o l t a ge c ont rol  f o DC   m i crogri d  us i ng st o r e d  en ergy  [ 9 ] .  Pre d i c t i v cont rol l e d  bi - d i r ect i onal  i n ve rt er f o r m i crog ri d a ppl i cat i o n s  [ 10] . C h arac t e ri zat i on a n d   t e st i ng  of a  t o ol  f o r   ph ot o v o l t a i c  p a nel  m odel i n g  [1 1] An al y s i s  an d si m u lati o n  of ch aracteristics and  m a x i m u m  p o w er po in t r acki n g f o r p hot ov ol t a i c  sy st em s [12] . C o m p ari s on  o f   ph ot o v o l t a i c  array  m a xim u m  po wer  p o i n t  t r acki n g   t echni q u es  [1 3 ] . New  Ap p r oa ch t o  P h ot o vol t a i c  Array s  M a xi m u m  Power  Poi n t  T r acki n g  [1 4] . M o del i n g an d   Co n t ro l fo r a Bid i rectio n a l  Bu ck–  Bo ost Cascad e Inv e rter [1 5 ] . A  Mu ltilev e l In verter fo r Ph o t o v o ltaic  Sy st em s wi t h  Fuzzy  L ogi c C ont rol  [ 1 6] . A  Di rect  DC - lin k Bo o s Vo ltag e  PID-lik e Fu zzyCo n t ro l Strat e g y  in  Z-S o u r ce  In ver t er [ 17] A M a xi m u m  Power  Poi n t  T r ac ki n g  of  P V  Sy st em  by  Scal i n g F u zzy  C ont r o l  [ 1 8] A   cl osed  -Lo o p   M a xi m u m  po wer  poi nt  Trac ker  fo r Su wa t t  Phot o v o l t a i c  Panel s  [ 1 9] . Gr i d  - C o nnect e d  B oost - Half-B ridg e Ph o t o v o ltaic Mi cro  inv e rter Syste m  Usin g  Rep e titiv e Cu rren t Con t ro l an d  Max i m u p o wer  poi nt tracking  [20]. Stability  of a boo st converter  fed from  a photovolta ic  source  [21]. Unifie d Approach to  Reliability Assessm ent of Multiphase  DC-DC Conve rters i n  Photovoltaic  Energy Conversio n System s  [22].  Safet y  enha nce d  hi g h  st ep u p  DC - D C  C o n v e r t e r f o r AC  P h ot o vol t a i c  M o dul e A p pl i cat i on  [2 3] . O p t i m i zat i on  and  desi g n   of  a cascade d  DC / D C  C o n v ert e r  Dev o t e d t o   g r i d co nnect e d  p hot ov ol t a i c  Sy st em  [24] . C o n t rol l e design  for i n tegrate d  P V -c onverter m odules  unde partial s h adi n g conditions  [25].  Th e abo v e lite ratu re  d o e n o t  co v e r m o d e llin g  an d  sim u lat i o n  of clo s ed  lo op  con t ro lled b u c k  b o o s t   con v e r t e r i n ve rt er ba sed sy st em . C l osed l o op  pa ral l e l  cas caded  buck boost converter i nve rter system is not   repo rted  i n  th e literatu re. Th is wo rk  aim s  to  d e v e lop  cl o s ed  loop  sim u lin k  m o d e l for  b u ck   b o o s t con v e rter    inve rter base d solar syste m         Fi gu re  1.  Sc he m a t i c  di agram   of  n o n -i s o l a t e d  b u ck - b o o st  c o nve rt er       2.   OPERA T IONA L CIRCU IT FO R BUCK-BOOST  CONVERTER  Th b a sic  p r incip l e of th bu ck–b oo st co nv erter is fairly  si m p le wh ile  in  th On -stat e , th e i n pu t   voltage s o urce  is directly connecte d  to the  induct o r (L ).  This res u lts in accum u lati ng energy in L. In this   stage, t h e ca pa citor s u pplies e n ergy to  th e outp u t  l o ad.  Wh il e in  t h Off-state, th e i n du ctor is conn ected to  the  out put  l o ad  an d ca paci t o r ,  s o  ener gy  i s  t r a n sfe rre f r o m   L to  C an d R. Co m p ar ed  t o  th e bu ck  an d bo o s t   conve r ters, t h e  characteristic s of th e buck–boost  conve rter  are m a in ly  p o l arity of th e ou tpu t  vo ltag e  is  op p o si t e  t o  t h a t  of  t h e i n p u t ;  t h out put  v o l t a ge ca vary   con tin uou sly fr om  0  to  (f or  an   id eal conv er ter) . The  o u t p u t   vo ltag e   r a ng es  fo r  a buck  an d a  b o o s co nv er ter  ar resp ectiv ely 0 to   and      to  The  bu ck a n bo ost  c o n v e r t e rs, t h ope rat i o n  o f  t h e  b u c k -b o o st  i s  be st  un de rst o od  i n   t e rm s of t h e   in du ctor's "reluctan ce" to  allow rap i d ch ang e  in  cu rren t.  From   th e in itial st ate in  wh ich   noth i n g  is ch arg e d  an th e switch  is  o p e n ,  th e curren t throug h the in du ct o r  is  z e ro Whe n  t h e  swi t c h  i s  fi rst  cl ose d , t h bl ocki ng   d i od p r ev en ts cu rren t fro m  flowing  in t o  t h e ri gh t h a nd   sid e  of t h e circu it, so  it m u st all flo w  t h rou g h  t h in du ctor.  Howev e r, sin ce t h e in du ctor do esn ' t lik e rap i d  cu rren t ch an g e it in itial l y k eep s th e curren t   lo b y   d r op p i n g  m o st o f  th e vo ltag e  p r ov id ed  b y  th e sou r ce. Over ti m e , th e in d u c t o r allows th e cu rren t to   slo w ly  i n crease  by  de creasi n g i t s  vo l t a ge dr op . Al so d u ri ng t h i s  t i m e , t h e i ndu ct or st o r es ene r gy  i n  t h e f o r m  of a  m a gnet i c  fi el d.       2. 1. CO NTI N UO US MO DE   If th e cu rren t th rou g h  th e indu ctor  L  ne ve r falls to zero during a comm utation cycle, the  conve r ter is   said  to op erate  in  con tinu o u s   m o d e .   Fro m  t=0  to  t=DT, t h e co nv erter is in   On-St a te, so  t h e switch   S  is close d The  rate of c h ange  in t h in du ctor  cu rr ent ( I L )  i s  t h e r ef o r gi ve by   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Mo del i n g  a n d   Si m u l a t i o of   C l osed  Lo o p  C ont r o l l e d P a r a l l e l  C a scad ed   Buck B o ost  …   (T. Su nda r)  65 0      ………… 1     At th e end   o f  th On-state, the in crease of  I L  is th erefo r   ∆          ………… 2     D  i s  t h dut y  c y cl e. It  re pr ese n t s  t h e  f r act i o n  o f  t h e  com m ut at i on  peri od   T   d u ring   wh ich  t h e switch  is  ON. T h ere f ore  D   ranges between 0 ( S  is n e ver   o n )  an d 1 ( S   is alw a ys on) During  th e Off-state, th e switch   S  is o p e n ,  so  th e ind u c t o r cu rren t fl ows th rou g h  the lo ad . If we  assu m e  zero   vo ltag e   d r op  in  th e d i o d e , an d a cap acit o r larg e enou gh   for its vo ltag e  to  rem a in  co n s tan t , th evol ut i o n  o f   I L  is        3       There f ore,   t h e  vari at i o n of  I L  du rin g   t h e Of f- peri od   is    ∆           1   ………… 4     As  we c o nside r  that t h e c o nverter  ope rates i n  stea dy-state  conditions, t h e  am ount of e n e r gy st ore d  in  each  of its c o m ponents  has  to be  the sam e  at the  begi nni ng and at t h end of a  c o m m utation cycle. As  the   ener gy  i n  an  i n duct o r  i s  gi ven  by      1 2   ………… 5     It is clear that  the value  of  I L   at the end of the off state  m u st  b e  th e sam e   with  th e v a l u e o f   I L  at the   begi nni ng  o f  t h e O n -st a t e , i . e .   t h e s u m  of t h vari at i o ns  of   I L  duri ng the  on  and the  off  states m u st be zero    ∆  ∆  0  ……… 6     Sub s titu tin ∆   and  ∆  b y  th eir  expr ession s yield s     ∆  ∆      1  0  ………… 7     Th is  can  b e  written   as   1  ………… 8   Th is in ret u rn   yield s  th at     ………… 9     Fro m  th e abov e exp r essi o n   it can   b e   ob serv ed  t h at th p o l arity o f  th e ou tpu t   v o ltage is always  n e g a tiv (b ecau s e th e du ty cy cle g o e s fro m   0  to  1 ) , and  th at its  ab so lu te valu e in creases  with  D, th eo retically  u p  to m i n u s  infin ity wh en  D  ap pro ach es 1 .  Ap art  fro m   th po larity,  th is  co nv erter is eith er step-up   (a  b o o s t   con v e r t e r)  o r  st ep- d ow (a  bu ck c o n v e r t e r) Th us i t  i s   nam e d a  b u ck b o o st  co nve rt er.     2. 2. DIS C O N TINU OU S M O DE   In s o m e  cases,  t h e am ount  of  ener gy  re qui re d by  t h e l o a d  i s  sm al l  enoug h  t o  be t r ans f er r e d i n  a t i m e   sm a ller than the whole commutation pe ri od In  th is case, the cu rren t  th roug h  th e indu ctor falls to  zero  du ri n g   part  o f  t h per i od. T h onl y   di ffe re nce i n  t h e p r i n ci pl e d e scri be d ab o v e  i s  t h at  t h e i nduct o r i s  c o m p l e t e l y   discha rge d  at t h e end  of t h comm utation c y cle alt hough  slight; the di fference  has a s t rong e ffect  on the  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S   Vo l.  6, No . 3, Sep t em b e r  2 015  :   64 8 – 656  65 1 o u t p u t   v o ltag e   eq u a tion .   I t  can  b e  calcu lated as f o llow s b e cau se th e inducto r  cur r e n t  at th e b e g i nn ing  o f  th cycle is zero, its m a xim u m  value   at (t=DT)  is        10     Du rin g  t h of f- peri od I L  falls  to  zero  after  δ .T      0 ………… 1 1     Usi n g t h e t w pre v i o us e q uat i ons δ  is      ………… 1 2     The loa d  curre nt   is equal to the avera g diode c u rrent     .Th e   d i od e curren t is equ a l to  th e ind u c t o cu rren t du ri n g  th off-stat e. Th erefore, th ou tpu t   curren t   can  b e  written   as      2 ……… 1 3     R e pl aci ng    and  δ  by t h eir  res p ective expre ssions  yields      2   ………… 1 4     Th erefo r e,  th e o u t p u t  vo ltag e  g a in   can  b e  written   as     2  ………… 1 5     Co m p ared  to  th e exp r essi on  o f  th e ou tpu t  vo ltag e  g a in   for th e co n tinu ous  m o d e , th is ex pressi o n  is  m u ch  m o re com p li cat ed. Furt herm ore, i n  di s c ont i n u o u s  o p e r at i o n ,  t h e o u t p ut  vol t a ge  not   onl y  de pen d o n  t h d u t y cycle,  bu t also   on  th e indu ctor  v a lu e, the in pu v o ltag e  and  th e ou tpu t  curren t The co n v ert e r  ope rat e s i n  d i scont i n u ous  m ode when l o w cu rre nt  i s  draw n by  t h e l o ad , an d i n   cont i n u o u s  m o de at  hi g h er l o ad c u r r e n t  l e vel s . T h e l i m i t bet w ee n di sc ont i n u o u s  an d  cont i n u ous m ode s i s   reache d   when the inductor  c u rrent  falls to ze ro e x actly at  the  end  of the c o mmutation cycle.  In this  case, the   out put  c u rrent     (o u t pu t cu rren t at  th e limit b e tween co n tinuo u s  and   di sco n t i n uo us m odes)  i s  gi ve n by :        2 1  ……… 1 6     R e pl aci ng     by  t h e e x p r essi on   gi ve n i n  t h e  di s c ont i n u o u s  m ode sect i o n y i el ds       2 1 ………… 1 7       As    i s  t h e c u rr ent  at  t h e  l i m it  bet w een  c ont i n u o u s  a n di s c ont i n u o u s  m odes  o f  o p erat i ons ,  i t   sat i s fi es t h e ex pressi o n s o f  b o t h  m odes. T h eref ore ,  usi ng  t h e ex pressi on  of t h o u t p ut  v o l t a ge i n  c ont i n u o u s   m o d e , th p r evio u s  exp r ession  can   b e   written  as:       2  ………… 1 8     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Mo del i n g  a n d   Si m u l a t i o of   C l osed  Lo o p  C ont r o l l e d P a r a l l e l  C a scad ed   Buck B o ost  …   (T. Su nda r)  65 2 Let ' s now  i n t r o duce  t w o m o re n o t a t i ons , t h no rm al i zed vol t a ge,  defi ned  b y   | | . It c o r r es ponds   to  th e g a i n  in   v o ltag e   of th co nv erter, th n o rm alized  cu rren t,  d e fi n e d   by  | |  . The term     is eq ual   to the m a xim u m increase of t h e induct o r c u rrent during a cycle; i.e., the in crease of  t h e inductor  curre nt  with  a duty cycle D=1.  So, in  steady state oper at io n   o f  th e conv erter, th is m ean s th at  | |   eq ual s   0 fo r n o  out put   current, and  for the m a xim u m  cu rren t  the co nv erter can   deliv er.  Usi n t h ese no t a t i ons, we ha v e   i n  co nt i n uo us   m ode  | |    in  d i scon tin uou s m o d e | | | |  ;  The cu rre nt  a t  t h e l i m i t  bet w een c ont i n u ous a n d di sc o n t i n u o u s m ode i s     1 There f ore   t h e   l o c u of   t h l i m it   bet w een   c ont i n u ous   a n d   di scont i n u o u s   m ode i s   gi ve b y                                   | | 1 1     3.   TWO-ST AGE PV INVERTER SYST E M  WITH BOOST-T Y PE  MPPTs  No wa day s , a c o n v e n t i onal  t w o-st a g e co n f i g urat i o n i s   usua l l y  adopt e d  i n   t h e PV i n vert e r  sy st em s.  Each  MPPT is  realized  with a b o o s co nv er te r  to  s t ep  up  the  P V - a rr a y  vo ltage close t o  the specifie d  DC -link  v o ltag e , as show n in  Fi g u r e   2. Th e boo st con v e r t er  is  op erated in  by-pass  m ode whe n  t h e PV-array vol t age is  higher tha n  the DC-link  volt a ge, Ho weve r, since the characteristics of  PV arrays are  different from each   othe r, the i nve rter ope r ated i n  by-pass m o de canno t trac each individua l   m a xim u m  power  poi nt accurately,  and t h e i n vert er su ffe rs f r o m  as hi gh -v ol t a ge st ress as  th e op en   vo ltag e  of th e arrays. To   release th is  li mitatio n ,  an  MPPT to po logy, w h ich  co m b in es bu ck  an d   b o o s t conv er ter s  is p r o p o s ed  in  th is stud y, in w h ich  t h e c ont r o l  al g o ri t h m  fo r t r ac ki n g  m a xim u m  p o we p o i n t s  i s  base d  o n  a  pe rt ur bat i o n a n obs er vat i o n  m e t h o d .   Th e MPPT  will switch  op erat io n  m o d e s b e t w een   bu ck  and   boo st wh en  t h e ou tpu t  vo ltag e  of a PV array is  cl ose t o  t h e   DC - bus  v o l t a g e . The  desi gn ed co nt r o l l e can s w i t c h co nt r o l  l a ws t o   achi e ve sm oot h m ode   tran sitio n and   fu lfill on lin e co nfigu r ation  ch eck fo r t h M PPTs, wh ich  can  b e   eith er sep a rate o r   in  p a rallel   co nn ection ,  to d r aw th e m a x i m u m  p o w er fro m   th e PV  arrays m o re effectiv ely. Ad d ition a lly, a u n i form   cu rren t co n t ro l  sch e m e  is  in tro d u c ed  to  th co n t ro ller to  e qual l y  di st ri b u t e  t h e PV a rray  out put  c u r r ent  t o  t h e   two  MPPTs i n   p a rallel op eratio n.        Fi gu re  2.  C o nv ent i onal  t w o-st age P V  i nve rt e r  sy st em  wi t h  B oost - t y pe M P PTs       To   r e du ce leakag g r ou nd  cu rr en t cir c u l ating th rou g h   PV arr a ys and   gr ound , sev e r a l tr an sf or m e r l ess   i nve rt er t o pol ogi es  were  p r op ose d . E v e n  t h o u g h  t h ey  can achie ve  high efficienc y , they require  m o re  com pone nt s t h an t h e c o n v e n t i onal  f u l l - b r i d ge t o pol ogy Th us, i n  t h i s  st udy , t h e bi di rect i onal  f u l l - bri d g e   i nve rt er i s  o p e r at ed wi t h  bi p o l a r m odul at i o n t o  a voi d l eak age g r o u nd c u r r ent  a nd t o   sav e  po wer c o m pone nt s   wh ile still su stain i n g  co m p arativ ely h i g h  efficien cy to  th ose in . No te th at a fu ll-b r i d g e  i n v e rter op erated  wit h   bi p o l a r m odul a t i on can achi e v e  onl y  l o w f r e que ncy  com m o n - m ode v o l t a ge ( V C M  = ( V dc     V s  )  2), res u l t i ng  in  low  le a k ag g r ou nd  cu rr en t.   To  m a in tain  th DC-b us  v o ltag e  fo r th g r i d -co n n ected in v e rter, th co n t ro ls, su ch as rob u st,  adaptive ,  a nd  fuzzy, we re a d opte d When a d opting these  co n t ro ls  for the stu d i ed  DC -d istribu tio n syste m , a  h eav y step-lo a d  ch an ge at th e DC-bu s  side will cau se h i gh DC-bu s   v o ltag e  v a riatio n  and  flu c t u atio n, an d  th sy st em   m i ght  run a b n o r m a ll y   or d r op i n t o  u n d er o r  o v er  vol t a ge pr ot ect i o n .  B u l k y  DC - b u s  capaci t o rs ca n be   ad op ted  to  in crease th e h o l d-u p  tim e  an d  sup p ress th e fl u c tu atio n  of th e DC-b u s   v o ltage, b u t  it will  in crease  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S   Vo l.  6, No . 3, Sep t em b e r  2 015  :   64 8 – 656  65 3 the size and c o st of t h e syste m  s i gni fican tly. Add itio n a lly, ev en  thou gh  t h er e a r e a p proaches t o  achie ve fa st   DC-b u s  vo ltage d y n a m i cs, the syste m s with   lo ad  con n ected to  th e DC  bu h a v e  no b een  stu d i ed  yet.      4.   SIMULATION RESULTS  Ope n  l o o p   sy st em  wi t h  st ep  chan ge i n  i n so l a t i on i s  s h o w n i n  Fi g u r 3.  Tw buc b o o s t  co nve rt e r s   are connected  in pa rallel to  increase t h power  rating. T h e step cha n ge   in  in pu d u e  t o  in crease i n  the so lar  ener gy  i s  sh o w n i n  Fi gu re  4a. T h o u t p ut  vol t a ge o f   bo ost  co n v ert e r  i s  sh ow n i n  Fi gu re  4b . T h vol t a g e   in cr eases fr o m  32 0V  t o   39 0V. Th A C   o u t pu t vo ltag e  and   lo ad  cur r e n t  are show n in   Figu r e  4 c  and   Figu r e  4d  respectively. It  can  be  seen that the steady  state  err o r  i n  t h out put   v o l t a ge  and  cu rre nt  i s   hi g h er .         Fi gu re  3.  O p e n  l o o p   sy st em         Fi gu re  4a.  I n p u t  Vol t a ge     Fi gu re 4 b . O u t put  V o l t a ge of  B oost   C o nve rt er       Fi gu re 4c.   O u t put  V o l t a ge of  In vert e r     Fi gu re 4 d . O u t put   C u r r e n t   o f  In vert e r     Fig u r e   4 .  Sim u latio n  r e su lts  of  th e op en  loop of  two   bu ck bo o s t  conv er ter s         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Mo del i n g  a n d   Si m u l a t i o of   C l osed  Lo o p  C ont r o l l e d P a r a l l e l  C a scad ed   Buck B o ost  …   (T. Su nda r)  65 4 Th Sim u lin k  d i agr a m  o f  closed  l o op  system   is sh own  in Figu r e  5. Th e D C   ou tpu t  voltag e  of  the  b o o s t con v e rter is sen s ed  and  it is co m p ared   with  t h r e f e r e n ce  vo ltage. Th e er ro r is pr o c essed  u s in g a  PI   cont rol l e r. T h e out p u t  of t h e PI cont rol l e r  i s  used t o  up dat e  t h e pul se  wi dt h ap pl i e d  t o  t h e buc k bo os t   co nv erter. Th e step  ch ang e  in  inp u t   v o ltag e  is sh own   in  Fi g u re  6 a . Th e in pu t vo ltag e  i n creases fro m  1 0 V  t o   1 4 V. Th o u t pu t of t h bo o s co nv erter is  sho w n  i n  Fi gu re  6 b . Th ou tpu t  d e creases and   settles at 2 40V. The  out put   vol t a ge  and c u rre nt  wa vef o rm s are sh ow n i n   Fi g u re  6c an d Fi gu re  4d  res p ect i v el y .  They  are i n pha s e   sin ce th e lo ad  i s  a resistiv e lo ad       Fi gu re 5.   Si m u l i nk  M odel  of  C l osed Lo o p   S y st em           Fi gu re  6a.  I n p u t  Vol t a ge     Fi gu re 6 b . O u t put  V o l t a ge of  t h B o ost   C o n v ert e r       Fi gu re 6c.   O u t put  V o l t a ge of  t h I n vert er       Fi gu re 6 d . O u t put   C u r r e n t   o f  t h I n vert er     Fi gu re  6.  Si m u l a t i on res u l t s   o f  t h e  cl ose d  l o o p   of  t w buc bo ost  c o nve rt ers       5.   CO NCL USI O N   Closed l o op c ont rolled  pa rallel cascaded  buc boos t c o nve rter i nve rte r  system  is s u ccess f ully   m odel l e d and sim u l a t e d usi n g sim  power s y st em . The resul t s  of o p e n  l o o p  an d cl ose d  l o o p  sy st em s are  p r e s en te d.  Th e c l o s ed  loop  s y s t e m  is  capabl e  of  reducing t h e stea dy stat e error.  Th e simu latio n resu lts  are i n   line with the predications . The  closed  sy st em   has ad va nt ages  l i k e im prove d response and reduce d  steady  state  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S   Vo l.  6, No . 3, Sep t em b e r  2 015  :   64 8 – 656  65 5 erro r. Th d i sad v a n t ag of this syste m   is th at it h a li mite d  vo ltag e  trackin g  rang e. Th e co n t ri bu tio n   of th is  work is to  propos e a parallel cascad ed   bu ck  bo ost con v e rter  to  i m p r ov e th e n pow er   r a tin g  and  r e du ce th e   in v e rter inpu t cu rren ripp le.  Th e scop e of th is work  is th e si m u latio n  o f  clo s ed  loo p  con t ro lled  con v e rter-inv erter syste m  with  PI   co n t ro ller. Th e clo s ed  loop  si m u la tio n  using fu zzy con t ro ller  will b e   d o n e  in   fu t u re.       REFERE NC ES   [1]   L.N. Khanh, J.J. Seo,  T.S. Kim  and D.J. W on, “Power Management strategies  for a grid connected PV-FC hy brid   s y s t em ”,   IE EE T r ans. Power De v liv ., vol. 25, no.  3, pp . 1874-188 2, Jul. 2010.  [2]   Y.K. Tan  and S.K. Panda, “Opt i m i zed wind  ener g y  h a rves t i ng s y s t em  us ing res i s t ance  em ula t or  a nd ac tive  re ctif ie for wireless sensor nodes”,  IE EE   T r ans. Power El ectron , vol. 26 no. 1 ,  pp . 38-50 , Jan. 2011.  [3]   A. Nami, F. Zare, A. Ghosh, and  F. Blaabjerg , “A hy brid cas cade conv erter topolog y  with series-conn ected   s y m m e trica l  and  as y m m e trica l  di ode-cl a m p ed H-Bridge ce lls” ,   IE EE T r ans. Power Electron , vol.  26, no. 1, 51–65 ,   Jan. 2011   [4]   S. Dwari and L.  Pars a, “An efficient high-step-up  interleav ed dc –d c conver t er with  common activ e clamp”,  I EEE   T r ans. Power El ectron , vol. 26 no. 1 ,  pp . 66–78 , Jan. 2011.    [5]   J.M. Shen, H.L.  Jou, and J. C. W u , “Novel transf ormerless grid connected  power  converter with n e gative groundin g   for photovoltaic  generation s y stem”,  IE EE T r ans.  Power  El ectron , vol. 27, no. 4, p p . 1818–1829 , A p r. 2012 [6]   T. Ker e kes, R .   Teodorescu , P.  Rodri guez, G.  Vazquez, and  E.  Aldabas ,  “A new high- efficiency  single-ph ase  transformerless  PV inverter  topo log y ”,  IE EE T r a n s. Ind.  El ec tron , vol. 58 , no . 1 ,  p p . 184–191 , Jan .  2011.  [7]   S . V. Araujo, P .  Zach arias ,   and  R. M a llwit z, “ H ighl y   e ffi cien t  s i ngle-phas e  tr ans f or merless inverters for grid- connected  photo voltaic s y stems”,  IEEE   Trans. In d.Electron , vol.  57, no . 9 ,  pp . 31 18–3128, Sep .  2 010.  [8]   M . A. Azzou z   an d A.L.  E l s h afei ,  “ A n adaptiv e f u zz y r e gul ation   of the  dc-bus  vo ltag e  in  wind  en erg y  conv ers i on  s y ste m s” ,  in  Proc. 2010  IEEE   Int. Conf. CC A , pp. 1193–1198.  [9]   H. Kakigano , A. Nishino, Y. M i ura,  a nd T. Ise, “Distribution voltag e  contro l f o r dc microgrid  b y  conv erters of  energ y  s t or ages   cons idering  the  s t ored  energ y ,  in   Proc. 2010  IEEE ECC E , pp. 28 51–2856.  [10]   T . F.  Wu,  K. H .   Sun,  C. L.  K uo,  and C.H. Ch ang ,  “ P redict ive  cur r ent co n t rolled  5 kW single-phase bi-dir ectional  inverter with wide inductance v a ria tion for DC- m icrogrid applications”,  IEEE Trans. Power Electron , vol. 25 , no .   12, pp . 3076–30 84, Dec. 2010.  [11]   F. Adam o, F. Attivissim o , A.  Di Ni sio, and  M. Spadavec c h ia, “ C har act eri zat ion and t e sti ng of a tool f o photovoltaic pan e l modeling”,  I E EE Trans.Instrum. Meas ., vo l. 6 0 , no . 5 ,  pp . 161 3–1622, May   20 11.  [12]   T.C. Yu and T.S. Chien, “Analy si s and sim u lation of chara c te ristics  and maximum power poi nt tracking fo r   photovoltaic s y s t ems”, in Proceedings  of the International Conference on  Power Electronics an d Drive S y stems   (PEDS ’09), pp.  1339–1344, Jan u ar y  2009.  [13]   T.  Esram and P.L. Ch apman, “C ompa rison of ph otovoltaic array   maximum  power   point tracking techniqu es”,  IEEE  Trans. Energy C onvers , vol. 22 no. 2 ,  pp . 439–4 49, Jun. 2007.  [14]   Bram billa . A, G a m b arara .  M, G a rutti . A,  Ronch i . F, “ N ew App r oach  to Photov oltai c  Arra ys M a xim u m  Power  Point Tr acking ,  30th  Annual  IEEE Power Electr onics  Specialists  Conferen ce , Vo l. 2 ,  pp . 632  - 63 7, 1999 [15]   Honglin Zhou,  Shuai Xiao, Geng Yang, Hua Geng, "Mode lin g and Control f o r a Bidirection a l Buck– Boos Cas cade  Inver t er ",  IEEE Transactions on  pow er electronics , Vol.  27, No. 3, March 2012, pp 1401 -1413.  [16]   C. Cecati , F. Ciancet ta,  and P. Siano, "A Multilevel Inve rt er for Photovoltai c  S y s t em s With Fuzzy  Logi c Control " IEEE Transactio ns on  Industrial Electronics , Vol. 57, No. 12 , December 2010 pp 4115-4125.  [17]   X. P.  Ding,  Z. M. Qian,  S.T.  Yang,  B.   Cui, and F . Z. Peng. “A Direct DC-li nk Boo s t Voltage PID-like Fuzzy  Con t r o l   Strateg y  in Z-Source  Inv e rter”,  I EEE , 2008 , pp 405-411.  [18]   Y. H.  Chang and C. Y.  Chang,   "A Maximum  P o wer Point  Tr acking of PV S y stem b y  Scaling   Fuzzy  Control" pres ented  a t   International Mu lti  Conference of  Engineers and Co mputer Scientists , Hong Kong, 2 010.  [19]   Oscar Lopez- Lapena, Mar i Ter e sa Penella,  and  Mane l Gasulla. 2012. “A closed  -Loop Maximum power point  Track er for  S ub  watt P hotovo ltaic Panels”.  IEEE Transactions  on I ndustrial Electronics . 59(3) [20]   Shuai Jiang, Dong Cao, Yuan Li a nd Fang Zheng Peng. 2012. “Grid - Connect ed Boost-Half-Bridge Photovoltaic  Micro inverter Sy stem Using Repetitive Curr en Control and Maximum power p o int tracking ”.  I EEE T r ansactio ns  on power Electr onics . 27(11 ).  [21]   Abdullah Abusorrah, Mohammed. M., Al -Hindawi, Yusuf Al-Turki, Kuntal  Mandal, Damian G i aouris, Soumitr o   Banerjee, Sp y r o s  Voutetakis and  Simira Papadopoulou. 201 3.  “Stability  of  a boost converter fed from  photovoltaic source”.  So lar  en er gy . 98 : 458-471 [22]   Sairaj V .  Dhople, Ali Davoudi, Alej andro   D. Dominguez-Garcia and  Patr ick  L. Ch apman.  2012. “A unified   Approach to Reliability  Assessment of Multiphase  DC-DC  Converters in Photovoltaic En erg y  Conversio S y ste m s” .   I E EE Transactions  on power  Electronics . 27(2) [23]   Shih-Ming Chen , Tsorng  Juu, Liang,  Lung Shen g and Jia nn Fuh  Chen. 2012 . “A  safety   enhan ced   high stepup  DC- DC Converter  fo r AC Photovol taic Module A pplication”.  IEEE Transactions  on po wer electronics . 27(4).  [24]   Stephane vigh etti, jean-Paul f e rr ie ux and Y veslembey e . 2012.  “Optimiza tion and design of a cascad ed DC/DC  Converter  Devoted to  grid conne cted pho tovoltaic  S y stem”.  IEEE Transaction  on  power  el ectr oni c s . 27(4).  [25]   Chong B.V. P a nd Zhang. L. 20 12. “C ontroller  design for integr ated PV-conve rter modules under partial shading   conditions”.  So l a r  ener gy . 92: 1 23-138.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Mo del i n g  a n d   Si m u l a t i o of   C l osed  Lo o p  C ont r o l l e d P a r a l l e l  C a scad ed   Buck B o ost  …   (T. Su nda r)  65 6 BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       T.  Sundar  is  a Res earch S c ho la r in the D e pt.  of  EIE, S C S V M V  Univers i t y , K a n c hipuram . He  is  doing research   in the field of   PV sy stem usi ng Advanced  Instrumentation S y stem. He is  res earch  s c hol ar  in S C S V M V  Univers i t y .  His   are a   of in ter e st is  PV S y stem s and  th e i r Contro l.           S.  San k ar  obtained his B.E Degree in Electr i cal & El ectronics Engineer ing at Sri Venkateswar College  of Eng i neer ing, from   M a dras  Univers i t y  and  M . E ( P ower S y s t em ) Degree  from   Annam a lai Univ ersit y  Chid am ba ram .  He h a s do ne his Ph.D  in the ar ea of FACTS controllers.  His  res ear ch in t e res t s  ar in th e  are a  of  F A CTS and PV s y s t ems. He h a s publis hed pap e rs on  IPFC and Converter.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.