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.   7 No .   4 Dec em b er   2 0 1 6 ,   p p .   1 2 9 4 ~ 1 3 0 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 . v7 i 4 . pp 1 2 9 4 - 1308          1294       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   O pen - s w itch  Fault - t o lera n Co nt ro l   o Pow er Conv erte rs in  a  G rid - c o nnect ed  P ho tov o ltaic Sy stem       B .   B o ud j ella l,  T .   B ens li m a ne   L a b o ra to ry   o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   Un iv e rsity   o f   M ’sila,   A l g e ria       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 4 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   No v   1 9 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Dec   1 ,   2 0 1 6       T h is  p a p e p re se n ts  th e   stu d y   o a n   o p e n   sw it c h   f a u lt   to lera n c o n tr o o f   a   g rid - c o n n e c ted   p h o to v o l taic   sy ste m .   T h e   stu d ied   sy ste m   is  b a s e d   o n   t h e   c las sic a DC - DC  b o o st  c o n v e rter   a n d   a   b i d irec ti o n a 6 - p u ls e   DC - A C   c o n v e rter.  T h e   o b jec ti v e   is  t o   p ro v id e   a n   o p e n - sw it c h   f a u lt   d e tec ti o n   m e th o d   a n d   f a u lt - to lera n c o n tro f o b o t h   o f   b o o st  c o n v e rter  a n d   g rid - sid e   c o n v e rter  (G S C)  in   a   g rid - c o n n e c ted   p h o t o v o lt a ic s y ste m .   f a st  fa u lt   d e tec ti o n   m e th o d   a n d   a   re li a b le  fa u lt - to lera n to p o lo g y   a r e   re q u ired   to   e n su re   c o n ti n u it y   o se rv ice ,   a n d   a c h iev e   a   fa ste c o rr e c ti v e   m a in ten a n c e .   In   th is  w o rk ,   th e   m e a n   v a lu e   o f   th e   e rro v o lt a g e is  u se d   a f a u lt   in d ica to f o t h e   G S C,   w h il e ,   f o r   th e   b o o st  c o n v e rter  th e   in d u c to c u rre n f o r m   is   u se d   a fa u lt   in d i c a to r.   T h e   f a u lt - to lera n to p o lo g y   w a a c h iev e d   b y   a d d in g   o n e   re d u n d a n t   sw it c h   to   th e   b o o st  c o n v e rter,  a n d   b y   a d d in g   o n e   re d u n d a n leg   to   th e   G S C.   T h e   re su lt o th e   f a u lt   to lera n c o n tro a re   p re se n ted   a n d   d isc u ss e d   t o   v a li d a te  th e   p ro p o se d   a p p ro a c h   u n d e d if fe re n sc e n a rio s an d   d if fe re n so lar i rra d ian c e s.   K ey w o r d :   DC - A C   t h r ee - p h ase  co n v er ter   DC - DC   p o w er   co n v er ter   Fau lt to ler a n ce   Op en   s w itc h   f au lt   P h o to v o ltaic  ( P V)   Sy s te m   Co p y rig h ©   201 6   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 :   B ilal B o u d j ellal,     L ab o r ato r y   o f   E lec tr ical  E n g in ee r in g ,   Un i v er s it y   o f   M s i la,   Seat  o f   th w i la y o f   M ' s ila,   M' s ila   2 8 0 0 0 ,   A lg er ia.   E m ail:  b ilal.b o u d j ellal@ u n i v - m s i la. d z       1.   I NT RO D UCT I O N   No w ad a y s ,   p h o to v o lta ic  ( P V)   s y s te m s   ar in   an   i n cr ea s i n g   d e m an d   a s   a   r en e w ab le  e n er g y   s o u r ce ,   g iv e n   t h at  t h n at u r al  r eso u r ce s   o f   f o s s il  a n d   n u c lear   f u e ls   ar esti m ated   to   d ec r ea s d r asti ca ll y   i n   th is   ce n tu r y ,   w it h   t h co n s eq u e n t   r aise  o f   t h eir   co s t s .   I n   ad d i tio n ,   th e   n ee d   to   r ed u ce   t h e   p o llu tio n   a n d   th e   en v ir o n m e n tal  co n ce r n s   an d   s u s tai n ab ilit y   p r o b le m s   r elate d   to   an   e n er g y   ec o n o m y   b ased   o n   o il  s u ch   as  t h e   cli m ate  w ar m i n g   [ 1 ] - [ 3 ] .   So lar   en er g y   is   a v ailab le  as  p r ac ticall y   e n d less   s o u r ce ,   w it h   n o   e m is s io n s ,   a n d   w it h   n o   r is k s   f o r   th e n v ir o n m en t.   Du to   r ec e n e f f o r ts   i n   i m p r o v in g   t h p er f o r m an ce ,   an d   i n   r ed u ci n g   d eg r ad atio n   o f   P ce l ls ,   P V   m o d u les  b en e f it  f r o m   h i g h   r eliab ilit y   [ 4 ]   an d   th eir   w ar r an ties   la s at  least  2 0   y ea r s   [ 5 ] .   Fo r   s u ch   r ea s o n s ,   s ev er al  co u n tr ies  h a v alr ea d y   ap p lied   th is   tec h n o lo g y ,   to g et h er   w it h   o t h er   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s   s u c h   a s   th w i n d   an d   h y d r au l ic  g e n er a tio n ,   to   g e n er ate  p ar o f   th e ir   p r esen n ee d s ,   a n d   to   m ee t   th f u t u r en er g y   r eq u ir e m en ts .   C alc u lato r s ,   tr af f ic  lig h ts   a n d   s ig n aliza t io n s ,   w ater   p u m p s ,   an d   w ar n i n g   s y s te m s   ar s o m o f   th m o s co m m o n   s m all - s ize   ap p licatio n s ,   b u t h e y   ar al s o   s u itab le  f o r   h i g h - p o w er   a p p licatio n s   s u c h   as   ce n tr al  p o w er   p lan t s   an d   elec tr if icatio n   o f   r e m o te  ar ea s   [ 3 ] - [ 4 ] .   T h er ar e   th r ee   b asic  ty p es  o f   P s y s te m s g r id - co n n ec t ed ,   s tan d alo n e,   an d   h y b r id   PV  s y s te m s .   T h ey   h av s p ec i f ic  ap p licatio n s   an d   d esi g n   co n ce r n s .   Hi g h - p o w er   ce n tr al  p o w er   p lan ts   w it h   lar g n u m b er   o f   P m o d u le s   i n   h u g ar ea   an d   h o u s e h o ld er   P s y s te m s   a r th m o s t c o m m o n   p r ac tices  to   co n n ec t e lectr ic   p o w er   p r o d u ce d   f r o m   t h P ce lls   to   th g r id .   T h ese  s y s te m s   ar co m p o s ed   o f   m a n y   P m o d u les  ( w h ich   ca n   h av d if f er e n ar r an g e m e n ts ) ,   DC DC   co n v er ter s   w it h   MP PT   c o n tr o l,  an d   in v er ter s .   I n   all  th ese  s y s te m s ,   DC DC   co n v er ter s   h a v m a in   r o le  in   co n d itio n i n g   t h p o w er   p r o d u ce d   b y   th P g en e r ato r .   T h ey   tr ac k   its   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6   1 2 9 4   1 3 0 8   1295   m ax i m u m   p o w er   p o in t ( MP P )   at  an y   cli m atic  co n d itio n s   a n d   lo ad   d em a n d ,   an d   p r o v id th e   p o w er   in ter f ac to   d b u s ,   in   th ca s o f   s tan d alo n ( eith er   o n l y   P o r   h y b r id )   s y s te m s ,   o r   to   a n   in v er ter ,   in   t h ca s o f   g r id   co n n ec ted   s y s te m s .   Ma x i m u m   p o w er   p o in tr ac k in g   ( MPPT )   h as  b ee n   m a in   is s u in   m an y     s tu d ie s   [ 6 ] - [ 1 1 ] .   C o n n ec ti n g   t h r e n e w ab le  en er g y   r eso u r ce s   to   co m m o n   DC   b u s   p r o v id es  s e v er al  ad v an tag e s   a s   h ig h er   e f f icie n c y   an d   r eliab il it y   [ 1 2 ] - [ 1 3 ] .   T h DC   b u s   is   in t er f ac ed   to   th e   u tili t y   g r id   v ia  DC AC   co n v er ter .   Gr id - co n n ec ted   th r ee - p h ase  c o n v er ter s   ar w el d o cu m e n te d   in   liter atu r [ 1 4 ] - [ 1 5 ] .   T h g r id - s id co n v er ter   (G S C)  co n tr o ls   t h D C   b u s   v o ltag a n d   r ea cti v p o w er   tr a n s f er   to   t h u tili t y   g r id   [ 1 2 ] .   T h co n tr o o f   G S i s   b id ir ec tio n al  to   f ac ilit ate  t h f lo w   o f   p o w er   f r o m   th m icr o - g r id   to   u tili t y   a n d   v ice  v er s i n s tead   o f   o n e - w a y   o p er atio n   as in d icate d   in   [ 1 3 ] .   As  in   m an y   o th er   p o w er   ap p li ca tio n s ,   elec tr o l y tic  ca p ac ito r s   an d   p o w er   s w i tch e s   ar th m o s li k el y   co m p o n e n t s   to   f ail  in   p o w e r   co n v er ter s ,   b ec au s th e y   ar ex p o s ed   to   h ig h   m ec h a n ical  a n d   t h er m al     s tr ess e s   [ 1 6 ] - [ 1 7 ] .   A n   ex ce s s   o f   elec tr ical  an d   th er m al  s tr ess es  is   t h m ai n   ca u s f o r   th f ail u r o f   p o w er   s w itc h es,  w h ic h   ca n   b class i f ied   as  o p en - cir cu it  an d   s h o r t - c ir cu it  f a u lt s   [ 1 8 ] .   Sh o r t - cir cu i t   f au lt  p r o tectio n   is   alr ea d y   s ta n d ar d   p r ac tice  in t eg r ated   in   m o s t p o w er   s w i tch e s   d r iv es [ 1 9 ] .   A   f ailu r i n   th DC D C   co n v er ter   w ill  af f ec th w h o le  P s y s te m   a n d   it  m i g h lead   to   its   s to p p ag e,   s in ce   it  i s   d ir ec tl y   co n n ec ted   to   th ar r ay s   [ 4 ] .   Fu r th er m o r e ,   f ailu r i n   th G SC   ca n   en d an g er s   t h o v er all   sy s te m   a n d   lead s   to   it  d is co n n ec t in g   [ 2 0 ] .   Hen ce ,   to   r ed u ce   th f ail u r r ate  an d   to   p r ev en u n s ch ed u led   s h u td o w n ,   r ea l - ti m f a u lt  d ete ctio n ,   is o latio n   a n d   co m p en s a tio n   s ch e m i s   n ec es s ar y   to   e n s u r co n ti n u i t y   o f   s er v ice.   R ec en t l y ,   s ev er al  p ap er s   h av e   s tu d ied   f a u lt  d ia g n o s is   m et h o d s   in   p o w er   elec tr o n ic   co n v er ter s .   Fau l t   d iag n o s i s   i n   th e   p o w er   co n v e r s io n   s tag e   o f   a   g r id - co n n ec te d   P s y s te m   is   p r esen ted   in   [ 3 ] .   A   f a u lt - to ler an t   s tr ateg y   f o r   P DC DC   co n v er ter   is   s tu d ied   in   [ 4 ] .   T h g r id   cu r r en ts   a n d   r o o m ea n   s q u ar cu r r en ts   ar e   u s ed   f o r   o p en - s w itc h   f a u lt - to ler an co n tr o in   g r id - s id co n v er ter   o f   w in d   p o w er   g en er atio n   s y s te m     in   [ 2 0 ] .   A   FP GA - b ased   o p en -   an d   s h o r t - cir c u it  s w itc h   f a u lt  d iag n o s is   f o r   n o n - is o lated   DC DC   co n v er ter s   w a s   p r o p o s ed   in   [ 2 1 ] .   f a u lt s   d ia g n o s is   i n   f i v e - le v el  t h r ee - p h ase   s h u n t   ac ti v p o w er   f ilter   u s in g   o u tp u t   v o ltag e s   to   d eter m i n th o p en   f a u lt  tr an s is to r   is   p r o p o s ed   in   [ 2 2 ] .   f a u lt - to ler an t   DC DC   co n v er ter   to p o lo g y   b ased   o n   r ed u n d an c y   i s   p r o p o s ed   in   [ 2 3 ] .   A   f a u lt  d iag n o s i s   b ased   o n   DC - lin k   c u r r en p u l s s h ap es   o f   Z V DC D C   co n v er ter   is   p r o p o s ed   in   [ 2 4 ] .   A n d   o p en   s w itc h   f a u lt  to ler an s ix - le g s   A C - DC - AC   in   DFI b ased   W E C S is   p r esen ted   in   [ 2 5 ] .   T h is   p ap er   p r esen ts   n e w   d ev elo p ed   ap p r o ac h   f au lt - to ler an co n tr o o f   g r id - co n n ec ted   p h o to v o ltaic  s y s te m .   W ex a m i n th f a u lt - to ler an co n tr o an d   th r esp o n s o f   th P s y s te m   w h e n   an   o p en - s w itc h   f au l h as  o cc u r r ed   in   o n o f   th p o w er   s w itc h es  i n   D C DC   co n v er ter   o r   G SC   co n v er ter .   b r ief   d escr ip tio n   o f   th s y s te m   in c l u d in g   its   m o d elli n g   a n d   co n tr o s tr ateg ies  ar p r esen ted   in   s ec tio n s   2 ,   f o llo w ed   b y   d etailed   e x p la n atio n   o f   t h f a u lt - to ler an t   s tr ate g y   an d   th e   f a u lt - d etec tio n   m et h o d   i n   s ec tio n s   3   a n d   4 ,   r esp ec tiv el y .   T h r esu lt s   o f   th p r o p o s ed   m eth o d o lo g ies   ar p r esen ted   an d   d is c u s s ed   in   s e ctio n   5   to   v alid at e   th p r o p o s ed   ap p r o ac h .       2.   G RI D - CO NNE CT E P H O T O VO L T AIC  SYS T E M   O VE RVI E   T h s tu d ied   s y s te m   i s   s h o w n   in   Fi g u r 1 .   T h P ar r ay   is   c o n n ec ted   t h r o u g h   u n id ir ec ti o n al  b o o s DC - DC   co n v er ter   w it h   m o d u lar   d esig n .   T h is   m o d u lar   c o n v er ter   tr an s f er   t h a v ailab l m ax i m u m   p o w er   g en er ated   b y   P ar r ay   to   DC   b u s .   T h g en er ated   P p o w er   d ep en d s   o n   th s o l ar   ir r ad iatio n   ( S   an d   te m p er atu r ( T ) .   T h DC   b u s   i s   co n n ec ted   to   th u t ilit y   g r id   th r o u g h   b id ir ec ti o n al  6 - p u l s P W M   co n v er ter .           Fig u r 1 .   Gr id - co n n ec ted   p h o t o v o ltaic  s y s te m       2 . 1 .   M o delin g   o f   P ho t o v o lt a ic  So la Cell   Sin g le - d io d an d   t w o - d io d cir cu it  m o d els  ar th m o s w i d ely   u s ed   f o r   th P s o lar   ce ll.  As  th e   s in g le - d io d cir cu it  m o d el  is   ac cu r ate  en o u g h   an d   u s ed   in   m an y   liter at u r [ 3 ] - [ 8 ] - [ 1 2 ]   it  is   ad o p te d   h er e.   T h Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     O p en - s w itch   F a u lt - t o lera n t Co n tr o l   o f P o w er C o n ve r ters   in   a   Gri d - c o n n ec te d     ( B ila l B o u d jella l )   1296   m o d el   d ev elo p ed   f o r   t h P a r r ay   is   s h o w n   i n   Fi g u r 2 ,   it   r ep r esen ts   a   co m p lete  ar r a y   o f   P ce lls   b y   u s in g   a   f e w   eq u i v ale n co m p o n en t s ,   w h ic h   is   co n v e n ie n f o r   f a s t er   s i m u latio n s ,   a n d   g i v es  h i g h   ac c u r ac y   in   th e   b eh av io r   o f   th P p an el s   f o r   d if f er e n t so lar   ir r ad ian ce s .           Fig u r 2 .   E q u iv ale n t c ir cu it o f   s er ies - p ar allel  ar r a y   o f   p h o t o v o ltaic  ce lls       T h I - ch ar ac ter is tic  eq u at io n   o f   t h P ar r ay   is   g i v en   a s :     , [ 1 ] qF n k T N F v R I p p v s p v I N I N I F p v p p h p s a t R N N p s p e   ( 1 )     W h er I ph   is   th p h o to cu r r en t   o f   th ce ll a n d   is   g i v e n   as:     () 1000 G I I T T s c r ph   ( 2 )     T h ce ll r ev er s s atu r atio n   cu r r en t,  I sat   is   g i v e n   as:     3 11 g r qE n n k T T rr r I s a t T Ie T         ( 3 )     T h in v er s s at u r atio n   cu r r en at  th r ef er e n ce   te m p er at u r I rr   is   g i v en   b y :     1 I V R sc o c sh I rr q V n k T o c r e   ( 4 )     T h P ar r ay   is   b a s ed   o n   B P - SX1 5 0   p h o to v o ltaic  m o d u le.   T h P s y s te m   ca n   d eliv er   4 0 kW   to   t h e   g r id   at  th m a x i m u m   s o lar   ir r ad ian ce   ( 1 0 0 0 W / m 2 ).   T h p ar a m eter s   u s ed   i n   t h s i m u latio n   o f   th P ar r a y   ar e   lis ted   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   So lar   ce ll m o d u le  p ar a m eter s   S y mb o l   D e scri p t i o n   V a l u e   G   S o l a r   i r r a d i a n c e   1 0 0 0   W / m 2   Np   N u mb e r   o f   c e l l s i n   p a r a l l e l   34   Ns   N u mb e r   o f   c e l l s i n   se r i e s   5 7 6   I sc   S h o r t   c i r c u i t   c u r r e n t   1 6 1 . 5   A   Vo c   O p e n - c i r c u i t   v o l t a g e   3 4 8   V   Rs   I n t e r n a l   se r i e s re si st a n c e   0 . 0 3 5     Rsh   I n t e r n a l   p a r a l l e l   r e si st a n c e   4   k   Eg   B a n d   e n e r g y   g a p   1 . 1 2   e V   α   T e mp e r a t u r e   c o e f f i c i e n t   o f   I sc   0 . 6 5 × 1 0 - 3   n   I d e a l i t y   f a c t o r   1 . 6 2   k   B o l t z man n   c o n st a n t   1 . 3 8 1 × 1 0 - 2 3   J / K   q   El e c t r o n   c h a r g e   1 . 6 0 2 × 1 0 - 1 9   C   T   T e mp e r a t u r e   o f   t h e   P V   c e l l   2 9 8 . 1 5   ° K   Tr   R e f e r e n c e   t e mp e r a t u r e   2 9 8 . 1 5   ° K   I p v   R a t e d   o u t p u t   c u r r e n t   1 4 7 . 9   A   Vp v   R a t e d   o u t p u t   v o l t a g e   2 7 6     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6   1 2 9 4   1 3 0 8   1297   2 . 2 .   Sin g le - E n ded No n - I s o la t ed  DC DC  Co nv er t er s   Sev er al  to p o lo g ies  o f   D C - D C   co n v er ter s   ar u s ed   i n   cl ass ical  p o w er   elec tr o n ic  ap p licatio n s .     No n - i s o lated   s i n g le - e n d ed   DC - D C   co n v er ter   is   o n f a m il y   o f   D C DC   co n v er ter s   w i tch   i s   c o n s is tin g   o f : b u c k ,   b o o s t,  b u ck - b o o s t,  Ć u k ,   SEP I C ,   an d   d u al  SEP I C   co n v er ter s .   T h ese  co n v er ter s   ar in cr ea s in g l y   b ein g   u s ed   in   in d u s tr ial  ap p licatio n s   s u c h   a s   in   elec tr ic  tr ac tio n ,   elec tr ic   v eh ic les,  r en e w ab le  d s o u r ce s ,   m ac h in to o ls ,     an d   s o m o t h er   ap p licatio n s   in   d is tr ib u ted   d s y s te m s   in   s h ip s ,   air p la n es,  an d   co m p u ter s   a n d   i n   telec o m m u n icatio n s .   Fig u r 3   s h o w s   b o o s co n v e r ter   an d   its   s i g n als.  T h er ar t w o   m o d es  i n   o n s w i tch in g   p e r io d   T   f o r   th b o o s co n v er ter   o p er atin g .   I n   t h f ir s m o d an d   d u r in g   p er io d   o f   DT   th s w itc h   S   is   tu r n ed   o n   a n d   t h e   d io d is   o f f .   C o n s eq u en tl y ,   t h in p u v o ltag i s   ap p lied   ac r o s s   th i n d u c to r   an d   th in d u ct o r   cu r r en i L   r a m p s   u p   lin ea r l y ,   in cr ea s in g   t h en e r g y   s to r ed   in   th i n d u c to r .   I n   th s ec o n d   m o d a n d   d u r in g   p e r io d   o f   ( 1 −D )   T   th s w itc h   S   is   t u r n ed   o f f   an d   t h s to r ed   en er g y   i n   t h in d u cto r   f lo w s   to   t h lo ad   an d   f o r ce s   th d io d to   co n d u ct.   As a  r esu lt,  t h i n d u cto r   cu r r en i L d ec r ea s es .           Fig u r 3 .   ( a)   B o o s t c o n v er ter ,   an d   ( b )   Sig n al s   f o r   b o o s t c o n v er ter       2 . 3 .   Co ntr o l o f   P So urce   T h P o u tp u t   p o w er   d ep en d s   o n   th e   en v ir o n m e n tal   co n d itio n s   s u c h   as   th e   s o lar   ir r a d iatio n   ( S )     an d   te m p er atu r ( T ) .   I n   o r d e r   to   g en er ate  th m a x i m u m   p o w er   f r o m   t h P ar r ay ,   its   D C DC   co n v er ter   is   co n tr o lled   u s i n g   MP P T   c o n tr o tech n o lo g y .   I n   t h is   p a p er ,   P er tu r b   an d   Ob s er v atio n   ( P & O)   co n tr o m e th o d   is   ad o p ted ,   w h ic h   i s   th m o s w i d ely   u s e f u m eth o d   o f   MP P T   co n tr o l [ 6 ] - [ 8 ] .   P & is   a n   iter ati v m eth o d   o f   MP PT   tr ac k in g .   A s   s h o w n   i n   Fi g u r 4 ,   th P ar r ay   o u tp u v o ltag e   V pv   ( n )   a n d   o u tp u t c u r r en t   I pv   a r m ea s u r ed   p er io d icall y   a n d   t h P o u tp u t p o w er   P   ( n )   is   c alcu lated .   T h en   th e   P o u tp u p o w er   a n d   v o ltag e   ar co m p ar ed   w it h   t h at   o f   t h p r ev io u s   s a m p le  p o w er   P   (n - 1)   a n d   v o lta g e s     V   (n - 1) ,   in   o r d er   to   g et  ΔP   an d   ΔV           Fig u r 4 .   Flo w   c h ar t o f   P & a lg o r ith m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     O p en - s w itch   F a u lt - t o lera n t Co n tr o l   o f P o w er C o n ve r ters   in   a   Gri d - c o n n ec te d     ( B ila l B o u d jella l )   1298   T h en   ac co r d in g   to   th s ig n   o f   ΔP   an d   ΔV ,   th r ef er en ce   v o lt ag o f   th co n v er ter   is   ch an g e d   to   tr ac k   M P P   as su m m ar ized   b elo w   [ 9 ] - [ 1 1 ] .   a.   I f   th v al u o f   ΔP   is   ze r o ,   t h s y s te m   i s   w o r k in g   at  MP P   an d   n o   ch an g in   r ef er en c v o ltag is   r eq u ir ed .   b.   I f   th v alu o f   Δ P >0   an d   Δ V> 0 ,   th r ef er en ce   v o lta g is   to   b in cr ea s ed   s o   as to   r ea ch   MP P .   c.   I f   th v alu o f   Δ P >0   an d   Δ V< 0 ,   th r ef er en ce   v o lta g m u s b d ec r ea s ed   to   r ea ch   MPP .   d.   I f   th v alu o f   Δ P <0   an d   Δ V< 0 ,   th r ef er en ce   v o lta g is   to   b in cr ea s ed   to   r ea ch   MP P .   e.   if   t h v al u o f   Δ P <0   an d   Δ V> 0 ,   th r ef er en ce   v o lta g t h is   ti m is   to   b d ec r ea s ed   to   r ea ch   MP P .   T h r esu lted   er r o r   b etw ee n   th r ef er en ce   an d   m ea s u r ed   v o lt ag es  is   m an ip u lated   u s in g   P I   co n tr o ller   to   g en er ate  t h d u t y   c y cle   an d   co n s eq u e n tl y   t h P W g ate  s ig n a g pv   f o r   t h co n v er ter   s w i t ch   as  ill u s tr ated   i n   Fig u r 5 .           Fig u r 5 .   B lo ck   d iag r a m   o f   v o ltag co n tr o l       2 . 4 .   Co ntr o l o f   G rid - Sid Co nv er t er   T h DC   b u s   is   co n n ec ted   to   th u tili t y   t h r o u g h   T h GSC ,   wh ich   i s   co n n ec ted   to   th u t ilit y   th r o u g h   an   R L   f ilter   to   m it i g ate  h ig h   f r eq u en c y   h ar m o n ic s .   T h GSC   is   b ased   o n   r eg u lati n g   th DC   b u s   v o lta g e     an d   co n tr o lli n g   th e   r ea ctiv e   p o w er   t h at  i s   e x ch a n g ed   b et w e en   GS C   a n d   t h g r id .   T h co n tr o o f   th is   co n v er te r   is   ac h ie v e d   b y   tr a n s f o r m i n g   t h t h r ee   p h ase  q u an t ities   to   ( d ,   q )   s y n c h r o n o u s l y   f r a m e,   s o   th at  t h d - a x is   is   alig n ed   w i th   t h s ta to r   f lu x .   S o ,   th f o llo w in g   r elatio n s   ar r esu lted :     0 v fd vv f q f   ( 5 )     T h r o u g h   t h f o llo w i n g   eq u atio n s ,   t h ac tiv p o w er   P f   an d   r ea ctiv p o w er   Q f ,   ca n   b ca lc u la ted :     P v i f f f q Q v i f f f d   ( 6 )     T h ese  eq u atio n s   s h o w   th a i n d ep en d en ac ti v a n d   r ea ctiv p o w er   co n tr o ca n   b ac h ie v ed .   Fig u r 6   s h o w s   t h m o d el  s c h e m o f   t h f ield   o r ien ted   co n tr o l o f   GS C .           Fig u r 6 .   Mo d el  s ch e m o f   G SC   v ec to r   co n tr o l     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6   1 2 9 4   1 3 0 8   1299   3.   F AULT - T O L E RAN T   CO N T RO L   T h s tu d ied   g r id - co n n ec ted   p h o to v o ltaic  s y s te m   co n ta in s   u n id ir ec tio n a b o o s DC DC   co n v er ter   an d   b id ir ec tio n al  6 - p u l s P W co n v er ter   as  it  s h o w s   in   Fig u r 7 .   B o th   o f   t h t w o   co n v er ter s   ar v u l n er ab le   to   s e m ico n d u c to r s   s w i tch e s   f au lts .   T h m o s co m m o n   f ail u r es  i n   s e m ico n d u cto r s   ar o p en - cir c u it  f a u lt s ,   g ati n g   f au l ts ,   an d   s h o r t - cir cu i t   f au lt s .   T h ese  f ailu r es  m a y   h a p p en   d u to   ex ter n al  o r   in ter n al  ev en t s ,   s u c h   as:  in co r r ec g ate  v o ltag e,   d r iv er   f ailu r o r   elec tr ical  o v er   s tr ess   ( v o ltag o r   cu r r en t)   w h i ch   m a y   ap p ea r   b y   elec tr o m ag n etic  p u l s es,  elec tr o s tatic  d is ch ar g e,   s y s te m   tr an s ien t,  an d   li g h tn i n g   [ 1 8 ]   [ 2 4 ]   [ 2 5 ]   [ 2 6 ] .   Fig u r e   s h o w s   t h f au l t - to l er an to p o lo g y   w it h   r ed u n d a n c y   f o r   th s t u d ied   g r id - co n n ec ted   P s y s te m .   T h s w itc h in g   p atter n   f o r   th DC DC   co n v er ter   is   d ef i n ed   b y   P & co n tr o m et h o d   an d   th s w itc h i n g   p atter n s   f o r   t h G SC   ar d ef i n ed   b y   v ec to r   co n tr o s tr ate g y .   I n   h ea lth y   co n d itio n s ,   t h o u tp u ts   o f   t h P & O     an d   v ec to r   co n tr o l a r d ir ec tly   ap p lied   to   th co n v er ter s .           Fig u r 7 .   Fau lt to ler an t c o n v er ter   to p o lo g y   f o r   g r id - co n n ec te d   P s y s te m       3 . 1 .   F a ult - T o lera nt  Co ntr o f o r   t he  B o o s t   DC - DC  Co nv er t er   I f   p o w er   s w i tch   f ail u r o cc u r r ed   in   th DC - D C   co n v er te r ,   th f au lt  d etec tio n   m et h o d   d etec ts   th e   f au lt  o cc u r r en ce   an d   th s w itc h   S pv   w ill  b r ep lace d   w ith   t h r ed u n d an s w i tch   S r .   T h f u s ib le  f pv   is   ad d ed   in   ca s o f   d an g er o u s   c u r r en o cc u r r ed   b y   s h o r t - cir c u i ( S C ) .   I n   s u m m ar y ,   i n   an   o p en - s w it ch   f a u lt  ca s o n   th e   DC - DC   co n v er ter ,   th co m p e n s atio n   is   ac h ie v ed   b y   th f o llo w i n g   s tep s :   1.   Dete ctio n   o f   t h f a u lt,   2.   Sto p   th s w itc h i n g   o r d er s   o f   t h s w itc h   S pv ,   3.   Use th s w itc h i n g   o r d er s   o f   th s w itch   S pv   to   th s w itch   S r ,   4.   Sto p   th f a u lt d etec tio n   s ch e m e.     3 . 2 .   F a ult - T o lera nt  Co ntr o f o r   t he  G rid - Sid Co nv er t er   W h en   f a u lt  o cc u r r ed   in   o n o f   th s e m ico n d u cto r s   o r   d r iv er s   o f   th t h r ee - le g s   o f   th G S C ,   th f au l t   d etec tio n   m et h o d   d etec ts   th f au lt  o cc u r r en ce   a n d   is o lates  t h f au l t y   le g .   T h f a u lt y   leg   w i ll  b th en   r ep lace d   w it h   th e   r ed u n d an t   leg   ( co m p o s ed   o f   t h s w itc h es   S d1   a n d   S d2 ) .   I n   ca s o f   s h o r t - cir cu i f a u lt,  t h e   f a u lt y   leg   is   is o lated   b y   v er y   f ast  ac tin g   f u s e s co n s eq u e n tl y ,   th s h o r t - cir cu it  f au lt  b ec o m es   an   o p e n - c ir cu it.  Fo r   th ese   r ea s o n s ,   o n l y   o p en - s w itc h   f au l w i ll b s tu d ied   f o r   th e   GS C   [ 2 5 ] .   I n   s u m m a r y ,   i n   a n   o p en - s w itc h   f a u lt c a s on  th th r ee - le g s   o f   t h GS C ,   t h co m p e n s at io n   is   ac h ie v ed   b y   t h f o llo w i n g   s tep s :   1.   Dete ctio n   o f   t h f a u lt y   le g   n u m b er   k   ( k =1 ,   2 ,   3 ),   2.   Sto p   th s w itc h i n g   o r d er s   o f   t h t w o   s w itc h i n g   d r i v er s   o f   t h f au l t y   le g ,   3.   T r ig g er   th s u it ed   b id ir ec tio n al  s w itc h   T rk   o f   th f a u lt y   leg   n u m b er   k ,   4.   Use th s w itc h i n g   o r d er s   o f   th f au l t y   le g   to   th r ed u n d an t le g ,   5.   Sto p   th f a u lt d etec tio n   s ch e m e.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     O p en - s w itch   F a u lt - t o lera n t Co n tr o l   o f P o w er C o n ve r ters   in   a   Gri d - c o n n ec te d     ( B ila l B o u d jella l )   1300   4.   F AULT   D E T E C T I O M E T H O DO L O G Y   4 . 1 .   F a ult  Det ec t io M et ho o f   D C - DC  Co nv er t er   T h p r o p o s ed   s w itc h   f au lt  d etec tio n   o f   th b o o s D C - DC   co n v er ter   is   b ased   o n   t h f o r m   o f   t h e   in d u cto r   cu r r en i L ,   w h ich   is   t h s a m f o r   t h n o n - i s o lated   s in g le - e n d ed   DC - DC   co n v er ter s   f a m il y ,   t h is   f au lt   d etec tio n   m eth o d   ca n   b g e n er alize d   to   t h o th er   n o n - i s o lated   s in g le - en d ed   D C - DC   co n v er ter s   f a m il y .     T h p r o p o s ed   f au lt  d etec tio n   m et h o d   d o es  n o r eq u ir a n y   a d d itio n al  cu r r en t   o r   v o lta g s e n s o r s   i n   t h s y s te m ,   w h ic h   is   i n ter esti n g   b ec au s a d d itio n al  s en s o r s   af f ec t t h r eliab ilit y ,   co s t,  an d   w ei g h t o f   t h s y s te m .   As  s h o w n   i n   Fi g u r e   8 ,   th e   f au lt  d etec tio n   m eth o d   i s   b ased   o n   t w o   alg o r it h m s   FD A 1   a n d   F DA 2 .   T h e   f ir s t   al g o r ith m   FD A 1   i s   f ast er   th a n   t h s ec o n d   al g o r ith m   FD A 2 ,   b u t   it   is   les s   r o b u s t   at  d etec ti n g   a n     o p en - s w i tch   f au l ( OSF)  f o r   s o m ca s e s .   Alth o u g h ,   th s ec o n d   alg o r ith m   FD A 2   is   m o r r o b u s an d   ef f ic ien t ,   h o w ev er   it is   n o t a s   f ast a s   th f ir s t a l g o r ith m   FD A 1 .   Fig u r 9   s h o w s   th e   f a u lt   d etec tio n   s ig n als   f o r   t h D C DC   co n v er ter   w h en   an   OS h a s   o cc u r r ed   in   d if f er e n t i m e s   T F1   an d   T F2 ,   w e   ca n   o b s er v t h at  FD A 1   i s   f a s ter   t h an   FD A 2   f o r   t h f ir s f a u lt   ca s ( O SF 1 ) .   Ho w e v er ,   in   t h s ec o n d   ca s ( OSF2 ) ,   FDA 2   i s   f a s ter   th a n   FD A 1   in   d etec ti n g   t h f au l t.  B o th   alg o r ith m s   ar e   d escr ib ed   in   th f o llo w i n g .           Fig u r 8 .   Fau lt d etec tio n   al g o r ith m     f o r   th DC D C   co n v er ter       T h f ir s f a u lt  d etec t io n   al g o r ith m   FD A 1   u s es  th f o r m   o f   th i n d u cto r   c u r r en i L ,   to   b m o r e   ac cu r ate  is   u s e s   th s i g n   o f   t h s lo p o f   i L .   T h s ig n   o f   t h cu r r en s lo p s g n ( d i)   is   co m p u ted   b y   ca lc u lati n g   th d er iv at iv o f   t h i n d u cto r   cu r r en t   i L   an d   t h e n   p ass   it  t h r o u g h   s ig n   b lo ck .   W h en   th s w itc h   S pv   is   t u r n ed   o n   s g n ( g ) = 1 i L   in cr ea s e s   an d   s g n ( d i) = 1 .   W h en   t h s w i tc h   S pv   i s   tu r n ed   o f f   s g n ( g ) = - 1 i L   d ec r ea s es  an d   s g n ( d i) = - 1 .   I f   th t w o   s ig n al s   s g n ( g )   an d   s g n ( d i/d t)   ar d if f er en t th er is   s w itc h   f ai lu r e.   I n   r ea ti m a n d   as  r es u lt  o f   n o n - id ea b eh a v io r   o f   p o w er   s w itc h es  a n d   d ela y s ,   t h s g n ( d i)   w ill  b e   d elay ed   i n   r esp ec to   s g n ( g )   an d   th er r o r   s ig n al  ε”   i s   s et   to   1 ”  as  s h o w n   in   Fi g u r 9 .   Hen ce ,   th p o w er   s e m ico n d u cto r   s w itc h i n g ,   d ela y s   an d   d ea d   ti m es  m u s t o   tak in to   co n s id er atio n   to   av o id   f alse   f au lt   d etec tio n s .   T h er ef o r e,   co u n t er   b lo ck   is   ad d ed   to   ass u r th e   f au lt d etec tio n .   I n   ca s o f   s w itc h   f a u lt,  t h er r o r   s ig n al   ε”   w i ll  b s et  to   1 ”  a n d   t h co u n ter   n   s tar t s   to   co u n t   f o r   en o u g h   ti m to   a s s u r th f a u lt   d etec tio n ,   o th er w is if   th e   er r o r   s ig n al  is   s et  to   0 ”  th e   co u n ter   w il r es et  to   ze r o   0 ”.   I n   ca s e   t h at  t h e   co u n ter   is   g r ea ter   th an   N   it  m ea n s   t h at  s w i tc h   f au lt  o cc u r r ed .   T h co u n tin g   ti m m u s b lo n g er   t h an   t h o v er all  d elay s   ca u s ed   b y   t h s e n s o r s ,   d r iv er s ,   co n tr o l ler s   an d   s w itc h es:     N T T sd    ( 7 )     W h er T s   is   th s a m p li n g   p er i o d   an d   T d   is   th to tal  in h er en d elay .   T h o u g h ,   t h FD A 1   al g o r ith m   is   v er y   f a s a n d   ca n   d etec f au lt  w it h i n   N   s a m p li n g   p er io d ,   h o w e v e r   it  s t ill  d ep en d s   o n   s e v er al  p ar a m eter s   an d   th er ar e   s o m n e ce s s ar y   cr iter ia  m u s t   to   ta k i n to   co n s id er atio n   to   d etec t th f a u lt  s u cc es s f u ll y .   T h ese  cr iter ia  ca n   b s u m m ar iz ed   as:     D T T N T Fs D T N T s    ( 8 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6   1 2 9 4   1 3 0 8   1301   W h er T F   is   th f a u lt  o cc u r r en ce   ti m e.   FD A 1   ca n   d etec th f au lt  s u cc es s f u ll y   if   ( 8 )   ar s i m u lta n eo u s l y   s a tis f ied .   H o w e v er ,   if   t h ese  co n d itio n s   ar n o t   s ati s f ied ,   f a u lt  d etec tio n   w i ll  f ail.     C o n s id er in g   ( 8 ) ,   th OSF   d etec tio n   w il f ail  f o r   s m al v alu e s   o f   D   o r   in   h i g h - f r eq u e n c y   s w i tch i n g .   B ec au s e   o f   th ese  li m i ts   f o r   f au l t d etec tio n ,   s ec o n d   alg o r ith m   FD A 2   i s   p r o p o s ed .           Fig u r 9 .   Fau lt d etec tio n   s ig n a ls   f o r   th D C DC   co n v er ter       T h s ec o n d   f au lt  d etec tio n   al g o r ith m   FD A 2   is   b ases   o n   t h f o r m   o f   th in d u cto r   cu r r en t   i L   as  w ell.   T h er is   t w o   s tate s   o f   t h s w i t ch   g pv   w h ic h   ar s w itc h   tr i g g e d   o n   an d   s w itc h   tr ig g ed   o f f ,   an d   b y   ea ch   p u ls o f   T r ig ”,   th in d u cto r   cu r r en i L   in cr ea s es  o r   d ec r ea s es,  an d   th s lo p s ig n   o f   i L   ch a n g es  b y   e v er y   T r ig   s i g n al s   as  s h o w n   i n   Fig u r 9 .   I f   t h s l o p o f   i L   d o es  n o c h a n g e s   b y   th T r ig   s ig n al s   it   m ea n s   t h at   s w itc h   f ail u r h as   o cc u r r ed .   T h s ec o n d   alg o r ith m   FD A 2   as it  s h o w n   i n   Fi g u r e   8   ca n   b s u m m ar ize   b y   t h f o llo w i n g   s tep s :   1.   Dete ct  th r is i n g   an d   d ec lin in g   ed g T r ig ”  p u ls e;   2.   C h ec k   if   t h s lo p s ig n   o f   i L   ch an g ed   b y   co m p ar in g   t h p r esen i L   s lo p s ig n   w it h   th p r ev io u s   i L   s lo p s ig n ;   3.   I f   th s lo p s ig n   o f   i L   c h an g ed   th en   t h er is   n o   f a u lt a n d   ds   is   s et  to   eq u al  d s g n ;   4.   I f   th s lo p s ig n   o f   i L   d id   n o t c h an g t h en   f au lt h a s   o cc u r r ed   an d   f au lt   i s   s et  to   1 ”.   T h is   alg o r ith m   i s   s lo w er   t h an   th f ir s al g o r ith m ,   h o w e v er   it   ca n   d etec th f a u lt s   in   a n y   c o n d itio n s ,   f o r   an y   D   a n d   an y   s w itc h i n g   f r eq u en c y .     4 . 2 .   F a ult  Det ec t io M et ho o f   G SC   T h o p en - s w itc h   f a u lt  d etec ti o n   o f   D C A C   co n v er ter   i s   b ased   o n   t h m ea n   v al u o f   c o m p ar is o n   b et w ee n   m ea s u r ed   an d   esti m ated   s i m p le  v o ltag e s   ν k   an d   ν k _es   ( k   1 ,   2 ,   3 )   as  illu s tr a ted   in   Fi g u r 1 0 .     T h esti m ated   v o lta g es c a n   b ex p r ess ed   b y :     2 1 1 11 1 2 1 22 3 1 1 2 33 vS V dc vS vS          ( 9 )     T h m ea n   v al u ca lcu lato r   it  is   th s u m   d i v id ed   b y   th co u n ti m e,   in   o th er   w o r d s ,   ad d   u p   all  th e   n u m b er s   ( d ata) ,   th e n   d iv id b y   ti m e.   Ho w ev er ,   i n   r ea ti m an d   ca u s o f   t u r n - o n ,   t u r n - o f f ,   i n ter lo ck   d ea d ,   p r o p ag atio n   ti m an d   ti m g en er ated   b y   th s w itc h es  d r iv er s ,   th v o lta g m ea n   v al u e   er r o r   is   n o n u ll.   T h er ef o r e,   to   av o id   f a ls e   f a u lt  d etec t io n s   d u e   to   p o w er   s e m ico n d u cto r   s w itc h i n g ,   w e   ad d   t w o   s tep s   o f   d etec tio n .   T h f ir s s tep   i s   c alcu lati n g   t h m ea n   v al u o f   th e   v o lta g er r o r   s i g n al  a n d   co m p ar it  w it h   a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     O p en - s w itch   F a u lt - t o lera n t Co n tr o l   o f P o w er C o n ve r ters   in   a   Gri d - c o n n ec te d     ( B ila l B o u d jella l )   1302   th r es h o ld   v al u h   ( T ab le  2 ) .   T h s ec o n d   s tep   is   ti m d ela y   to   a s s u r th f a u lt d etec tio n   it s   d o n b y   co m p ar in g   th t h r es h o ld   t k   w it h   th ti m e   d ela y   v al u τ ,   as  s h o w n   in   Fig u r 1 0 .   T h r esu ltin g   s ig n al  f k   f r o m   t h f au lt  d etec tio n   d iag r a m   i s   u s ed   to   is o late  th f a u lt y   leg   a n d   s tar t t h e   co m p e n s atio n   in   f a u lt c ase.           Fig u r 10 .   B lo ck   d iag r am   o f   t h p r o p o s ed   f au lt d etec tio n       T ab le  2   class if ied   th f a u lt y   s w itc h   d etec tio n   u s in g   ea ch   p h ase  m ea n   v al u t h r es h o ld   v alu e.       T ab le  2 .   Fau lt y   s w i tch   d etec ti o n   th r es h o ld   F a u l t y   s w i t c h   P h a se 1   P h a se 2   P h a se 3   S g 1   >   h   <   h   <   h   S g 2   <   h   >   h   <   h   S g 3   <   h   <   h   >   h   S g 4   <   h   >   h   >   h   S g 5   >   h   <   h   >   h   S g 6   >   h   >   h   <   h       5.   RE SU L T S AN AN AL Y SI S   T h s y s te m   m o d el  w a s   d ev el o p ed   an d   s i m u lated   in   M A T L A B /SIM U L I NK  en v ir o n m e n u s in g   th e   Si m s ca p e   P o w er   S y s te m s   to o lb o x   f o r   v er if y i n g   t h v a lid it y   o f   th p r o p o s ed   f au lt - to ler an s tr ateg y   an d   f au l t - d etec tio n   m eth o d s .   T h s y s te m   p ar a m e ter s   ar g i v en   i n   T ab le  3 .   T h s a m p li n g   p er io d   h a s   b ee n   c h o s e n   to   b e   eq u al  to   1   μ s .   T h p u ls e   w id th   m o d u la tio n   f r eq u e n c y   is   s et   t o   1 0   k Hz   f o r   th e   DC D C   co n v er ter   an d   5   k Hz   f o r   th G SC .   T h GS C   i s   co n n e cted   to   t h r ee - p h a s u til it y   g r id   o f   380  v 50  Hz .   T h n o m i n al  p o w er   o f   P V   s y s te m   is   4 0   k W   at   1 0 0 0   W / m 2   o f   s o lar   ir r ad ian ce   an d   th e   te m p er at u r is   ass u m ed   co n s t an at   th e   r ef er e n ce   v alu e.   Fa u lt d etec tio n   m e th o d s   p ar am eter s   ar N= 4 0 h = 10   an d   τ =1   m s .       T ab le  3 .   Sim u latio n   p ar a m eter s   V a r i a b l e   V a l u e   R p v   1 0   mΩ   L p v   4   mH   C d c   6 0 0 0   µ F   Lf   3   mH   Rf   5   mΩ       T h s o lar   ir r ad iatio n   S   ch an g e s   f r o m   5 0 0   W / m 2   an d   1 0 0 0   W / m 2   as  s h o w n   in   Fig u r 1 1 .             Fig u r 11 .   So lar   ir r ad iatio n   ( S )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 6   1 2 9 4   1 3 0 8   1303   T h o p er atio n   o f   th g r id - co n n ec ted   p h o to v o ltaic  s y s te m   i n clu d es  th r ee   ca s es  o f   s t u d ies,   n o r m al   o p er atio n   m o d e,   an   o p en - s w i t ch   f a u lt o p er atio n   m o d in   b o t h   DC - D C   co n v er ter   an d   GSC .     5 . 1 .   Ca s s t ud y   1 :   No r m a O pera t io M o de   I n   n o r m al  o p er atio n   m o d e,   t h P o u tp u p o w er   P PV   i s   v ar y i n g   b et w ee n   2 0   k W   a n d   4 0   k W   ac co r d in g l y   to   t h v alu e   o f   S .   I ca n   b s ee n   f r o m   Fi g u r 1 2   th at  t h P & O   MP PT   co n tr o m et h o d   h elp s   to   g en er ate  t h m ax i m u m   p o w er   f r o m   t h P ar r ay   b y   co n tr o llin g   t h P o u tp u v o ltag V PV .           Fig u r 12 .   P o u tp u t c u r r en t ( I PV ) ,   P o u tp u t p o w er   ( V PV )   an d   P o u tp u t p o w er   ( P PV )       Fig u r 1 3   s h o w ,   t h g r id   ac tiv p o w er   P f ,   g r id   r ea cti v p o wer   Q f   an d   DC   b u s   v o lta g v dc .   T h v dc   is   w ell   r eg u lated   to   it  r e f er en ce   ( 6 0 0   V )   an d   s a g s   ar ab o u t   3%   ( 1 8   V ) ,   h o w ev er ,   it  d ec r e ases   a n d   i n cr ea s es   in s ta n tl y   w h en   t h P f   in cr ea s es  an d   d ec r ea s es,  r esp ec tiv e l y ,   an d   r ec o v er s   q u ic k l y   b y   th v ec to r   co n tr o l   s tr ateg y .   T h P f   is   v ar y i n g   b et w ee n   - 2 0   k W   an d   - 4 0   k W   ( th m i n u s   s i g n   m ea n s   it’s  g en er ated   p o w er )   ac co r d in g l y   to   t h P o u tp u p o w er   P PV .   T h Q f   is   f i x ed   to   ze r o   v alu e,   to   m ai n tai n   th p o w er   f ac to r   at  u n i t y .           Fig u r 13 .   Gr id   ac tiv p o w er   ( P f ) ,   Gr id   r ea ctiv p o w er   ( Q f a n d   DC   b u s   v o lta g ( v dc )       5 . 2 .   Ca s Study   2 :   DC DC  Co nv er t er   O pen - Sw it ch  F a ult  O p er a t io M o de   Fig u r 1 4   s h o w s   s i m u latio n   r esu lt s   o f   s tu d ied   s y s te m   w h e n   a n   o p en - s w itc h   f a u lt  h as   o cc u r r ed   in   DC - DC   co n v er ter   ( s w itc h   S pv )   at  t=2 . 2 s   w it h o u t   f a u lt - to ler an to p o lo g y .   Af ter   t h s w itc h   f au lt  i s   o cc u r r ed ,   b o th   o f   P o u tp u cu r r e n I PV   an d   P o u tp u p o w er   P PV   ar d r o p s   to   ze r o   0 .   A s   r es u lt,  th D C   b u s   v o ltag e   v dc   d r o p s   as  w ell,   b u r ec o v er s   q u ick l y   b y   G SC .   T h g r id   ac t iv p o w er   P f   b ec o m es  p o s it iv e ,   m ea n in g   th at   t h e   p o w er   f lo w s   f r o m   t h g r id   to   t h DC   b u s .   I n   s u m m ar y ,   w c an   co n cl u d th at  f ail u r in   t h DC - DC   co n v er ter   w il a f f ec t   th e   w h o le  P s y s te m   a n d   lead   to   its   s to p p ag s i n ce   it  is   d ir ec tl y   co n n ec ted   to   t h ar r a y s .   Fi g u r 1 5   s h o w s   th DC D C   co n v er ter   s ig n al s   th a u s ed   to   d etec th e   f a u lt.  T h is   f i g u r p r o v es   th at   th p r o p o s ed   f au l t   d etec tio n   m et h o d   ca n   d etec t   o p en - s w itc h   f a u lt  i n   DC D C   c o n v er ter   ( at  ti m t=2 . 7 0 0 0 4 2 s ) .   Fig u r 1 6   s h o ws   s i m u lat io n   r e s u l ts   f o r   t h s a m f a u lt   w h en   t h p r o p o s ed   f au lt - to ler an to p o lo g y   i s   u s ed .   O n ca n   s ee   t h at   t h e   P s y s te m   ca n   s till   o p er ate  in   n o m i n al  co n d itio n s   ev e n   af ter   o p en - s w itc h   f a u lt  i s   o cc u r r ed   in   DC D C   co n v er ter .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.