Int ern at i onal  Journ al of  P ower  El ectr on i cs a n Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 Septem be r   2020 , pp.  1398 ~ 1405   IS S N:  20 88 - 8694 DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 3 . pp 1398 - 1405           1398       Journ al h om e page http: // ij pe ds .i aescore.c om   Modeli ng of  si ngl e phase  off - grid inve rter f or small  sta ndalo ne  system  appli cations       Rodney H .   G . T an , Ch ong B oon  Ch uin , Su nil  Govind S ola n ki   Depa rtment  o E le c tri c al a nd  Ele ct roni Eng ineer ing,   UCS Univ e rsity,   Ma la ysi a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb   9 , 2 0 20   Re vised  M a r   31 , 2 0 20   Accepte Apr   21 , 20 20       Thi pape pr ese nts  the   d et a il   ci rcu it ry  mod el i ng  of  single   ph ase   off - grid   inve rt er  for  sm al st anda lon sys te applicat ions.  The  entir model  is  deve lop ed  in   MA TL AB/S im uli n pla tfo rm  usin ci r cui try   mod el .   Thi off   grid  inv ert er   con sists   of  a   high  fr eque n cy   DC - DC  step  up   conv erter  c asc ad e d   with  fu ll  bridg PI   control   voltage   source   inv er te r   using  SP WM   modu la t ion   with  LC   fi lt er   to   produc sin w ave   ou tput.  Thi is  a   common  d esign  used   i n   ma ny  sm al l   co mm er ci a off - gr id  inv ert er .   This   off - grid  inve rt er  mod e l   i s   ca pab le   to  produ ce   AC  sinewave  output   voltage  at   230  50  Hz  up  to  k W   power  from   4 DC  lead  acid  ba tt ery   sourc e.   The  AC  sine   wave   outpu t   wave form   a chi e ved  vo lt ag T ota l   Harm on ic  Distorti on  ( THD)  of  le ss   tha n   %   which   is  a lm ost   a   pur sin e   wav e .   The  conv ersion   ef ficien cy   per forma n ce  of   th of f - grid   inv ert er   ac hi eve d   mor th an  94   % .     The  per for ma n c of   the  mode l   is   va li da te d   b re al  com m ercia l   off - gr id   inve rt er.  The  p erf orma n ce  vali dat ion   expe r ime nt  show tha t   t he  off - grid   inve rt er  Simu li n mode conv er sion  eff i ci en cy  and  THD  p erf o rma nc are  com par abl e   to   t he  com m erc i al  off - grid  inve rt er .   Thi mode l   co ntri bute s   to   assist  smal to  m edi um  st anda lon sys te lo ad  an bat t ery   sizi ng   design  with   gre ater ac cu rac y .   Ke yw or d s :   Off - gr i in ve rter   Comme rical   in ver te r   Stand al on e  s yst em   Photo vo lt ai c s ys te m   Ba tt ery  s ys te m   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in Aut h or :   Rodne y H. G.   Tan,    Dep a rteme nt   of Elec tric al  and  Elec tro nic E nginee rin g,   UCSI U niv e rsi ty,   No.1, Jala n Me nar a  G a ding,  T aman  C onna ug ht, 560 00 Kual a Lump ur,  M al aysia.   Emai l:  r od ney t an@ucsiu niv e r sit y. ed u.my       1.   INTROD U CTION   In   t he  pa st  de cade  s olar  phot ovoltai ren e wab le   e nerg has  gaine an  expo nen ti al   gr ow t ar ound     the  globe   up   to   18 G W   insta ll ed  w orl dwide   as   of   the   en of  2018  [ 1] .   T he  is   because   t he  e ase  of  i ns t al la ti on   and  le ss   maint enan ce   du e   to   no  m ovin pa r involve i t he   ph otovo lt ai sy ste m,   beside that,   the   c os of  the   photov oltai sy ste has   bee reduce si gnific antly  th r oughout  the   yea r are  t hat  maj or  facto rs   that   fa vour   photov oltai sy ste as  popula c ho ic es  i the  ren e wa ble  ene rgy  in du st ry.  P ow e r   inv e rter  i a   power  el ect ro nics   c onve rter   that   co nv e rts   DC   in put  volt age  t AC  outp ut  vo l ta ge  with   co nt ro ll ed   ou t pu t   vo lt age   mag nitud e   a nd  fr e quenc y.  T he  in ve rter  pl ays  a im port ant  r ole  in   th re new a ble  e nerg c hain,  it   is  an   ind is pen sa ble  par ts   of  so la r   photov olta ic   and  batte ry  en e rgy  stora ge   s yst em.  Inve rter  has  basical ly   di vid ed   into th ree  disti nct cat eg or ie s,   there a re  gr id  c onnected  in vert er,  off - gr id  in ver te r  and  On / Off Grid  Tie I nverter Each  in ve rter  has  the re  a re  own  c halle nge s.  T he  off - gr i in ver te bas ic a ll us es  i sta nd al one  s ys te m,    the  main  c halle ng e are  to  ste up  lo DC  ba tt ery   volt age  t AC  s uppl volt age  le vel  in  ei ther  sin gle  or   three   ph a se.  It  m us t   be  capa ble  to   mainta in  the  AC  outp ut  volt age  mag nitu de   and   fr e quenc un der   var i ous  load   conditi ons   within   it   rate powe ca pacit y.  O the   oth er   hand,  the   gri c onnect ed  i nv e rter   re qu i re s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow  Ele & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Mo deling of si ng le   phase   off - gr id  inverte r f or sm all sta ndal on e  system  ap pl ic ation (R odne y H . G. T an )   1399   the  s ynch roniz at ion   of  phase,   f reque ncy  a nd  ma gn it ude   wi th  the   util it gri i ei ther   si ng le   or  t hr ee   phase.   Ap a rt  of  gri s yn c hro nizat ion,  it   is  al so   requ ired  to  c on t ro the  delive ry   of  real  and   reacti ve  po wer   as  w el as  ride   th rou gh  ca pab il it duri ng   fa ult.   It   m us al so   be   ca pab l to   disco nnect   it sel from   t he   gri w hen  isl a nd i ng  even occ urred.  Last ly,  t he  O n/Off  Tie   i nv e rter  is  ca pab le   of   operates  i bo t isl an de and  gri c onne ct ed   conditi ons  of  micro gr i d.   T he   earli est   wr it te rec ord  of  th te rm  “i nv e rte r”  can  be  trace bac to  1925   wh e D. C.   P rince  pu blishe a a rtic le   entit le “T he  Inve rter”  i GE   Re vie w.  Howe ver,  the   i dea  of  c onve rting  DC  to  AC   ex per i ment  was  pro pose an car ryou by   Alexa nders on  f rom  G in  1920,  bac the he  cal le this   process  “i nv e rt ed  recti ficat io n” Pr i nce  a pp ea rs  to  ha ve  been  bor rowin Ale xande rson  e xp ressio of   “i nv erter  recti ficat ion ”  and  create sin gle  E ng l ish - la ng uag e   word  in ve rter   that  has  be en  us e si nc the   ti ll  p resen da y [ 2] .     Off - gr i i nvert er  basical ly   co ns ist of  sta ge of  c onve rter t he  DC   to   DC   volt age   ste up  co nverter   and   DC  to   AC   inv e rter  with  vo lt age   PI   co nt ro a nd   LC  filt er  to  pro du ce  s ine  wa ve  ou t put.  Eac sta ge   has  it s   own  c halle nge an t her e   are   ma ny  w orks   of  li te ratur e   ha bee publis he t a ddress   these  c halle nge an researc ga f or  the   off - gr i i nv e rter.   F or  th first   sta ge t he   DC   to   DC   vo lt age  ste up   c onve rsion  is   ca rryout  us in t he  pu s h - pull   co nverter   topolo gy  t hro ugh  a   hi gh  f re qu e nc ste up  tra nsfo rme and  recti ficat io n.   The   high  f reque ncy  pu s h - pull   co nverter  t opolog has  bee c ommo nly   us e as  the  first  sta ges  f or   ma ny   s mall   to  medium  co mm ercial   off - gr i inv e rter  de sig n.  The  c halle ng es  are  to  ste up  the  lo batte ry   DC  volt age  le vel  with  minim um  lo sses,   lo w   f oo t pr i nt  a nd  wei gh t   of  t he   co mpo nen ts .   Th ere   are   li te ratur e pro posed  an   interl eavin push - pu ll   co nve rter   w hich   ca pr oduce   hi gh   out pu t   volt ag f rom   ve ry  lo w   batte r volt age  input.  T he  inte rleave pus h - pull   co nv e rter  is   com bin at io of   mu lt iple  push - pull   co nv e rters  with   tran sf orme r   seco nd a ry   recti fier  co nnect ed  in  series  f or   ac hieving  the  de sired  ou t pu volt age  le vel  [3 - 4].  The  s hortc om in is  the  cost,  f oo tprin an weigh of   this  inte rleave pus h - pull   will   increas with  the  nu mb e of  trans f ormers switc hing  de vices  an recti fiers.  A no t her   li t eratur e   pr opose to   sim plify   the  entire   off - gri i nv e rter  by  us in on l one  sta ge   of  push - pu ll   i nv e rter   to  ste up  t he  volt ag at   s witc hing   f reque ncy  of  50  o r   60  Hz.  This  sign ific a ntly  in creases  the  siz and   weig ht  of  the  tra ns f orm er  an the  AC  ou t pu wav e f orm  is  highly  dis torted   and  no  lo ng e r   sine  wav e   [ 5 - 6].  The re  a re  ot her  ap proac hes   by  util iz ing   sing le   or  dual   D C - DC  boos t   co nv e rter   topolo gy  to  ste the  bat te r volt age  to  t he  de sired  volt age  le vel  in  place  of   push - pu ll   to po l ogy  [7 - 11].  This   appr oach   re duces  the  us of   ste up  tra nsfo rmer  an recti f ie sta ge.   H owever   it   s uffer s   from  l ow   e ff ic ie nc and   volt age  m agn it ude  sta bili ty  to  ste up  batte ry   12   to  35 0   a nd   a bove.   T he  sec ond  sta ge  is  th DC  to   AC  in ve rter  wh e re  H - Brid ge  t opolog with  ei the MOSFE or  I G BT  switc hi ng  de vices  is   c om m onl util iz ed.   Si nuso i dal  Pu lse   Width  Modula ti on   (SPW M)  is  us to  switc the  H - Bri dge  with  LC  filt er  to  pro du ce   sine w ave  A ou t pu wavef orm  [12 - 13].  A   P fe edb ac co ntr ol  is  util iz ed  f or  volt age  or  c urre nt  con t ro l.   T her e   is  li te ratur propose t ha ve   very  high  switc hing  fr e quenc of  100  kH z   f or  the   pu sh - pull   inv e rter  to   ste up  the  volt age  fo ll owe by  20  kH z   S PWM  s witc hi ng  f reque ncy  to  s witc t he  H - Bri dge  [14].  H oweve r PI   fee db ac con t ro was  not  inclu de in   the  off - gri i nv e rter  desig and  hi gh   s wi tc hin fr e qu e nc s uf fer   fro high  s witc hing  l os ses.   T he  off - gri i nverte fe ed bac c on t ro present ed  i   the  li te ratur es  [ 15 - 19]  ass um e c on sta nt  vo lt age  source  a nd  m ulti - le vel  DC  li nk   [ 20 - 21]  is  s uppl to  the  H - Bridg e   w hich  do e not  re fle ct   the  act ual  inv e rter  operati on   with  batte r y.   T he  i nv e rter  H - Brid ge  pla nt  an sy ste m t rack i ng  respo ns were n ot d isc us s  for t he PI c ontr ol le r desig n [22 - 27].   In  summa ry  th ab ov e   li te ratur es   la ck  of  pe rformance   anal ys is  incl ud i ng  conve rsion  e ff i ci ency ,   total   harmo nic  disto rtion  an valid at ion   with  ref e ren ce   to  c omm ercial   off - gri inv e rter.  The   modeli ng  detai ls  are   no prov i ded   t ma ke  simula ti on   re pro du ci ble.  This  pa pe inten de to  pr ese nt  the  m odel ing   of   c omplet sing le   phase   of f - gr i in ve rter  commo nly  im plements   in   co mmercial   i nv e rter.   It  c onsist   of  DC - DC  20  kHz   high  f re qu e nc ste up  c onve rter  a nd  a   H - B rid ge  in ver te r   with  500  Hz  SP W M   a nd   volt age  P   feedbac c on t r ol.       2.   RESEA R CH MET HO D   The  e ntire  off - gr i in ver te model  is  de velop e us in MATL AB/Si mu l ink   platfo rm  w it Simscape   Ele ct rical   blo c ks et s .   The   c omplet ed   m od e is  the te ste a nd  sim ulate   un der  Sim ulink  en vir onme nt  f or   performa nce  a nalysis.  The  c omplet over vie of  the  off - gr id  inv e rter  model  in  Sim ulin is  sho wn   i Figure  1.     It  c onsist of  batte ry  sou r ce,  DC - DC  ste up  co nverter ,   fu ll   br i dg e   in ve rter  with  vo lt age  P c on t ro and  resist ive  loa d.   This  is  the  c ommo desig us f or  ma ny  s mall   to  medi um  co mmercial   off - gr i in ve rter.  T he   batte ry  m od el   i directl obta ined   f rom  Sim ul ink   Sim scape   Ele ct rical   blo c ks et   li br a r a nd  resist ive  el eme nt  is  us e to   re present  the   in vert er  loa by  set ti ng   it resist an ce  value T he  off - gr i in ve rter  m odel   is  ca pab le   o f   conve rting  48  VD from   a   batte r s ource   to  23 VA 50  Hz  up  to   kW  po wer  rat ing .   The   f ollo wing   sect ion s e xpla in the  circ uitry  model i n d et ai ls.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele Dr i   S ys t ,   V ol 1 1 , N o.   3 Se ptembe r   2020   :    13 98     14 05   1400       Figure  1.  The  c omplet e over vi ew of  the  off - gri i nv e rter  model i n Si mu li nk       2.1.   DC - D step   Up   c onver ter   The  DC - DC  st ep  up  c onver te ste ps  u t he  ba tt ery   sou rce  48  V DC  to 4 00 V DC.  The  DC - DC  ste up   conve rter  util iz es  the  high   f re qu e nc push - pull   co nverter   to  c onve rts  the   batte ry  s ource  48  V DC  t 48  VA C   at   20  kH z   a nd  ste up  t hro ugh  high   f requen c tran sf orme t 400  V AC  a nd  the r ect ifie it   ba ck   to  400   VD C.   T he   deta il   ci rcu it r model  of  the   DC - DC  ste up   co nv e rter   sect io is  s how in   Fi gure   2.  The   push - pull   conve rter   us es   two  M OSFET   switc hes   ar range  i pus h - pu ll   to po l ogy  c onne ct   to   the   cente ta high   f reque nc trans forme r.   T he  MOSFE R on   is  set   to  0.05  Ω.   The   MOSFE is  swit ch  by  pulse   gen e rato with   20  kHz  switc hing   f requen c at   50%  du t c ycle.   T he   N OT   blo c pro vid e   the   1’ c ompleme nt   ou t pu t   of   the   pu lse   gen e rato r.   T he   two  MOSFE in  the  push - pu ll   to polo gy   i switc i c ompleme nta ry   man ner   t pus an pu ll   t he  c urre nt  th rou gh  the   center   ta tr ansfo rmer  to   pro du ce   20   kHz  AC  outp ut.  T he  2000  μ in put   capaci tor  ser ve to  sm ooth  out  the  in r us c urren t the  tr ansfo rmer  duri ng   switc hi ng.  The  high  f re quenc cen te r   ta tra ns f ormer   nom inal  po wer  a nd  f re qu e nc is  set   to   kV a nd  20  kHz  res pec ti vely.     The  mag netiz at ion   resist ance  and  in du ct a nce   of  the   hi gh  f re qu e nc ste up  trans f or me is  set   at   5000  a nd   500   pu   res pecti vely.   By  ta king  a ccount  of  the  vo lt age  dro a c ro ss  t he  MOS FET  duri ng   s witc hing  both  pr ima ry   windin a nd  t hat  f orm  t he  ce nter  ta i set   to  46  Vrms.  T he  seco ndar windin is  set   at   40 V rms.     The  high  fr e quenc t ran s f ormer  si gn i ficant ly  re duces  it phys ic al   f ootp r int  an weig ht   com pa red  wit lo fr e qu e nc tra nsfo rme with  simi la powe r   rati ng.  T his  i ve ry  imp ort ant  crit eria  f or   off - gri i nverter  hard war e im pl ementat io n.           Figure  2.  DC - DC step  up c onve rter ci rcu it   in Sim ulink   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow  Ele & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Mo deling of si ng le   phase   off - gr id  inverte r f or sm all sta ndal on e  system  ap pl ic ation (R odne y H . G. T an )   1401   2.2.   Full   bridge  in vert er   wit volta ge  PI   co nt r ol   The  f ull  bri dg in ver te r   c onver ts   the   DC   ou t pu t   volt age   f rom  t he  fu ll   br i dg e   recti fier   to   AC   sin e   wav e   ou t pu t.   The   f ull  bri dg in ver te r   with   volt age   P c ontr ol  in   Sim ulink  is  sho wn  i Fig ur e   3.  T he  fu ll   br i dg e   in ver te r   is  impleme nt ed  us in th un i ver sal   bri dge  blo c fro m   the  Sim ulin Simsca pe  Ele ct rical  blo c ks et   li br a r y.   In  the  unive rsal  bri dge  bloc k,   t he  numb e r   of  the  bri dge  i set   to  a nd  the  power  el ect ronic   dev ic is  set   to   MOSFE s t hat  the  univer s al   blo c will   config ur e   as  fou M OSFETs   H - Brid ge  ci rc uit.  The   H - Bri dge  is  switc an dr i ven   by  Sin uso idal  Pu lse   Wi dth   M od ulati on  (SPW M).  T he  SP W M   m odulato carrier   f reque nc is  set   to  500  Hz.  T he  outp ut   of  the   H - Brid ge  is  t hen  filt er ed  th r ough  a   L low  pa ss  filt er  to   pro du ce   a   sine   wav e   ou t pu t   w avefor m.   T he  LC  lo pass   fi lt er  is  desig ne bas ed   on   butt e rwor t filt er  de sign.  The  i nducto a nd  capaci t or   a r set   to  0.1  a nd  10 μF   res pe ct ively.  T he  outp ut  r ms  vo lt a ge  of  the  i nv e rter  is   then   fe bac t a   P I   co ntr oller.   Th ref e re nc volt age   for  t he  PI  c on t ro ll e is   set   t 23 Vrms.   T he  outpu t   of   the P c on tr oll er is  fed to t he SPW M   m odul at or  t hroug h 2 - Level P W M   G ener at or   bloc k.             Figure  3.  F ull br i dg e  in ver te r  w it h v oltage P c on tr ol circ ui t i Sim ulin k       The  P c on tr ol le gain  was  de te rmin e by  t he  tra ns fe f un ct ion   tu ning   m et hod  a vaila ble  in  the  P I D   blo c k.   T he  H - Bridg e   in ver te r   plant  m odel   w as  identifie w it the  data  dri ven  meth od.  T wo   seco nds  of   inp ut   and  ou t pu dat we re  sim ulate for  model  i den ti ficat io n.  With  t he  a vaila bili ty  of  t he  si ng le   pole   plant   m od el ,   the PI  c on tr oller w as t uned  t o t rack  as cl os as possible  with the pla nt  res pons [28 ].   With that in mi nd,  the P I   con t ro ll er  Kp   and   Ki  we re  s et   to  0.004 a nd   0.0 288  re spe ct ively.  T he  tracki ng   perf ormance  ac hieve with   al mo st  no  over sh oot  a nd  at ta inin set tl ing  ti m of   0.4 s.   The  i den ti fie plant  model  tr ansf e functi on   an tun e trac king  respo ns e a re sh own  i Fi gure  4.         (a)   (b)     Figure  4.  Plant   model t ra nsfer  fun ct io (a) an tu ne trac king  respo ns (b)       The  volt age  T otal  Ha rm on ic   Disto rtio (T HD)  is   the  m os im portant  ind ic at or  to   quantif a ny   inv e rter  AC  outp ut  wa ve for with   res pec to  ideal   pure   sinewa ve T he   TH delive red   fro the   gr i is   stric tl gove r ne by   el ect rica util it ie aro und  the  world I g ene ral,  the   inv e rter  volt age   TH ha to  be   le ss  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele Dr i   S ys t ,   V ol 1 1 , N o.   3 Se ptembe r   2020   :    13 98     14 05   1402   than  5%  f r om  IEC  or  I EEE   sta nd a rd   pe rs pecti ve  to  be  consi der e acc eptable  [ 29 - 30 ].   M at hem at ic al ly  the  vo lt age   T otal  Harmo nic  Distortio ca be  determi ned  in  (1)  wh e re  V   is   the  vo lt a ge  m agn it ude  an n   is  th e   h ar monic  order.     2 2 2 1 n n v V T H D V = =     ( 1)       The  insta ntane ou outp ut  vol ta ge  TH me asur e ment  pro vid es  quic ind ic at io of  the  in ver te r   ou t pu wav e f orm p e rformance It is co mputes  b t he  T HD   bl ock   base d on   ( 1)  as  sho wn  i n Fi gure  3.  T he THD   blo c is  fe in   from  t he  volt age  measu reme nt  bl oc ta ke at   the  ou t pu t   of  the   in ver te r.   Since  t he  T HD  bloc k   on l y ou t pu fro m 0 to  1 so  a  ga in b l ock w it h 100 is  r e qu i red to c onve rt it  to  p e rcen ta ge.       3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   The   co mp le te off - gri in ve rter  m od el   is  sim ulate i Sim ulink  e nv iro nm e nt  for  performa nce   a nalysis.   Th Simuli nk  c onfi gurati on  is  the   mo st  im porta nt  aspect  t e nsure   the  te st  a nd  simulat io can  be  execu te su cc essfu ll y.  The   Simuli nk  co nf i gurati on  set up   is  c onfig ured   to   ode 23tb   (St iff/TR - BDF 2)   s olv er   with  var ia ble  ste p.   T he   sim ulati on  ty pe  is   set   to  discret with   sam pl ti me  of  2.5   μs  pe sa mp l e.  T he  fo ll owin sect ion s   detai ou the   pe rform ance  anal ys is  of  the   m odel   includi ng  outp ut  vo lt a ge  t ra ckin respo ns e a nd i nv e rter e ff ic ie nc y per forma nc e v al idati on  wi th a c om m erci al  o f f - gr i in ve rter.     3.1.   Ou tput   volt ag e tr ackin s tabil ity   The  out pu vol ta ge  tracki ng   de te rmin es  the  off - gr i in ver t er  model  out put  volt age  sta bi li ty  and   the   performa nce  of  the   tu ne P con t ro ll er   to  m ai ntain  the   set   ou t pu t   volt age   le vel  of  230  V .   Fig ur e   s how the   off - gr i in ve rt er  m odel   outp ut  volt age   ma gn it ude   tracki ng  sta bili ty.   It   can   be   cl earl see t hat  th PI   con t ro ll er  a re  a ble  to  trac the   ou t pu vo lt age   betwee 22 7.2   an 23 2.9  V,   wh ic are  - 1.22   a nd  +1 .26  of  230  V   re sp e ct ively.   I sum mar y,  the   tu ne PI  c on tr oller   a re   a ble  to   tra ck  at   the   a ver a ge  outp ut  volt age  of   230.4 V i le ss  than 0 .5 s  with ou t a ny  ov e rs hoot.           Figure  5.  O ffgri in ver te r  m odel  outp ut  vo lt age trac king st abili ty       3.2.   Model   per fo r man ce  vali dat ion  with com merc ial i nv er t er   To  validat e   t he   pe rforman ce   of   t his  Sim ul ink  m od el   is  c ompara ble  with  t he  c ommer ci al   off - gr i inv e rter.  co mmercial   off - gri in ver te is  set up   with  48  V DC  batte r sou rce  an va rio us  AC  loa ds   is  s how in  Fi gure   6.  The   co mme rcial   off - gri in ver te r   us e   f or  validat i on  i s   f rom  EPE V ER  S HI1 000 - 42,  t he   sp eci ficat io of  t he   off - gri i nv e rter   power  rati ng  is   10 00  W,  T HD  of  a nd   ef fici ency  of  ≥94   %.  The   inv e rter  is   set   t ou t pu t   23 V   50  Hz.  T he  le ad  aci 12  V   ba tt ery   is  dee c ycle  gel  ty pe  from  O UT DO  w it capaci ty  of   10 0   AH   a nd  inte rn al   resist ance  of   mΩ  at   f ul charge.  The   48  batte r s ource  c onsist   of  ei ght  12  V   batte r c onnected   in  se ries  of  four  bat te ries  an par a ll el   of   tw se ries  set   yield   t otal  48  of   200  A H   capaci ty  with  a   total   inter nal  r esi sta nce  of  mΩ.  T he  AC  l oads  in   the  val idati on   e xperi ment  a re  HP  ai rcon   and  te 100  W   li gh t   bul with  dimme r   co nt ro l.   T he  off - gri i nv e rter   Sim ulink  m odel   e f fici ency  perfor mance  is  carr yout  by  simulat ing   t he  inv e rter  under  var i ou l oa co nd it io ra ngin f rom  25   t 10 00   with   230  V   50  Hz  i Sim ul ink   e nv ir onm ent.  T he  ef fici ency  can  be  de te rmin e by  t he   rati of   t he  i nput  power  f rom  the   batte ry   t the   outp ut  po wer   t the  loa as  s how i Fig ure  1.   T he  e ff ic ie nc disp la sho ws  the   outp ut  powe r,  input  powe a nd  the   c onve r si on  ef fici enc with   a   on e   s econd   a ver a ge   wi ndow   thr ough   the   mea bl ock.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow  Ele & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Mo deling of si ng le   phase   off - gr id  inverte r f or sm all sta ndal on e  system  ap pl ic ation (R odne y H . G. T an )   1403   Simi la rly,   the  eff ic ie nc perf ormance  for  th comme rcial   off - gr i in ver t er  is  carrie out  by  ene r gizing  t he   li gh bulb  loa ds  rangin f rom   25   to  10 00  W.   T he  meas ur e in pu t,  outpu powe a nd   eff ic ie nc are   then   save as  r e fer e nc e f or   off - gri d i nv e rter S i mu li nk m od el   valid at ion .           Figure  6.  Vali da ti on   e xp e rime nt setu p wit c om me rical  off - gr i in ver te r,   ba tt ery  a nd  AC  l oads       The   co nversi on  e ff ic ie ncy  p e rformance   validat ion  res ults  a re  s how in   Fi gure   7.  It  sho w a   co mm on  char act e risti of   man c ommerci al   in ver t er  ef fici enc c urves.  The   ave rag e ff ic ie ncy  from  500  onwa rd   wh ic is  50  %   of   rated  ca pa ci ty  for  the  Simuli nk  m odel   and   c ommerci al   inv erte are   94.8   an 93. %   resp ect ivel y.  T he  e ff ic ie nc dro sig nifica ntly  at   l oad  powe le ss   the 100  W t his  is  simpl beca us t he   conve rsion  los ses  in  po wer   e le ct ro nic  s witc hing  de vices  be came  m or pro mine nt  in  lo po wer   c onve rsio wh ic is  le ss  than  10  of  th inv e rter   rate capaci ty.  T he  diff e re nces  in  eff ic ie nc at   le ss  than  100  cou l be possi bly ca us e d by dif fer e nt to po l ogy, co mpon e nts t oler ance a nd s witc hing lo sses.              Figure  7 I nv e r te co nversi on  eff ic ie nc y per f ormance  curv e       The  overall   pe rformance   va li dation  e xperi ment  be gin s   with  recor ding   the  c ommerc ia off - gr i inv e rter  batte r i nput  powe r,  batte r sta te   of  c harge  a nd  A outp ut  powe with  HP  ai r con  loa set   at   26  °C   run ning  O a nd  O ff  wit hin  the  ti me   inte rv a of  60  mins .   The   rec orde data  is   the sa ved  as   ref e rence   of   th e   off - gr i in ver t er  Simuli nk   model  validat i on.  The  s ame   batte ry   s ourc and   AC  loa co ndit ion a re  then   app li ed  t the  off - gr i Sim ulink   model  f or   60  mins The  si mu la te data  is  then  c ompar ed  with  the  rec or de data  for  vali da ti on   an pe rfo r mance  a nalysi s.  Fig ur sho ws  the  ov e rall   validat io res ul ts  of   outp ut  powe r,   eff ic ie nc an batte r sta te   of   cha rg e .   It   can   be   cl early  see  t hat  the   po wer  ou t pu t   of   the   m od el   an comme rcial   in ver te al m os t o ver la pp e with   each  ot her   in di cat ing   the  m odel   simulat io ou t pu t powe is  cl os e   to  the   co mme rcial   off - gri i nv e rter  data.   The  c onve rsion  e ff ic ie nc pe rformance   of   the  off - gri i nv e rter   model  dev el op ed  i Simuli nk   is  c ompara ble   with   the   c ommerci al   off - gr i i nv e rter   rec or de data   nea r   rate powe w hich  is  around  900  with  an   a ver a ge  e ff ic ie ncy   ar ound  94%  wh ic ma tc hes  the  c ommerci al   inv e rter  pro du ct   sp eci ficat io n.  W he t he  a irco l oad  is  t urn  off,  the   lo ad  powe is   a bout  25  W   w he re  t he   aver a ge   ef fici ency  is   a bout  50%   w hic matc hes   the   ef fici ency  perf or ma nce   cu rv e   s ho wn  in   Fig ur e   7,  a s   exp la in  ea rlie r   the  dif fer e nce in  eff ic ie nc at   25   of   a r ound  15%  c ould  be  possi bly  caused   by  dif fer e nt   topolo gy,  c ompone nts  t olera nce  a nd  s witc hi ng  losses The   Ba tt ery  Stat of  Cha r ge  (SO C discha rg e   r at al so  sh ows   a   co mpa rab le   tre nd  with  the   real  batte ry  with  a bout   1%   of  S OC   di ff e ren ce   at   t he  end  of  the   sim ulate Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele Dr i   S ys t ,   V ol 1 1 , N o.   3 Se ptembe r   2020   :    13 98     14 05   1404   data. Th e  b at te ry  S OC o sci ll at ion   is   ca us e by  the   c harge   c on t ro ll er   c harg ing  the   batte r y wh e the   ai rc on  l oad  is  tur off T he   validat io e xp e rime nt  to ok  place  in  the   eve ning  ar ou nd  18:0 wh e r there  a re  sti ll   so me   even i ng   sunli ght  to  ge ne rate  powe f rom  th photov oltai pan el   t cha r ge  the  batte ry.   The  sli ghtl higher   discha rg e   rate   of  the   real  bat te ry   c ould   be   po s sibly   ca us e b the   a ging   of  th batte ry  an t he  dif fere nt  in  SO C m easu re ment met hod.   T he  off - gri in ver te r   Sim ulin model  resu lt prese nted   in  t his  pap e a re  f ully  repr oduci ble,  with  t hat  in  mi nd  the   m od el   in  MATL AB/Si mu li nk  pr ese nted   in   th is  pa per  is  ma de  a vaila ble  by   t he  a uthors  f or  t he   read e to   dow nlo a at   M at hworks   offi ci al   M AT L AB  Ce nt ral  Fil E xch a nge.   https:/ /ww w.m at hworks. c om / matl abcen tral /f il eexch a ng e/ 73116 - off - gr id - in ver te r - m odel           Figure  8.  O veral l Perfor manc e V al idati on  be tween  Simuli nk  M odel  a nd C om me rcial  In ve rter       4.   CONCL US I O N   detai ci rc uitry  m odel ing  of  a off - gri in ver te r   model  i Sim ulink  is   pr ese nted .   Eac sta ge   of  the   off - gr i in ver t er  m od el in a r cl early  il lust rated  a nd  are  f ully  re pro duci ble.  T he  off - gri in ver te us e 20   kH high  f re quenc tra nsfo r mer  pus h - pull   in ve rter  to  ste up  the  batte r 48  VD to  400  VA a nd   conve rt  back   t DC  th rou gh   f ull  bri dg recti fie r.   The  40 V DC   is  then  co nv e rted  to  230  V AC  50  Hz  si ne wav e   thr ough  H - bri dg i nv e rter  with  Sin usoid al   Pu lse   Widt Mo du la ti on  and   LC  filt er.   The  outp ut  volt a ge  is   con t ro a nd   m ai ntains  by  P feedbac co ntr ol.  The  off - gri in ver te mod el   is  capab le   of  co nv e rtin 48   V   from   le a ac id  batte ry  s our ce  to   23 50Hz   up  to   powe rati ng  of  10 00  W It  a chieve a av erag e   conve rsion  ef fici ency   of   ≥94  and   pro du c es   sinewa ve  outp ut  wa veform  with  T HD   of   le ss  tha %.  Th e   performa nce   of  t he  Simuli nk  m od el   is   al so  vali dated   wit t he   co mme r ci al   off - gri in ver te r .   The   Si mu li nk   model  pr e sente can   be   flexi bl c ha ng e to   meet   the   c ommerci al   i nv e rter  with   simi la r   t opolog y.  T his  model   con t rib utes to   assist  small  to mediu m sta nd a lon sy ste m  lo ad  a nd b at te r y si zi ng   desig n wit h gr eat er  ac cur ac y.       ACKN OWLE DGE MENTS   The  a uthors  w ou l li ke  to   ac knowle dge  the   PSIF  gra nt  Proj - In - FETBE - 040  a nd  co nfer ence  f undi ng   CONF - NA T N - FETBE - 207  s upport  from  U CSI  U nive rsit res earc ma nag e ment  unit   CER VI E   so   t hat  the  researc a nd  publica ti on  of  t hi s w or a re m a de possi ble.       REFERE NCE S   [1]   “Re newa b le s 20 19  Global Sta tus   Report”,  Re n ew able s Now  ( RE N 21) .   pp .   40 .   201 9   [2]   E. L .   Ow en ,   “Or i g in  of the   inve r t er” .   IE EE Indust ry  Applications  Magazine ,   vo l. 2 ,   no .   1 ,   pp .   64 - 6 6,   1996 .   [3]   Wa ng,   J.,   Li,  J.  Zha ng,   W,  Int e rle av ed   push - pul conve r te wi th  ver low  inpu a nd  high  output”,   2nd  Confe ren ce  on  Powe Elec tr onic s and  In telligent  Tr anspor tat ion  S yst em PE I TS ,   pp.   247 249,   2009 .   [4]   Mande ep   Anan d,   R ahul  P.P,   El dhose   K.P,   L inss  T   Alex ,   Design  of   Int er le av ed  Pus Pu ll   Conv erter   fo r   Photovolt aic  Sys te ms” ,   IOSR   Jou rnal  of Engi ne ering ,   pp .   73 - 80 ,   2 018.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow  Ele & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Mo deling of si ng le   phase   off - gr id  inverte r f or sm all sta ndal on e  system  ap pl ic ation (R odne y H . 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