In te r n ation a l Jou rn al  o f Po we r  Elec tron ic s an d   D r ive S y stem  (IJ PED S )  V o l.  10, N o.  3, S ep 2019,  pp.  1 3 5 5 ~1 3 6 3   ISSN: 2088- 8694,  DOI :   10.11591 /ijpeds. v10. i 3.pp1355-1363          1355     Jou rn a l  h o me pa ge :  ht tp: //i a e score . com / j o u r na l s / i n d e x . p hp/IJ PED S   A comparative st udy of cascade  h-bridge mu ltilevel voltage  sou rce in verter a n d parallel indu ctor  m u l tilevel curren t sou rce   inv erter       N i k   F a sd i N i k  Ismai l ,  N or az lan   Hash im,   D a l i n a   J oh ari   Faculty of   E l ec t r ical   E ngi n eerin g ,   U niversiti of T eknologi Mar a   ( UiT M ), Ma l aysia       Art i cl e In fo     ABSTRACT A r tic le hist o r y :   R e c e i v e d  Sep  2 4 ,  2 018  Re vise d Jan  1 9 , 2019   Ac ce p t ed  M ar 9 , 2 0 19      Th is   p ap er  p res e nts   th e  anal ysis  s t u d y   b etw e e n   m ulti lev e l  i n v e r ter s   t hat   ar e   oft e n  cl assified   i n t o   m u l t ilevel   vo lt age  s ource  an d  m u lt ilev el  current   s ource  in vert ers .   F o r   m ultil evel   volta g e   s o u rce  i n v e rt er  ( M V S I),  t he  s pecif i c   to po lo gy  st ud i e d  fo r t h is  w ork  is  th e  Cascad e d  H -Bri dg e M V S I .   W hereas , th e  m u lti l evel  c urren t   s o u rce  i n v e rter  ( M C SI)  i s   b ased   o n  P a ral l ele d  In du c t or  Con f ig urati o n   M C S I .   Fo r  t h i s   s t udy,   t he  a nal y s i s  be t w een   t hese  con v ert e rs   are  do ne  w it h   res p ect   t o   th e  n u m b er  o f   com pon ents ,  t h e  ad v a n t ag es   a nd   di sad v ant a ges   of   each  c o n v e rt e r s  d u rin g   p erfo rm in g  i nvert er  o p e ratio n.   I n  te rm  o f  o u t pu t  v o l ta ge   a nd   c u rre nt   q uali ty,  the  percentage  o f   t he  T otal  Harm onic  D i s t o r t ion  ( T HD)  a re  m eas ured  a nd  c om pared  for  bot h   t o p o l ogies .  M A TLAB/ Sim u lin k  softw a re  h as   b een  u s e d   in   t hi s  re s earch  t o   d e si gn   a n d   simu l a te i n   ord e r t o  stud y   t he p erformances of b o t h  inv ert e r s .   K eyw ord s :   Mu lt ile ve l c u rre nt   s ource   in verter  (MCSI)   Mu lt ile ve l vo l t a ge  s o u rce   inverter s   (MVSI)   S i nus o i da l p u l se  w idt h   modu la ti o n  (SPWM)   To tal h o rm on i c  dis torta t ion  (THD )   Co pyri gh t © 2 019 In stit u t e  of Advanced  En gi neeri n g  an d  S c ien ce.   All  rights   res e rv ed.  Corres pon d i n g  Au th or:   Ni k   F a sd i   Nik   Ismai l ,   D e pa rtem ent o f   E lectr i c a l E n gi nee r in g,   Un iv e r sit y  Tekn o lo gi  M a r a (U i T M ) ,  Sha h  Alam ,   S el a n g o r,  M alays i a.  Em ail:  nik f asd i @ya h oo.com       1.   I N TR OD U C TI O N   The   In ve rter  h as  b e e n  t h e  n u m be r  one   c ho i c e   to  b e   use d   i n  the   i n d u s t r y  for   m a ny  ye ars  out  o f  a l l   pow er   e lec t ro n i c  de vic e s  in  o rde r   t o  co n v ert   dc  t o  ac   pow er  a t  the  desire d   freque nc y  an d   ou tpu t   v o l t a ge .  F o r  app l ica t i o ns  t h a t  uses  h i gh  vo lta ge   a n d   p ow er,  conve n t io na l  inv e r ter  has  c o m m only  be e n   u se d.  I t   ope rates  at   hi gh  ra tin g  c o n s t r ai nt s  w i th  h i gh  sw i t ch i ng  fr eque nc y  a nd hi gh  sw i t ch i ng  l o sses  w h ic h  m a kes it  p op u l a r   t o b e   use d   a m o n g   i n dus tria l  users.  B es ide s   f a c i n g   the   E M I ,   h arm onic  d is t o r t i o n  an d  hi gh  stre ss,   t h e   mos t   c o m mon  p r ob l e m  of   a ny   i nv ert e rs   a re  t h e   t ot al   h armo n i c   di sto r t i o n   (THD )  at  t he  o u t put  v ol ta ge  a nd   c urrent   [ 1-3] .  These pr ob lem s  ca u sed di ff i c ul ties for t h e   p o w e r e l e c tro n i c  dev ice s  t o be  in t e r fa ced  d ire c tl y t o  the  m ed ium or   h i g h   vol t a g e   g ri d .   T h e re fo re ,  d i f f e r ent   t opol ogi e s   o f   th e   mu l t i l e v e l   i nvert e r s  we re   i n t ro du ce d   t o   o verc o m e   t h ese   p r obl e m s.  B y   e m pl oyi ng   t h e   M u lti l e vel   i n v e rt e r s,  s ev e r al   A C   o u t p u t  v o lta ge   a nd  cur r ent  le ve l s   c an  b e   ob ta ine d  w i t h s i n u s o ida l   w ave f orm s   w hich  h a v e  l o w   TH D   l e vel s  at   t he  o u t pu t   v o lta ge a n d  cur rent [ 4-7].   Mu l t i le ve l   in v e r t e r s  have   b e e n   w i d e l y  use d   i n  i n dus tria l  a p pl i c a t ions  f or   h ig h  ra n g es  o f  vo l t a g e   a n d   pow er   [ 8- 11] . S o m e  of the   a d va n t a g es of us i ng t h e mu lt ile ve l in v e rt ers  are   t h e  in c r e a s e  o f   v olt a g e   a nd   c urre n t   leve ls  w it h  st a i r case   w a vefor m s,  t he  r educ ti on s  of  t o t al  h a r m o n i c  d i s t o r t i o n s  T H D ,  s y s t e m s  a r e   a b l e   t o   opera te  a t   fun d am enta l  a n d  hi gh  sw i t c h i n g   freque nc y,  h i gh  pow e r   qua l ity,   low e r  sw itc hin g   l oss e s  a nd  e t c     [1 2-1 4 ].   M e a n w hi le,  the  d i s a dva n t a g e  w o uld  be  t ha t   m u lt ile ve l  i n v er te rs  r equire  h i gh  n u m b er  o f  p o w e r   elec tr on i c   s w i tc hes.  T h u s,   w i t h  hi g h   n umbe r  of  c ompo ne n t s,   it  w o u l d  c a u s e   t h e  o v e r a l l  s y s t e m   t o   b e   expe ns i v e,   c om plex   a n d   s o m etime s ,   un pra c tic al  t o  be  r ealiz e d   [ 1 5,   1 6 ] .   Mult ile ve l  V o ltage   S ourc e   Inve rter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   135 5   – 1 363  1 356 (MV S I)  and  Mu l t i le ve l   C u r r ent  S ourc e   I n v erter   (MCS I )   a re  t he  t w o  w e ll- kn ow n  m u l t i l e v e l   c o nver t e r s  tha t   have   d i f fere n t   t o p o lo gie s   b es i d es  h a v i n g  the   sa me   w or king   p ri nc i p les  [1 7- 19].   Th us,   MC S I   c an  u se   t he  s am e   pow er   s em ic o n d u c t or  d ev ice s   u se d  for  MV SI  w ith  s om e   m o d i fica t i o n s   [ 2,  4 ].  T he  i np ut   c urr e n t   o f  t h e   mult i l e v el   c urre nt  s o u r ce  in v e rter   i s  kep t   c ons t a n t   m eanw h i l e  t h e   o utp u t   c u rre n t  i s   i nde p e nd e n t   of   t he  l o a d  cha nge s.  U nl i k e   MV S I ,   MCS I   does  no t   r e qu ire  an y  fee d ba ck  d i o de   a n d  the   c o m m ut ati o n  circ ui t  i s   m uch   si m p ler  w ith  s hor t  circ u i t  op era tion.   H ow ever ,  ma j o r i ty  o f  th e  w o rldw ide   prefe r s  t o   i ns t a ll  t h e  v o l t a ge   s our c e   inverter   ( VSI)  followed  b y  cu r r en t   so urce   i nver t e r s  (CS I).  V S I   has  be en  dom i n a tin g   t h e  ind u s t ria l   m a r ket  w h ic h  re sults  i n  the   l i m i t a t i o n s  o f   r esea rch  on  m u l t i-le v e l  cur re nt  s our ce  in ver t e r s  [2 0-2 3 ] .   T he  m a i n  r easo n   for  the   lac k   o f  i n ter e st  o n  M C S I   i s  the  b u l ky  D C   l i n k  i n duc t o r  size  as  c om pare   t o  V S I   w i t h   a   s m a lle r  static   D C   lin k  c a pac itor.   H ow eve r ,   i t   i s  k n o w n   t ha t  M C S I   h a s   b e t t e r  pe rform an c e   c om par e   t o  MV S I   e spec ial l y  in   the  me d i um -vol ta ge  d ri ve  a ppl ica t i o ns  s u c h  as  s im p l e  c o nver t e r   str u c t ur es,  low   sw it c h   c o u n t ,   a n d   r elia b l e   over- curr ent / s h ort-c i rcu i t  pro t e c tio n  [1 2,   21] .   F o r  thi s   r e s ea r c h ,  the  s p eci fi c  to p o lo gy  s t udie d   f or   t he  M V S I   is  the   Ca sc ade d   H - B rid g e   Co n v erter .   M ea nw hi le,   the   M C SI  f o c uses   o n   t he   P a r allele d  In d u c t or   C o n v erte r .   B o t h   Mu lt ile ve l  Inv e r t e r s  have  t he ir  o w n   a d v a n ta ges  an d  d i sa d v a nta g e s .  T h u s ,  t h e  a i m  o f   t h i s  s t u d y  i s   t o  c o m p a r e   the   tw o  to pol o g ie s  an d  t o   e x p l o re   t he   p erf o rma n ce   o f  th e  tw o   m u lt ile v e l  to p o lo gie s .   M A TLA B/Sim u l i n k   softw a re   h a s   b een  u se d  a s   a   s im ula t ion  sof t w a re  t o  a n a l yz e  a n d  m a k e   t h e   c ompa ri son  be tw ee n  t h e  tw o   to pol o g ie s na me ly  C a s cade d  H - B rid g e  MV S I  and  P a rallel e d  Ind u ct o r Co nfi gura t i on  M C S I .      2.   RESEARCH  M ETH O D   2.1.   C a scad e  H- B r id ge M ultileve l  V o lta g e S o ur ce   V o l t age   S our c e   I nverte r   ( V S I)  i s   o ne  o f  th e   t ype s  of  D C/ A C   C o n v e r ter s   t ha t  is  c om mon l y  use d   i n   t h e   i ndu st ri al   a p p l i cat i o n s   a n d   h a s  b een   s tu di ed   e xt en sive l y .  T h i s  parti c ular   c o nve rte r   i s  di v i de d  in to  t hre e   w h ic h  a r e  t h e   H a lf-Br i d g e,  F ull   Br id ge  a nd   M u lti le vel  Inverte r   [ 24] .  There   ar e  f i v e   t ypes   of  M u l t i le ve l   Inver t e r   ( MV S I )   c onsi s t i ng   o f  t h e   N e utra l-P o in t  C l a m pe d   Inve rte r,  F l y in g  C a p acit o r  I n v e rt e r ,  C a scad e d   H - Br idge   I n v er t e r,  a nd  tw o  o t h e r  inverte r s  t h a t   h a v e  no t  bee n   s tu d i e d   e x t e n s i ve ly  l i k e  t h e  ot her   three   inve r t ers  nam e ly  t he   H e x agra m  Inve r t er  a n d   H y b ri d  In ver t e r .  F o r  t h is  r ese arc h ,  t h e  sp ecif i c   t o po log y   s t u d i e d   repr esent i ng  t h e  Mu lt ile ve l  V o l t a g e  S ourc e   I nve r t er  ( MV S I)  is  t he  C a s cad e d   H -Br i dge   I n v erter .   F igure   1  a n d   Tab l e  1  s h ow   t he  f ive-le v e l   Cas c a d e d   H - B ri dge   t op ol o g y   a nd  sw ic h i ng  se que nc es   r e s pect ive l y.  F or  t h i s  c i rcui t   c onf igura t io n ,  t h e  out pu t   vol t a g e  con si st s o f  fi v e - l e ve l   ou tpu t   l oa d vo l t a g e  w a ve fo rm.      1 D C V 11 S 12 S f C Lo a d 13 S 14 S 2 D C V 21 S 22 S 23 S 24 S     Fi g u r e 1 .  Ca s ca d e d   h - b r i d g e  to pol ogy  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A c o m para tive   st u d y  o f  c a sc a d e  h-br i d ge  m u lt ilev e l  v o lt age   sourc e   inv e r t e r  and  …   (Ni k  F a sd i N i k I s m a i l )   1 357 Tab l e  1.  S wich in g sta t e  for  5-l e vel  casc a d ed  h -bri dge  M VS I  O u tput  V olta g e ,   V o   S w itc h e s  11 S   12 S   13 S   14 S   21 S   22 S   23 S   24 S   V d c  1  0  0  1  1  0  0  1  V d c / 2   1  0  0  1  0  0  0  0  0   0  0  0  0  0  0  0  0  - V d c / 2   0  1  1   0  0   0   0   0   - V d c   0  1  1   0  0   1   1   0       2.2.   Pa ra ll el  i nduc to r m u l t i l ev el  c ur re nt so u r c e i n v e r t er   F o r  the   CS I  i n ve rters,   i t   ca n  be  d i v ide d   i n t o  thr ee  ma i n   t op olo gi e s ,  n a me l y   P ul s e widt h - M odu l a ted  Inver t e r ,   Loa d -C omm u tate d  I nver t e r   a n d   M ult ile ve l  In ve rte r .   The r e  a r e  t h r e e  t y p e s   o f   M u l t i l e v e l  I n v e r t e r  f o r   C S I  a nd  c a n  be  c las s i f ie d  i n t o   E m b e dde d   M u l tile vel  In ve rter,   Tw o-S t age  Mu lt i l e v el   I nve rter  a n d   the   Pa rallele d  In d u c t or   M u l tile v e l   I nve rter.   Th ese  m u lt ile ve l  in ver ter   a r e  c o mm only  used   i n   mo tor  dri v e s   a n d   rec o mm ende d   to  b e  use d   i n  t h e   s y stem   t ha t  r e qu ires  b o o s tin g  ca p a b il it i e s   su c h   a s  i n   F ue l   Ce l l   p ow e r   con d i t i on i n g  s y tem   a n d  grid   c on ne c t ed   s ys t e m .   F or  t his   w o rk,  th e  sp e c i f i c   t o pol ogy   c ho sen   t o   r e p resen t i n g  t h e   M u l til ev el   C u rren t   S ou rc e  I nverter   ( MCSI)  i s   t he  P aralleled   I n d u ct or  C on fi gur at ion  Inve rter  [ 7] .  F i gure   2   show s  t h e  f i v e -leve l   P ar allel  Ind u c t or   M CS I  c onfig ura t i o n  t o p o l ogy .  Th e   swi t c h ing   sequ e n c e   f or  t h i s  to pol o gy i s  gi v en  i n Ta ble  2.       1 L 3 S 1 S 5 S 4 S 2 S 6 S 2 L f C Lo a d DC L DC V     Fi g u r e 2 .  Ca s ca d e d   h - b r i d g e  to pol ogy      Tab l e  2.  S w itc hi n g  sta te for five - le ve l   para l l e l   i nd uc tor   M C S I   o I   ( 1 2 345 6 SS S S S S )  N o .   S ta te s  D C I   (1 ,0 ,1 ,0 ,0 ,1)  1   2 D C I   (1 ,0 ,0 ,1 ,0 ,1),(0 ,1 ,1,0 ,0 ,1 )  2   0   (1 ,0 ,1 ,0 ,1 ,0),(0 ,1 ,0,1 ,0 ,1 )  2   2 D C I   (0 ,1 ,1 ,0 ,1 ,0 ,1)( 1 , 0 , 0 , 1 , 1 , 0 )   2   D C I   (0 ,1 ,0 ,1 ,1 ,0)  1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   135 5   – 1 363  1 358 2.3.   SP WM  for  mu l til e vel v o l ta ge  s our ce  and cu rr ent sou r c e  inve r te rs   I n   o r d er  t o  c o n t ro l  t h e   ga t e   s i gna ls  o f  p o w e r   sw itc he s  f o r  t h e   M V SI  a n d   MCSI,  a  Ph ase  Disp osition  (P D )   S P W M  m e tho d s  is  e m p l o yed   in  t he   g e n era tio n  of  g a t i n g  s i g n a l s   f or   t he   p ow e r   s w i tche s  [2 5].   This  P D - PWM   me tho d s   is  a ls o  ab le   t o   reduce   th e  To tal   H a rm oni c   D i stor tio n  (TH D )   g ene r ate d   a t  t h e  i nver t er   o ut put   st a g e  for   the   v o l t a g e  a n d  c u rre nt .   In  a   P D - S P W M  sc he me ,  4  tria n gu lar  ca rrier   s i gna l s   a r e   c om pare d  w ith  t h e   sing le  s i n e  w a ve form   s ig nal  in  o rde r   t o  ge ne rate   g a tin g  s i g n a l s   f or  e a c h  p o w e r   sw itc hes  i n   t he  c i r cui t s  as   show n  i n   F i gur e  3.  T he  P D - SP WM  i s  w i del y   u se d  in   M V S I  a n d   MCS I   because  it   p rovides  low  THD  for  load  vo lta ge a n d  cu r rent.          F i gure  3.  P hase  dis posi t i on  (P D) S P W M      3.   RESULT S   A N D   DISCU SSIO N   3.1.   T o tal h a r m on ic  d istor t ion   an alysis f or M V S I  an d   MC S I   F i gures  4   a nd  5  s how   t he   T H D   a n al ysis  w i t h  m a t l a b   S imu l i n k  r e su lt s  fo r  t h e   fiv e -l ev el   C a s cad e d   H - B r i d g e  M V S I .  W h e r e a s  F i g u r e s  6  a n d   7   s h o w   t h e  T H D  a n a l y s i s   f o r   fiv e -l ev el   P a r al el   i ndu ct o r   M C S I   to pol o g ie s.  I n  F i gur e  8  to  9   a nd   F ig ure   10   t o  11  s how   t he  o u t pu t   v o l ta ge   a nd   c urre nt  w a v efor ms  f or   C a s c a d e   H - Brid ge  M V S I  and  P a ra l l e l   I nd u c tor  M C S I   r e s pe ct ive l y.  T a b le   3   l i sts   t h e   com p ari s o n   o f  t h e  THD  a n aly s is   for  bo th  t op ol o g ie s for un fil t e r   a nd filter   ou t p u t   v olta g e s a n d   c urr e nts.           F i gur e 4.  TH D   out p u t   v o l t a ge  for  5-leve l  ca s cade d  h- b rid g e   MV S I   ( Unfilter)    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A c o m para tive   st u d y  o f  c a sc a d e  h-br i d ge  m u lt ilev e l  v o lt age   sourc e   inv e r t e r  and  …   (Ni k  F a sd i N i k I s m a i l )   1 359     F i gure   5.  TH D   outp u t v o l t a ge   f or  5 -leve l   casc a ded  h- brid ge   m vsi  ( filter )           F i gure  6.  T H D  out p u t v o lta ge   f or 5- l e v e l  pa r alle l i n duc t o r mc si   ( unfil ter)          F i gure  7.  T H D  out p u t v o lta ge  for  5 -l ev el  p ara l l e l   ind u c to r mcs i   ( f i lter)  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   135 5   – 1 363  1 360     F i gur e 8.  5-  level  o u tp u t  l oad   volta ge  fo r  c asca d e  h- b ridge   M V S I          F i gure   9.  5 - le vel o u t p u t   l oa d   c u rrent  f or  casc a de  h -bri dge  M V S I          F i gure   1 0 .  5- l e v el o u t p u t   l oa d vo l t age  for  para l l e l   i nd uc tor   M CS I           F i gure   1 1 .  5-leve l   o u t p u t  l oa d  curr ent for pa ralle l i n duc or  M CS I  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A c o m para tive   st u d y  o f  c a sc a d e  h-br i d ge  m u lt ilev e l  v o lt age   sourc e   inv e r t e r  and  …   (Ni k  F a sd i N i k I s m a i l )   1 361 Ta ble   3.  C om p a r i so n  of TH D   for  MV S I  and M C S I     V olta g e   C urre nt  W ithout  F i l t e r  With  F ilt e r   W ithout  F ilt e r   W it h F ilt e r   M V SI  27. 01%   2 . 35%   27. 01%   2 . 35%   M C SI  27. 06%   3 . 00%   27. 06%   3 . 00%       F r om   t he   a nal y s i s  i n   T ab le  3 ,  it  show s  th at  t he   M V S I  a f ter  fil t eri n g  g i ve s  be t t e r   r esul ts  f or  b ot h   ou tpu t   v o l t a ge  a nd   c ur rent  w h i ch   a r e   0 .65%   l e s s  t h a n   M CS I.  T his  a n a l y s i s   s h o w s   t h a t ,   M V S I  p e r f o r m  b e t t e r   tha n   M C S I  in  t er m  of  T H D   w h ic h   in dica te s  t h at  t he  o u t p u t   w a vef o rms  f o r  vol t a g e   a nd   c u r re nt   g en e r a t e d   i n  MV S I   a re  m o r e  sinu so i d al  c ompa re  t o  o u t p u t   v o l tage  a n d   c urr e n t   ge ne r a ted  i n   M CS I.   T he  e ffec t  o f   t his   resul t s  is  s m a l l er  o u t pu t  fi l t e r   c an  b e  use d   i n  MV S I   c ompare   t o   M CSI.  I n  a   Casca d e  H-Bridge  M V S I,  t he  bala nc i n g  of  i nte r me d i ate  l e vel  i s   n ot   a n  i s sue s   f or  t h i s  t o p o l og y  bec a u se  t he  e m p lo y m ent  of  s e p ara t e   D C   source s.   H ow e v er  i n  P a r a lle l   Ind u c t or  t o p o l o g y ,  t w o   ide n ti c a l   p a r a l l e l   i n d u c t o r  a r e  u s e d   t o  s p l i t   t h e  D C   curr ent   in to   i n t e r m e diate  le ve l  a t   t he  o u t put   l oa d  c u rr en t.  A s  a  re su lt,   t he   i m b alanc e   o f  t h e   in te rme d ia te  l eve l   m a y   e x i s t   a t  t h e  o u t p u t   o f   v o l t a g e  a n d  c u r r e n t  f o r  M C S I .  T h i s   c a n   b e   se en  f r o m   the   a n aly s is  r esu lts  l i s te d  in   Tab l e  3,   w he re  t he  M V S I   h a s  be t t e r   p erf o rm ance   c ompa re  t o   M C S I .   N e v ert h eles s,  t h e   C asca de   H -Bri dge  M V S I  e m p l o y s  t w o  s e p a r a t e   D C   s o u r c e s   f o r   t h e  o p e r a t i o n   a n d  f r o m   t he   c omple x it y  a n d  cos t   p o i nt  o f   view   th i s   b e c o m e   d isa dva n t a g es   f or   t his  to po l o gy.  T he  num b e r  of  pow e r  swi t c h e s   an d  do ubl e   DC  s ourc e   f o r  MV S I , a dded a d d iti o n al c ost   of t he  i nvert er .    3.2.   The  nu mb er   o f c i rcu it c ompon e n t s  The   n u m b er  o f c o mpone nts  be tw een  t he d is cusse d  H - Brid ge MV S I a n d P a ra l l e l   I nd uc t o r  M V S I   f or  the 5- l e ve l a r e summ ariz ed in   T a ble 4.       Tab l e  4. Com p a riso n of  n umb e r of com pone nt s in MV S I a nd M C S I   C o m p o n e n ts   T opology   Ca s c a d e d   H - B ridge  M V S I   Pa r a l l e l e d   I nduc tor  C onfigur a tion  M C S I   D C   V olt a g e   S ou rc e  2  1  Sw it c h e s   8   6   Re si stors  1  1  Ind u c t ors  0  2  D i ode s   0  6  TOTA L   1 1   1 6      F r o m   T a b l e  4 ,   i t  c a n   b e   s e e n   t h a t ,  t h e  C a s c a d e d  H - B r i d g e   M V S I   u tili zes  less  num b er  o f  passive  a nd  a c t i v e   c o m ponen t s  c o mp a r e   to   P a r a l l e l e d   Ind u c to r  M C SI.  Ho we v e r,   a s  a   for e m e nt i o ne d,  t he  s epa r a t e   D C   source s  for  Ca sca d e  H - B r id g e   M VSI  can  l i m i t   t he  a dva n t age  of  t h i s   i nv er t e r  c o mpa r e  to   M CSI.   B eca use   of  em plo y m e n t   o f  m u l tip le  D C  source s,   t h i s  t o p o l o g y   c a n   b e  unpr act i c a l   t o   b e   r e a li ze d  to   h i g h e r  ou tput   l e v el  suc h  a s 7-leve l  and  9 –le v e l   out p u t l o a d   v o l t a ge .      4.   CONCL U S ION    Th is  p a p er pre se n t s  t h e  c o m p a r ati v e  an d  a n a l y s is  s t u dy  o f  v o lta ge  a nd  c u rre nt  m ul t i l e ve l  i nver t e r s  i n   term   o f  o u t p u t   T H D   a n d   t h e   n u m b er   o f  c o m pone nts  em plo y e d   i n  t h e   c ircu its.  F r om   t he  a nal y s i s,  T o t a l   H a r m onic  D i s t ort i o n   ( TH D )   f or  C a s c a de d   H - Brid ge  M V S I  is  b et ter  com p ared  t o  th e   Parallele d   Inductor  MC SI.  Th e   n u mb er  o f  co mpon e n t s   u se d   in   t h e   5 -l ev e l   C asc a d e  H-B r i d ge  MV S I   a r e   also gi v es t he   a d v a n ta ges  of  t h i s  i n verte r   o ve r  the  P a ralle l  In duc t o r  M C S I .  H o w e ver ,   t he  l i mi tat i on  f o r   this  t o p o l o gy  i s   t he  u sed  o f   mult i p le   D C  s ourc e   t o   ge ner a t e   t he   m ul t i p l e  of   o u t p u t   v o lta ge   a nd   c u rren t .  Thi s   can   m ak e s   t hi s  t opo l o g y   bec o me s  u npra c t ic a l  t o be  re a lize  at h ig her   out p u t  l e ve l.       ACKNOW LEDG E MEN T S   The   a u th ors  appre c i ate  fina n c ial   sup por t   b y   t he  I n s ti tu te  o f  Re se arch   M a n a g ement   and  In no v a ti on  (IRMI),   U iTM   S h ah  A la m,   S e l an g o r,  M ala y s i a  u n d e r   L E S TAR I   R esea r ch  G ran t   S che m e   with   p r o je ct  c od e   60 0-R M I / D A N A / 5 / 3 / LES T A RI  ( 0022 / 201 6) .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                         I SSN: 2088- 8694  Int J  P o w   El e c  &  D ri S yst ,  V ol.  10,  N o.  3 , S e p   2 0 1 9  :   135 5   – 1 363  1 362 REFE RENCES    [1]   R   A n j a l i   K r i s h n a  a n d   L   P a d m a  K r i s h n a .   “ B r i e f  R e v i e w   o n  M u l t i  L e v e l  Inv e rter  T op ol ogies ”.   Interna t ion a l  Con f eren ce on  Cir c uit, Power  and  Co mp u t ing T e chn o l o g i es.  IE E E.   M a r , 2 01 6.   [2]   B.   Z hiHo ng  and   Z .   Z h o n g Cha o ,   “ C onf orm a ti o n   o f  M u l til evel   C urren t   So urce  Con v ert e r  T o p o logi es  Usin g   t he   Duality Princ i p le,”  Po wer  Elect ro nics , IEEE Trans acti ons o n ,  v o l . 23 , p p.  22 6 0 -2 26 7, 2 00 8.   [3]   Balas ubram an ian,   R .,  P .   K athirv e l u,   S hash wat  and   S .   P alan i,  " S y n c hro nou s  ro tating   ref e rence  f r am e  bas e d    con t ro l  t echn i que  f o r   t h r ee-ph a s e  h y b r id  acti v e  p o w e r  f i lter:   A   s im u l i n k   ap p r oach ,"  J.  App l ied Sci. ,   v ol.   14,    pp .   1 557 -15 6 3 , 2 014 .   [4]   A r th is h r i,   K . ,   R .   B a l a s u b r a m a n i a n ,   P .   K a th i r ve l u ,   S . P .   S imo n   a n d  R.   A mir t ha ra ja n ,   " Ma x i m u m  po we r  p o int  track ing   of   p h o t ovo lt aic  g e nerat i on  s y stem  u sing  artificial  neu ral  netw ork   wi th  i m p rov e d  t r ackin g  f a ct or, "     J .  Ap pl ie d   Sc i . ,   vo l.  14,   p p .   1 858-18 64 ,   2 0 1 4 .   [5]   Ram eza n i ,   B.,   "S peed   c o n t r ol  s im ul a t i on  f o r  i nducti on   m oto r   b y  mu l t i  le v e l  V S I - F e d  to   a n a ly se   c ur r e n t   h a r mon i c s   and   sel ectiv e h a rm o n i c s   elimi n ation , " J . App lied  S c i . ,  v ol .   1 0 , pp . 6 8 8 -6 93 , 20 1 0 .   [6]   M .   R .   Ban a ei ,   M .   R .   J a nnati  Os ku ee  an d  H.   K h oun jah a n,   “ Recon f ig u r ati on  of  s e m i - cascad e d   m u ltil e vel  in vert er  t o  im p r ove system s  perf o rman ce pa ram e t e rs ,”  IET  Po wer  Electr o n . ,   v o l .   7 ,  no .  5 ,   p p.  110 6-1 1 1 2 ,   2 014.   [7]   N.F.   N ik  I s m ail,  N .A.Rahim ,  S . R  S h ei kh   R aih a n,   a nd   Y .  Al-T u r k i , ”P arall e l  Induct o r  M u ltil e v el  C urren t   S o u rce  Inv e rter  w ith   E nergy  Reco ve ry  S ch em e  Fo r  Induct o r  Curren t   B al a n cin g ,”  IE T Po we r   El ectr on,   v ol.   9,  n o .   1 1 ,   pp  22 98 -304 ,   S ept,  201 6  [8]   M .   R .  Banaei,  M.   R .   Jann ati  O s k u ee  and   F .   M oh a j el  K a zem i,  “ S e ri es   H -br i dge  w i t h   s t acked  m ulti-cell  inverter  t o   qu adru pli cate v o l t ag e   lev e ls, ”   IET  P o wer  El e c tron. ,   vol.   6 ,   no.   5 ,   pp .   8 78-8 8 4 ,   2 0 1 3 .   [9]   M .   R .  Banaei ,  F .   M oh ajel  K aze m i ,  M .   R .  J a nn ati  O s ku ee,  “ N e w  m i x t u re  o f   h y b r id  s t acked   m ul ti -cell  w ith   h al f  cascad e d  co nver t er to in crease v o l t age level , ”  I E T P o w e r Ele c t ro n.,  vo l. 6 , n o . 7 ,  pp .  1 4 0 6 - 14 14 ,   2 0 1 3 .   [10]   A.   A j a mi,   M.   R .   Jann ati   Oskuee,   A .   M o kh b e rdo r an,   H.   S hokri,   “ S e lect ive  harmoni c   e l i mi nation  method  f or    wi de  r a n ge  o f   m odu la t i o n   i nd exes   i n  multil e vel  in vert ers  u s ing   ICA , ”  J.   Cent .  S outh  Univ. ,   v ol .   2 1 ,   no.   4 ,     pp .   1 329 -13 3 8 , 2 014 .   [11]   R .   T .   H .  L i ,  H .   S .  C h u n g ,  a n d   T .   K .  M .   C h a n ,   “ A n   a c t i v e   m o d u l a t ion   tech ni que  f or  s ingle-p h as e  gri d   c o nnect ed  CSI,”  I E EE Tra n s.  Power E l ectron.,   v o l .   22,   n o .   4 ,   p p.   1 3 7 3 - 1 380,   2 0 07.   [12]   Rit e sh  d as u ,   S arat  C han d ra  swai n   a nd   S anh i t a   m ish r a ,   " Com p a r i t i ve  a nal y sis  o f   l i n ear  c ont rollers   u s ed  f or  g rid  con n ected   P V   s y s t em,"  in  Internat io nal jo ur nal  of  el ectri cal a n d  co mp ut er  engi neer in g ( I JECE) ,   v ol.   8,   n o .   1 ,     pp   5 1 3 -5 20 ,   F e b  2 0 1 8 .  [13]   Su ma iya   ra hma n   a nd   H a s ima   abd u l  ra hma n ,"   U se   o f  ph oto  v o l ta ic s  i n   m icro  g ri d  as  e n e rgy   so urce  and   con t rol  m e th od  u s i n g   MA TL AB/sim uli n k, "   i n  Int e rn ational  jo u r nal  o f  electr i ca l an d compu t er  engi neerin g  ( I J E CE),   vol.   6,   n o .   2 ,   p p . 85 1-8 5 8 ,   a pr  201 6.   [14]   Li p i ka  N and a ,  A  D a sg upta,  U .  K.  R o u t,   " A  c o m p arat iv e  A n a l ysi s   o f  S y mm etri cal  a nd   Asy m m et rical   C ascad ed  Multilevel   Inver t er  H aving  Reduced   N umber  of   S witches  and  DC  S o urc e s,"   In tern atio nal J o ur na l o f   Po wer  El ectro n i cs  a n d   Dr ive S y s t em  ( I JPEDS) ,   v ol.   8 ,   n o .   4 ,  pp .  1 5 9 5 -1602 ,   D ec  20 17”   [15]   A.  N ami,   L .  J i aq i ,   F .   D ijk hu izen,  and   G .   D .  Demet r iad e s,  “ M o du l ar  M ultil e vel  Converters   f or  HVDC  A pplicat ion s :  Revi ew o n co nve rt er cell s  an d  funct i o n aliti e s , ”  IEEE Trans .   P o wer  Elect ron . ,   vol.  30 ,   n o .   1 ,  p p .  1 8 -3 6,   201 5.   [16]   A.   A j a m i ,   M .   R .   J a nn ati   O s kuee,   M .   T .   K h o sro s h a hi  a nd   A .   M okh be rd oran,   "Casc a d e   m ul ti -cell  m u lti l e v el  c o nv e r te r  with   r e d u c e d  n umb e r of  switc he s , "   IET  Po wer E l ectron.,   v o l .   7 ,   n o .   3 ,   p p .   55 2-55 8,   2014 .     [17]   S u r o s o ,  A b d u l la h   Nu r   Az i z ,   T o s h ih ik o  N o g u c h i   " F iv e - le v e l   P W M   I n v e rte r   w it h   a   Sing le   D C  Powe r  Sou r c e   f or  D C- AC  P ower  C onv ersi on , "   I n te r n a t io na l J o ur na l of  Po w e r  E l e c t r o n i cs an d Dri ve  S y st e m   ( I JP EDS),   v ol .   8 ,   no .   3 ,  pp .  1 2 3 0 -1 237 ,   S ep   2 0 17.  [18]   Th iy a g arajan   V ,  S o m a s und aram  P   " A  New  S e ven  Level   S y m m et rical  I nv erter  w ith   R ed uced  S wit c h  Coun t, "  Int e rna t i o n a l  Jo u r n a l of Po wer   E l ectr onics an d  D r i ve System ( I JPED S ) ,   vol.   9 ,   no.   2 ,  p p .   9 2 1 -925,   J u n   2 01 8.  [19]   Ap arna  P ray a g ,   S an jay  Bodk he  " N ovel   S y m m e tric  a n d   A sy mmet r ic  M u lt ilev el  I n v ert e r  To po log y   f o r   P erm a nen t   M a gn et  S yn chron o u s   M ot or, "   Int e rn ation a l  Jou r na l of Po wer  E l ectr onics a n d  Dri ve Sys t em   ( I JPEDS) ,   v ol .  8,     no .   3 ,  pp .  1 0 0 2 -1 010 ,   S ep   2 0 17.  [20]   M .   A .   A bdo urrazi q  an d  M .   M aaroufi ,   " Ex perimental   v erif ication  o f   t h e  m a i n   M P P T  tech niq u es   f or  p h o to voltaic  syst e m , "  Int e rn a t ion a l   Jo ur na l o f   P o wer  El ectr o n i cs an d Drive Sys t ems   ( I JP EDS )  ,  vo l.  8 ,  n o .  1,  p p.  3 8 4 -3 91 ,  20 17 .     [21]   M .   A bd ur  R azza k,  e t  al.,   " Design  of  a   G rid - c o nn ected   P h o to volt a ic  I nvert er  w it h  M a xim u m   P o we r  P o i n t  Track in g   us in g  P e rt urb  and  Obs e rve  T ech ni qu e, "  Int e rna t ion a l  Jou r n a l  o f   Po we r  Electr onics  an d D r i v e  Syst em (IJPED S ) ,   v o l.   7 ,   no . 4 ,   p p .   1 21 2-1 2 2 0 , De c   20 16 .  [22]   M u h a mm ad   T ,  et   a l ,   " Cas c ad ed   S ymm e tri c   M u l tilev e l  Invert er  w it h   R e d uced   N um ber  of   C ont rol l ed   S witch e s, "   Int e rna t i o n a l  Jo u r n a l of Po wer   E l ectr onics an d  D r i ve System ( I JPED S ) ,  v o l . 8 , n o .   2 ,   pp . 7 95 - 80 3, Jun  20 1 7 .   [23]   Ali  A.   A bd ulrazzaq ,  Ad nan  H .   A li ,  " E ff ic i e ncy  P e rf orm a n ces  o f   T w o   M P P T   A l g o r i t h m s  f o r  P V   S y s t e m   W i t h   Diff er ent  So l a r   Panel s   Irradianc e s , "  In tern atio n a l Jo ur nal of  Po we r  Electr o n i c s  a nd  D r ive S y st em  ( I JPEDS),    v o l.   9 ,   no . 4 ,   p p .   1 75 5-1 7 6 4 , De c   20 18 .  [24]   Zu lk e f l e   A ,  et  a l,  " M o deling   an d  S i m u la t i o n   o f  N i n e -L evel   C as ca ded  H-Bridge  M ultilevel  Invert er,"   Indo nes i a n   Jou r n a l o f   El ectri cal  En g i neeri n g   an d Co mp u t er  S c ien c e ( I J E ECS) ,   vol.   1 1 ,   n o.  2 , p p.   696 -  70 3 ,  Aug  2 0 1 8 .  [25]   M a nj u  aggarw al,  M a dh us udan   s i n g h   an d  S . K. G u p t a,   " F a u l t   ri de  t h r ou gh   capab il ity  of   D ST ATCOM   f o r  d i st rib u t e d  wi nd   g en erat io n   s y s t em,"  i n  In tern at io nal Jo urn a l  of  Po wer Elect ron i cs  An d Dri ve Sys t ems m n   ( I JPE D S ) ,   vol.   6,   no .   2 ,  pp .  3 4 8 - 3 5 5,  j un   2 0 15.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Int J  P o w   E l e c  &  D ri S yst  IS S N :   2088- 86 94       A c o m para tive   st u d y  o f  c a sc a d e  h-br i d ge  m u lt ilev e l  v o lt age   sourc e   inv e r t e r  and  …   (Ni k  F a sd i N i k I s m a i l )   1 363 B I OGRAPHIES  O F AUTHO RS    N i k  F a sdi  N i k  Is m a il   w as  b o r n  i n   K el ant a n,  M ala y s i a,  i n   1 9 7 8 .  H e  re ceiv e d  the  B . S c .  (Hon s . )  in  20 02   i n  To ky oD e n kiUn ive r s i ty ,  Ja pa n   a n d   M.Sc .   de g r ee s  fro m   t h e   Universit y   o f   Malaya  ( UM),  M a lay s i a , i n  2 008, res pect ive l y. He i s  a  s enior lectu r er with  t he  U nive rsi t y   o f  Te k n o log i  Ma r a   (Ui T M),  Malay s ia. H i s   r esearc h   i n t eres t incl ud es  e l ectric energ y ,  h ig h p o w e r dc/ d c co nv ert e r and   f u el cel l ap plicati o n .             D .   J o h ari  recei v e d   her  P h .   D  deg r ee  in   L ig h t ni n g   P hys ics   f r o m   U pp sa la   U n i ve rs ity ,   S we de n   in   2 0 1 7 .  S h e  ob tained   h er  M S c   a n d   Bach elor  d egr ees  i n   Elect rical  E ngineeri n g  f r om  U n i versit i  T echno lo gi   M A R A   (UiTM),   M alay si a  i n   200 8  and   t h e  U n i v ers ity  o f   L i v e rpoo l,   UK  i n   1 9 99,   res p ecti v el y.  S h e   c u rre n t l y   w o r ks   a s   a  S e n i o r   L ectu r er  a t   U i T M ,   S ha h   Ala m ,  Ma l a ysia .   Pr io r  to   co nti nuin g   h er  M ast e r’s   d e g r ee,   s he  w orked   as  a n  E ngi neer  i n  th e  teleco m m u n icati o n   in dustry  f o r  ab ou t  6   years.  H er  c urrent   r e s earch  i nt erests   i n c lud e   l i g h t n i ng   p h y s i c s ,   l i g ht ni n g   p r o t e c t i o n ,   l i gh tning  predi c tion ,   a rt ifi c ial   in te l l ig ence  s u ch   a s  art i fici a l   n e u r a l  n e t w o r k  ( A N N )  a n d   e v o l ut io na ry  pro gra m m i n g .       N o razlan   H a s hi m   receiv e d  his   B.  E ng   d egree  i n   Elect rical   E n g i n e erin g  and   M .   E ng   d eg ree   in   E l ectri cal  E n e rgy   &  P o wer  S y st e m   fro m  th e   U n i v ersity   o f   M a laya  i n   2 0 0 1   an d  20 07  res p ecti v el y.  H e   i s   c u rre n t l y   a   s en io r  lectu r er  i n  t h e  f acul t y   o f   e lect rical  e n g i n eerin g,  U n i vers i t i  T e kno lo g i   M A R A  (Ui T M )   S h a h  Al am .  H i s   re s earch  i n t eres t  in clud es  m a x i m u m  p o w e r  p o i n t   t r ackin g  (MP P T )   t ech nol og y  an d   pow er  e lect ron i c   t e c h ni qu es.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.