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.   8 No .   4 Dec em b er   201 7 ,   p p .   1 6 1 2 ~ 1 6 2 1   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 8 i 4 . pp 1 6 1 2 - 1621           1612       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   Co m pa ra tive  Stu dy  of Thre e  Dif fe rent  To po l o g ies o Five - l ev el  Inv erte r w ith  SP WM  Mo dula tion  Techniqu e         Na bil   F a ra h 1 J urif a   B t .   M a t   L a zi 2 M H T a lib 3     1, 3   El e c tri c a e n g in e e rin g   (p o w e e lec tro n ics   a n d   d riv e s),  Un iv e rsiti   T e k n ik a M a la y sia   M e lak a ,   M a lay sia   2   De p a rtm e n o f   In d u strial  P o w e En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n ik a M a la y sia   M e lak a ,   M a la y sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   29 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   Oct   20 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   No v   1 ,   2 0 1 7       M u lt il e v e In v e rter  (M L I)  h a a tt ra c ted   a   g re a a tt e n ti o n   b y   d i ff e re n re se a rc h e rs  a n d   in d u stries   d u e   to   it c a p a b il i ty   in   h a n d li n g   h i g h   p o w e r   a p p li c a ti o n   a n d   m in im izin g   th e   h a r m o n ics   c o n ten ts  in   th e   o u tp u t.   T h is  stu d y   p ro p o se   th re e   d if f e r e n to p o l o g i e o f   M L (5 - lev e l)  w h ich   a re   Ca sc a d e d     H - Brid g e   M u lt il e v e In v e rter  (C HML I)  , Dio d e   Cla m p e d   M u lt il e v e In v e rte r   a n d   F ly in g   Ca p a c it o M u lt il e v e In v e rter  (F CM L I)  . T h e se   th re e   to p o lo g ies   h a v e   b e e n   m o d e ll e d   in   M A T LA B/S IM UL I NK   a n d   c o m p a re d   i n   term o T HD   a n d   n u m b e o f   c o m p o n e n ts  u se d .   S in u so i d a P u lse   W id th   M o d u lati o n   is   u ti li z e d   to   c o n tro b o t h   o f   th e   to p o l o g ies   w it h   sa m e   DC   so u rc e .   T h e   re su lt sh o w e d   th a , CHML is  su p e rio c o m p a re d   to   DCML a n d   F CM L in   w h ich   th e   CHML p ro d u c e   2 6 . 2 9 %   T HD   w h il e   DCML a n d   F CM L p ro d u c e   2 9 . 1 4 %   a n d   3 3 . 5 3 %   re sp e c t iv e l y   . M o re o v e les c o m p o n e n ts  a n d   s w it c h in g   lo ss e s is  o b tai n e d   w h e n   u sin g   th e   CHML I.   K ey w o r d :   C HM L I , DC M L I , F C M L I   L es s   co m p o n e n ts     ML I ,   M A T L A B /SIM U L I NK   SP W M   S w itc h in g   lo s s es   T HD   Co p y rig h ©   201 7   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 :   Nab il Far ah ,   Facu lt y   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   C en ter   f o r   R o b o tics   an d   I n d u s tr ial  Au to m atio n   ( C e R I A ) ,   Un i v er s iti T ek n ik al  Ma la y s ia  Me lak a,   Me lak a,   Ma la y s ia.   E - m a il: M0 1 1 5 1 0 0 1 9 @ s tu d en t.u te m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N     No w ad a y s ,   m o s o f   r esear c h e r s   as  w ell  a s   in d u s tr ie s   ar p a y in g   m u ch   a tten t io n   i n   d ev e lo p in g   a n d   p r esen tin g   n e w   r en e w ab le  en er g y   r eso u r ce s   [ 1 ] - [ 3 ] . T h m o s co m m o n   r en e w ab le  en er g y   r eso u r ce s   ar s o lar   en er g y [ 4 ] , w i n d   en er g y [ 5 ]   , th er m al  en er g y [ 6 ]   an d   m an y   o th er   r en e w ab le  r eso u r ce s [ 7 ] . N atu r all y   t h , th e   en er g y   p r o d u ce d   b y   t h r en e w ab le  e n er g y   r eso u r ce s   i s   D C   en er g y .   B ec au s o f   m o s o f   t h h o m ap p lia n ce s   as  w e ll  as  i n d u s tr ial  ap p licatio n s   o p er ate  u s i n g   AC   en er g y ,   th r en e w ab le  D C   en er g y   g e n er ated   n ee d   to   b co n v er ted   in to   AC   e n er g y .   T h is   co n v er s io n   ca n   b ac h ie v ed   u tili zi n g   p o w er   elec tr o n ic   in v er ter   [ 8 ]   w h ic h   m ai n l y   d es ig n ed   to   co n v er t t h DC   en er g y   i n to   A C   e n er g y .   T h f ir s d esi g n ed   in v er ter   i s   2 - lev e i n v er ter   w h ic h   li m ite d   to   lo w   p o w er   ap p licatio n   d u to   les s   ca p ab ilit y   an d   p o w er   r atin g   [ 9 ] . I n   o r d er   to   h an d le  h ig h   p o w er   ap p licatio n s   a n d   in cr ea s e   th p o w er   r atin g   o f   th in v er ter   , Mu lt ilev el  I n v e r ter   ( ML I )   w as  i n tr o d u ce d   [ 1 0 ] - [ 1 2 ] .   T h m a in   ad v a n ta g es  o f   ML I   ar th e   ca p ab ilit y   o f   h an d li n g   h ig h   a n d   m ed iu m   i n d u s tr ial  ap p licatio n   [ 1 3 ]   an d   m i n i m izi n g   t h co s t o f   f ilter in g   cir c u it   s in ce   t h M L I   p r o d u ce   alm o s t   s in u s o id al  A C   s ig n al  [ 1 4 ] . ML I   ca n   b d esig n ed   as  T h r ee - l ev el  [ 1 5 ]   , f iv e - lev el   [ 1 6 ]   ,   s ev en - le v el  [ 1 7 ]   an d   s o   o n   [ 1 8 ] .   T h n u m b er   o f   le v el  i s   i n   d ir ec r elatio n s h ip   w it h   o u tp u t   s i g n al,   w h er th o u tp u s i g n al  ca n   b en h a n ce d   as  th n u m b er   o f   lev el  i n cr ea s ed ,   h o w ev er   h ig h   n u m b er   o f   lev el  r eq u ir e   lar g n u m b er   o f   co m p o n en t s   w h ic h   w ill   r esu lt  i n   v er y   e x p en s i v d esi g n .   R ec e n tl y ,   v ar io u s   r esear ch er s   an d   in d u s tr ies  ar f o c u s i n g   in   u tili zin g   th M L I   i n   d r iv ap p licatio n   s u ch   a s   S w itc h ed   R el u ct a n ce   Mo to r   ( SR M)   [ 1 9 ] ,   I n d u ctio n   Mo to r   ( I M)   [ 2 0 ]   an d   P er m an e n Ma g n et  S y n c h r o n o u s   Mo to r   ( P MSM )   [ 2 1 ] .   T h m u ltil e v el   in v er ter   p r o d u ce   less   h ar m o n ic  co n te n ts   i n   its   o u tp u v o ltag an d   cu r r en . also   th e   p o w er   s w i tch e s   in   m u ltil e v el  i n v er ter   ex p er ie n ce   lo w   v o ltag s tr ess   a n d   lo w   ele ctr o m a g n etic  i n ter f er e n ce s   ( E MI )   [ 2 5 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       C o mp a r a tive  S tu d o f Th r ee   D iffer en t To p o lo g ies o f F ive - lev el  I n ve r ter  ....   ( N a b il F a r a h )   1613   ML I   ca n   b p r ese n t ed   i n   d i f f er en t   co n f ig u r atio n s   d ep en d in g   o n   th e   ar r an g e m e n t   o f   th e   p o w e r   elec tr o n ic  co m p o n e n ts   , t h e   m o s co m m o n   to p o lo g ies   o f   M L I   ar C ascad ed   H - b r id g M u ltil e v el     I n v er ter   [ 2 2 ] ,   Dio d C la m p ed   Mu ltil e v el  I n v er ter   [ 2 3 ]   an d   Fl y i n g   C ap ac ito r   Mu ltil e v el  I n v er ter   [ 2 4 ] .   E ac h   ML I   to p o lo g y   h as  d i f f er en co m b in at io n s   a n d   p o w er   elec tr o n ics  co m p o n en ts   ar r an g e m en t.  A   s t u d y   b y   C o la k   [ 1 0 ]   h as  r ev ie w ed   t h M L I   to p o lo g ies  an d   t h eir   co n tr o s ch e m i n   w h ic h   d i f f er e n c o n tr o s ch e m ar e   in v e s ti g ated   . T h s t u d y   b u ild   g o o d   b asis   to   d is tin g u is h   b e t w ee n   M L I   to p o lo g ies   an d   t h e ir   p r ef er r ed   co n tr o tech n iq u es.   T h i s   p ap er ,   p r esen t s   th e   an al y tic  s t u d y   b et wee n   t h r ee   d if f er en M L I   to p o lo g ies  w h ic h   ar e   C HM L I ,   DC M L I   an d   F C M L I   w it h   Si n u s o id al  P u ls W id th   Mo d u latio n   ( SP W M) .   T h to p o l o g ies  ar co m p ar ed   i n   ter m s   o f   n u m b er   o f   co m p o n en t s   u s ed ,   h ar m o n ics  r ed u ctio n s ,   s w itc h i n g   lo s s es  an d   DC   s o u r ce s .   MA T L A / SIM U L I NK  en v ir o n m en is   u ti lized   to   d esig n   an d   o b tain   th r esu lts   o f   t h ML I   to p o lo g ies  . T h b lo ck   d iag r a m   s h o w n   i n   F ig u r 1   illu s tr at es   t h m ain   co n ce p t o f   th i s   s t u d y .       M L I C HM L I D C M L I F C M L I Har m on i c s  c on t e n t s   C om p on e n t s                                                        Fig u r 1 ML I   to p o lo g ies co m p ar is o n   b lo ck   d iag r a m       2.   M L I   T o po lo g ies    2 . 1 .   Ca s ca ded H - B ridg   A   ca s ca d H - b r id g m u ltil e v e in v er ter   ca n   b co n s tr u cted   b y   co n n ec tin g   s et  o f   s in g le  f u ll  b r id g e   in v er ter   i n   s er ies.  E ac h   b r id g h as  its   o w n   i s o lated   d s o u r ce   w h ic h   ca n   b s o lar   ce lls   o r   b atter ies  . T h eses   s ep ar ated   d s o u r ce s   f ee d i n g   th e   H - b r id g m u ltil e v el  i n v er ter   ca n   g en er ate   al m o s s i n u s o id al  w a v ef o r m   v o ltag e .   Fi g u r e   2   s h o w s   f i v e - le v el  o f   C HM L I .   E ac h   H - b r id g w ill   b ac ti v ated   at   ce r tai n   a m o u n t   o f   ti m at   d if f er e n s tar u p   an g le  an d   s i n ce   ea c h   b r id g is   f ed   b y   s ep a r ate  d s o u r ce ,   th o u tp u o f   al th b r id g e s   w h ic h   f o r m   t h C HM L I   o u tp u w ill   b th s u m   o f   t h t h s ep ar ated   d s o u r ce s   f o r   t h r ee   p h ase  n th   lev e o f   C HM I   in v er ter .   An d   th o u tp u E q u at io n   as  f o llo w   [ 2 5 ] :       Van =V a1 +V a2                                               Vb n =V b 1 +V b 2                                           Vcn =V c1 +V c2                                             DC DC DC DC DC DC Bri d g e   Bri d g e   Bri d g e   Bri d g e   Bri d g e   Bri d g e       Fig u r 2 .   f iv le v el  H - b r id g ML I     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 6 1 2     1 6 2 1   1614   2 . 2 .      Dio de  Cla m pe   T h d io d e   clam p ed   in v er ter   p r o d u ce   m u lt ip le  o u tp u t s   v o lta g es  u tili zi n g   th tec h n iq u o f   co n n ec tio n   o f   th p h ase s   to   s er ies  b an k   o f   ca p ac ito r s .   T h f ir s d io d e   cla m p ed   w as  li m ited   to   th r ee   v o ltag lev e b u t   n o w ad a y s   t h lev el  ca n   b ex ten d ed   b y   in cr ea s in g   th n u m b er   o f   ca p ac ito r   c o n n ec ted   ac r o s s   th d b u s   r esu lti n g   i n   ad d itio n al   v o lta g lev els.   T h d io d is   u s ed   as   t h cla m p i n g   d ev ice   to   cla m p   t h d b u s   v o lta g s o   as  to   ac h iev s tep s   i n   th o u t p u v o ltag e h o w ev er   t h n u m b er   o f   le v el  o f   m u lt ilev e in v er ter   m u s b o d d   n u m b er   b ec a u s i n   th ca s o f   ev en   n u m b er   lev e l ,   th n eu tr al   p o in t c an t b ac ce s s ed   [ 2 6 ].       DC Va Vb Vc   Fig u r 3 .   F iv le v el  f l y i n g   ca p ac ito r   ML I       2 . 3 .         F ly ing   Ca pa cit o r       An o th er   m u ltil e v el  i n v er ter   t o p o lo g y   i s   th f l y i n g   ca p ac it o r   w h ic h   u tili ze s   s er ies  co n n ec t io n   o f   ca p ac ito r .   T h m ai n   co n ce p o f   th is   i n v er ter   is   to   u s ca p a cito r s   as  cla m p in g   s w itc h in g   ce lls .   T h ca p ac ito r s   tr an s f er   th li m ited   a m o u n o f   v o ltag to   elec tr ical  d ev ice s .   T h is   in v er ter   u s th s a m s w i tch i n g   s tate s   as  t h e   d io d clam p in g   in v e r ter   b u it  d o esn r eq u ir an y   cla m p in g   d io d e   s in ce   it  u s ca p ac ito r   in s tead   [ 2 7] .   Fig u r 4   s h o w s   t h cir cu it b lo ck   d iag r a m   o f   f iv e - le v el  o f   f l y i n g   ca p ac ito r   ML I .       3 .       S I NO USDAL   P U L S E   W I DT H   M O DULAT I O   T h er ar m a n y   d i f f er e n t   m o d u latio n   tech n iq u e s   w h ic h   ca n   b ap p lied   to   m u lti lev el   in v er ter ;   t h e   m o s f a m o u s   a n d   s i m p les t   m o d u latio n   tec h n iq u i s   th s i n u s o id al  p u ls w id th   m o d u lat io n   ( SP W M) .   T h ML I   ca n   b co n tr o lled   b y   u s in g   th SP W M,   w h er e   s i n u s o id al  s i g n al   is   co m p ar ed   w it h   s q u ar w a v e s   to   g e n er at e   th s w itc h i n g   p u l s es.  T h ese  p u ls e s   w i ll  tr i g g er   th e   s e m ico n d u cto r s   s w i tch e s   i n   t i m e   s eq u en ce   co n s id er in g   t h e   p h ase  b et w ee n   th p h ase s   s h i f t   of   t h r ee   p h ase   in v er ter   le g s .   T h is   m et h o d   u s es   N - 1   le v e ca r r ier   s i g n a ls   to   g en er ate  th N - le v el  in v er ter   o u tp u v o l ta g e.   I n   m u ltil e v el  in v er ter ,   th f r eq u e n c y   m o d u la tio n   in d ex ,         an d   th a m p li tu d m o d u latio n   i n d e x ,         ar d ef in ed   as  [ 2 7 ] :                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       C o mp a r a tive  S tu d o f Th r ee   D iffer en t To p o lo g ies o f F ive - lev el  I n ve r ter  ....   ( N a b il F a r a h )   1615   W h er e           ca r r ier   s ig n al   f r eq u en c y ,       r ef er en ce   s i g n al  f r eq u en c y ,         ca r r ier   s ig n al  a m p lit u d e,           r ef er en ce   s ig n al  a m p litu d e.       DC Va Vb Vc   Fig u r 4 .   F iv le v el  f l y i n g   ca p ac ito r   ML I       I n   o r d er   t o   g e n er ate  t h s w itc h in g   p u ls e s   o f   5 - lev el   i n v er ter ,   th e   s i n u s o id al  p u l s w id t h   m o d u latio n   f o u r   ca r r ier   s ig n a ls   ar e   co m p ar ed   w i th   o n r ef er e n ce   s in w a v e.   W h er th a m p lit u d o f   th ca r r ier   s ig n al   d iv id ed   in to   f o u r   r eg io n s   to   f i th r ef er en ce   s i n w a v a m p litu d e.   Fig u r 5   s h o w s   t h SP W ca r r ier s   s ig n al   co m p ar e d   w it h   r ef er en ce   s in u s o id al  s ig n a f o r   5 - le v el  in v er te r .             Fig u r 5 .   T h SP W M   ca r r ier s   s ig n als o f   5 - le v el  in v er ter       4 .       SI M UL AT I O R E S UL T S     T h th r ee   d if f er en to p o lo g ies  o f   f i v e - lev el  i n v er ter   h av b ee n   d esi g n ed     b y   u s i n g   MA T L A B /SIM U L I NK  e n v ir o n m e n t,  w h er th s a m SP W m o d u la tio n   tech n iq u es  i s   ap p lied   to   ea ch   o f   th e m   w it h   6 0 0 Vd an d   1 0 0   o h m   r e s is ti v lo ad .   Fig u r 6   s h o w s   t h t h r ee   d if f er en to p o lo g ies  o f   ML I   d esi g n s   in   M A T L A B /SIM U L I NK.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 6 1 2     1 6 2 1   1616     ( a)       ( b )       ( c)     Fig u r 6 .   ML I   to p o lo g ies ( a)   C HM L I ,   ( b )   DC ML I   an d   ( c)   FC M L I       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       C o mp a r a tive  S tu d o f Th r ee   D iffer en t To p o lo g ies o f F ive - lev el  I n ve r ter  ....   ( N a b il F a r a h )   1617     T h r esu lts   ar e   o b tain ed   w h ic h   co m p r is e   t h p h a s a n d   lin e   v o lta g es  a s   w el as   o u tp u t   cu r r en t.  T h e   T HD  s p ec tr u m   is   g e n er ated   f o r   th v o lta g an d   c u r r en t.  Fig u r 7   p r esen ts   t h SP W s ig n al  i n   w h ic h   r ef er en ce   s ig n   w a v s i g n al   is   co m p ar ed   ag a in s f o u r   tr ia n g u lar   w a v es   in   o r d er   to   g en er ate  th r eq u ir ed   p u l s e s   to   co n tr o th in v er ter   s w itc h es  s eq u e n tiall y .   Fi g u r 8   s h o w s   th p h a s v o lta g es   f o r   C HM L I ,   DC M L I   a n d   FC M L I   alo n g   w it h   t h eir   co r r esp o n d in g   T HD  s p ec tr u m .   As  ca n   b s ee n   f r o m   t h p r esen ted   w a v e f o r m s ,   C HM L I   h a s   b etter   r es u lt s   co m p ar ed   to   t h D C M L I   a n d   F C M L I   also   p r o d u ce d   less   T HD.   All  t h to p o lo g ies   ar s i m u lated   w i th   s a m s a m p lin g   an d   s i m u lat io n   ti m a s   w e ll  as   s a m m o d u latio n   i n d ex   an d   s w itc h in g   p u ls es.            Fig u r 7 .   C o m p ar is o n   o f   r e f er en ce   s i g n a w it h   ca r r ier   s ig n al                         ( a)                                                ( b )                                                               ( c)                                                                ( d )                                                                                                         ( e)                                                                                                                         ( f )     Fig u r 8 .   P h ase  v o ltag a n d   T HD  ;( a) C HM L I , ( b ) DC ML I , ( c ) FLCM L I , ( d ) T HD - C HM L I , ( e )   T HD - DC M L I , ( f )   T HD - FC M L I         Si m i lar l y ,   th e   p h ase   v o ltag e s   o f   t h t h r ee   d i f f er e n to p o lo g i es  ar e   p r esen ted   i n   Fi g u r 9   a lo n g   w it h   T HD  s p ec tr u m   s h o w i n g   t h at C HM L I   is   s u p er io r   in   ter m s   o f   p er f o r m an ce   a n d   T HD  c o n ten ts   . T h o u tp u lin e   v o ltag a n d   T HD  s p ec tr u m   o f   th th r ee   to p o lo g ies  ar e   p r esen ted   in   Fig u r 1 0   as  w el l.   0. 1 0. 105 0. 11 0. 115 0. 12 0. 125 0. 13 0. 135 -2 -1. 5 -1 -0. 5 0 0. 5 1 1. 5 2 T im (s ec ond s ) Am plit ude     R ef c arrier1 c arrier2 c arrier3 c arrier4 0. 11 0. 12 0. 13 0. 14 0. 15 0. 16 0. 17 0. 18 0. 19 0. 2 -200 -100 0 100 200 T im (s ec ond s ) Am plit ude     V -pha s e-C H M LI 0 . 1 0 . 1 1 0 . 1 2 0 . 1 3 0 . 1 4 0 . 1 5 0 . 1 6 0 . 1 7 0 . 1 8 0 . 1 9 0 . 2 - 2 5 0 - 2 0 0 - 1 5 0 - 1 0 0 - 5 0 0 50 100 150 200 T i m e   ( s e co n d s ) A m p li t u d e T i m e   S e r i e s   P l o t :     V p h a s e - DC M L I 0 . 1 1 0 . 1 2 0 . 1 3 0 . 1 4 0 . 1 5 0 . 1 6 0 . 1 7 0 . 1 8 0 . 1 9 0 . 2 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 T i m e   ( s e co n d s ) A m p li t u d e T i m e   S e r i e s   P l o t :     V p h a s e - F CM L I 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 4 5 6 Ha r m o n i o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 5 0 Hz)   =   1 . 9 7   ,   T HD =   2 9 . 1 4 % M a g   % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Ha r m o n i o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 5 0 Hz)   =   1 . 9 1 4   ,   T HD =   3 3 . 5 3 % M a g   % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 6 1 2     1 6 2 1   1618     ( a)                                                       ( b)                                                       ( c)                                            ( d )                                                                                                                   ( e)                                                                                                         ( f )     Fig u r 9 .   L in v o lta g an d   T HD ( a) C HM L I ,   ( b ) DC M L I ,   ( c) FLCM L I ,   ( d ) T HD - C HM L I ,   ( e)   T HD - DC M L I ,   ( f )   T HD - FC M L I         ( a)                                                       ( b)                                                                  ( c)                                                               ( d )                                                                                                         ( e)                                                                                                                               ( f )     F ig u r e   10 .   Ou tp u t c u r r e n ts   a n d   T HD  ;( a) C HM L I , ( b ) DC M L I , ( c) FL C M L I , ( d ) T HD - C HM L I , ( e)   T HD - DC M L I , ( f )   T HD - FC ML I     0. 11 0. 12 0. 13 0. 14 0. 15 0. 16 0. 17 0. 18 0. 19 0. 2 -400 -300 -200 -100 0 100 200 300 400 T im (s ec ond s ) Am plit ude T im Serie s   P lot :     V -line-C H M LI 0 . 1 1 0 . 1 2 0 . 1 3 0 . 1 4 0 . 1 5 0 . 1 6 0 . 1 7 0 . 1 8 0 . 1 9 0 . 2 - 4 0 0 - 3 0 0 - 2 0 0 - 1 0 0 0 100 200 300 400 T i m e   ( s e co n d s ) A m p li t u d e T i m e   S e r i e s   P l o t :     V l i n e - DC M L I 0 . 1 0 . 1 1 0 . 1 2 0 . 1 3 0 . 1 4 0 . 1 5 0 . 1 6 0 . 1 7 0 . 1 8 0 . 1 9 0 . 2 - 4 0 0 - 2 0 0 0 200 400 T i m e   ( s e co n d s ) A m p li t u d e T i m e   S e r i e s   P l o t :     V l i n e - F CM L I 0 5 10 15 20 0 2 4 Ha r m o n i o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 5 0 Hz)   =   3 4 5   ,   T HD =   1 6 . 7 8 % M a g   % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 3 . 5 Ha r m o n i o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 5 0 Hz)   =   3 4 3 . 2   ,   T HD =   2 2 . 0 7 % M a g % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 4 5 6 7 Ha r m o n i o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 5 0 Hz)   =   3 3 8   ,   T HD =   2 3 . 7 4 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l) 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 2 6 0 . 2 8 0 . 3 - 2 . 5 -2 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 T i m e   ( s e co n d s ) A m p li t u d e     I A - CH M L I 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 2 6 0 . 2 8 0 . 3 - 2 . 5 -2 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 T i m e   ( s e co n d s ) A m p li t u d e     I A - DC M L I 0 . 1 0 . 1 2 0 . 1 4 0 . 1 6 0 . 1 8 0 . 2 0 . 2 2 0 . 2 4 0 . 2 6 0 . 2 8 0 . 3 -2 -1 0 1 2 T i m e   ( s e co n d s ) d a t a T i m e   S e r i e s   P l o t :     I A - F CM L I 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 1 2 3 4 5 6 Ha r m o n i o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 5 0 Hz)   =   1 . 9 7   ,   T HD =   2 9 . 1 4 % M a g   % 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 0 2 4 6 8 10 12 14 Ha r m o n i o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 5 0 Hz)   =   1 . 9 1 4   ,   T HD =   3 3 . 5 3 % M a g   % Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       C o mp a r a tive  S tu d o f Th r ee   D iffer en t To p o lo g ies o f F ive - lev el  I n ve r ter  ....   ( N a b il F a r a h )   1619     T ab le   1   p r esen ts   t h co m p ar is o n   b et w ee n   th d i f f er e n to p o lo g ies  i n   ter m s   o f   T HD,   co m p o n en t s   an d   DC   s o u r ce s .   T h s u p er io r it y   o f   th C HM L I   is   d u to   th less   co m p o n e n ts   u s ed   w h ic h   m a y   co n tr ib u te  in   p r o d u cin g   h ar m o n ics,  h en ce   af f ec tin g   t h i n v er ter   o u tp u t.  H o w e v er ,   C HM L I   r eq u ir e s   s i n g le   DC   s o u r ce   f o r   ea ch   b r id g w h ic h   ca n   b co s tl y ,   w h i le  t h D C M L I   an d   FC M L I   u s e   o n l y   o n s in g le  DC   s o u r ce .   M L I   i n   g en er al  an d   C HM L I   in   s p ec i f i co m p r is es  s et  o f   ad v an tag eo u s   f ea t u r es  s u ch   as  p r o d u cin g   co m m o n   v o ltag e   m o d w h ic h   m in i m ize  th s t r ess   o n   t h m o to r   s w itc h i n g   f r eq u en c y   i n   w h ich   ca n   o p er ate  at  f u n d a m en tal  f r eq u en c y   h i g h er   o r   lo w er   th a n   th s w itc h i n g   f r eq u e n c y   an d   lo w   s w itc h in g   f r eq u e n c y   i m p lies   less   s w i tch in g   lo s s es  an d   en h a n ce d   p er f o r m an ce .   I n   ad d itio n ,   t h o u t p u o f   ML I   is   s tep p ed   w a v ef o r m   w h ich   al m o s t   s in u s o id al  w it h   les s   h ar m o n ic s   co n ten t s .       T ab le   1.   ML I   to p o l o g ies co m p ar is o n   T y p   No . L ev el   C o m p o n e n ts     T HD   DC   s o u r ce s   C ap ac ito r s   Dio d e   S w itc h es   Vp h ase   Vlin e   C u r r en t   C HM L I   5   0   0   12   2 6 . 2 9 %   1 6 . 7 8 %   2 6 . 2 9 %   6   DC M L I   5   4   4   12   2 9 . 1 4 %   2 2 . 0 7 %   2 9 . 1 4 %   1   FC M L I   5   12   0   12   3 3 . 5 3 %   2 3 . 7 4 %   3 3 . 5 3 %   1         T h co m p ar is o n   r es u lt s   h av e   s h o w n   t h at,   C HM L I   i s   s u p er io r   to   DC M L I   an d   FC M L I   in   ter m s   o f   T HD  an d   n u m b er   o f   co m p o n en ts   u s ed   . Ho w ev er ,   C HM L I   u tili ze s   m a n y   D C   s o u r ce s   DC   s o u r ce   f o r   ea ch   b r id g w h ile  t h D C M L I   an d   FC M L I   u tili ze   s in g le  DC   s o u r ce s .   Fi g u r 1 1   s h o w s   t h g r ap h ical  r ep r esen ta tio n   o f   th T HD  f o r   th d if f er en t o p o lo g ies,  w h er C HM L I   h a s   th lo w est  T HD   v al u e   w it h   ( 2 6 . 2 9 %)  f o llo w ed   b y   DC M L I   w it h   ( 2 9 . 1 4 %)  , th en   F C M L I   h as t h h ig h es t T HD  v alu w it h   ( 3 3 . 5 3 ) .     T h m ai n   s o u r ce   o f   t h h ar m o n ics  co n ten t s   is   f r o m   t h co m p o n en ts   o f   th s y s te m   o r   d ev ic . C HM L I   g en er ate   les s   T HD  co n te n ts   d u to   t h less   n u m b er   co m p o n en t s   u s ed   in   co m p ar is o n   to   DC M L I   a n d   F C M L I   w h ic h   u ti lize  ac ti v an d   p as s iv co m p o n en t s   i n   th d esi g n .   T h ese  co m p o n e n t s   co n tr i b u te  to   r is u p   th e   d is t o r tio n   to   th o u tp u t si g n a l a n d   h en ce   i n cr ea s it s   h ar m o n ics co n te n ts .             Fig u r 1 1 T HD  co m p ar is o n   b et w ee n   M L I   to p o lo g ies         5 .     CO NCLUS I O     Mu ltil e v el  i n v er ter   h as  b ee n   a ttra cted   b y   m a n y   r esear c h er s   an d   in d u s tr ies  d u to   th ca p a b ilit ies  o f   h an d li n g   h i g h   an d   m ed i u m   p o w er   ap p licatio n   as  w ell  a s   r en e w ab le  en er g y   ar DC   i n   n a tu r w h ic h   r eq u ir to   b co n v er ted   to   AC   u t ilizi n g   in v er ter .   T h er ar m an y   d i f f er en co n f i g u r atio n s   o f   M L I ,   h en ce   t h is   p ap er   in tr o d u ce d   th r ee   d i f f er en to p o lo g ies  w h ich   ar C ascad ed   H - b r id g M u lti lev el   I n v er te r   ( C HM L I ) ,   Dio d C la m p ed   M u ltil e v el  I n v er ter   ( DC M L I )   an d   Fl y i n g   C ap ac ito r   Mu ltil e v el  I n v er ter   ( F C M L I ) .   T h ese  to p o lo g ie h av e   b ee n   m o d elled   i n   M A T L A B /SIM U L I NK   an d   co n tr o l led   u til izin g   Si n u s o id al  P u l s e   W id th   Mo d u latio n   ( SP W M)   w i th   s a m s a m p li n g   ti m a n d   s w i tch in g   f r eq u en c y   . T h o b tain ed   r esu l ts   s h o ws  th a t,  C HM L I   h a s   less   T HD  t h an   o th er   to p o lo g ies  also   less   co m p o n e n ts   w h ic h   m ak e   C HM L I   s u p er io r   an d   r ec o m m e n d ed   to   b u s ed   in   m a n y   ap p licatio n s .       ACK NO W L E G M E NT           T h au th o r s   w o u ld   li k to   ac k n o w led g e   t h f u n d in g   s u p p o r f o r   th is   p r o j ec t,  p r o v id ed   b y   C en ter   f o r   0,00 % 10 , 0 0% 20 , 0 0% 30 , 0 0% 40 , 0 0% CHM LI DC MLI FC MLI T H D Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 6 1 2     1 6 2 1   1620   R o b o tics   an d   I n d u s tr ial  A u to m atio n   ( CeR I A ) FKE,   UT eM   an d   th E lectr ic  Ve h icle  Dr iv lab   f o r   th f ac ilit ies p r o v id ed   to   ac co m p li s h   t h w o r k .       RE F E R E NC E     [ 1 ]   Din cer ,   I b r ah im .   "Ren ewab le  en er g y   an d   s u s tain ab le  d ev elo p m en t:  cr u cial  r e v iew."  R en ewab le  an d   Su s tain ab le En er g y   R e v iews  4 . 2   ( 2 0 0 0 ) 1 5 7 - 1 7 5 .   [ 2 ]   A b   Ka d ir,   M o h d   Zai n a A b id i n ,   Ya a se e n   Ra f e e u ,   a n d   No r   M a riah   A d a m .   " P ro sp e c ti v e   sc e n a rio f o th e   f u ll   so lar   e n e rg y   d e v e lo p m e n in   M a lay sia . "   Re n e w a b le an d   S u sta i n a b le E n e rg y   Re v ie w s 1 4 . 9   ( 2 0 1 0 ):   3 0 2 3 - 3 0 3 1 .   [ 3 ]   Sh ar m a,  Him an s h u ,   et  al.  "D ev elo p m en an d   Sim u latio n   o f   St an d   Al o n Ph o to v o ltaic  Mo d el  Usi n g   Ma tlab /Sim u lin k . I n ter n atio n al J o u r n al  o f   Po wer   E lectr o n ics  an d   Dr iv e S y s t em s   6 . 4   ( 2 0 1 5 ) .   [ 4 ]   F ah r en b r u ch ,   Alan ,   an d   R ich ar d   B u b e.  F u n d am en tals   o f   s o lar   cells:  p h o to v o ltaic  s o lar   en er g y   co n v er s io n .   E ls ev ier ,   2 0 1 2 .   [ 5 ]   Z h ao ,   Hao r an ,   et  al.  "Rev i ew  o f   en er g y   s to r ag s y s te m   f o r   win d   p o wer   in teg r atio n   s u p p o r t. Ap p lied   E n er g y   1 3 7   ( 2 0 1 5 ) 5 4 5 - 5 5 3 .   [ 6 ]   J awo r s k i,   Ma ciej ,   Ma r ta  B ed n ar cz y k ,   an d   Ma r celi  C zach o r .   "E x p er i m en tal  in v esti g atio n   o f   th er m o electr ic   g en er ato r   ( T E G)   with   PC M m o d u le." Ap p lie d   T h er m al En g in eer in g   9 6   ( 2 0 1 6 ) 5 2 7 - 5 3 3 .   [ 7 ]   T wid ell,   J o h n ,   an d   T o n y   W eir .   R en ewab le en er g y   r eso u r ces.   R o u tled g e,  2 0 1 5 .   [ 8 ]   Hass ain e,  L . ,   et  al.  "O v er v ie o f   p o wer   in v er ter   to p o lo g ies  an d   co n tr o s tr u ctu r es  f o r   g r id   co n n ected   p h o t o v o ltaic s y s te m s . " R en ewab le  an d   S u s tain ab le En er g y   R ev iews  3 0   ( 2 0 1 4 ) 7 9 6 - 8 0 7 .   [ 9 ]   T an g ,   Yu ,   et  al.  "I m p r o v ed   Z - s o u r ce  in v er ter   with   r ed u ced   Z - s o u r ce  cap acito r   v o ltag s tr ess   an d   s o f t - s tar cap ab ilit y . I E E E   T r an s actio n s   o n   Po wer   E lectr o n ics  2 4 . 2   ( 2 0 0 9 ) 4 0 9 - 4 1 5 .   [ 1 0 ]   C o lak ,   I lh am i,   E r s an   Kab alci,  an d   R am azan   B a y in d ir .   "Rev iew  o f   m u ltilev el  v o ltag s o u r ce  in v er te r   to p o l o g ies  an d   co n tr o s c h em es. " E n er g y   C o n v er s io n   an d   Ma n ag em en 5 2 . 2   ( 2 0 1 1 ) 1 1 1 4 - 1 1 2 8 .   [ 1 1 ]   Gu p ta,  K r is h n K u m a r ,   et  al.  " Mu ltilev el  in v er t er   to p o lo g ies  with   r ed u ced   d ev ice  co u n t:   r e v iew. I E E E   T r an s actio n s   o n   Po wer   E lectr o n ics  3 1 . 1   ( 2 0 1 6 ) 1 3 5 - 1 5 1 .   [ 1 2 ]   Z .   B .   I b r ah im ,   M.  Ho s s ain ,   M.  T alib ,   R .   Mu s ta f a,  an d   N.  M.  N.   Ma h ad i,   "A   f iv e lev el cas cad ed   H - b r id g in v er ter   b ased   o n   s p ace v ecto r   p u ls e wid th   m o d u latio n   tech n iq u e," in   E n er g y   C o n v er s io n   ( C E NC ON) ,   2 0 1 4   I E E E   C o n f er en ce o n ,   2 0 1 4 ,   p p .   2 9 3 - 2 9 7 .   [ 1 3 ]   Ma n j r ek ar ,   Ma d h av   D.,   Pete r   K.  Steim er ,   an d   T h o m as  A.  L ip o .   "H y b r id   m u ltile v el p o wer   co n v er s io n   s y s tem :   co m p etitiv s o lu tio n   f o r   h ig h - p o wer   ap p licatio n s . I E E E   t r an s actio n s   o n   in d u s tr y   ap p licatio n s   3 6 . 3   ( 2 0 0 0 ) 834 - 8 4 1 .   [ 1 4 ]   Ho lm es,   Do n ald   Gr ah am e,  an d   B r en d an   P.   Mc Gr ath .   "O p p o r tu n ities   f o r   h ar m o n ic  can cellatio n   with   car r ier - b ased   PW f o r   two - l ev el   an d   m u ltilev el  c ascad ed   in v er te r s . I E E E   T r an s actio n s   o n   in d u s tr y   ap p licatio n s   3 7 . 2   ( 2 0 0 1 ) 5 7 4 - 5 8 2 .   [ 1 5 ]   Ab   Gh an i,   Mo h d   R u d d i n ,   et  al.  " I n v esti g atio n   Stu d y   o f   T h r ee - L ev el  C ascad ed   H - b r id g Mu ltile v el  I n v er te r . "   T E L K O MN I KA ( T el eco m m u n i catio n   C o m p u tin g   E lectr o n ics  a n d   C o n tr o l)   1 5 . 1   ( 2 0 1 7 ) 1 2 5 - 1 3 7 .   [ 1 6 ]   Gh an i,   Ab ,   et  al.  "C o m p ar ativ Stu d y   o f   Dif f er en Mu ltilev el  T o p o lo g ies  o f   F iv L e v el  I n v er ter   Usi n g   Sp wm . I n ter n atio n al J o u r n al o f   Ap p lied   E n g in eer in g   R esear ch   1 1 . 2 0   ( 2 0 1 6 ) 1 0 1 3 9 - 1 0 1 4 5 .   [ 1 7 ]   Palan is am y ,   R . ,   et  al.   "M u ltic ar r ier - SP W B ased   No v el  7 - L ev el   I n v e r ter   T o p o lo g y   with   Ph o to v o ltaic  S y s t em . I n te r n atio n al J o u r n al o f   Po wer   E lectr o n ics  an d   Dr iv e S y s t em s   ( I J P E DS)   8 . 2   ( 2 0 1 7 ) 8 2 6 - 834.   [ 1 8 ]   R o tella,  M au r icio ,   et  al.   "PW M   m eth o d   t o   elim in ate  p o wer   s o u r ces  in   n o n r ed u n d an 2 7 - lev el  in v er ter   f o r   m ach in e d r iv e ap p licatio n s . " I E E E   T r an s actio n s   o n   I n d u s tr ial  E lectr o n ics  5 6 . 1   ( 2 0 0 9 ) 1 9 4 - 2 0 1 .   [ 1 9 ]   F a r ah ,   Nab il,   et  al.  "M u ltilev el   I n v er ter   F ed   Switch ed   R elu cta n ce  Mo to r s   ( SR Ms) 6 /4 ,   8 / 6   a n d   1 0 /8   SR M   Geo m etr ic  T y p es. I n ter n atio n al J o u r n al  o f   Po wer   E lectr o n ics  an d   Dr iv e S y s t em s   ( I J P E DS)   8 . 2   ( 2 0 1 7 ) .   [ 2 0 ]   T alib ,   Md   Hair u Nizam ,   et  al.   "Ch ar acter is tic  o f   I n d u ctio n   M o to r   Dr iv es  F ed   b y   T h r ee  L e g   an d   F i v L e g   I n v er te r s . " J o u r n al o f   P o wer   E lectr o n ics  1 3 . 5   ( 2 0 1 3 ) 8 0 6 - 8 1 3 .   [ 2 1 ]   L azi,  J u r if Ma t,   et  al.  "Sp eed   an d   Po s iti o n   E s tim ato r   o f   D u al - PMSM   f o r   I n d ep en d en C o n tr o Dr iv es  u s in g   F i v e - L eg   I n v er te r . I n ter n atio n al J o u r n al  o f   Po wer   E lectr o n ics  an d   Dr iv e S y s t em s   ( I J P E DS)   8 . 2   ( 2 0 1 7 ) .   [ 2 2 ]   Wu ,   B in .   "Cas cad ed   H B r id g Mu ltilev el  I n v e r ter s . Hi g h - Po wer   C o n v er ter s   an d   AC   Dr iv es   ( 2 0 0 6 ) 1 1 9 - 142.   [ 2 3 ]   Ad am ,   Gr ain   P. ,   et  al.  "Cap acit o r   b alan ce  is s u es  o f   th d i o d e - clam p ed   m u ltilev el  in v er ter   o p er ated   in   q u asi   two - s tate m o d e." IE E E   T r an s act io n s   o n   I n d u s tr ial  E lectr o n ics  5 5 . 8   ( 2 0 0 8 ) 3 0 8 8 - 3 0 9 9 .   [ 2 4 ]   Sh u k la,  An s h u m an ,   Ar in d am   G h o s h ,   an d   Av in ash   J o s h i .   "I m p r o v ed   m u ltilev el  h y s te r esis   cu r r en r eg u latio n   an d   cap acito r   v o ltag e   b alan cin g   s ch em es   f o r   f l y in g   cap acito r   m u ltilev el   in v e r ter . "   I E E E   T r an s actio n s   o n   Po wer   E lectr o n ics  2 3 . 2   ( 2 0 0 8 ) 5 1 8 - 5 2 9 .   [ 2 5 ]   Yao ,   W en x i,   Haib in g   Hu ,   an d   Z h en g y u   L u .   "Co m p ar is o n s   o f   s p ace - v ecto r   m o d u latio n   an d   car r ie r - b ased   m o d u latio n   o f   m u ltilev el i n v er t er . I E E E   tr an s actio n s   o n   P o wer   E lectr o n ics  2 3 . 1   ( 2 0 0 8 ) 4 5 - 5 1 .   [ 2 6 ]   M.  Kav ith a,  A.  Ar u n k u m a r   ,   N.  Go k u ln ath   ,   S.   Ar u n   4   . New  C ascad ed   H - B r id g Mu ltil ev el  I n v er ter   T o p o lo g y   with   R ed u ced   Nu m b er   o f   Switch es  a n d   S o u r ces.   F i n al  y ea r   s tu d en ts   /   Dep t.   o f   E E E   DR . S. J . S   Pau Me m o r ial  C o lleg o f   E n g in eer in g   & T ech n o lo g y   Po n d ich er r y   I n d ia.  I SSN:  2 2 7 8 - 1 6 7 6   Vo lu m 2 ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       C o mp a r a tive  S tu d o f Th r ee   D iffer en t To p o lo g ies o f F ive - lev el  I n ve r ter  ....   ( N a b il F a r a h )   1621   I s s u e 6   ( Sep - Oct.  2 0 1 2 ) ,   PP   2 6 - 36   [ 2 7 ]   Dn y an esh war   D.  K h air n ar   an d   V.  M.  Desh m u k h .   . Per f o r m an ce  An al y s is   o f   Dio d C l am p ed   3   L ev el   MO S F E T   B ased   I n v e r ter .   Dep ar tm en o f   E lectr o n ics  an d   T eleco m m u n icatio n ,   C OE T   B am b h o r i,   J alg ao n ,   I n d ia.  I n ter n atio n al  E l ectr ic al  E n g in eer in g   J o u r n al  ( I E E J )   Vo l.   5   ( 2 0 1 4 )   No . 7 ,   p p .   1 4 8 4 - 1 4 8 9   I SSN   2 0 7 8 - 2 3 6 5   [ 2 8 ]   Mc Gr ath ,   B r en d an   Peter ,   an d   Do n ald   Gr ah am Ho lm es.   " Mu lticar r ier   PW s tr ate g ies  f o r   m u ltilev el   in v er ter s . I n d u s tr ial  E lectr o n ics,   I E E E   T r an s actio n s   o n 4 9 . 4   ( 2 0 0 2 ) 8 5 8 - 8 6 7 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.