I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o w er   E ng ineering   ( I J AP E )   Vo l.   10 ,   No .   2 J u n 2 0 2 1 ,   p p .   1 5 9 ~1 7 2   I SS N:  2252 - 8792,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 1 0 . i2 . p p 1 5 9 - 172          159       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij a p e. ia esco r e. co m   H a r m o n ic  eli m i n a tion b y  SP WM  and  THIP WM  t e c hniques   a pplied  in p ho tov o ltaic   i nv erte rs       F a lil F a t i m a ,   B ena ba d j i N o ureddin e   L a b o ra to ry   f o A n a l y sis a n d   A p p l ica ti o n   o f   Ra d iatio n   (L AA R),   De p a rtm e n o f   A p p li e d   P h y sic s,    Un iv e rsit y   UST M o h a m e d   Bo u d iaf ,   Ora n ,   A lg e ria     Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   5 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   J an   6 ,   2 0 2 1   A cc ep ted   Ma r   2 2 ,   2 0 2 1       W it h   a d v a n c e in   so li d - sta te  p o w e e lec tro n ic  d e v ice s,  c o n tro tec h n iq u e (P W M )   h a v e   b e e n   d e v ise d   t o   o b tain   h ig h   d y n a m ics   re sp o n se f ro m   a   m u lt il e v e p o w e c o n d it i o n i n g   c o n v e rter - P h o to v o lt a ic.   T h is  w o rk   d isc u ss e th e   a d v a n tag e a n d   d ra w b a c k s   o f   tw o   d if f e r e n P W M   tec h n iq u e s,   th e   sin u so i d a (S P W M tec h n i q u e   a n d   t h e   T h ird   h a rm o n ic  in jec t io n   P W M   (T HIP W M tec h n i q u e .   T h e se   tw o   m e th o d s   a re   c o m p a re d   b y   d isc u ss in g   t h e ir  e a se   o f   im p le m e n tatio n   a n d   b y   a n a ly z in g   th e   o u t p u t   h a rm o n ic  sp e c tra  o v a rio u o u tp u v o lt a g e   a n d   th e ir   t o tal  h a rm o n ic  d isto rti o n   (T HD ).   T h e   f o c u s   o f   th is  p a p e r   is  th e   sim u latio n   st u d y   o f   sin g le - p h a se   in v e rter,  th r e e   p h a se s,  tw o   lev e ls  a n d   th re e   lev e ls  in v e rter  f o a p p li c a ti o n   p h o t o v o lt a i c .   F irstl y ,   sin g le  p h a se   is  m o d e led   w it h   in d u c ti v e   lo a d   a n d   t h e i w a v e fo rm a r e   o b se rv e d .   S e c o n d ly ,   a   tw o   lev e ls  in v e rter,  a n d   t h re e   lev e ls  i n v e rter  a re   lea d in g   to   th e   h ig h   in d u str ial  p e rf o r m a n c e o f   th e   d riv e sy n c h ro n o u s,  e sp e c iall y ,   if   a   h ig h - p o w e r   q u a li t y   is r e q u e ste d .       K ey w o r d s :   I n v er ter ,   t w o   a n d   th r ee   le v els    Ma tlab   Si m u li n k   NP C   Stru ct u r e   P ar r ay     SP W M,   T HI P W C o n tr o l     T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Falil Fati m a   Dep ar t m en t o f   A p p lied   P h y s ic s ,   L ab o r ato r y   f o r   An al y s i s   an d   A p p licatio n   o f   R ad iatio n   ( L AAR)   Un i v er s it y   Mo h a m ed   B o u d ief   ( UST O )   Mo h am ed   B o u d iaf   P . O.   B o x   1 5 0 5   E l M ' n ao u r ,   B ir - El - Dj ir ,   Or an ,   A l g er i a   E m ail:  f alil f ati m az @ y a h o o . f r       1.   I NT RO D UCT I O N     T h u s o f   s ta tic  co n v er ter s   i n   in d u s tr y   h as b ec o m a n   ex tr em el y   b r o ad   f ield ,   as in d u s tr ial  eq u ip m e n t   is   u s i n g   m o r an d   m o r v ar i ab le  s p ee d   d r iv es.  T h m aj o r   d is ad v an ta g o f   co n v er ter   is   o b tain in g   n o n - s in u s o id al  v o ltag at  it s   o u tp u t,  w h ic h   ca u s es  d eg r ad atio n   o f   th o p er atin g   r eg i m o f   s o m lo ad s   esp ec iall y   elec tr ical  m ac h i n es.  T h ese  o u t p u v o lta g es   ar v er y   r ich   in   h ar m o n ics,  h e n ce   t h n ee d   to   r ed u ce   th e m .   [ 1 ,   2 ] As  p ar o f   o u r   w o r k ,   w ar e   d ea lin g   w it h   o n o f   th m o s r ec o m m e n d ed   s tr u ct u r es  c alled   n eu tr al  p o in cla m p in g   ( NP C )   t h r ee - lev el   v o ltag i n v er ter   w h ic h   w i ll  b u s ed   to   i n j ec elec tr ical  e n er g y   f r o m   P s o u r ce   to   th d i s tr ib u tio n   n et w o r k .   T h is   to p o lo g y   m a k es  i p o s s i b le  to   g e n er ate  s in u s o id al  v o ltag e   as  m u ch   a s   p o s s ib le  an d   to   im p r o v th h ar m o n ic  r ate  th an k s   to   th h ig h   n u m b er   o f it s   v o ltag le v els  o f f er ed   b y   th s tr u ct u r o f   th i s   co n v er ter .   A s   p ar o f   th s ea r ch   f o r   h ar m o n ic  r ed u ctio n   m et h o d s ,   s ev er a s tu d ies  h av b ee n   ca r r ied   o u t o n   t w o   ax e s .   T h f i r s t is th u s o f   th m u ltil e v el  to p o lo g ies o f   th i n v er ter ,   w h i le  th s ec o n d   d ea ls   w it h   t h co n tr o o f   t h o p en i n g   an d   clo s in g   o f   s e m ico n d u cto r s   f o r m i n g   t h i n v er ter   ( p u l s w id t h   m o d u latio n ) .   I n   h i g h   p o w er   ap p licatio n s ,   t h th r ee - le v el  s tr u ct u r is   m o r s u itab le,   co m p ar ed   to   th t w o - lev e s tr u ctu r e ,   b ec au s e   th v o lta g es a n d   o u tp u t c u r r en ts   h av m u c h   lo w er   h ar m o n ic  d is to r tio n   r ate.   T h u s o f   m o d u latio n   tech n i q u es  as  co n tr o s tr ateg y   f o r   th o p en in g   an d   clo s i n g   o f   th s w i tch e s   co n s id er ab l y   r ed u ce s   th h ar m o n ics.  Si n u s o id al  m o d u latio n   s ee m s   to   b th b est  tech n iq u e   f o r   co n tr o ll in g   t h e   o p en in g   a n d   clo s in g   o f   Or an c o n tr o o f   th s w itc h es  o f   ea ch   ar m   o f   th in v er ter   s ep ar ate  w a y   [ 3 ] .   T h r ea s o n   w h y   P ar r a y s   ar v er y   p o p u lar   is   th at  it  i s   clea n ,   in e x h a u s tib le  an d   r eq u ir es  litt le   m ain ten a n ce .   T h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   I n t J   A p p l P o w er   E n g ,   Vo l.   10 ,   No .   2 J u n 2 0 2 1 :   1 5 9     1 7 2   160   P h o to v o ltaic  s y s te m s   r eq u ir in ter f ac in g   p o w er   co n v er ter s   lik d c - d co n v er ter   a n d   d c - a in v er ter   b et w ee n   th P ar r ay s   an d   th g r id .   A n d   th r o u g h   th e s g r id - co n n ec t ed   in v er ter s   th g en er ated   p o w er   f r o m   P s y s te m   is   d is tr ib u ted   to   p o w er   s y s te m   n et w o r k s .   So lar   p h o to v o lt aic  en er g y   i s   t h f as te s g r o w i n g   a n d   p r o m is i n g   en er g y   a m o n g   t h t y p e s   o f   r en e w ab le  en er g y   a s   it  is   p o ll u tio n   f r ee .   T h P ar r ay s   i n   P s y s te m   co n v er s o lar   en er g y   in to   elec tr ical  en er g y .   Var io u s   p u l s e - w id th - m o d u lati o n   ( P W M)   tech n iq u es  h av b e en   d ev elo p ed   f o r   in d u s tr ial  ap p licat io n s .   Fo r   ex a m p le,   P W M - b ased   th r ee - p h ase  v o ltag s o u r ce   in v er ter s   ( VSI )   co n v er DC   p o w er   to   A C   p o w er   w it h   v ar iab le  v o ltag m a g n itu d a n d   v ar iab le  f r eq u e n c y .   T h is   t h esi s   d is cu s s e s   th ad v a n ta g e s   an d   d r a w b ac k s   o f   t w o   d if f er en P W tech n iq u e s   th s in u s o id al  P W ( SP W M)   tech n iq u e,   th th ir d - h ar m o n ic - i n j ec tio n   P W ( T HI P W M )   tech n iq u e.   T h ese  t w o   m et h o d s   ar co m p ar ed   b y   d is c u s s in g   t h eir   ea s o f   i m p le m e n tatio n   a n d   b y   an al y z in g   th o u tp u h ar m o n i s p ec tr o f   v ar io u s   o u tp u v o ltag es  ( p o les  v o ltag es,  li n e - to - n e u tr al  v o lta g es,  an d   lin e - to - li n v o lta g es)  a n d   th eir   to tal  h ar m o n ic  d i s to r tio n   ( T HD) .   T h s i m u latio n   r e s u lt s   s h o w   th a th e   T HI P W tech n iq u e   h a s   lo w e r   to tal  h ar m o n ic  d i s to r tio n   t h a n   t h SP W tec h n iq u e.   T h T HI P W tech n iq u e   in   th u n d er - m o d u lat io n   r eg i o n   ca n   in cr ea s t h f u n d a m e n tal  o u tp u v o ltag b y   1 5 . 5 o v er   th SP W M   tech n iq u e.   T h s y s te m   s t u d ied   in   o u r   wo r k ,   co n s is t s   o f   s i n g le - p h ase  an d   th r ee - p h ase  v o ltag i n v e r ter s   ( t w o   lev els  a n d   th r ee   lev els  o f   NP C   s tr u ct u r co n tr o lled   b y   SP W w ith   t w o   ca r r ier s ) .   T o   a ch iev t h is   e n d ,   w e   in te n d   to   d ev elo p   an   alg o r ith m   f o r   co n tr o llin g   th in v er ter   b ased   o n   th is   m o d u latio n   tec h n iq u e.   T h o p e r atio n   o f   th i s   al g o r ith m   w ill  b te s t ed   o n   p er m a n en t m a g n et  s y n ch r o n o u s   m o to r .   T h test s   w il also   co n ce r n   th e   i m p ac o f   u s i n g   t h is   tech n iq u e   o n   t h r ed u ctio n   o f   elec tr o m ag n etic   to r q u r ip p les.  I will  also   q u esti o n   t o   d eter m in th h ar m o n ic  r ate  ( T HD)   t o   p r o v th ef f ec ti v en e s s   o f   th i s   alg o r ith m   an d   co n s eq u en tl y   t h e   ef f icien c y   o f   t h P W M   tech n iq u ap p lied   to   v o ltag in v er t er s .   T h w o r k   w i ll  p r esen t h m o d elin g   o f   th e   g lo b al  P V - B o o s t - I n v er ter s   s y s te m s   ( s i n g le - p h ase  a n d   t h r ee - p h a s e) .   First ly ,   w w i ll  tr e at  th s in g le - p h a s e   in v er ter   p o w er ed   in d u cti v lo a d   th en   v o lta g i n v er ter s   t w o   le v els a n d   t h r ee   le v els p o w er ed   p er m a n e n m ag n et   s y n ch r o n o u s   m ac h i n e,   as  w el as   w w i ll  b d ev o ted   to   th d if f er e n co n tr o s tr ateg ies  o f   th in v er ter ,   th e   SP W an d   T HI R P W M.   Fin all y ,   w w ill  p r o g r a m   a n d   s i m u late  th P W alg o r ith m   ap p lied   to   in v er ter u n d er   M A T L A B /Si m u li n k .   T h r esu l ts   o b tain ed   w ill b i n te r p r eted   an d   d is cu s s ed .       2.   CO NT RO L   ST R AT E G I E I NVE RT E RS   2 . 1 .     Sin pu ls w idth  m o du l a t io n ( SPW M )   SP W M   is   th ea s iest   m o d u lat i o n   m et h o d   to   i m p le m e n t.  I is   also   o n o f   t h m o s l i m ited   i n   ter m s   o f   ac h iev ab le  v o lta g a m p lit u d e.   B ec au s o f   th m o d u la tio n ,   th a m p lit u d o f   th f u n d a m en tal  is   n ec es s ar il y   s m al ler   th an   t h a m p li tu d o b tain ed   b y   f u ll  w av co n tr o l .   Fo r   th th r ee - p h a s v o lta g in v er ter ,   th SP W M   li m it s   th a m p lit u d o f   th f u n d a m e n tal  to   E dc   2   =   5 0 . 0 %   E dc .   I n   SP W M,   s in u s o id al  v o ltag w a v ca lled   r ef er en ce   is   co m p ar ed   to   t r ian g u lar   w av ca lled   ca r r ier   to   g en er ate  th co n tr o s i g n als  o f   th i n v e r te r   s w itc h es.   [4 ] .     2 . 1 . 1 .   T ria ng ulo - s inu s o i da l s ing le - ca rr ier  m o du la t io n   As  f o r   th t w o - le v el  i n v er ter s ,   th co n tr o s ig n al s   o f   th s witch es   o f   t h NP C   i n v er ter   ar o b tain ed   f r o m   th i n ter s ec t io n s   o f   t h t h r ee   s in u s o id al  r ef er e n ce   s ig n als  o f f s et  f r o m   ea c h   o th er   b y   1 2 0   °,   o f   f r eq u en c y   f r   an d   a m p l itu d U rm ,   w it h   tr ian g u lar   s i g n al  o f   a m p lit u d U pm   a n d   f r eq u e n c y   f p ,   m u c h   g r e ater   th an   f r   [ 5 ] .   I f   th r ef er e n ce   is   s in u s o id al,   w d ef in t w o   v ar iab les:   -   T h m o d u la tio n   i n d ex   d ef i n e s   th r atio   b et w ee n   t h f r eq u e n c y   f p   a n d   th f r eq u en c y   f     = .   -   T h m o d u latio n   r ate  g iv es  th r atio   b etw ee n   th a m p li tu d o f   th m o d u lato r   U rm   an d   th at  o f   th e   ca r r ier   U pm ,   I M= U rm /U pm   T h p r in cip le  o f   th is   s tr ateg y   Fig u r 1   ca n   b s u m m ar ized   b y   th f o llo w i n g   al g o r ith m   [ 6 ] :     2 ( ) = 1        2 ( ) = 0 .     U r   :   R ef er e n ce   v o lta g e   ;U p   C ar r ier   Vo ltag e;S 2 ( t)   s ig n al  g en er ated   b y   P W M               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A p p l P o w er   E n g   I SS N:  2252 - 8792       Ha r mo n ic  elimin a tio n   b S P WM   a n d   THI P W M tec h n iq u es a p p lied   in . . .   (F a lil F a tima )   161       ( a)           ( b )     ( c )     Fig u r 1 .   ( a)   Mo d e l S P W te ch n iq u u n d er   Ma tlab   ( b )   Ur   a n d   U p ,   ( c )   s ig n a l g e n er ated   b y   P W M       2 . 1 . 2 .   Resul t s   a nd   di s cus s io n   Fig u r 2   s h o w   t h i n cr ea s o f   th f u n d a m e n tal  a m p l itu d as  f u n ctio n   o f   m o d u lat io n   r ate  in   lin ea r   w a y   an d   s p ec tr u m   o f   o u tp u v o ltag h ar m o n ic s   V an   s h o w s   t h at  t h er ar t w o   k in d s   o f   f a m ilie s t h f a m il ies ev en   in d ice s   an d   o d d   in d ices .   W ca n   s ee   i n   ad d itio n   t h at   th v o ltag e   h ar m o n ic s   ar g r o u p ed   in   f a m il ie s   ce n ter ed   o n   th f r eq u e n cies  o f   o d d   m u ltip le  s w itc h i n g   o f   th f u n d a m e n tal  f r eq u e n c y .   We   co n clu d th at  th e   h ig h er   m o d u latio n   i n d ex   h as a   lo w er   T HD  ( %).               ( a)   ( b )     F ig u re   2 .   (a T HD   a c c o rd in g   t o   I M ,   (b Am p li tu d e   o f   f u n d a m e n tal  a c c o rd in g   to   IM .   F o r   tw o - lev e in v e rter       2 . 1 . 3 .   T ria ng ula r - s inu s o i da l t w o - ca rr ier  co ntr o l o f   t he  inv er t er   t hree   lev els   T r ian g u lar   s in u s o id al  co n tr o t w o   ca r r ier s   u s e   th e   f ac t   t h at   th r ee - le v el  i n v er ter   i s   li k e n ed   to   th e   s er ies  co n n ec tio n   o f   t w o   in v e r ter s   at  tw o   lev el s .   I u s es  t w o   tr ian g u lar   ca r r ier s   U p1 ,   U p2   p h ase  s h i f ted   f r o m   ea ch   o th er   b y   h a lf   o f th p er io d   T p   Hash .   T h alg o r ith m   f o r   th i s   s tr ate g y   co m e s   d o w n   to   th f o llo w in g t w o   s te ps   [ 7 ]:   -   Step   Dete r m i n atio n   o f in ter m e d iate  s ig n als  1 , K V 0 K V   0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 - 1 0 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 T i m e ( s ) V p , V r 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 T i m e ( s ) S i g n a l   P WM   S 1 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   I n t J   A p p l P o w er   E n g ,   Vo l.   10 ,   No .   2 J u n 2 0 2 1 :   1 5 9     1 7 2   162     11 11 2 0 r e fk p k r e fk p k E V U V V U V An d 20 20 0 2 re f k p k re f k p k E V U V V U V W h er C E U     -   Step   Dete r m i n atio n   o f   th V k2   s ig n al  a n d   th F k co n tr o l c o m m an d s   o f   t h s w itc h es   [ 8 ]       2 0 1 K K K V V V      12 2 12 2 12 2 1 , 1 2 0 , 0 2 0 1 , 0 KK K KK K KK K E E V FF V FF V FF     T h e   r esu lts   o f   t h is   s tr ateg y   i s   s h o w   in   t h F i g u r e   3                               Fig u r 3.   P r in cip le  o f   th t w o - ca r r ier   s in u s o id al  tr ian g u lar   s t r ateg y   f o r   I 0 . 8 5 ,   m f   = 1 0       2 . 1 . 4 .   Si m ula t io n r esu lt   a nd   dis cu s s io m s   T h s im u latio n   r esu lts   s h o w   in   F ig u r e s   4   an d   5   th at  T HD  is   v er y   lo w   f o r   th th r ee - lev el  s tr u ctu r co m p ar ed   to   th at  g en er ated   b y   th tw o - lev el  in v er ter .   T HD  is   v er y   lo w   f o r   th th r ee - lev el  s tr u ctu r co m p ar ed   to   th at  g en er ated   b y   th tw o - lev el  in v er ter .   0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 0 . 0 3 - 1 0 -5 0 5 10 T i m e ( s ) [ V r e f , V p 1 , V p 2 ] 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 . 0 3 5 0 . 0 4 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 T i m e ( s ) V k 0 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 . 0 3 5 0 . 0 4 -1 - 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 - 0 . 2 0 T i m e ( s ) V k 1 0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 . 0 3 5 0 . 0 4 -1 - 0 . 8 - 0 . 6 - 0 . 4 - 0 . 2 0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 T i m e ( s ) V k 2 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A p p l P o w er   E n g   I SS N:  2252 - 8792       Ha r mo n ic  elimin a tio n   b S P WM   a n d   THI P W M tec h n iq u es a p p lied   in . . .   (F a lil F a tima )   163           ( a )   ( b )       Fig u r 4 .   ( a)   V an   v o ltag an d   h ar m o n ic  s p ec tr u m   o f   th t h r ee - le v el  in v er ter   co n tr o lled   b y   S P W tw o   ca r r ier ( b )   th V an v o ltag t w o   le v els   i n v er ter   co n tr o lled   b y   SP W M   s in g le  ca r r ier   .I M =0 . 8 5 ,   m f =f p /f r =9 0 0 /6 0 = 1 5             Fig u r 5 T HD  an d   Fu n d a m e n tal  a m p lit u d v er s u s   I f o r   t h r ee - lev el   i n v er ter   co n tr o lled   b y   SP W w it h   t w o   ca r r ier s       2 . 2 .     T hird - ha rm o nic - inje ct io T H I RP WM   T h s in u s o id al  P W is   th s im p lest   m o d u latio n   s c h e m to   u n d er s ta n d   b u it  is   u n ab le   to   f u ll y   u tili z e   th a v a ilab le  DC   b u s   s u p p l y   v o lta g e.   D u to   th i s   p r o b le m ,   t h th ir d - h ar m o n ic  - i n j ec tio n   p u l s w id th   m o d u latio n   ( T HI P W M)   tech n iq u w a s   d ev elo p ed   to   im p r o v th i n v er ter   p er f o r m a n ce   [ 9 ] .   I n jectio n   th ir d   h ar m o n ic  co m p o n en to   th f u n d a m e n t al  co m p o n e n g i v es  t h f o llo w i n g   m o d u lati n g   w a v ef o r m s   f o r   th th r ee   p h ases   [ 10 ]:      = 2 3 ( s in (  ) + 1 6 s in ( 3  ) )   ( 1)      = 2 3 ( s in (  2 3 ) + 1 6 s in ( 3  ) )   ( 2)      = 2 3 ( s in (  + 2 3 ) + 1 6 s in ( 3  ) )   ( 3)     W p r esen in   Fi g u r 6   o n p h ase  th ir d - h ar m o n ic  i n j ec tio n   P W M .   Th T HI PW is   im p le m en ted   in   th s a m e   m a n n er   as  th SP W M,   th at  is ,   t h r e f er en ce   w a v e f o r m s   ar co m p ar ed   w it h   tr i an g u lar   w a v e f o r m .     As  r es u lt,  t h a m p lit u d o f   t h r ef er e n ce   w a v f o r m s   d o es   n o ex ce ed   t h D C   s u p p l y   v o ltag V dc /2 ,   b u t h e   f u n d a m en ta co m p o n e n is   h i g h er   th a n   th s u p p l y   v o lta g V dc .   A s   m e n tio n ed   ab o v e,   th is   is   ap p r o x im ate l y   1 5 . 5 h ig h er   i n   a m p lit u d th a n   t h n o r m al   s i n u s o id al  P W M.   C o n s eq u e n tl y ,   it  p r o v id es   b etter   u tili za t io n   o f   th D C   s u p p l y   v o lta g [ 9 ] .   T h o n e   r ef er e n ce   v o ltag a n d   tr ian g u lar   w av e f o r m   o f   o n p h ase  T HI P W M   p r o d u ce   th f o llo w i n g   o u tp u p o le  v o ltag e.   V ao   s h o w   i n   F i g u r 7 .   I n j ec tio n   o f   h ar m o n ic  o f   o r d er   th r ee   i n   t h e   r ef er en ce   m ak e s   it p o s s ib le  to   in cr ea s t h zo n o f   li n ea r it y   o f   th f u n d a m e n tal  o n e .       0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 - 2 0 0 0 200 T i m e ( s ) V a n ( V o l t ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 H a r m o n i c   o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 6 0 H z )   =   1 8 6 . 9   ,   T H D =   6 0 . 0 9 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 0 . 0 6 - 1 0 0 0 100 T i m e   ( s ) V a n ( V o l t ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 50 100 H a r m o n i c   o r d e r F u n d a m e n t a l   ( 6 0 H z )   =   9 3 . 5 8   ,   T H D =   8 4 . 9 6 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   I n t J   A p p l P o w er   E n g ,   Vo l.   10 ,   No .   2 J u n 2 0 2 1 :   1 5 9     1 7 2   164           Fig u r 6 On p h ase  t h ir d - h ar m o n ic  i n j ec tio n   P W M   Fig u r 7 .   R ef r e n ce   v o lta g e,   T o w   tr ia n g u lair   w a v f o r m s   f o r   I m   =   U r /U p =1 . 1 5 ,   m f = f p /f r =1 0       3.   SI M UL AT I O A ND  RE SU L T S O F   SPWM   AND  T H I P WM   T E CH NIQU E S IN M AL T L AB   3 . 1 .     S ing le  ph a s inv er t er   P w it h ind uct iv e - re s is t iv lo a d   Af ter   h a v i n g   e x a m i n ed   th s t r ateg y   o f   t h co n tr o tec h n iq u es  o f   t h i n v er ter ,   w ca r r ied   o u th e   s i m u lat io n   o f   t h P m o d u le - B o o s t -   s i n g le  p h ase  i n v er ter   s y s te m   co n tr o lled   b y   t w o   te ch n iq u es  o f   co n tr o SP W M,   T H I P W M   u n d er   en v ir o n m e n M A T L A B - SIM U L I NK,   tak in g   in to   ac co u n co n s id er   th f o llo w i n g   p ar am eter s   C o n ti n u o u s   p o w er   s o u r ce   o b tain ed   b y   P m o d u le,   th f u n d a m en tal  f r eq u e n c y   ( f   6 0 Hz) .   T h o r d e r   s id co m p ar is o n   is   b ased   o n   t h f o llo w in g   f ac to r s :   -   Har m o n ic  s p ec tr u m   -   Am p lit u d o f   f u n d a m e n tal s   ac co r d in g   to   th m o d u l atio n   i n d ex   -   T h h ar m o n ic  to tal  d is to r tio n   r ate  ( T HD)   T o   m a k co m p ar ativ s tu d y   o f   t w o   o r d er s ,   w m ad s er ie s   o f   test s   in   s i m u la tio n .   W p r esen t t h s i m p le  o u tp u v o ltag o f   t h s i n g le - p h ase   i n v er ter ,   as  w ell  a s   th s p ec tr u m   o f   it s   h ar m o n ic s   f o r   m f 1 6 . 66   (f p =1 0 0 0 ,   f r =6 0 )   an d   I 0 . 8 5   in   th Fi g u r 8 .           Fig u r 8 .   B lo ck   d iag r a m   o f   as s o ciatio n   ( P ar r ay - B o o s t - s in g le  p h ase  i n v er ter   R L )   s y s te m   u n d er   Ma tlab - Si m u li n k       3 . 2 .     Sy s t em   de s cr iptio   3 . 2 . 1 .   P a r r ay   Op en   th P V - ar r a y   b lo ck   m e n u   an d   lo o k   at  m o d el  p ar am ete r s .   Sp ec if icatio n s   f o r   o n m o d u le:  ch ar ac ter is t ics   o f   P W 5 0 0   P m o d u le  ar e :   0 0 . 0 0 5 0 . 0 1 0 . 0 1 5 0 . 0 2 0 . 0 2 5 0 . 0 3 0 . 0 3 5 0 . 0 4 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 T i m e   ( S ) V r e f   ( V )     S P W M T h i r d   h a r m o n i c   o r d e r T H I P W M 0 0. 002 0. 004 0. 006 0. 008 0. 01 0. 012 0. 014 0. 016 0. 018 0. 02 - 15 - 10 -5 0 5 10 15 T i m e ( s ) ( V r e f , V p 1 , V p 2 ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A p p l P o w er   E n g   I SS N:  2252 - 8792       Ha r mo n ic  elimin a tio n   b S P WM   a n d   THI P W M tec h n iq u es a p p lied   in . . .   (F a lil F a tima )   165   -   Nu m b er   o f   s er ies - co n n ec ted   ce lls : 3 6   -   Op en - cir c u it  v o ltag e:  V oc 2 1 . 8   V,   V mp =1 7 V   -   Sh o r t - cir c u it c u r r en t: I s 3 . 1 1 A ,   I mp =2 . 8 8 A ,   P mp =4 9 W .   -   T h ar r ay   co n s i s ts   o f   8   s tr in g s   o f   5   s er ies - co n n ec ted   m o d u les   co n n ec ted   in   p ar allel.   -   N ss =5 ,   N p =8   th v al u o f   v o lta g o u tp u t i s   V m odule   =5 * an d   th v al u o f   c u r r en t o u tp u t is I m odule   =8 * I .   T h P ar r ay   b lo ck   m en u   allo w s   y o u   to   p lo t th I - V & P - as   s h o w n   i n   Fi g u r 9 .                   ( a)   ( b )       Fig u r 9 .   ( a)   I - V,   ( b )   P - ch ar ac ter is tics   o f   P ar r a y       3 . 2 . 2 .   B o o s t   co nv er t er     Fig u r 8   s h o w   m o d el  o f   t h b o o s co n v er ter   b o o s ts   D C   v o lt ag f r o m   8 7   to   2 0 0 V.   T h is   co n v er ter   u s e s   MP P T   ( I n cr e m en ta C o n d u cta n ce   [ 1 1 ,   1 2 ] )   s y s te m   wh ich   au to m atica l l y   v ar ies   th e   d u t y   c y cle  in   o r d er   to   g en er ate  t h r eq u ir ed   v o ltag to   ex tr ac m a x i m u m   p o w er .     3 . 3 .     Resul t s   s i m ula t io ns   o f   s i ng le - ph a s e   inv er t er   a pp lied  w it h SPWM ,   T H I P WM   A   f u ll - b r id g v o ltag s o u r ce - in v er ter   w i th   in d u cti v e - r e s is t i v lo ad   ca n   b co n s id er ed   as   s h o w n   i n   Fig u r e   8   w it h   r ep r esen t in   g lo a d   b y   o n l y   r esis tan ce   a n d   i n d u ctan ce .   W h e n   T 1   an d   T 2   ar co n n ec ted ,   t h i n p u t   v o ltag V c   ap p ea r s   ac r o s s   th lo ad .   I f   T 3   an d   T 4   ar c o n n ec t ed   th v o lta g ac r o s s   t h e   lo ad   is   V c .   Fi g u r es  1 0 - 11   s h o w s   s i m u latio n   cir c u it  b y   Ma tlab   Si m u l in k   an d   Si m p l v o ltag a n d   its   h ar m o n ic  s p ec tr u m   w a v e f o r m s   w it h   t w o   tec h n iq u es  SP W an d   T HI PW M.   Af ter   h av i n g   ex a m in ed   t h t w o   co n tr o tec h n iq u es   SP W an d   T HI P W M   o f   th in v er ter ,   w e   g o   to   th s t u d y   o f   th p er f o r m an ce s   o f   th latter .   I ca n   b d ed u ce d   th at  th ad d itio n   o f   t h h ar m o n ic  t h r ee   m a k es  it p o s s ib le   to   in cr ea s t h m ax i m u m   a m p lit u d o f   th e   b ac k g r o u n d   i n   t h e   r ef er en ce   a n d ,   h e n ce ,   i n   t h o u tp u t   v o lta g es,  th er e f o r th t h ir d   o r d er   h ar m o n ic s   ar eli m in ated   a n d   th T HD  is   d ec r ea s e.               Fig u r e   1 0 .   Si m p le  v o lta g an d   its   h ar m o n ic  s p ec tr u m ,   m f   1 6 . 6 6 6 ,   I 0 . 8 5 ,   T HD  7 0 . 4 3 f u n d a m en ta l =   1 8 0   v o lts   w it h   SP W tech n iq u e   Fig u r e   1 1 .   T HI PW tech n iq u s i m p le  v o ltag a n d   its   h ar m o n ic  s p ec tr u m ,   m f   1 6 . 6 6 6 ,   I 1 . 1 5 ,   T HD  4 0 . 4 2 %   f u n d a m e n tal 2 4 4 . 2   v o lts   w it h   T HI R P W tech n iq u e   0 20 40 60 80 100 120 0 5 10 15 20 25 30 V ( V o l t ) I ( A ) 0 20 40 60 80 100 120 0 500 1000 1500 2000 2500 T i m e ( s ) P ( W ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 10 20 30 40 H a r m o n i c   o r d e r M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 1 . 2 1 . 2 1 1 . 2 2 1 . 2 3 1 . 2 4 1 . 2 5 1 . 2 6 1 . 2 7 1 . 2 8 1 . 2 9 1 . 3 - 2 0 0 0 200 T i m e   ( s ) V a n ( V o l t ) 1 . 2 1 . 2 1 1 . 2 2 1 . 2 3 1 . 2 4 1 . 2 5 1 . 2 6 1 . 2 7 1 . 2 8 1 . 2 9 1 . 3 - 2 0 0 0 200 T i m e   ( s ) V a n ( V o l t ) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 5 10 15 H a r m o n i c   o r d e r M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   I n t J   A p p l P o w er   E n g ,   Vo l.   10 ,   No .   2 J u n 2 0 2 1 :   1 5 9     1 7 2   166   4.   T H RE E   P H ASE   I NV E RT E -   P WI T H   P E RM ANEN T   M AG NE T   SYNCH RO NO US  M ACH I NE   W p er f o r m ed   th s im u latio n   o f   th p er m an en m ag n et  s y n ch r o n o u s   m ac h in p o w er ed   b y   th tw o   in v er ter   s tr u ctu r es  ( tw o   lev els  an d   th r ee   lev els)  co n tr o lled   b y   P W tech n iq u es.  W r ea lized   th is   w o r k   u n d er   en v ir o n m en MA T L A B   SIM UL I NK  f o r   m f   3 3 3 . 3 3   f u n d am en tal  f r eq u en cy   f r   6 0 Hz  an d   f p 2 0 k h z Uc= 2 0 0 Fig u r 1 2 .   T h test   is   ch ar ac ter ized   b y   v ac u u m   s tar t,  th en   ch an g o f   th r esis tin g   to r q u p er f o r m ed   at  th in s tan 0 . 5 5 s   d u r in g   s im u latio n .   A f ter   th m o d el  v alid atio n   s h o w n   in   Fig u r 1 2   u n d er   Ma tlab - Sim u lin k ,   w r ep o r ted   th r esu lts   o f   s im u latio n s .           Fig u r e1 2 .   B lo ck   d iag r a m   o f   as s o ciatio n   ( PV   ar r ay - B o o s - T h r ee   p h ase  in v er ter   - p er m a n en t m ag n et  s y n ch r o n o u s   m ac h in e )   s y s te m   u n d er   M atlab   Si m u li n k       4 . 1 .     M o delin g   o f   t he  t wo - lev el  inv er t er     A   th r ee - p h ase   in v er ter   w i th   t w o   le v els   ca n   b co n s id er ed   as  co n s is ti n g   o f   th r ee   h al f - p h ase   s i n g le - p h ase  in v e r ter s   o u o f   p h ase   with   ea ch   o th er   b y   1 2 0 °.  P o w er   is   s u p p lied   b y   DC   v o ltag s o u r ce   o r   a   v o ltag e - co n tr o lled   ca p ac ito r   as  s h o wn   i n   F i g u r 1 3 .   T h in v er ter   w il b m o d eled   u s i n g   th n o tio n s   o f   co n n ec tio n   f u n ctio n s   an d   co n v er s io n   f u n c tio n s .   I s h o u ld   b n o te d   th at  o n   an   in v er ter   ar m   th co n n ec ti o n   f u n ctio n s   v er i f y   th ar ith m etic  r elat io n .           Fig u r 1 3 .   B lo ck   d iag r am   o f   t h t w o - le v el   i n v er ter       a)   C o n n ec tio n   f u n ctio n   T h f u n c tio n   o f   co n n ec t io n   o f   s w itch   S j F cj   allo w s   to   d ef in th s tate  o f   it:    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   A p p l P o w er   E n g   I SS N:  2252 - 8792       Ha r mo n ic  elimin a tio n   b S P WM   a n d   THI P W M tec h n iq u es a p p lied   in . . .   (F a lil F a tima )   167   {  = 1                         = 0                            ( 4 )     b)   C o n v er s io n   f u n ctio n   T h co n v er ter   f u n ctio n   o f   v o ltag i n v er ter   m cj   is   u s ed   to   ex p r ess   th o u tp u v o lta g as  f u n ct io n   o f   th in p u v o ltag e.   Fo r   th r ee - p h a s in v er ter   d ef i n ed   b y   th f o llo w i n g   f ig u r e,   it  is   p o s s ib le  to   d ef in th r ee   co n v er s io n   f u n ctio n s   m ca ,   m cb , m cc ,   s u ch   as :     . 0 . 0 . 0 V m U a n c a V m U b n c b V m U c n c c   ( 5 )     I s h o u ld   b n o ted   th at  o n   an   in v er ter   ar m   th co n n ec tio n   f u n ctio n s   ch ec k   th ar it h m e ti r elatio n   ' 1 c j c j FF  s o   as  n o to   s h o r cir cu it  t h v o ltag s o u r ce   U c   an d   d o   n o o p en   cu r r en s o u r ce .   W d ed u ce   t h ex p r ess io n   o f   th e   te n s io n s   w i t h   r es p ec t to   th f ictitio u s   m id p o in t   ( m )     00 ' 00 ' 00 ' . 2 1 22 . 2 1 22 . 2 1 22 am c a c a c a bm c b c b c b cm c c c c c c UU f f f V UU f f f V UU f f f V   ( 6 )     Sin ce   t h e   lo ad   is   s u p p o s ed   to   b b alan ce d   in   th ab s en ce   o f   ze r o - s eq u en ce   v o ltag co m p o n en t,  t h e   s u m   o f   t h s i m p le  v o lta g es  i s   ze r o ,   th is   m a k es   it p o s s ib le  to   w r ite :     0 a n b n c n V V V   ( 7 )     1 3 m n a m b m c m V V V V   ( 8 )     W f in all y   g et     00 . 23 mn c a c b c c UU f f f V   ( 9 )   Kn o w i n g   t h at     a n a m m n V V V    ( 1 0 )   0 2 3 an c a c b c c U f f f V   ( 1 1 )     Fin all y ,   W o b tain ,   b y   an alo g y   f o r bn V , cn V   0 0 0 2 3 2 3 2 3 an c a c b c c bn c a c b c c cn c a c b c c U f f f V U f f f V U f f f V   ( 1 2 )       4 . 2 .     T o t a l dis t o rt io n o f   T H D   v o lt a g ha r m o nics   A n   im p o r tan f ac to r   in   ass ess in g   th p er f o r m an ce   o f   th P W is   th to tal  d is to r tio n   f ac to r   o f   th o u tp u v o ltag h ar m o n ics  ( T HD) ,   d ef in ed   b y   th r atio   o f   th q u ad r atic  s u m   o f   th v o ltag h ar m o n ics  to   th f u n d am en tal   v alu o f   th v o ltag [ 8 ] .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   I n t J   A p p l P o w er   E n g ,   Vo l.   10 ,   No .   2 J u n 2 0 2 1 :   1 5 9     1 7 2   168   n n n V V T H D 3 . 2 2 1 1   (1 3 )     4 . 3 .     O pera t io n T hree   lev el  inv er t er   4 . 3 . 1 .   Str uct ure  o f   t he  inv er t er     T h s tr u ctu r ch o s en   in   t h is   s t u d y   is   th at  o f   th NP C   th r ee - p h ase  v o lta g in v er ter .   Sev er al  s tu d ie s   ar d o n o n   t w o - le v el  i n v er ter s ,   b o th   f r o m   t h p o in o f   v ie o f   m o d eli n g   a n d   co n tr o s tr ateg y .   W w il tr y   s p ec iall y   to   d ee p en   th p ar ts   co n ce r n i n g   t h m u lt ilev el  i n v er ter s .   An d   s ev er al  s tr u ct u r es  ar p o s s ib le  f o r   th in v er ter   w it h   th r ee   le v els.  W ch o o s to   s tu d y   th NP C   s t r u ctu r e   [ 1 3 ] ,   th is   in v er ter   is   s aid   to   th r ee   lev els   b ec au s it d eliv er s   th r ee   v o lta g lev el s   ( U c ,   0 ,   - U c ) .   T h is   s tr u ctu r i s   p r esen ted   in   t h F i g u r 14 :     4 . 3 . 2 .   T hree - lev el  inv er t er   co ntr o l c o ntr o m o del   I n   s in g le  p h ase  ( an   i n v er te r   ar m   w i th   f o u r   co m p o n e n t s ) ,   2 4   1 6   p o s s ib le  o p er atin g   s eq u en ce s   s h o u ld   b co u n ted .   Ho w e v er ,   o n l y   th e   th r ee   s eq u e n ce s   [ 1 1 0 0 ] ,   [ 0 1 1 0 ] ,   [ 0 0 1 1 ]   ar v alid   an d   ta k en   in to   ac co u n t,  w h ic h   co r r esp o n d s   t o   r esp ec tiv v o ltag e s   U c ,   0 ,   - U c .   T h r est  o f   t h co m b i n ati o n s   ar ir r elev a n t ,   o th er w is t h e y   w o u ld   ca u s p r ac ticall y   s h o r - cir c u it a cr o s s   t h s o u r ce   Fi g u r e   1 5   [ 1 4 ,   1 5 ].               Fig u r 1 4 .   Stru ctu r o f   t h NP C   th r ee - p h ase  i n v er ter   Fig u r 1 5 .   I n v er ter   ar m   w it h   t h r ee   lev el s       4 . 3 . 3 .   Co ntr o l c o m p le m ent a r y   f o t he  inv er t er   w i t h t hree   lev els    Fo r   th r ee - p h ase  in v er ter   w it h   t h r ee   lev e ls   i n   co n tr o llab le  m o d e,   a n d   to   av o id   s h o r cir c u it  o f   t h e   v o ltag s o u r ce s   b y   co n d u ctio n   o f   s ev er al  s w itch e s ,   th f o llo w i n g   co m p le m en tar y   co m m a n d   is   d ef in ed     { 1 = 4 2 = 2     a)   C o n n ec tio n   f u n ctio n   W d ef in th co n n ec tio n   f u n c tio n s   o f   h al f   ar m   10 , bb kk FF   as:     { 1 = 1 2 0 = 3 4     (1 4 )     w it h   k   is   t h n u m b er   o f   t h ar m   k   1 ,   2 ,   3 ; a n d   d en o tes b y   1 : th h al f - u p p er   ar m ,   0 : th h alf - ar m   lo w .     b)   Mo d elin g   at  i n s ta n ta n eo u s   v al u es   T h p o ten tials   o f   t h n o d es  A ,   B ,   C   o f   t h th r ee - p h a s t h r ee - lev el  i n v er ter ,   b y   r elativ to   th p o in M   o f   th i n p u v o ltag s o u r ce   ar g iv e n   b y   t h s y s te m   n ex t,  w i t h   U c1 = U c2 = U c :     {  = 11 12 1 13 14 2 = ( 11 12 13 14 )  = 21 22 1 23 24 2 = ( 21 22 23 24 )  = 31 32 1 33 34 2 = ( 31 32 33 34 )   (1 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.