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. 7 ,   No . 3 Dec em b er   201 8 ,   p p .   2 11 ~ 2 2 6   I SS N:  2252 - 8792   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 7 . i3 . p p 2 1 1 - 2 26          211       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JA P E   Desig n and  Si m ul a tion Ana ly sis  of  Three - pha se  T ra nsfo r m er  less  G rid - co nnec t ed  PV  Inv erte rs       J a y a nn a   K a nchi k er e 1 A.   K .   G ho s h 2 K a ly a nk u m a r 3   1 De p a rtme n t   o f   EE E,   S t . P e ter’s   E n g in e e rin g   Co ll e g e ,   Hy d e ra b a d ,   I n d ia   2 ,3 V i n a y a k a   M issio n s S ik k im   Un iv e rsit y ,   S ik k i m ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 1 6 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A u g   5 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   2 3 ,   2 0 1 8       T h re e - sta g e   tran sf o r m e les in v e rter  is  b r o a d ly   u ti li z e d   a a   p a rt  o f   lo w   p o w e p h o t o v o lt a ic  ( P V f ra m e w o rk   a ss o c iate d   f ra m e w o rk b e c a u se   o f   it s   li tt le  siz e ,   h ig h   p ro f icie n c y   a n d   e a se .   A th e   p o i n w h e n   n o   tran sf o r m e is   u ti li z e d   a a   p a rt  o f   a   f ra m e wo rk   a ss o c iate d   PV   f ra m e w o r k ,   a   g a l v a n ic   a ss o c iatio n   b e tw e e n   th e   latti c e   a n d   P V   e x h ib it   e x ists.  In   th e se   c o n d it io n s,   p e ril o u sp il lag e   stre a m (b a sic   m o d e   e b b a n d   f lo w s)  c a n   sh o w   u p   t h ro u g h   th e   stra y   c a p a c it a n c e   b e tw e e n   th e   P V   c l u ste a n d   t h e   g ro u n d .   T h e   p re v i o u s,   k e e p in g   in   m in d   th e   e n d   g o a to   m a k e   a   g a lv a n ic  s e p a ra ti o n   b e tw e e n   th e   in f o   a n d   th e   y ield   in c o rp o ra te  a   tran sf o r m e r   (o b li g a to ry   in   a   f e n a ti o n s)  t h a t   re stra in th e   e n ti re   f ra m e w o rk   e x h ib it io n a f a a e ff e c ti v e n e ss ,   w e i g h t,   siz e   a n d   c o st.  A c tu a ll y ,   tran s f o r m e le ss   in v e rters   d o n ' p re se n a n y   se p a ra ti o n   a n d   a re   d e sc rib e d   b y   m in ima siz e ,   b rin g   d o w n   c o st   a n d   h ig h e r   e ffe c ti v e n e ss   (o v e 2 %   h ig h e r).   In   a n y   c a se ,   th e   a b se n c e   o f   tran sf o rm e rs  p ro m p ts  sp il lag e   stre a m th a c a n   b e   h u rtf u to   th e   h u m a n   b o d y ,   a n d   in   a d d it i o n   f o th e   e n ti re   tran sf o r m a ti o n   f ra m e w o rk   u p rig h tn e ss .   W it h   a   sp e c if ic  e n d   g o a to   k e e p   a wa y   f ro m   th e   sp il lag e   stre a m s,   d if fe re n T ra n s f o r m e les in v e rters   h a v e   b e e n   p ro p o se d   u ti li z in g   d iv e rse   t o p o lo g ies   to   c re a te  c o n siste n re g u lar  m o d e   v o l tag e .   In   th is  p a p e r,   d iff e re n t   a o f   late   p ro p o se d   tran sf o rm e les P in v e rters   a re   re se a rc h e d .   T h e ir  e x h ib it io n s are   th o u g h a b o u a n d   b r o k e   d o w n .   K ey w o r d s :   C o m m o n - Mo d Vo ltag ( C MV )   F r a m e w o r k   P h o to v o ltaic  ( P V)   S p illag p r esen t   T r an s f o r m er   less   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit 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 :   J ay a n n Ka n c h i k er e ,   Dep ar t m en t   o f   E E E ,   St.   P eter s   E n g i n ee r in g   C o lle g e,     H y d er ab ad ,   I n d ia.   E m ail:  j a y an n a k 6 9 @ g m a il.c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   T o d ay ,   t h v itali t y   r eq u est  is   ex p an d in g   b ec a u s o f   t h q u i ck   i n cr e m e n o f   t h h u m a n   p o p u lace   an d   q u ick l y   d ev elo p in g   v e n t u r es.   C o n s eq u e n tl y ,   s u s tai n ab le  p o w er   s o u r ce   ass u m es  v ita l   p ar to   s u p p lan co n v e n tio n al  r eg u lar   ass e ts ,   f o r   ex a m p le,   f u e an d   co al.   P h o t o v o ltaic  ( P V)   v italit y   h as  a s   o f   late  tu r n ed   i n to   t y p ical  en t h u s ia s m   o f   r esear c h   s i n ce   it  is   f r ee ,   g r ee n ,   an d   li m it less   [ 1 ] [ 2 ] .   Mo r e o v er ,   P f r am e w o r k s   ar e   cu r r en tl y   m o r m o d er ate  b ec au s o f   g o v er n m e n m o tiv ato r s ,   p r o g r ess io n   o f   in ten s it y   h ar d w ar a n d   s e m ico n d u cto r   in n o v at io n   an d   co s t le s s e n in g   i n   P m o d u les  [ 3 ] [ 4 ] .     B y   a n d   lar g e,   t h er ar t w o   s o r ts   o f   m atr i x   as s o ciate d   P f r a m e w o r k s ,   I .   e. ,   th o s w i th   tr an s f o r m er   an d   w i th o u tr an s f o r m er .   T h tr an s f o r m er   u t ilized   ca n   b h i g h   r ec u r r en ce   ( HF)   tr an s f o r m er   o n   th d s id o r   lo w   r ec u r r en ce   tr an s f o r m er   o n   th air   co n d itio n er   s id [ 5 ] .   Oth er   th a n   v e n t u r in g   u p   th v o lt ag e,   it  ass u m e s   an   i m p er ativ e   p ar i n   s ec u r it y   r ea s o n   b y   g i v in g   g al v a n ic  d etac h m en t,  a n d   i n   t h i s   w a y   tak i n g   o u s p il lag e   cu r r e n t   an d   ev ad i n g   d c u r r en t   in f u s io n   i n to   t h e   lattice.   B y   a n d   b y ,   t h tr a n s f o r m er s   ar c u m b er s o m e,   s u b s ta n tia l,  a n d   co s tl y .   De s p ite  t h f ac t   t h at  cr itical  s ize  a n d   w ei g h d ec r ea s ca n   b ac co m p lis h ed   w i th   HF  tr an s f o r m er ,   t h u tili za t io n   o f   tr an s f o r m er   s til less e n s   t h e f f ec tiv e n es s   o f   t h w h o le  P f r a m e w o r k   [ 6 ] .   C o n s eq u e n tl y ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 11   -   2 26   212   tr an s f o r m er   les s   P f r a m e w o r k s   is   ac q u ain ted   w ith   b ea te n   th ese  i s s u es.  T h e y   ar litt ler ,   lig h ter ,   b r in g i n g   d o w n   i n   co s t   an d   p r o f o u n d l y   p r o f icien t [ 7 ] .   Hig h   r ec u r r en ce   b asic  m o d ( C M)   v o lta g es  m u s b d o d g ed   f o r   tr an s f o r m er   le s s   P f r a m e w o r k   ass o ciate d   in v er ter   s i n ce   it  w i ll  p r o m p h u g ch ar g e/r elea s cu r r en s o m e w h at  m o v i n g   t h r o u g h   t h in v er ter   to   th g r o u n d .   T h is   C g r o u n d   cu r r e n w i ll  ca u s e   an   ex p a n s io n   i n   t h p r ese n s o u n d s ,   h ig h er   m i s f o r t u n e s s ec u r it y   i s s u es,  a n d   elec tr o m ag n et ic  i m p ed an ce   ( E MI )   is s u es  Fo r   n et w o r k   a s s o ciate d   P f r a m e w o r k ,   v italit y   y ield   an d   p a y b ac k   ti m ar in cr ed ib l y   s u b j ec to   th in v er ter ' s   u n w av er i n g   q u al it y   a n d   p r o f icien c y ,   w h ic h   ar v ie w ed   as  t w o   o f   t h m o s n o te w o r t h y   attr ib u tes  f o r   P in v er ter s .   Kee p in g   i n   m in d   th e n d   g o al  to   li m it   t h g r o u n d   s p illa g c u r r en a n d   en h a n ce   t h p r o d u cti v it y   o f   t h co n v er ter   f r a m e w o r k ,   tr an s f o r m er   les s   P in v er ter s   u s i n g   u n ip o lar   P W co n tr o h av b ee n   d is p lay ed   [ 8 - 1 0 ] .   T h w ei g h ted   C ali f o r n ia  E n er g y   C o m m is s io n   ( C E C )   o r   E u r o p ea n   U n io n   ( E U)   e f f icie n cies  o f   m o s i n d u s tr iall y   ac ce s s ib le  a n d   w r iti n g   d etai led   s in g le - s ta g P tr an s f o r m er   l ess   i n v er ter s   ar i n   th e   s co p o f   9 6 - 9 8 T h r ev ea led   f r a m e w o r k   p in n ac le  a n d   C E C   e f f icie n cies   w it h   a   8 - k W   co n v er ter   f r a m e w o r k   f r o m   th ite m   d atas h ee i s   9 8 . 3 an d   9 8 %,  in d i v id u all y ,   w it h   3 4 5 - d in p u t v o lta g a n d   1 6 - k Hz  ex c h a n g in g   r ec u r r en ce .     I n   an y   ca s e,   t h i s   to p o lo g y   h as  h ig h   co n d u ctio n   m is f o r tu n es  b ec au s o f   th e   w a y   th at   th c u r r en m u s t   lead   th r o u g h   th r e s w itc h es   in   ar r an g e m e n a m id   t h d y n a m ic  s ta g e.   An o th er   d r a w b ac k   o f   th H5   is   t h at  th e   lin e - r ec u r r en ce   s w itc h e s   S1   a n d   S2   ca n ' u s MO SF E T   g a d g ets  o n   ac co u n o f   t h MO SF E T   b o d y   d io d e's   m o d er ate  t u r n   ar o u n d   r ec u p er atio n .   Su p p la n ti n g   t h s w i tch   S5   o f   th H 5   i n v er ter   w it h   t wo   s p lit  s w itc h es  S 5   an d   S6   in to   t w o   s tag le g s   an d   in cl u d in g   t w o   f r ee w h ee li n g   d io d es  D5   an d   D6   f o r   f r ee w h ee li n g   c u r r en t   s tr ea m s ,   th H6   to p o lo g y   w a s   p r o p o s ed   in   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h H6   in v er ter   ca n   b ex ec u ted   u tili zi n g   MO S FET s   f o r   th lin r e cu r r en ce   ex c h a n g in g   g ad g ets,  tak in g   o u th u tili za tio n   o f   les s   p r o f icien I G B T s .   T h d etaile d   p in n ac le  p r o f icie n c y   a n d   E ef f ec tiv e n e s s   o f   3 0 0   W   m o d el  cir cu it  w er 9 8 .   3 an d   9 8 . 1 %,  in d iv id u all y ,   w it h   1 8 0   d in p u t v o lta g a n d   3 0   k Hz  ex ch a n g i n g   r ec u r r e n ce   [ 1 3 ] .   Kee p in g   i n   m i n d   th en d   g o al  to   ad d r ess   th ese  t w o   k e y   is s u e s ,   an o th er   in v er ter   to p o lo g y   is   p r o p o s ed   f o r   th r ee - s ta g tr an s f o r m er   less   P f r a m e w o r k   as s o ciat ed   f r a m e w o r k s   in   t h i s   p ap er .   T h p r o p o s ed   tr an s f o r m er   le s s   P in v er ter   h ig h lig h t s : 1 )   h i g h   u n w a v er in g   q u alit y   i n   li g h t o f   t h f ac th at   th er ar n o   s h o o t - th r o u g h   is s u es,  2 )   lo w   y ield   air   co n d itio n in g   cu r r en b en d in g   b ec au s o f   n o   d ea d - ti m n ec es s ities   at  ea c h   P W ex ch an g in g   r ec o m p en s m o m e n an d   also   at  f r a m e w o r k   ze r o - i n ter s ec tio n   m o m e n ts ,   3 )   li m i ted   C M   s p illag c u r r en t   o n   th g r o u n d s   th at   th er ar t w o   ex tr air   co n d itio n i n g   s id s w itc h es   th at  d ec o u p le  th e   P V   clu s ter   f r o m   t h n et w o r k   a m i d   th f r ee w h ee lin g   s ta g es,  a n d   4 )   all  th e   d y n a m ic  s w i tch e s   o f   th e   p r o p o s ed   co n v er ter   ca n   d ep en d ab l y   u til ize  s u p er   i n ter s ec tio n   MO SF E T s   s in ce   it  n e v er   h a s   t h o p p o r tu n it y   to   i n itiate   MO SF E T   b o d y   d io d tu r n   ar o u n d   r ec u p er atio n .   B ec au s o f   th lo w   co n d u ctio n   a n d   ex c h an g i n g   m i s f o r tu n e s   o f   th s u p er   in ter s ec tio n   MO SF E T s ,   th p r o p o s ed   c o n v er t er   ca n   b in ten d ed   to   w o r k   a h ig h er   ex ch a n g in g   f r eq u en c ies  w h ile   k ee p i n g   u p   h i g h   f r a m e w o r k   p r o f ic ien c y .   Hig h er   ex c h a n g in g   f r eq u e n ci es  d i m i n i s h   th e   air   co n d itio n er   cu r r en s w ell  a n d   t h s p an   o f   alo o f   s e g m e n t s   [ 1 4 ] .       2.   B ASI M O DE   B E H AVIO AND  L E AK AG E   CUR RE N T   RE D UCT I O M E T H O DS    A t   t h p o in t   w h en   t h tr a n s f o r m er   is   e x p elled   f r o m   t h in v er ter ,   r eso u n d in g   cir c u it   is   f r a m ed   a s   ap p ea r ed   in   Fig u r 1 ( a) .   T h is   f u ll  cir c u it  i n co r p o r ates  s tr a y   ca p ac itan ce   ( C P V) ,   th e   ch a n n el  in d u cto r s   ( L 1   an d   L 2 ) ,   an d   s p illag cu r r en ( I L ) .   Her e,   th p o w er   co n v e r ter   is   s p o k en   to   b y   s q u ar w it h   f o u r   ter m i n als  to   p er m i g en er al  p o r tr a y al  o f   d if f er e n co n v er ter   to p o lo g ies.  On   th d s id e,   P   an d   ar ass o ciate d   w ith   t h e   p o s itiv an d   n e g ati v r ail  o f   th d c - in ter f ac e,   s ep ar atel y wh ile  o n   th air   co n d itio n er   s id e ,   ter m i n als  An   an d   B   ar ass o ciate d   w it h   th s in g le - s ta g n et w o r k   b y   m ea n s   o f   ch an n el  i n d u cto r s .   Fro m   t h v ie w   p u r p o s o f   th e   f r a m e w o r k ,   th p o w er   c o n v e r ter   s q u ar ap p ea r ed   in   Fig u r 1 ( a)   ca n   b co n s id er ed   as  v o lta g s o u r ce s ,   cr ea tin g   v o lta g V A an d   VB N.           Fig u r e   1 .   C o m m o n - m o d m o d el  f o r   s in g le - p h a s g r id - co n n e cted   in v er ter   ( a)   Fu ll  m o d el   ( b )   Si m p li f ied   m o d el   ( c)   Si m p lifie d   co m m o n - m o d m o d el   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     Desig n   a n d   A n a lysi s   o f Th r ee - p h a s Tr a n s fo r mer Les s   Gri d - co n n ec ted . . .   ( Ja ya n n a   K a n ch i ke r e )   213   T h u s ,   p a y i n g   litt le  r e s p ec t o   th tr an s f o r m atio n   s tr u c tu r e,   th is   p o w er   co n v er ter   s q u a r ca n   b s tr ea m li n ed   i n to   t h p r o p o r tio n al  cir c u it  w h ic h   co m p r is e s   o f   V A a n d   VB as  ap p ea r ed   in   Fi g u r 2 ( b ) .   T h e   s p illag c u r r en is   i n   th i s   m a n n er   an   ele m e n o f   V AN,   VB N,   m atr ix   v o ltag e,   ch a n n el  in d u ctan ce ,   an d   s tr a y   ca p ac itan ce .   T h C MV VC a n d   d if f er en tial - m o d v o ltag VDM   ca n   b ch ar ac ter ized   as                     ( 1 )                     ( 2 )     R ea r r an g in g   ( 1 )   an d   ( 2 ) ,   th o u tp u v o ltag e s   ca n   b ex p r es s e d   in   ter m s   o f   V CM  an d   V DM  as                     ( 3 )                     ( 4 )                 ( 5 )     Sin ce   id en tical  f ilter   in d u cto r s   ( L 1   =L 2 )   ar u s d in t i s   P ap er ,   th VE C i s   eq u al  to   VC M                   ( 6 )     Fro m   th m o d el,   it  ca n   b p r esu m ed   th at  t h s p il lag c u r r en is   p ar ticu lar l y   n ee d y   o f   th C M V.   A cc o r d in g l y ,   co n v er ter   s tr u c tu r an d   th b ala n ce   s tr ateg y   m u s b in ten d ed   to   cr ea te  co n s is ten C MV   s o   as  to   d is p en s w it h   th s p illag c u r r en t.  I m er its   f ea t u r in g   th at  t h e   m o d el  in   Fig u r 1 ( c)   h as  b ee n   g en er all y   u ti lized   f o r   p o r tr ay i n g   t h b asic  m o d co n d u ct  o f   t h cu s to m ar y   f u ll - co n n ec ( H4 )   to p o lo g y .   No n e th eles s ,   b ec au s o f   th all  in cl u s iv s tate m e n o f   th m o d el,   clea r l y   t h m o d el  is   s u b s ta n tial  f o r   d if f er e n to p o lo g ies  ex a m i n ed   h er e,   asid f r o m   H4 .   I n   ac tu alit y ,   s i m ilar   m o d el  h a s   b ee n   u tili ze d   to   in v esti g ate  t h r eg u l ar   m o d co n d u ct  o f   d if f er e n tr an s f o r m er s   les s   co n v er ter   to p o lo g ies.  B th at  a s   it  m a y ,   s i n ce   v ar io u s   to p o lo g y   h a s   d iv er s V AN   an d   VB N,   th ar ticu latio n s   f o r   VC an d   VDM   w ill  co n tr ast  f r o m   ea ch   o th er ,   c o m m o n - m o d b eh av io r .   Hen ce ,   to   ev alu ate  t h co m m o n   m o d e.   C o n d u ct  o f   s p ec if ic  to p o lo g y ,   V A an d   VB u n d er   v ar io u s   ch an g i n g   co n d itio n   s h o u ld   b ass es s ed ,   as  w ill b d e m o n s tr ated   later .           Fig u r 2 .   Un iv er s al  tr an s f o r m er   less   to p o lo g ies       2 . 1 .   G a lv a nic   is o la t io n     I n   ch an g ed   less   P in v er ter s ,   th g al v an ic  ass o ciatio n   b et w ee n   th P an d   th m a tr ix   en ab le s   s p illag c u r r en to   s tr ea m .   C o n s eq u e n tl y ,   in   to p o lo g ies,  f o r   ex a m p le,   H5   an d   HE R I C ,   g al v an ic  s eg r e g atio n   i s   g iv e n   to   d i m i n is h   t h s p illag e   cu r r en t.  T h g alv a n ic  s e cl u s i o n   ca n   ess e n tiall y   b o r d er ed   in to   d c - d ec o u p lin g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 11   -   2 26   214   an d   air   co n d itio n in g   d ec o u p li n g   s tr ateg ie s .   Fo r   d c - d ec o u p lin g   s tr ateg y ,   d c - s id e s tep   s w itc h es  ar in cl u d ed   th e   d s id o f   th e   in v er ter   to   d is e n g ag th P cl u s ter s   f r o m   t h m atr i x   a m id   th f r ee w h ee li n g   t i m f r a m e.   I n   a n y   ca s e,   th e   d c - s id estep   b r an c h ,   w h ic h   co m p r i s es  o f   s w itc h es  o r   d io d es,  is   in co r p o r ated   in to   th e   co n d u ctio n   w a y   as  ap p ea r ed   in   Fi g u r 3 .   Fo r   H6 ,   y ield   c u r r en t   m o v es   t h r o u g h   t w o   s w itc h es   an d   th e   t w o   d c - s id estep   b r an c h e s   a m id   t h co n d u ctio n   ti m f r a m e.   S u b s eq u e n tl y ,   t h co n d u ctio n   m i s f o r t u n e s   i n cr e m e n b ec au s o f   t h ex p an d ed   n u m b er   o f   s e m ico n d u cto r s   in   t h co n d u ctio n   w a y .   T h en   ag ai n ,   s id estep   b r an c h   ca n   li k e w i s b g iv e n   o n   t h air   co n d itio n er   s i d o f   th in v er ter   ( i.e . ,   air   co n d itio n in g   d ec o u p lin g   s tr ate g y ,   f o r   ex a m p le,   s ee n   in   HE R I C .   T h is   air   co n d itio n er   s id estep   b r an c h   w o r k s   as   a   f r ee w h ee li n g   w a y   w h ich   is   t o tall y   d is co n n ec ted   f r o m   th co n d u ctio n   w a y ,   as  ap p ea r ed   in   Fig u r 2 .   T h u s ,   th y ield   cu r r en m o v e s   th r o u g h   j u s t w o   s w i tch e s   a m id   th co n d u ctio n   t i m f r a m e.   A cc o r d in g l y ,   to p o lo g ies  u tili zi n g   air   co n d itio n i n g   d ec o u p lin g   m et h o d s   ar o b s er v ed   to   b h i g h er   in   e f f e ctiv e n ess   w h en   co n tr asted   w i th   d c - d ec o u p lin g   to p o lo g ies.  On m i s f o r t u n o f   g alv a n ic   s ec l u s io n   i s   t h at  t h er is   n o   ch a n ce   to   g et  o f   c o n tr o llin g   t h C MV   b y   P W a m id   t h f r ee w h ee lin g   ti m f r a m e.   Fi g u r 3   in d icate s   ac tiv it y   m eth o d s   o f   g al v an ic  d etac h m en w h ic h .               ( a)   ( b )       Fig u r 3 .   Op er atio n   m o d e s   o f   Dc - d ec o u p li n g   to p o lo g y   ( a)   C o n d u ctio n   m o d an d   ( b )   Fre e w h ee li n g   m o d e       Utilizes  d c - d ec o u p li n g   s tr ateg y .   A s   ap p ea r ed   in   Fi g u r 3   ( an ) ,   a m id   t h co n d u ctio n   t i m f r a m e,   S1   an d   S4   lead   to   p r o d u ce   t h co v eted   y ield   v o ltag e.   I n   t h m e an ti m e,   V is   s tr ai g h tf o r w ar d l y   a s s o ciate d   w i t h   VDC  an d   VB   is   as s o ciate d   w it h   t h n e g ati v ter m in al   ( N)   o f   th d c - co n n ec t.  C o n s e q u en tl y ,   th C M V   p r o g r ess es to w ar d   b ec o m i n g .                 ( 7 )     A ll  th i n g s   co n s id er ed ,   a m id   t h f r ee w h ee li n g   ti m f r a m e,   t h d c - s id estep   s w itc h es  s ep ar ate  th d c - in ter f ac e   f r o m   t h e   m a tr ix .   Alo n g   t h ese  lin e s ,   p o in t   An   a n d   p o in B   ar d etac h ed   f r o m   t h d c - co n n ec tio n ,   a n d   VA   a n d   VB   ar co asti n g   as  f o r   th d c - in ter f ac as  ap p ea r e d   in   Fig u r 3 ( b ) .   T h C MV   a m id   th i s   ti m ef r a m e   is n ' d ictated   b y   th ex c h a n g i n g   s tate,   h o w e v er   r ath er ,   is   s w a y in g   w it h   p len ti f u l n ess   r el y in g   u p o n   th p ar asit ic   p ar am eter s   an d   th s w itc h es '   i n ter s ec tio n   ca p ac itan ce s   o f   t h co m p ar in g   to p o lo g y .   T h u s ,   s p illag cu r r e n ca n   in   a n y   ca s s tr ea m   a m id   f r ee w h ee li n g   p er io d .   T h s a m is   th e   s it u atio n   f o r   co n v e r ter s   u tili z in g   air   co n d itio n i n g   d ec o u p li n g   s tr ate g y .     2 . 2 .   CM V   cla m p ing     As s p ec i f ied   b e f o r e,   C MV   is   o n o f   t h f u n d a m en ta l d r iv er s   f o r   s p illa g m o m e n t u m .   H5   a n d   HE R I C   co n ce n tr ate  j u s o n   g iv i n g   g a lv an ic  s e g r eg a tio n   w h i le  d is m is s i n g   th e   i m p ac o f   th e   C MV .   No at  al li k e   o r d in ar y   to p o lo g ies,  th e   C M in   t h ese   to p o lo g ies  ca n ' b co n tr o lled   b y   m ea n s   o f   P W M,   b ec au s o f   t h e   u tili za t io n   o f   g al v an ic  co n f i n e m en as  clar i f ied   b ef o r eh a n d .   W ith   s p ec if ic  en d   g o al  to   cr ea te  s tead y   C M V   b r ac in g   b r an ch   is   p r esen ted   in   OH5 .   Fig u r 4   s h o w s   p r o p o s ed   h b zv r - d   to p o lo g y   ( a)   C o n v er te r   s tr u ctu r e,   ( b )   S w it c h in g   w a v ef o r m s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     Desig n   a n d   A n a lysi s   o f Th r ee - p h a s Tr a n s fo r mer Les s   Gri d - co n n ec ted . . .   ( Ja ya n n a   K a n ch i ke r e )   215           ( a)   ( b )       Fig u r 4 .   P r o p o s ed   HB Z VR - to p o lo g y   ( a)   C o n v er ter   s tr u c t u r e   ( b )   S w itc h i n g   w a v e f o r ms       Fo r   th m o s t   p ar t,  th e   clasp i n g   b r an c h   co m p r i s es  o f   d io d o r   s w itc h es   an d   a   ca p ac ito r   d iv id er   w h ic h   g u ar a n tees  t h f r ee w h ee lin g   w a y   is   c lip p ed   to   th h al f   o f   th i n f o   v o ltag e.   W it h   t h co n s o lid ated   i m p ac o f   g alv a n ic   d is co n n ec tio n   a n d   C MV   clip p in g ,   s p il lag e   cu r r en is   to tall y   o v er laid .   A ll  t h i n g s   c o n s id er ed ,   b o th   H6   an d   OH 5   u tili ze s   d c - d ec o u p l in g   tec h n iq u e,   w h ich   ex p er ie n ce s   b r i n g   d o w n   p r o f icie n c y .   HB Z V R   li k e w i s e   u tili ze s   C MV   cla s p in g   s tr ateg y   h o w e v er   it   is   d i s co v er ed   th a th c lip p in g   b r an ch   d o es  n o t   w o r k   id ea ll y .   I i s   ap p ea r ed   in   b o th   t h r ec r ea tio n   a n d   tes co m es  ab o u t h at   th C MV   an d   th e   s p illa g e   cu r r e n i n   HB Z V R   ar e   as   h ig h   as t h o s i n   th to p o lo g ie s   w h ic h   u til ize  j u s t g a lv a n ic  s e p ar atio n .         3.   ACTI VI T P RIN CIPL E O F   P RO P O SE T O P O L O G Y   3 . 1 .   Str uct ure  o f   pro po s ed  H B Z VR - D   I n   li g h o f   t h e x a m i n atio n   o v er ,   s tr aig h t f o r w ar d   ch a n g e d   HB Z V R - i s   p r o p o s ed   to   co n s o lid ate   th ad v a n ta g es  o f   t h lo w - m is f o r t u n air   co n d it io n i n g   d e co u p lin g   s tr ate g y   a n d   th e n t ir s p illag c u r r en t   d is p o s al  o f   th C M cin c h i n g   tech n iq u e.   HB Z VR - is   c h an g ed   b y   i n cl u d in g   q u ic k   r ec u p er atio n   d io d e,   D 6 ,   to   th c u r r en HB Z V R   as  ap p ea r ed   in   Fi g u r e   4 ( a) .   T h v o lt ag d iv id er   i s   co m p r is ed   o f   C 1 an d   C 2 . S1 - S4   ar e   f o r   f u ll - co n n ec in v er ter .   T h co u n ter   p ar allel  d io d es,  D1 - D4 ,   an d   in   ad d itio n   S5   g iv f r ee w h ee li n g   w a y   to   th cu r r en to   s tr ea m   a m id   th e   f r ee w h ee li n g   ti m f r a m e.   Dio d es   D5   an d   D6   f o r m   th b r ac i n g   b r an c h es  o f   th e   f r ee w h ee l in g   w a y .       3 . 2 .   Act iv it y   m o des   a nd   a na ly s i s     I n   th is   s eg m e n t,  th ac ti v it y   m o d es  an d   th C MV   o f   th p r o p o s ed   to p o lo g y   i s   ex a m i n ed .   Fig u r 4 ( b )   d elin ea tes  th e   ex c h a n g i n g   ( c)   Mo d 3 - co n d u ctio n   m o d a n d   ( d )   Mo d 4 - f r ee w h ee li n g   m o d am id   n e g ati v e   h al f   c y cle  P atter n s   o f   th p r o p o s ed   HB Z VR - D.   Fi g u r 5   Op er atio n   Mo d es  o f   P r o p o s ed   H B Z VR - T o p o lo g y .   ( a)   Mo d 1 - C o n d u ct io n   Mo d an d   ( b )   Mo d e   2 - Fre e w h ee li n g   Mo d d u r in g   P o s itiv Hal f   C y cle .   S w itc h esS 1 - S4   co m m u tate   at  ch an g i n g   r ec u r r en ce   to   p r o d u ce   u n ip o lar   y ield   v o lta g e.   S5   co m m u ta te s   r ec ip r o ca lly   to   S1 - S4   to   m a k f r ee w h ee li n g   w a y .   A l t h f o u r   ac ti v it y   m o d e s   ar ap p ea r ed   in   Fi g u r 6 .   T o   cr ea te  u n ip o lar   y ield   v o ltag e.   I n   m o d 1 ,   S1   an d   S4   ar e   ON  w h ile  S2 ,   S3   an d   S5   ar e   OFF.  C u r r en in cr e m e n t s   an d   s tr ea m s   th r o u g h   S1   an d   S 4 . VA B =+ VDC.  T h C MV   m o v es to w ar d   b ec o m i n g .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 11   -   2 26   216           ( a)   ( b )               ( c)   ( d )     Fig u r 5 .   Op er atio n   m o d es o f   p r o p o s ed   HB Z VR - to p o lo g y   ( a)   Mo d e   1 - co n d u ctio n   m o d an d   ( b )   Mo d e   2 - f r ee w h ee l in g   m o d d u r i n g   p o s itiv h al f   c y cle                 ( 8 )     I n   m o d 2 ,   S1 - S4 ar OF F.S5 i s   ON  to   m ak f r ee w h ee li n g   P ath .   C u r r en r ed u ctio n s   a n d   f r ee w h ee l s   th r o u g h   d io d esD3 ,   an d   t h n e t w o r k .   T h v o ltag V AN  r ed u ctio n s   a n d   VB in cr e m en ts   u n til  t h p o in w h e n   th eir   q u alit ies ac h iev t h r eg u lar   p o in t,  VDC/ 2 ,   w ith   t h en d   g o al  th at  V A B =0 .   T h C MV   i s .                 ( 9 )     I n   m o d 3 ,   S2   an d   S3   ar e   ON,   w h ile   S1 ,   S4   an d   S5   ar e   OFF.  C u r r en i n cr ea s es   an d   f lo w s   t h r o u g h   S2   an d   S3 . VA B = - VD C .   T h C MV   b ec o m e s                   ( 1 0 )     I n   m o d 4 ,   S1 - S4   ar OFF. S5 is   ON   to   m ak e   f r ee w h ee li n g   w a y .   C u r r en r ed u ctio n s   an d   f r ee w h ee l s   th r o u g h   d io d esD1 ,   D4 ,   an d   th f r a m e w o r k .   T h v o lta g V AN  ab ate m en t s   an d   VB i n cr em en ts   u n t il  th p o in t   th at  th eir   q u ali ties   ac h ie v t h e   r eg u lar   p o in t,  VDC/ 2 ,   an d   VA B =0 .   T h C MV   is   as  in f er r ed   in   ( 1 0 ) .   C lear ly ,   b alan ce   s tr ate g ies   ar i n ten d ed   to   p r o d u ce   C o n s ta n C M in   ea ch   o f   t h f o u r   ac tiv i t y   m o d es.  A ll   th e   ex p lo r atio n   W o r k s   ar o u tlin e d   in   v ie w   o f   th s ta n d ar d s   ab o v e.   Fo r   all  in ten ts   a n d   p u r p o s es,  VA a n d   VB N   d o n ' t   ac h ie v r e g u lar   p o in a m id   t h f r ee w h ee lin g   ti m f r a m ( m o d 2   a n d   m o d 4 ) .   I is   ap p ea r ed   in   r ep r o d u ctio n   an d   tr ial  co m es  ab o u later   th at  t h C MV   is n 't  co n s is ten w i th o u clasp i n g   b r an ch .   Am id   th e   f r ee w h ee l in g   ti m f r a m e,   b o t h   V A a n d   VB ar n o b r ac ed   to   VDC/ 2   an d   is   s w a y i n g   w it h   ab u n d an ce   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     Desig n   a n d   A n a lysi s   o f Th r ee - p h a s Tr a n s fo r mer Les s   Gri d - co n n ec ted . . .   ( Ja ya n n a   K a n ch i ke r e )   217   r el y in g   u p o n   t h p ar asit ic  p ar a m eter s   a n d   in ter s ec tio n s '   ca p ac itan ce   o f   th o s e   to p o lo g ies.  T h en h an ce d   clasp in g   B r an ch   o f   HB Z V R - g u ar an tees  th en tire   cin ch i n g   o f   C M to   VDC /2   a m id   t h f r ee w h ee li n g   ti m f r a m e.   I is   v er y   m u c h   n o tice d   th at  th Ou tp u cu r r en m o v es  th r o u g h   j u s t w o   s w i tch e s   i n   ea ch   co n d u ct io n   p er io d   ( m o d 1   an d   m o d 3 )   as  ap p ea r ed   in   Fig u r ( a)   an d   ( c) .   T h is   clar if ies  wh y   HB Z V R - h a s   m o d er atel y   h ig h er   ef f ec ti v e n e s s   t h an   t h o s o f   d c - d ec o u p li n g   to p o lo g ies.      3 . 3 .   C a ct iv it y   princip les o f   i m pr o v ed  cla m pi ng   bra nch    Am id   t h f r ee w h ee li n g   ti m f r a m e,   S5   is   tu r n ed   ON,   i n ter f a cin g   P o in An   an d   B .   Fre e w h e elin g   w a y   v o ltag VFP   ca n   b c h ar ac ter ized   as  VFP =V A N≈ VB N,   s i n c th v o ltag d r o p s   cr o s s w i s o v er   d io d es  an d   S5   ar litt le  co n tr asted   w it h   VD C .   T h er ar tw o   co n ce iv ab le  m et h o d s   o f   task   ( m o d 2   an d   m o d 4   as  ap p ea r e d   in   F ig u r 6 )   co n ti n g e n u p o n   w h et h er   D5   o r   D6   is   f o r w a r d   o n e - s id ed .   A t h p o in t   wh en   VFP   is   m o r p r o m i n en T h an   VD C /2 ,   D5   is   f o r w ar d   o n e - s id ed   an d   D6   is   tu r n ed   ar o u n d   o n e - s id ed .   C u r r en s tr ea m s   f r o m   th f r ee w h ee li n g   w a y   to   th m id p o in o f   th d c - co n n ec t h r o u g h   t h ci n ch i n g   d io d D5 ,   as  ap p ea r ed   in   Fig u r e   6   ( b ) ,   w h ic h   to tall y   clip s   t h VFP   to   VDC/ 2 .   On   alter n ate  h an d s ,   w h e n   t h VFP   is   n o as  m u c h   as  V DC /2 ,   D6   is   f o r w ar d   o n e - s id ed   an d   D5 is   s w i tch e d   o n e - s id ed .   A s   ap p ea r ed   in   Fig u r 6 ( d ) ,   cu r r en s tr ea m s   f r o m   t h m id p o in o f   th d c - co n n ec tio n   to   th f r ee w h ee li n g   w a y   t h r o u g h   th ad d itio n al  clasp i n g   d io d eD6 ,   to   ex p an d   th V FP   to   VD C /2 .   I o u g h t o   b n o ticed   t h at  a m id   t h e   d ea d   ti m e   b et w ee n   t h co n d u cti o n   ti m f r a m a n d   f r ee w h ee l in g   p er io d ,   th f r ee w h ee li n g   w a y   i s n 't  all  ar o u n d   b r ac ed   a n d   th C MV   ca n   b e   w a v er in g   w it h   t h e   lattice  v o lta g e.   B y   th e   b y ,   w i t h   le g iti m ate  d eter m i n atio n   o f   d ea d   ti m e,   t h is   i m p ac ca n   b li m ited .   I n   HB Z VR ,   th b r ac in g   b r an ch   co m p r is e s   o f   D5   as  it  w er e.   I n   th i s   m an n er ,   th b r ac in g   o f   t h f r ee w h ee li n g   w a y   is   r estrict ed   j u s f o r   th p er io d   w h e n   VFP   is   m o r t h an   V D C /2 .   At  th p o in w h e n   VFP   is   n o as  m u ch   a s   VDC/ 2 ,   th c in c h i n g   b r an c h   d o es  n o w o r k   o n   t h g r o u n d s   th at  D5   is   t u r n in g   ar o u n d   o n e - s id ed .   Am id   s u c h   co n d itio n ,   t h C M i n   HB Z V R   w ill  s w a y ,   ca u s i n g   th s tr ea m   o f   s p illa g cu r r e n t.  T h is   m i s h ap   is   r ed r ess ed   b y   in cl u d in g   q u ic k   r ec u p er atio n   d io d eD6   in   th P r o p o s ed   HB Z VR - to p o lo g y .   W ith   b o th   D5   an d   D6 ,   th e   en h a n ce d   b r ac in g   b r an c h   e n s u r es  th to tal  clip p in g   o f   t h C MV   to   VD C /2   all  t h r o u g h   th e   f r ee w h ee li n g   ti m e   f r a m e.   T h u s ,   s p illa g cu r r en t,  w h ic h   is   p ar ticu lar l y   s u b j ec t to   C MV ,   is   to tall y   d i s p o s ed   o f f .           Fig u r 6 .   M o d 2   an d   M o d 4           Fig u r 7 . T h r ee - p h ase  tr an s f o r m er   less   P in v er ter s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 11   -   2 26   218   4.   M AT L AB /SI M UL AT I O R E SU L T S   Fig u r 8   s h o w s   Ma t lab /Si m u l atio n   m o d el  o f   H5   t o p o lo g y .   F ig u r 9   s h o w s   s i m u latio n   r esu l ts   o f   g r id   v o ltag a n d   cu r r en t,  lea k ag c u r r en t,  V A N V C M VB N   o f   H 5   to p o lo g y .           Fig u r 8.   Ma tlab / s i m u lat io n   m o d el  o f   H5   to p o lo g y           Fig u r 9.   Si m u latio n   r esu l ts   o f   g r id   v o ltag a n d   cu r r en t Le a k ag c u r r en t,  V A N V C M,   V B N   o f   H5   to p o lo gy       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     Desig n   a n d   A n a lysi s   o f Th r ee - p h a s Tr a n s fo r mer Les s   Gri d - co n n ec ted . . .   ( Ja ya n n a   K a n ch i ke r e )   219   Fig u r 1 0   s h o w s   Ma tlab /Si m u latio n   m o d el  o f   HE R I C   to p o lo g y .   Fig u r 1 1   s h o w s   s i m u lat io n   r es u lts   o f   g r id   v o lta g an d   cu r r en t,  leak ag c u r r en t V A N V C M,   V B N   o f   HE R I C   co n v er ter .           Fig u r 10.   Ma tlab / s i m u latio n   m o d e l o f   HE R I C   to p o lo g y           Fig u r 11.   Si m u latio n   r es u lt s   o f   g r id   v o lta g an d   cu r r en t L e ak ag c u r r en t,  V A N V C M,   V B o f   HE R I C   co n v er te r     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
              I SS N :   2252 - 8792   IJ A P E    Vo l.   7 ,   No .   3 Dec em b er   2 0 1 8 :   2 11   -   2 26   220   Fig u r 1 2   s h o w s   Ma tlab /s i m u latio n   m o d el  o f   OH5   t o p o lo g y .   Fig u r 1 3   s h o w s   s i m u lat io n   r esu lt s   f o r   o u tp u t v o lta g e,   g r id   c u r r en t,  le ak ag c u r r en t,   V A N co m m o n   m o d v o ltag a n d   VB N   OH5   to p o l o g y           Fig u r 12.   Ma tlab /s i m u latio n   m o d el  o f   OH5   to p o lo g y           Fig u r 13.   Si m u latio n   r es u lt s   f o r   o u tp u t v o ltag e g r id   cu r r en t,   leak ag c u r r en t,  V A N ,   co m m o n   m o d v o ltag an d   VB N   OH5   to p o l o g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.