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 r  les s  in v e rter  is  b r o a d ly   u ti li z e d   a s  a   p a rt  o f   lo w   p o w e r  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 s  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 t  th e   p o i n t  w h e n   n o   tran sf o r m e r  is   u ti li z e d   a s  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 s  sp il lag e   stre a m s  (b a sic   m o d e   e b b s  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 r  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 l  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 w  n a ti o n s)  t h a t   re stra in s  th e   e n ti re   f ra m e w o rk   e x h ib it io n s  a s  f a r  a s  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 r  le ss   in v e rters   d o n ' t  p re se n t  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 l  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 r  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 s  th a t  c a n   b e   h u rtf u l  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 r  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 l  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  T ra n s f o r m e r  les s  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 t  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 s  o f   late   p ro p o se d   tran sf o rm e r  les s  P V  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 t  a b o u t  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 e  Vo ltag e  ( C MV )   F r a m e w o r k   P h o to v o ltaic  ( P V)   S p illag e  p r esen t   T r an s f o r m er   less   Co p y rig h t  ©   2 0 1 8   In stit u te o f  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 l  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 a  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 e  v itali t y   r eq u est  is   ex p an d in g   b ec a u s e  o f   t h e  q u i ck   i n cr e m e n t  o f   t h e  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  a  v ita l   p ar t  to   s u p p lan t  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 l  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   a  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 V  f r am e w o r k s   ar e   cu r r en tl y   m o r e  m o d er ate  b ec au s e  o f   g o v er n m e n t  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 e  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 V  m o d u les  [ 3 ] ,  [ 4 ] .     B y   a n d   lar g e,   t h er e  ar e  t w o   s o r ts   o f   m atr i x   as s o ciate d   P V  f r a m e w o r k s ,   I .   e. ,   th o s e  w i th   tr an s f o r m er   an d   w i th o u t  tr an s f o r m er .   T h e  tr an s f o r m er   u t ilized   ca n   b e  h i g h   r ec u r r en ce   ( HF)   tr an s f o r m er   o n   th e  d c  s id e  o r   lo w   r ec u r r en ce   tr an s f o r m er   o n   th e  air   co n d itio n er   s id e  [ 5 ] .   Oth er   th a n   v e n t u r in g   u p   th e  v o lt ag e,   it  ass u m e s   an   i m p er ativ e   p ar t  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 t  s p il lag e   cu r r e n t   an d   ev ad i n g   d c  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 e  tr a n s f o r m er s   ar e  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 e  f ac t   t h at  cr itical  s ize  a n d   w ei g h t  d ec r ea s e  ca n   b e  ac co m p lis h ed   w i th   HF  tr an s f o r m er ,   t h e  u tili za t io n   o f   tr an s f o r m er   s til l  less e n s   t h e  e f f ec tiv e n es s   o f   t h e  w h o le  P V  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 V  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 e  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 e  ( C M)   v o lta g es  m u s t  b e  d o d g ed   f o r   a  tr an s f o r m er   le s s   P V  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 t  a  h u g e  ch ar g e/r elea s e  cu r r en t  s o m e w h at  m o v i n g   t h r o u g h   t h e  in v er ter   to   th e  g r o u n d .   T h is   C M  g r o u n d   cu r r e n t  w i ll  ca u s e   an   ex p a n s io n   i n   t h e  p r ese n t  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   a  n et w o r k   a s s o ciate d   P V  f r a m e w o r k ,   v italit y   y ield   an d   p a y b ac k   ti m e  ar e  in cr ed ib l y   s u b j ec t  to   th e  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 e  v ie w ed   as  t w o   o f   t h e  m o s t  n o te w o r t h y   attr ib u tes  f o r   P V  in v er ter s .   Kee p in g   i n   m in d   th e  e n d   g o al  to   li m it   t h e  g r o u n d   s p illa g e  c u r r en t  a n d   en h a n ce   t h e  p r o d u cti v it y   o f   t h e  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 V  in v er ter s   u s i n g   u n ip o lar   P W M  co n tr o l  h av e  b ee n   d is p lay ed   [ 8 - 1 0 ] .   T h e  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 t  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 e  P V  tr an s f o r m er   l ess   i n v er ter s   ar e  i n   th e   s co p e  o f   9 6 - 9 8 %  T h e  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 e  ite m   d atas h ee t  i s   9 8 . 3 %  an d   9 8 %,  in d i v id u all y ,   w it h   3 4 5 - V  d c  in p u t v o lta g e  a n d   a  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 e  o f   th e   w a y   th at   th e  c u r r en t  m u s t   lead   th r o u g h   th r e e  s w itc h es   in   ar r an g e m e n t  a m id   t h e  d y n a m ic  s ta g e.   An o th er   d r a w b ac k   o f   th e  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 ' t  u s e  MO SF E T   g a d g ets  o n   ac co u n t  o f   t h e  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 e  s w i tch   S5   o f   th e  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 e  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 e  H6   to p o lo g y   w a s   p r o p o s ed   in   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h e  H6   in v er ter   ca n   b e  ex ec u ted   u tili zi n g   MO S FET s   f o r   th e  lin e  r e cu r r en ce   ex c h a n g in g   g ad g ets,  tak in g   o u t  th e  u tili za tio n   o f   les s   p r o f icien t  I G B T s .   T h e  d etaile d   p in n ac le  p r o f icie n c y   a n d   E U  ef f ec tiv e n e s s   o f   a  3 0 0   W   m o d el  cir cu it  w er e  9 8 .   3 %  an d   9 8 . 1 %,  in d iv id u all y ,   w it h   1 8 0   V  d c  in p u t v o lta g e  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 e  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 e  tr an s f o r m er   less   P V  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 e  p r o p o s ed   tr an s f o r m er   le s s   P V  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 e  f ac t  th at   th er e  ar e  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 t  b en d in g   b ec au s e  o f   n o   d ea d - ti m e  n ec es s ities   at  ea c h   P W M  ex ch an g in g   r ec o m p en s e  m o m e n t  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 e  c u r r en t   o n   th e  g r o u n d s   th at   th er e  ar e  t w o   ex tr a  air   co n d itio n i n g   s id e  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 e  n et w o r k   a m i d   th e  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 e  o p p o r tu n it y   to   i n itiate   MO SF E T   b o d y   d io d e  tu r n   ar o u n d   r ec u p er atio n .   B ec au s e  o f   th e  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 e  s u p er   in ter s ec tio n   MO SF E T s ,   th e  p r o p o s ed   c o n v er t er   ca n   b e  in ten d ed   to   w o r k   a t  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 t  s w ell  a n d   t h e  s p an   o f   alo o f   s e g m e n t s   [ 1 4 ] .       2.   B ASI C  M O DE   B E H AVIO R  AND  L E AK AG E   CUR RE N T   RE D UCT I O N  M E T H O DS    A t   t h e  p o in t   w h en   t h e  tr a n s f o r m er   is   e x p elled   f r o m   t h e  in v er ter ,   a  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 e  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 e  cu r r en t  ( I L ) .   Her e,   th e  p o w er   co n v e r ter   is   s p o k en   to   b y   a  s q u ar e  w it h   f o u r   ter m i n als  to   p er m i t  a  g en er al  p o r tr a y al  o f   d if f er e n t  co n v er ter   to p o lo g ies.  On   th e  d c  s id e,   P   an d   N  ar e  ass o ciate d   w ith   t h e   p o s itiv e  an d   n e g ati v e  r ail  o f   th e  d c - in ter f ac e,   s ep ar atel y ;  wh ile  o n   th e  air   co n d itio n er   s id e ,   ter m i n als  An   an d   B   ar e  ass o ciate d   w it h   th e  s in g le - s ta g e  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 e  v ie w   p u r p o s e  o f   th e   f r a m e w o r k ,   th e  p o w er   c o n v e r ter   s q u ar e  ap p ea r ed   in   Fig u r e  1 ( a)   ca n   b e  co n s id er ed   as  v o lta g e  s o u r ce s ,   cr ea tin g   v o lta g e  V A N  an d   VB N.           Fig u r e   1 .   C o m m o n - m o d e  m o d el  f o r   s in g le - p h a s e  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 e  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 e  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  t o   th e  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 e  ca n   b e  s tr ea m li n ed   i n to   t h e  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 N  a n d   VB N  as  ap p ea r ed   in   Fi g u r e  2 ( b ) .   T h e   s p illag e  c u r r en t  is   i n   th i s   m a n n er   an   ele m e n t  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 e  C MV VC M  a n d   d if f er en tial - m o d e  v o ltag e  VDM   ca n   b e  ch ar ac ter ized   as                     ( 1 )                     ( 2 )     R ea r r an g in g   ( 1 )   an d   ( 2 ) ,   th e  o u tp u t  v o ltag e s   ca n   b e  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 e  u s e  d in t i s   P ap er ,   th e  VE C M  i s   eq u al  to   VC M                   ( 6 )     Fro m   th e  m o d el,   it  ca n   b e  p r esu m ed   th at  t h e  s p il lag e  c u r r en t  is   p ar ticu lar l y   n ee d y   o f   th e  C M V.   A cc o r d in g l y ,   co n v er ter   s tr u c tu r e  an d   th e  b ala n ce   s tr ateg y   m u s t  b e  in ten d ed   to   cr ea te  co n s is ten t  C MV   s o   as  to   d is p en s e  w it h   th e  s p illag e  c u r r en t.  I t  m er its   f ea t u r in g   th at  t h e   m o d el  in   Fig u r e  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 e  b asic  m o d e  co n d u ct  o f   t h e  cu s to m ar y   f u ll - co n n ec t  ( H4 )   to p o lo g y .   No n e th eles s ,   b ec au s e  o f   th e  all  in cl u s iv e  s tate m e n t  o f   th e  m o d el,   clea r l y   t h e  m o d el  is   s u b s ta n tial  f o r   d if f er e n t  to p o lo g ies  ex a m i n ed   h er e,   asid e  f r o m   H4 .   I n   ac tu alit y ,   a  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 e  r eg u l ar   m o d e  co n d u ct  o f   d if f er e n t  tr an s f o r m er s   les s   co n v er ter   to p o lo g ies.  B e  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 e  V AN   an d   VB N,   th e  ar ticu latio n s   f o r   VC M  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 e  b eh av io r .   Hen ce ,   to   ev alu ate  t h e  co m m o n   m o d e.   C o n d u ct  o f   a  s p ec if ic  to p o lo g y ,   V A N  an d   VB N  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 e  ass es s ed ,   as  w ill b e  d e m o n s tr ated   later .           Fig u r e  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 V  in v er ter s ,   th e  g al v an ic  ass o ciatio n   b et w ee n   th e  P V  an d   th e  m a tr ix   en ab le s   s p illag e  c u r r en t  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 e  s p illag e   cu r r en t.  T h e  g alv a n ic  s e cl u s i o n   ca n   ess e n tiall y   b e  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 e  in cl u d ed   th e   d c  s id e  o f   th e   in v er ter   to   d is e n g ag e  th e  P V  cl u s ter s   f r o m   t h e  m atr i x   a m id   th e  f r ee w h ee li n g   t i m e  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 e  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 e  co n d u ctio n   ti m e  f r a m e.   S u b s eq u e n tl y ,   t h e  co n d u ctio n   m i s f o r t u n e s   i n cr e m e n t  b ec au s e  o f   t h e  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 e  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 e  b e  g iv e n   o n   t h e  air   co n d itio n er   s i d e  o f   th e  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 e  co n d u ctio n   w a y ,   as  ap p ea r ed   in   Fig u r e  2 .   T h u s ,   th e  y ield   cu r r en t  m o v e s   th r o u g h   j u s t  t w o   s w i tch e s   a m id   th e  co n d u ctio n   t i m e  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 e  o b s er v ed   to   b e  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 e  m i s f o r t u n e  o f   g alv a n ic   s ec l u s io n   i s   t h at  t h er e  is   n o   ch a n ce   to   g et  o f   c o n tr o llin g   t h e  C MV   b y   P W M  a m id   t h e  f r ee w h ee lin g   ti m e  f r a m e.   Fi g u r e  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 t  w h ic h .               ( a)   ( b )       Fig u r e  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 e  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 e  3   ( an ) ,   a m id   t h e  co n d u ctio n   t i m e  f r a m e,   S1   an d   S4   lead   to   p r o d u ce   t h e  co v eted   y ield   v o ltag e.   I n   t h e  m e an ti m e,   V A  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 e  n e g ati v e  ter m in al   ( N)   o f   th e  d c - co n n ec t.  C o n s e q u en tl y ,   th e  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 e  f r ee w h ee li n g   ti m e  f r a m e,   t h e  d c - s id estep   s w itc h es  s ep ar ate  th e  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 t  B   ar e  d etac h ed   f r o m   t h e  d c - co n n ec tio n ,   a n d   VA   a n d   VB   ar e  co asti n g   as  f o r   th e  d c - in ter f ac e  as  ap p ea r e d   in   Fig u r e  3 ( b ) .   T h e  C MV   a m id   th i s   ti m ef r a m e   is n ' t  d ictated   b y   th e  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 e  p ar asit ic   p ar am eter s   an d   th e  s w itc h es '   i n ter s ec tio n   ca p ac itan ce s   o f   t h e  co m p ar in g   to p o lo g y .   T h u s ,   s p illag e  cu r r e n t  ca n   in   a n y   ca s e  s tr ea m   a m id   f r ee w h ee li n g   p er io d .   T h e  s a m e  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 e  o f   t h e  f u n d a m en ta l d r iv er s   f o r   s p illa g e  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 t  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 t  o f   th e   C MV .   No t  at  al l  li k e   o r d in ar y   to p o lo g ies,  th e   C M V  in   t h ese   to p o lo g ies  ca n ' t  b e  co n tr o lled   b y   m ea n s   o f   P W M,   b ec au s e  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 t  as  clar i f ied   b ef o r eh a n d .   W ith   a  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 e  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 e  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 e  4 .   P r o p o s ed   HB Z VR - D  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 e  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 e  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 e  f r ee w h ee lin g   w a y   is   c lip p ed   to   th e  h al f   o f   th e  i n f o   v o ltag e.   W it h   t h e  co n s o lid ated   i m p ac t  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 t  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 t  th e  c lip p in g   b r an ch   d o es  n o t   w o r k   id ea ll y .   I t  i s   ap p ea r ed   in   b o th   t h e  r ec r ea tio n   a n d   tes t  co m es  ab o u t  t h at   th e  C MV   an d   th e   s p illa g e   cu r r e n t  i n   HB Z V R   ar e   as   h ig h   as t h o s e  i n   th e  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 Y  P RIN CIPL E S  O F   P RO P O SE D  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 t  o f   t h e  e x a m i n atio n   o v er ,   a  s tr aig h t f o r w ar d   ch a n g e d   HB Z V R - D  i s   p r o p o s ed   to   co n s o lid ate   th e  ad v a n ta g es  o f   t h e  lo w - m is f o r t u n e  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  e n t ir e  s p illag e  c u r r en t   d is p o s al  o f   th e  C M V  cin c h i n g   tech n iq u e.   HB Z VR - D  is   c h an g ed   b y   i n cl u d in g   a  q u ic k   r ec u p er atio n   d io d e,   D 6 ,   to   th e  c u r r en t  HB Z V R   as  ap p ea r ed   in   Fi g u r e   4 ( a) .   T h e  v o lt ag e  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 t  in v er ter .   T h e  co u n ter   p ar allel  d io d es,  D1 - D4 ,   an d   in   ad d itio n   S5   g iv e  a  f r ee w h ee li n g   w a y   to   th e  cu r r en t  to   s tr ea m   a m id   th e   f r ee w h ee li n g   ti m e  f r a m e.   Dio d es   D5   an d   D6   f o r m   th e  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 e  ac ti v it y   m o d es  an d   th e  C MV   o f   th e  p r o p o s ed   to p o lo g y   i s   ex a m i n ed .   Fig u r e  4 ( b )   d elin ea tes  th e   ex c h a n g i n g   ( c)   Mo d e  3 - co n d u ctio n   m o d e  a n d   ( d )   Mo d e  4 - f r ee w h ee li n g   m o d e  am id   n e g ati v e   h al f   c y cle  P atter n s   o f   th e  p r o p o s ed   HB Z VR - D.   Fi g u r e  5   Op er atio n   Mo d es  o f   P r o p o s ed   H B Z VR - D  T o p o lo g y .   ( a)   Mo d e  1 - C o n d u ct io n   Mo d e  an d   ( b )   Mo d e   2 - Fre e w h ee li n g   Mo d e  d u r in g   P o s itiv e  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 e  f r ee w h ee li n g   w a y .   A l l  t h e  f o u r   ac ti v it y   m o d e s   ar e  ap p ea r ed   in   Fi g u r e  6 .   T o   cr ea te  u n ip o lar   y ield   v o ltag e.   I n   m o d e  1 ,   S1   an d   S4   ar e   ON  w h ile  S2 ,   S3   an d   S5   ar e   OFF.  C u r r en t  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 e  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 e  5 .   Op er atio n   m o d es o f   p r o p o s ed   HB Z VR - D  to p o lo g y   ( a)   Mo d e   1 - co n d u ctio n   m o d e  an d   ( b )   Mo d e   2 - f r ee w h ee l in g   m o d e  d u r i n g   p o s itiv e  h al f   c y cle                 ( 8 )     I n   m o d e  2 ,   S1 - S4 ar e  OF F.S5 i s   ON  to   m ak e  a  f r ee w h ee li n g   P ath .   C u r r en t  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 e  n e t w o r k .   T h e  v o ltag e  V AN  r ed u ctio n s   a n d   VB N  in cr e m en ts   u n til  t h e  p o in t  w h e n   th eir   q u alit ies ac h iev e  t h e  r eg u lar   p o in t,  VDC/ 2 ,   w ith   t h e  en d   g o al  th at  V A B =0 .   T h e  C MV   i s .                 ( 9 )     I n   m o d e  3 ,   S2   an d   S3   ar e   ON,   w h ile   S1 ,   S4   an d   S5   ar e   OFF.  C u r r en t  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 e  C MV   b ec o m e s                   ( 1 0 )     I n   m o d e  4 ,   S1 - S4   ar e  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 t  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 e  f r a m e w o r k .   T h e  v o lta g e  V AN  ab ate m en t s   an d   VB N  i n cr em en ts   u n t il  th e  p o in t   th at  th eir   q u ali ties   ac h ie v e  t h e   r eg u lar   p o in t,  VDC/ 2 ,   an d   VA B =0 .   T h e  C MV   is   as  in f er r ed   in   ( 1 0 ) .   C lear ly ,   b alan ce   s tr ate g ies   ar e  i n ten d ed   to   p r o d u ce   C o n s ta n t  C M V  in   ea ch   o f   t h e  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 e  o u tlin e d   in   v ie w   o f   th e  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 N  a n d   VB N   d o n ' t   ac h ie v e  r e g u lar   p o in t  a m id   t h e  f r ee w h ee lin g   ti m e  f r a m e  ( m o d e  2   a n d   m o d e  4 ) .   I t  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 t  later   th at  t h e  C MV   is n 't  co n s is ten t  w i th o u t  clasp i n g   b r an ch .   Am id   th e   f r ee w h ee l in g   ti m e  f r a m e,   b o t h   V A N  a n d   VB N  ar e  n o t  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 e  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 e  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 e  en h an ce d   clasp in g   B r an ch   o f   HB Z V R - D  g u ar an tees  th e  en tire   cin ch i n g   o f   C M V  to   VDC /2   a m id   t h e  f r ee w h ee li n g   ti m e  f r a m e.   I t  is   v er y   m u c h   n o tice d   th at  th e  Ou tp u t  cu r r en t  m o v es  th r o u g h   j u s t  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 e  1   an d   m o d e  3 )   as  ap p ea r ed   in   Fig u r e  6  ( a)   an d   ( c) .   T h is   clar if ies  wh y   HB Z V R - D  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 e  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 e  f r ee w h ee li n g   ti m e  f r a m e,   S5   is   tu r n ed   ON,   i n ter f a cin g   P o in t  An   an d   B .   Fre e w h e elin g   w a y   v o ltag e  VFP   ca n   b e  c h ar ac ter ized   as  VFP =V A N≈ VB N,   s i n c e  th e  v o ltag e  d r o p s   cr o s s w i s e  o v er   d io d es  an d   S5   ar e  litt le  co n tr asted   w it h   VD C .   T h er e  ar e  tw o   co n ce iv ab le  m et h o d s   o f   task   ( m o d e  2   an d   m o d e  4   as  ap p ea r e d   in   F ig u r e  6 )   co n ti n g e n t  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  t h e  p o in t   wh en   VFP   is   m o r e  p r o m i n en t  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 t  s tr ea m s   f r o m   th e  f r ee w h ee li n g   w a y   to   th e  m id p o in t  o f   th e  d c - co n n ec t  t h r o u g h   t h e  ci n ch i n g   d io d e  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 e  VFP   to   VDC/ 2 .   On   alter n ate  h an d s ,   w h e n   t h e  VFP   is   n o t  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 e  6 ( d ) ,   cu r r en t  s tr ea m s   f r o m   t h e  m id p o in t  o f   th e  d c - co n n ec tio n   to   th e  f r ee w h ee li n g   w a y   t h r o u g h   th e  ad d itio n al  clasp i n g   d io d eD6 ,   to   ex p an d   th e  V FP   to   VD C /2 .   I t  o u g h t  t o   b e  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 e  co n d u cti o n   ti m e  f r a m e  a n d   f r ee w h ee l in g   p er io d ,   th e  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 e  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 t  ca n   b e  li m ited .   I n   HB Z VR ,   th e  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 e  b r ac in g   o f   t h e  f r ee w h ee li n g   w a y   is   r estrict ed   j u s t  f o r   th e  p er io d   w h e n   VFP   is   m o r e  t h an   V D C /2 .   At  th e  p o in t  w h e n   VFP   is   n o t  as  m u ch   a s   VDC/ 2 ,   th e  c in c h i n g   b r an c h   d o es  n o t  w o r k   o n   t h e  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 e  C M V  i n   HB Z V R   w ill  s w a y ,   ca u s i n g   th e  s tr ea m   o f   s p illa g e  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   a  q u ic k   r ec u p er atio n   d io d eD6   in   th e  P r o p o s ed   HB Z VR - D  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 e  to tal  clip p in g   o f   t h e  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 e  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 e  6 .   M o d e  2   an d   M o d e  4           Fig u r e  7 . T h r ee - p h ase  tr an s f o r m er   less   P V  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 N  R E SU L T S   Fig u r e  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 e  9   s h o w s   s i m u latio n   r esu l ts   o f   g r id   v o ltag e  a n d   cu r r en t,  lea k ag e  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 e  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 e  9.   Si m u latio n   r esu l ts   o f   g r id   v o ltag e  a n d   cu r r en t ,  Le a k ag e  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 e  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 e  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 e  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 e  an d   cu r r en t,  leak ag e  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 e  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 e  11.   Si m u latio n   r es u lt s   o f   g r id   v o lta g e  an d   cu r r en t ,  L e ak ag e  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 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 e  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 e  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 e  c u r r en t,   V A N ,  co m m o n   m o d e  v o ltag e  a n d   VB N   OH5   to p o l o g y           Fig u r e  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 e  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 e  c u r r en t,  V A N ,   co m m o n   m o d e  v o ltag e  an d   VB N   OH5   to p o l o g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.