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 6 4 ~2 7 6   I SS N:  2252 - 8792   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ap e. v 7 . i3 . p p 2 6 4 - 276          264       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   I m ple m e ntatio n o Ult ra - m o d ified   Sy m m e tric  S eque nce  Alg o rith m  f o Sp a ce Ve ctor  Mo dul a tion o M a trix C o nv erte r       K o t b B .   T a w f iq,   A.   S.  M a ns o ur,   E .   E .   E L - K ho ly   De p a rtme n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   M e n o u f ia Un iv e rsity ,   Eg y p t       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   9 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A u g   1 8 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   No v   20 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e p r o p o se a n   u l tra - m o d if ied   s y m m e tri c   se q u e n c e   a lg o rit m   o f   sp a c e   v e c to m o d u latio n   o f   m a tri x   c o n v e rter.  T h e   u lt ra - m o d if ied   tec h n iq u e   im p ro v e s   th e   d ra w b a c k s   o th e   m o d if ied   o n e   w h e re   it   p ro v id e a   re d u c ti o n   o f   th e   to tal  h a rm o n ic  d isto r ti o n   f o b o t h   o u t p u v o lt a g e   a n d   o u t p u c u rre n t.   S o m e   o f   th e   a d v a n tag e o m a tri x   c o n v e rter  a re   in tro d u c e d   in   th is  p a p e r.   T h e se   a d v a n tag e re p re se n ted   in   th e   o u tp u f re q u e n c y   o f   m a tri x   c o n v e rter   w h ich   m a y   b e   g re a ter  th a n   in p u f re q u e n c y ,   c o n tro l li n g   rm v a lu e   o f   th e   o u t p u v o lt a g e   a n d   th e   a b il i ty   to   c o n tro th e   in p u d isp la c e m e n f a c to r. A th e   e n d   o f   th is  p a p e sim u latio n   a n d   e x p e ri m e n tal  re su lt a re   in tro d u c e d   w h ich   g iv e   a   p re sic e   p ro o f   to   th e   p ro p o s e d   a lg o rit h m s .   K ey w o r d s :   I n d ir ec t Sp ac Vec to r   Mo d u latio n   ( I SVM)   Ma tr ix   co n v er ter     S y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m   T HD   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 :   Ko tb   B .   T aw f iq ,     Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,     Facu lt y   o f   E n g i n ee r i n g ,   Me n o u f ia  Un i v er s i t y ,   E g y p t .   E m ail:  k o tb . b ass e m @ s h - e n g . m en o f ia. ed u . e g         1.   I NT RO D UCT I O N     T h b o ld   f ea tu r o f   M atr i x   C o n v er ter   ( MC)   o v er   r ec tif ier - i n v er ter   co n v er ter   is   t h at  th AC   ca n   b e   d ir ec tl y   co n v er ted   to   A C   w i th   d if f er e n v o lta g r m s   v alu a n d   d if f er en f r eq u e n c y   w it h o u u s i n g   an y   DC   lin k ,   s o   MC  ca n   b co n s id er ed   an   e m er g i n g   alter n ati v e   t o   th co n v e n tio n al   r ec tifie r - i n v er ter   co n v er ter .   I n d ep en d en co n tr o o n   th o u tp u v o ltag m ag n it u d an d   f r eq u en c y   ca n   b p r o v id ed   b y   u tili zi n g   MC.  I n   ad d itio n   to   co n tr o th p h ase   an g le  b et w ee n   in p u v o lta g e   an d   in p u c u r r en an d   u n it y   in p u d is p lace m e n f ac to r   ca n   b ac h ie v ed .   Ho w e v er ,   th is   to p o lo g y   d o es  n o ta k it s   p r o p er   p lace   in   t h in d u s tr y   s o   f ar .   B ec au s e   o f   t h p o ten tia co m m u tatio n   p r o b lem s ,   it  r eq u ir es  a   co m p lex   co n tr o a n d   s n u b b er   cir cu its ,   in   ad d itio n   to   in ac ce s s ib ilit y   o f   b i - d ir ec tio n al  s w itch e s ,   an d   lo w   v o lta g g ain   [1 ] ,   [ 2] .   T h is   p ap er   in tr o d u ce s   s tatic  R - lo ad   co n tr o lled   b y   u s in g   MC  as  s h o w n   in   Fi g u r 1 .   MC  is   co n tr o lled   b y   u s in g   i n d ir ec s p ac v ec to r   m o d u latio n .   T h er ar m an y   s p ac v ec to r   m o d u latio n   al g o r ith m s .   I n   t h i s   p ap er   a n   u l tr a - m o d if ied   s y m m etr ic   s eq u en ce   s p ac v ec to r   m o d u la tio n   al g o r ith m   is   p r o p o s ed . T h i s   m eth o d   h as   lo w er   T HD  o f   v o ltag co m p ar ed   to   co n v e n tio n al a n d   m o d i f ied   s y m m etr ic  s eq u e n ce   m et h o d ,   s o   th s ize  o f   th r eq u ir ed   f il ter   is   r ed u ce d .   First,  s h o r d escr ip tio n   o f   MC  is   in tr o d u ce d .   Seco n d ly   in d ir ec s p ac v ec to r   co n tr o l   o f   MC  is   p r esen ted   s h o w i n g   h o w   to   tr an s f o r m   f r o m   in d ir ec co n v er ter   to   d ir ec t   o n e   [3 ] ,   [ 4] .   MC  is   u s ed   to   co n tr o lo ad   v o ltag an d   f r eq u en c y .   T h ir d   th u ltra - m o d if ied   s y m m etr ic  s eq u e n ce   alg o r ith m   is   p r o p o s ed .   Fo u r th   s i m u latio n   a n d   ex p er i m e n tal   r es u lts   f o r   d if f er en t o p er atin g   p o in ts   ar d is p lay ed .       2.   M AT RIX CO NVER T E R   MC  is   a n   AC - A C   co n v er ter   th at  co n s is ts   o f   n i n e - b id ir ec tio n al  s w itc h e s   w h ich   p r o v id e s   d ir ec t   co n n ec tio n   b et w ee n   t h t h r ee - p h ase  i n p u t   v o lta g w i th   th e   l o ad   w it h o u t   u t ilizi n g   an y   d l in k   s o   M C   ca n   b e   m an u f ac t u r ed   in   s i m p le  a n d   co m p ac f o r m .   Ma tr ix   co n v e r ter   h as   th e   ab ilit y   o f   b i - d ir ec tio n al  p o w er   f lo w ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     I mp leme n ta tio n   o f U ltr a - mo d ified   S ymm etri S eq u en ce   A lg o r ith fo r   S p a ce   V ec to r   ( K o t b   B .   Ta w fiq )   265   u n i t y   i n p u d i s p lace m e n t   f ac to r   c an   b p r o v id ed   [ 5 ] .   A ls o ,   it   h as   m i n i m al   en er g y   s to r a g r e q u ir e m e n ts ,   w h ich   p er m i ts   to   d is p o s o f   m as s iv an d   lif eti m e - co n s tr ain ed   ca p ac ito r ,   b u MC  d o es  n o tak its   p r o p er   p lace   in   th e   in d u s tr y   a s   it  h as  s o m d i s ad v an tag e s .   I h a s   li m ited   i n p u t   o u tp u v o lta g tr an s f er   r atio   to   0 . 8 6 6   f o r   s in u s o id al   in p u a n d   o u tp u w a v e f o r m s   [6 ] ,   [ 7] .   B ec au s o f   t h lac k   o f   s w itc h es  th at   allo w   to   t h c u r r en to   f lo w   i n   b o t h   d ir ec tio n s ,   s o m e   MC  t y p es  n e ed   m o r n u m b er   o f   s w itc h es  co m p ar ed   to   co n v e n tio n al  r ec tif ier in v er ter   t y p e.   I n p u f ilter s   ar r eq u ir ed   to   r ed u ce   th h i g h   f r eq u e n c y   h ar m o n ics  a n d   cla m p i n g   cir cu i ar n ee d ed   to   p r o tect  s w itc h es  f r o m   o v er   v o lta g es  d u to   en er g y   s to r ed   in   in d u c tiv lo ad s .   I n   1 9 7 6   Gig an d   P elly   i n tr o d u ce   t h e   f ir s t   p r in cip le  o f   M C   [ 8 ] .   T h f ir s m at h e m atica l   f o r m   o f   MC  w a s   i n tr o d u ce d   i n   1 9 8 0   b y   Ve n t u r in i   an d   s w itc h es a r th p r i m ar y   d is ad v an ta g o f   t h i s   co n v er ter   [ 9 ] .           Fig u r 1 .   Dir ec MC       2 . 1 Co ns t ruct io o f   m a t rix   c o nv er t er   T h m ain   s tr u ctu r e s   o f   MC  co n s i s ts   o f   m atr i x   s w itch e s ,   i n p u f il ter   an d   c la m p i n g   c ir cu it  a s   s h o w n   i n   Fig u r 2   [ 1 0 ] .         Fig u r 2 .   T h m ai n   s tr u ctu r o f   MC       2 . 1 . 1 M a t rix   s w it ches   Ma tr ix   co n v er ter   r eq u ir es  b i - d ir ec tio n al  s w itc h ,   b i - d ir ec tio n al  s w i tch   h as  t h ab ilit y   to   c o n n ec t h e   cu r r en i n   b o t h   d ir ec tio n s ,   b u th e s s w itc h es  ar e   n o a v ai lab le  in   o u r   m ar k et s   s o   f ar .   T h u s   co n v e n tio n a l   u n id ir ec tio n al  ca n   b u s ed   to   o b tain   b i - d ir ec t io n al  s w itc h e s   as  s h o w n   in   Fi g u r 3 .   T h b i - d ir ec tio n   s w itc h   u s ed   in   t h i s   p r o to   ty p is   t h at  s h o w n   i n   Fi g u r 3 ( a )   [ 1 1 ] .     2 . 1 . 1 . 1 Dio de  bridg w i t h a   s ing le  s w it ch   T h is   s w itch   co n s is ts   o f   f o u r   u ltra - f a s d io d es  w it h   co n tr o llab le  u n i - d ir ec tio n al  s w itc h   as  s h o w n   i n   Fig u r 3 ( a ) .   T h m ain   ad v an ta g o f   th i s   s w itc h   is   th a it  h as  s i m p le   co n s tr u ctio n   an d   i r eq u ir es  o n l y   I GB T .   T h d is ad v an tag o f   th is   s w i t ch   it  r eq u ir es  3 6   u ltra - f as d io d es  an d   n in is o lated   p o w er   s u p p l y   as  s h o w n   in   T ab le  1   [ 1 1 ] .     2 . 1 . 1 . 2 .   Co mm o e m it t er   B i - direct io na l sw it ch   T h is   s w itc h   co n s i s ts   o f   t w o   u lt r a - f a s d io d es  w i th   t w o   co n tr o llab le  u n i - d ir ec tio n a s w itc h es   as  s h o w n   in   F ig u r 3 ( b ) .   T h m ain   ad v an ta g o f   t h i s   s w i tch   is   th at   it  ca n   co n t r o t h c u r r en th r o u g h   s w i tch .   T h e   d is ad v an ta g o f   th i s   s w i tch   it  r eq u ir es  m o r g a te  d r iv es   p o w er   s u p p lies   a n d   m o r I GB T s   as  s h o w n   i n     T ab le  1   [ 1 1 ] .     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 6 4     2 7 6   266   2 . 1 . 1 . 3 Co mm o co lle ct o B i - direct io na l sw it ch   T h is   s w itc h   co n s i s ts   o f   a   t w o   u ltra - f a s d io d w it h   t w o   co n t r o llab le  u n i - d ir ec tio n al   s w i tch es  ( I GB T )   as  s h o w n   i n   Fi g u r 3 ( c ) .   T h is   s w itc h   h as  t h s a m ad v a n t ag o f   th co m m o n   e m itter   o n b u th i s   s w itc h   r eq u ir es o n l y   s i x   is o lated   g ate  p o w er   s u p p lies .   T h d is ad v a n t ag o f   t h i s   s w itc h   co m p ar ed   to   d io d b r i d g w i th   s in g le  s w i tch ,   it r eq u ir e s   m o r I GB T s   as sh o w n   i n .   T ab le  1   [ 1 1 ] .               ( a)     ( b )     ( c)     Fig u r 3 ( a) .   Dio d b r id g w it h   s in g le  I GB T ,   ( b )   C o m m o n   e m itter   b i - d ir ec tio n al  s w i tch , ( c)   C o m m o n   co llecto r   bi - d ir ec tio n al  s w i tch       T ab le  1   th Dif f er en ce   B et w ee n   B i - d ir ec tio n al  Sw itc h es   AC - S w i t c h   M O S F ET   D i o d e   I so l a t e d   g a t e   su p p l i e s   G a t e   si g n a l   D i o d e   b r i d g e   w i t h   s i n g l e   S w i t c h   9   36   9   9   C o mm o n   E mi t t e r   b i - d i r e c t i o n a l   sw i t c h   18   18   9   18   C o mm o n   C o l l e c t o r   b i - d i r e c t i o n a l   S w i t c h   18   18   6   18       2 . 1 . 2 I np ut  f ilte r   As  all  p o w er   elec tr o n ic - b ased   co n v er ter s ,   MC  in j ec ts   h ar m o n ics  in to   th g r id ,   w h ic h   af f ec ts   o th er   eq u ip m e n co n n ec ted   to   t h s a m s y s te m .   T h p o w er   co n v er ter   m u s m ee t h r eq u ir e m en ts   g i v e n   i n   I E E E   5 1 9 .   T h is   s ta n d ar d   r ef er s   to   t h allo w ab le  in j ec ted   h ar m o n i co n ten ts   in to   th e   elec tr ic al  n et w o r k .   T h er ef o r e,   th m atr ix   co n v er ter   r eq u ir es  s u itab le  in p u f ilter   to   r ed u c th ese  h ar m o n ic  co m p o n en ts .   I n   o r d er   to   r ed u ce   th cu r r e n t h ar m o n ic s   in   t h s u p p l y ,   an   L C   lo w - p as s   f i lter   ca n   b e   in cl u d ed ,   as sh o w n   in   Fi g u r 4 ( a ) .   T h in p u t   f ilter   h a s   t o   m ee t h f o llo w i n g   m ai n   r eq u ir e m en t s .   Hig h   e f f icie n c y ,   s m all  s ize  an d   lo w   c o s an d   v er y   s m all   v o ltag d r o p   ac r o s s   th f i lter   in d u cta n ce   [ 1 2 ] .             ( a)     ( b )     Fig u r 4 ( a)   I n p u t f ilter ,   ( b )   C la m p   cir c u it       2 . 1 . 3 Cla m pi ng   circ ui t   T h cla m p   cir cu i p r o tects  m a tr ix   s w itc h es  f r o m   o v er   v o ltag es   Fi g u r e   4 ( b )   s h o w s   cla m p   ci r cu it  u s ed   to   p r o tect  m a tr ix   s w itc h es.  W h en   all  s w itc h es  o f   m atr i x   c o n v er ter   ar t u r n ed   o f f   t h i n d u ctiv lo ad   h as  to   d is ch ar g th e n er g y   s to r ed   in   it  w it h o u m a k i n g   a n y   d an g er o u s   o v er   v o lta g es.  T h er ef o r e,   t h en er g y   s to r ed   in   th in d u cti v lo ad s   ca n   b d is c h ar g ed   th r o u g h   cla m p   cir c u it   [ 1 2 ] .     2 . 2 Co ntr o o f   m a t rix   co nv e rt er     MC  co n s i s ts   o f   n i n e - b id ir ec ti o n al  s w itc h es  w h ic h   allo w   all  in p u li n es  to   co n n ec to   all  o u tp u li n es.   I f   th s w itc h es   o f   M C   ar ar r an g ed   as   s h o w n   o n   Fi g u r 5   th p o w er   o n   t h i n p u o f   th m atr ix   co n v er ter   m u s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     I mp leme n ta tio n   o f U ltr a - mo d ified   S ymm etri S eq u en ce   A lg o r ith fo r   S p a ce   V ec to r   ( K o t b   B .   Ta w fiq )   267   b eq u al  to   t h e   o u tp u p o w er   as  t h er is   n o   an y   en er g y   s to r ag ele m e n t.  I n d ir ec s p ac v ec to r   co n tr o is   th e   co n tr o l stra teg y   u s ed   in   t h is   p a p er .           Fig u r 5 .   I n d ir ec m atr ix   co n v er ter       2 . 2 . 1 T ra ns f o r m a t io f o r m   i nd irec t   M t o   direct   MC   I n d ir ec s p ac v ec to r   co n tr o d ea ls   w i th   M C   as  r ec ti f ier - i n v er ter   co m b i n atio n   w it h   v ir t u al  d lin k   as  s h o w n   i n   Fi g u r 5 .   I n d ir ec MC   co n s is t s   o f   t w o   s ta g es,   f ir s t   s ta g is   r ec tif ier   b ased   o n   s w itc h es   S1 - S6 ,   s ec o n d   s ta g i s   i n v er ter ,   w h ic h   h as  a   s ta n d ar d   th r ee   p h a s es   v o lta g s o u r ce   to p o lo g y   b as ed   o n   s i x   s w itc h e s     S7 S1 2   [ 1 3 ] .                             ,                      ,                  *   E                 ,         E       ( 1 )         [                         ]     ,                         [                            ] ,           [                                              ]       ( 2 )     [                                              ]   [                            ] [                         ]           ( 3 )     W h er th in v er ter   tr an s f er   f u n ctio n   i s   r ep r esen ted   b y   m at r ix   N,   tr an s f er   f u n ctio n   o f   th r ec tif ier   i s   r ep r esen ted   b y   m atr i x   E   an d   r ep r esen tr an s f er   f u n ctio n   o f   MC   [ 1 4 ] .   T h is   s tr ateg y   d ea ls   w it h   MC  a s   a   ca s ca d ed   r ec tif ier - in v er ter .   T h er ef o r e,   s p ac v ec to r   o f   th e   in v er ter   o u tp u v o ltag a n d   s p ac v ec to r   o f   r ec ti f ie r   in p u t   cu r r e n ca n   b d ec o u p le d   to   co n tr o d ir ec M C .   As  s h o w n   i n   ( 4 ) ,   th e   o u tp u p h ase s   ca n   b co m p o u n d ed   b y   t h p r o d u ct  an d   s u m   o f   in p u p h ases   t h r o u g h   r ec tifie r   an d   in v er ter   s w i tch e s                 a n d                    r esp ec tiv el y .   T h f ir s r o w   o f   th m atr ix   i n   ( 5 )   s h o w s   h o to   o b tain   o u tp u p h ase  A   f r o m   in p u p h ases   a,   b   an d   f o r   d ir ec MC  u s in g   I n d ir ec Sp ac Vec to r   M o d u latio n   ( I SVM)   an d   th is   ca n   b i llu s tr ated   ag ain   i n   g r ap h ical  v ie w p o in t a s   i n   Fi g u r 6   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .     [             ]   [                            ] [                         ] [             ]             ( 4 )     [             ]   [                                                                                                                                                                            ]   [             ]       ( 5 )           Fig u r 6 .   T r an s f o r m atio n   f r o m   in d ir ec m atr i x   co n v er ter   to   d ir ec t o n in   p h ase  A   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 6 4     2 7 6   268   2 . 2 . 2   Curre nt   s o urce   T h cu r r en s o u r ce   r ec tifie r   co n s i s ts   o f   s i x   s w itc h e s   S1 - S6 ,   as  s h o w n   i n   Fi g u r 7 .   T h r ec tif ier   h a s   to   g en er ate  co n s ta n d v o ltag f r o m   t h r ee   p h ase  i n p u v o ltag e.   T h v ir tu al  d lin k   v o lta g e   an d   in p u c u r r en t s   ca n   b ca lcu lated   f r o m   th r ec tif ier   tr an s f er   f u n ct io n   E   as f o l lo w s     [               ]   [                         ] [             ]                 ( 6 )     [             ]   [                         ]   [         ]                 ( 7 )     T h in p u t c u r r en t sp ac v ec to r          ca n   b ex p r ess ed   as f o llo w s                  (                             )               ( 8 )           Fig u r 7 .   C u r r en s o u r ce   r ec tifie r       Fo r   v ir tu al  r ec ti f ier ,   th er i s   allo w ed   n in s w itc h i n g   co m b in at io n s   to   a v o id   an   o p en   cir cu it  in   r ec tif ier .   T h ese  n i n co m b i n at io n s   ar d i v id ed   in to   s i x   ac ti v n o n ze r o   i n p u t   cu r r en v ec to r s               an d   th r ee   ze r o   in p u c u r r en v ec to r s         as  s h o w n   i n   Fi g u r 8 ( a ) .   T h cu r r en s p ac v ec to r   s tate         ( b )   m ea n s   t h at  i n p u t   p h ase  is   co n n ec ted   to   th p o s iti v ter m i n al  o f   t h v ir tu al  d lin k   ( VD C +)   an d   i n p u p h a s b   is   co n n ec ted   to   th n eg a tiv e   ter m in al   ( VDC−) .   Fig u r 8 ( a )   s h o w s   t h co n f ig u r atio n   o f   t h d is cr ete   s e v en   s p ac v ec to r s   o f   th e   in p u c u r r en in   h e x ag o n   in   co m p lex   p la n an d   t h r ef er en ce   i n p u c u r r en v ec to r          w i th in   s ec to r   o f   th e   in p u c u r r en h ex a g o n   [ 1 2 ] .   T h e   I IN ca n   b o b tain ed   b y   i m p r ess i n g   t h ad j ac en ac tiv v ec t o r s       an d       w it h   t h d u t y   c y cle s                     ,   r esp ec tiv el y ,   as  s h o w n   i n   Fi g u r 8 ( b ) .   B y   u s i n g   t h cu r r en t ti m p r o d u ct  s u m   o f   t h e   ad j ac en t a ctiv v ec to r s ,   th r e f er en ce   in p u t v ec to r   ca n   b ex p r ess ed   as f o llo w s                                                             ( 9 )             ( a)     ( b )     Fig u r 8 .   ( a)   Sp ac v ec to r   o f   c u r r en t so u r ce   r ec tif ier ,   ( b )   C o m p o s itio n   o f   th r e f er en ce   i n p u t c u r r en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     I mp leme n ta tio n   o f U ltr a - mo d ified   S ymm etri S eq u en ce   A lg o r ith fo r   S p a ce   V ec to r   ( K o t b   B .   Ta w fiq )   269   T h ac tiv v ec to r s   d u t y   c y cle  ca n   b w r itte n   as   : -                      (           )                 ( 1 0 )                          (     )                 ( 1 1 )                   (           )                 ( 1 2 )     W h er e,         r ep r esen th a n g le  o f   th r ef er e n ce   i n p u c u r r en v e cto r   w it h i n   th s ec to r   o f   t h h ex ag o n .   T h       is   th c u r r en m o d u latio n   in d ex   an d   d ef in s u c h   as;                                             ( 1 3 )     2 . 2 . 3 Vo lt a g s o urce   inv er t e r   T h Vo lta g So u r ce   I n v er ter   ( VSI )   co n s i s ts   o f   s ix   s w i tch e s                  as  s h o w n   in   Fi g u r 9 .   V SI  h a s   to   g en er ate  t h r ee - p h a s o u tp u v o ltag e s   f r o m   co n s ta n v ir tu al  DC   in p u v o lta g e.   T h o u t p u v o lta g ca n   b e   r ep r esen ted   as  f u n ct io n   o f   DC   i n p u v o ltag a n d   tr an s f er   f u n ctio n   o f   t h in v er ter   as  i n   E q u atio n   ( 1 4 ) .   T h DC   li n k   c u r r en t c a n   b d er iv ed   b y   u s i n g   t h tr an s p o s ed   o f   tr an s f er   f u n ctio n   o f   t h i n v er ter   as in   E q u atio n   ( 1 5 )     [             ]   [                            ] [                 ]                 ( 1 4 )     [             ]   [                            ] [                 ]                 ( 1 5 )           Fig u r 9 .   Vo ltag s o u r ce   i n v er ter       T h o u tp u t v o lta g s p ac v ec t o r            ca n   b ex p r ess ed   as  f o llo w s :                  (                             )                                            ( 1 6 )     T h s w itc h es  o f   t h in v er ter   h av o n l y   ei g h allo w ed   co m b i n atio n s ,   b ec au s th o u tp u m u s n o b e   s h o r th o u g h   t h r ee   h al f   b r id g es  a n d   th lo ad   m u s n o b o p en ed   at  an y   in s ta n t.  T h ese  eig h p er m itted   co m b i n atio n s   ca n   b clas s if ie d   in to   s i x   ac ti v n o n ze r o   o u t p u v o lta g v ec to r s               an d   t w o   ze r o   o u tp u v o ltag e   v ec to r s       .   T h v o lta g s p ac v ec to r         ( 1 0 0 )   m ea n s   t h at   th o u tp u p h ase        is   co n n ec te d   to   p o s itiv ter m i n al  o f   th e   v ir t u al  d li nk   (V DC+ )   a n d   th e   p h ase s             ar co n n ec ted   to   n eg a tiv e   ter m i n al  ( V DC ).     Fig u r 1 0 ( a)   s h o w s   t h co n f i g u r atio n   o f   t h d i s cr ete  s e v e n   s p ac v ec to r s   o f   t h o u tp u v o lt ag i n   a   h e x a g o n   in   co m p le x   p lan e.   T h r ef er e n ce   o u tp u v o ltag         ca n   b o b tain ed   b y   v ec to r   s u m   o u o f   s e v e n   d is cr ete   v o ltag v ec to r s ,                         .   T h is   h e x ag o n   ca n   b d iv id ed   in to   s ix   s ec t o r s .   T h d u t y   c y cle s         an d         o f   ac tiv v ec to r s         an d       ,   r esp ec tiv el y ,   f o r   t h r ef er e n ce   v o lta g e   v ec to r           w ith in   s ec to r   o f   t h v o lta g e   h ex a g o n   ca n   b d er iv ed   f r o m   Fig u r 1 0 ( b )   [ 1 5 ] .     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 6 4     2 7 6   270         ( a)     ( b )     Fig u r 10 .   ( a)   Hex ag o n   o f   i n v er ter   v o ltag e   ( b )   C o m p o s itio n   o f   th r ef er e n ce   o u tp u t v o lta g e   v ec to r                                                           ( 1 7 )                                  (           )               ( 1 8 )                                  (     )                 ( 1 9 )                           (           )                 ( 2 0 )     W h er e,                           ar th to tal  d u r atio n   ti m e s   o f   th v ec to r s                             r esp ec tiv el y ,   an d       in d icate s   t h an g le  o f   t h r ef e r en ce   o u tp u v o ltag v ec to r   w ith i n   th s ec to r   o f   th h e x a g o n .   T h     is   th e   m o d u latio n   in d e x   o f   t h o u tp u t v o ltag a n d   d ef i n s u c h   as ;                                                ( 2 1 )       3.   SYM M E T RIC S E Q UE N CE   AL G O R I T H M   T h is   s ec tio n   p r o p o s es  m o d i f ied   s y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m   f o r   s p ac v ec to r   m o d u l atio n .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   r ed u ce s   T HD  o f   th e   o u tp u v o lta g e.   W h en   th e   d esire d   o u tp u v o l tag v ec to r   o f   t h e   in v er ter   lies   in   s ec to r   1   a s   s h o w n   i n   Fig u r 1 0 ( b ) .   T h in v er ter   s w itc h es    S _7  -   S _ 1 2   d o esn t   h a v s tate   r ep r esen t t h is   p o s itio n ,   s o   t h is   p o s itio n   ca n   b r ep r esen ted   b y   ad j ac en t v ec to r V _ α ,   V_ β  an d   V _ z w it h   d u t y   c y cle  d _ α   , d _ β  an d   d _ z .   T h m a in   d is ti n ctio n   b et w ee n   P W alg o r ith m s   t h at  u tili ze   ad j ac en v ec to r s   is   ze r o   v ec to r   s elec tio n ,   s eq u e n ce   in   w h ic h   th ad j ac en v ec to r s   ar ap p lied   an d   s p litt in g   o f   t h d u t y   c y cle  o f   ea c h   ad j ac en t v ec to r   [ 1 1 ] [ 1 2 ] .     3 . 1 .   Co nv ent io na s y mm et ric  s equenc  a lg o rit h m   T h er ar m an y   SVM  al g o r it h m s o n o f   t h e m   is   s y m m e tr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m   th at   h a s   lo w   T HD  as  s h o w n   in   Fi g u r 1 1 ( a ).   D u r in g   ea ch   s w itc h in g   ti m       t h d u t y   c y cles  o f   ea ch   v ec t o r                           (                         )   is   ca lcu lated .   I n   th co n v en tio n al  s y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m   th d u t y   c y cle  o f   v ec to r         (       )   is   d iv id ed   to   t w o   eq u al  p er io d ,                               is   d iv id ed   to   t h r ee   p er io d s                           .   T h s eq u e n ce   i n   th is   m et h o d   is                                                           [ 1 1 ] .     3 . 2 M o dified  s y mm et ric  s eq uenc  a lg o rit h m   I n   [ 1 2 ]   a   m o d if ied   s y m m etr ic   s eq u en ce   al g o r ith m   is   p r o p o s ed ,   th m o d if icatio n   in   t h is   al g o r ith m   is   th s eq u en ce   i n   w h ic h   t h v ec to r s   ar ap p lied   an d   th n u m b er   o f   d iv is io n   o f   ea c h   d u t y   c y cle  f o r   ea ch   v ec to r .   I n   th m o d if ied   alg o r ith m   t h d u t y   c y c le  o f         (     )   is   d iv id ed   to   f o u r   eq u al  p er io d s ,                               is   d iv id ed   to   f iv p er io d s                                           .   T h s eq u en ce   in   th p r o p o s ed   alg o r i th m   i s   as  f o llo w                                                                                                       as sh o w n   in   Fig u r 1 1 ( b ) .     3 . 3 Ult ra - m o dified  s y mm et r ic  s equenc  a lg o rit h m   T h is   p ap er   p r o p o s es  an   u ltr a - m o d i f ied   s y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m ,   s o th at  to   o v e r co m e   th e   d r a w b ac k   o f   th m o d i f ied   alg o r ith m .   I n   th u ltra - m o d if ied   alg o r ith m   th d u t y   c y cle  o f         (     )   is   d iv id ed   t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     I mp leme n ta tio n   o f U ltr a - mo d ified   S ymm etri S eq u en ce   A lg o r ith fo r   S p a ce   V ec to r   ( K o t b   B .   Ta w fiq )   271   s ix   u n   eq u al  p er io d s                                                   ,                             is   d iv id ed   to   s ev en   u n   eq u a l   p er io d s                                                             T h s eq u en ce   i n   th p r o p o s ed   alg o r ith m   is   as  f o llo w                                                                                                                                                     as in   Fi g u r 11 ( c ) .             ( a)     ( b )         ( c)     Fig u r 1 1 ( a) .   C o n v en tio n al  s y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m ,   ( b )   Mo d if ied   s y m m etr ic  s eq u e n ce   alg o r it h m ,   ( c)   Ultr a - m o d if ied   s y m m etr ic  s eq u en ce   al g o r ith m       3 . 4 I m ple m ent a t io o f   ultr a - m o difie d sy mm et ric  s eque n ce   a lg o rit h m   T h is   p ar in tr o d u ce s   h o w   to   i m p le m e n SV o f   VSI   with   u ltra - m o d if ied   s y m m etr ic   s eq u en ce   alg o r ith m   b y   u s i n g   M A T L AB   Si m u li n k .   Fi g u r 1 2 ( a )   s h o w   h o w   to   tr an s f o r m   th e   r ef er en ce   o u tp u v o ltag e   in to   v ec to r   an g le  an d   v ec to r   a m p lit u d e.   B y   u s i n g   th a n g l o f   t h r ef er e n ce   o u tp u v o l tag w ca n   k n o n u m b er   o f   s ec to r   in   w h ic h   th r ef er en ce   o u tp u v o ltag i s   lo c ated .   I f   th r e f er en ce   o u tp u v o ltag v e cto r   o f   th e   VSI   lo ca tes  in   s ec to r   1   as   s h o w n   i n   Fi g u r 1 2 ( a )   th e   i n v er t er   s w itc h es     S _7  -   S _ 1 2   d o esn t   h a v a   s ta te  r ep r esen th is   p o s itio n ,   s o   th is   p o s itio n   ca n   b r ep r esen ted   b y   ad j ac en v ec to r    V _ α ,   V_ β  an d   V _ w it h   d u t y c y cle  d _ α     , d _ β    an d   d _ z.   A f ter   ca lcu latin g   t h d u t y   cy cle s   o f   ea ch   ad j ac en v ec t o r s ,   ev er y   o n as k   h i m s el f   h o w   to   d ea w it h   ad j a ce n v ec to r   an d   th s eq u e n ce   i n   w h ic h   th e s d u t y   c y cles  ar ap p lied   to   VSI .   T h an s w er   to   t h is   q u es tio n   is   m o d i f ied   s y m m etr i c   s eq u e n c alg o r it h m .   Fi g u r 1 2 ( b )   s h o w s   th e   tr en d   o f   i m p le m en ta tio n   u ltra - m o d if ie d   s y m m etr ic  s eq u en ce   al g o r it h m   i n   M A T L A B   Si m u lin k .   T h f ir s s tep   af ter   ca lcu lati n g   d u t y   c y c les  f o r   ea ch   ad j ac en v ec to r   in   m o d if ie d   s y m m e tr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m   is   to   ap p l y   t h e   ze r o   v ec to r s   f o r   tim eq u al  to   o n e - f o u r th   it s   p er io d .   T h is   ca n   b ac h iev ed   b y   co m p ar in g   th o n e - ei g h t y   o f   ze r o   v ec to r s   d u t y   c y cle  w i th   r a m p   s i g n al  o f   s w itc h i n g   t i m eq u a to   2   µ s   as   s h o w n   i n   Fi g u r 1 2 ( b ) .   T h e   s ec o n d   s tep   is   to   ap p l y   t h f ir s v ec to r s   f o r   ti m eq u al  to   o ne -   e ig h t y   it s   p er io d .   T h is   c an   b ac h ie v ed   b y   co m p ar i n g   th e   r a m p   s ig n al  w i th   t w o   s i g n al s   as   s h o w n   in   Fi g u r 1 2 ( b ) .   T h th ir d   s tep   is   t o   ap p ly   t h s ec o n d   v ec to r s   f o r   ti m eq u al  to   o n e -   eig h t y   its   p er io d .   T h is   ca n   b ac h iev ed   b y   co m p ar in g   th r am p   s i g n al  w it h   tw o   s i g n als a s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 2 ( b )   an d   s o   o n .       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 6 4     2 7 6   272       ( a)         ( b )     Fig u r 1 2 .   I m p le m en ta tio n   o f   th u l tr a - m o d if ied   s y m m etr ic  s eq u en ce   al g o r ith m       4.   SI M UL AT I O R E S UL T S   Si m u latio n s   w er d o n u s i n g   MA T L A B / Si m u li n k   s o f t w ar p ac k ag e.   T h s i m u latio n   r e s u lt s   f o r   MC  in ter f ac ed   5 0   Hz  th r ee - p h ase  s u p p l y   w i th   a n   is o lated   R - L   lo ad   ( R =1 4 4 ,   L =0 . 2 5 H)   w ill  b p r esen ted   w it h   s w i tch i n g   ti m e =2 e - 6   s ec .   T h u ltra - m o d i f ied   s y m m etr i s eq u e n ce   al g o r it h m   is   u s ed   w it h   in d ir ec t   s p ac e   v ec to r   to   co n tr o MC.  T h m o d if ied   alg o r ith m   r ed u ce s   th T HD  f o r   th o u tp u v o lta g as  s h o w n   i n   Fi g u r 1 4   also   T HD  f o r   o u tp u v o ltag w it h   co n v e n tio n al  s y m m etr ic  s eq u en ce   is   s h o w n   i n   Fi g u r 1 3 ( a ) .   T h s i m u latio n   r esu lt s   s h o w ed   th at  t h T HD  o f   o u tp u v o lta g is   r ed u ce d   w ith   t h m o d i f ied   al g o r ith m .   T h m o d if ied   m et h o d   d ec r ea s es  th T HD  o f   th o u tp u v o lta g s o   d ec r ea s co s an d   s ize  o f   th r eq u ir ed   f ilte r   b u th is   a m eth o d   in cr ea s es   T HD  o f   t h o u tp u t c u r r en t a s   s h o w n   i n   i n   Fi g u r 1 4 ( b ) .   T h p r o p o s ed   m e th o d   d ec r ea s es t h T HD  o f   th o u tp u v o ltag a n d   cu r r en t   as  s h o w n   i n   in   Fi g u r 1 5 .   Fi g u r 1 6   s h o w s   in p u d is p lac e m en f ac to r   co n tr o l,  Fig u r 1 6 ( a )   s h o w s   u n it y   i n p u t   d is p lace m e n f ac to r ,   Fi g u r 1 6 ( b )   s h o w s   in p u d is p lace m en f ac to r   w ith   d is p lace m e n f ac to r   an g le  eq u al  to    2 0   ^o .   Oth er   s i m u latio n   r esu l ts   t h at  s h o w   u n li m ited   o u tp u f r eq u en c y   o f   MC  ar s h o w ed   w h er e,   Fi g u r 1 7   s h o w s   1 0 0   Hz  o u tp u f r eq u e n c y ,   Fi g u r 1 8   s h o w s   1 2 . 5   Hz     o u tp u f r eq u en c y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J A P E   I SS N:  2252 - 8792     I mp leme n ta tio n   o f U ltr a - mo d ified   S ymm etri S eq u en ce   A lg o r ith fo r   S p a ce   V ec to r   ( K o t b   B .   Ta w fiq )   273         ( a)     ( b )     Fig u r 1 3 .   Si m u latio n   r es u lt  o f   T HD  f o r   2 5   Hz  ( a )   Ou tp u vo ltag e , ( b )   Ou tp u cu r r e n t f o r   c o n v e n tio n al  s y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m             ( a)     ( b )     Fig u r 1 4 .   Si m u latio n   R E SU L T   o f   T HD  f o r   2 5   Hz  ( a)   Ou tp u vo ltag e, ( b )   O u tp u cu r r en f o r   m o d i f ied   s y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r ith m             ( a)     ( b )     Fig u r 1 5 .   Si m u latio n   r es u lt o f   T HD  f o r   2 5   Hz  ( a )   Ou tp u v o lta ge , ( b )   Ou tp u cu r r e n t f o r   u ltra - m o d i f ied   s y m m etr ic  s eq u e n ce   al g o r it hm             ( a )     ( b )     Fig u r 1 6 .   C o n tr o l o f   d is p lace m en t f ac to r   ( a)   Un it y   in p u t d is p lace m en f ac to r   ( b ) Dis p lace m en f ac to r   o f   an g le          0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 1 0 0 0 100 S e l e ct e d   si g n a l :   1 2 . 5   cycl e s.   F F T   w i n d o w   ( i n   r e d ) :   1 2   cycl e s T i m e   ( s) V A     [ V ] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 5 10 15 20 Fr e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 2 5 H z)   =   1 5 1   ,   T H D =   3 7 . 9 1 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 0 . 5 0 0 . 5 S e l e ct e d   si g n a l :   1 2 . 5   cy cl e s.   F F T   w i n d o w   ( i n   r e d ) :   1 2   cy cl e s T i m e   ( s) I A       [ A ] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 0 . 5 1 1 . 5 F r e q u e n cy   ( H z) F u n d a m e n t a l   ( 2 5 H z)   =   0 . 5 8 4 1   ,   T H D =   2 . 1 4 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 1 0 0 0 100 S e l e c t e d   s i g n a l :   1 2 . 5   c y c l e s .   F F T   w i n d o w   ( i n   r e d ) :   1 2   c y c l e s T i m e   ( s ) V A     [ V ] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 10 F r e q u e n cy   ( H z) F u n d a m e n t a l   ( 2 5 H z)   =   1 5 2 . 2   ,   T H D =   1 8 . 8 8 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 0 . 5 0 0 . 5 S e l e ct e d   si g n a l :   1 2 . 5   cy cl e s.   F F T   w i n d o w   ( i n   r e d ) :   1 2   cy cl e s T i m e   ( s) I A       [ A ] 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 5 x   1 0 -3 F r e q u e n cy   ( H z) F u n d a m e n t a l   ( 2 5 H z)   =   0 . 5 8 8 6   ,   T H D =   2 . 2 1 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 1 0 0 0 100 S e l e ct e d   si g n a l :   1 2 . 5   cycl e s.   F F T   w i n d o w   ( i n   r e d ) :   1 2   cycl e s T i m e   ( s) 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000 0 5 10 15 F r e q u e n cy  ( H z) F u n d a m e n t a l   ( 2 5 H z)   =   1 5 1 . 6   ,   T H D =   1 5 . 3 2 % M a g   ( %   o f   Fu n d a m e n t a l ) 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 0. 05 -10 0 0 100 t im e[ s ec ] Va   [ V]     , 10 0*   I   [ A]     0. 02 0. 04 0. 06 -10 0 0 100 t im e[ s ec ] Va   [ V]   ,   10 0* I   [ A]     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.