I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m p ute E ng in ee ring   ( I J E CE )   Vo l.   10 ,   No .   1 Feb r u ar y   2020 ,   p p .   1 ~1 4   I SS N:  2 0 8 8 - 8708 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ec e . v 1 0 i 1 . p p 1 - 14          1       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m/in d ex . p h p /I JE C E   M o dula m ul tilev el inverte r f o r  ren e w a ble energy  appli ca tions       A.   Ari k esh ,   A.   K.   P a rv a t hy   Hin d u sta n   In st it u te  o f   T e c h n o lo g y   a n d   S c ien c e ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u n   28 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   A u g   8 ,   20 19   A cc ep ted   A u g   11 ,   2 0 19       T h is  p a p e p ro p o se a   M u lt il e v e In v e rter  (M L I)  w h ich   f o c u se o n   tw o   o b jec ti v e ,   m in ima v o lt a g e   so u rc e a n d   les se s w it c h in g   c o m p o n e n t.     T h e   p ro p o se d   A s y m m e tri c a Ca s c a d e d   M u lt il e v e In v e rter  ( A CM L I)  is   a b le   to   a c h iev e   th e   o b jec ti v e   b y   s e lec ti v e l y   o p ti n g   th e   v o lt a g e   lev e o f   D so u rc e c h o se n   a n d   im p le m e n ti n g   th e   m a th e m a ti c a o p e ra ti o n   o f   a d d it io n   a n d   su b trac ti o n   o n   t h e   DC  so u rc e s.  T h is  s y ste m   a lso   u ti li z e m u lt ip le  c a rrier  sin u so i d a p u lse   w id th   m o d u lati o n   tec h n i q u e   (M CS - P W M f o r   o p e ra ti n g     th e   sw it c h e s.  It  is  f o u n d   th a t h e   n u m b e o f   s w it c h e s   re q u ired   f o p ro p o se d   m o d u lar  b ri d g e   A CM L a n d   m o d if ied   b rid g e   A CM L wa les se th a n     th e   trad it io n a Ca sc a d e d   b ri d g e   M u lt il e v e In v e rter  (CHB - M L I).   It  is  a ls o   e v id e n th a th e   n u m b e o f   D v o lt a g e   so u rc e a n d   f il ter  r e q u ired   f o s m o o th i n g   th e   o u tp u w a v e f o r m   i re d u c e d   c o m p a re d   to   th e   trad it i o n a M L I.   T h e   T o tal  Ha r m o n ic  Disto rti o n   (T HD f o th e   p ro p o se d   c i rc u it   w a s     sim u late d   a n d   a n a ly z e d   i n   M A TL A S i m u li n k   e n v iro n m e n a n d   th e   re su lt a re   f o u n d   to   b e   v e ry   le ss   a n d   sa ti sf a c to ry .   T h e   p ro p o se d   c ircu i c a n   f in d   it a p p li c a ti o n   i n   i n teg ra ti n g   Re n e w a b le  En e rg y   S o u rc e (RES t o   th e   u ti li ty   g rid ,   El e c tri c a V e h icle   (EV ),   h a r m o n ic  re d u c ti o n   a n d   so   o n .   T h e   sim u latio n   re su lt o f   th e   p ro p o se d   c ircu it a re   tab u late d   a n d   c o m p a re d   w it h   th e   trad it io n a c a sc a d e d   M L I   K ey w o r d s :   As y m m etr ical  ca s ca d ed   m u ltil e v el  i n v er ter   ( A C M L I )   Mu ltip le  ca r r ier   s in u s o id al  p u ls w id t h   m o d u la tio n   tech n iq u ( MC S - P W M)   R en e w ab le  e n er g y   s o u r ce s   ( R E S)   T o tal  h ar m o n ic  d i s to r tio n   ( T H D)   Co p y rig h ©   2 0 2 0   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 :   A .   A r i k es h   Hin d u s ta n   I n s t itu te  o f   T ec h n o l o g y   a n d   Scien ce ,   R aj iv   Gan d h i Sala i,  Old   Ma h a b alip u r a m   R o ad ,   P ad u r ,   Kela m b a k a m ,   C h e n n ai,   T a m il Na d u   6 0 3 1 0 3 ,   I n d ia.   E m ail:  aa r i k es h @ h i n d u s tan u n iv . ac . in       1.   I NT RO D UCT I O N   I n   p o w er   g en er ati o n   s ec t o r   th p e r c en tag o f   p o w er   g en er at ed   b y   r en ew ab le  en e r g y   is   o n   in cr ea s in g   m o d in   r ec en y ea r s   an d   it  is   f o r ec as te d   th at  in   f u tu r th r e n e w ab le  en e r g y   w o u ld   p lay   m aj o r   r o l in   p o w er   s ec t o r .   T o   ca t er   th g r o w th   in   r en ew ab le  en er g y   s ec t o r   ab u n d an r es ea r ch   w o r k   ar ca r r i ed   o u t   in   th e   b r o a d   ar ea s   o f   h ar v es tin g   m ax i m u m   p o w er ,   en e r g y   co n v er s i o n ,   p o w er   elec t r o n ics  c o m p o n en ts ,   s to r ag co m p o n en ts ,   g r id   in t eg r ati o n   etc .     I n v er te r   is   ci r cu it  w h ich   tr a n s f o r m s   co n s tan DC   c o m p o n en t o   v a r y i n g   AC   co m p o n en t .   T h e   b asic   tr a d i ti o n al  in v er t e r   is   o f   tw o   le v el  in   n a tu r e   an d   t o   m ak it   s in u s o id al  A C   w av ef o r m   h u g e   am o u n o f   f ilt er   i s   r e q u i r e d .   T h e   a b o v p r o ce s s   l ea d s   t o   h u g am o u n o f   l o s s e s ,   t o   r e d u c th l o s s   o f   en er g y   d u r in g   c o n v er s i o n   Mu ltil ev el   L ev el  I n v e r te r   ( ML I )   ar c o n s i d e r e d   as  o n o f   th w is o p ti o n .   ML I   is   ty p o f   in v er te r   in   w h ich   th r e q u i r e d   o u tp u v o lt ag w a v ef o r m   is   co n s tr u cte d   w ith   s ev er a DC   in p u s o u r ce s   [ 1 - 4 ] .   T h o u t p u t   w a v ef o r m   is   o f   s ta ir ca s s t r u ctu r in   n atu r e ,   w ith   th in cr e ase  in   DC   in p u s o u r ce   th q u ality   o f   th o u t p u t   w a v ef o r m   in cr ea s es  [ 5 ] .   I n   g e n er a th er ar th r ee   b asi ty p es  o n   ML I   th ey   ar Di o d cl a m p ed   ML I ,   Fly in g   C ap a cit o r   ML I   an d   C as ca d e d   b r i d g e   ML I .   C asca d e d   H   B r i d g to p o l o g y   is   g ain in g   p o p u la r ity   d u to   it s   s im p le  s tr u ctu r [ 6 - 8 ] .   T h ab s en ce   o f   d i o d es  an d   c ap ac it o r   in   th ci r cu it  a d d s   m o r a tt r ac ti o n .   T h e   ca s c ad e d   B r id g ML I   is   co n tr o lle d   b y   v ar io u s   co n t r o t ec h n i q u es.   T h e   c asca d e d   H   b r i d g e   ML I   als o   h av e   s o m d r aw b ac k   lik e   a )   th e   in c r ea s e   in   th s tai r ca s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 0   :   1   -   14   2   in cr ea s es  th n u m b er   o f   DC   in p u v o lt ag s o u r c es.  b )   I n cr ea s in   th in   th s tair c ase  als o   in cr ea s es  th n u m b er   o f   p o w er   el ec t r o n ics   c o m p o n e n ts .   T h a b o v e   m en tio n e d   d r a w b ac k s   in cr ea s th s i ze   an d   c o s t   o f   th e   ML I .   T h c asc ad e d   B r i d g ML I   f u r th e r   d iv i d e d   in   t o   s y m m etr ical   an d   asy m m etr ical  ty p [ 9 ,   1 0 ] .     I n   th f i r s ty p a ll  th DC   in p u v o ltag s o u r c u s e d   h a s   th s am am p litu d e .   T h n u m b er   o f   s t e p s   in     th s tai r c ase  is   e q u al  t o   th n u m b er   o f   DC   s o u r c es.  I f   th n u m b er   o f   s te p s   in c r e ases   m o r th r e q u ir e d   DC   s o u r ce s   als o   in cr ea s es,   d u t o   th a b o v e   d is cu s s ed   f ac i is   n o t   an   ef f ec tiv m eth o d .   I n   t h s ec o n d   ty p e   a ll     th DC   in p u v o l tag s o u r ce s   u s ed   h as   d if f er en t   am p litu d e ,   d u t o   th u n e q u al  v o lt ag s o u r ce s   th is   m eth o d   elim in ates  th d is ad v an tag o f   s y m m etr ic  ty p an d   it  is   m o r f lex i b le  an d   m o d u la r   in   s t r u ctu r an d   o p er ati o n .     T h ca s ca d e d   b r i d g ML I   ar w id ely   u s ed   in   P s y s tem s ,   UP s y s te m s   etc.   I n   asy m m etr ic  ty p p r o p e r   s ele cti o n   th v alu o f   th DC   s o u r ce s   th q u al ity   o f   th o u t p u v o ltag w av ef o r m ,   th n u m b e r   o f   DC   s o u r ce s   r e q u i r e d   an d   th r e q u i r em en o f   p o w er   e lec tr o n i cs  c o m p o n en ts   is   m an ag ed   in   an   ef f ec ti v m an n er   [ 1 1 - 1 7 ] .   Fo r   s e le ctin g   th am p litu d o f   th DC   s o u r c es v a r i o u s   m eth o d   ar a d o p t e d .   A ll  ty p es  o f   ML I   d is cu s s e d   s o   f a r   r e q u i r es  c o n t r o s ig n al  f o r   o p e r at in g   th p o w er   ele ctr o n i cs   co m p o n en ts   p r esen in   th c ir cu i t.  T h e r e   a r v ar i o u s   co n tr o t ec h n i q u es  av ail a b le   t o   ef f ec tiv e ly   o p er ate     th p o w er   elec t r o n ics  c o m p o n en ts   in   o r d e r   to   a ch iev q u a lity   s tair c ase  o u t p u w av ef o r m   [ 1 8 - 2 4 ] .   I n   r ec en y ea r s   P u ls W id th   Mo d u la ti o n   ( PW M )   b as ed   co n t r o t ec h n iq u es  a r w id ely   u s ed   d u t o   v ar i o u s   r ea s o n s   lik less   s w itch in g   lo s s es  an d   less   s tr ess   o n   p o w er   el ec t r o n ics   co m p o n en ts .   T h e   v ar io u s   PW c o n t r o m eth o d   av ail ab le  ar s in u s o i d al   PW M ,   m u ltip l PW M ,   s e le ctiv e   h a r m o n ic  PW M ,   s p a ce   v ec to r   m o d u lati o n ,   m u ltip l ca r r i e r   s in u s o i d al  PW etc .   I n   th is   p ap e r   tw o   m o d u la r   A C ML I   is   p r o p o s e d   w ith   m in i m a p o w er   elec t r o n ic s   co m p o n en ts   an d   in p u DC   s o u r ce s .   B o th   th ci r cu it  im p l em en ts   th s a m co n tr o s ch em f o r   o b tain in g   th r e q u i r e d   s tai r c ase   o u t p u t .   T h tw o   ci r cu i ts   p r o p o s e d   a r e   s i m u lated   in   MA T L A B   Sim u lin k   en v ir o n m en t.       2.   P RO P O SE M UL T I L E V E L   I NV E R T E R     T h p r o p o s ed   t w o   M L I   cir cu i ts   i n   t h is   p ap er   u s f o u r   d i f f er en D C   s o u r ce   f o r   o b tain in g   f o u r t y   n i n e   lev el  s tep p ed   o u tp u i n   t h r es is ti v lo ad   w it h   t h o u tp u o b tain ed   is   f u r t h er   f ilter ed   b y   L C   f i lter   to   g e n er ate   p u r s in w av e f o r m .   T h f i lter   r eq u ir ed   f o r   th ab o v d esig n   i s   v er y   les s   co m p ar ed   t o   th co n v en t io n al  in v er ter   in   p r ac tice.   B o th   t h e   cir cu it s   d is c u s s ed   h er u s e   t h b asic   m a th e m atica o p er atio n   o f   ad d itio n   a n d   s u b tr ac tio n   b et w ee n   th v o lt ag s o u r ce s   a v ailab le  i n   th e   in p u s id e.   Mo d u lar   4 9   le v el  A C ML I   u s i n g     th p r o p o s ed   m et h o d o lo g y   is   s h o w n   b elo w   in   Fig u r e   1 .     T h is   cir cu it  co n s is t s   o f   to tall y   f i v b r id g es  w h er t h f o u r   b r id g es  ar co n n ec ted   to   th i n p u v o lta g e   s o u r ce s   s ep ar atel y   an d   th e   f if t h   b r id g is   co n n ec ted   to   t h lo ad   as s h o w n   i n   t h e   Fi g u r e   1 .   E ac h   b r id g h a s   f o u r   p o w er   d ev ices  a n d   th er ar to tall y   2 0   p o w er   d ev ice s   av a il ab le  f o r   co n v er tin g   t h DC   v o ltag av ailab le  i n     th i n p u s id to   A C   v o ltag e   av ailab le  at  t h lo ad .   T h b r id g es  I ,   I I ,   I I I   an d   I ar c ap ab le  o f   p r o v id in g   p o s itiv o r   n eg at iv v o ltag d e p en d in g   o n   th p o w er   d ev ice  o p er ated .     T h o p er atio n   o f   th b r id g es   f o r   o b tain in g   s o m v o lta g s t ep s   is   d is c u s s ed   b elo w   in   Fig u r e   3   w it h   n ec es s ar y   cir cu it  d iag r a m .   B r id g   I   h as  p o w er   d e v ices  B 11 ,   B 12 ,   B 13 ,   B 14   an d   v o ltag in p u V 1   s i m ilar l y   b r id g I I ,   I I I   an d   I V   h as  d ev ices  B 21 ,   B 22 ,   B 23 ,   B 24,   B 31 , B 32 ,   B 33 ,   B 34 B 41 ,   B 42 ,   B 43 ,   B 44   an d v o ltag in p u t s   V 2 ,   V 3   an d   V 4   r esp ec tiv e l y .   T h b r id g ac ts   as  t h m ain   b r id g e   w i th   p o w er   d ev ices  M 1 ,   M 2 ,   M 3 ,   M 4   an d   lo ad .   So m o f   th v o ltag le v els  p o s s ib le  b y   t h ML I   c ir cu it  I   is   tab u lated   in   T ab le   1 .   W h er 1   r ef er s   th at     th s w itc h   i n   ON  s tate  a n d   0   r ef er s   t h at  t h s w itc h   i s   i n   OF F   s tate.   A s   s h o w n   in   T ab le  1 ,   if   th v o ltag e   in p u ts   ar o f   d if f er e n t v al u es t h n u m b er   o f   v o lta g lev el  i n cr ea s e s .     T h o p er atio n   o f   t h cir c u it  f o r   th g e n er atio n   o f   r eq u ir ed   s t ep p ed   w av e f o r m   in   t h lo ad   i s   d escr ib ed   in   Fi g u r e   3 .   T h s ec o n d   cir cu it  is   m o d u lar   4 9   lev el  m o d if ied   b r id g AC M L I   w it h   as y m m etr ica v o lta g e   in p u t s   as  s h o w n   in   F ig u r e   2 .   T h is   cir cu it  co n s i s ts   o f   f o u r   DC   v o ltag in p u ts   V 1 ,   V 2 ,   V 3 ,   V 4   an d   s ix tee n   p o w er   d ev ices  t h e y   ar S 1 ,   S 2 ,   S 3 ,   S 4 ,   S R1 ,   S R2 ,   S L1 ,   S L2 ,   etc.   Her a ll  th D C   v o ltag s o u r ce s   V 1 ,   V 2 ,   V 3   an d   V 4   h as     p o w er   d ev ice  i n   s er ies  a n d   p o w er   d e v ice  i n   p ar allel   w i th   it.  I f   t h D C   v o ltag e   s o u r ce   is   r eq u ir ed     th s er ies  co n n ec ted   s w itc h   is   o p er ated   o th er w i s t h p ar all el  co n n ec ted   s w i tch   is   o p er ated   to   b y p ass   th e   DC   v o ltag s o u r ce ,   B u ca r s h o u ld   b tak en   s u ch   t h at  b o th   th s er ies  an d   p ar allel  s w itc h   is   n o o p er ated   at    th s a m ti m e   to   a v o id   s h o r cir cu it  o f   t h e   DC   v o lta g e   s o u r ce .   So m o f   t h e   s a m p le  v o lt ag le v el s   p o s s ib le   b y   th e   p r o p o s ed   A C M L I   cir c u it  s h o w n   i n   F ig u r e   2   ar tab u lated   i n   T ab le  2 .   T h o p er atio n   o f   t h cir c u it  f o r     th g en er atio n   o f   r eq u ir ed   s te p p ed   w a v e f o r m   i n   t h lo ad   is   d es cr ib ed   in   Fig u r e   9 .   A s   s e en   i n   th Fi g u r e   2,   it  is   also   n o ted   th a s h o r cir c u it  co n d itio n   in   t h cir cu i is   eli m i n ated   b y   n o o p er atin g   b o th   th s w itc h es  o n     th s a m le g   at  th s a m ti m e.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d u la r   mu ltil ev el  in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg a p p lica tio n s   ( A.  A r ikesh )   3         Fig u r 1 .   P r o p o s ed   m o d u lar   4 9   lev el  b r id g t y p A C M L I     Fig u r 2 .   P r o p o s ed   m o d u lar   4 9   lev el  m o d if ied     b r id g t y p AC M L I       3.   P RINCI P L E   O F   O P E R AT I O N   T h p r in cip le  o f   o p er atio n   o f   th t w o   cir cu it s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1   an d   Fig u r e   2   ar d is cu s s ed   in   th is   s ec tio n .   I n   t h cir cu it  p r o p o s ed   b elo w   as y m m etr ic  m et h o d   is   ad o p ted .   T h Fig u r e   1   an d   Fig u r e   2   s h o w s     th s tr u ct u r o f   t h p r o p o s ed   cir cu it s   b o th   t h cir c u it  u s es   th e   s a m DC   v o lta g in p u t.   T h m at h e m atica l   ex p r ess io n   g o v er n i n g   t h cir c u its   ar d is c u s s ed   ar g iv e n   b elo w   C o n s id er   th er ar b r id g es  av ailab le  i n   Mo d u lar   4 9   lev el   b r id g t y p AC M L I   w it h   an   in d iv id u a l   s o u r ce   p r esen t i n   ea ch   b r id g e.   T h v alu o f   i n p u t D C   s o u r ce s   ar g o v er n ed   b y   th f o llo w i n g   eq u atio n s :                    ( 1 )                  ( 2 )                          ( 3 )     T h e   ( 1 ) ( 2 )   an d   ( 3 )   s h o u ld   b s atis f ied   to   ac h ie v u n i f o r m   a n d   p r o p er   v o ltag s tep s .     T h n u m b er   o f   s tep s   in   th e   g en er ated   o u tp u t   v o lta g w a v e f o r m   w i th   r esp ec to   t h n u m b er   o f   in p u v o ltag e   s o u r ce   is :                                               ( 4 )     T h n u m b er   o f   p o w er   elec tr o n ic  co m p o n e n t s   r eq u ir ed   f o r   s w itc h i n g   p u r p o s w it h   r e s p ec to   th e   n u m b er   o f   in p u t v o lta g s o u r ce   is   g i v en   b y :     T o tal  s w i tch e s   r eq u ir ed   4   ( n   1 )   ( 5 )     W h er n   is   t h n u m b er   o f   D C   in p u v o ltag s o u r ce .   T h m a x i m u m   o u tp u v o ltag p o s s ib le  is   g i v e n   b y                                               ( 6 )     T h s w itc h i n g   p atter n   i m p le m en ted   f o r   Mo d u lar   4 9   lev el  b r id g t y p AC M L I   u s i n g   th ab o v e   ex p r ess io n   i s   s h o w n   i n   T ab le  1 .   T h an al y s is   o f   Mo d u lar   4 9   lev el  b r id g t y p A C ML I   i s   d o n w i th   f o u r   i n p u t   v o ltag s o u r ce s .   T h i n p u v o l tag v alu f o r   Mo d u lar   4 9   lev el  b r id g t y p AC M L I   is   ca lc u lated   u s i n g   ( 1 ) ,   ( 2 )   an d   ( 3 ) .   T h DC   v o ltag e s   i n   t h i n p u s id es  ar ch o s e n   i n   s u ch   m a n n er   th at  th b as ic  m ath e m atica ad d itio n   an d   s u b tr ac ti o n   ca n   b im p le m en ted   f o r   ac h iev i n g   m o r n u m b er   o f   s tep s   in   th o u tp u w a v ef o r m .   T h v o lta g e   s tep s   o b tain ab le  f o r   th i s   Mo d u lar   b r id g t y p AC M L I   i s   4 9   s tep s   at  t h o u tp u w a v ef o r m .   T h d etails  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 0   :   1   -   14   4   s w itc h   o p er atio n   ap p licab le  f o r   Mo d u lar   4 9   lev el  b r id g ty p e   A C M L I   is   g i v en   i n   th T ab le  1 .   Fo r   an al y s i s   p u r p o s f o llo w i n g   lev e ls   ar co n s id er ed   V 1 , V V 1 , V 2 ,   ( V 1 +V 2 ),   V an d   ( V 1 +V 3 )   r esp ec tiv el y .   L e v el  1 I n   t h is   s tep   th o u t p u v o lta g ac r o s s   t h lo ad   is   V o   V 1. T o   ac h iev th is   s t ep   o u tp u t     th p o w er   d e v ices B 1 1 , B 12 , B 21 , B 23 , B 31 , B 33 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ated   . I n   th i s   s tep   o n l y   o n s o u r ce   is   d eli v er i n g   th p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ice s   a s   s h o w n   in   F ig u r e   3 ( a ) .   L e v el  2 I n   th i s   s tep   t h o u tp u v o lta g ac r o s s   t h lo ad   i s   V o   V - V 1 .   T o   ac h iev e   t h is   s tep   o u tp u t     th p o w er   d e v ices B 13 , B 14 , B 21 , B 22 , B 31 , B 33 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ate d .   I n   th is   s tep   tw o   s o u r ce s   ta k p ar in   d eliv e r in g   t h r eq u ir ed   p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ices a s   s h o w n   in   F ig u r e   3 ( b ) .   L e v el  3 I n   t h is   s tep   th o u t p u v o lta g ac r o s s   t h lo ad   is   V o   V 2 .   T o   ac h iev th i s   s tep   o u tp u t     th p o w er   d e v ices B 11 , B 13 , B 21 , B 22 , B 31 , B 33 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ated .   I n   th i s   s tep   o n l y   o n s o u r ce   is   d eli v er i n g   th p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ice s   a s   s h o w n   in   F ig u r e   3 ( c ) .   L e v el  4 I n   t h is   s tep   t h o u tp u v o ltag e   ac r o s s   th e   lo ad   is   V o   V + V 1 .   T o   ac h ie v t h is   s tep   o u tp u   th p o w er   d e v ices B 11 , B 12 , B 21 , B 22 , B 31 , B 33 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ated .   I n   s tep   t w o   s o u r ce s   tak e   p ar i n   d eli v er in g   t h r eq u ir ed   p o w er   to   t h l o ad   th r o u g h   p o w er   d ev ices a s   s h o w n   in   F ig u r e   3 ( d ) .   L e v el  5 I n   th is   s tep   th o u t p u v o ltag ac r o s s   t h lo ad   i s   V o   V 3 .   T o   ac h iev th i s   s tep   o u tp u t     th p o w er   d e v ices B 13 , B 14 , B 21 , B 23 , B 31 , B 32 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ated .   I n   th i s   s tep   o n l y   o n s o u r ce   is   d eli v er i n g   th p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ice s   a s   s h o w n   in   F ig u r e   3 ( e ) .   L e v el  6 I n   t h is   s tep   t h o u tp u v o ltag e   ac r o s s   th e   lo ad   is   V o   V + V 1 T o   ac h ie v t h is   s tep   o u tp u   th p o w er   d e v ices B 11 , B 13 , B 21 , B 23 , B 31 , B 32 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ated .   I n   th i s   s tep   o n l y   o n s o u r ce   is   d eli v er i n g   th p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ice s   a s   s h o w n   i F ig u r 3 ( f ) .           Fig u r e   3 ( a ) L ev el   1   ( V o   = V 1 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d u la r   mu ltil ev el  in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg a p p lica tio n s   ( A.  A r ikesh )   5       Fig u r e   3 ( b ) L ev el   2   ( V o   = V - V 1 )           Fig u r e   3 ( c ) L ev el   3   ( V o   = V 2 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 0   :   1   -   14   6       Fig u r e   3 ( d ) L ev el   4   ( V o   = V +V 1 )           Fig u r e   3 ( e ) L ev el   5   ( Vo   V3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d u la r   mu ltil ev el  in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg a p p lica tio n s   ( A.  A r ikesh )   7       Fig u r e   3 ( f ) L e v el   6   ( V o   = V +V 1 )       T ab le  1 .   Sw itch in g   s eq u e n ce   f o r   cir cu it i         T h Mo d u lar   4 9   lev el   Mo d if i ed   b r id g t y p AC M L I   f o ll o w s   t h s a m e   m ath e m atica e x p r ess io n s   f o r   th v al u es o f   D C   v o ltag s o u r ce s ,   Nu m b er   o f   s tep s g en er ates a n d   m a x i m u m   o u tp u v o lt ag ( ie)   ( 1 ) ,   ( 2 ) ,   ( 3 )   an d   ( 4 )   is   s atis f ied   b y   t h Mo d u lar   4 9   lev el  Mo d if ied   b r i d g t y p AC M L I   also ,   f o r   t h i s   cir cu it  th n u m b er   o f   p o w er   elec tr o n ic  co m p o n e n ts   r eq u ir ed   is   g o v er n ed   b y   d if f er en t e q u atio n   a n d   is   g iv e n   b el o w .                                                                                             ( 7 )     I n   t h ab o v ca s e   t h n u m b er s   o f   s o u r ce s   ar co n s id er ed   ev e n   f o r   ef f ec ti v u tili za tio n .   T h e   s w itc h i n g   p atter n   f o r   th p r o p o s ed   M o d u lar   4 9   lev el  Mo d if ied   b r id g e   ty p AC M L I   is   s h o wn   in   T ab le  2   an d     th o p er atio n   o f   t h cir c u it  f o r   th ab o v m e n tio n ed   p atte r n   is   d is c u s s ed   b elo w .   T h i n p u v o lta g s o u r ce   v alu e   o f   p r o p o s ed   Mo d u lar   4 9   lev el   Mo d if ied   H   b r id g e   t y p AC M L I   al s o   d eter m i n ed   b y   ( 1 ) ,   ( 2   an d   ( 3 )   r esp ec tiv el y .   L e v el  1 :   I n   th i s   s tep   t h o u tp u v o lta g ac r o s s   t h lo ad   i s   V o   V 1.   T o   ac h iev t h i s   s tep   o u tp u t   t h e   p o w er   d ev ices  B 1 ,   SL 1 ,   S R 2 ,   S 2   an d   C 2   ar in   ON  co n d itio n   an d   all  th o th er   p o w er   d ev ices  ar n o o p er ated .   I n   th i s   s tep   o n l y   o n s o u r ce   is   d eliv er i n g   th p o w er   t o   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ices  as  s h o w n     in   Fi g u r e   4 ( a ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 0   :   1   -   14   8   L e v el  2 I n   th i s   s tep   t h o u tp u v o lta g ac r o s s   t h lo ad   i s   V o   V - V 1 .   T o   ac h iev e   t h is   s tep   o u tp u t     th p o w er   d e v ices B 13 , B 14 , B 21 , B 22 , B 31 , B 33 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ate d .   I n   th is   s tep   tw o   s o u r ce s   ta k p ar in   d eliv e r in g   t h r eq u ir ed   p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ices a s   s h o w n   in   F ig u r 4 ( b ) .             Fig u r 4 ( a ) .   L ev el  1   (   V0   V1 )     Fig u r 4 ( b ) .   L ev el  2   ( Vo V2   V1 )       T ab le  2 .   Sw itch in g   s eq u e n ce   f o r   cir cu it ii   S t e p   S w i t c h i n g   S e q u e n c e   f o r   M o d u l a r   4 9   l e v e l   M o d i f i e d   H   b r i d g e   t y p e   A C M LI   B1   B2   B3   B4   C1   C2   C3   C4   S1   S2   S3   S4   S L 1   S L 2   S R 1   S R 2   1   1   0   0   0   0   1   0   0   0   1   0   0   1   0   0   1   2   1   0   1   0   0   1   0   1   1   0   0   0   0   1   0   1   3   0   0   1   0   0   0   0   1   1   0   0   0   1   0   0   1   4   1   0   1   0   0   1   0   1   0   0   1   0   1   0   0   1   5   0   1   0   0   1   0   0   0   0   1   0   0   1   0   0   1   6   1   1   0   0   0   0   0   0   0   1   0   0   1   0   0   1       L e v el  3 I n   th is   s tep   th o u t p u v o ltag ac r o s s   t h lo ad   i s   V o   V 2 .   T o   ac h iev th i s   s tep   o u tp u t     th p o w er   d e v ices B 11 , B 13 , B 21 , B 22 , B 31 , B 33 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ated .   I n   th i s   s tep   o n l y   o n s o u r ce   is   d eli v er i n g   th p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ice s   a s   s h o w n   in   F ig u r 4 ( c ) .   L e v el  4 I n   t h is   s tep   t h o u tp u v o ltag e   ac r o s s   th e   lo ad   is   V o   V + V 1 .   T o   ac h ie v t h is   s tep   o u tp u   th p o w er   d e v ices  B 11 ,   B 12 ,   B 21 ,   B 22 ,   B 31 ,   B 33 ,B 41   an d   B 43   ar e   in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o o p er ate d .   I n   th is   s tep   tw o   s o u r ce s   ta k p ar in   d eliv e r in g   t h r eq u ir ed   p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   de v ices.           Fig u r e.   4c L ev el  3   ( V 0   = V 2 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:  2 0 8 8 - 8708       Mo d u la r   mu ltil ev el  in ve r ter fo r   r en ewa b le  en erg a p p lica tio n s   ( A.  A r ikesh )   9   L e v el  5 I n   th is   s tep   th o u t p u v o ltag ac r o s s   t h lo ad   i s   V o   V 3 .   T o   ac h iev th i s   s tep   o u tp u t     th p o w er   d e v ices B 13 , B 14 , B 21 , B 23 , B 31 , B 32 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices   ar n o t o p er ated .   I n   th is   s tep   o n l y   o n s o u r ce   is   d eli v er in g   t h p o w er   to   th lo ad   th r o u g h   p o w er   d ev ice s .   L e v el  6 I n   t h is   s tep   t h o u tp u v o ltag e   ac r o s s   th e   lo ad   is   V o   V + V 1 .   T o   ac h ie v t h is   s tep   o u t p u   th p o w er   d e v ices B 11 , B 13 , B 21 , B 23 , B 31 , B 32 ,   B 41   an d   B 43   ar in   ON  co n d itio n   a n d   all  t h o th er   p o w er   d ev ices     ar n o o p er ated .   I n   t h is   s tep   t w o   s o u r ce s   ta k p ar i n   d el iv er in g   th e   r eq u ir ed   p o w er   t o   th lo ad   t h r o u g h     p o w er   d ev ices .     I n   o r d er   to   r ed u ce   th s tr es s   a n d   co u n o f   p o w er   s e m ico n d u cto r   co m p o n e n t s   ad d itiv e   an d   s u b tr ac ti v e   co n ce p is   i m p le m en ted   w it h   f e w   in p u v o ltag s o u r ce s .   T h e   s elec tio n   o f   i n p u t   v o lta g s o u r ce s   ar m ad s u c h   th at  m ax i m u m   o u tp u v o lta g e   is   g e n er ated   w it h   s m all  s tep s   an d   w i t h   m in i m a n u m b er   o f   v o lta g s o u r ce s .     T h p r o p o s ed   ci r cu it  co n s i s ts   o f   f o u r   D C   s o u r ce s   V 1 ,   V 2 ,   V 3 ,   V 4   an d   s ix tee n   p o w er   s w itc h es  ( S 1 ,   S 2 ,   S 3 ,   S 4 S R1 , S R2 , S L1 , S L2 ,   etc. ) .   As s h o w n   i n   th Fi g u r e   1 ,   it s h o u ld   b n o ted   th at  at  t h s a m ti m b o th   th s w itc h es i n   th s a m le g   s h o u ld   n o b o p er ated   to   elim i n ate  s h o r cir c u it  i s s u es.  Si m i lar l y   t h s w itc h   S 1   a n d   S 2   ar n o t   ON  at  th s a m ti m e.   T h m o d u lar   to p o lo g y   p r o p o s ed   in   t h is   p ap er   is   o p er ated   b y   h i g h   f r eq u e n c y   s i n u s o id al   m u ltip le   ca r r ier   P W s ig n al.   I n   th i s   s c h e m o f   th co n tr o t w en t y   f o u r   h i g h   f r eq u en c y   tr ian g u lar   w a v o f   s a m p h ase   is   co m p ar ed   w it h   r ef er e n ce   s i n u s o id al  s ig n al,   t h r esu ltan s ig n al  d ev elo p ed   is   g i v e n   as  t h f ir i n g   p u ls f o r     t h p o w er   elec tr o n ic  co m p o n e n ts   a f ter   f u r t h er   p r o ce s s in g   an d   m a n ip u latio n .       4.   SI M UL AT I O O U T P U T S   T h d ev elo p ed   f o u r t y   n i n lev el  A C M L I   cir cu it  is   s i m u lat ed   w ith   t h h elp   o f   MA T L AB   Sim u li n k   an d   th S i m u li n k   m o d el  i s   s h o w n   i n   Fi g u r e   5   an d   F ig u r 6 .   T h in p u D C   v o lta g s o u r ce s   V 1 ,   V 2   ,   V 3   an d   V f o r   b o th   th m o d el  ar co n s id er ed   as  1 0   V,   3 0 V,   5 0   an d   1 5 0   r esp ec tiv el y ,   t h MO S FET   is   ch o s en   a s   t h e   p o w er   elec tr o n ics  co m p o n e n t s   an d   th lo ad   is   ass u m ed   as  R L   lo ad   w it h   r eq u ir ed   f ilter   cir cu it.  T h co n tr o m et h o d   o p ted   h er is   m u l ti  ca r r ier   s in u s o id al  P W M   [ 2 5 ] . T h d esig n   o f   f ilter   co m p o n e n i s   d o n i n   o r d er   to   g et  p u r s in w a v ef o r m   at  t h o u tp u t   [ 2 6 ] .   T h MA T L A B   m o d el  o f   th p r o p o s ed   cir cu it  is   s h o w n   i n   Fig u r e   an d   Fi g u r 6 .   T h o u tp u v o ltag w a v e f o r m   f o r   th to tal   f o u r t y   n i n e - le v el  AC M L I   an d   T o tal  h ar m o n ic s   d is to r tio n   ( T HD)   an aly s is   i s   f o r   b o th   th cir cu it i s   s h o w n   i n   F ig u r e s   7 - 1 3   r esp ec tiv el y .           Fig u r e   5 .   Si m u li n k   cir c u it  f o r   th p r o p o s ed   m o d u lar   4 9   lev el  AC M L I       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8708   I n t J   E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.  10 ,   No .   1 Feb r u ar y   2 0 2 0   :   1   -   14   10       Fig u r e   6 .   Si m u li n k   cir c u it  f o r   th p r o p o s ed   m o d u lar   4 9   lev el  m o d i f ied   b r id g A C M L I             Fig u r e   7 .   Ou tp u s tair ca s w a v ef o r m   o f   v o ltag f o r   p r o p o s ed   m o d u lar   4 9   lev el  b r id g   t y p A C M L I   w it h o u f ilter       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.