Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   10 ,  No.   3 ,  June   2020 ,  pp.  3057 ~ 3065   IS S N:  20 88 - 8708 ,  DOI:  10 .11 591/ ijece . v 10 i 3 . pp3057 - 30 65           3057       Journ al h om e page :  http: // ij ece.i aesc or e.c om/i nd ex .ph p/IJ ECE   Des i gn a nd  co nt rol t ec hn i qu e for  s ingle ph ase bipol ar H - b rid ge   inverter  co nn ect ed  to  th e grid        Li nda   Ha ss ai ne ,   Moham ed  Rida Be n go u r ina     Cent re   de   Déve l oppement  des   E ner gie s  R enouvela bl es,   CDER ,   A lge ri a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct  9,   2018   Re vised Dec  2, 2019   Accepte d  Dec  10 , 201 9     The   power  qual i t y   in je c te d  int o  t he  grid  and  the   per form anc e  of  th e  conve rt er   s y stem  depe nd  on  the   qua li t y   of  the   inv erter  cur ren t  cont ro l.  Thi s  paper   proposes a   design  and  cont rol  t echnique   for  a  pho tovol taic  inv erte r  conne c te d   to  the  grid  b ase d   on  the  di gi ta l   p ulse - width  m odula ti on   (DS PW M )  which  ca n   s y nchr onise   a   sinusoidal   ou tput  cur ren t  with   a   grid  vo lt ag e  a nd  cont ro l   a  power  fa ct or .   The   cur ren t  i nje c te d  m ust  be  sinusoidal   wi th  red uc ed   har m onic   distortion.   Th e  connect ed  PV   sy st em  is  base d  on  H - Brid ge  in ver te r   cont rolled  b y   bi pola r  PW M  Swi tc hing .   Th e  cur ren t  con trol   t echnique   an d   func ti on al   structure  of  thi s  s y stem  are   pre sented  and  sim ula te d .   Deta i led   ana l y sis,  Sim ula ti ons  result s  of  output   volt a ge  and  cur ren t   wave form   demons tra te   th e   cont ribution  of   thi s  appr oa ch  to  determ ina te   t he  suita bl e  cont rol  of   the   s ystem.  A  digi t al   design  of  a  g enerat or  PW M  using  VH DL  is  proposed  and  implemente d  on  a  Xili nx  FP GA   an d  it   has  bee n  validated  with   expe riment al   re sults.  As   a  resu lt ,   th e  proposed  inve rte r  imple m ent at ion   i s   sim ple ,   and  i t  b ec om es  an  attra ct iv e  soluti on  fo r  low  power  gri d  conne c te d   appl i ca t ions.   Ke yw or d s :   Bi po la r P W M   Con tr ol   Gr i d  c onnected  pho t ovoltai c  syst e m   H - Bri dge in vert er   Copyright   ©   202 0   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Lind a  H as sai ne ,    Ce ntre de  Dével oppem ent d e s En e r gies Ren ouvelables , C DER,   BP62 Ro ute  de  l’obse rv at oire 163 40 Bo uzar é ah,   Algie rs,   Al ger ia .   Em a il : l .h assai ne@ c der.dz       1.   INTROD U CTION   The  m ark et   for  phot ovoltai c  syst e m s  has  a  ver y  high  in crease  rate  ar ound  30  to  40%  per   ye ar .     This  ex cepti on al   increase,  is   m ai nly  du e  to  ph otovo lt ai c   syst e m   (P V)   connecte d  to  t he  gri d  a nd  r esults     by  te chnolo gical   inn ovat ion   and   lo we r  cos ts  of   PV   m odules  but  al so   sign ific a nt  effor ts  in  resea rc h  an d  dev el op m ent  in  the   fiel d  of  powe r  el ect r onic s.   In  P V  s yst e m s  connec te d  to   the  gri d,   t he  i nv e rter   w hic h  conve rts  the  outp ut  direct  c urren t  ( DC)  of  the  so la r  m odules  to  the  al te rn at e  curre nt  (A C )  is  rec ei vin g  incr ease d  i nter est   in  order  to   ge ner at e  pow er  to   util it y.   In  fact,  t he  te c hnic al   pe rfor m ance  a nd  reli a bili ty   of  inv e rters  us e d  in  ph otovo lt ai c  syst e m s  conn ect ed  to  t he  gri d  are  pa ram eter s  that  ca n  great ly   var y  the  annual   el ect rici ty   po w er  an d  th us   the   finan ci a l  via bi li t y  of   a  syst em . On e  i m po rtant  par t  of   the  s yst e m   con nect ed  to  the grid  is it s c on t ro l.  Th e  c ontrol task s ca n b e d ivi ded int o  t wo m ajo r parts  [1 - 11 ] .     1.   Inp ut - side  c ontrolle r,   with  t he  m a in  pr op erty   to  extract  the  m axi m u m   po wer   fro m   the  inp ut  so urce ,     PV  m odules.  P ro te ct io n of  t he  input - si de  c onver te r  is also  c on si der e d  i n  th is co ntro ll er .    2.   Gr i d - si de  co nt ro ll er,  w hich  c an  ha ve  the  f ollow in g  ta s ks :  con t ro l  of   act iv e  and   reacti ve  powe r  ge ner at e d  to the g rid; c ontrol  of   dc - li nk  vo lt age;  ens ure  h ig h q ualit y of t he  in j ect e d power;  gr i d  sy nc hro nizat ion .   The  DC – AC  c onve rter  injec ts  sinu s oid al   cu rr e nt  into  the  gr i d,   co ntr olli ng  the  powe r  fa ct or .  S om e   key  po i nts  ha ve  bee n  ide ntifie d  in  w hich  sign ific a nt  i m pro vem ents  ca n  be  car ried  out  in  the  desi gn   a nd   i m ple m ent at io n  of  the  in vert ers  co nn ect e d  to  the  gri d,   as:   low  total   har m on ic   dist or ti on,  el im ina ti on   of     the  DC  c om po nen t  in j ect e d  into  the   co nnect ed  gri d,  co ntr ol   bo th   the  act iv e  and  reacti ve  powe r  an d  the  dig it a l   i m ple m entat io n  of   t he  c on tr ol   [2 ,   3].  The  c on t ro l   strat e gy   ap plied  to  t he   gr i d - si de  c onver te r   co ns ist s   m a inly    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 57   -   3065   3058   of   tw o  casca de d  lo op s .  Us ua ll y,  there  is  a  fast  internal   current  lo op,   wh ic h  re gu la te s  the  gr i d  c urren t,     and   a n  exte rn a l  vo lt age  lo op,   wh ic h  c ontr ols  the  dc - li nk  volt age.  T he  cu rr e nt  loop  is  re sp onsi ble  for  pow e r   qu al it y i ssu es and  c urren t p ro t ect ion ; t hu s , h a rm on ic  co m pe ns at io n  and   dynam ic s  are  the  i m po rtant prop erti es   of   t he  cu rr e nt   con t ro ll er .  T he  dc - li nk  vol ta ge  co ntr oller   is  desig ne d  for  bala ncin g  the  powe r  flo w  in    the  syst e m .  Usu al ly ,  the   desi gn  of  this  c on tr oller  ai m s  fo r  syst e m   sta bil it y  hav i ng   sl ow   dy nam ic s.  The  a i m   of  exter nal  con tr ol le r  is  the  dynam ic   s yst e m   stab il it y  and   the  op tim al   reg ulati on ;  so   this  volt age  loop  is  des ign e d  for  a  l ow   sta bili ty   tim e  5  to  20  ti m es  hig her  that  the  in te rn a l  current  l oop.  The  i ntern al   a nd  e xter nal  lo ops  can   be  co ns ide re d  decou pling,  th eref or e  the  t ra ns fe r  f unct ion   of   c urren t  c on t ro l  lo op   is  no t  consi der e d  when  it   is  desig ne d  the  volt age  c on t ro ll er .   In   so m e  wo r ks ,  t he  c on t r ol  of  gr id - side   co ntro ll er   is  b ase d  on  a  dc - li nk  vo lt age  l oop  c ascade d  with  a n  in ner   power   loop  instea d  of  a  cur re nt  lo op.  In   t his  way,  the  cu rr e nt  inje ct ed   into  the  gri d  is   ind irect ly   con t ro ll ed  [11 - 15] .   The  ge ner at e d  pu lse   wi dth   m odulati on   (PW M)  is  able  to  r edu ce  the m agn it ud e   of the  l ow ord e r of   ha rm on ic  co m po ne nts  pr e sent in  the i nput  A C s upply.   Digital   i m ple m entat ion   pr ov i de s  i m pr ov em ents  over  their  a nalo g  co un te rparts.  They  are  i m m un e  to   no ise   an d  ar e  le ss  s us ce pt ible  to  vo lt a ge  a nd  te m per at ur e   c hang es.  Hen ce ,  a n  i nterest  to   di gita l  i m ple m entat io n  has  been   note d.   Using  FPGA’s  will   pro vid e  fle xibi li t y  and   sim plici ty   in   m o difyin g   the  desi gn e d  ci rcu it   with out  al te ring   the  ha r dw a re  a nd   rap i d  prot otypin g  [ 16 - 23 ] .   T he  obj ect ive  of   this  wor k  is  to  im pr ove  t he  ou t pu t   po w er  qu al it y  of  gri d  c onnecte d  PV   i nv e rters   a nd  lo wer  eq ui pm ent  costs  f or  these  syst e m s.  This  will   be  achieve d  thr ough  H - br idg e  in ver te r  and   c on t ro l .  I n  this  pa per ,  desc riptio n  of   the  c on t ro l   te chn iq ue  is  presented  a nd  im plem ented  in  FPGA.  T he  f un ct ion al   struct ure  of   this  syst e m ,  has  been   va li date  with sim ulati on s a nd e xp e rim ental  r es ults. T he pr oto ty pe  has bee n real iz ed.       2.   CUR RENT  C ONTROL  TE CHNIQ UE   The  po wer   qu al it y  inj ect ed  into  the  gri d  a nd   the  perf orm ance  of   the  conve rter  syst e m   dep en d  on     the  qual it y  of   the  in ver te r  c urren t   co ntr ol,  Fi gure  1 .  Ge ner a ll y,  fo r  lo wer   i ns ta ll at ion   of  phot ovoltai c  syst e m s  connecte d  to   the  gr i d,  pulse   width  m od ulati on  ( P W M )  is  a   wide ly   us e d  t echn i qu e   f or  c on t ro ll in g  th e  vo lt a ge   so urce  in ve rter s  inj ect s  c urrent s  into  the  gri d.   The  cu rr e nt  in j ect ed  m us t  be  sinu s oid al   with   reduce d  ha rm on ic   distor ti on.   Mo reover ,  a  sin usoidal  in put  current  s hould  be   achieve d  with   a  total   har m on ic   disto rtio n  ( TH D )   belo w  5%  a s  su ggest s  the  i nter national  st and a r d  IEE E  std  929 - 2000  [3 ]   Table  1.   Most  of   t he  c on t ro l   strat egies   wer e  m ade to  contr ol the c urre nt i nj ect e d  i nto  t he  grid a nd  pow er f act or.            Figure 1.   Inve rter c urren t c ontrol       Table  1.   Har m on ic s  d ist orsio n order   ODD H ARM ONI C   DIST ORTI ON  LI MI T   3 rd  th ro u g h  9 th   Less th an  4.0 %   11 th   th rou g h  15 th     Less th an  2.0 %   17 th   th rou g h  21 st     Less th an  1.5 %   23 rd   th rough  3 3 rd     Les than  0.6  %       The  m ai n  ob je ct ive  of   the  current  co ntr ol le r  is  to  ensure  that  the  outpu t  inv e rter  c urren t  f ollo w   caref ully   the  r efere nce  c urre nt  in dep e ndent ly   of   the   sel ec te d  co ntr ol  te c hn i qu e .  T he  c urren t  c ontr oller  of  powe r  co nv e rt ers  can  be  a  cl os e d  loop  P W M,  su ch  as  Hyste resis  Curren t  Con trol ,  li near   P W M,  pr e di ct ive  con t ro ll ers ,  op tim iz ed  con tr ol le rs,   neural  ne twork  a nd   f uz zy   log ic   con tr oller  syst e m s  [4 ] .  In   c om par ison   t o  Cur r e n t  con tr ol L D C/A C V inv I o u t I o u t M odu lat or V dc V dc V g r i d V g r i d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Desig n a nd control te c hn i qu e  for  si ng le   phase  b i po l ar   H - bri dg e  inverte r  …  ( Linda  Ha s s ain e )   3059   op e n  lo op.  P WM  te chn i qu es,  ha ve  sev er al   con sid era ble  adv a ntage s,  su c h  as  extre m el y  go od   dy nam ic s,   instanta ne ous  peak   c urren t  c on t ro l  an d  pre ven ti on  of  ove rloa d  an d  puls e  droppin g  pro blem s  [1 1].  Hyste resis  current  c on tr ol   hav e  a  good  s ta bili ty ,  wh ic h  is  pr ovide d  by   m ai ntaining   current  er r or s  within  the  hyste resis  band.   Fig ur e  2   sho ws  the  diff e re nt  P WM  con tr ol  cu r ren t  m et ho ds .   Linear  c urre nt  co ntr ol  us e s  P WM   m od ulati on .  In  this  co ntro l,  as  show n  in  F igure  3,  the  m odulati ng   sig na l  is  com par ed  with  t he  tria ngular   carrier   com ing  from   the  ou t pu t  of  a  li nea r   regulat or,  usu al ly   a  pr op or ti on al - integ ral  P I  re gul at or.   I n  m os t   sit uations   a  si nu s oi dal  ou t pu t  vo lt age  is  re qu i red.  This  m ay   be  achieve d  by  m od ulati ng   t he  pulse   width   of   each  br i dg e   le g  us in g  a   sine   wav e   re fer e nce .  T her e  are  t w o  c omm on   swi tc hin g  strat e gies,  wh ic h  are   a pp li ed   to the H - Brid ge  inv e rter; t hes e are Bip olar  a nd Unip olar  P WM s witc hing .           Figure  2. Cu rr e nt contr ol m et ho ds           Figure  3. Linea r  c urren t c ontr ol       3.   PV  S YS TE M CO NN E CTED TO  THE G RID   Figure  4  sho w   an   el ect rical   schem e  of   t he   sin gle  phase   H - Bri dge  in ve rter  c onnecte d  to  t he  gr i d.     The  m ai n  sp eci ficat ion   of  the   inv erte r  co nn ect ed  to  the  gri d  is  that  the  current  m us t  be  inj ect ed  from   a  P V   pan el   with  a   powe r  facto r  wi thin  a  ce rtai n  r ang e   [ 3].  DC/DC  co nverte r  is  em plo ye d  to   boos t  t he  P V - arr ay   vo lt age  to  a n  appr opriat e  le vel  based   on  the   m agn it ud e  of   util it y  vo lt age,   wh il e  the  con t ro ll er  of  the  D C - DC   conve rter  is  de sign e d  to   ope r at e  as  a  m axi m u m   po wer   point  trac ker  ( MPPT)  t hat  in creases  t he  ec onom ic al  feasibil it y  of   t he  P V  syst em .   A  la r ge  var ie ty   of   MPP   trac king  al gorithm s  exists: look - up  ta ble,  pe rturbati on   and   obser vatio n  (P&O ),   inc r e m ental   con du ct ance  et c.  For  the  MPPT  c on t ro ll er,  t he  per t urb - a nd - observ e   m et ho d  is  ad opte d  ow i ng   t o  it s  si m ple  str uctu re  an d  the   fact  that  it   req u i res  fe wer   m easur ed  pa ra m et ers.   This  strat egy  is  i m ple m ented  t o  op er at e  unde r  rap i dly  changin g  so la r  r adi at ion   in  a  pow er  PV   gri d  c onnected   Syst e m  [ 24 - 25] .     + g r id I Fil ter I n v er ter I r ef V i nv PI V dc PW M Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 57   -   3065   3060       Figure  4. G rid connect ed  ph ot ovoltai c in ver t er s yst em       4.   INV E RTER   CONTR OL   The  co ntr ol  str uctu re  that  has   been   im ple m e nted  f or  the  si ng le - phase  in ve rter  is  show n  in  Fig ur e  5.  The  ph otovo lt a ic   syst e m   con sist s  in  photov ol ta ic   gen erat or   ( PVG),   a  m axim u m   po we r  po int  trackin g  (M PPT)  and  the  in ve rter  as  s how n  in  Fig ur e   5.  The  c on t ro l  s tructu re  propo sed  for  the  sing le - phase  i nverte r   corres ponds to   2  c on t ro l l oops [ 12 - 15] .   -   An   e xter nal  con t ro l  lo op  of   the  DC  volt age  is  necessa r y  to  m ai ntain  the  DC - bus  vo lt age  const ant  to  gu a ra ntee the c orrect f unct ion o f  the  MPPT .   -   An   inter nal  con t ro l  lo op   of   the  cur re nt  is  desig ned   to   con tr ol  the  powe r  inj ect e d  into  the  gri d.     This  al lows  th e  ou t pu t  c urre nt   con tr ol  in  in s ta ntaneous  val ues.   T o  im po s e  a  sinu s oid al   current,  i n  pha se   with the g ri d  volt age,  the r e fe ren ce cu rrent I r ef , is   gen e rated  from  a  sinu so i dal r efer ence , th e am pli tud e is   regulat ed fr om t he ou t pu t  of t he  e xter nal vol ta ge  lo op.   The   DC - bu s   vo lt age   of  the   PV   syst em   i s  m a intai ned   const ant  s uch  that  act ive  powe r  balanc e   betwee n  the  in j ect ing   s olar  e nergy  an d  the  syst e m   ou t pu t  powe r  can  be  achieve d.   T he  DC - bu s  volt ag e  V dc ,  can  be  fe d  bac k  an d  c om par ed  with  t he  de s ired  value  of   V dc (r e f)   w hile  a  PI   re gula tor  is  add e d  to  re gu la te   the erro r  betw e en  the  desire d vo lt age a nd the  actual  D C b us vo lt age , h e nce  the r efe re nce c urren t si gn al  c an  be  ob ta ine d.  T he  current  regulat or   is  em plo ye d  to  re gu la te   t he  er r or   betwe en  the  desir ed   curre nt  an d  a ct ual  ou t pu t  cu rr e nt .One  of   the  adv a ntage s  prov i ded   by  this  con tr ol  stra t egy  is  it s   si m pl ic it y  as  f ar  as   the co m pu ta ti onal  r e quirem ents o f  the c o ntr ol  circuit.           Figure  5 .  Co ntr ol str uctu re  of  t he  in ve rter c on nected t o  t he g rid       This  struct ur e  is  associat ed  w it h  propor ti ona l  integral  con t r ollers  (PI) .  To  i m pr ove  the  pe rfor m ance  of  the   PI  co nt ro ll er   in  su c h  a  cu rr e nt  c on t ro l  st ru ct ur e   a nd  to   cancel   the  volt age  rip ples  of  ph otov oltai c  gen e rato r,   due  to  var ia ti ons  in   the  instanta ne ou s  powe r  flo w  thr ough  the  photov oltai c  syst e m ,  will  dep en d  on  I PV S 1 D 1 S 2 D 2 S 3 D 3 S 4 D 4 + v PV - L PV C G S C PV PV i out L O + v grid - + v G - D V PV B o o s t Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Desig n a nd control te c hn i qu e  for  si ng le   phase  b i po l ar   H - bri dg e  inverte r  …  ( Linda  Ha s s ain e )   3061   on e   ha nd  on  the  cha nge  of  atm os ph e ric  conditi ons  (m ai nly  the  irra di ance  an d  te m per at ur e ),   t he  faster   respo ns e  of  th e  boos t  co ntr ol   loo p,   t he  inve rter  an d  the  va lue  of   the  D C  bu s  ca pacit or.  O n  the   ot he r  ha nd,   the  outp ut  volt age  is  t he  m ai ns   volt age,   re presents  a n  e xter nal  dist urba nce   of  c on si der a bl e  m agn it ud e  at   50Hz   for  the  syst em ,   there  exists  a  com pen sat ion   of   these  e ff ect s   at   the  ou tp ut  of  the  PI   c on tr ol le r  so   as  to  cal culat e  directl y  the  re fer e nce  volt ag e  f or  the  i nduc ta nce.  Fig ur e   6   sho ws  t he  con t ro l  l oop  of  the   in ver te r  ou t pu t   current.  T he  in ver te r  outp ut c urren t e xpres sion i s  giv e n:     D V s V s out G P V Is out Ls    (1)           Figure  6 .  Co ntr ol lo op str uctu r e of alt ernat ive  outp ut curre nt       The  f eed - f orw ard   te c hn i qu e   is  based  on  i nclu ding  new   te rm s  to  var ia bles  co ntr ol,  i n  this  case   the  duty   cy cle,   in  orde r  to   el i m inate   the  dep e ndence  relat ed  to  the   per tu r bations  of   c on tr ol  s yst e m .   To  com pen sat e  the  eff ect   of  ou tp ut  volt ag e,  is  us ed  the  aver a ge  an d  fi lt ered   outp ut  volt age  val ues,   cal le d   V out,m es ,  Figu re   7.   H ow e ver,  t o  c om pen sat e  the  vo lt age  V GP V,  it ’s  necessar y  to  us e ,  the  m easur e d  value  befor e   filt ered . I n  this  case, it ’s  r e qu i red a  du ty  cyc le  calc ulate  sinc e the tra nsfers   functi ons:      ,, , L r e f o u t m e s o u t m e s vv d v   (2)     K sv   the  sam e st ep of  m easur ed  circuits,  obta ined:     , L r e f s v o u t s v G P V v K v d Kv   (3)     Fr om  the  du ty   cy cl e, the  in du ct ance volt age   V L     , L r e f L G P V s sv v v d v v K   (4)     The  ad va ntage   of   this  co ntr ol  struct ur e  is   the  con t ro l  of  the  in sta nta ne ous  powe r  in j ect ed  int o   the  gr i d  f ro m   t he  so la r  m od ul e  and   t he  sync hro nizat ion   of   the  cu rr e nt  sig nal  with  the  gri d  volt age  ( Volt age   and  cu rr e nt  i n  ph ase )  wh i ch  gu a ran te e   a  highe r  po wer   facto r  a nd  im pr ov e  t he  MPP T  dy nam ic .   The  disad va nta ge  is  t he  no ise   in  the  i nv e rter   ou t pu t  c urre nt  sign al   due  to   the  us e  of  the  gri d  si gn al   sam ple  to   gen e rate a nd s ynch ronize t he  r efe re nce c urr ent w it h t he  grid si gn al .         5.   DIG IT AL I M PLE MENT A TION   The  Di gital   Pu lse - W i dth - M odulato r  (DP WM)  co nverts   the  cod e  in  pulsa ti ng   sig nal   and   ge ne rates    the  dri vi ng  sig nals  of  t he  s witc hes  ( T 1,   T 2,   T 3,   T 4 ).   T he  syn chro nizat ion   of  the  volt age  gri d  a nd  the  i nverte r   ou t pu t  cu rr e nt  inj ect e d  to  the  gr i d  is  assum e d  with  the  zer o  cro ssin g  detec tor  ( ZC D) .  T hi s  is  acco m plis hed   by  gen e rati ng  a  synch r on ism   sign al   in  each  c rossing   by  zer o   of  the  gri d  vo lt a ge.   I n  Fi gure  7   is  sh own  t he  di gital   i m ple m entat io n of t he bip olar  P W M.  T he  s w it ching   fr e que nc y i s 10kH i n o rd e r  to  r e duce  har m on ic s.   V L , r e f Com pe ns at i ons C on v e r t e r H   (s ) R(s ) V G P V 1 1 L   s V o u t ,   m e s I out Cont r ol l e r H   (s ) V 1 V G P V , m e s I ou t , r e f Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 57   -   3065   3062       Figure  7. D P WM  sign al s       6.   SIMULATI O N RESULTS   The  ph otovo lt a ic   gen erat or   ( P VG),  the  m axim u m   po we r  po int  (MPPT)   a nd  the  sin gle - ph ase  inv erte r   DC/AC  be hav i or   hav e  been   m od el ed  and   s i m ulate d  by  PSI M.  T he  si m ulati on   par am e te rs  us e d  are:  vo lt a ge   V grid   230  V,   f reque ncy  50   Hz,   L  =  4.7  m H,   Vd c  =  375  V  an d  f re quency  m od ulat ion   in de x  m f  =  200.   Si m ulati on   res ults  of   the  phot ovoltai c  syst e m   con necte d  to  the  gri d  are  pr ese nted  .In  F igure  8   (a ),   al l  resu lt s   sign al s  of  the   input  si de  of  P V  syst em   con ne ct ed  to   t h e  gr id  can   be  see n.  The   DC   bus ,  the  ou t pu t   cu rrent  of   PV   m od ule ,  t he   ou t pu t  c urrent   of   the  boos t.  Figure  8   ( b) ,  s hows  the  sim ulati on   res ults  of   the  inv e rter  a ve rag e   m od el   cl os ed  loop,  the  i nv e rter  outp ut  cu r ren t,  I out   in  ph ase  with  the  gri d  volt age  V g rid  a nd  the  in ve rter   ou t pu t  volt age.         (a)     Figure  8 .  Outp ut sig nals  of P V  syst em , ( a)  I nv e rter   outp ut  current  I out , gri d vo lt age   V grid     V s i n …… T1 … .. T4 … .. T2 … .. . T3 … .. V t ri …… . C l k … . D i r … . V s i n …… T1 … .. T4 … .. T2 … .. . T3 … .. V t ri …… . C l k … . D i r … . Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Desig n a nd control te c hn i qu e  for  si ng le   phase  b i po l ar   H - bri dg e  inverte r  …  ( Linda  Ha s s ain e )   3063     (b)     Figure  8. O utput sig nals  of P V  syst em   (b)  i nv e rter  outp ut  vo lt age   ( c onti nue )       7.   E X PERI MEN TAL RES UL T   Figure  9   sho w s  a  pr oto ty pe  of  sing le - phase  inv e rter  with  the  dig it al   con t r ol  i m ple m ente d  in  a  FPGA  platfo rm   (S part an - 3  of  Xili nx)  reali zed  an d  te ste d.   V grid   =   230  V ,  an d  co upli ng   i nducta nce  L   =   20   m H.     Figure 1 0(a)   s hows  t he  P WM sw it chin g  sig na ls,  inv e rter o ut pu t  cu rr e nt  I out   and  grid v olta ge  V out.  Fig ur e 1 0( b)   sh ows   I nv e rter  outp ut curre nt  I out   an d  in ve rter  ou t pu t  volt ag e V inv   (b) .         Figure  9 .  Sin gl e - phase i nv e rte r prototy pe       V gr i d V in I ou t T im e   (s) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  10 , No .  3 ,  J une   2020   :    30 57   -   3065   3064     (a)       (b)     Figure  10. P WM sign al ,  ( a )  i nv e rter  outp ut  current  I out   a nd grid  volt age  V out ,   (b) In ver te r ou t pu t c urre nt I out   and in ver te r  ou tpu t  vo lt ag e  V inv       8.   CONCL US I O N   The  pa per  ha s   f ocu se d  on  t he   desi gn  a nd  im ple m entat ion   of  the   c on t ro l   te ch nique  of  PV   i nv e rter   connecte d  t o  the  gr i d.   T his  con tr ol  is  ba sed  on  H - Br idg e  i nverte r  con t ro ll ed  by  dig it al   pu lse - wi dt h  m od ulati on   (DSP W M )  wh ic h  can   sync hro nise  a  si nu s oi dal  cu rr e nt  ou t put  with  a   gr id   vo lt age   a nd  co ntr ol   a  powe r  facto r .  T he  sim ulatio n  res ults  validat e  the   the or e ti cal   pr edict io ns   a nd  dem on strat e  the  viabi li ty   of   the  pro po se d  c on t ro l.  T he  ex per im ental   resu lt s  sh ow  the  vi abili ty  of   the  bipolai re  DSP WM  m e tho d  pro posed ,  the  si m plici ty  of   the  dig it al   im ple m entat ion .  The  te ch niqu e  confirm   that  the  co ntro l  ca n  be  ap plied  to  con t ro l  the  powe r  an d  the  cu rr e nt  inj e ct ed  into  the   gr id.  Usi ng   Xili nx  FP G A  to  ge ne rate  P W M  prov i des  fle xib il it y  to  m od ify   the  des ign e d  ci rc uit  without  al te rin g  the   hardw a re   pa rt.  T his  sys tem   can  im pr ove  t he  power  qu al it y  ou t pu t  of  gr id   connecte d P V  i nv e rters  and l ower  equipm ent co sts  f or  t hese  syst e m s.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N:  20 88 - 8708       Desig n a nd control te c hn i qu e  for  si ng le   phase  b i po l ar   H - bri dg e  inverte r  …  ( Linda  Ha s s ain e )   3065   REFERE NCE S    [1]   X.  S.  Li ,   e t  al . ,  “ Anal y sis  and  Si m pli fic a ti on  of  Thre e - Dim ensio nal   Spac e  Vec to r  PW M  for  Thre e - Phase  Four - Leg  Inve rte rs, ”   I EEE   Tr ansacti ons on   Industrial Elect ronics,   vol .   58 ,   p p.   450 - 464 ,   Feb .   2011.   [2]   M.  Cal a is,  J.  M y rz ik,   T.   Spoon er  and  V.  G .   Ageli dis ,   “ Inve rters   for  single - ph ase   grid  conne c te d  photovo lt a i c     s y stems - an  over vie w, ”   2002  IE EE   33rd  Annua l  IEEE  Pow er  El e ct ronics  Sp e ci ali sts  Con fe re nce .   Proceedi ng s    ( Cat.   No. 02CH37289) ,   Cai rns,  Q ld. ,   Aus tra l ia,  vo l.   4 ,   pp .   1995 - 20 00,   2002 .   [3]   S.  B.   Kj ae r ,   J.   K.  Peder sen ,   and  F.  Bl aa b jerg,  “ A  Revi ew   of  Single - Phas e  Grid - Conne cted  Inve r te rs  fo r   Photovolt aic  Mo dule s,”   IE EE   Tr ansacti ons on  In dustry  Applicati ons ,   vol. 41, no.  5,   2005 .   [4]   L.   Hass ai n e,  E.  Olía s,  J.   Quinte r o,   and   V.  Sal as,   “ Overvi ew  of  P ower  Inve rt er  T opologi es  and   C ontrol   Struc ture s  for  Grid  conn ecte d  Photovol ta i c   S y stems , ”   Re n ewabl e  &   Susta inabl e  Ene rgy   Re v ie ws ,   vo l.  3 0,   pp.   796 – 807,   Feb.   2014 .   [5]   Y.  Yang  and  F .   blaabj erg ,   “ Overvi ew  of  sing le - phase   gr id  c onn ec t ed  photo volt aic  s y s te m s,”   Elec tri c  Pow er   Components  Sys te ms ,   vol .   43 ,   no .   12 ,   pp .   1352 – 1 363,   Jul.   2015.   [6]   Y.  Yang,   F.  Bl aa bj erg ,   H.  W a ng,   and  M.  Si m oes,   “ Pow er  Control   Flexi b iliti es  for  Grid - C onnec t ed  Multi - Functi onal Phot ovolt aic  Inv erter s,”   IET   Re n ewab l e Powe r Gen erati on,   vol. 10 ,   n o.   4 ,   pp .   504 - 51 3,   2016 .   [7]   L.   Hass ai ne  and   A.  Mraoui,   “ Control   strateg y   ba sed  on  SP WM  s witc hing  pa ttern s  for  grid  connect ed  photovo ltai c  inve rt er  g ene ra tion s y st ems , ”  In:   AIP   conf er enc e   proce edi ng s ,   A m er ic an Instit ut e   of  Ph y s ic s   In c. ,   vol.   1814 ,  2017 ,     [8]   L.   Hadj ide m et r i ou,   E.  K y r ia kid e s,  Y.  Yang,   and  F.  Bla ab je rg ,   “ A  s y nchr on iz a ti on   m et hod  for  single - phase   gr id - tie d   inve rt ers, ”   IEEE   Tr ansacti on  on  Powe r E le c troni cs ,   vol .   31 ,   no .   3 ,   pp .   2139 – 2149 ,   2016.   [9]   S.  A.  Khaje hod din,   M.  Kar imi - Ghart emani ,   A. Bakhshai ,   and  P.  Jain,   “ A  power  cont rol   m et hod  with  sim pl e   struct ure   and  f a st  d y namic  resp onse  for  single - phase   grid - conn ec t ed  DG   sy ste m s,”   IEE E  Tr ansacti on  on  Pow er  El e ct ronics ,   vol .   28,   no.   1,   pp.   22 1 – 233,   Jan .   201 3.   [10]   M.R.   Bengouri n a,   M.   R ah li,  S.  Slami,  L.   Hass a ine ,   “ PS O  base d  dire ct   power  cont rol  for  a  m ult ifunction al   gr id  conne c te d  photo volt aic  s y stem, ”   Inte rnational   J ournal  of  Powe r  El ec troni cs  and  Dr iv e  Syste m  ( I JP EDS ),   vol .   9,     no.   2 ,   pp .   610~6 21 ,   Jun.   2018.   [11]   L.   Hass ai n e,  E .   Olía s,  J.   Qu inte ro,   and   A.  B arr ado,   “ Pow er  Co ntrol   for   Grid  C onnec t ed  Appli c at ions  b ase d  on    the   Phase  Shifti ng  of  the   Inve rt er  output   Volt a ge  with  respe c t   to  the   Grid  Volta g e, ”  In te rnat ional   Journal  o f  El e ct rica l  Pow er  and  En ergy   S yst ems ,   vol .   57 ,   pp .   250 – 260,   2014.   [12]   L.   Hass ai ne ,   M. R.   Bengouri n a,   “ Design  and  digi ta l  implementat ion  of  power  co ntrol   strateg y   fo r  grid  conne c te d  photovol taic  inv ert er , ”  Inte rnat i onal  Journal  o f   Powe r  E lectronic s  and  Dr iv e   Syste m  ( IJP EDS ) ,   vol.   10,   no.   3 ,     pp.   1564~1574,   Sep .   2019 .   [13]   L.   Hass ai ne ,   E .   Olia s,  J.  Quint er o,   and  A.  Barr ad o,   “ Digit al   Contr ol  base d  on  the   Shifti ng  Phase  for  Grid  Connec t ed   Photovolt aic  Inv ert er , ”   in   IEEE Appli ed   Pow er  El e ct ronic   Confer enc e  and   E xposit ion ,   pp.   945   –   951,   2008 .   [14]   X.  W ang,   P.  C.   Loh,   and  F.  Bl aa bj erg ,   “ Stabi lit y   An aly sis  and   Control l er  S y n t hesis  for  Single - Loop  Volta g e - Control le d   VS Is,”   IE EE Tr ansacti on  on  Powe r  Elec troni cs ,   vo l .   3 2,   no .   9 ,   pp .   739 4 - 7404,   Sep .   20 17.   [15]   N.  Chai ta n y a ,   1P.  Sujat ha,   K. Chandra   Sekhar ,   “ Curre nt  Control ler  Based  Pow er  Mana gement  Strate g y   fo r  Inte rfa ci ng  DG   Units  to  Micro  Grid, ”  Inte rnat i onal  Journal  of  El ectric al  and  Computer  Engi nee ring  ( IJE CE ),   vol.   7 ,   no .   5 ,   pp .   2300  ~ 2308 ,   Oc t.   2017 .   [16]   G.  Vijay krishna  and   Y.  Kus um al at ha ,   “ Design  and  Im ple m ent at io n  of  Thre e  Phase  Reve rsing  Vol ta ge  Mul t il ev el  Inve rte r , ”   Int ernati onal Journal of  App li ed   Pow e r E ngineering  ( IJA P E) ,   vol. 5, n o.   2 ,   pp .   59~71,   Aug .   2016.   [17]   Sham al a  N,   an d   C. La kshm ina r a y ana,  “ Perfor m anc e  Enh anc e m ent   in  Act ive  Pow er  Filt er  (AP F)  by   FP GA   Im ple m ent at ion , ”   Inte rnationa l   Journal  of  Elec tri cal   and  Computer  Engi n ee ring  ( IJE CE) ,   vol.   8,   no.   2 ,     pp.   689   ~ 698, A pr.   2018 .   [18]   N.  Chet ti b i  and  Mell it,  “ A  F PGA - base d  rea l  ti m e  sim ula ti on  and   cont rol  of  grid - conne c te d  photo volt aic  s y st ems , ”  Simulat ion   Mod el li ng   Prac ti c e  a nd  Theory ,   vol.  43,   pp .   34 - 53 ,   A pr.   2014 .   [19]   M.  Parve z,   M.  F.  M.  El ia s,  N.   A.  Rahi m ,   and  N.  Osman,   “Curr ent   cont ro l   te chni qu es  for  thre e - phase   gri d  int er conne c ti on   of  ren ew abl e   po wer  gen era t ion  s y stems :  A r evie w,”   Solar   Ene rg y ,   vo l. 135, pp. 2 9 – 42,   2016 .   [20]   F.  S.  Li n,   J.  F.  Chen,   T.   J.  L i an g,   R.   L.   Li n ,   an d  Y.  C.   Kuo,  “De sign  and  implementa t ion  of  F PG A - base d  sing le   stage   pho tovol t a ic   ene rg y   convers ion  s y st em,”   T he  2004  I EEE  A sia - Pac ific   Conf ere nce  on  C ircu it s  and  S yste ms ,   2004,   Proce edi n gs,  Taina n ,   pp .   7 45 - 748,   2004 .   [21]   S.  J.  Pin to,   G.  P anda   and  R .   Pee sapa ti,  “ An  Im ple m ent ation  of  Hy brid  Con trol   St rat eg y   for  Dist ri bute d  Gene r atio n  S y stem  Inte rf ace   Us ing  Xili nx  Sy stem  Gene r at or , ”   in   IE EE   Tr ansacti ons  on  Indu strial  Informatics ,   vol.   13 ,   no.   5 ,   pp.   2735 - 2745 ,   Oct.   2017 .   [22]   A.  V .   Pete rch e v  and  S.  R.   Sa nder s,  “ Quanti z at ion  resolution   and  li m it   c y cl i ng  in  digi t al l y   cont rolled  PWM  conve rt ers, ”   in   I EE E   Tr ansacti o ns on  Powe r   Ele ct ronics ,   vol .   18 ,   no.   1,   pp.   301 - 3 08,   Jan .   2003 .   [23]   C.   Bucce lla,   C .   Cec a ti   and  H.  L at af at ,   “ Digi ta l  Contro l  of  Pow er  Convert ers — A   S urve y , ”   in   IE E E  Tr ansacti ons  on   Industrial  Infor matic s ,   vo l. 8, n o.   3 ,   pp .   437 - 44 7,   Aug.   2012.   [24]   A.  RezaRe isi,   H .   M.  Mor adi ,   an d  S.  Jam asb,   “ C la ss ifi c at ion   and   compari son  of  m axi m um   powe r  point  tracki n g   te chn ique s for   p hotovol taic   s y st e m :  a  r evi ew,”  Renew.   S usta in. E n ergy   R ev . ,   vol .   1 9,   pp .   433 – 443 ,   2013.   [25]   Hass an  Abouobaida,  and  EL   B ei d  Said ,   “ Prac t ic a l  Perform ance  Evaluation  of  Maximum   Po wer  Point  Tracki n g  Algorit hm s  in  Photovolt a ic  S y st em,”   Int ernati o nal  Journal   of  Powe r  E le c troni cs  and  Dr iv e   S yste m  ( IJP EDS) ,     vol.   8 ,   no .   4 ,   pp .   1744~1755,  Dec .   2017 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.