Internati o nal  Journal of Ele c trical   and Computer  Engineering  (IJE CE)  V o l.  6, N o . 2 ,  A p r il  201 6, p p .  48 4 ~ 49 4   I S SN : 208 8-8 7 0 8 ,  D O I :  10.115 91 /ij ece.v6 i 2.9 442          4 84     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJECE  High P e rf orm a nce Control of Gri d  Connected  Cas c ad ed H- Bridge Acti ve Recti f ier Bas e d on Type II-Fuzzy Logic  Cont roll er with Low Fre quency Modulation Technique       M. Dabb aghjam anesh 1 ,   A.  Moeini 2 ,  M.  Ashkaboosi 3 , P.   Kh az aei 4  K.  Mi rz apal a n gi 3  1  Department of Electrical  Eng i n eering ,   No rth e rn  Illinois University , DeK a lb, IL,  USA  2  Department  of  Electrical and  C o mputer Engin e ering,  Univers i t y  of T e hran ,  Tehr an, I r an     3 Is lam i c  Azad   Univers i t y  C e ntr a l  Tehr an Bran c h , T e hran , Ir an   4 Department  of  Electrical and  C o mputer Engin e er ing, Shiraz university   techno lo g y , Shiraz, Iran       Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Nov 17, 2015  Rev i sed  D ec 16 , 20 15  Accepte d Ja n  5, 2016      This pape r tr ies  to em plo y  a  fuz z y   logic  (FL) con t rolle r t y p e  II  to  control  the   Cas caded H-Br idge (CHB) ac tive re ctif ier .  This controller  has strong   perform ance , s p eci all y ,  when  a  l o w s w itching fr equency  Se lec tiv e Harm onic   Elimination (SHE) method is used. In  order  to regulate all of the DC link   voltag e s, the o p tim um  voltage balanc ing strat e g y  in th e low  frequen c y  modulation technique is used in  the proposed method. Finally ,   th e  performance an d effectiven ess of the proposed method is  valid ated in   MATLAB environm ent.   All the sim u lation and result has been si m u lated  b y   MATLAB softwa re .   Keyword:  Activ e rectifier  Cascaded H-Bridge    Fuzzy  L o gi c C ont rol l e r t y pe I I   Mu ltilev e l co nv erter  Opt i m al  M odu l a t i on Tec hni q u e   Particle Swarm Op ti m i zatio n   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d .  Co rresp ond i ng  Autho r :  A. M o eini,   Depa rt m e nt  of  El ect ri cal  and   C o m put er E ngi neeri n g ,   Uni v ersity of  Tehra n , Te hra n ,   Iran      1.   INTRODUCTION  In  t h e recen t  years, th e m u ltil ev el con v e rters are co n s id ered  m o re in   p o wer electron i cs ap p lication s .  Com p are to traditional powe r  electronics  co nv erters, m u lt ilev e l co nv erters h a v e  sign ifican t b e nefits su ch  as  l o we r TH D,  hi ghe r ef fi ci ency  and l o we r c o m m on  m ode  n o ises ( C M)   [1 , 2 ] . Mor e ov er, these converte rs can  be  use d  i n  m odul a r  st r u ct u r e s . S o ,  i n  t h i s  c o n v e r t e r, t h e  v o l t a ge l e vel  ca n easi l y  be  i n c r eased  t o  ha ve  a bet t e r   p e rform a n ce in  h i g h   vo ltage an d   h i gh   po wer app lica tio n s . As th e resu lt, th e ap p l icatio n  of m u ltilev e l   co nv erters i n   grid  app licatio ns  has  ra pi dl y   b een i n c r ease d   [ 3 - 7 ] .   Mu ltilev e l co nv erters can   b e   o r g a n i zed  i n  three cat egories: Neu t ral Po in t  Cla m p e d  (NPC), Cascaded  H-B r i d ge (C H B ), a n d  Fl y i n g  C a paci t o r  ( F C )   [2] .   I n  t h i s  pa per,  t h e   C H B  co n v ert e r  due  t o  i t s   m odul ar   st ruct u r e, m o re redu n d an cy  st at es i n  generat i ng t h e  out put  v o l t a ge an d l o w e r el ect roni c c o m pone nt s has  been   considere d  [2].    A l o t   of  pa pe r  di scu ssed  ab o u t  usi n g t h e C H B  co n v ert e r i n   bot h i n ve rt i n g ( D C / AC ) a n d re ct i f y i ng  (AC / DC ) m o d e s [ 8 - 12] .  O p t i m a l   m odul at ion  t ech ni q u e  al so ha s bee n  em pl oy ed i n   or der  t o  i n cre a se t h e   efficiency a n d m e et the power  quality requi rem e nts.  One  of t h e c h a llenges i n  the  optim a l  m odulation  t echni q u es  i s   havi ng  hi gh  p e rf orm a nce co nt r o l  i n  t h e C H B  act i v e  rec t i f i e r [ 5 ] .  I n   pape r  [6] ,  a c ont rol   t echni q u e  base d  on  P I  c ont ro l l e r has  bee n   p r o p o sed  t o  i m p r o v e t h e  per f o r m a nce o f  t h e c o n v e r t e r.  H o w e ve r ,   th e CHB active rectifier is a  n o n lin ear system . Th u s ,  non lin ear con t ro ller can  h a v e   a  bet t er perform ance than  the linear controller s u ch as  PI [5,  6].  In  t h is p a p e r ty p e  II Fu zzy log i c con t ro ller  wh ic h is nonlinear  one has  been  used  on the CHB active  r ectif ier  in   o r der  to  im p r ov e  th e p e r f o r m a n ce o f  t h e conver t er . M o r e o v e r ,  th e  op ti m a l  Selectiv e H a rm o n i c  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    48 4 – 4 9 4   48 5 El im i n at i on t echni que   has  be en em pl oy ed  o n  t h e  C H B  co nve rt er  w h e n  t h e  harm oni cs  of  t h e c o nve rt e r   up  t o   25 th  a r e el im i n at ed i n  t h e  out put   vol t a ge a n d cu rre nt  o f  t h e conve r ter.  T h e num b er of  switch i ng  tran sitio n s  i n   t h e  pr op ose d  t e chni que  i s   red u ced t o   9 i n  eac h  qu art e r  o f  t h e pe riod t o  im prove t h e e fficie n cy  of the c onverter  [1 2- 1 5 ] .       2.   CASCADED H-BRIDGE  CONVERTER STRUCT URE  The si ngle  pha s e diagram  of  the CHB c o nverter is s h ow ed  in   Figu re 1.  As it can see i n  th is  figu re,  the conve rter i s  connected t o   the AC  grid   v o ltag e , b y  u s i n g an  in du ctor to   p r og ram  th e in j ected  cu rren t  o f  th e  CHB. Also , in o r d e r t o  filter rip p l es i n  th e v o ltag e   o f  t h e DC lin k   o f  t h e conv erter,  a cap acito r  h a s b een   p a ralleled  t o  each  lo ad  i n  th e cell. It shou ld   be m e n tio n e d t h at , i n   or der  t o  t r ans f er   AC  power  of th e grid to  th e  d e sired  DC  vo ltag e s, th e  4  so lid  state switches with  an t i - pa ral l e l  di odes  ha s bee n  em pl oy ed i n  eac h cel l  of t h e   con v e r t e r. T h e  AC  v o l t a ge  of  t h e C H B  c o n v e rt er ca n sy nt h e si s a seve n l e vel  v o l t a ge i n   AC  si de,  w h en  t h e r e   are s o m e  redundancy  states  f o r  pr od uci n g ea ch l e vel .       C1 R1 Vd c 1 S1 S 3 S2 S 4 CE L L  1 C2 R2 Vd c 2 S1 S 3 S2 S 4 CE L L  2 C3 R3 Vd c 3 S1 S 3 S2 S 4 CE L L  3 R L AC Va n     Fig u re  1 .  Con f i g uration   o f  t h e  CHB m u lti lev e l activ e rectifier          0 1 2 3 4 -1 -2 -3 -4 T/2 T 0   ϴ 1   ϴ 2 ϴ 3 ϴ 4 ϴ 5 ϴ 6 ϴ 7 ϴ 8 ϴ 9     Fi gu re  2.  Pre d e f i n e d   wave fo r m  of 7-l e vel  S H E- P W M ,  w h en  fre que ncy   o f  eac h cel l  i s  e qual  t o   15 0 H z       3.   SELECTIVE HARMONIC ELIMI NATION-PWM TE CHNIQUE   One  of t h e o p t i m a l   m odul at i on t ech ni q u e s  whi c h can  be use d  i n   or der t o  el i m i n at e l o w o r de r   harm oni cs o f  t h e out put  v o l t age of t h e c o nve rt er i s  Sel ect i v e Harm on i c  El im i n at i on (SHE -P WM ).  Thi s   tech n i qu e is ver y  u s efu l  wh en th e con v e r t er   h a s  b e en  em p l o y ed   on  t h e  h i g h  pow er conver t er  t h at is con n ected   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN :  208 8-8 7 0 8       High  Perf o r man ce C o n t ro l o f   Grid  C o n n ected  C a scad ed   H-Brid g e  Active  Rectifier Ba sed on … (A. Mo ei n i )  48 6 to  th e  g r i d   v o l t a g e .  Th is m e th o d  tries to u s e  th e Fo urie r e q uat i o n s  o f  t h e  pre d efi n ed  wa vef o rm  (Fi g ur e 2)  t o   ext r act  t h e  ha r m oni c equat i o ns  of  t h e  wa vef o rm  [6] .   In this m e thod, in each  qua rt er of the pe riod of  output voltage of the c o nve rter, a  nine -switchi ng  transition  waveform  has be e n  em ployed  [7-12]. S o , th is   m odulation tec hni que  ca n s u ppress  the l o w orde r  h a r m o n i cs of  t h e ou tpu t  vo ltag e  up  to   29 th   harm oni c. T h e  equat i o ns  of t h e ha rm oni cs of t h e co nv ert e r has   been prese n ted below,        1 234 5 67 8 9 Cos C os Cos C os C o s Co s C o s Co s C o s M       (1 )     1 234 5 67 8 9 0 C o s m Cos m Cos m Cosm Cos m Cos m Cosm Cos m Cos m       (2 )     Fo r  m =   5 ,  7 ,  11 , 13 , 17 , 19 , 23 , 25    4 pe ak dc V M V           ( 3 )     here ,   1 to   9  : Switch i ng   an g l es;   M : Mo du lation  ind e x ;   V dc  : Desired   valu e of  DC link   v o ltag e ;   V peak  : Peak  val u e  of AC te rm inal voltage;    To  reach  go als in  th e eq u a tion s  (1 -3 ), Particle  Swarm  Optimization (PSO) ap proach  has  been us e d   t o  o p t i m i ze t h e no nl i n ea r t r ansce nde nt al  equat i o ns  of t h e SHE - P W M   m e t hod.  Fi g u r e  3 sh o w s t h a t  t h e   obt ai ne d  sol u t i ons  by  t h e P S O   opt i m i zati o n  t echni que s are  so c o m p l e t e  and  co ve r  wi de  ran g e  fo r t h e c ont rol   pu r poses .     1. 4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 1. 2 1. 4 1. 6 M o dul a t i o n  Inde x S w it c h in g  A n g l e s   ( r a d )     θ 1 θ 2 θ 3 θ 4 θ 5 θ 6 θ 7 θ 8 θ 9     Fi gu re  3.  S w i t c hi n g  t r a n si t i o n s  i n   radi a n   vers us m o d u l a tio n   in d i ces t o  m eet  th e  requ ired  li mits in  eq u a tion   (1- 3)       4.   PROP OSE D  CO NTR O L  S T RATEG Y   The c o nt rol l e r  w h i c h  has  be en  use d  i n  t h i s  pa per  i s  Ty pe  II  Fuzzy   L ogi c C o nt rol l e r. T h e m a i n   pu r pose   of  t h i s  co nt r o l l e r i s   t o   bal a nce  t h e  DC  l i n k  v o l t a ges acc o r di ng   t o  t h e  re fere nc e val u e, a n d  k eep i n   p h a se and  sinuso i d a l th e input cu r r e n t  and   vo ltag e  of  th e C H B con v e r t er. Fig u r e  4   pr esen ts th e bo ck  d i ag r a m  of t h e F u zzy  c ont rol l e r  w h i c h i s  u s ed i n  t h e pr o pos ed c o nt r o l l e r. T h e c ont rol l e r  w h i c h i s  em pl oy ed  i n  t h e   Fig u re  4  is similar to  the co n t ro ller th at  h a s  b een in tr o duce d  i n  [ 5 ]  a n d  [ 1 6- 1 8 ] .  T h e m a in  di ffe re nce i s   usi n g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    48 4 – 4 9 4   48 7 the Type II fuz z y logic cont roller instead of PI cont ro llers to  im p r o v e  th e  p e rform a n ce o f  th e Op tim a l   SHE- P W M  t e c hni qu e.  The c o m p l e t e   bl oc k di a g ram  of Ty pe I I  F u zzy  Lo gi c C ont rol  ( T y p e  I I-F LC ) sy st em  i s  sho w n i n   Fi gu re 5. B a se d o n  t h e Fi g u r e  5, fo u r  sect i ons  have  been  defi ne d as t h e  m a i n  co m ponent s o f  t h e T y pe II   Fuzzy L o gic Cont roller  [18-20];     First,  th e Kn owledg e  Base (KB) wh ich   is en co m p a ssing   k now ledg e r e gar d s  of  all th e in pu t and   o u t p u t   fu zzy p a rts. Al so , it co n t ain s   th e term set an d  th e m e m b ers h ip  fu nctio n s   of th e co n t ro ller ab ou t th e in put  vari a b l e s t o  t h e  f u zzy  ‘R ul e-B a se’  (R B )  sy st e m  and t h e  out p u t  o r   deci si o n   vari a b l e s t o  t h e  pl ant .     Second, the  Fuzzifica tion Inte rface (FI).    Thi r d, t h e i n fe r e nce e ngi ne  (I E).      Fourt h ,  t h e Defuzzification  Int e rface (DI).   The i n put s  of  t h e Ty pe I I  Fuzzy  Lo gi c  Controller (Type II-FLC) are error ( e ),  wh ich  is the  diffe re nce bet w een t h e phase  of the c u rre nt and  phase of  the g r i d  vo ltag e   o f  the CHB act iv e rectifier and  error  change ( ce )  wh ich  is  d e ri v a tiv es of th e erro r  ( e ). Each  in pu t and   ou tpu t  of  th e Ty pe I I - F LC  h a s  sev e n  m e m b ershi p  f unct i o ns w h i c h  ca n  be de fi n e d  as NB   (Ne g ative Big),  NS (Nega tiv e Small), NM (Neg ativ e  Med i u m ), ZE  (Zero), PS (Po s itiv e Sm al l), PM (Po s itiv e  M e d i u m ), and   PB (Po s itiv e Bi g )  b a sed on  t h e ran g e   o f  ch ang e s.  The n e x t  step in   desig n i n g  a Type II-FLC  is ru l e  d e fin itio n.    Three  Fuzzy  L ogi c C o nt r o l l e r s  (Ty p e I I - F LC ) are re q u i r ed i n  t h e p r o p o se d  cont r o l  m e t hod. T h e fi rst   Ty pe II -FLC  t r i e s t o  reduc e t h e err o r am ong p h ases o f  t h e  curre nt  an d p h a se of t h e g r i d   vol t a ge  of t h e  act i v e  rectifier to produce a n  accept a ble term inal  voltage in CHB active rectifier  (Figure 4(b)). T h e inputs of the   cont roller are t h e error c h anges whic h  ar e w ith in  (- 200 , 20 0)  and  th e d e rivative of error cha n ges which are   with in   (-10 , 10 ). Fu rt h e rm o r e, th e ou tpu t   of th e con t r o ller varies betwe e n (- 16 , 1 6 )  t o   p r o v ide   the   d e sire d   per f o r m a nce.   The sec o nd  Ty pe  II -FLC  i s  us ed t o   deci de t h e m odul at i o n  i nde x  o f  t h e  co nve rt er  (Fi g u r e  4  (a) ) .  A s  i t   can see ,  t w o T y pe I I-F LC s ar e nee d ed  t o   ke ep t h e  m odul at i on i nde x i n  t h e desi re d  val u e .  Th e fi r s t  Ty p e  I I - FLC  t r i e s t o  m i nim i ze t h e di ffere nce bet w ee n al l  of t h e  DC  l i nk v o l t a ges  and  kee p  eq ual  t o  speci fi c val u e. I n   th is case, th e erro r is in  in terv al (-3 0 , 30 ), an d  th e  d e ri v a ti v e  o f  erro r is in  in terval (-600 0, 60 00 ). Th e o u t pu t  o f  th e Ty p e   II-FLC is th e referen c e of th e curren t  am p lit ude o f  t h e  rect i f i e r  t h at  va ri es i n  r a nge  o f   (- 5,  5 ) .   The sec o nd Ty pe II-F LC com p ensa tes fu nd amen tal cu rren t  o f  the r ectifie r an d re fere nce  cur r ent  of  th e rectifier to  h a v e  th e least erro r. As th e resu lt, th e  i n d u c t o r an d pa rasi t e  resi st or v o l t a ges are t h e  ou t put   o f   this controller. All of the Ty pe II  FL Cs in the Figure  4  (a)  and Figure  4  (b) a r e e x actly sam e  with each  other  and  u s e se ven  t r i a n gul ar  m e m b ers h i p  f u nct i o ns  fo r eac h i n p u t  an d  o u t p ut .   The v o l t a ge b a l a nci ng st rat e gy  of t h e p r o p o se d SH E - PWM technique is the  sa m e  as  the approach  whi c h i s  ex pl ai ned i n  [ 6 ] .  M o r e ove r, t h e  fl o w chart  o f  t h e  vol t a ge bal a nci ng  st rat e gy  has  be en p r ese n t e d i n  t h e   Fi gu re 9.   It  sh oul d be  m e nt i oned t h a t  t h e swi t c hi n g  t r an s itio n s   o f  th e activ e  rectifier app lied  b y  using  opt oco u p l e r  o r   i s ol at i on t r ans f orm e r. T h eses  com pone nt s a r e re qui red ,   bec a use si gn al  o f  t h e c o nt rol l e r  s h o u l d   b e  iso l ated  from   th e v o ltag e  th at is im p o s ed   to  th e  g a te driver of th e Po wer  MO SFET or  I G BT sw itch e s  [ 15- 17] .        5.   COMPRASION OF  THE  TYPE  I AND  TYPE II  FUZ Z Y  LOGIC CONTROLLERS  In  t h e  rece nt  y ears,  t h e  Fuzz y  Lo gi c C o nt r o l l e r  has  bee n   em pl oy ed i n   v a ri o u s a p pl i cat i ons .  One  o f   th e  m o st i m p o rtan t reason s wh ich  co nv i n ced  th e scien tist to  e m p l o y  Fu zzy lo g i c syste m s  is  t h e h i gh  cap ab ility o f  decisio n  m a k i n g  in  Fu zzy C o n t ro ller  [1 3-17 ].    There a r e t w o  t y pes of Fuz z y  C ont rol l e r  whi c h are use d  i n  ap pl i cat ions:  Ty pe I F u zzy  Logi c   C ont r o l l e r  (Ty p e I - FLC )  an d  Ty pe I I  F u zz y  Logi c C ont r o l l e r (Ty p e I I - F LC ) [ 1 8- 2 2 ] .  The  bi g  di f f e r enc e   b e tween  th em  i s  in  d ealing   with  un certain ty issu es.  In  ot her  wo rd s, t h e  Ty p e  I-F LC  can not  per f ect l y  cove r t h e   measu r em en ts  an d   p a ram e ters o f  un certain t y p r ob lem s .  T h erefore, in   o r d e r to  im p r ov e th e ab ility o f   fu zzy   syste m s to  co ntro l th e un certain ties,  Ty pe I - FLC  ha s bee n  used . M o reo v e r, i n  Ty p e  I- F L C ,  t h e m e m b ershi p   function grade s  are determ ined by a cris p value. Howeve r, in  Typ e  II-FLC, th e m e m b er sh ip   fun c tion s   g r ad es  for e v ery elem ent is  not  a s p e c ific crisp  value. Figure  7 a n d  8,  s h o w   di f f er ence  bet w ee n t y pe I  an d  I I .  I n deed ,  Ty pe I I-F LC  i s  a p o we rf ul  t ool   whe n  e x ac t  val u e f o r t h e  m e m b ershi p   fu nct i on m u st  be  t une d.  In t h i s  st udy ,   FLC  t y pe I I  ha s bee n  em pl oy ed,  due  t o  t h e  unce r t a i n t y  i n   t h e DC  l i n k v o l t a ge bal a nci n g an d al s o  p r o v i d e a   b e tter  p e rforman ce in d y n a m i c con d ition s .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN :  208 8-8 7 0 8       High  Perf o r man ce C o n t ro l o f   Grid  C o n n ected  C a scad ed   H-Brid g e  Active  Rectifier Ba sed on … (A. Mo ei n i )  48 8 T ype  I I   Fu z z y Co n t r o l l e r ∑ V ci NV re f + _   + _ Typ e  I I   Fu z z y   C ont r o l l e r + +   (a)   T ype  I I  F u z z y   Con t r o l l e r Δθ re f θ v m e a s θ i m e a s Δθ me a s φ *   (b )   Fi gu re  4.  Sc he m a t i c  di agram   of  t h e  pr o p o s e d  c ont rol l e r         Fi gu re  5.  The  f u zzy  l o gi c c ont rol l e r c o nfi g u r at i o n         Fi gu re 6.   The  FLC   st r u ct u r e whi c h  i s  use d  on   t h e  C H B           Fi gu re  7.  A  t y p e -I m e m b ershi p   fu nct i o n,  (b )  B l urre d t y pe -I I  m e m b ershi p  f unct i o n  [ 18]   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    48 4 – 4 9 4   48 9   Fi gu re  8.  3 D  i l l u st rat i o n  o f  t y pe- I I  f u zzy  Ga ussi an  m e m b ershi p  f unct i o n  [ 19]       Tab l e II . The ru le b a se for  th e Typ e   I I  FLC  Rule No.   e  ce  U  1  PB ZE  PB  2  PM  ZE  PM   3  PS ZE   PS  4  ZE  NB  NB  5  ZE  NM   NM   6  ZE  NS  NS  7  NB ZE  NB  8  NM  ZE  NM   9  NS ZE   NS  10   ZE  PB PB  11   ZE  PM   PM   12   ZE  PS  PS  13   ZE  ZE  ZE   14   PB NS  PM   15   PS NB  NM   16   NB PS  NM   17   NS PB  PM   18   PS NS  ZE   19   NS PS  ZE                                 0 2 4 6 8 10 0 0. 2 0. 4 0. 6 0. 8 1 0 0. 5 1 Axi s  x Axi s  y Ax i s  z Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN :  208 8-8 7 0 8       High  Perf o r man ce C o n t ro l o f   Grid  C o n n ected  C a scad ed   H-Brid g e  Active  Rectifier Ba sed on … (A. Mo ei n i )  49 0 Tabl e I I I .  T h e  sort   o f  t h e  DC   l i nk  vol t a g e s i n   diffe re nt avai lable re dundant states conditions   Sort of DC link vo ltages   V o ltage level a f ter  transition  Optimal selected s w itching state  (Vd c 1 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=1   ( 0 , 0,  1)   (Vd c 1 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=1   ( 0 , 1,  0)   (Vd c 2 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=1   ( 1 , 0,  0)   (Vd c 2 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=1   ( 0 , 0,  1)   (Vd c 3 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=1   ( 0 , 1,  0)   (Vd c 3 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=1   ( 1 , 0,  0)   (Vd c 1 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=2   ( 0 , 1,  1)   (Vd c 1 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=2   ( 0 , 1,  1)   (Vd c 2 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=2   ( 1 , 0,  1)   (Vd c 2 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=2   ( 1 , 0,  1)   (Vd c 3 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=2   ( 1 , 1,  0)   (Vd c 3 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=2   ( 1 , 1,  0)   -  VL=3   ( 1 , 1,  1)   (Vd c 1 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=-1   (0 ,  0 ,  - 1 )   (Vd c 1 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=-1   (0 ,  - 1 ,  0 )   (Vd c 2 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=-1   (-1 , 0 ,  0 )   (Vd c 2 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=-1   (0 ,  0 ,  - 1 )   (Vd c 3 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=-1   (0 ,  - 1 ,  0 )   (Vd c 3 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=-1   (-1 , 0 ,  0 )   (Vd c 1 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=-2   ( 0 ,  -1 ,  -1 )   (Vd c 1 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=-2   ( 0 ,  -1 ,  -1 )   (Vd c 2 ≥ Vd c 3 ≥ Vd c )   VL=-2   (-1 , 0 ,   -1 )   (Vd c 2 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=-2   (-1 , 0 ,   -1 )   (Vd c 3 ≥ Vd c 1 ≥ Vd c )   VL=-2   (-1 , -1 ,  0 )   (Vd c 3 ≥ Vd c 2 ≥ Vd c )   VL=-2   (-1 , -1 ,  0 )   -  VL=-3   (-1 , -1 ,  -1 )   -  VL=0   ( 0 , 0,  0)       Sta r t Se le c tin g  th e   s w i t c h i ng a n g l e s   by   c o n s id e r in g  th e   m o dul a t i o n  i n de x G e n e r a t i ng t h e   v o l t ag e l e v e l   ( V L ) Sa m p l i n g  th e   c a p a c i t o r  vol t a ge s   j u s t  0. 1   m s  be f o r e   ea ch  t r a n s i t i o n S e le c t in g   a ppr op r i a t e   s w i t c h i ng s t a t e  ba s e d  on  T a bl e  I I I   I m po s i ng s e l e c t e d   a ppr op r i a t e   s w it c h in g  s t a t e   to  th e   a c tiv e  r e c tif ie r Do es  t h e  m o d u l a t i o n   i n de x c h a n g e ? No Ye s Do es  t h e  s w i t ch i n g   pe r i od f i n i s h ? Ye s No     Fi gu re  9.  The  f l owc h art   of  t h e  DC  l i n k  v o l t a ge  bal a nci n g  a p p r oach   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    48 4 – 4 9 4   49 1 6.   SIMULATION RESULTS  In o r der t o  s h o w  su pe ri o r i t y  and effect i v eness o f  t h e  pr o pose d  co nt rol  st rat e gy  a p p r oach , t h e  co nv erter is si m u la ted  in  MATLAB Sim u l i n k  en v i ron m e n t. Tab l e IV illu strates th e  param e ters o f  th e CHB   Active Rectifier. The sta r t-up and steady state behavi or  of the rectifi e r has  been   presen ted  in  the first   si m u latio n .  As far as it can  see in  Figure 8, th e b e h a v i or  of th e con v e rter is v e ry  go od  esp ecially, in  st art-up   and st ea dy  st at e poi nt s. T h e  secon d  si m u lat i on sh o w s t h e DC  l i nk  ri ppl es  of t h e c o n v e r t e r i n  di ffe rent   switch i ng   frequ en cy  of th e con t ro l strateg y .    The dy nam i c  beha vi o r  o f  t h e cont r o l l e r,  w h en t h e l o a d s  of t h e c o nve rt er ha ve s u d d e n l y  i n crease d   50% in each c e ll has been illustrated i n  the  last si m u lat i on. Based on the  Figure 10, t h e cont roller  has  a high  per f o r m a nce i n  dy nam i c con d i t i ons.        Table I V .  Circ uit pa ram e ters use d  f o r sim u lation   Pa ra m e ter   Sy m b ol   Value   Nu m b er  of H- br id ges  N  3  Cell no m i nal load  P  150W   Grid Voltage   V ac   120V   DC bus voltage  V dc  73V  I nput inductance   L  6m H  Line resistance   R  0. 2 Ω   DC bus capacitor   C  3m F  L i ne fr equency  F  60Hz  Conver t er  total power  P to ta l   450W         (a)       (b )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J ECE   I S SN :  208 8-8 7 0 8       High  Perf o r man ce C o n t ro l o f   Grid  C o n n ected  C a scad ed   H-Brid g e  Active  Rectifier Ba sed on … (A. Mo ei n i )  49 2   (c)       (d )     Fi gu re  9.  The  s t art - u p  a n d  st e a dy  st at e co n d i t i on  of  t h e c o n v ert e r .   (a)  AC   vol t a ge  an d  cu rre nt  o f  t h e  gri d  a n d   CHB AC term i n al vo ltag e  (b )  DC link   v o ltages, (c)  DC  l i n k  vol t a ge  ri ppl es  o f  t h e  p r o p o se d S H E - P W M  ( d )   harm onic s p ect ra  of t h e c u rrent        (a)       (b )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I S SN :  2 088 -87 08  IJEC E V o l .  6, No . 2, A p ri l  20 16   :    48 4 – 4 9 4   49 3   (c)     (d )     Figure  11.   The DC link  voltages  of each cel l in 50%  lo a d   variations i n  t h e  proposed Type II-FLC  and T y pe  I-F LC co ntr o llers,  (a)  T h e  A C  gri d   voltag e   and  CHB  v o ltage a n d  AC  cu rr ent in  p r o p o se d Ty pe- II  FLC  (b )  DC link   v o ltages in  Ty p e   II-FLC (c) Th e  AC grid   vo ltag e  an d CHB  vo ltage and   AC  cu rr en t in   T y p e -I   FL C  (d )  DC  l i n k  vol t a ges i n  Ty pe  I - FLC       7.   CO NCL USI O N   In t h i s  pa pe r,  i n  or der t o  c ont rol  t h e sev e n- lev e l CHB activ e rectifier, a Typ e  II  Fu zzy Log i c  C ont r o l l e r  (Ty p e  II -FLC )  ha s bee n   use d .  T h i s  m e t hod  i s   very   use f ul  w h en  t h e  co n v er t e r em pl oy s D C  l i n k   b a lan c ing  ap pro a ch  in  t h e [6 ]. Also , th e  Selectiv e Harm o n i c Eli m in atio n  PWM wh ich  h a s th e lo west   swi t c hi n g  fr eq uency  bet w een  t h e  m odul at i o n t echni que s i s  used t o  dec r ea se t h e swi t c hi n g  l o sses an d i n crease   the efficiency  of t h e c o nvert e r.  T h e  proposed SHE - PWM technique c a n eliminate the  harm onics  of t h e  v o ltag e  an d injected  cu rren t  up  to 29 th   h a rm o n i c. As it is illu strated  i n  t h e sim u lat i o n  sectio n ,  t h e sim u latio n   resul t s  o f  t h e  Ty pe II  Fuzzy  Logi c C ont r o l l er has  bet t e r dy nam i c perfo rm ance t h an t h e PI co nt r o l l e r  due t o   bet t e r  deci si o n   m a ki ng t h a n  P I  co nt r o l l e r t o  r e duce  t h e phas e  differe n ce be tween  gr id   vo ltag e  an d cur r e nt.       REFERE NC ES   [1]   S. Khom foi, L.M. Tolber t, "Multil evel  Power  Converters" ,  Po wer  Electroni cs  Handbook,  T h e  Universit y    of  Tennessee, Dep a rtment of  Electr i cal   and   Computer   Eng i neer ing,   [2]   J. Rodriguez, L. Jih-Sh eng, P.F. Zheng, "Multi level  inverters: a survey  of  topol ogies, con t rols,  a nd applications ,"  IEEE Tr ansactio ns on  Industrial  Electronics, vo1 . 49, no.  4, pp. 72 4-738,   Aug 200 2    [3]   A. Marzoughi ,  H. Im aneini , A. Moeini, “An o p tim al se l ect ive harm onic m itig ation  techn i que  for high power   converters”, Internation a l Journ a l of  Electrical Po wer &  Energ y  S y stems,  Volume  49, July  2013 , P a ges 34-39   [4]   A. Moeini , H. I m an-Eini, M. B a khshi zadeh , "Sel ect ive h a rm onic  m itigation-pu lse-width m odulati on technique wit h   variab le DC-link  voltages in sing le and  thr ee-ph a s e cas cad ed H-bridge inver t ers " ,   Power Ele c troni cs, IET   , vo l. 7,  no. 4 ,  pp . 924-9 32, Apr. 2014.  [5]   A. Moeini, A. M a rzoughi, H.  Iman-Ein i, S.  Farh angi, "A modified c ontrol strateg y  for  cascad ed  H-bridge  rectif iers  based on  the  low frequen c y SHE-PWM", Envir onment and  Electr i cal Engineer ing  (EEEIC),   2013  12 th   International Co nference on  , vol ., no., pp .501,50 6, 5-8  May  2013 .  [6]   A. Moeini, H.  Iman-Eini, A.  Marz oughi, "D C link voltag e  balan c ing appr o ach for cascaded H-bridge active  rectifier b a sed o n  selective h a rmonic  elimination - pulse  width modulation" ,  Powe r  Electr oni cs , IE T  , vol. 8, no . 4,  pp. 583-590 , 20 15.    [7]   A.J .  W a ts on, J . C. Clar e, P . W .   W h eeler , "A S e l ect ive Ha rmonic Elimination ap proach to  DC link balan c ing for  a  Multilev e l  Rect ifier", Power  Electroni cs and  Moti on Con t r o l Confer ence, 2006.  EPE-PEMC 2006. 12 th   International, vo l., no., pp .154- 1 59, Aug. 30 200 6-Sept. 1  2006.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.