I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em s   ( I J P E DS)   Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 ,   p p .   2 2 3 4 ~ 2 2 4 2   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 5 .i 4 . p p 2 2 3 4 - 2 2 4 2       2234     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   A nov el eight - swit ch nine - lev el mo d ified  A NP C inver ter  topo lo g y  and its op tima l mo dula tio n strategy       Adna ne  E l - A la m i ,  Ra do ua ne  M a j do ul ,   Abdelh a f id  Ait   E lm a hjo ub   La b o r a t o r y   o f   C o m p l e x   C y b e r - P h y si c a l   S y st e ms,   U n i v e r si t y   H a ssa n   I I   EN S A M   C a sa b l a n c a ,   C a sa b l a n c a ,  M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   2 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ma r   3 1 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Ap r   2 4 ,   2 0 2 4       An   e ig h t - sw it c h   n in e - lev e l  m o d ifi e d   AN P C  i n v e rter  ( 8 S - 9L - M AN P C)  is  d e sig n e d   a n d   sim u late d   in   th is  p a p e r.   Wi th   th is  to p o l o g y ,   o n ly   o n e   DC  v o l tag e   so u rc e   a n d   e ig h t  a c ti v e   se m ico n d u c to r  sw it c h e s  a re   re q u ired ,   sig n ifi c a n tl y   re d u c in g   sy ste m   siz e ,   we ig h t,   a n d   c o st.  T h e   stru c t u re   c o n sists   o f  a   fiv e - lev e l  AN P C  in v e rter  c a sc a d e d   with   a   two - lev e l  leg   c o n v e rter.  T h is  a rra n g e m e n t   e x ten d s  th e   5 L - AN P C  stru c t u re   to   a   9 L  c o n f ig u ra ti o n   with o u t  re q u iri n g   th e   u se   o f  a d d it i o n a l   c a p a c it o rs.  T o   m a in tain   t h e   b a lan c i n g   o f  th e   fl y i n g   c a p a c it o r  (F C),   a   m o d u lati o n   stra teg y   u sin g   a   sw it c h in g   sta te  re d u n d a n c y - b a s e d   c o n tr o l  m e th o d   is  e m p lo y e d .   Re c e n t  9 L  i n v e rters   in c o rp o ra ti n g   fl y in g   c a p a c it o rs  a n d   b a se d   o n   a   h y b rid   str u c tu re   h a v e   b e e n   c o m p a re d   with   t h e   p ro p o se d   stru c tu re .   By   c o n d u c ti n g   th is   c o m p a ris o n ,   we   c a n   h ig h li g h t   th e   p o ten t ial  im p ro v e m e n ts  o ffe re d   b y   t h e   p ro p o se d   stru c tu r e   o v e r  t h e   re c e n t  9 L  in v e rters   in   term s  o f   re d u c e d   c o m p o n e n t  c o u n t ,   sim p li fied   d e sig n ,   a n d   c o st  sa v in g s.  T h e   p ro p o se d   8S - 9L - M AN P C  i n v e rter  is  tes t e d   u n d e r  v a ri o u s  o p e ra ti n g   sit u a ti o n s  in   M ATLAB/S imu li n k   sim u latio n .   K ey w o r d s :   2 L   leg   co n v er ter   5L - ANPC   8S - 9L - MA NPC   Fly in g   ca p ac ito r   Mu ltil ev el  in v er ter s   Vo ltag e  b alan cin g   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ad n an e  E l - Alam i   L ab o r ato r y   o f   C o m p lex   C y b e r - Ph y s ical  Sy s tem s ,   Un iv er s ity   Hass an   I I   E NSAM  C asab lan c a   1 5 0   Nil  Stre et,   Sid i O th m an e  C asab lan ca ,   Mo r o cc o   E m ail:  ad n an e. elala m i - etu @ etu . u n iv h 2 c. m a       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   co n ce p t  o f   u s in g   m u ltil ev el  v o ltag e  in v er ter s   was  p aten ted   b y   r esear ch er s   ap p r o x im ate ly   3 0   y ea r s   ag o   [ 1 ] .   Mu ltil ev el  in v er ter s   ( ML I s )   with   n atu r al  o r   h y b r id   t o p o lo g ies  ar e  cu r r en tly   well - t ested   ch o ices  in   th e  m ed iu m -   an d   h ig h - p o wer   d o m ain s   [ 2 ] ,   in   ad d itio n   to   th e  tr ad itio n al  ap p licatio n s   o f   ML I s   s u ch   as  elec tr ic   tr ac tio n   an d   in d u s tr ial  d r iv es   [ 3 ] ,   o th er   a p p licatio n s   h a v e  em er g ed ,   in clu d in g   f le x ib le   AC   tr an s m is s io n   s y s tem s   [ 4 ] ,  h ig h   v o ltag e  d ir ec t  cu r r en t  tr an s m is s io n   [ 5 ] ,   m ed ical  ap p licatio n s ,   em er g en c y   p o wer   s u p p lies ,   u n in ter r u p tib le  p o wer   s u p p lies   [ 6 ] ,   ac tiv e  f ilter s   [ 7 ] ,   r en ew ab le  en er g y   s y s tem s   [ 8 ] ,   am o n g   o th er s .   ML I s   ar e   r ec o g n ized   f o r   th eir   s u p er io r   cu r r en t  q u ality   o win g   to   lo we r   h ar m o n ics  co m p ar ed   to   co n v en tio n al  in v er ter s ,  th ey   also   f ea t u r e  g o o d   elec tr o m ag n etic  co m p atib ilit y   ( E MC )   b eh a v io r   an d   r ed u ce d   s witch   v o ltag e   s tr ess   [ 9 ] .  Ho wev er ,   t h is   m eth o d   r eq u ir e s   th e  u s e   o f   m o r e  p o wer   s em ico n d u ct o r s ,   in c r ea s ed   co m p le x ity   o f   c o n tr o l,   an d   v o ltag e  b alan ci n g   ac r o s s   th e  ca p ac ito r s   [ 1 0 ] .   N e u t r a l   p o i n t - cl a m p e d   ( NP C )   [ 1 1 ] ,  f l y i n g   c a p a c i t o r   ( FC )   [ 1 2 ] ,   a n d   c a s c a d e d   H - b r i d g e   ( C HB )   [ 1 3 ]   a r e  n o w   t h e   m o s t   c o m m o n   t o p o l o g i e s   o f   v o l t a g e   s o u r c e   M L I s .   W h e n   v o l t a g e   l e v e l s   r is e ,   t h e   N PC   i n v e r t e r s   u s e   m o r e  c l a m p i n g   d i o d es   a n d   ac t i v e  s em i c o n d u c t o r   s wi t c h es ,   r es u lt i n g   i n   h i g h e r   c o n d u c t i o n   l o s s es   an d   r e v e r s e   r ec o v e r y   c u r r e n t s   t h at   i m p a c t  t h e   s w it c h in g   l o s s es   o f   o t h e r   d e v ic e s   [ 1 4 ] ,   i n   C HB   m u l t i le v e l   i n v e r te r s ,   ea c h   m o d u l e   r e q u i r e s   i t s   i n d i v i d u a l   DC   v o l t a g e   s o u r c e ,   w h i c h   l i m i ts   t h e   i n v e r te r ' s   a p p l i c at i o n   t o   h i g h e r   o u t p u t   v o l t a g e   l e v e l s .   C o n v e r s e l y ,   t h e   f l y i n g   c a p a cit o r   ( F C )   i n v e r t e r   p r o v e s   t o   b e   a   s u i t a b l e   s o l u t i o n   f o r   h i g h - l e v e l   a p p l i c at i o n s .   H o w e v e r ,   a   h i g h   n u m b e r   o f   f l y i n g   c a p a c i t o r s   ( FC s )   c o u l d   le a d   t o   a   l e s s   r e li a b l e   s y s t e m   a n d   a   h i g h e r   i n i t i a l   c o s t .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n o ve l e ig h t - s w itch   n in e - leve l m o d ified   A N P C   in ve r ter to p o lo g y   a n d   its   o p tima l   …   ( A d n a n e  E l - A la mi )   2235   Du e  to   th ese  co n s id er atio n s ,   n u m er o u s   r esear ch er s   h a v e  t u r n ed   th eir   atten tio n   to   o t h er   m u ltil ev el  to p o lo g ies.  T h ey   p r o p o s e   v ar io u s   s tr u ctu r es  o f   h y b r id   a n d   m o d u lar   ML I s .   I n d ee d ,   in   r ec en t  y ea r s ,   h y b r id   in v er ter s   f ea tu r in g   ac tiv e  n e u tr al  p o in t  clam p ed   ( ANPC )   to p o lo g ies  h av e  s ee n   a  s u r g e  in   p o p u lar ity ,   it   co m b in es  NPC   an d   F C   in v er ter s ,   th is   to p o lo g y   av o id s   th e  d is ad v an ta g e s   o f   co n v en tio n al  NPC s   an d   h as  g ain ed   p o p u lar ity   d u e  to   its   lo w  c o s t,  s m all  s ize,   an d   lo w   d esig n   co m p lex ity .   R ec en t  y ea r s   h av e   s ee n   i n cr ea s ed   in ter est  in   th e   5 L - ANPC   in v er ter ,   wh ich   is   alr ea d y   b ein g   u s ed   c o m m er cially   f o r   in d u s tr ial  ap p licatio n s   r eq u ir in g   m ed i u m   p o wer   lev els   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   W an g   et  a l .   [ 1 7 ]   p r o p o s e d   a   n ew  s ix - s witch   5L - ANPC   to p o l o g y .   C o m p a r ed   to   co n v en tio n a l   5L - ANPC   in v er ter s ,   th is   s tr u ctu r e  r ed u ce s   two   s witch es  an d   s h o ws  lo wer   co n d u ctio n   l o s s .   Ho wev er ,   o n e   lim itatio n   o f   th is   s tr u ctu r e   is   its   in ab ilit y   to   m ain tain   FC   v o ltag e  b alan cin g   u n d e r   m o d u latio n   in d ex   v ar iatio n .   T o   ad d r ess   th is   ch allen g e,   r es ea r ch er s   [ 1 8 ]   an d   [ 1 9 ]   p r o p o s e  a  s o lu tio n   b ased   o n   o u t p u t  v o ltag e  co n tr o l.  T h e   in v er ter   ca n   c o n tr o l  th e  o u tp u t   v o ltag e  an d   e n s u r e  th e  b ala n c e  o f   th e  FC   v o ltag e  ev en   with   m o d u latio n   i n d ex   v ar iatio n s .   T h is   co n tr o l  s tr ateg y   allo ws  f o r   m o r e  s tab le  an d   ac cu r ate  v o ltag e  co n tr o l,  r e s u ltin g   in   im p r o v e d   p er f o r m an ce   an d   r eliab ilit y   o f   th e  5 L - ANPC   in v er ter   in   m ai n tain in g   FC   v o ltag e  b alan ci n g .     W ith   a  m in im u m   n u m b e r   o f   p o wer   s em ico n d u cto r   d ev ices ,   an d   with o u t  an y   d io d e - clam p e d   o r   f ly in g   ca p ac ito r s ,   au th o r s   in   [ 1 4 ]   p r o p o s e  a  n o v el   n in e - lev el  i n v er t er .   Ho wev e r ,   t h is   s tr u ctu r e   g e n er ates  n in e   v o ltag e   lev els  with   o n ly   n in e  s witch e s   b y   ca s ca d in g   th e  d er iv ed   T - B r id g e  m o d u le  an d   th e  NPC   s tr u ctu r e.   T o   r e d u ce   s witch in g   lo s s es  in   p o wer   s em ico n d u cto r s ,   a   n o v el  m o d u lati o n   m et h o d   b ased   o n   m u lti - ca r r ier - b ased   s in u s o id al   p u ls e - wid th   m o d u latio n   tech n iq u es  an d   f u n d am e n tal  f r e q u en cy   m o d u latio n   is   p r o p o s ed .   An o t h er   w ay   to   p r o d u ce   a   n in e - lev el  is   d is cu s s ed   in   [ 1 6 ] ,  i n v o lv i n g   th e  s er i es  co n n ec tio n   o f   two   f iv e - l ev el  ANPC   in v er ter s .  W h ile  th is   co n f ig u r atio n   o f f er s   a  m o d u lar   s tr u ctu r e,   it  r eq u ir es  ad d itio n al  c o m p o n e n ts ,   i n cr ea s in g   th e  co n v er ter ' s   s ize  an d   co s t .  I n   t h e  ar ticle   [ 2 0 ] ,   an   in n o v ativ e  co n f ig u r atio n   is   in tr o d u ce d   f e atu r in g   a  n in e - lev el   m o d if ied   ANPC   in v er ter   u tili zin g   o n ly   ten   s witch es.  T h is   d esig n   co m p r is es  two   p r im ar y   co m p o n en ts :  a  f iv e - lev el  ANPC   u n it  an d   a  two - le v el  co n v e r ter   leg   with   a n   ad d i tio n al  A C   ter m in al   p o s itio n ed   at  its   m id p o in t.  T o   m ain tain   a   tig h t  b ala n ce   in   th e  v o ltag e  ac r o s s   th e  f ly in g   ca p ac ito r ,   a  m o d u latio n   tech n iq u e  b ased   o n   ad - h o c   s witch in g   s tate  r ed u n d an cy   is   u tili ze d .   T h is   ap p r o ac h   em p l o y s   a  lo o k u p   tab le  to   s tr ea m lin e   co n tr o l  co m p lex ity .   An o th er   h y b r id   9 L   in v e r ter   is   p r o p o s ed   in   [ 2 1 ] ,  t h e  p ap e r   in tr o d u ce s   a  n in e - lev el  ANPC /H - B r id g e  in v er ter   tailo r ed   f o r   h ig h - p o wer   m ed i u m   v o ltag e   m o to r   d r iv e   ap p licatio n s .   T wo   f iv e - le v el  ANPC   h a lf - b r id g es   co m p o s e  ea ch   p h ase  o f   th is   in v er ter .   Sin g le  DC - lin k   p o wer s   all  th e  p h ases .   Fu r th er m o r e,   all  f iv e  le v els  o f   th e  ANPC   b r id g es  o p er ate  at   th e  f u n d a m en tal  f r eq u en cy   f o r   th e   s er ies  lin k ed   o r   h i g h - v o ltag e  s witch es,  an d   PS - PW M  is   u s ed   f o r   c o n tr o llin g   th e  r e m ain in g   s witch es.   B y   ca s ca d in g   o f   f iv e - lev el  ANPC   s tr u ctu r e   an d   a   two - lev el  l eg   co n v e r ter ,   th is   p ap er   p r o p o s es  a  n o v el  eig h t - s witch   n in e - lev el  m o d i f ied   ANPC   in v er ter   ( 8 S - 9L - MA NPC ) .   C o m p ar ed   to   co n v en tio n al  ANPC   to p o lo g ies  a n d   r ec en t  ANPC   to p o lo g ies ,  th e  p r o p o s ed   s tr u ctu r e  u s es  eig h t  ac tiv e  s em i co n d u ct o r   s witch es  in s tead   o f   th e  c o n v e n tio n al  A NPC - b ased   to p o lo g y ,   th er eb y   r ed u cin g   s y s tem   s ize,   weig h t,  an d   c o s t.   T h e  FC   v o ltag e  is   co n tr o lled   at  its   r ef er en ce   v alu e   u s in g   a  s tr aig h t f o r war d   s witch in g   s tate  r ed u n d an cy - b ased   c o n tr o l.   Sectio n   2   o f   th is   p ap er   p r esen ts   a  b r ief   d escr ip tio n   o f   th e  6 S - 5L - ANPC   i n v er ter ,   wh ich   ca n   b e  u s ed   as  a  b a s is   f o r   d esig n in g   t h e  p r o p o s ed   9 L   in v er ter .   Sectio n   3   p r esen ts   a   cir cu it  an al y s is   o f   th e  8 S - 9L - MA NPC   in v er ter ,   a   to p o lo g y   d escr ip tio n ,   an d   a  m o d u latio n   ap p r o ac h   f o r   e n s u r in g   th e   FC   ca p ac ito r ' s   s elf - b alan cin g .   I n   s ec tio n   4 ,   th e  p er f o r m an ce   o f   th e   p r o p o s ed   to p o lo g y   is   test ed   an d   s i m u lated   to   ev al u ate  its   ef f ec tiv en ess .   T h e  r esu lts   o b tain ed   f r o m   th ese  test s   ar e  p r esen ted   an d   an aly z ed   in   d etail .   T o   d em o n s tr ate  h o w   well  it  c an   o v e r co m e   s o m e  o f   th e   d r aw b ac k s   o f   r ec en tly   p r o p o s ed   n i n e - lev el  t o p o lo g ie s ,   a  b r ie f   co m p ar is o n   an aly s is   is   d is cu s s ed   in   t h e   f in al  s ec tio n   o f   th e   p ap e r ,   an d   ac co m p an y in g   c o m m en ts   an d   co n clu s io n s   ar e  p r o v i d ed .       2.   SI X - SW I T CH   F I VE - L E V E L   ANP C  I N VE R T E R    T h e  5 L - ANPC   in v er ter   p r o v es  to   b e  a  f av o r ab le  o p tio n   f o r   r en ewa b le  en er g y   h a r v esti n g   o win g   to   its   im p r o v e d   ef f icien cy   an d   d esira b le  o u tp u t  wav ef o r m   ch ar ac ter is tics   [ 1 7 ] .   Fig u r e  1 ( a )   d e p icts   th e  s ix - s witch   f iv e - lev el   ANPC   ( 6 S - 5 L ANPC )   to p o lo g y .   T o   g en e r ate  a  f iv e - lev el  o u tp u t,  th is   s tr u ctu r e  r eq u ir es  s ix   ac tiv e  p o wer   s em ico n d u cto r   s witch es ( S1 - S6 )   an d   two   d is cr ete  d io d es ( D7 ,   D8 ) .   T h e  o u ter   s witch es ( S1 - S4 )   f u n ctio n   at  th e   s witch in g   f r eq u en cy ,   wh er ea s   th e  in n er   s witch es  ( S5 ,   S6 )   s wi tch   at  th e  lin e  f r eq u en cy .   Ad d it io n ally ,   th e  cu r r en t   p ath way s   in v o lv i n g   S5   an d   S6   in co r p o r ate  f ast  r ec o v e r y   d i o d es,  p er m itti n g   o n l y   u n i d ir ec tio n al  cu r r en t  f lo w.   I n   PV  g r id - co n n ec tio n   ap p licatio n s ,   en s u r in g   th at  th e  in v er ter   o u tp u t  cu r r en t  is   in   p h ase  wit h   th e  g r id   v o ltag e  is   ess en tial.   T h is   r eq u ir em en t  en ab les  th e  elim in atio n   o f   s p ec if ic  r ea ctiv e  cu r r e n t  r o u tes .   C o n s eq u en tly ,   th e  6 S - 5L - ANPC   in v er ter   p r o v es  to   b e  a  s u itab le  ch o ice  f o r   PV  ap p licatio n s .   Ho wev er ,   th is   to p o lo g y   ca n n o t  b e  u s ed   u n d er   lo w  p o wer   f ac t o r   co n d it io n s .   T h er ef o r e,   to   m a k e  th e  i n v er ter   m o r e  f lex i b le,   esp ec ially   f o r   lo a d s   with   a  lo w  p o wer   f ac to r ,   we  p r o p o s e   th e  r ep lace m e n t  o f   th e  S5   an d   S6   s witch es  in   th e  6 S - 5L - A NPC   to p o lo g y   with   b id ir ec tio n al  s witch es a s   d ep icted   in   Fig u r e  1 ( b ) .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   223 4 - 2 2 4 2   2236       ( a)   ( b )     Fig u r e   1 .   5 L - ANPC   in v er ter :  ( a)   6 S - 5L - ANPC   in v er ter   a n d   ( b )   th e  p r o p o s ed   5L - ANPC       3.   P RO P O SE D  E I G H T - SW I T CH   NINE - L E V E L   M O DIF I E D  ANP C  I NVER T E R  ( 8 S - 9L - M ANP C)   3 . 1 .   T o po lo g ies   des cr iptio n   T h e  s tr u ctu r e   o f   th e  p r o p o s e d   8 S - 9L - MA NPC   in v er ter   is   d ep icted   in   Fig u r e   2 .   I t  co n s is ts   o f   th e  p r o p o s ed   5 L - ANPC   in v er ter   Fig u r e  1 ( b )   ca s ca d ed   with   a   2 L   leg   co n v er ter .   I n   th is   co n f i g u r atio n ,  i n s tead   o f   b ein g   lo ca ted   at  th e  m id p o i n t  o f   th e  DC   lin k ,   th e  ad d itio n al  AC   ter m in al  is   lo ca ted   at  th e  m id p o in t  o f   th e  2 L   co n v er ter   leg .   T h e  s witch es  with in   th e  2 L   co n v er ter   leg   a r e  en g in ee r ed   to   f u n ctio n   at  th e   lin e  f r eq u e n cy .   I n d ee d ,   em p lo y in g   a  g ate  tu r n - o f f   ( GT O)   th y r is to r   ca n   b e  a  v iab le  o p tio n   f o r   d esig n in g   th e  s witch es  in   th e  2 L   co n v er te r   leg   o f   th e  i n v er ter .   GT O  th y r is to r s   ar e  s p ec if ically   d esig n ed   t o   h a n d le  h ig h   v o ltag e s   an d   h ig h - p o we r   ap p licatio n s ,   m ak in g   t h em   we ll - s u ited   f o r   th is   p u r p o s e.   T h e y   ca n   ef f icien tly   h a n d le  lo w - f r eq u en cy   o p er atio n s   an d   p r o v i d e  r o b u s t  s witch in g   ca p ab ilit ies.  T h e  p r o p o s ed   5 L - ANPC   in v er ter   g e n er ates  f iv e  d if f e r en t  v o ltag e   lev els  ( 0 ,   0 . 2 5   Vd c ,   0 . 5   Vd c,   - 0 . 2 5   Vd c,   - 0 . 5   Vd c )   at   its   o u tp u t,  w h ich   a r e  b ased   o n   th e   ca p ac ito r   v o ltag es   with in   th e  i n v er ter .   T o   f u r th e r   ex p an d   th e   av ailab le   v o ltag e  lev els,  an   ad d itio n al  m id p o i n t  o f   th e   2 L   L eg   is   in tr o d u ce d .   T h is   ad d itio n   e n ab les  th e  g en er atio n   o f   f o u r   m o r e  v o ltag e  lev els  ( 0 . 7 5   Vd c,   Vd c,   - 0 . 7 5   Vd c,   - Vd c )   in   ad d itio n   to   th e   ex is tin g   f iv e  lev els.  B y   i n co r p o r atin g   th i s   m id p o in t   o f   th e   2 L   L eg ,   th e  in v e r te r   ca n   n o w   p r o v id e   a  to tal   o f   n in e  v o ltag e   lev els  at  its   o u tp u t.   T h ese  a d d itio n al  v o ltag e   lev els  en h an c e  th e  f lex i b ilit y   an d   co n tr o l o f   th e  in v er ter ,   allo win g   f o r   m o r e  p r ec is e  p o wer   co n v er s io n   an d   im p r o v ed   p e r f o r m a n ce .           Fig u r e   2 .   Sch em e   o f   t h e  p r o p o s ed   in v er ter       3 . 2 .   O pera t ing   p rinciple s   An   o v e r v iew  o f   th e   s witch in g   s tates  f o r   th e   p r o p o s ed   8 S - 9L - MA NPC   in v er ter   is   s h o wn   in   T ab le  1 .   As ca n   b e  s ee n ,   th e r e  ar e  f o u r   p air s   of   s witch in g   s tates th at  a r e  r ed u n d an t   r esu ltin g   in   id en t ical   o u tp u t  v o ltag e:    -   States   V 31 +   an d   V 32+   th at  g en er ate  3 V dc /4 ;    S 1 S 5 D 5 D 6 S 6 S 2 S 3 S 4 C fc C 1 C 2 V dc + L f L O A D i o v o v fc S 1 S 2 S 3 S 4 S 6 C fc C 1 C 2 V dc + L f L O A D i o v o v fc S 5 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 C fc C 1 C 2 V dc + L f L O A D i o v o v fc J J Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n o ve l e ig h t - s w itch   n in e - leve l m o d ified   A N P C   in ve r ter to p o lo g y   a n d   its   o p tima l   …   ( A d n a n e  E l - A la mi )   2237   -   States   V 11 +   an d   V 12+   th at  g en er ate  V dc /4 ;    -   States   V 31 -   an d   V 32 - th at  g en er a te  - 3V dc /4 ;    -   States   V 11 -   an d   V 12 -   th at  g en er ate  - V dc /4 .     B y   u tili zin g   th ese   r ed u n d a n t  s tates,  it’s  b ec o m e   p o s s ib le  to   co n tr o l   th e  f ly in g   c ap ac ito r   v o ltag e  to   a  co n s tan t  v alu e  o f   V dc /4 .   T h e   s witch in g   s tates with in   ea ch   p air   g e n er at e  o p p o s in g   cu r r e n ts   th r o u g h   th e  FC ,   r esu ltin g   in   a   b alan ce d   v o ltag e  ac r o s s   th e  ca p ac ito r .   Fig u r e s   3 ( a) - 3 ( d )   s h o w  th e  in v er ter   s ch em e  an d   cu r r en t  p ath   f o r   s tates:   V 31+ , V 32+ , V 1 1+ ,   an d   V 12+ .       T ab le  1 .   Switch in g   s tates f o r   t h e  p r o p o s ed   in v er ter   S t a t e   S w i t c h e s   st a t e s   O u t p u t   v o l t a g e   F C   c a p a c i t o r   S1   S2   S3   S4   S5   S6   J   Vo   V 4+   1   1   0   0   0   0   0   V dc   --   V 31+   0   1   0   0   0   1   0   3V dc /4   D i sch a r g i n g   V 32+   1   0   1   0   0   0   0   3V dc /4   C h a r g i n   V 2+   0   1   0   0   1   0   0   V dc /2   --   V 11+   0   0   1   0   1   0   0   V dc /4   C h a r g i n   V 12+   0   1   0   1   0   0   0   V dc /4   D i sch a r g i n g   V 0+   0   0   1   1   0   0   0   0   --   V 0 -   1   1   0   0   0   0   1   0   --   V 11 -   1   0   1   0   0   0   1   - V dc /4   D i sch a r g i n g   V 12 -   0   1   0   0   0   1   1   - V dc /4   C h a r g i n   V 2 -   0   0   1   0   0   1   1   - V dc /2   --   V 31 -   0   0   1   0   1   0   1   - 3V dc /4   D i sch a r g i n g   V 32 -   0   1   0   1   0   0   1   - 3V dc /4   C h a r g i n   V 4 -   0   0   1   1   0   0   1   - V dc   --         ( a)   ( b )     ( c)   ( d )     Fig u r e  3 .   Switch in g   s tates a n d   cu r r en t  p ath   f o r :  ( a)   V 11+ ,  ( b )   V 12+ ,   ( c)   V 32+ ,  an d   ( d )   V 31+       3 . 3 .   P ro po s ed   8S - 9L - ANP C  co ntr o l  s chem e   Fig u r e   4   illu s tr ates  th e  p r o p o s ed   co n tr o l  s ch em e  f o r   th e   8 S - 9L - MA NPC   in v er ter .   As  d ep i cted   in   th e   f ig u r e,   t h e  in v er te r   co n tr o l d ia g r am   co m p r is es sev er al  v ital c o m p o n en ts   an d   elem e n ts :   -   Pu ls e  wid th   m o d u lato r :  g e n er ates  th e  9 - lev el  wav ef o r m   b y   co m p ar in g   a  r ef e r en ce   s in u s o i d al  s ig n al  with   eig h t  tr ian g le  ca r r ie r s   with   id en tical  p ea k - to - p ea k   am p litu d e s   an d   f r eq u e n cies.  T h e  eig h t  s i g n al  co m p a r is o n   o u tp u ts   ar e  th e n   s u m m ed   to g et h er   to   g e n er ate  th e  9 L   s tair ca s e  r ef er en ce   s ig n al  V r - anpc .   -   L ev el  id en tifie r :  f r o m   th e  r e f e r en ce   s ig n al  V r - anpc ,   th is   b l o ck   is   ab le  to   id en tif y   th e  v o ltag e  lev el  th at  n ee d s   to   b e  p r o d u ce d ,   en a b lin g   th e   s elec tio n   o f   th e  a p p r o p r iate  s witch   s tates f o r   th e  in v er te r .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   223 4 - 2 2 4 2   2238   -   Z er o - b a n d   c o m p ar at o r :  wh ich   ca n   d eter m i n e  th e   d ir ec tio n   o f   th e  in v er ter   o u tp u t  cu r r en t,  t h e  o u tp u t  o f   th is   co m p ar ato r   is   d esig n ated   as  i od .   W h en   i od   =   1 ,   i t  is   ass u m ed   th at  th e  lo ad   cu r r en t  f lo ws  o u t   o f   th e  AC   ter m in al   (i o   >  0 ) .   C o n v er s ely ,   if   i od   =   0 ,   th e  l o ad   c u r r e n t  f lo ws  in t o   t h e  AC   s u p p ly   ter m in al   ( i o   <   0 ) .   Dete ctin g   t h e  d ir ec tio n   o f   th e  o u tp u t  cu r r e n t  allo ws  th e  ap p r o p r iate  s witch in g   s tate  to   b e  s elec ted   f o r   th e   f o u r   r e d u n d an t   s tates.  T h is   en s u r es th e  s elf - b alan cin g   o f   th e  FC   ca p ac ito r .   -   H y s t e r es is   c o m p a r a t o r :   i n   t h is   s c h e m e ,   t h e   FC   v o l t a g e   is   co n t r o l l e d   u s i n g   a   h y s t e r es is   b a n d .   T h i s   b l o c k   m e a s u r e s   t h e   v o l t a g e  a c r o s s   t h e   f l y i n g   c a p a c i t o r   t o   s el e c t   a  p r o p e r   s w it c h   c o m b i n a ti o n   e a c h   ti m e   t h e   FC   v o l ta g e  c r o s s es   a n y   o f   t h e   d e f i n e d   b a n d s .   W h e n   t h e   FC   v o l t a g e  r e a c h es  t h e   u p p e r   l i m i t ,   H   b e c o m es   “ 1 ”,   a n d   v i c e   v e r s a .   -   C o n tr o l  law:  T h e  s witch in g   s tates  d ep icted   in   T ab le  1   ar e  im p lem en ted   u s in g   a  s cr ip t.  T h is   b lo ck   tak es  in to   ac co u n t  t h r ee   f a cto r s :  th e  d esire d   v o ltag e  lev els  to   b e   g en e r ated   ( V r - anpc ) ;  th e   d ir ec tio n   o f   th e  lo ad   cu r r e n t  (i od ) ;  an d   th e  s tate  o f   th e  f ly in g   c ap ac ito r   v o ltag e  ( H) .   B y   co n s id er in g   th ese  p ar am eter s ,   th e  s cr ip t  d eter m in es  th e  ap p r o p r iate  s witch in g   s tates f o r   th e  in v er ter   o u tp u t.   As  th e  s witch in g   s tates  f o r   v o l tag e  lev els  V dc   an d   V dc /2   a r e  n o t  r ed u n d a n t,  th e   p r o ce s s   o f   s e lectin g   th e   s witch in g   s tate  is   s tr aig h tf o r w ar d .   Ho wev er ,   to   p r o d u ce   th e  o th er   v o ltag e  lev els,  th e  in v o l v em en t o f   th e  f ly in g   ca p ac ito r   is   n ec ess ar y .   Fo r   th i s ,   th e  s tate  o f   th e  FC   v o ltag e   is   co n s id er ed   th r o u g h   th e   o u tp u t  cu r r e n t  d ir ec tio n   i od   an d   H  s tate.   Fo r   ex am p le,   wh en   th e  o u t p u t  v o ltag e  is   V dc /4 ,   i od   =  1 ,   an d   H  =  0 ,   th is   in d icate s   th at  th e  FC   ca p ac ito r   is   d is ch ar g ed   an d   n e ed s   to   b e  ch a r g ed ;  i n   th is   ca s e,   th e  co n t r o l  alg o r ith m   s elec ts   th e  s witch in g   s tate  V 11+ .   Similar ly ,   wh en   th e   o u t p u t  v o ltag e  is   V dc /4 ,   i od   =  1 ,   a n d   H  =   1 ,   th e   s witch in g   s tate  V 12+   is   s e lecte d ,   an d   th e  FC   v o ltag e  s tar ts   to   d ec r ea s e,   en s u r in g   th e  b alan cin g   o f   t h e  FC   ca p ac ito r .   An o th er   p air   o f   r ed u n d an t  s tates,  V 0+   an d   V 0 - ,   wh ich   g en e r ate  0   V  in   th e  o u t p u t v o ltag e,   is   u s ed   to   b alan ce   th e  p o wer   lo s s es in   th e  in v e r ter .           Fig u r e   4 .   T h e  p r o p o s ed   c o n tr o l sch em e  o f   8 S - 9L - MA NPC   in v er ter       4.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S  AND  DIS CUSS I O NS   Simu latio n s   o f   th e  p r o p o s ed   8 S - 9L - MA NPC   in v er ter   ar e  c o n d u cte d   u s in g   MA T L AB /Si m u lin k .   An   o v er v iew  o f   th e  p ar am eter s   o f   th e  p r o p o s ed   in v er ter   r e q u ir e d   f o r   th e  s im u latio n s   is   g iv en   i n   T ab le  2 .   I n itially ,   we  ass es s   th e  p er f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   m u ltil ev el  s y s tem   an d   v alid ate  th e  ef f icac y   o f   th e  co n tr o l  s tr ateg y   in   m ain tain in g   v o ltag e  b alan c e  ac r o s s   th e   f ly in g   ca p ac ito r .   T h e  r esu lts   ar e   p r esen ted   in   Fig u r e  5 .   Fr o m   t o p   t o   b o tto m ,   th e  f i g u r e  s h o ws  th e  o u tp u t  v o ltag e,   t h e  two   DC   lin k   ca p ac ito r   v o ltag es,  th e  o u tp u t  cu r r en t,   an d   th e  FC   ca p ac ito r   v o ltag e.   Acc o r d in g   t o   th e  r esu lts ,   Fig u r e  5 ( a )   d em o n s tr ates  th e  ca p ab ilit y   o f   th e  n ew  8 S - 9L - MA NPC   in v er ter   to   g e n er ate  9 L   v o ltag e  wav ef o r m s ,   f ac ilit ated   b y   th e  p r o p o s ed   c o n tr o l   s ch em e ,   th e  v o ltag e   ac r o s s   th e   two   DC   lin k   ca p ac ito r s   v ar ies  ar o u n d   V dc /2 ,   th e   ch o ice  o f   2 0 0 0   µF  ca p ac ito r s   lim its   its   v o ltag e  r ip p les  with in   2 . 5 %  F ig u r e   5 ( b )   a n d   t h e  o u tp u t  cu r r e n t  o f   th e   in v e r ter   is   p u r ely   s in u s o id al   F ig u r e  5 ( c) ;  a d d itio n ally ,   we  ca n   o b s er v e  th e  ef f ec t  o f   th e   co n tr o l  s tr ateg y   o n   ac h iev in g   FC   v o ltag e  b alan ce   ar o u n d   V dc /4   F ig u r e  5 ( d ) ;  v o ltag e   r ip p le  ca n   b e  co n tr o lled   b y   ad ju s tin g   th e   h y s ter esis   b an d   o f   th e   co m p a r ato r   u s ed   in   t h e  co n tr o l   cir cu it.   Fig u r e  5 ( e )   d is p lay s   th e  o u t p u t  cu r r en t   T HD  m ea s u r em en t,  wh ich   is   2 . 6 3 %  Fu r th er m o r e ,   we   test   th e   p er f o r m an ce   o f   th e  p r o p o s ed   i n v er ter   u n d er   in d ex   m o d u latio n   v ar iatio n ;  th e  aim   o f   th is   test   is   to   ev alu ate  its   r o b u s tn ess   an d   ab ilit y   to   h an d le  d if f er en t   o p e r atin g   co n d itio n s .   Fig u r e s   6 ( a) - 6 ( d )   d em o n s tr ates  th at  as  th e   m o d u latio n   in d e x   v ar ies  f r o m   0 . 5   to   0 . 9 ,   b o th   th e  FC   ca p ac it o r   an d   th e  DC   lin k   ca p ac ito r s   m ain tain   a  b ala n ce d   s tate,   th is   o b s er v atio n   co n f ir m s   th e  ef f icac y   o f   th e  p r o p o s ed   co n tr o l  s tr ateg y   i n   en s u r in g   th e  ad ap tab ilit y   o f   th e  8S - 9L - MA NPC   in v er ter   to   m o d u latio n   i n d ex   v ar iatio n s .   P W M  C ompa r i s ons -4 ∑ P ul se W i dt h Modul a t or H yst e r e si s C om pr a t or Ze r o- ba nd C om pa r a t or L e ve l  Ide nt i fi e r V r -an pc i o i od H V FC + - Cont rol L a w G at e  pul s e s v o * Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n o ve l e ig h t - s w itch   n in e - leve l m o d ified   A N P C   in ve r ter to p o lo g y   a n d   its   o p tima l   …   ( A d n a n e  E l - A la mi )   2239   T ab le  2 .   Par am eter s   o f   th e  p r o p o s ed   in v er te r   P a r a me t e r   V a l u e   Lo a d   r e si s t a n c e   ( Ω )   50   Lo a d   i n d u c t a n c e   ( mH )   10   F C   c a p a c i t a n c e   ( µ F )   3 1 0   F i l t e r   i n d u c t a n c e   ( mH )   10   D C   l i n k   v o l t a g e   V d c   ( V )   4 0 0   D C   c a p a c i t a n c e   ( µ F )   2 0 0 0   S w i t c h i n g   f r e q u e n c y   ( k H z )   5   P o w e r   f a c t o r   0 . 5   –   0 . 9         ( a)     ( b )     ( c)     ( d )     ( e)     Fig u r e   5 .   Simu latio n   r esu lts   o f   8 S - 9L - MA NPC   in v er ter :  ( a)   o u tp u t  v o ltag e ,   ( b )   DC - lin k   ca p ac ito r   v o ltag e ,   ( c)   o u t p u t c u r r en t ,   ( d )   FC   v o lt ag e ,   an d   ( e)   T HD  o f   o u t p u t c u r r en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   223 4 - 2 2 4 2   2240     ( a)     ( b )     ( c)     ( d )     Fig u r e .   6 .   Simu latio n   r esu lts   u n d er   in d ex   m o d u latio n   v ar iati o n :  ( a)   o u tp u t   v o ltag e ,     ( b )   DC - lin k   ca p ac ito r   v o ltag e ,   ( c)   o u t p u t   cu r r en t ,   a n d   ( d )   FC   v o ltag e       5.   CO M P ARI SO N  ANA L YS I S   O F   T H E   P RO P O SE D  CO N VE R T E R   T h e   p r o p o s e d   t o p o l o g y   is   e v a l u at e d   b ase d   o n   a  c o m p ar ati v e  s tu d y .   W e  c o m p ar e  o u r   s tr u ct u r e  t o   s i m il ar   s tr u ct u r es   t h a t  in co r p o r ate   f l o ati n g /f ly in g   c ap ac it o r s   a k i n   t o   t h o s e   e m p lo y ed   i n   ANPC s   a n d / o r   t h a t  in v o l v e   h y b r i d i zi n g   b etw ee n   t wo   t o p o l o g ies ,   s i m il ar   t o   t h e  a p p r o ac h   p r ese n t ed   i n   t h is   p ap e r .   I n   T a b le  3 ,   we   s u m m a r iz e  th e   k e y   f ea t u r es   o f   t h e   p r o p o s ed   t o p o lo g y   a n d   its   c o u n te r p a r ts .   T h e   v a r ia b l es  t h at  a r e   c o m p a r e d   a r e   n u m b e r   o f   h i g h - f r e q u e n c y   s wit c h es   ( HF S),   t h e   n u m b er   o f   l o w - f r e q u e n c y   s wi tc h es   ( L FS ) ,   t h e   n u m b e r   o f  f l y i n g /f lo ati n g   ca p ac it o r s   ( FC ) ,   a n d   t h e  n u m b er   o f   DC - li n k   c ap ac it o r s .   T h es e  v ar ia b l es  c an   s i g n if i ca n t ly   im p a ct  t h e   o v er all  c o s t   o f   t h e  in v er t e r .   Ho we v e r ,   i n c r ea s i n g   t h e   n u m b er   o f   s witc h e s   an d   ca p a cit o r s   l ea d s   t o   h i g h er   c o s ts   d u e  t o   th e  ad d it io n al   c o m p o n e n ts   r e q u i r e d ,   s u c h   as   ca p a cit o r s   a n d   ass o ciat e d   c o n tr o l   cir c u it r y .   B y   s e lect in g   t h e   9 - le v el   s tr u ct u r es   as   t h e   b asis   o f   c o m p a r is o n ,   it   c an   b e   s ee n   f r o m   T ab l e  3   t h at   t h e   p r o p o s e d   s t r u c tu r e   h as  th e  f e west   s witc h es   a n d   c ap ac i to r s .   T h e  p u r p o s e   o f   t h is   c o m p ar is o n   is   t o   d e m o n s tr ate   a n d   h ig h l ig h t   t h e  s u p er io r it y   o f   t h e  p r o p o s e d   d esi g n   i n   te r m s   o f   r e d u ci n g   co m p le x i ty   a n d   o p t im i zin g   c o m p o n e n t   r e q u ir em en ts .       T ab le  3 .   C o m p a r is o n   o f   th e  8 S - 9L - ANPC   in v er ter   with   o th e r   r ec en t to p o lo g ies    ( s in g le - p h ase  in v e r ter )   M LI   N o .   o f   H F S s   N o .   o f   LFS s   N o .   o f   F C s   N o .   o f   D C   l i n k   c a p .   To t a l   o f   c a p .   [ 1 6 ]   -   16   2   4   6   [ 2 0 ]   8   2   1   2   3   [ 2 2 ]   8   4   2   2   4   [ 2 3 ]   12   -   2   2   4   [ 2 4 ]   6   4   1   2   3   [ 2 5 ]   10   2   1   2   3   [ 2 6 ]   6   2   1   2   3   [ 2 7 ]   8   2   0   2   2   [ 2 8 ]   6   2   -   -   3   [ 2 9 ]   6   2   -   -   2   P   6   2   1   2   3         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       A   n o ve l e ig h t - s w itch   n in e - leve l m o d ified   A N P C   in ve r ter to p o lo g y   a n d   its   o p tima l   …   ( A d n a n e  E l - A la mi )   2241   6.   CO NCLU SI O N   I n   th is   p a p er ,   a   n o v el  eig h t - s wi tch ,   n in e - le v el  m o d if ied   ANP C   in v er ter   ( 8 S - 9L - MA NPC )   is   p r esen ted .   T h e  5 L - ANPC   in v er ter   an d   a  2 L   co n v e r ter   leg   ar e  co m b in e d   to   d ev elo p   th is   to p o lo g y .   T h er e  is   o n ly   o n e  DC   v o ltag e  s o u r ce   an d   eig h t  ac tiv e  s em ico n d u ct o r   s witch e s   r eq u ir ed   b y   t h e  8 S - 9L - MA NPC ;  th is   d ec r ea s e  in   t h e   to tal  n u m b er   o f   p ar ts   r esu lts   in   a  s m aller   o v er all  s y s tem   s i ze ,   weig h t,  an d   p r ice.   Ad d itio n ally ,   u s in g   f ewe r   co m p o n en ts   s im p lifie s   th e  d esig n   an d   m an u f ac tu r e  o f   s y s tem s .   T h e  p r o p o s ed   s tr u ctu r e   em p l o y s   a  s tr aig h tf o r war d   s witch in g   s tate  r ed u n d an c y - b ased   co n tr o l  m eth o d   t o   r e g u late  th e   F ly in g   C ap ac ito r   v o ltag e.   T h is   co n tr o l stra teg y   g u ar an te es th at  th e  FC   v o ltag e  i s   m ain t ain ed   at  its   r ef er en ce   v alu e,   allo win g   f o r   ef f icien t   o p er atio n   an d   s tab le   p er f o r m a n ce   o f   th e   in v er ter .   Simu lated   s tu d ies  wer e  u s ed   to   ev alu ate   th e  p r o p o s ed   co n tr o l   s tr ateg y ,   wh ich   v alid ated   its   e f f ec tiv en ess   b y   s h o wca s in g   th e  s y s tem 's  ab ilit y   to   ad ap t  a n d   r esp o n d   to   ch an g es  in   in d e x   m o d u latio n .   T h e   in v er ter   d e m o n s tr ated   s tab le  o p e r atio n ,   ac c u r a te   v o ltag e   r eg u l atio n ,   an d   e f f icien t  p o wer   co n v er s io n   ac r o s s   a  r an g e  o f   in d ex   m o d u latio n   v ar iati o n s .       ACK NO WL E DG E M E NT S   W e  g r atef u lly   ac k n o wled g e  t h e  s u p p o r t  p r o v i d ed   b y   “Un i v er s ity   Hass an   I I   E NSAM  C asab lan ca ”  th r o u g h   th e  r esear ch   f o r   th is   a r ticle .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   H .   A b u - R u b ,   J .   H o l t z ,   J.   R o d r i g u e z ,   a n d   G e   B a o m i n g ,   “ M e d i u m - V o l t a g e   M u l t i l e v e l   C o n v e r t e r s — S t a t e   o f   t h e   A r t ,   C h a l l e n g e s ,   a n d   R e q u i r e me n t s i n   I n d u s t r i a l   A p p l i c a t i o n s,”   I EE E  T r a n sa c t i o n s   o n   I n d u st r i a l   El e c t r o n i c s ,   v o l .   5 7 ,   n o .   8 ,   p p .   2 5 8 1 – 2 5 9 6 ,   A u g .   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 1 0 . 2 0 4 3 0 3 9 .   [ 2 ]   J.  Z h a n g ,   S .   X u ,   Z .   D i n ,   a n d   X .   H u ,   “ H y b r i d   m u l t i l e v e l   c o n v e r t e r s:   To p o l o g i e s,   e v o l u t i o n s  a n d   v e r i f i c a t i o n s,”   E n e rg i e s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   4 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / e n 1 2 0 4 0 6 1 5 .   [ 3 ]   L.   B e n - B r a h i m ,   “ A   d i sc o n t i n u o u s  P W M   m e t h o d   f o r   b a l a n c i n g   t h e   n e u t r a l   p o i n t   v o l t a g e   i n   t h r e e - l e v e l   i n v e r t e r - f e d   v a r i a b l e   f r e q u e n c y   d r i v e s, ”   I EE E  T r a n s a c t i o n s  o n   E n e r g y   C o n v e r si o n ,   v o l .   2 3 ,   n o .   4 ,   p p .   1 0 5 7 – 1 0 6 3 ,   2 0 0 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TE C . 2 0 0 8 . 2 0 0 1 4 3 5 .   [ 4 ]   F .   Z.   P e n g ,   “ F l e x i b l e   A C   Tr a n s mi ss i o n   S y st e ms  ( F A C TS)   a n d   R e s i l i e n t   A C   D i s t r i b u t i o n   S y st e ms   ( R A C D S )   i n   S m a r t   G r i d , ”   i n   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   I E EE ,   2 0 1 7 ,   v o l .   1 0 5 ,   n o .   1 1 ,   p p .   2 0 9 9 – 2 1 1 5 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JP R O C . 2 0 1 7 . 2 7 1 4 0 2 2 .   [ 5 ]   H .   A l y a m i   a n d   Y .   M o h a me d ,   “ R e v i e w   a n d   d e v e l o p m e n t   o f   M M C   e mp l o y e d   i n   V S C - H V D C   s y st e ms,”   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / C C E C E. 2 0 1 7 . 7 9 4 6 6 7 6 .   [ 6 ]   M .   A a m i r ,   K .   A h me d   K a l w a r ,   a n d   S .   M e k h i l e f ,   “ R e v i e w :   U n i n t e r r u p t i b l e   P o w e r   S u p p l y   ( U P S )   s y st e m, ”   Re n e w a b l e   a n d   S u st a i n a b l e   En e r g y   Re v i e w s ,   v o l .   5 8 ,   p p .   1 3 9 5 – 1 4 1 0 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . r ser. 2 0 1 5 . 1 2 . 3 3 5 .   [ 7 ]   B .   D e f f a f ,   H .   F a r i d ,   H .   B e n b o u h e n n i ,   S .   M e d j m a d j ,   a n d   N .   D e b d o u c h e ,   “ S y n e r g e t i c   c o n t r o l   f o r   t h r e e - l e v e l   v o l t a g e   s o u r c e   i n v e r t e r - b a s e d   s h u n t   a c t i v e   p o w e r   f i l t e r   t o   i m p r o v e   p o w e r   q u a l i t y , ”   E n e rg y   R e p o r t s ,   v o l .   1 0 ,   p p .   1 0 1 3 – 1 0 2 7 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e g y r . 2 0 2 3 . 0 7 . 0 5 1 .   [ 8 ]   R .   D o g g a   a n d   M .   K .   P a t h a k ,   “ R e c e n t   t r e n d s  i n   s o l a r   P V   i n v e r t e r   t o p o l o g i e s,”   S o l a r  E n e r g y ,   v o l .   1 8 3 ,   p p .   5 7 – 7 3 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . so l e n e r . 2 0 1 9 . 0 2 . 0 6 5 .   [ 9 ]   R .   M a j d o u l ,   A .   T o u a t i ,   A .   O u c h a t t i ,   A .   Ta o u n i ,   a n d   E.   A b d e l m o u n i m,   “ I mp r o v e d   2 5 - l e v e l   i n v e r t e r   t o p o l o g y   w i t h   r e d u c e d   p a r t   c o u n t   f o r   P V   g r i d - t i e   a p p l i c a t i o n s , ”   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   Po w e r   El e c t ro n i c s a n d   D ri v e   S y s t e m s ,   v o l .   1 2 ,   n o .   3 ,   p p .   1 6 8 7 – 1 6 9 8 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p e d s. v 1 2 . i 3 . p p 1 6 8 7 - 1 6 9 8 .   [ 1 0 ]   A .   P o o r f a k h r a e i ,   M .   N a r i ma n i ,   a n d   A .   Ema d i ,   “ A   r e v i e w   o f   m u l t i l e v e l   i n v e r t e r   t o p o l o g i e s   i n   e l e c t r i c   v e h i c l e s:   C u r r e n t   st a t u s  a n d   f u t u r e   t r e n d s , ”   I E EE  O p e n   J o u r n a l   o f   Po w e r  El e c t r o n i c s ,   v o l .   2 ,   p p .   1 5 5 – 1 7 0 ,   2 0 2 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / O JP EL . 2 0 2 1 . 3 0 6 3 5 5 0 .   [ 1 1 ]   J.  R o d r i g u e z ,   S .   B e r n e t ,   P .   K .   S t e i m e r ,   a n d   I .   E.   Li z a m a ,   “ A   S u r v e y   o n   N e u t r a l - P o i n t - C l a m p e d   I n v e r t e r s,”   I E EE   T ra n s a c t i o n s  o n   I n d u st r i a l   El e c t r o n i c s ,   v o l .   5 7 ,   n o .   7 ,   p p .   2 2 1 9 – 2 2 3 0 ,   Ju l .   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 0 9 . 2 0 3 2 4 3 0 .   [ 1 2 ]   T.   A .   M e y n a r d   a n d   H .   F o c h ,   “ M u l t i - L e v e l   C h o p p e r s   f o r   H i g h   V o l t a g e   A p p l i c a t i o n s,”   E PE   J o u r n a l ,   v o l .   2 ,   n o .   1 ,   p p .   4 5 – 5 0 ,   1 9 9 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 8 0 / 0 9 3 9 8 3 6 8 . 1 9 9 2 . 1 1 4 6 3 2 8 5 .   [ 1 3 ]   M .   M a l i n o w sk i ,   K .   G o p a k u m a r ,   J .   R o d r i g u e z ,   a n d   M .   A .   P e r e z ,   “ A   s u r v e y   o n   c a sca d e d   mu l t i l e v e l   i n v e r t e r s,”   I EEE  T r a n sa c t i o n s   o n   I n d u st r i a l   E l e c t r o n i c s ,   v o l .   5 7 ,   n o .   7 ,   p p .   2 1 9 7 – 2 2 0 6 ,   2 0 1 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 0 9 . 2 0 3 0 7 6 7 .   [ 1 4 ]   R .   M a j d o u l ,   A .   T o u a t i ,   A .   A i t e l ma h j o u b ,   M .   Ze g r a r i ,   A .   Ta o u n i ,   a n d   A .   O u c h a t t i ,   “ A   N i n e - S w i t c h   N i n e - L e v e l   V o l t a g e   I n v e r t e r   N e w   T o p o l o g y   w i t h   O p t i m a l   M o d u l a t i o n   Te c h n i q u e , ”   2 0 2 0   I n t e rn a t i o n a l   C o n f e r e n c e   o n   E l e c t r i c a l   a n d   I n f o rm a t i o n   T e c h n o l o g i e s,   I C EI T   2 0 2 0 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I C EI T4 8 2 4 8 . 2 0 2 0 . 9 1 1 3 1 7 0 .   [ 1 5 ]   J.  Y a n g ,   S .   Y a n g ,   a n d   R .   L i ,   “ A   n o v e l   a n d   r e l i a b l e   m o d u l a t i o n   st r a t e g y   f o r   a c t i v e   n e u t r a l - p o i n t   c l a m p e d   f i v e - l e v e l   c o n v e r t e r , ”   i n   2 0 1 7   I EEE   3 r d   I n t e r n a t i o n a l   Fu t u r e   En e r g y   El e c t ro n i c s C o n f e re n c e   a n d   E C C E  Asi a ,   I F EE C   -   EC C E  Asi a   2 0 1 7 ,   2 0 1 7 ,   p p .   1 1 6 2 – 1 1 6 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / I F EEC . 2 0 1 7 . 7 9 9 2 2 0 5 .   [ 1 6 ]   M .   A b a r z a d e h ,   H .   M .   K o j a b a d i ,   a n d   L.   C h a n g ,   “ A   m o d i f i e d   st a t i c   g r o u n d   p o w e r   u n i t   b a se d   o n   n o v e l   m o d u l a r   a c t i v e   n e u t r a l   p o i n t   c l a m p e d   c o n v e r t e r , ”   I E EE  T r a n s a c t i o n s  o n   I n d u st r y   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   5 2 ,   n o .   5 ,   p p .   4 2 4 3 – 4 2 5 6 ,   2 0 1 6 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI A . 2 0 1 6 . 2 5 8 4 5 8 3 .   [ 1 7 ]   H .   W a n g ,   L.   K o u ,   Y .   F .   L i u ,   a n d   P .   C .   S e n ,   “ A   N e w   S i x - S w i t c h   F i v e - Le v e l   A c t i v e   N e u t r a l   P o i n t   C l a m p e d   I n v e r t e r   f o r   P V   A p p l i c a t i o n s , ”   I E EE  T r a n sa c t i o n s  o n   Po w e r  El e c t r o n i c s ,   v o l .   3 2 ,   n o .   9 ,   p p .   6 7 0 0 – 6 7 1 5 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPEL . 2 0 1 6 . 2 6 2 3 5 6 8 .   [ 1 8 ]   A .   E l - A l a m i ,   M .   A .   K a z i ,   I .   B a r a k a ,   R .   M a j d o u l ,   a n d   A .   A i t E l ma h j o u b ,   “ C l o sed - l o o p   c o n t r o l   o f   si x - sw i t c h   f i v e - l e v e l   a c t i v e   n e u t r a l   p o i n t   c l a mp e d   i n v e r t e r   f o r   p h o t o v o l t a i c   a p p l i c a t i o n , ”   I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o n   El e c t ri c a l   E n g i n e e ri n g   a n d   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   3 ,   p p .   5 8 0 – 5 9 2 ,   S e p .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 5 6 7 6 / i j e e i . 2 0 2 2 . 1 4 . 3 . 6 .   [ 1 9 ]   A .   E l - A l a m i ,   M .   A .   K a z i ,   I .   B a r a k a ,   R .   M a j d o u l ,   a n d   A .   A i t E l ma h j o u b ,   “ S l i d i n g   M o d e   C o n t r o l   o f   S i x - S w i t c h   F i v e - Le v e l   A c t i v e   N e u t r a l   P o i n t   C l a mp e d   ( 6 S - 5L - A N P C ) , ”   C o m m u n i c a t i o n s  i n   C o m p u t e r  a n d   I n f o rm a t i o n   S c i e n c e ,   v o l .   1 6 7 7   C C I S ,   p p .   2 3 5 – 2 4 4 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / 9 7 8 - 3 - 0 3 1 - 2 0 4 9 0 - 6 _ 1 9 .   [ 2 0 ]   N .   S a n d e e p   a n d   U .   R .   Y a r a g a t t i ,   “ O p e r a t i o n   a n d   C o n t r o l   o f   a   N i n e - L e v e l   M o d i f i e d   A N P C   I n v e r t e r   T o p o l o g y   w i t h   R e d u c e d   P a r t   C o u n t   f o r   G r i d - C o n n e c t e d   A p p l i c a t i o n s,”   I EE E  T r a n s a c t i o n s  o n   I n d u st r i a l   El e c t ro n i c s ,   v o l .   6 5 ,   n o .   6 ,   p p .   4 8 1 0 – 4 8 1 8 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI E. 2 0 1 7 . 2 7 7 4 7 2 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 2 4 :   223 4 - 2 2 4 2   2242   [ 2 1 ]   X .   X u ,   N .   Li u ,   K .   W a n g ,   Z.   Z h e n g ,   a n d   Y .   L i ,   “ A   N i n e - l e v e l   A N P C / H - B r i d g e   I n v e r t e r   f o r   O p e n - W i n d i n g   M o t o r   D r i v e   S y st e m, ”   i n   I C PE  2 0 1 9   -   E C C E  As i a   -   1 0 t h   I n t e r n a t i o n a l   C o n f e re n c e   o n   Po w e r   E l e c t ro n i c s   -   E C C E  As i a ,   2 0 1 9 ,   p p .   1 1 1 6 – 1 1 2 0 ,   d o i :   1 0 . 2 3 9 1 9 / i c p e 2 0 1 9 - e c c e a si a 4 2 2 4 6 . 2 0 1 9 . 8 7 9 6 8 6 4 .   [ 2 2 ]   K .   W a n g ,   Z .   Z h e n g ,   D .   W e i ,   B .   F a n ,   a n d   Y .   Li ,   “ T o p o l o g y   a n d   C a p a c i t o r   V o l t a g e   B a l a n c i n g   C o n t r o l   o f   a   S y m me t r i c a l   H y b r i d   N i n e - Le v e l   I n v e r t e r   f o r   H i g h - S p e e d   M o t o r   D r i v e s , ”   I EEE   T ra n s a c t i o n s   o n   I n d u s t ry  Ap p l i c a t i o n s ,   v o l .   5 3 ,   n o .   6 ,   p p .   5 5 6 3 – 5 5 7 2 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI A . 2 0 1 7 . 2 7 2 6 5 0 3 .   [ 2 3 ]   J.  Li ,   S .   B h a t t a c h a r y a ,   a n d   A .   Q .   H u a n g ,   “ A   n e w   n i n e - l e v e l   a c t i v e   N P C   ( A N P C )   c o n v e r t e r   f o r   g r i d   c o n n e c t i o n   o f   l a r g e   w i n d   t u r b i n e s   f o r   d i st r i b u t e d   g e n e r a t i o n , ”   I EEE   T ra n sa c t i o n s  o n   P o w e r  El e c t ro n i c s ,   v o l .   2 6 ,   n o .   3 ,   p p .   9 6 1 – 9 7 2 ,   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPE L. 2 0 1 0 . 2 0 9 3 1 5 4 .   [ 2 4 ]   C .   P h a n i k u mar,  J .   R o y ,   a n d   V .   A g a r w a l ,   “ A   H y b r i d   N i n e - L e v e l ,   1 - φ   G r i d   C o n n e c t e d   M u l t i l e v e l   I n v e r t e r   w i t h   Lo w   S w i t c h   C o u n t   a n d   I n n o v a t i v e   V o l t a g e   R e g u l a t i o n   Te c h n i q u e s  A c r o ss  A u x i l i a r y   C a p a c i t o r , ”   I EEE  T r a n sa c t i o n s  o n   Po w e r  El e c t r o n i c s ,   v o l .   3 4 ,   n o .   3 ,   p p .   2 1 5 9 – 2 1 7 0 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPEL. 2 0 1 8 . 2 8 4 6 6 2 8 .   [ 2 5 ]   N .   S a n d e e p   a n d   U .   R .   Y a r a g a t t i ,   “ O p e r a t i o n   a n d   C o n t r o l   o f   a n   I mp r o v e d   H y b r i d   N i n e - Le v e l   I n v e r t e r , ”   I EEE  T ra n s a c t i o n s  o n   I n d u st r y   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   5 3 ,   n o .   6 ,   p p .   5 6 7 6 – 5 6 8 6 ,   2 0 1 7 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI A . 2 0 1 7 . 2 7 3 7 4 0 6 .   [ 2 6 ]   N .   S a n d e e p   a n d   U .   R .   Y a r a g a t t i ,   “ A   S w i t c h e d - C a p a c i t o r - B a s e d   M u l t i l e v e l   I n v e r t e r   T o p o l o g y   w i t h   R e d u c e d   C o mp o n e n t s,”   I EE E   T ra n s a c t i o n s  o n   P o w e r E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 3 ,   n o .   7 ,   p p .   5 5 3 8 – 5 5 4 2 ,   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TP EL. 2 0 1 7 . 2 7 7 9 8 2 2 .   [ 2 7 ]   M .   D .   S i d d i q u e   e t   a l . ,   “ A   S i n g l e   D C   S o u r c e   N i n e - L e v e l   S w i t c h e d - C a p a c i t o r   B o o st   I n v e r t e r   T o p o l o g y   w i t h   R e d u c e d   S w i t c h   C o u n t , ”   I EEE  A c c e ss ,   v o l .   8 ,   p p .   5 8 4 0 – 5 8 5 1 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / A C C ESS . 2 0 1 9 . 2 9 6 2 7 0 6 .   [ 2 8 ]   J.  Li u ,   W .   Li n ,   J.  W u ,   a n d   J.  Ze n g ,   “ A   N o v e l   N i n e - Le v e l   Q u a d r u p l e   B o o s t   I n v e r t e r   w i t h   I n d u c t i v e - L o a d   A b i l i t y , ”   I EEE  T r a n s a c t i o n s   o n   P o w e r E l e c t r o n i c s ,   v o l .   3 4 ,   n o .   5 ,   p p .   4 0 1 4 – 4 0 1 8 ,   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / T P EL. 2 0 1 8 . 2 8 7 3 1 8 8 .   [ 2 9 ]   D .   N i u ,   F .   G a o ,   P .   W a n g ,   K .   Zh o u ,   F .   Q i n ,   a n d   Z.   M a ,   “ A   N i n e - L e v e l   T - Ty p e   P a c k e d   U - C e l l   I n v e r t e r , ”   I E E E  T r a n s a c t i o n s  o n   Po w e r  El e c t r o n i c s ,   v o l .   3 5 ,   n o .   2 ,   p p .   1 1 7 1 – 1 1 7 5 ,   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPEL . 2 0 1 9 . 2 9 3 1 5 2 3 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       Adn a n e   E l - A l a m i           wa s  b o rn   in   M o ro c c o   o n   De c e m b e r  1 4 ,   1 9 9 0 .   He   re c e iv e d   th e   m a ste r  in   Au to m a ti c ,   S ig n a l  P r o c e ss in g ,   a n d   I n d u strial  Co m p u t in g   fr o m   t h e   F a c u lt y   o f   S c ien c e   a n d   Tec h n o l o g y ,   Ha ss a n   1 st   Un iv e rsity ,   S e tt a t ,   M o r o c c o   i n   2 0 1 9 .   He   a lso   re c e iv e d   th e   a g g re g a ti o n   i n   El e c tri c a l  En g i n e e rin g   fro m   CRM E F   S e tt a t  in   2 0 1 8 .   C u rre n tl y ,   h e   p re p a re s   h is  P h . D .   ti t led :   T o p o l o g ies ,   m o d u lati o n   a n d   c o n tr o l  stra teg ies   o f  m u lt il e v e l  c o n v e rters   i n   c o m p lex   c y b e r - p h y sic a l  sy ste m s  lab o ra to r y ,   a t  u n iv e rsit y   Ha ss a n   II  ENS AM  Ca sa b lan c a ,   M o ro c c o .   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   a d n a n e . e lala m i - e tu @e tu . u n iv h 2 c . m a .         Ra d o u a n e   Ma j d o u l          wa s  b o rn   in   M e k n e s,  M o r o c c o ,   in   1 9 6 9 .   He   re c e iv e d   t h e   e n g i n e e r  d e g re e   i n   El e c tri c a l  E n g i n e e rin g   fro m   Hi g h   In st it u te   o f  Tec h n ica l  Ed u c a ti o n   (ENS ET )  o f  Ra b a t  i n   1 9 9 1 .   In   1 9 9 7 ,   h e   su c c e ss fu ll y   p a ss e d   th e   e x t e rn a l  a g g re g a ti o n   c o n tes t .   In   2 0 1 2   a n d   2 0 1 7   h e   re c e iv e d   re sp e c ti v e ly   th e   M . S c .   a n d   P h . D .   in   Au t o m a ti c   S ig n a l   P ro c e ss in g   a n d   I n d u strial  C o m p u t in g   fro m   HA S S AN   1 st   Un i v e rsity   –   F S T   o f   S e tt a t   M o ro c c o .   In   2 0 1 8 ,   h e   j o in e d   t h e   Ha ss a n   2   Un iv e rsit y   o f  Ca sa b lan c a ,   M o ro c c o .   Cu rre n tl y ,   h e   is   re se a rc h   p ro fe ss o r   i n   Lab o ra to r y   o f  Co m p l e x   Cy b e r  P h y sic a l  S y ste m s  a t  Na ti o n a l  Hig h   S c h o o l  o f  Arts   a n d   Cra fts   E NSAM ,   De p a rtme n t   o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g .   His  r e se a rc h   in tere sts  in c l u d e   c o n tro l  stra teg ies   fo r  p o we r  e lec tro n ics   c o n v e rters ,   m u lt il e v e l  in v e rters ,   P V  sy ste m s,  AC  m a c h in e   d riv e s,  re n e wa b le  e n e rg y ,   sm a rt   g rid s,  a n d   p o we r  to   X.   He   c a n   b e   c o n tac ted   a t  e m a il :   r_ m a jd o u l2 @ h o tma il . c o m .         Abd e lh a fi d   Ait  E lm a h jo u b           is a  re se a rc h   p ro fe ss o r  i n   El e c tri c a l  En g i n e e rin g   a t   ENS AM  Ca sa b lan c a .   He   h o ld s  a   d o c t o ra te  a n d   is   a n   a g g re g a te d   p ro fe ss o r   in   In d u strial   Au to m a ti o n   a n d   C o m p u ter  S c i e n c e .   He   h a s  a   Un iv e rsity   H a b il it a ti o n   i n   El e c tri c a l  En g i n e e rin g   a n d   is  t h e   h e a d   o f  th e   re se a rc h   tea m   fo c u se d   o n   s m a rt  c o n tro l ,   d iag n o stics ,     a n d   re n e wa b le  e n e rg y .   He   is   a   m e m b e r  o f   t h e   j u ry   fo r  t h e   Na ti o n a l  C o m p e ti ti o n   o f   Ag g re g a ti o n   in   El e c tri c a l  En g in e e rin g   a n d   S e rv e s   a s  th e   c o o r d i n a to r  f o r   th e   m a n a g e m e n t     o f  in tell ig e n t   e lec tri c a l  sy ste m s.  Ad d it i o n a ll y ,   h e   c o o r d in a tes   a   p ro fe ss io n a l  d e g re e   in   In d u strial  Au to m a ti o n   a n d   El e c tr ica l  S y ste m s.  His  field   o f  re se a rc h   in c lu d e s  th e   c o n tro l  o f   p o we r  c o n v e rters ,   re n e wa b le  e n e rg ies ,   a n d   i n telli g e n t  s y ste m s.  He   c a n   b e   c o n tac ted   a t   a it e lma h jo u b @ g m a il . c o m .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.