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 6 ,   No .   1 ,  Ma r ch   20 2 5 ,   p p .   3 8 9 ~ 4 0 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 6 .i 1 . p p 3 8 9 - 406         389     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Bidirectio na l A C/ AC conv ert er lin king  t wo  mic ro g rids in a  flex i ble mic ro g rid       Ng uy en  T he  Vi nh 1 ,  Ng uy en  Va n Dung 2   1 F a c u l t y   o f   El e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g   I ,   P o st s   a n d   Te l e c o mm u n i c a t i o n s   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   H a n o i ,   V i e t n a m   2 F a c u l t y   o f   El e c t r o n i c   E n g i n e e r i n g ,   H a n o i   U n i v e r si t y   o f   I n d u s t r y ,   H a n o i ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Oct  1 6 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Dec   2 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   Dec   2 6 ,   2 0 2 4       Th e   p ro p o se d   si n g le - p h a se   flex i b le  AC/AC  c o n v e rter  in   a n   AC   m icro g rid   c o n tro ll e d   b y   th e   P WM   m e th o d   is   p re se n ted   a n d   tes ted   wit h   a  sm a ll   c a p a c it y .   Th is  c o n v e rter  u se s  a   sim p le  a n d   s m a ll   n u m b e r  o f  se m ico n d u c to r  sw it c h e s  a n d   p a ss iv e   e lem e n ts  to   l imit  p o we r  lo ss   a n d   in c re a se   e fficie n c y .   It   h a s  h ig h e r  re li a b il it y ,   sa fe ty ,   a n d   c o n ti n u it y   o f  p o we r  su p p l y   i n   o p e ra ti o n   th a n   trad it io n a l   AC/AC  c o n v e rters   d u e   to   th e   p o we r  c ircu it   stru c tu re   o f  t h e   c o n v e rter.  It  h a s   th e   fu n c ti o n   o f  in c re a sin g   o r  d e c re a sin g   v o l tag e   wh e n   c o n n e c ti n g   t o   two   m icro g rid s  a n d   c a n   b e   d irec tl y   c o n n e c ted   t o   d istr ib u ted   e n e r g y   so u rc e s  in   m icro g rid   s y ste m s  with   d istri b u t e d   p o we r  so u rc e s  a n d   lo a d s.   Be sid e s,  th e   AC/AC  c o n v e rter  c a n   b e   c o n n e c ted   to   th e   sto ra g e   sy ste m   to   imp ro v e   c o n ti n u it y   a n d   v o lt a g e   sta b il it y   fo r  th e   g rid .   Th e   p e rf o rm a n c e   o f  th e   p ro p o se d   c o n v e rter  is  c o m p a re d   wit h   e x isti n g   sim il a r  c o n v e rters .   Th e   p a p e r  p re se n ts  th e   a n a ly sis  o f  sim u lati o n   re su lt s  b y   Or CAD   with   p o we r  v a lu e s  fro m   0 . 1 - 5   k W   a n d   e x p e rime n tal  p o we r  wit h   t y p ica l  v a lu e s  i n   th e   ra n g e   o f  0 . 5 - 3 . 5   k W  a t  d iffere n t  sc e n a rio s  o f  t h e   c o n v e rt e r.   K ey w o r d s :   AC - AC   co n v er ter   B o o s t c o n v er ter   B u ck   co n v e r ter   I n cr ea s e  an d   d ec r ea s e  v o ltag e   M i c r o - g r i d   o p e r a t i n g   p r o c e d u r e s     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 :   Ng u y en   T h e  Vin h   Facu lty   o f   E lectr o n ic  E n g i n ee r in g   I ,   Po s ts   an d   T elec o m m u n icatio n s   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y     Han o i,  Km . 1 0 ,   Ng u y en   T r ai  S tr ee t,  Ha  Do n g   Dis tr ict,   Han o i ,   Vietn am   E m ail:  v in h n t@ p tit.ed u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   A  m icr o g r id   ( MG )   is   a  r elativ ely   s m all  p o wer   g r id   s y s tem ,   a  co n tr o llab le  g r id   c o n s is tin g   o f   o n e  o r   m o r e  g en er atin g   u n its   co n n ec ted   to   n ea r b y   u s er s   th at  ca n   b e  o p er ated   to g eth e r   with   o r   in d ep en d e n tly   o f   th e   lo ca l  ( i.e .   h ig h   v o ltag e )   tr a n s m is s io n   s y s tem ,   s o m etim es  r ef er r ed   to   as  a   “g r id ”   [ 1 ] - [ 3 ] .   B ec au s e  en er g y   is   g en er ated   n ea r   wh er e  it  is   u s ed ,   m icr o g r id s   ar e  a  f o r m   o f   d is tr ib u ted   g en er atio n   [ 4 ] .   W h en   th e  m icr o g r id   o p er ates  in   s tan d alo n e  m o d e,   th er e  ar e  p r o b lem s   with   n o n li n ea r   lo ad s   an d   p o wer   elec tr o n ic  co n v er ter s   t h at  ch an g e  t h e  p ar a m eter s   in   th e   m icr o g r i d   [ 5 ] .   Mic r o g r id s   also   h av e   th e  c h ar ac ter is tics   o f   f ast  an d   u n e v en   l o ad   d is tr ib u tio n   [ 6 ] .   R ea s o n s   ca u s in g   s y s tem   in s tab ilit y   in clu d e  r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   ( lo ca tio n ,   s o u r ce   ch ar ac ter is tics ) ;  r ea ctiv e  p o w er   d em a n d ;  a n d   n o n lin ea r   el ec tr ical  eq u ip m e n t.  T h e s e  ty p es  lead   to   v o ltag e   f lu ctu atio n s ,   h ar m o n ics,  an d   v o ltag e  d ip s /s wells  r esp ec tiv ely .   Sev er al   s tan d ar d s   h av e   b ee n   d ev elo p e d   t o   ad d r ess   an d   h a n d le  t h ese  p r o b lem s   [ 7 ] ,   [8 ] .   T h e   r o o t   m ea n   s q u ar e   ( R MS)   v o ltag e   d r o p   o f   t h e  d is tr ib u tio n   lin e   r an g es  f r o m   9 0 %  to   1 0 %,  an d   th e  R MS  v o ltag e  in cr ea s es  f r o m   1 1 0 %  to   1 8 0 %  [ 9 ] .   T h e s e  p r o b lem s   ca n   b e   s o lv ed   b y   p r o p er   m o n ito r in g   a n d   s u itab le  co m p en s atio n   tech n iq u es [ 10 ].   AC - to - AC   co n v er ter s   ar e   m o r e  co m p le x   th a n   AC - to - DC   co n v er ter s   b ec a u s e  AC   co n v er s io n   r e q u ir es   ch an g es  in   v o ltag e ,   f r eq u en cy ,   an d   b ip o la r   v o ltag e  b l o ck in g   ca p ab ilit ies,  wh ich   o f ten   r eq u ir e  co m p lex   d ev ice   to p o lo g ies  [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h e  p u l s e  wid th   f o r   th e  s witch   l im its   th e  in p u t  p o wer   v alu e  ( 2 0 0   W )   r esu ltin g   in   lo w   ex p er im en tal  a v er ag e  e f f icien cy   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   An o th er   way   to   ac h iev e  AC /AC   co n v er s io n   is   to   u s e  AC /DC   an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 6 ,   No .   1 ,  Ma r c h   20 2 5 :   389 - 406   390   DC /A C   th r o u g h   an   in ter m e d ia te  DC   lin k   an d   im p r o v e  r en e wab le  en er g y   s o u r ce s '   en er g y   ef f icien cy   [ 8 ] ,   [ 1 3 ] .   W h ile  o p er atin g   at  u n ity   p o wer   f ac to r ,   th e  b i d ir ec tio n al  AC - DC /D C - AC   co n v er ter   will  r ec t if y   th e  ac tiv e  p o we r   tr an s f er r ed   f r o m   th e  DC   g r id   to   th e  AC   g r id   [ 1 4 ] .   C o n v er te r s   in   g en er al  an d   AC /AC   co n v er ter s   in   p ar ticu lar   p lay   an   im p o r tan t  r o le  in   m o d e r n   p o wer   elec tr o n ics  s y s tem s .   T h ese  co n v er ter s   ar e  h ig h ly   ef f icien t  in   co n tr o llin g   AC   R MS  v o ltag e  an d   f r e q u en cy   in   v ar io u s   a p p licatio n s   [ 1 5 ] ,   [ 1 6 ] .   Po wer   f ac to r   co r r ec tio n   ( PF C )   is   an o th er   co m m o n   u s e  o f   AC /AC   co n v er ter s   in   p o wer   d is tr ib u tio n   s y s tem s ,   esp ec ially   lar g e  in d u s tr ial  an d   co m m er cial   ap p licatio n s   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] ,   wh er e   p o o r   p o wer   f ac to r   lead s   to   in cr ea s ed   en er g y   co s ts   an d   p o s s ib le  p en alties  f r o m   lo ad s   ( b u s in ess es  o r   f ac to r ies ) .   B y   r eg u latin g   th e  r ea ctiv e  p o wer   d eliv er e d   to   th e  l o ad ,   th ese  co n v er ter s   ca n   r ed u ce   en er g y   lo s s ,   m ain tain   a  p o wer   f ac to r   clo s e  to   1 ,   an d   im p r o v e  o v er all  p o wer   q u ality   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .   Un in ter r u p tib le  p o wer   s u p p ly   ( UPS)  co n v er ter s   en s u r e  th e  ef f icien t  o p er atio n   o f   s en s itiv e  elec tr o n ic  d ev ices,   s u ch   as  co m p u ter s ,   s er v er s ,   an d   m ed ical  eq u ip m en t,   in   th e   e v en t  o f   p o wer   q u ality   p r o b lem s ,   b y   r eg u latin g   th e   R MS  o u tp u t v o ltag e  a n d   f r eq u en cy   [ 2 1 ] .   B lo ck   d iag r am   o f   th e  s y s te m   co n n ec tin g   AC   m icr o g r i d s   u s in g   DC /DC ,   D C /A C ,   an d   AC /A C   co n v er ter s   to   f lex ib l y   d is tr ib u t e  th e  g r id   an d   o p tim ize  th e  ef f icien cy   o f   d is tr ib u ted   en e r g y   s o u r ce s   as sh o wn   in   Fig u r e  1 .   T h is   p ap er   p r o p o s es  a  f lex ib le  AC /A C   co n v er ter   with   a  s im p le  s tr u ctu r e  an d   d i r ec t  p o wer   tr an s f er   co n n ec tin g   two   AC   m icr o g r id s .   T h is   co n v er ter   p er f o r m s   e n er g y   tr a n s m is s io n   p r o ce s s es  b etwe en   two   g r id s   to   en s u r e  v o ltag e  q u ality   o n   th e  t wo   g r id s ,   o p tim ize  o p er atio n ,   an d   im p r o v e  th e  in p u t  ef f icien cy   o f   th e  co n v er ter   an d   th e  ef f icien cy   o f   en er g y   u s e  f r o m   d is tr ib u te d   s o u r ce s   t h r o u g h   p r io r ity   lo a d s   ac co r d i n g   to   th e  c o n d itio n s   an d   r eg u latio n s   o f   Vietn am   a n d   th e   wo r l d   [ 2 2 ] .   T h e  p ap er   is   s tr u ctu r ed   as   f o llo ws:   i)   Sectio n   2   d escr ib es  i n   d etail  th e  wo r k in g   p r i n cip le  o f   th e  p r o p o s ed   s tr u ctu r e ; ii)   Sectio n   3   p r esen ts   th e  s im u latio n   r esu lts   with   th eo r y   to   ev alu ate  th e  co n v er ter   p er f o r m an ce ;  iii)   Sectio n   4   p r esen ts   th e  ex p er im e n tal  r esu lts   to   ev alu ate  th e  co n v e r ter   p er f o r m an ce   an d   th e  th e o r etic al  asp ec ts ,   s im u latio n ,   an d   ty p ical  r ef er en ce s ;  an d   iv )   Secti o n   5   c o n clu d es  an d   s u m m ar izes th e  im p o r ta n t a ch iev em en ts   o f   th e  w o r k   in   th e  p ap er .           Fig u r e  1 .   B lo ck   d iag r am   o f   th e  AC   m icr o g r id   co n n ec tio n   s y s tem       2.   F L E X I B L E   A C/AC  CO NV E RT E R   Fig u r e  2   s h o ws  th e  p r in cip le   o f   a  p r o p o s ed   b i d ir ec tio n al  AC /AC   co n v er ter   cir cu it  b ased   o n   B o o s t  an d   B u ck .   I t  co n s is ts   o f   th r ee   p o wer   s witch es  co n n ec ted   to   a  d io d e  b r id g e  to   r ed u ce   v o ltag e  s tr ess ,   two   co il s   L 1   an d   L2 ,   an d   two   L C   f ilter s   o n   b o th   s id es c o n n ec ted   to   two   g r id s   AC 1   an d   AC 2 .   T h e  p o wer   cir c u it o f   th e  c o n v er te r   r ep r esen ts   th e   m ain   s witch es  in   th e   cir cu it   th at  p er f o r m   th e  p o wer   co n v er s io n ,   th e   r ec o v er y   cir cu it  c o m p o n en ts   an d   th e   co n n ec tio n   t o   th e   s to r ag e  s y s tem   ar e  a n aly ze d   in   m o r e  d etail  in   s ec tio n   2 . 2   o f   t h is   s ec tio n .   Fig u r e  3   s h o ws  th e  m ain   wav e f o r m s   o f   t h e  AC /AC   co n v er ter   o p er atio n .   A  p o wer   s witch   is   ac tiv ated   b y   a  h ig h - f r eq u e n cy   s in u s o id al  p u ls e  wid th   m o d u la tio n   ( SP W M)   d u r in g   ea c h   h alf   cy cle  o f   t h e  in p u t  v o ltag e .   E a ch   s witch in g   cy cle   h as  two   s tates,  as  s h o wn   in   Fig u r e  3 .   I n   th e  m ain   wav ef o r m   g r ap h   s h o ws  th e  f u ll  c y cle  o f   t h e  alter n atin g   cu r r en t  ( 2 p i  cy cle) .   C o n tr o l f r eq u e n cy   f o r   th e   elec tr o n ic  s witch es M 1 - M3 .     2 . 1 .     O pera t ing   princip le  o f   t he  co nv er t er   I n   th is   p r o p o s ed   co n v er ter   two   b id ir ec tio n al  s witch es  ar e  u s ed   wh ich   ar e   co n n ec ted   in   B o o s t  an d   B u ck   f o r m .   T h r o u g h   th e  f ilter   cir cu its ,   h ar m o n ic  f ilter in g   o f   o r d er s   3 ,   5 ,   an d   7   is   p er f o r m ed .   T h is   co n v er ter   co n v er ts   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       B id ir ec tio n a l A C /AC c o n ve r ter lin kin g   tw o   micro g r id s   in   a   flexib le  micro g r id   ( N g u ye n   Th e  V in h )   391   en er g y   d ir ec tly   f r o m   two   AC   p o wer   g r id s ,   s o   th e  g eo g r a p h i ca l  co n d itio n s   o f   th e  two   g r id s   m u s t  al s o   b e  clo s e   to   ea ch   o th er   ( d is tan ce   1 0 - 1 0 0 0   m )   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .   T h e  s witch es  a r e  s elec ted   to   s u it  th e  p o wer   r a n g e  in   th e   co n v er ter .   T h e  co n d itio n s   d u r i n g   th e  e n er g y   tr an s f er   b etwe en   two   m icr o g r id   AC s   ar e  as f o llo ws:   −   L o ad   co n d itio n s   ar e  p r ef er en t ial  f o r   cu s to m er s   f r o m   ty p e  1   to   ty p e  3   ac co r d in g   to   Vietn am ' s   r eg u latio n s   [ 2 5 ] .   I n   th e   AC   m icr o g r id ,   th e r e  ar e  p r ac tical  civ il a n d   d o m e s tic  lo ad s .   −   T h e  o p tim al  g r i d - in d e p en d e n t  o p er atin g   co n d itio n s   u s in g   r e n ewa b le  en er g y   s o u r ce s : in   two   AC   g r id s   th er e   is   a  co m b in atio n   o f   r e n ewa b le   en er g y   s o u r ce s   an d   s to r ag e  s y s tem s .   −   L ev el  1   p r io r ity   is   th e  lo a d s   in   th e  2   m icr o g r id s   wh e n   th e  A C /A C   u n it p r o p o s es to   co n n ec t.   −   Gr id - co n n e cted   co n d itio n ,   u s in g   b o th   lo a d   p r io r ity   a n d   AC   m icr o g r id   r e n ewa b le  en er g y   s o u r ce   wo r k in g   in d ep en d en tly .   Fo r   ex am p le,   if   tr an s m itted   f r o m   AC 1   to   AC 2   g r id .      2 >  2 + 2 +  −  2   ( 1 )     W h er e   2   is   P V  p o wer   ca p ac ity   in   th e  AC 2   g r id ;  2   is   W in   p o wer   ca p ac ity   in   AC 2   g r id ;   −  2   is   a  p o wer   s o u r ce   in   th e  AC 2   g r id .           Fig u r e  2 .   C ir cu it d iag r am   o f   th e  p r o p o s ed   co n v er ter   p r in cip le           Fig u r e  3 .   B asic o p er atin g   d iag r am   o f   t h e  p r o p o s ed   AC /AC   co n v er ter                                                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 6 ,   No .   1 ,  Ma r c h   20 2 5 :   389 - 406   392   I n   p r ac tice  th e  Pp v   an d   Pwin   s o u r ce s   f lu ctu ate  in s tan tan e o u s ly   in   a  v alu e  th at  r e q u ir es  co m p en s atio n   an d   en er g y   c o n s u m p tio n .      2 > 2 +  −  2   ( 2 )     Pp v   s to p s   g en er atin g   elec tr icity   d u r i n g   o f f - p ea k   h o u r s ,   o r   wh en   th e  b am b o o   is   o b s cu r ed   b y   clo u d s .      2 >  −  2   ( 3 )     Pp v   an d   Pwin   s o u r ce s   d o   n o t  g en er ate  en e r g y .     2. 1 . 1 .   Scena rio   o ne   T h e  p o wer   t r an s m itted   f r o m   g r id   AC 1   to   AC 2   in   th is   s ce n ar io   h as th e  f o ll o win g   m o d es :   a)   Mo d e  1   P o s itiv e  h alf   cy cle  ( 0 - p i) ,   s wit ch es  M1 - M3   ar e   co n tr o lled   s e q u en tially   as  ca s es :   i)   S witch es  M1   an d   M2   ar e   co n tr o lled   t o g eth er   in   a  ce r tain   p er io d   o f   tim e   ac co r d in g   t o   th e   s witch in g   c y cle  as   s h o wn   in   Fig u r e  4 ;   ii)   I n   t h e  tim e  p er io d   t1 - t 2   in   th e  s witch in g   cy cle  M1   is   tu r n ed   o n ,   M2   a n d   M3   ar e   tu r n ed   o f f   as  s h o w n   in     Fig u r e  5 ;  an d   iv )   I n   th e  tim e  p er io d   t2 - t3   in   th e  s witch in g   cy cle  M2   is   tu r n ed   o n   M1   an d   M3   ar e  tu r n ed   o f f   as  s h o wn   in   Fig u r e  6 .   I n   Fig u r e  4 ,   in   th is   h alf   cy cle,   th e  co n v er ter   p o wer   cir cu it  p er f o r m s   th e  e n er g y   tr an s f er   p r o ce s s   with   th e  b asic  B o o s t  cir cu it  w o r k i n g   p r in cip le.   T h e  p o wer   s witch es  M1   an d   M2   ar e   co n tr o lled   at  th e   s am e  tim e.     T h e  en er g y   is   m ain ly   tr an s m itted   to   th e   AC 2   g r id   s id e,   an d   a   p ar t  is   d is p er s ed   to   s o m e   co m p o n en ts   in   th e   p o wer   cir cu it  s u ch   as  th e  co il  s id e  L 1   an d   f o r   C ac 2 .   T h e  lo s t  en er g y   is   d iv id ed   a m o n g   th e  s witch in g   m o lec u les  M1 ,   M2 ,   D2 ,   D4 ,   D5 ,   an d   D7 .   T h e  o u t p u t  v o ltag e  ex p r ess io n   at  g r id   AC 2   is :  B ased   o n   Kir ch h o f f ' s   v o ltag e  a n d   c u r r en t   laws  ( KVL   an d   KC L ) ,   th e  i n s tan tan eo u s   v o ltag e  an d   cu r r e n t  o f   th e  in d u c to r   an d   ca p ac ito r   ar e  d ete r m in ed   b y   ( 4 )   f o r   th e  o n   s tate  o f   M1   an d   M 2 .      2 = 1 1 − 1 √ 2 .  1   (V)   ( 4 )             Fig u r e  4 .   Statu s   d iag r a m   o f   th e  co n v er te r   o p e r atio n   wh e n   s witch es M 1   an d   M2   a r e  o n   at  th e  s am e  tim e       Fig u r e  5   s h o ws  th e  o p er atio n   o f   th e  co n v er ter   cir cu it  wh en   o n ly   M1   is   o n .   M1   h as  a  co n tr o l  p u ls e  to   o p en .   T h e   o u tp u t  v o ltag e  AC 2   is   eq u al  to   th e  v o ltag e  o n   ca p a cito r   C ac 2   an d   is   s u p p lied   with   en er g y   f r o m   C ca 2 .       E x p r ess io n   f o r   th e  s tate:   2 =  2     Fig u r e  6   d escr ib es  th e  o p er atio n   o f   th e  AC /AC   p o wer   cir cu it  wh en   M2   is   o n ,   th e  en er g y   o f   th e  AC 2   g r id   is   s u p p lied   f r o m   th e  AC 1   g r id   th r o u g h   m o lecu les D5 ,   M 2 ,   an d   D7   th e  v o ltag e   ex p r ess io n   o f   t h e  AC 2   g r id .      2 = 2 √ 2 .  1   (V)   ( 5 )                                                  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       B id ir ec tio n a l A C /AC c o n ve r ter lin kin g   tw o   micro g r id s   in   a   flexib le  micro g r id   ( N g u ye n   Th e  V in h )   393       Fig u r e  5 .   State  d iag r am   o f   co n v er ter   o p er atio n   wh e n   M1   is   on           Fig u r e  6 .   State  d iag r am   o f   co n v er ter   o p er atio n   wh e n   M2   is   on       b)   Mo d e  2   N e g a t i v e   h a l f   c y c l e   ( - 2 ) ,   t h e   s w i t c h es   M 1 - M 3   a r e   c o n t r o l l ed   s e q u e n t i a l l y   a s   i n   t h e   c a s e s :   i )   M 2   a n d   M 3   a r e   b o t h   c o n t r o l l e d   f o r   a   c e r t a i n   p e r i o d   o f   ti m e   a c c o r d in g   t o   t h e   s wi t c h i n g   c y cl e   as   s h o w n   i n   Fi g u r e   7 ;    i i )   d u r i n g   t h e  t i m e   p e r i o d   t 1 - t2   i n   t h e  s w i t c h i n g   c y c l e  M 3   is   t u r n e d   o n   i n   F i g u r e   8 ,   M 1   an d   M 2   a r e   o f f ;  a n d     i i i )   d u r i n g   t h e   t i m e   p e r i o d   t 2 - t 3   i n   t h e   s wi t c h i n g   c y cl e   M 2   is   t u r n e d   o n   M 1   a n d   M 3   a r e   o f f   a s   s h o w n   i n   F i g u r e   9 .   Fig u r e  7   d escr ib es in   th is   h alf   cy cle;  th e  c o n v e r ter   p o wer   cir cu it p er f o r m s   th e   en er g y   tr an s f er   p r o ce s s   with   th e  b asic  B o o s t  cir cu it  wo r k in g   p r in cip le.   T h e  p o wer   s witch es  M2   an d   M 3   ar e  c o n tr o lle d   at  th e  s am e  tim e.   T h e  en er g y   is   m ain ly   tr an s m itted   to   th e   AC 2   g r id   s id e,   an d   a   p ar t  is   d is p er s ed   to   s o m e   co m p o n en ts   in   th e   p o wer   cir cu it  s u ch   as  th e  co il  s id e  L 2 .   T h e  lo s t  en er g y   is   d iv id ed   am o n g   th e  s witch in g   m o lecu l es  M2 ,   M3 ,   D6 ,   D8 ,   D9 ,   an d   D1 1 .   T h e  o u t p u t  v o ltag e  ex p r ess io n   at  g r id   AC 2   is :  B ased   o n   Kir ch h o f f ' s   v o ltag e  a n d   c u r r en t   laws  ( KVL   an d   KC L ) ,   th e  i n s tan tan eo u s   v o ltag e  an d   cu r r e n t  o f   th e  in d u c to r   an d   ca p ac ito r   ar e  d ete r m in ed   b y   ( 6 )   f o r   th e  o n   s tate  o f   M1   an d   M 2 .      2 = 1 1 − 1 √ 2 .  1   (V)   ( 6 )     Fig u r e  8   d escr ib es  th e  o p er atio n   o f   th e  AC /AC   p o wer   cir cu it  wh en   M2   is   o n ,   th e  en er g y   o f   th e  AC 2   g r id   is   s u p p lied   f r o m   th e  AC 1   g r id   th r o u g h   m o lecu les D6 ,   M 2 ,   an d   D8   th e  v o ltag e   ex p r ess io n   o f   t h e  AC 2   g r id .      2 = 2 √ 2 .  1   (V)   ( 7 )     Fig u r e  9   s h o ws  th e  o p er atio n   o f   th e  co n v er ter   cir cu it  wh en   o n ly   M3   is   o n ,   M3   h as  a  co n tr o l  p u ls e  to   o p en .   T h e  o u tp u t  v o ltag e  AC 2   is   eq u al  to   th e  v o ltag e  o n   L 2   an d   o n   th e  M3 .   E n e r g y   is   also   ch ar g ed   to   ca p ac ito r   C ac 2 .   I n   th is   s ce n ar io   o f   tr an s m itti n g   en er g y   f r o m   g r i d   AC 1   to   g r id   AC 2 ,   th e  c o n v e r ter   ca n   ad ju s t  th e  v o ltag e   u p   o r   d o wn   to   en s u r e   th at  th e  o u tp u t  o f   th e  g r id   r ec ei v es e n e r g y .                                                                                                  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 6 ,   No .   1 ,  Ma r c h   20 2 5 :   389 - 406   394       Fig u r e  7 .   Statu s   d iag r a m   o f   th e  co n v er te r   o p e r atio n   wh e n   s witch es M 2   an d   M3   a r e  o n   at  th e  s am e  tim e           Fig u r e  8 .   State  d iag r am   o f   co n v er ter   o p er atio n   wh e n   M2   s wi tch es a r e  o n   ( - 2 )           Fig u r e  9 .   State  d iag r am   o f   co n v er ter   o p er atio n   wh e n   M3   a r e  o n       2. 1 . 2 .  Scena rio   t wo   L ik e  s ce n ar io   1   AC 2 - AC 1   g r id   en er g y ,   in   th is   s ce n ar io ,   th er e  ar e  s im ilar   m o d es  an d   co n v er te r   o p er atio n s   as  AC 1   to   AC 2   g r i d   en er g y   s ce n ar io   with   b asic  co n d itio n s .   G r id - co n n ec ted   co n d itio n ,   u s in g   b o th   lo ad   p r io r ity   an d   AC   m icr o g r i d   r en ewa b le  e n er g y   s o u r ce   wo r k in g   in d ep en d en tly .                                                                                                                                             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       B id ir ec tio n a l A C /AC c o n ve r ter lin kin g   tw o   micro g r id s   in   a   flexib le  micro g r id   ( N g u ye n   Th e  V in h )   395    1 >  1 + 1 +  −  1   ( 8 )     I n   p r ac tice ,   th e   Pp v   an d   Pwin   s o u r ce s   f lu ctu ate   in s tan tan eo u s ly   in   a   v alu e   th at  r e q u ir es c o m p en s atio n   an d   en er g y   c o n s u m p tio n .      1 > 1 +  −  1   ( 9 )     Pp v   s to p s   g en er atin g   elec tr icity   d u r i n g   o f f - p ea k   h o u r s ,   o r   wh en   th e  b am b o o   is   o b s cu r ed   b y   clo u d s .      1 >  −  1   ( 1 0 )     Pp v   an d   Pwin   s o u r ce s   d o   n o t  g en er ate  en e r g y .     2 . 2 .        Ca s es wher e  inte g ra t io n into   t he  pro po s ed  AC/AC  co nv er t er   is   po s s ibl e   2 . 2 . 1 .   Scena rio   t hree   Scen ar io   3   is   two   g r id s   s u p p ly   en er g y   to   th e   s to r ag e  s y s tem   wh en   th e  lo a d   o f   g r id   AC 1   an d   g r id   AC 2   d ec r ea s es  o r   th e  p o wer   s o u r ce   o f   th e  two   g r id s   in cr ea s es,  lea d in g   to   ex ce s s   en er g y   f r o m   th e  two   g r id s .   At  th is   tim e,   th e  s to r a g e  s y s tem   is   s u p p lied   ( c h ar g e d )   with   en er g y   th r o u g h   AC /DC   o r   AC /AC   to   AC /DC   co n v er ter s   co n n ec ted   at  t h e  n o d e  o f   p in s   D  o f   s witch es M 1   an d   M3   i n   t h e  p o wer   ci r cu it  co n v er ter   as   s h o wn   in   Fig u r e  2 .     2 . 2 . 2 .   Scena rio   f o ur   Scen ar io   4   is   two   m icr o g r id s   AC 1   an d   AC 2   p r o v id e  en o u g h   p o wer   f o r   th e  lo ad ,   th e  AC /AC   co n v er ter   d o es  n o t  o p er ate,   an d   th e   two   g r id s   wo r k   in d e p en d e n tly .   I n   th e  p o wer   cir cu it,   th er e   m u s t   b e  t wo   en er g y   r ec o v er y   cir cu its   Dp h 1   an d   C p h 1   t o   lim it  th e  v o ltag e  s tr ess   o n   M1   an d   M3 .   T h is   cir cu it  is   co n n e cted   to   th e  D  p o le  o f   M1   an d   M3   as  s h o wn   in   Fig u r e  1 0 .   W h en   th e  en er g y   ac cu m u lated   f r o m   th e  co ils   L 1   an d   C p h 1   d u r i n g   th e  p e r io d   t1 - t2   o p e r ates  in   th e  p o s itiv e  h alf   cy cle,   th e  o p en in g   tim e  o f   M1   en d s   at  t2 ,   t h e  en er g y   is   tr an s f er r ed   alo n g   th e   p ath   L 1 - D3 - Dp h 1 - AC 2   g r id   a n d   C p h 1 - AC 2   g r i d .   L i k e  r ec o v er y   ci r cu it  2   ( Dp h 2   an d   C p h 2 )   wh e n   o p er atin g   in   th e  n eg ativ e  h alf   c y cle.   Fig u r e  1 1   s h o ws  a  r ec o v er y   cir cu it   s o lu tio n   to   r ed u ce   t h e  v o ltag e  s tr ess   o n   s wi tch es   M1   an d   M3   in   th e  co n v e r ter .   T h is   is   a  s u itab le  s o lu tio n   f o r   th e  p o wer   cir cu it wh en   th e  v o ltag e  s tr ess   s ig n al  o n   M1   is   ab s en t a n d   th er e  is   a  r ec o v er y   ci r cu it so lu tio n .     2 . 3 .     P r o po s ed  co ntr o l m ec h a nis m   f o r  AC/AC  co nv er t er   T h e  co n tr o l  m eth o d   in   th is   co n v er ter   is   as  f o llo ws:   Ad ju s t  th e  v o ltag e  p ar am eter s .   B y   ad j u s tin g   th e   p u ls e  wid th   ac co r d in g   to   th e  PW M  [ 2 6 ]   m o d u latio n   m eth o d   as  s h o wn   i n   Fig u r e   1 2 .   T h e   m ea s u r ed   f ee d b ac k   s ig n al  is   th e  v o ltag e,   f r eq u e n c y   an d   p h ase  an g le  p ar am eter s   at  th e  AC 2   m icr o g r i d   co m p ar e d   to   th e  in p u t  s ig n al   f r o m   th e   AC 1   g r i d ,   th er e b y   p r o v id in g   c o n tr o l  s ig n als  f o r   th e  s witch es  M1 ,   M2 ,   an d   M3   with   th e  DC   s witch in g   tech n o lo g y   in   th e  p o wer   ci r cu it  in   Fig u r e   2 .   A d ju s t  th e  o p er atin g   m o d e  ac co r d in g   to   t h e  p o wer   cir cu it  d esig n   o f   th e   AC /AC   u n it  as  s h o wn   in   Fig u r e   1 2 .   Acc o r d i n g   to   th e  f o u r   m ain   o p er atin g   s ce n ar i o s   o f   t h e  co n v er ter ,   th er e  ar e  s ix   s p ec if ic  m o d es a s   an aly ze d   a b o v e  f o r   s ce n a r io   1 .           Fig u r e  1 0 .   Vo ltag e  s tr ess   r ed u ce s   th e  r ec o v er y   cir cu it o n   M1                                                               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 6 ,   No .   1 ,  Ma r c h   20 2 5 :   389 - 406   396   ( a)     ( b )       Fig u r e  1 1 .   C ir cu it d iag r am   c o m p ar in g   v o ltag e  v alu es o n   M 1   an d   M3   w h en   th er e   is   a  r ec o v er y   cir cu it :     ( a)   v o ltag e   o n   M 1   with o u t  r ec o v er y   ci r cu it Dp h 1   &   C p h 1   an d   ( b )   v o ltag e  o n   M1   wh en   th e r e  is   r ec o v er y   cir cu it Dp h 1   &   C p h 1           Fig u r e  1 2 .   B lo ck   d iag r a m   o f   th e  o v er all  c o n tr o l sectio n   o f   th e  AC /A C   co n v er ter   o p er atio n                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   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       B id ir ec tio n a l A C /AC c o n ve r ter lin kin g   tw o   micro g r id s   in   a   flexib le  micro g r id   ( N g u ye n   Th e  V in h )   397   3.   SI M UL A T I O N  R E S UL T S   T h e   w a v e f o r m   c o n v e r s i o n   w i ll   b e   a f f e c t e d   b y   p a r a m e t e r s   s u c h   a s   p a r a s i ti c   c o m p o n e n t s   i n   e l e c t r o n i c   e l e m e n ts ;   p u ls e   w i d t h ;  v a l u es   o f   p a s s i v e   e le m e n t s   i n   t h e   p o we r   c i r c u i t;   s w it c h i n g   k e y ,   a n d   s w i t c h i n g   f r e q u e n c y .   T h e   s i m u l a t i o n   p a r t   wi t h   d i f f e r e n t   p a r a m e t e r s :  c o n t r o l   f r e q u e n c y ;   p u l s e  wi d t h   M 1 ,   M 3 ,   M 2 ;  an d   l o a d   p o w e r   v a l u e.   Fig u r e s   1 3   an d   1 4   s h o w  th e   in p u t  cu r r en t   an d   v o ltag e  s ig n als  ( AC 1   g r id   -   co r r esp o n d in g   t o   th e   I ( AC m g 1 )   a n d   V( Acm g 1 )   p r o b es)  a n d   th e   o u tp u t  ( AC 2   g r i d   -   co r r esp o n d in g   to   t h e  I ( R lo ad )   an d   V( R lo ad )   p r o b es).   T h e   av er ag e  p o wer   m ea s u r e d   at  th e  in p u t a n d   o u tp u t o f   th e  AC /AC   co n v er ter   is   clo s e  to   th e  v alu e  o f   3 - 3 . 5   k W .     T h e  o u tp u t   v o ltag e   am p litu d e   v alu e  d ec r ea s es  b y   8 . 7   V   ( T HD  =  3 . 9 ) ,   w h en   in cr ea s in g   th e  d u ty   v alu e   o f   M1   a n d   M2   t o   7 5 %,  th e  o u t p u t  v o ltag e   am p litu d e   d ec r ea s es  with in   th e  v alu e  o f   2 . 5   V  ( T HD)   as  s h o wn   in   Fig u r e  1 3 .   T h u s ,   th e  T HD  p ar am eter   is   with in   th e  allo w ab le  r an g e   an d   th e  p u ls e  wid th   ca n   b e  ad j u s ted   ac co r d in g l y   b ec au s e  if   th e   p u ls e  wid th   o f   M1   o r   M2   o r   b o th   M1   an d   M2   is   in cr ea s ed ,   it  will  af f ec t  th e  ef f icien c y   o f   th e  c o n v er te r   ( it w ill r ed u c e   th e  ef f icien c y )   an d   th e  life   o f   th e  s witch .   T h e  cu r r en t I E C   s t an d ar d   is   is s u ed   b y   th e  I n ter n atio n al  T ec h n ical  C o m m ittee  I n ter n atio n al  E lectr o t ec h n ical  C o m m is s io n   p u b lis h e d .           Fig u r e  1 3 .   T h e   3 . 5   k W ,   d u ty   M1   an d   M3   =   10% ,   d u ty   M 2   =  6 0 % ,   f r e q u en c y   f o r   s witch   =   30   k Hz           Fig u r e  1 4 .   T h e  3   k W ,   d u ty   M1   an d   M3   =   10% ,   d u ty   M2   =  6 0 % ,   f r eq u en c y   f o r   s witch   =   30   k Hz                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  1 6 ,   No .   1 ,  Ma r c h   20 2 5 :   389 - 406   398   Fig u r e  1 5   s h o ws  th e  in p u t  an d   o u tp u t  v o ltag e  cu r r en t  s ig n als  o f   th e  co n v er ter ,   th e  av er ag e  p o wer   v alu e   with   th e  in p u t  p ar a m eter s   o f   t h e  AC /AC   co n v er ter   with   a   c ap ac ity   o f   2 . 5   k W .   W ith   th is   i n p u t  p ar am eter ,   th e  co n v er ter   o p e r ates  well  with   a  s witch in g   co n tr o l   f r eq u en cy   o f   6 0   k Hz.   T h e  o u tp u t  v o ltag e   am p litu d e  v alu e  o f   AC   g r id   2   is   r e d u ce d   co m p a r e d   to   AC   g r id   1   b y   6   V.   Fro m   h er e,   we   ca n   a d ju s t  th e  f r e q u en cy   v al u e,   an d   th e   p u ls e  wid th   o f   th e   M1   a n d   M 2   s witch es  to   en s u r e   th at  th e   v o ltag e  am p litu d e  r ea ch es  th e   s am e  v alu e   as  th e   s in g le - p h ase  AC   g r id .     Fig u r e  1 6   s h o ws  th e  in p u t  an d   o u tp u t  v o ltag e  cu r r en t  s ig n als  o f   th e  co n v er ter ,   th e  av er ag e  p o wer   v alu e   with   th e  in p u t  p ar am eter s   o f   t h e  AC /AC   co n v er ter   with   a  ca p ac ity   o f   2   k W .   W ith   th is   in p u t  p ar am eter ,   t h e   co n v er ter   o p er ates  well  with   a   s witch in g   co n tr o l   f r eq u en cy   o f   3 0   k Hz,   th e  p u ls e  wid th   o f   th e  s witch es  v ar ies   with   th e  v alu es  M1   an d   M3   =  1 0 %,  M2   =  4 0 %.  T h e  o u tp u t  v o ltag e  am p litu d e  v al u e  o f   A C   g r id   2   is   r ed u ce d   co m p ar ed   to   AC   g r id   1   b y   4   V.   Fro m   h er e ,   we  ca n   a d ju s t th e  f r eq u en cy   v alu e,   an d   t h e  p u ls e  wid th   o f   th e  M1   an d   M2   s witch es  to   en s u r e   th at  th e  v o ltag e  a m p litu d e  r ea c h es  th e  s am e  v alu e  as  th e   s in g le - p h ase  AC   g r id .     Fig u r e  1 7   is   lik e  th e  ca s e  o f   th e  co n v er ter   d escr ib ed   in   Fig u r e  1 6 .   T h e  in p u t  p ar am eter   a d j u s ts   th e  p o wer   with   a  v alu e  o f   1 . 5   k W .   T h e  b asic o u tp u t v o ltag e  a n d   cu r r en t f o r m   d o   n o t c h an g e  in   t o tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   wh en   s witch in g   f r eq u e n cy   an d   co n tr o l p u ls e  wid th   M1   a n d   M2   as sh o wn   in   Fig u r e  1 6 .           Fig u r e  1 5 .   C ir cu it p o wer   2 . 5   k W ,   d u ty   M1   an d   M3   =   10% ,   d u ty   M2   =  6 0 % ,   f r e q u en c y   f o r   s witch   =   30   k Hz           Fig u r e  1 6 .   Po wer   2   k W ,   d u ty   M1   an d   M3   =   10% ,   d u ty   M 2   =  4 0 % ,   f r e q u en c y   f o r   s witch   =   30   k Hz                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.