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A novel 19L hybrid multilevel inverter system synthesizes reduced number of switches for hybrid renewable energy applications
International Transactions on Electrical Energy Systems ( IF 1.9 ) Pub Date : 2021-03-17 , DOI: 10.1002/2050-7038.12856 Alaaeldien Hassan 1, 2 , Xu Yang 1, 2 , Wenjie Chen 1, 2
International Transactions on Electrical Energy Systems ( IF 1.9 ) Pub Date : 2021-03-17 , DOI: 10.1002/2050-7038.12856 Alaaeldien Hassan 1, 2 , Xu Yang 1, 2 , Wenjie Chen 1, 2
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This paper presents a novel hybrid Multilevel Inverter (MLI) system. This hybrid system consisted of a nine‐Level MLI unit that is connected back to back with a developed H‐Bridge unit. The combination synthesizes only 10 power switches, two diodes, and four DC supplies to generate an output voltage waveform with 19 steps. The high number of steps in the output voltage helps produce a fine output waveform and more close to the sinusoidal shape with a small amount of THD. Also, it reduces the voltage stress across the switches and gives it a long lifetime, which brings more reliability. Moreover, the system synthesizes a reduced number of switches, which reduces the power losses and achieves high efficiency, and ensures small size and low cost for the proposed system. For amplifying the output power level, the paper presents two scenarios for the system expansion; both the scenarios achieve good results. To highlight the features of the proposed topology, a comparison between the proposed topology and the recently MLI topologies have been held. The comparison shows good advantages for the proposed topology over the other topologies. Two different controlling schemes (low switching frequency and model predictive control [MPC]) have been applied to control the proposed topology. The validation of the proposed topology was given through the simulation results based on MATLAB/Simulink for both the basic unit and the expanded system. Also, an experimental prototype based on the DSpace−1103 controller has been built, and the captured results support the simulation results.
中文翻译：
新颖的19L混合多电平逆变器系统可合成数量减少的开关，用于混合可再生能源应用
本文提出了一种新颖的混合式多电平逆变器（MLI）系统。该混合系统由一个九级MLI单元组成，该单元与已开发的H桥单元背对背连接。该组合仅合成10个电源开关，两个二极管和四个DC电源，以生成具有19阶跃的输出电压波形。输出电压中的高阶跃有助于产生精细的输出波形，并以较小的THD使其更接近正弦曲线形状。而且，它可以降低开关两端的电压应力，并具有较长的使用寿命，从而带来更高的可靠性。此外，该系统合成了减少数量的开关，这减少了功率损耗并实现了高效率，并确保了所提出系统的小尺寸和低成本。为了放大输出功率电平，本文介绍了两种系统扩展方案。两种方案均取得了良好的效果。为了突出所提出的拓扑的特征，已经进行了所提出的拓扑和最近的MLI拓扑之间的比较。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。为了突出所提出的拓扑的特征，已经进行了所提出的拓扑和最近的MLI拓扑之间的比较。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。为了突出所提出的拓扑的特征，已经进行了所提出的拓扑和最近的MLI拓扑之间的比较。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。
更新日期：2021-05-03
中文翻译：
新颖的19L混合多电平逆变器系统可合成数量减少的开关，用于混合可再生能源应用
本文提出了一种新颖的混合式多电平逆变器（MLI）系统。该混合系统由一个九级MLI单元组成，该单元与已开发的H桥单元背对背连接。该组合仅合成10个电源开关，两个二极管和四个DC电源，以生成具有19阶跃的输出电压波形。输出电压中的高阶跃有助于产生精细的输出波形，并以较小的THD使其更接近正弦曲线形状。而且，它可以降低开关两端的电压应力，并具有较长的使用寿命，从而带来更高的可靠性。此外，该系统合成了减少数量的开关，这减少了功率损耗并实现了高效率，并确保了所提出系统的小尺寸和低成本。为了放大输出功率电平，本文介绍了两种系统扩展方案。两种方案均取得了良好的效果。为了突出所提出的拓扑的特征，已经进行了所提出的拓扑和最近的MLI拓扑之间的比较。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。为了突出所提出的拓扑的特征，已经进行了所提出的拓扑和最近的MLI拓扑之间的比较。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。为了突出所提出的拓扑的特征，已经进行了所提出的拓扑和最近的MLI拓扑之间的比较。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。比较结果表明，与其他拓扑相比，建议的拓扑具有良好的优势。已经应用了两种不同的控制方案（低开关频率和模型预测控制[MPC]）来控制所提出的拓扑。通过基于MATLAB / Simulink的基本单元和扩展系统的仿真结果，对提出的拓扑进行了验证。此外，已经建立了基于DSpace-1103控制器的实验原型，捕获的结果支持了仿真结果。
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