Czasopisma
Czasopisma
Czasopisma
ATEST - OCHRONA PRACY
ATEST - OCHRONA PRACY
AURA
AURA
AUTO MOTO SERWIS
AUTO MOTO SERWIS
CHEMIK
CHEMIK
CHŁODNICTWO
CHŁODNICTWO
CIEPŁOWNICTWO, OGRZEWNICTWO, WENTYLACJA
CIEPŁOWNICTWO, OGRZEWNICTWO, WENTYLACJA
DOZÓR TECHNICZNY
DOZÓR TECHNICZNY
ELEKTROINSTALATOR
ELEKTROINSTALATOR
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA
Czasopisma
Czasopisma
Czasopisma
GAZETA CUKROWNICZA
GAZETA CUKROWNICZA
GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA
GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA
GOSPODARKA MIĘSNA
GOSPODARKA MIĘSNA
GOSPODARKA WODNA
GOSPODARKA WODNA
HUTNIK - WIADOMOŚCI HUTNICZE
HUTNIK - WIADOMOŚCI HUTNICZE
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
MASZYNY, TECHNOLOGIE, MATERIAŁY - TECHNIKA ZAGRANICZNA
MASZYNY, TECHNOLOGIE, MATERIAŁY - TECHNIKA ZAGRANICZNA
MATERIAŁY BUDOWLANE
MATERIAŁY BUDOWLANE
OCHRONA PRZECIWPOŻAROWA
OCHRONA PRZECIWPOŻAROWA
OCHRONA PRZED KOROZJĄ
OCHRONA PRZED KOROZJĄ
Czasopisma
Czasopisma
Czasopisma
ODZIEŻ
ODZIEŻ
OPAKOWANIE
OPAKOWANIE
PACKAGING REVIEW
PACKAGING REVIEW
POLISH TECHNICAL REVIEW
POLISH TECHNICAL REVIEW
PROBLEMY JAKOŚCI
PROBLEMY JAKOŚCI
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY
PRZEGLĄD GASTRONOMICZNY
PRZEGLĄD GASTRONOMICZNY
PRZEGLĄD GEODEZYJNY
PRZEGLĄD GEODEZYJNY
PRZEGLĄD MECHANICZNY
PRZEGLĄD MECHANICZNY
PRZEGLĄD PAPIERNICZY
PRZEGLĄD PAPIERNICZY
Czasopisma
Czasopisma
Czasopisma
PRZEGLĄD PIEKARSKI I CUKIERNICZY
PRZEGLĄD PIEKARSKI I CUKIERNICZY
PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA
PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA
PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY - WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE
PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY - WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE
PRZEGLĄD WŁÓKIENNICZY - WŁÓKNO, ODZIEŻ, SKÓRA
PRZEGLĄD WŁÓKIENNICZY - WŁÓKNO, ODZIEŻ, SKÓRA
PRZEGLĄD ZBOŻOWO-MŁYNARSKI
PRZEGLĄD ZBOŻOWO-MŁYNARSKI
PRZEMYSŁ CHEMICZNY
PRZEMYSŁ CHEMICZNY
PRZEMYSŁ FERMENTACYJNY I OWOCOWO-WARZYWNY
PRZEMYSŁ FERMENTACYJNY I OWOCOWO-WARZYWNY
PRZEMYSŁ SPOŻYWCZY
PRZEMYSŁ SPOŻYWCZY
RUDY I METALE NIEŻELAZNE
RUDY I METALE NIEŻELAZNE
SZKŁO I CERAMIKA
SZKŁO I CERAMIKA
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
WIADOMOŚCI ELEKTROTECHNICZNE
WIADOMOŚCI ELEKTROTECHNICZNE
WOKÓŁ PŁYTEK CERAMICZNYCH
WOKÓŁ PŁYTEK CERAMICZNYCH
Menu
Menu
Menu
Prenumerata
Prenumerata
Publikacje
Publikacje
Drukarnia
Drukarnia
Kolportaż
Kolportaż
Reklama
Reklama
O nas
O nas
ui-button
Twój Koszyk
Twój koszyk jest pusty.
Niezalogowany
Niezalogowany
Zaloguj się
Zarejestruj się
Reset hasła
Czasopismo
|
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY
|
Rocznik 2024 - zeszyt 3
Reduced Components Count with Optimal Switching for Minimum THD in Multilevel Inverter
Zmniejszona liczba komponentów przy optymalnym przełączaniu zapewniającym minimalne THD w falowniku wielopoziomowym
10.15199/48.2024.03.27
Taha Ahmad Hussein
DahamanIshak
Mohamad Tarnini
nr katalogowy: 147749
10.15199/48.2024.03.27
Streszczenie
This paper presents the design and implementation of a 31 multi-level inverter (31-MLI) suitable for medium and high-power industrial applications. The research considers the reduction of the components in the switches and the DC sources used, as well as the reduction of the total harmonics distortion (THD) at the output voltage by selective harmonics elimination (SHE). For this purpose, three efficient algorithms are used to determine the optimum values of switching angles. Those algorithms are genetic algorithm_(GA), gray wolf optimization _(GWO) and slime mold algorithm_ (SMA). The switching angles that give the lowest value of THD were selected from each algorithm and tabulated for a wide range of modulation index (m), and named the integrated hybrid optimizer (IHO). A reduced switches model of 31-MLI is built, controlled by Arduino, and programmed with the selected optimized angles. A comparison study is carried out for all optimized cases. To validate the effectiveness of the proposed IHO, a 31-MLI is modeled in MATLAB Simulink environment. An experimental prototype was also built and tested. Comprehensive results from both simulation and experiment are analyzed and compared under different operating conditions. The results show the proposed IHO can achieve minimum THD in a 31-MLI.
Abstract
W artykule przedstawiono projekt i realizację wielopoziomowego falownika 31 (31-MLI) odpowiedniego do zastosowań przemysłowych średniej i dużej mocy. Badania uwzględniają redukcję komponentów stosowanych w przełącznikach i źródłach prądu stałego, a także redukcję całkowitego zniekształcenia harmonicznych (THD) napięcia wyjściowego poprzez selektywną eliminację harmonicznych (SHE). W tym celu stosuje się trzy wydajne algorytmy wyznaczające optymalne wartości kątów przełączania. Algorytmy te to algorytm genetyczny_(GA), optymalizacja szarego wilka_(GWO) i algorytm śluzowca_ (SMA). Z każdego algorytmu wybrano kąty przełączania, które dają najniższą wartość THD, zestawiono w tabeli dla szerokiego zakresu współczynnika modulacji (m) i nazwano zintegrowanym optymalizatorem hybrydowym (IHO). Zbudowany jest zredukowany model przełączników 31-MLI, kontrolowany przez Arduino i programowany pod wybranymi zoptymalizowanymi kątami. Dla wszystkich zoptymalizowanych przypadków przeprowadzane jest badanie porównawcze. Aby zweryfikować skuteczność proponowanej IHO, model 31-MLI jest modelowany w środowisku MATLAB Simulink. Zbudowano i przetestowano także eksperymentalny prototyp. Kompleksowe wyniki symulacji i eksperymentów są analizowane i porównywane w różnych warunkach operacyjnych. Wyniki pokazują, że proponowana IHO może osiągnąć minimalne THD w 31-MLI.
Słowa kluczowe
Multilevel inverter
MLI
GA
GWO
SMA
Keywords
Falownik wielopoziomowy
MLI
GA
GWO
SMA
Bibliografia
[1] H. Akagi, "Multilevel Converters: Fundamental Circuits and Systems," in Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 11, pp. 2048-2065, Nov. 2017, doi: 10.1109/JPROC.2017.2682105. [2] M. A. Perez, S. Ceballos, G. Konstantinou, J. Pou and R. P. Aguilera, "Modular Multilevel Converters: Recent Achievements and Challenges," in IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, vol. 2, pp. 224-239, 2021, doi: 10.1109/OJIES.2021.3060791. [3] E. Babaei, C. Buccella and M. Saeedifard, "Recent Advances in Multilevel Inverters and Their Applications—Part I," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 63, no. 11, pp. 7145- 7147, Nov. 2016, doi: 10.1109/TIE.2016.2602270. [4] M. Norambuena, S. Kouro, S. Dieckerhoff and J. Rodriguez, "Reduced Multilevel Converter: A Novel Multilevel Converter With a Reduced Number of Active Switches," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, no. 5, pp. 3636- 3645, May 2018, doi: 10.1109/TIE.2017.2762628. [5] C. Newton and M. Summer, "Multi-level convertors a real solution to medium/high-voltage drives," in Power Engineering Journal, vol. 12, no. 1, pp. 21-26, Feb. 1998, doi: 10.1049/pe:19980107. [6] J. I. Leon, S. Vazquez and L. G. Franquelo, "Multilevel Converters: Control and Modulation Techniques for Their Operation and Industrial Applications," in Proceedings of the IEEE, vol. 105, no. 11, pp. 2066-2081, Nov. 2017, doi: 10.1109/JPROC.2017.2726583. [7] M. Asoodar, M. Nahalparvari, C. Danielsson, R. Söderström and H. -P. Nee, "Online Health Monitoring of DC-Link Capacitors in Modular Multilevel Converters for FACTS and HVDC Applications," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 36, no. 12, pp. 13489-13503, Dec. 2021, doi: 10.1109/TPEL.2021.3091780. [8] Pasquale Franzese, Mattia Ribera, Andrea Cervone, Diego Iannuzzi, "Optimized control strategy for single-phase multilevel cascaded converter in a distributed PV-BESS system," Electric Power Systems Research, Volume 214, Part A,2023. [9] C. Dhanamjayulu, S. Padmanaban, V. K. Ramachandaramurthy, J. B. Holm-Nielsen and F. Blaabjerg, "Design and Implementation of Multilevel Inverters for Electric Vehicles," in IEEE Access, vol. 9, pp. 317-338, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3046493. [10] A. K. Koshti and M. N. Rao, "A brief review on multilevel inverter topologies," 2017 International Conference on Data Management, Analytics and Innovation (ICDMAI), Pune, India, 2017, pp. 187-193, doi: 10.1109/ICDMAI.2017.8073508. [11] A. Mokhberdoran and A. Ajami, "Symmetric and Asymmetric Design and Implementation of New Cascaded Multilevel Inverter Topology," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 29, no. 12, pp. 6712-6724, Dec. 2014, doi: 10.1109/TPEL.2014.2302873. [12] Soumyadeep Ray, Nitin Gupta & Ram AvtaGupta "A Comprehensive Review on Cascaded H-bridge Inverter-Based Large-Scale Grid-Connected Photovoltaic," IETETechnicalReview, 34:5, 463477, 2017,DOI: 10.1080/02564602.2016.1202792 [13] Alepuz, Salvador, Sergio Busquets-Monge, Joan NicolásApruzzese, Àlber Filbà-Martínez, Josep Bordonau, Xibo Yuan, and Samir Kouro. 2022. "A Survey on Capacitor Voltage Control in Neutral-Point-Clamped Multilevel Converters" Electronics 11, no.4:527. doi.org/10.3390/electronics1104052 [14] H. Obara and Y. Sato, "Theoretical analysis of self-balancing function of capacitor voltages in flying capacitor multi-level converters," 2011 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, Phoenix, AZ, USA, 2011, pp. 2079-2086, doi: 10.1109/ECCE.2011.6064043. [15] Balal, Afshin, et al. "A review on multilevel inverter topologies." Emerging Science Journal 6.1 (2022): 185-200. [16] H. P. Vemuganti, D. Sreenivasarao, S. K. Ganjikunta, H. M. Suryawanshi and H. Abu-Rub, "A Survey on Reduced Switch Count Multilevel Inverters," in IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, vol. 2, pp. 80-111, 2021, doi: 10.1109/OJIES.2021.3050214. [17] M. D. Siddique, S. Mekhilef, N. M. Shah and M. A. Memon, "Optimal Design of a New Cascaded Multilevel Inverter Topology With Reduced Switch Count," in IEEE Access, vol. 7, pp. 24498-24510, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2890872. [18] K. P. Panda, P. R. Bana, O. Kiselychnyk, J. Wang and G. Panda, "A Single-Source Switched-Capacitor-Based Step-Up Multilevel Inverter With Reduced Components," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 57, no. 4, pp. 3801- 3811, July-Aug. 2021, doi: 10.1109/TIA.2021.3068076. [19] K. -R. Sorto-Ventura, M. Abarzadeh, K. Al-Haddad and L. A. Dessaint, "23-level Single DC Source Hybrid PUC (H-PUC) Converter Topology With Reduced Number of Components: Real-Time Implementation With Model Predictive Control," in IEEE Open Journal of the Industrial Electronics Society, vol. 1, pp. 127-137, 2020, doi: 10.1109/OJIES.2020.3007989. [20] S. R. Khasim, D. C, S. Padmanaban, J. B. Holm-Nielsen and M. Mitolo, "A Novel Asymmetrical 21-Level Inverter for Solar PV Energy System With Reduced Switch Count," in IEEE Access, vol. 9, pp. 11761-11775, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3051039. [21] C. Dhanamjayulu, D. Prasad, S. Padmanaban, P. K. Maroti, J. B. Holm-Nielsen and F. Blaabjerg, "Design and Implementation of Seventeen Level Inverter With Reduced Components," in IEEE Access, vol. 9, pp. 16746-16760, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3054001. [22] M. D. Siddique, S. Mekhilef, N. M. Shah, A. Sarwar, A. Iqbal and M. A. Memon, "A New Multilevel Inverter Topology With Reduce Switch Count," in IEEE Access, vol. 7, pp. 58584- 58594, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2914430. [23] P. Omer, J. Kumar and B. S. Surjan, "A Review on Reduced Switch Count Multilevel Inverter Topologies," in IEEE Access, vol. 8, pp. 22281-22302, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2969551. [24] P. Omer, J. Kumar and B. S. Surjan, "A Review on Reduced Switch Count Multilevel Inverter Topologies," in IEEE Access, vol. 8, pp. 22281-22302, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2969551. [25] M. S. B. Arif, U. Mustafa, S. B. M. Ayob, J. Rodriguez, A. Nadeem and M. Abdelrahem, "Asymmetrical 17-Level Inverter Topology With Reduced Total Standing Voltage and Device Count," in IEEE Access, vol. 9, pp. 69710-69723, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3077968. [26] M. D. Siddique, S. Mekhilef, M. Rawa, A. Wahyudie, B. Chokaev and I. Salamov, "Extended Multilevel Inverter Topology With Reduced Switch Count and Voltage Stress," in IEEE Access, vol. 8, pp. 201835-201846, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3026616. [27] D. Prasad and C. Dhanamjayulu, "Reduced Voltage Stress Asymmetrical Multilevel Inverter With Optimal Components," in IEEE Access, vol. 10, pp. 53546-53559, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3176110. [28] S. R. Khasim and C. Dhanamjayulu, "Design and Implementation of Asymmetrical Multilevel Inverter With Reduced Components and Low Voltage Stress," in IEEE Access, vol. 10, pp. 3495-3511, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3140354. [29] A. Taghvaie, M. E. Haque, S. Saha and M. A. Mahmud, "A New Step-Up Switched-Capacitor Voltage Balancing Converter for NPC Multilevel Inverter-Based Solar PV System," in IEEE Access, vol. 8, pp. 83940-83952, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.2992093. [30] A. Iqbal, M. D. Siddique, J. S. M. Ali, S. Mekhilef and J. Lam, "A New Eight Switch Seven Level Boost Active Neutral Point Clamped (8S-7L-BANPC) Inverter," in IEEE Access, vol. 8, pp. 203972-203981, 2020, doi: 10.1109/ACCESS.2020.3036483. [31] Katoch, S., Chauhan, S.S. & Kumar, V. A review on genetic algorithm: past, present, and future. Multimed Tools Appl 80, 8091–8126 (2021). https://doi.org/10.1007/s11042-020-10139- 6. [32] Mohammad H. Nadimi-Shahraki, Shokooh Taghian, Seyedali Mirjalili, "An improved grey wolf optimizer for solving engineering problems, "Expert Systems with Applications, Volume 166, Marcg, 2021. [33] Shimin Li, Huiling Chen, Mingjing Wang, Ali Asghar Heidari, Seyedali Mirjalili, " Slime mould algorithm: A new method for stochastic optimization,"Future Generation Computer Systems, Volume 111,2020,Pages 300-323, [34] S. R. Khasim, D. C, S. Padmanaban, J. B. Holm-Nielsen and M. Mitolo, "A Novel Asymmetrical 21-Level Inverter for Solar PV Energy System With Reduced Switch Count," in IEEE Access, vol. 9, pp. 11761-11775, 2021, doi: 10.1109/ACCESS.2021.3051039. [35] Muhammad Najwan Hamidi, Dahaman Ishak, Muhammad Ammirrul Atiqi Mohd Zainuri, Chia Ai Ooi,"An asymmetrical multilevel inverter with optimum number of components based on new basic structure for photovoltaic renewable energy system “, Solar Energy, Volume 204,2020,Pages 13- 25,ISSN0038092X,https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.04.05 6. [36] Hamidi, Muhammad Najwan & Marzuki, Arjuna & Ishak, Dahaman & Salem, Mohamed & Marzaki, Mohd & Ukaegbu, Ikechi. (2022). "Asymmetrical Multilevel Inverter-Based PV System with Voltage Feedback Control: An Experimental Validation". Applied Sciences. 12. 3581. 10.3390/app12073581. [37] C. Dhanamjayulu et al., "Real-Time Implementation of a 31- Level Asymmetrical Cascaded Multilevel Inverter for Dynamic Loads," in IEEE Access, vol. 7, pp. 51254-51266, 2019, doi: 10.1109/ACCESS.2019.2909831.
Treść płatna
Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp -
zaloguj się
.
Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!
Publikacja
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-3 , nr katalogowy 147749
licencja: Osobista
Produkt cyfrowy
Nowość
10.00 zł
Do koszyka
Zeszyt
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-3
licencja: Osobista
Produkt cyfrowy
Nowość
85.00 zł
Do koszyka
Prenumerata
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista
Produkt cyfrowy
Nowość
762.00 zł
Do koszyka
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista
Szczegóły pakietu
Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)
1002.00 zł brutto
927.78 zł netto
74.22 zł VAT
(stawka VAT 8%)
1002.00 zł
Do koszyka
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista
Szczegóły pakietu
Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna
960.00 zł brutto
888.89 zł netto
71.11 zł VAT
(stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka
42.00 zł brutto
34.15 zł netto
7.85 zł VAT
(stawka VAT 23%)
1002.00 zł
Do koszyka
Zeszyt
2024-3
Czasopisma
ATEST - OCHRONA PRACY
AURA
AUTO MOTO SERWIS
CHEMIK
CHŁODNICTWO
CIEPŁOWNICTWO, OGRZEWNICTWO, WENTYLACJA
DOZÓR TECHNICZNY
ELEKTROINSTALATOR
ELEKTRONIKA - KONSTRUKCJE, TECHNOLOGIE, ZASTOSOWANIA
GAZETA CUKROWNICZA
GAZ, WODA I TECHNIKA SANITARNA
GOSPODARKA MIĘSNA
GOSPODARKA WODNA
HUTNIK - WIADOMOŚCI HUTNICZE
INŻYNIERIA MATERIAŁOWA
MASZYNY, TECHNOLOGIE, MATERIAŁY - TECHNIKA ZAGRANICZNA
MATERIAŁY BUDOWLANE
OCHRONA PRZECIWPOŻAROWA
OCHRONA PRZED KOROZJĄ
ODZIEŻ
OPAKOWANIE
PACKAGING REVIEW
POLISH TECHNICAL REVIEW
PROBLEMY JAKOŚCI
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY
PRZEGLĄD GASTRONOMICZNY
PRZEGLĄD GEODEZYJNY
PRZEGLĄD MECHANICZNY
PRZEGLĄD PAPIERNICZY
PRZEGLĄD PIEKARSKI I CUKIERNICZY
PRZEGLĄD TECHNICZNY. GAZETA INŻYNIERSKA
PRZEGLĄD TELEKOMUNIKACYJNY - WIADOMOŚCI TELEKOMUNIKACYJNE
PRZEGLĄD WŁÓKIENNICZY - WŁÓKNO, ODZIEŻ, SKÓRA
PRZEGLĄD ZBOŻOWO-MŁYNARSKI
PRZEMYSŁ CHEMICZNY
PRZEMYSŁ FERMENTACYJNY I OWOCOWO-WARZYWNY
PRZEMYSŁ SPOŻYWCZY
RUDY I METALE NIEŻELAZNE
SZKŁO I CERAMIKA
TECHNOLOGIA I AUTOMATYZACJA MONTAŻU
WIADOMOŚCI ELEKTROTECHNICZNE
WOKÓŁ PŁYTEK CERAMICZNYCH