Wild horse optimization algorithm implementation in 7-level packed U-cell multilevel inverter to mitigate total harmonic distortion

Abstract

Multilevel inverters (MLIs) are a popular industrial and, more especially, renewable energy application solution. This is because of its appetite for filters, low distortion class, and capacity to provide a multilayer output voltage that resembles a pure sine waveform. The novelty is in applying the wild horse optimization algorithm (WHOA) to adjust the sinusoidal pulse width modulation (SPWM) technique by producing the optimal reference signal parameters in a new multilevel inverter architecture known as the packed U-cell multilevel inverter (PUC-MLI). Purpose. This study helps with the idea of new inverter architecture and a modified pulse width modulation (MPWM) method to make the multilevel inverter smaller, cheaper, and with less total harmonic distortion (THD). Methods. We use the proposed approach to control a 7-level, single-phase PUC-MLI. The WHOA is used to discover the optimal parameters of the additional reference sine signal after being compared with SPWM to evaluate its performance in harmonic reduction. The simulation’s outcome was validated by building a PUC-MLI prototype. Results. Experimental results and simulations validate the effectiveness of the suggested approach. The WHOA-improved MPWM approach achieves a significant reduction in THD on the PUC-MLI output voltage, as indicated by the results. Practical value. THD in MLI output voltage will be reduced without spending any cost. The suggested solution works with many MLI topologies with varying output voltage levels.

Багаторівневі інвертори (MLIs) є популярним рішенням для застосування у промисловості та, особливо, у відновлюваних джерелах енергії. Це пов’язано з його потребою у фільтрах, низьким класом спотворень та здатністю забезпечувати багатошарову вихідну напругу, що нагадує чистий синусоїдальний сигнал. Новизна полягає у застосуванні алгоритму оптимізації «дикого коня» (WHOA) для налаштування методу синусоїдальної широтно-імпульсної модуляції (SPWM) шляхом створення оптимальних параметрів опорного сигналу в новій архітектурі, відомої як упакований багаторівневий інвертор U-подібного типу (PUC-MLI). Мета. Це дослідження допомагає реалізувати ідею нової архітектури інвертора та модифікованого методу широтно-імпульсної модуляції (MPWM), що дозволяє зробити багаторівневий інвертор меншим, дешевшим і з меншим загальним гармонічним спотворенням (THD). Методи. Ми використовуємо запропонований підхід для керування 7-рівневим однофазним PUC MLI. WHOA використовується для визначення оптимальних параметрів додаткового еталонного синусоїдального сигналу після порівняння зі SPWM для оцінки його ефективності зниження гармонік. Результати моделювання були підтверджені створенням прототипу PUC-MLI. Результати. Експериментальні результати та моделювання підтверджують ефективність запропонованого підходу. Удосконалений WHOA підхід MPWM дозволяє досягти значного зниження THD вихідної напруги PUC MLI, про що свідчать результати. Практична цінність. THD вихідної напруги MLI буде знижено без будь-яких витрат. Пропоноване рішення працює з багатьма топологіями MLI з різними рівнями вихідної напруги.