Performance investigations of five-level reduced switches count Η-bridge multilevel inverter

Abstract

This research paper describes a simple five-level single-phase pulse-width modulated inverter topology for photovoltaic grid applications. Multilevel inverters, as opposed to conventional two-level inverters, include more than two levels of voltage while using multiple power switches and lower-level DC voltage levels as input to produce high power, easier, and less modified oscillating voltage. The H-bridge multilevel inverter seems to have a relatively simple circuit design, needs minimal power switching elements, and provides higher efficiency among various types of topologies for multi-level inverters that are presently accessible. Nevertheless, using more than one DC source for more than three voltage levels and switching and conduction losses, which primarily arise in major power switches, continue to be a barrier. The novelty of the proposed work consists of compact modular inverter configuration to connect a photovoltaic system to the grid with fewer switches. Purpose. The proposed system aims to decrease the number of switches, overall harmonic distortions, and power loss. By producing distortion-free sinusoidal output voltage as the level count rises while lowering power losses, the constituted optimizes power quality without the need for passive filters. Methods. The proposed topology is implemented in MATLAB/Simulink with gating pulses and various pulse width modulation technique. Results. With conventional topology, total harmonic distortion, power switches, output voltage, current, power losses, and the number of DC sources are investigated. Practical value. The proposed topology has proven to be extremely useful for deploying photovoltaic-based stand-alone multilevel inverters in grid applications.

У цій дослідницькій статті описується проста топологія п’ятирівневого однофазного інвертора із широтно-імпульсною модуляцією для фотоелектричних мереж. Багаторівневі інвертори, на відміну від звичайних дворівневих інверторів, включають більше двох рівнів напруги при використанні кількох перемикачів потужності та рівнів постійної напруги нижчого рівня на вході для створення більш потужної, простішої і менш модифікованої коливальної напруги. Багаторівневий інвертор з H-мостом, мабуть, має відносно просту схему, вимагає мінімальної кількості елементів, що перемикають, і забезпечує більш високу ефективність серед різних типів топологій багаторівневих інверторів, які доступні в даний час. Тим не менш, використання більше одного джерела постійного струму для більш ніж трьох рівнів напруги, а також втрати на перемикання та провідність, які в першу чергу виникають в основних силових перемикачах, як і раніше, залишаються перешкодою. Новизна запропонованої роботи полягає у компактній модульній конфігурації інвертора для підключення фотоелектричної системи до мережі з меншою кількістю перемикачів. Мета. Пропонована система спрямована на зменшення кількості перемикачів, загальних гармонічних спотворень та втрат потужності. Створюючи синусоїдальну вихідну напругу без спотворень у міру збільшення рівня та одночасно знижуючи втрати потужності, перетворювач оптимізує якість електроенергії без необхідності використання пасивних фільтрів. Методи. Запропонована топологія реалізована в MATLAB/Simulink з використанням стробуючих імпульсів та різних методів широтно-імпульсної модуляції. Результати. За традиційної топології досліджуються загальні гармонічні спотворення, силові ключі, вихідна напруга, струм, втрати потужності та кількість джерел постійного струму. Практична цінність. Запропонована топологія виявилася надзвичайно корисною для розгортання автономних багаторівневих інверторів на фотоелектричній основі у мережних додатках.