Design of 7-level cascade asymmetric multilevel inverter for renewable energy applications using FPGA

Unofficial AI-generated summary based on the public title and abstract. Not an official translation.

🔬研究者:Power electronics researchers can use this topology as a reference for low-THD inverter design.

🏢実務担当者:Inverter manufacturers may consider this design for renewable energy applications to reduce harmonics.

再生可能エネルギーへの関心の高まりにより、効率的で信頼性の高い電力変換器の必要性が高まっている。マルチレベルインバータは低い高調波歪みと高品質な出力を提供するが、設計の複雑さと過剰な部品点数に悩まされることが多い。本研究では、再生可能エネルギー用途向けに最適化された7レベルカスケード非対称マルチレベルインバータの設計と実装を提示する。提案するトポロジーは、非対称DC電圧源を用いたカスケード構造を利用して7つの電圧レベルを生成し、性能と簡素さの間の実用的なバランスを提供する。設計はまずMATLAB/Simulinkソフトウェアを通じて検証され、回路動作の解析と全高調波歪み（THD）性能の評価が行われた。その後、ハードウェアプロトタイプを用いた実験的評価が実施され、シミュレーション結果が検証された。フィルタなしの場合、シミュレーションによるTHDは21.31%であり、実験セットアップではわずかに高い21.61%が記録され、0.21%のわずかな差を示した。フィルタありの場合、シミュレーションではTHDが3.81%に達したのに対し、実験セットアップではTHDが1.5%と優れた結果を示し、2.31%の顕著な低減を示した。これらの知見は、提案するインバータが優れた電力品質と動作効率を提供する能力を確認するものである。シミュレーションと実験的検証の組み合わせは、再生可能エネルギー用途における7レベルカスケード非対称マルチレベルインバータの実用性と信頼性を示している。

AI 翻訳（deepseek-v4-flash）。 正確を期す場合は下の原文を参照してください。

The increasing focus on renewable energy has driven the need for efficient  and reliable power converters. Multilevel inverters offer low harmonic  distortion and high-quality output but often suffer from design complexity  and excessive component count. This study presents the design and  implementation of a 7-level cascaded asymmetric multilevel inverter  optimized for renewable energy applications. The proposed topology utilizes  a cascade structure with asymmetric DC voltage sources to generate seven  voltage levels, providing a practical balance between performance and  simplicity. The design was first validated through MATLAB/Simulink  software to analyze circuit operation and evaluate the total harmonic  distortion (THD) performance. Experimental evaluation was then conducted  using a hardware prototype to verify simulation results. Without a filter, the  THD from the simulation was 21.31%, while the experimental setup  recorded a slightly higher value of 21.61%, indicating a marginal difference  of 0.21%. With a filter, the simulation achieved a THD of 3.81%, whereas  the experimental setup outperformed with a THD of 1.5%, showing a  notable reduction of 2.31%. These findings confirm the proposed inverter’s  capability to deliver superior power quality and operational efficiency.  The combination of simulation and experimental validation demonstrates the  practicality and reliability of the 7-level cascade asymmetric multilevel  inverter for renewable energy applications. 

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