I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   18 ,   N o .   2 M a y   20 20 ,   pp .   573 ~ 585   IS S N :   2502 - 4752 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e c s . v 1 8 .i 2 . pp 573 - 585             573       Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e c s . i a e s c or e . c om   U t i l i t y - sc a l e   p h o t o v o l t a i c   g e n e r a t o r s:   a   r e v i e w   o n   t r e n d s ,   g r i d   c o d e   r e q u i r e m e n t s a n d   c h a l l e n g e s       N ad i M .   L .   Tan 1 ,   A g i l e s w ar i   K .   R am as am y 2 ,   V i gn K .   R am ac h an d ar am u r th y 3 ,     M ar ayati   M ar s ad e k 4 ,   M o h d .   R .   O th m an 5 ,   I b r ah i m   A r i ffi n 6   1 , 2 , 3 , 4 D e pa r t m e nt   o f   E l e c t r i c a l   a n d   E l e c t r o ni c s   E ngi n e e ri n g ,   U ni v e r s i t i   T e na ga   N a s i o na l   (U N IT E N ),   M a l a y s i a   3 , 4 I ns t i t u t e   o f   P o w e r   E ng i n e e r i ng   ( I P E ) ,   U N I T E N ,   M a l a y s i a   5 , 6 G r i S o l ut i o E xpe r t i s e   D e pa r t m e nt ,   T e n a g a   N a s i o na l   B e r h a d ,   M a l a y s i       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T     Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e A ug   19 ,   201 9   R e v i s e O c t   21 ,   2 019   A c c e pt e N o v   5 ,   201 9       T hi s   p a pe r   pr o v i de s   a o v e r v i e w   of   t he   g l o ba l   t r e n ds   i ut i l i t y - s c a l e   pho t o vo l t a i c   ( P V )   i ns t a l l e c a pa c i t y .   T hi s   pa p e r   a l s o   pr e s e n t s   a   c o m pa r i s o o f   g r i d - c o nne c t i o r e q ui r e m e n t s   o f   s i c o unt r i e s   i t h e   c o nt i ne n t s   o f   E ur o pe ,   A s i a ,   A f r i c a ,   a nd   A us t r a l i a   f o r   ut i l i t y - s c a l e   P V   g e ne r a t o r s   i n o r m a l   a n a bno r m a l   g r i d   c o ndi t i o ns .   M a ny   c o unt r y - ba s e g r i d   c o de s   a nd   i nt e r na t i o n a l   s t a nda r ds   ( I E E E   1547 )   f o r   i n t e r c o nne c t i o o f   i nv e r t e r - ba s e r e ne w a b l e   e ne r g y   g e ne r a t o r s   a r e   de m a nd i ng   s t r i c t e r   g r i d - c o nne c t i o c o m pl i a nc e   f r o m   ut i l i t y - s c a l e   P V   g e ne r a t o r s   t o   e ns u r e   po w e r   s y s t e m   s a f e t y   a nd  r e l i a b i l i t y   a s   i t s   pe ne t r a t i o l e v e l   i nc r e a s e s .   T hi s   p a pe r   t he d i s c us s e s   t h e   e c o no m i c   a nd  t e c hni c a l   i m pa c t s ,   a nd   e x pl o r e s   t he   pr e pa r e d ne s s   o f   P V   g e ne r a t i o s y s t e m s   i n   m e e t i ng   t he   g r i d   c o de   r e qu i r e m e n t s .   Ke y w or ds :   D y n a m i c   v o l t a ge   s uppo rt   F a ul t - ri de - t hr o ug h   G r i c o de   G r i c o nn e c t i o r e qui r e m e nt s   L a r ge - s c a l e   s o l a r   L ow - vo l t a ge   r i de - t hr o ugh   C opy r i gh t   ©   2020   I n s t i t ut e   o f   A dv anc e E ng i ne e r i ng   and   S c i e nc e .     A l l   r i gh t s   r e s e r v e d .   Cor r e s pon di n g   Au t h or :   N a di a   M .   L   T a n,   D e pa rt m e n t   o f   E l e c t ri c a l   a nd  E l e c t r o ni c s   E n g i n e e ri n g,   U n i v e r s i t i   T e na ga   N a s i o n a l ,   M a l a y s i a .   E m a i l :   n a d i a @ u ni t e n . e du . m y       1.   I N TR O D U C TI O N     T h e r e   i s   a   s t r o n de m a nd  f o r   r e n e w a b l e   e n e r gy   ( R E ge n e ra t i o n   gl o b a l l y .   S e ve r a l   f a c t o r s   t ha t   a r e   c a us i n t h e   s t r o n g   de m a n a r e   (i )   u n s us t a i na b l e   na t u r e   o f   fo s s i l   f ue l   s uppl y ,   (i i )   s i g ni f i c a n t   p r i c e   de c l i n e   i n   s e v e r a l   R E   t e c hn o l o gi e s   (pa rt i c u l a rl y   w i n a n d   P V   t e c hno l o gi e s ),   a n ( i i i t h e   a dv a n c e m e n t s   o f   e n e rg y   s t o r a ge   t e c hn o l o gi e s ,   a s   pub l i s h e i [1 2] .   I 2016 ,   t h e   a c c um u l a t e gl o b a l   R E   i n s t a l l e c a p a c i t y ,     w h i c h   i n c l u de s   o c e a a n d   ge o t h e rm a l   po w e r ,   P V ,   c o n c e n t ra t e s o l a r   po w e r   (CS P ) ,   a n w i n d ,   i n s t a l l e a t   di s t r i b ut i o n   a n d   t ra n s m i s s i o n   n e t w o r ks ,   i s   a s - hi g h - a s   921   G W .   B a s e o t h e   9 21  G W   o f   R E   i n s t a l l e d   c a pa c i t y ,   w i n e n e r gy   h a s   t h e   l a r ge s t   s ha r e   (487  G W ),   f o l l ow e by   P V   (303  G W ),   b i o - p ow e r   (112  G W ) ,   ge o t h e rm a l   po w e r   (13. G W ),   a nd  CS P   (4. G W ).   W i n a nd   P V   ge n e r a t o r s   a r e   a l s o   kn o w n   a s   i n v e r t e r - b a s e d   ge n e ra t o r s .     In   201 6,   t h e r e   w e r e   76  G W   of   n e w   P V   i n s t a l l a t i o n s   a n d   72 of   t h o s e   n e w   i n s t a l l a t i o n s   w e r e   ut i l i t y - s c a l e   P V   s y s t e m s   t ha t   a r e   c o n n e c t e t o   t r a n s m i s s i o n   n e t w o r ks   [3].   U t i l i t y - s c a l e   P V   s y s t e m s   a r e   t y pi c a l l y   gr o u n d - m o unt e d,   g r i d - t i e d,   a nd  o f   m ul t i - M W   i n   r a t i n g .   T h e   i n c r e a s i n p r e s e n c e   o t h e s e   i n v e r t e r   b a s e d   ge n e ra t o r s   c a n   po s e   pow e r   s y s t e m   s t a b i l i t y   pr o b l e m s   b e c a us e   t h e y   h a v e   l ow   i n e rt i a   a nd  t h e   s o ur c e   i s   i n t e r m i t t e nt   i n   n a t u r e .   M o r e o ve r ,   w i t h   i n c r e a s i n pe n e t r a t i o n   of   t h e   m ul t i - M W   P V   ge n e ra t o r s ,   i t   b e c o m e s   n e c e s s a r y   f o r   t h e   ge n e r a t o r s   t o   h a v e   l o w   vo l t a ge   r i de - t hr o u gh  (L V R T c a pa b i l i t y   b e c a us e   di s c o n n e c t i o n   o t h e   ge n e r a t o r s   u n de r   l o w - vo l t a ge   (L V )   c o n di t i o n s   c a f ur t h e r   de t e ri o ra t e   po w e r   s y s t e m   s t a b i l i t y .   T h e r e f o r e ,   gri s y s t e m   o pe r a t o r s   (G S O s f r o m   m a n y   c o un t ri e s   s uc a s   G e r m a n y ,   G r e a t   B ri t a i n,   A us t r a l i a ,   D e nm a rk,     a n e t c .   A r e   a da p t i n t h e i r   g r i c o de s   t o   a c c o m m o da t e   t h e   c h a n ge   i n   ge n e r a t i o n   m i i n   t h e   po w e r   s y s t e m   w h i l e   m a i nt a i n i ng  t h e   g ri s t a b i l i t y ,   s e c ur i t y   a n r e l i a b i l i t y .   In v e rt e r - b a s e ge n e ra t o r s ,   i t h o s e   c o un t r i e s ,   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   2 M a y   20 2 :     5 7 3   -   5 8 5   574   n o   l o n ge r   e xpe c t e t o   o n l y   s uppl y   a c t i ve   p ow e r   duri n a   n o rm a l   gri c o n di t i o n,   t h e y   a r e   a l s o   e xpe c t e d     t o   ha v e     L V R T   c a pa b i l i t i e s   a nd  a r e   r e qu i r e t o   p r o v i de   s t a t i c   a nd  d y n a m i c   g r i d - v o l t a ge - s uppo r t   du r i ng  a   gri d - f a ul t   c o n di t i o n   [4 - 5] .   W h i l e   t h e   g r i c o nn e c t i o n   c o de s   fo r   i n v e r t e r b a s e d   ge n e ra t o r s   i n c l udi ng  ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t o r s   a r e   f a i rl y   r e c e n t ,   di s t r i b ut i o n   c o nn e c t i o n   c o de s   f o r   di s t r i b ut e ge n e ra t o r s   (D G s ha v e   a   l o n ge r   hi s t o r y .   P ri o r   t o   2015,   e l e c t ri c a l   s t a nda r ds   f o r   t h e   d i s t r i b ut i o n   s y s t e m s   s uc h   a s   t h e   IE E E   1547   l a c L V R T   a n dy n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t   r e qui r e m e n t s .   T h e   r e c e nt   IE E E   S t a n d a r ds   154 7 - 2018  r e c o m m e nds   t hr e c a t e go r i e s   of   L V R T   r e qui r e m e n t   t ha t   d i f fe r s   b a s e o n   t h e   d i ff e r e n t   t ri p   s e t t i n t i m e s   a n s t i pul a t e s   dy n a m i c   vo l t a ge   s uppo r t   t hr o ug h   t h e   v o l t a ge / po w e r   r e qui r e m e n t s   f o r   D G s   t ha t   a r e   c o n n e c t e t o   e l e c t r i c   po w e r   s y s t e m ,   i n   a b n o rm a l   g r i d   c o n di t i o n s   [6] .     G r i d - c o nn e c t i o n   c o de s   fo r   i n v e r t e r - b a s e ge n e r a t o r s   o f   di ffe r e n t   c o unt r i e s   v a ri e s   due   t o   t h e   di s t i n c t   c h a ra c t e ri s t i c s   o f   t h e   po w e r   s y s t e m   n e t w o r i e a c c o un t r y   a n d   t h e   g ri c o de s   a r e   b e c o m i n g   s t r i c t e r   by   r e qui ri n t ha t   i n v e r t e r - b a s e ge n e ra t o r s   p r o v i de   a n c i l l a r y   s e r v i c e s ,   e . g.   f a ul t - r i de - t hr o ug h   (F R T )   c a pa b i l i t y ,   a c t i v e   a n r e a c t i v e   pow e r   c o n t r o l ,   a n v o l t a ge   a n d   f r e que n c y   s uppo r t ,   t o   e n s u r e   s i m i l a r   pe r f o r m a n c e s   a s   c o n v e n t i o n a l   po w e r   ge n e r a t o r s .   A   c o m pa ri s o n   o f   gri c o nn e c t i o n   c o de s   f o r   Chi na ,   G e rm a n y ,   U S - Pu e r t R i c o ,   Ro m a n i a ,   a n d   S o ut h   A f r i c a   i n   t e r m s   o f   F R T   r e qui r e m e nt s   s h o w e t h a t   t h e   g r i c o de   of   U S - P u e r t o   R i c i s   t h e   s t ri c t e s t   a s   P V   i n v e r t e r s   a r e   r e qu i r e t o   w i t h s t a nd  z e r o   v o l t a ge   a t   t h e   po i nt   o f   c o m m o n   c o upl i ng  (P CC)   fo r   a s - l o n g - a s   600  m s   [7].     T h e r e   i s   o nl y   a   f e w   c o m pa r i s o n s   o f   gr i c o nn e c t i o n   c o de s   t ha t   e m p ha s i z e s   o n   L V R T   c a pa b i l i t y   a n a n c i l l a r y   s e r v i c e s   fo r   P V   ge n e r a t o r s   du ri n n o rm a l   a nd  a b no r m a l   g ri c o n d i t i o n s .   H ow e v e r ,   g r i d - c o nn e c t i o n   c o d e s   a r e   c o n s t a n t l y   be i n r e v i s e d   t s ui t   c h a ngi n po w e r   s y s t e m   n e t w o r c o n di t i o n s   w i t h   R E .   T h e r e fo r e ,   r e v i e w s   a n a na l y s e s   of   t h e   gr i c o de s   a r e   s t i l l   n e c e s s a r y   t o   upda t e   a n i m p r o v e   un de r s t a ndi n o f   t h e   be s t   pra c t i c e s   i n   g r i c o n n e c t i o n   c o de s .   T h e r e   i s   a l s o   a   n e e d   t o   un de r s t a n t h e   c h a l l e n ge s   of   ut i l i t y - s c a l e   P V   g e n e ra t o r s   i n   c o m pl y i n g   w i t h   g ri d   c o de s ,   i n c l udi ng  t h e i r   t e c hn o l o gi c a l   r e a di n e s s .     T h i s   pa pe r   a i m s   t o   c o m pa r e   t h e   l a t e s t   g r i d - c o nn e c t i o n   c o de s   fo r   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t o r s .   It   a l s a i m s   t o   di s c us s   t h e   t e c hn o l o gi c a l   r e a d i n e s s   o f   P V   ge n e ra t o r   s y s t e m s   i n   c o m pl y i n g   w i t h   g r i c o de s   i a b n o rm a l   g r i c o n di t i o n s .   T hi s   pa pe r   i s   o r g a n i z e s uc h   t h a t   s e c t i o n   II  de s c r i b e s   t h e   t r e n ds   i ut i l i t y - s c a l e   P V - ge n e ra t o r s   i n s t a l l e c a p a c i t y .   F o l l ow i n t ha t ,   s e c t i o III  c o m pa r e s   t h e   g ri c o nn e c t i o r e qui r e m e nt s   f o r   ut i l i t y - sc a l e   P V   ge n e r a t o r s   f o r   s i c o un t r i e s   o f   fo ur   c o n t i n e nt s   w i t h   f o c us   o n   vo l t a ge ,   f r e que n c y ,   pow e r   f a c t o r   a n T H D   r e qui r e m e n t s ,   a c t i v e   pow e r   a n f r e que n c y   c o n t r o l ,   a n F R T   r e qui r e m e n t s .   I n   s e c t i o n   IV   t h e   pa pe de s c r i b e s   t h e   c h a l l e n ge s   a n t e c hn o l o gi c a l   r e a di n e s s   of   gr i d - i n t e g ra t e ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t i o n   s y s t e m s .   F i na l l y ,   t h e   c o n c l us i o n s   a r e   d r a w i S e c t i o V .       2.   TR EN D S   I N   U TI LI T Y - S C A LE   P V - G EN ER A T O R   I N S T A LLED   C A P A C I TY     F i gu r e   pr e s e n t s   a   t e n - y e a r   t r e n (2006  t o   2016)  i n   gl o b a l   c um ul a t i v e   i n s t a l l e c a pa c i t y   of   w i n a n d   P V   ge n e ra t o r s .   I n   2 006 ,   t h e   t o t a l   i n s t a l l e c a pa c i t y   of   w i n ge n e ra t i o n   w a s   12  t i m e s   m o r e   t h a n   t h e   i n s t a l l e c a pa c i t y   of   P V   ge n e r a t o r s ,   w i t h   t h e   U S   a n d   E u r o pe a c o u nt r i e s   (S pa i n,   G e r m a n y ,   F r a n c e ,   It a l y ,   P o r t uga l )   do m i n a t i n w i nd  ge n e r a t i o n   [8] .   H ow e v e r ,   t h e   a c c um ul a t e w i n (487  G W i n s t a l l e c a pa c i t y   r e duc e t 1. t i m e s   t h e   a c c um u l a t e P V   (303  G W i n s t a l l e c a pa c i t y   i n   2 016.   Co n s i de r i n e xi s t i n po l i c i e s   a n m e a s u r e s ,   w i t h   b us i n e s s - as - us ua l   s c e na r i o ,   t h e   t r e nd  i n   a c c um ul a t e i n s t a l l e c a pa c i t y   of   w i n a n P V   ge n e r a t i o n   c a b e   e xt ra po l a t e t o   s h o w   t h a t   i n s t a l l e c a pa c i t y   of   P V   ge n e ra t o r s   w i l l   d r a w   w i t w i n ge n e r a t i o n   i n   2025 .   M a n y   f a c t o r s   c a n   a f f e c t   t h e   i n c r e a s e   i n   P V   i n s t a l l e c a pa c i t i e s .   A m o ng  o t h e r s ,   l o w   p ow e r   pur c ha s e   a g r e e m e nt   (P P A p r i c e s   ($/ kW h o f   P V   i n   c o unt r i e s   l i ke   P e ru,   S o ut h   A f r i c a ,   Z i m b a bw e ,   a nd  I n d i a ,   w h i c h   ha s   b e e n   de c r e a s i ng  e xpo n e n t i a l l y   s i n c e   2009.   I n   I ndi a   a n t h e   U A E ,   t h e   c o s t   of   P P A   fo r   w i n a n P V   ge n e r a t o r s   a r e   a l m o s t   t h e   s a m e   i 201 [3] .   S uc h   ra p i de c r e a s e   i c o s t   o f   P V   i n c r e a s e s   t h e   c o m pe t i t i v e n e s s   of    P V   ge n e r a t i o n .     F i gu r e   o v e r v i e w s   t h e   d i s t r i b ut i o n   o f   a c c um ul a t e P V   i n s t a l l e c a p a c i t y   gl o b a l l y   (306. 5 G W i n   y e a r   2016 ,   w h i c h   i s   a i n c r e a s e   by   50%  (76. 6 G W i n   2015   [ 3].   T h e   c um u l a t i v e   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   i n   A s i a - P a c i f i c   c o un t r i e s   i s   t h e   l a rge s t   gl o b a l l y   a t   147. 2 GW .   A pa rt   f r o m   Chi n a   a nd  J a pa n,   o t h e r   c o un t ri e s   t ha t   c o n t ri b ut e t o   t h i s   hi g h   a m o unt   o f   P V   i n s t a l l e c a p a c i t i e s   i n   A s i a   P a c i f i c   i n c l ude   I n d i a ,   S o ut h   K o r e a ,   a nd  A us t ra l i a   [3] .   I S o ut h e a s t   A s i a ,   T ha i l a nd  i s   l e a d i n t h e   P V   ge n e r a t i o n   m a r ke t   [9]  w i t a   t o t a l   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   of   2. 17 G W ,   w h i l e   M a l a y s i a   a i m s   t o   i n c r e a s e   i t s   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   f r o m   t h e   c urr e n t   335 . 77 M W   v i a   a ddi t i o n a l   G W   o f   ut i l i t y - s c a l e   P V   by   2020  [10].   T h e   n e xt   h i g h e s t   c u m ul a t i v e   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   i s   i n   E u r o pe   (G e r m a n y ,   It a l y ,   U K ,   F r a n c e ,   a nd  S pa i n a t   10 4 G W .   T h e   A m e r i c a c o n t i n e nt   (i n c l u di n g   N o r t h,   Ce n t ra l   a nd  S o ut h   A m e r i c a )   f o l l ow s   a f t e r   E u r o pe   a n d   r e c or de a b o ut   46  G W   o f   c um ul a t i v e   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y .   T h e   l e a di ng  c o un t ri e s   i n   A m e r i c a   f o r   P V   ge n e ra t i o n   i n c l ude   U S ,   P ue r t o   R i c o ,   H o n dura s ,   Co s t a   R i c a ,   N i c a ra gu a ,   a n U r ugu a y   [11 - 12].   T h e   de v e l o pm e n t   of   P V   ge n e r a t i o n   i n   t h e   M i ddl e - E a s t   a nd  A f r i c a c o n t i n e n t   (c o unt r i e s   i n c l udi n g   K e n y a ,   S e n e ga l ,   G h a na ,   a nd  U ga n d a i s   qui t e   l o w ,   w h e r e   i t s   c um ul a t i v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       U t i l i t y - s c a l e   pho t ov o l t a i c   g e ne r a t or s a   r e v i e w   on  t r e nds ,   gr i c o de   r e qu i r e m e nt s   and…   ( Nadi M.   L .   T an )   575   i n s t a l l e c a pa c i t y   i s   4. G W   [3].   E g y pt   i s   t a rge t e t o   b e c om e   t h e   l e a d i n P V   ge n e r a t o r   i n   A f ri c a   w i t h   go o d   po l i t i c a l   s uppo r t   p r o s pe c t s   [13].   I t h e   r e s t   o f   t h e   w o r l d   t h e   t o t a l   i n s t a l l e d   c a pa c i t y   of   P V   i s   4. 6 G W .   F i gu r e   s h o w s   t h e   t o f i ve   c o un t r i e s   w i t h   P V - ge n e r a t i o n   i n   2016.   T h e y   a r e   Chi n a ,   J a p a n,   G e rm a n y ,   U S ,   a n It a l y   [1,   2,   14 - 15] .   T h e   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   a c c u m ul a t e by   t h e   t o f i ve   c o un t ri e s   a c c o un t s   f o r   up   t o   85%  o f   t h e   gl o b a l   a c c um ul a t e P V   i n s t a l l e c a p a c i t y   [16].   C hi n a   ha s   t h e   h i g h e s t   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   fo r   t w c o n s e c ut i v e   y e a r s   w i t h   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   o 44  G W   a n 77  G W   i n   2015  a n 20 16,   r e s pe c t i v e l y .   A l t h o ug h   C h i na   i s   c urr e nt l y   a   l e a de r   i n   P V   ge n e r a t i o n,   P V   i s   o n l y   5%  of   Ch i n a ’s   t o t a l   ge n e r a t i o n   c a p a c i t y ,   a n P V   ge n e r a t i o n   i s   r a nke t hi r a f t e r   t h e r m a l   ge n e ra t i o us i n g   s o ur c e s   f r o m   c o a l   a n d   o i l   [1 7].   J a p a n   s ur p a s s e G e rm a n y   a s   h a v i n g   t h e   s e c o n h i g h e s t   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   i n   t h e   w o r l a t   4 G W .   H ow e v e r ,   P V   c o n s t i t u t e s   o n l y   4. 8%  of   t h e   t o t a l   ge n e r a t i o n   c a p a c i t y   i n   J a pa n,   r a nki n a s   t h e   s i xt h   a m o n ge n e r a t i o n   of  v a r i o us   s o ur c e s   i n   t h e   c o un t r y   [18 - 19].   E v e n   t h o ugh   G e r m a n y   h a s   t h e   t h i rd  l a r ge s t   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   (41   G W gl ob a l l y ,   P V   ge n e r a t i o n   i s   ra n ke a s   t h e   s e c o n h i g h e s t   ge n e r a t i o n   a t   21 . 4%  o f   t h e   t o t a l   i n s t a l l e c a pa c i t y   i n   t h e   c o un t r y   [20].   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   i s   o n l y   a   s m a l l   f r a c t i o n   o f   t h e   t o t a l   ge n e r a t i o n   c a p a c i t y   i n   t h e   U S   a n It a l y ,   w h e r e   i t   i s   1 . 9 a n d   7. 8 %,   r e s pe c t i v e l y .     It   c a n   b e   s e e n   f r o m   t h e   gl o b a l   t r e nds   t ha t   u t i l i t y - s c a l e   P V   i s   g r o w i n y e a r - on - y e a r   w i t h   C hi n a ,   J a pa n,   E u r o pe   a n t h e   U S   l e a di n t h e   m a r ke t .   H ow e v e r ,   m a n y   o t he r   c o un t r i e s   gl o b a l l y   a r e   a l s o   a i m i n t o   i n c r e a s e   t h e i r   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y ,   l e a di n t o   c h a n ge s   t o   t h e   gri d - c o nn e c t i o n   c o de s   fo r   i n v e r t e r   b a s e ge n e r a t o r s   i n   n o rm a l   a nd  a b n o rm a l   g r i c o n d i t i o n s .   T h e   f o l l ow i n s e c t i o ns   c o m pa r e   t h e   g r i c o nn e c t i o n   c o de   fo r   i n v e r t e r -   b a s e ge n e r a t o r s   i n c l udi ng  ut i l i t y - s c a l e   P V ,   di s c us s i n t h e   r e qui r e m e n t s   i n   n o rm a l   a n a b n o rm a l   g r i d   c o n di t i o n s   s uc h   a s   u nde r -   a nd  o v e r - f r e que n c y ,   L V   c o n di t i o n s   a n d   o t h e r s .           F i gu r e   1 .   T r e n i n   i n s t a l l e c a p a c i t y   fo r   w i n d   a nd  P V   ge n e ra t o r s   f r o m   y e a 2006   t o   20 16  [ 1]           F i gu r e   2 .   W o rl dw i de   di s t ri b ut i o o f   c um ul a t i v e   P V   i n s t a l l e d   c a pa c i t i e s   i n   2 016       Fi gu r e   3 T o f i v e   c o un t r i e s   w i t t h e   h i g h e s t   P V   i n s t a l l e c a pa c i t y   i n   y e a r   2 016       3.   C O M P A R I S O N   O F   G R I D - C O N N EC TI O N   R E Q U I R EM EN TS   F O R   U LTI LI T Y - S C A LE  P V   G EN ER A T O R S   T h i s   s e c t i o n   c o m pa r e s   t h e   g r i d - c o nn e c t i o n   r e qu i r e m e n t s   s pe c i f i c a l l y   f o r   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t o r s   i n   G e rm a n y ,   U n i t e K i ngdo m   (U K ),   A us t ra l i a ,   D e nm a rk,   E gy pt ,   a n M a l a y s i a .   D u ri n n o r m a l   g ri d   c o n di t i o n s ,   g r i d - c o nn e c t i o n   c o de s   s pe c i fy   o pe r a t i n g   v o l t a ge ,   f r e que n c y ,   a n d   po w e r   f a c t o r   ra n ge ,   a nd  t h e   t o t a l   ha r m o n i c s   di s t o rt i o n   ( T H D r e qui r e m e nt s   fo r   P V   ge n e r a t o rs   o r   i n v e r t e r - b a s e ge n e r a t o r s .   D uri n a b n o r m a l   gri c o n di t i o n s ,   a c t i v e   pow e r   a n f r e que n c y   c o n t r o l ,   a nd   f a ul t - r i de - t hr o ug h   r e qu i r e m e nt s   a r e   s pe c i f i e d.     T a b l e   s um m a ri z e s   t h e   a v a i l a b l e   r e qui r e m e n t s   f o r   i n v e r t e r - b a s e ge n e r a t o r s   t ha t   a r e   s pe c i f i e i n   t h e   g r i d - c o n n e c t i o n   c o de s   of   t h e   s i c o un t r i e s .   I t   a l s o   s h o w s   t h e   r e f e r e n c e   fo r   t h e   gri d - c o de s   pe r t a i ni n t o   t h i s   p a pe [22 - 27] .   N o t e   t h a t ,   g r i c o nn e c t i o n   c o de s   di ff e r   f r o m   o n e   c o un t r y   t o   a n o t h e r   de pe n d i n o n   i ndi v i du a l   g ri c h a ra c t e ri s t i c   a n d   s t r e n g t h .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   2 M a y   20 2 :     5 7 3   -   5 8 5   576   T a b l e   1 .   A v a i l a b l e   G r i d   Co nn e c t i o n   S pe c i f i c a t i o n s   f o r   PV   G e n e ra t o r s   i n   V a r i o us   Co u n t r i e s   Co u n t ry   V F P T R a   A P F C b   F RT R c   Re f   L V W C d   D V S C e   G e r m a n y           [2 2 ]   UK           [2 3 ]   A u s t ra l i a           [2 4 ]   D e n m a rk           [2 5 ]   E y g p t           [2 6 ]   M a l a y s i a           [2 7 ]   a V o l t a g e ,   fre q u e n c y ,   p o w e f a c t o r,   a n d   T H D   r e q u i r e m e n t s .   b A c t i v e   p o w e r   a n d   f r e q u e n c y   c o n t r o l .   c F a u l t - ri d e - t h ro u g h   r e q u i r e m e n t s .   d L o w - v o l t a g e   w i t h s t a n d   c a p a b i l i t y .   e D y n a m i c   v o l t a g e   s u p p o rt   c a p a b i l i t y .       3. 1 .      V o l tag e ,   F r e q u e n c y ,   P o w e r   F ac to r ,   an d   To tal   H ar m o n i c s   D i s to r ti o n   (TH D )   R e q u i r e m e n ts   T h i s   s ub s e c t i o n   c o m pa r e s   t h e   g r i d - c o nn e c t i o n   r e qui r e m e n t s   duri n n o rm a l   c o n di t i o n   f o r   di f fe r e n t   c o un t r i e s ,   w h i c h   i n c l ude   t h e   c o m pa ri s o n   o f   f r e que n c y   a nd  vo l t a ge   ra n ge ,   po w e r   f a c t o r   r a nge ,   a nd  t h e   a c c e pt a b l e   vo l t a ge   T H D v   i n j e c t e by   t h e   i n v e rt e r - b a s e ge n e r a t o r s ,   i n   n o r m a l   g r i d   c o n di t i o n s .   T a b l e   pr e s e nt s   t h e   vo l t a ge   a n f r e que n c y   r a n ge   i n   n o rm a l   g r i c o n di t i o n   o f   G e r m a n y ,   U K ,   A us t r a l i a ,   D e n m a r k ,   E gy pt ,   a nd  M a l a y s i a .   T h e   n o m i na l   g r i f r e que n c y   f o r   t h e s e   c o un t r i e s   i s   50  H z .   In   U K   a n M a l a y s i a ,   t h e   n o rm a l   g r i f r e que n c y   r a n ge   i s   f r o m   49. H z   t o   50. H z .   I n   G e r m a n y   a n A us t r a l i a ,     t h e   n o rm a l   g ri d - f r e que n c y   r a nge   i s   f r o m   49 . H z   t o   50 . H z .   I n   D e n m a r a n d   E gy pt   t h e   up pe f r e que n c y   l i m i t   i n   n o rm a l   g r i c o n d i t i o n   i s   50 . 2H z   w h i l e   n o   l o w e r   f r e que n c y   l i m i t   w a s   s pe c i f i e d.   T a b l e   a l s o   s h o w s   t h a t   t h e   a l l o w a b l e   r a n ge   o f   n o rm a l   o pe ra t i ng  g r i d   v o l t a ge   o f   t h e   s i x   c o un t ri e s   i s   ± 10%   f o r   h i g h - v o l t a ge   (H V )   gri ds   a n d   ± 5%  f o r   e xt ra - hi g h - v o l t a ge   ( E H V g r i ds .   G e rm a n y   s pe c i f i e s   i t s   v o l t a ge   ra n ge   a s   96   kV   t o   123   kV   a r o un d   t h e   n o m i na l   v o l t a ge   o f   110  kV ,   s l i g ht l y   m o r e   t h a n   ± 10 o f   a   t y pi c a l   v o l t a ge   l i m i t .   T h e   l o w e r   l i m i t   o a   n o rm a l   g ri v o l t a ge   i n   E gy pt   i s   a l l o w e t o   dr o t o   15%  of   t h e   n o m i na l   v o l t a ge ,   w hi c i s   t h us   f a r   t h e   l a r ge s t   a c c e pt a b l e   vo l t a ge   de v i a t i o n   a m o n t h e   s i c o u n t r i e s .   N o t e   t ha t ,   t h e   v o l t a ge   l e v e l   a t   t h e   P CC   de pe n ds   o n   t h e   s i z e   o f   t h e   i n s t a l l e c a p a c i t y .   In   E gy pt ,   P V   pl a n t s   a bo ve   t h e   s i z e   o f   20  M W   s h o ul b e   c o n n e c t e t vo l t a ge   l e v e l s   a b ov e   33  kV .   I M a l a y s i a ,   a gg r e ga t e d   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e ra t o r s   b e t w e e n   30   M W   a nd  5 0   M W   a r e   r e qui r e d   t o   b e   c o n n e c t e t o   t h e   t ra n s m i s s i o n e t w o r (   13 2kV v i a   o n e   i n t e r c o nn e c t i o po i nt   [28] .     A n   i n v e r t e r - b a s e ge n e r a t o r   s h o ul c o nt r o l   t h e   po w e r   f a c t o r   a n T H D   w i t h i n   t h e   r a nge   s pe c i f i e b y   t h e   G S O s .   P ow e r   f a c t o r   a t   t h e   po i n t   o f   c o m m o n   c o u pl i n ( P CC)  of   i n v e r t e r   b a s e ge n e ra t o r s   c a n   f l uc t ua t e   due   t o   t h e   ha r m o n i c s   i n j e c t i o n   w h e n   t h e   ge n e ra t o r s   a r e   n o t   s ub j e c t e t o   a n y   c o n t r o l .   I t   i s   b e s t   t o   o pe r a t e   t h e   ge n e ra t o r s   n e a t o   u n i t y   pow e r   f a c t o r .   T hi s   i s   b e c a us e   a   hi g pow e r   f a c t o r   i m p r o v e s   s y s t e m   e ff i c i e n c y   a n d   t h e   pow e r   qua l i t y   s uppl i e t o   l o a ds .   T a b l e   s h o w s   t ha t   U K ,   A us t r a l i a ,   a n E gy pt   ha v e   s t ri c t   po w e r   f a c t o r   r e qui r e m e nt   t o   e n s u r e   go o pow e r   qua l i t y .   N o n e t h e l e s s ,   po w e r   f a c t o r   ra n ge   a s   s pe c i f i e i n   t h e   S o ut A f r i c a gri c o de   i s   s t r i c t e r   b e c a us e   i t   r e qu i r e s   t h e   ra n ge   t o   b e   m a i nt a i n e f r o m   0 . 975   l a gg i n t o   0. 97 l e a di n g   [7] .   T h e   l i m i t s   o f   ha r m o n i c s   i n j e c t i o n   ha v e   b e e n   s pe c i f i e i n   s e v e r a l   g ri c o de s .   Co unt r i e s   i n c l udi ng  A us t ra l i a ,   D e n m a r k ,   a n M a l a y s i a   hi g h l i g ht e t ha t   t h e   t o t a l   v o l t a ge   ha r m o n i c s   di s t o r t i o n   (T H D v un de t ra n s m i s s i o n   l e v e l s   s h o ul be   l e s s   t h a n   3 . 0% .   B o t h   A us t r a l i a   a nd  D e nm a r l i s t   t h e   pe r c e n t a ge   o f   h a rm o ni c s   vo l t a ge   f o r   ha r m o n i c s   num b e r   t o   40.   G e r m a n y   d o e s   n o t   o ut l i n e   t h e   T H D ,   b ut   m e nt i o n e t ha t   t h e   ha r m o n i c s   c urr e n t   f e by   i n v e r t e r - b a s e ge n e r a t o r s   s h o ul n o t   e xc e e t h e   l i m i t s   f o o r di na l   ha rm o ni c s   b e t w e e n   a nd  40  [22] .   T h e r e   i s   a l s o   n o   T H D   s pe c i f i c a t i o n   i t h e   U K   gr i c o de .   T h e   E gy pt i a n   g ri c o de   o n l y   m e n t i o n e t h a t   t h e   ha r m o n i c s   s e t t i n gs   s h o ul d   f o l l ow   t ha t   o f   IE E E   519 - 1992 ,   a n d   i t   i s   b e l i e ve t h a t   t h e   m a x i m um   T H D v   i s   2. 0%   [29] .       T a b l e   2 .   F r e que n c y ,   P ow e r   F a c t o a nd  V o l t a ge   R a n ge   i N o rm a l   G ri Co n di t i o n s   Co u n t ry     G e r m a n y   UK   A u s t ra l i a   D e n m a rk a   E g y p t   M a l a y s i a   N o r m a l   O p e ra t i n g   F re q u e n c y   [H z ]   50 ± 0 . 2   50 ± 0 . 5   50 ± 0 . 2   - b   t o   5 0 . 2   - c   t o   5 0 . 2   50 ± 0 . 5   N o m i n a l   V o l t a g e   a t   P CC   [k V ]   110   132   66   100   > 33   132   N o r m a l   O p e ra t i n g   V o l t a g e   [k V ]   + 1 2 %   a n d   + 13%   275 ± 10%   132 ± 10%   400 ± 5%   ± 10%   ± 10%   + 1 0 %   a n d   15%   500 ± 5%   275 ± 10%   132 ± 10%   P o w e F a c t o r   L e a d i n g   0 . 9 2 5   0 . 9 5   0 . 9 5   0 . 9   0 . 9 5   0 . 8 5   L a g g i n g   0 . 9 5   0 . 9 5   0 . 9 5   0 . 9   0 . 9 5   0 . 9 5   V o l t a g e   T H D   [% ]       < 3 . 0   < 3 . 0   < 2 . 0   < 3 . 0   a   E x c e p t   f o r   p l a n t s   a b o v e   2 5   M W ,   p o w e r   f a c t o r   a t   u n i t y .   b   N o t   s p e c i f i e d   i n   t h e   D a n i s h   g ri d   c o d e s .   c   N o t   s p e c i fi e d   i n   t h e   E g y p t i a n   g r i d   c o d e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       U t i l i t y - s c a l e   pho t ov o l t a i c   g e ne r a t or s a   r e v i e w   on  t r e nds ,   gr i c o de   r e qu i r e m e nt s   and…   ( Nadi M.   L .   T an )   577   3. 2 .      A c ti v e   P o w e r   an d   F r e q u e n c C o n tr o l   i n   A b n o r m al   G r i d   C o n d i ti o n s   F l uc t ua t i o n s   i n   po w e r   s y s t e m s   f r e que n c y   oc c ur s   w h e t he r e   i s   a   po w e r   i m b a l a n c e   i n   t h e   g ri d.     T a b l e   p r e s e n t s   t h e   g ri d   f r e que n c y   l i m i t s   b a s e o n   t h e   g r i c o de s   of   t h e   s i c o un t r i e s   u n de r   r e v i e w .   If   t h e   pow e r   s y s t e m   f r e que n c y   i s   o ut s i de   t h e   n o r m a l   o pe r a t i n g   f r e que n c y   r a n ge   s h o w n   i t h e   t a b l e ,   t h e   s y s t e m   i s   s a i t o   b e   e xpe r i e n c i ng  u n de r -   o r   o v e r - f r e que n c y .   O ut s i de   t h e   n o rm a l   o pe r a t i n f r e que n c y ,   t h e   m i ni m um   f r e que n c y   c a n   b e   a s - l ow - a s   47  H z   a n t h e   m a xi m u m   f r e que n c y   c a n   b e   a s - hi g h - a s   52  H z   i n   c o un t ri e s   s uc h   a s   U K ,   A us t ra l i a ,   D e n m a r k ,   a nd  M a l a y s i a .   H ow e ve r ,   t h e   ge ne r a t o r s   a r e   r e qu i r e t o   i m m e d i a t e l y   di s c o n n e c t   w h e n   t h e   po w e r   s y s t e m   f r e que n c y   i s   o ut s i de   t h e   l o w e r   a nd  u ppe l i m i t s .     In  a u n de r   f r e que n c y   c o n di t i o n ,   G S O s   a r e   a l e r t e w h e n   t he   f r e que n c y   r e a c h e s   49. 8   H z   (G e rm a n y   a n A us t ra l i a o r   49. 5   H z   (U K   a nd  M a l a y s i a ).   B e fo r e   t h e   s y s t e m   f r e que n c y   v i o l a t e s   t h e   u n de r - f r e que n c y   ra n ge ,   G S O s   t y pi c a l l y   r e qui r e   s y n c hr o n o us   ge n e ra t o r s   t o   pa r t i c i pa t e   i p r i m a r y   f r e que n c y   c o n t r o l   a   f e w   s e c o n ds   a f t e r   po w e r   i m b a l a n c e   o c c ur s .   F o r   l a r ge   i m b a l a n c e s ,   u n de r - f r e que n c y   l o a s h e ddi ng  a r e   a l s o   a c t i v a t e d.   I n   G e r m a n y ,   a   5 - s t e l o a s h e ddi n p l a n   i s   e m pl o y e a s   a   fo r m   o f   p ow e r   s y s t e m s   de f e n c e   dur i n a   hi g h   po w e r   i m b a l a n c e   [22,   30] .   T h e   i n c r e a s i n pe n e t ra t i o n   o f   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t o r s   t ha t   r e pl a c e   s y n c hr o n o us   ge n e ra t o r s   c a n   r e duc e   pow e r   s y s t e m s   i n e r t i a   a nd  t h e   s y s t e m ’s   c a pa b i l i t y   i n   f r e que n c y   r e gul a t i o n ,   w h i c h   w i l l   a f f e c t   pow e r   s y s t e m   f r e que n c y   s t a b i l i t y .   U n l i ke   t h e   w i n t u r b i n e s ,   n o   g r i d   c o de s   h a v e   s ubj e c t e d   P V   ge n e r a t o r s   t o   pa r t i c i pa t e   i n   u n de r - f r e que n c y   r e s po n s e .   T h e   a ut h o r s   o [31]  h a v e   s t udi e t h e   e ff e c t i v e n e s s   of   ut i l i t y - s c a l e   P V   i n   f a s t   f r e que n c y   r e s po n s e   c o n t r o l   by   o pe ra t i ng  P V   ge n e r a t o r s   b e l ow   i t s   m a x i m u m   po w e r   s o   t h a t   t h e   ge n e r a t o r s   c a n   i n j e c t   t h e   r e s e r v e pow e r   dur i ng  a n   u n de r - f r e que n c y   f r e que n c y   e ve n t .   N e ve r t h e l e s s ,   a   c o m b i na t i o n   o f   l a r ge - s c a l e   P V   ge n e ra t o r s   w i t h   e n e r gy   s t o r a ge   i s   c o n s i de r e t o   b e   m o r e   r e l i a b l e   i f r e que n c y   r e s po n s e   c o n t r o l   t h a P V   ge n e r a t o r s   a l o n e .     G S O s   a r e   a l e r t e w h e n   t h e   f r e que n c y   r e a c h e s   50. 2   H z   (i G e rm a n y ,   D e nm a rk,   A us t r a l i a ,   a nd  E gy pt )   o r   50. H z   (i U K   a n M a l a y s i a ),   w h i c h   i s   k n o w n   a s   a n   o v e r - f r e que n c y   c o n di t i o n .   T h e   50 . H z   pr o b l e m   i n   G e r m a n y   (i n   L V   n e t w o r k)  i s   a   r e s ul t   o f   h i g h   pe n e t ra t i o n   o P V   ge n e r a t o r s   t ha t   w e r e   r e qui r e t o   di s c o nn e c t   w h e n   t h e   s y s t e m   f r e que n c y   r e a c h e 50. H z ,   w h i c h   s t r e s s e t h e   p r i m a r y   f r e que n c y   c o n t r o l l e r s   i n   t h e   s y s t e m   [33].   A f t e r   t h e   i n c i de n t ,   g ra dua l   a c t i v e   pow e r   r e duc t i o n   i r e s po n s e   t o   f r e que n c y   i n c r e m e nt   i s   r e qui r e i t h e   G e r m a n   g r i c o de .   A l l   ge n e r a t o r s ,   s y n c hr o n o us   o r   i n v e rt e b a s e d,   s h a l l   b e   o pe r a t e w i t h   t e m po ra r y   a c t i ve   pow e r   o ut put   l i m i t i n i n   t h e   c a s e s   of  ove r - f r e que n c y ,   a n t h e   r e duc t i o n   r a t e   di f fe r   f r o m   o n e   gr i c o de   t a n o t h e r   [2 2 - 27 ,   34] .   N o t e   t h a t ,   a   s t a n d a r ra t e   o f   a c t i v e   p ow e r   r e duc t i o n   c a nn o t   b e   i m pl e m e n t e due   t o   di s t i n c t   g ri c h a ra c t e ri s t i c   a nd  di f f e r e n t   po w e r - s y s t e m   i n e rt i a   i n   e a c h   c o unt r y .   T hi s   ra t e   o f   a c t i ve   pow e r   r e duc t i o n   i s   c o m m o n l y   e xpr e s s e i n   t e r m s   o f   r a t i o   be t w e e n   t h e   c h a nge s   i n   a c t i v e   pow e r   t o   t h e   c h a nge   i n   f r e que n c y .   F i gu r e   s h ow s   t h e   r e l a t i o n s hi b e t w e e n   a c t i v e   p ow e r   o ut put   a n g r i s y s t e m   f r e que n c y   fo r   G e r m a n y ,   E gy pt ,   a n M a l a y s i a .   T h e   g r i c o de s   fo r   U K ,   A us t r a l i a ,   a n D e n m a r di n o t   di s pl a y   t h e   g r a p h   o m e nt i o n   t h e   de t a i l s   o f   a c t i v e   p ow e r   o ut put   c o n t r o l   due   t o   s y s t e m   f r e que n c y   de v i a t i o n .   I n   b o t h   G e rm a n y   a nd  E gy pt ,   pow e r   pl a nt s   a r e   r e qui r e t o   c ur t a i l   t h e i r   a c t i v e   pow e r   b y   a   gr a d i e nt   o f   40%  of   i n s t a nt a n e o us   n o m i n a l   a c t i v e   p ow e r   pe r   H e r t z   w h e n   t h e   s y s t e m   f r e que n c y   i s   g re a t e o r   e qua l   t o   50. H z   [22,   26,   35].   B o t h   c o un t r i e s   ha v e   t h e   s a m e   a c t i v e   pow e r   r e duc t i o n   g r a d i e n t .   W h e n   s y s t e m   f r e que n c y   i s   51. H z ,   t h e   P V   ge n e ra t o r s   s h o ul c e a s e   t o   s uppl y   a c t i ve   pow e r   i m m e di a t e l y .   In  G e rm a n y   P V   ge n e ra t o r s   a b o ve   100  M W   i i n s t a l l e c a pa c i t y   a r e   r e qui r e t o   pa rt i c i p a t e   i n   t h e   ov e r - f r e que n c y   c o n t r o l .   I E g y pt ,   ge n e r a t o r s   a b ov e   t h e   s i z e   of  50  kW   a r e   r e qui r e t o   a b i de   t o   i t s   ov e r - f r e que n c y   c o n t r o l   r e qui r e m e n t .   T h e   M a l a y s i a n   g ri c o de   s pe c i f i e s   t h a t   t h e   a c t i v e   pow e r   o ut put   o P V   ge n e r a t o r s   s h o ul b e   c ur t a i l e by   a   gra di e n t   o f   40%  of   i n s t a n t a n e o us   n o m i n a l   a c t i v e   pow e r   pe r   H e r t z .   H ow e v e r ,   t h e   a c t i v e   pow e r   c ur t a i l m e n t   s t a r t s   a t   50. H z   up  t o   t h e   f r e que n c y   l i m i t   of   52  H z .   T h e   M a l a y s i a n   g r i d   c o de   doe s   n o t   s pe c i fy   t h e   m i ni m um   s i z e   o f   ge n e r a t o r s   t h a t   s h o ul d   t a ke   pa rt   i n   o v e r - f r e que n c y   c o n t r o l .       T a b l e   3 .   G ri F r e que n c y   L i m i t s   i A b n o r m a l   G r i d   C o ndi t i o ns   Co u n t ry   G e r m a n y   UK   A u s t ra l i a   D e n m a rk   E g y p t   M a l a y s i a   G ri d   fre q u e n c y   l i m i t s   [H z ]   4 7 . 5   t o   5 1 . 5   4 7 . 0   t o   5 2 . 0   4 7 . 0   t o   5 2 . 0   4 7 . 0   t o   5 2 . 0   4 7 . 5   t o   5 1 . 5   4 7 . 0   t o   5 2 . 0       3. 3    F au l t - R i d e - Th r o u gh   (F R T)  R e q u i r e m e n ts   B e fo r e   F R T   r e qui r e m e n t s   w e r e   i n t r o duc e t o   i n c l u de   R E   ge n e ra t o r s ,   s e v e r a l   c o unt r i e s   w i t h   h i g pe n e t r a t i o n   o w i n e n e r gy   s u c h   a s   G e r m a n y ,   Ch i na   a n A u s t ra l i a   ha v e   e xpe r i e n c e po w e r   i n s t a b i l i t y   i s s ue s   i n   m a n y   gr i d - c o nn e c t e r e n e w a b l e   pl a n t s ,   w h i c h   w e r e   c a us e by   f a ul t s   i n   t h e   g r i [ 36 - 37] .   D u ri n a   g r i d   f a ul t ,   t h e   v o l t a ge   of   t h e   f a ul t e d - p ha s e   s a gs   due   t o   l o w   i m pe da n c e   o n   t h e   t ra n s m i s s i o n   n e t w o r k,   w hi c e ff e c t   c a n   p r o pa g a t e   a c r o s s   w i de   a r e a s   unt i l   t h e   f a ul t   i s   c l e a r e d .   W i t h o ut   L V R T   r e qui r e m e n t s ,   a   l a r ge   a m o unt   o f   R E   ge n e ra t o r s   w i l l   di s c o n n e c t   due   t o   t h e   v o l t a ge   s a a n p r o d uc e s   a n   i m b a l a n c e   be t w e e n   ge n e r a t i o n   a n l o a d ,   f ur t h e r   de t e r i o r a t i n g   g r i s t a b i l i t y   [36].   If   t h e   ra t e   o f   c h a n ge   o f   f r e que n c y   ( R o C o F of   t h e   po w e r   s y s t e m s   i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   2 M a y   20 2 :     5 7 3   -   5 8 5   578   t o o   f a s t   fo r   u n de r - f r e que n c y   l o a s h e dd i n t o   t a ke   pl a c e ,   t h e   g ri f a ul t   m a y   e v e n   c a us e   pow e r   o ut a ge s   a s   e xpe r i e n c e i S o ut A us t ra l i a   i S e pt e m b e r   2016   [37] .   G r i c o de s   h a v e   be e n   r e v i s e t o   i n c l ude   F R T   r e qui r e m e n t s   of   gr i d - c o nn e c t e R E   ge n e r a t o r s ,   w h i c i n c l ude s   P V   [21,   27] .   T h e   F R T   r e qui r e m e n t s   s pe c i fy   t h e   du ra t i o n   i n   w h i c h   P V   pl a n t s   s h o ul s t a y   c o n n e c t e t o   t h e   gri i n   c a s e   of   a   f a ul t   t h a t   c a n   c a us e   a   vo l t a ge   s a (o r   unde r - v o l t a ge o r   a   v o l t a ge   s w e l l   (o r   ove r - vo l t a ge ).   T hi s   s e c t i o n   c o m pa r e s   g ri c o de s   ha v i ng  L V R T   a n v o l t a ge - s uppo r t   r e qu i r e m e n t s   f o r   R E   ge n e ra t o r s   i n c l udi ng  P V   ge n e ra t o r s .     3. 3 . 1     Lo w - V o l tage   Wi th s tan d   C ap ab i l i ty   T h e   L V R T   r e qu i r e m e n t s   o f   a l l   g r i d   c o de s   r e v i e w e i n   t hi s   s e c t i o n   a r e   t h e   s a m e   f o r   s y m m e t ri c a l   a n d   a s y m m e t r i c a l   f a ul t s .   H ow e ve r ,   G e r m a n y ’s   gr i c o de   di s t i ngui s h e s   t h e   L V R T   r e qui r e m e nt s   f o r   t hr e e - pha s e   s y m m e t ri c a l   a n d   t w o - ph a s e   a s y m m e t r i c a l   f a ul t s .   M o r e ov e r ,   du ri n g   s i n g l e - p h a s e   f a ul t s ,   ge n e r a t o r s   a r e   n o t   a l l o w e t o   di s c o n n e c t   u nl e s s   a s   a   r e a c t i o n   t o   n e t w o r p r o t e c t i o n .   F i gu r e   pr e s e nt s   t h e   L V R T   r e qui r e m e nt s   o f   P V   ge n e r a t o r s   i n   G e r m a n y ,   A us t r a l i a ,   E gy pt ,   U K ,   D e n m a r k ,   a nd  M a l a y s i a .   T h e   v o l t a ge   i n   pe r   u n i t   r e p r e s e n t s   t h e   l i n e - to - l i n e   r o o t - m e a n - s qua r e   (R M S v o l t a ge   a t   t h e   P CC .   P V   ge n e r a t o r s   ha v e   t o   r e m a i n   c o nn e c t e t o   t he   gr i i n   t h e   r e gi o n s   a b ov e   t h e   c ur v e s   a n c a n   di s c o n n e c t   i n   t h e   r e g i o n s   b e l ow   t h e   c ur v e s .   T h e   du ra t i o n   t ha t   P V   ge n e ra t o r s   s h o ul r e m a i n   c o nn e c t e d   w h e t h e   v o l t a ge   a t   t h e   P CC  i s   z e r o   (t hr e e - pha s e   s y m m e t r i c a l   f a ul t   t o   gr o u n d)  i s   150  m s   i n   G e r m a n y   a n M a l a y s i a ,   140   m s   i n   U K ,   250  m s   i n   E gy pt ,   a nd  450  m s   i n   A us t ra l i a .   I n   US - P u e r t o   R i c o ,   t h e   w i t h s t a nd  c a pa b i l i t y   dur i ng  a   t hr e e - p h a s e   s y m m e t r i c a l   f a ul t   t o   g r o un d   i s   a s   l o n a s   600   m s   [7] .   F a u l t   c l e a ri n t i m e   c a a l s o   b e   ob t a i n e f r o m   t h e   L V R T   c ur v e s .   In   G e rm a n y ,   U K ,   a n D e n m a r k ,   t h e   s a f e   vo l t a ge   l i m i t   o 0. 85   p. u .   s h o ul b e   r e a c h e i n   s   a n 2 . s ,   a nd  1. s ,   r e s pe c t i v e l y .   In   M a l a y s i a   a n E g y pt ,   t h e   s a f e   vo l t a ge   l i m i t   i s   0. p . u .   a n d   t h a t   i s   s h o ul b e   r e a c h e i n   1 . s   a n s   a f t e r   t h e   s e ve r e s t   f a ul t   o c c urr e n c e .   H ow e ve r ,   i A us t ra l i a ,   a l l   f a ul t s   l e a d i n g   t o   a   v o l t a ge   s a o f   20%  t o   100%   s h o ul b e   c l e a r e i 4 50  m s   a t   t h e   s a f e   v o l t a ge   l i m i t   o f   0. 8   p. u .   T h e   gri c o de   fo r   P V   ge n e r a t o r s   w a s   pub l i s h e i n   G e rm a n y   (T r a n s m i s s i o n   Co de   2007  [38])  i n   A ugus t   200 b y   V e r b a n d   de N e t z b e t r e i b e r   (V D N f o r   s y m m e t r i c a l   f a ul t s .   I t   s t i pu l a t e s   n e t w o r a nd  s y s t e m   r u l e s   o f   t h e   G e rm a T ra n s m i s s i o S y s t e m   O pe r a t o r.   I y e a r   20 15  a n 2 017 ,   V D N   ha a l s o   pub l i s h e d   t h e   s e c o n [22]  a nd  d r a f t e t h e   t hi r [39 a m e n d m e n t s   o f   t h e   t e c hn i c a l   r e qui r e m e n t s ,   r e s pe c t i v e l y .   F i gur e   c o m pa r e s   t h e   L V R T   r e qu i r e m e n t s   o f   a s y n c hr o n o us   ge n e r a t o rs   i n   G e rm a n y   b a s e o n   t h e   g ri c o de s   of   v e r s i o n   2015  a nd  20 17,   w h i c h   i n c l ude s   t h e   L V R T   c ur v e s   fo r   a s y m m e t r i c a l   a n s y m m e t ri c a l   f a ul t s .   T h e   du r a t i o n   t ha t   a   P V   ge n e ra t o r   s h o ul b e   c o n n e c t e t o   t h e   g ri i n   a   t w o - pha s e   s h o rt   c i r c ui t   i s   l o nge t ha n   t h e   du ra t i o n   i a   t hr e e - pha s e   s h o r t   c i r c u i t .   D u ri n a n   F R T   e v e n t ,   t h e   P V   ge n e ra t o r s   a r e   n o t   o nl y   r e qui r e t o   s t a y   c o n n e c t e a n d   c o n t i n ue   t o   i n j e c t   a c t i v e   c urr e n t ,   t h e   ge n e ra t o r s   a r e   a l s o   r e qui r e t o   p r i o r i t i z e   r e a c t i v e   c urr e nt   i n j e c t i o n   a s   w i l l   b e   di s c us s e i n   t h e   f o l l ow i n g   s ub s e c t i o n   [21,   40 ,   41 - 45] .     3. 3 . 2     D yn am i c   V o l tage   S u p p o r C ap ab i l i ty   T r a d i t i o n a l l y ,   P V   ge n e r a t o r s   u nl i ke   t h e rm a l   ge n e r a t o r s   do   n o t   pa rt i c i p a t e   i n   dy n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t   a s   t h e y   a r e   t y pi c a l l y   c o nn e c t e a t   t h e   di s t ri b ut i o n   l e v e l .   H ow e ve r ,   t hi s   h a s   e v o l v e w i t h   t h e   i n c r e a s e pe n e t r a t i o n   o D G s   a n ut i l i t y - s c a l e   w i n a nd  P V   ge n e r a t o r s .   T h e   IE E E   154 7 - 2018  [6 a n m a n y   gr i c o de s   [22 - 27]  n o w   r e qui r e   dy n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t   f r o m   D G s   a t   t h e   di s t r i b ut i o n   a n t ra n s m i s s i o n   n e t w o r l e v e l ,   r e s pe c t i v e l y .   A ddi t i o na l   r e a c t i v e   c urr e nt   i n j e c t i o n   f o r   d y n a m i c   vo l t a ge   s uppo r t   i s   c a rri e o ut   b a s e o n   a   ga i n   f a c t o r   c o m m o n l y   kn o w n   a s   t h e   k - f a c t o [22 ,   2 5 - 26] .   D uri n a   f a u l t ,   i n j e c t i o n   o f   r e a c t i v e   c ur r e n t   f o r   dy n a m i c   vo l t a ge   s uppo r t   f r o m   P V   ge n e ra t o r s   s h o ul d   b e   pr i o ri t i z e d.   F i gu r e   7   p r e s e nt s   t h e   r e a c t i v e   c urr e n t   i n j e c t i o n   r e qui r e m e n t s   f o r   G e rm a n y ,   E gy pt ,   a n D e n m a r k   [22,   25 - 26].   A   v o l t a ge   de a d - b a n d   i s   p r e s e n t   f o r   v o l t a ge   v a r i a t i o n   o f   ± 0. p. u . ,   w h e r e   n o   i n j e c t i o n   o r e a c t i v e   c ur r e n t   f o r   dy n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t   i s   n e e de i n   t he   n o rm a l   v o l t a ge   ra n ge   o f   0. t o   1. p. u .   O ut s i de   of   t h e   de a db a n d,   a dd i t i o n a l   r e a c t i v e   c urr e n t   i B   i s   i n j e c t e pr o po r t i o na l   t o   t h e   c h a n ge   i v o l t a ge   u   a t   t h e   P CC.   T h e   ga i n   f a c t o r   k   i s   t y pi c a l l y   f r o m   t o   6,   b a s e o n   t h e   r e qui r e m e n t s   o f   G S O s .   W h e n   v o l t a ge   s uppo r t   i s   r e qui r e d ,   c a p a c i t i v e   r e a c t i v e   c urr e n t   i s   i n j e c t e a t   t h e   P CC .   H ow e v e r ,   w h e n   v o l t a ge   l i m i t a t i o n   i s   r e qui r e d ,   i n duc t i v e   r e a c t i v e   c ur r e n t   i s   i n j e c t e a t   t h e   P CC.   N o t e   t h a t ,   i n   D e n m a r k ,   i n j e c t i o n   of   r e a c t i v e   c ur r e nt   i s   o n l y   fo r   dy n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t .   T h e r e   a r e   g r i c o de s   w i t h   n o   s pe c i f i c   k - f a c t o r   fo r   r e a c t i v e   c ur r e n t   i n j e c t i o n .   In s t e a d,   i U K   a n M a l a y s i a ,   t h e   i n j e c t i o n   o f   a c t i v e   c urr e n t   i s   a t   l e a s t   i p r o po r t i o n   t o   t h e   r e t a i n e b a l a n c e vo l t a ge   a t   t h e   P CC .   M o r e o ve r ,   t h e   r e a c t i v e   c urr e nt   i n j e c t i o n   s h o ul b e   m a xi m um   w i t h o ut   e xc e e di n g   t h e   t r a n s i e nt   po w e r   l i m i t s   o f   t h e   ge n e ra t o r s .   I n   A us t ra l i a ,   c a p a c i t i v e   r e a c t i v e   c urr e nt   i n j e c t i o n   i s   r e qui r e f o r   d y n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t   du ri n g   f a ul t   e v e n t s .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       U t i l i t y - s c a l e   pho t ov o l t a i c   g e ne r a t or s a   r e v i e w   on  t r e nds ,   gr i c o de   r e qu i r e m e nt s   and…   ( Nadi M.   L .   T an )   579       F i gu r e   4 A c t i v e   po w e r   r e duc t i o n   c u r v e   i G e rm a n y ,   E gy pt ,   a nd  M a l a y s i a           F i gu r e   5 .   Co m p a r i s o o f   L V R T   c ur v e s   fo r   P V   p l a nt s   i n   s i c o unt r i e s           F i gu r e   6 .   Co m p a r i s o o f   L V R T   c ur v e s   of   G e r m a n y   P V   pl a nt s   f r o m   20 15  t o   2017         F i gu r e   7 .   Co m p a r i s o o f   r e a c t i v e   c u rr e nt   i n j e c t i o n   c a pa b i l i t y   f o r   G e r m a n y ,   E gy pt ,   a n d   D e nm a rk       T h e   t y p e   of   f a ul t   de t e rm i n e s   t h e   t y pe   of   vo l t a ge   s e que nc e s   a ppe a r i ng  i n   t h e   g ri d .   W hi l e   o nl y   po s i t i v e - s e qu e n c e   vo l t a ge   e xi s t s   i a   s y m m e t r i c a l   g ri f a u l t ,   t h e r e   a r e   po s i t i v e - ,   n e ga t i v e - ,   a n d   po s s i b l y   z e r o - s e que n c e   v o l t a ge s   i n   a n   a s y m m e t ri c a l   g ri f a ul t .   M a n y   gr i c o de s   do   n o t   h a v e   a   s pe c i a l   r e qui r e m e n t   f o r   i n j e c t i o n   of   n e ga t i v e - s e que n c e   r e a c t i v e   c ur r e n t   d u r i ng  L V RT   e v e n t s   [46].   M o r e o ve r ,   l a r ge - s c a l e   D G s   pr e f e r   t o   s e t   t h e   n e ga t i v e - s e que n c e   c ur r e nt   s upp l y   t o   z e r o ,   w h e r e   t hr e e pha s e   po s i t i v e - s e que n c e   a c t i v e   o r   r e a c t i v e   c urr e n t s   s upp l i e f r o m   a   D G   t o   t h e   g r i a r e   ge n e r a l l y   ke pt   w i t h i i t s   r a t e c urr e n t   [47] .   H ow e ve r ,   w h e n   o nl y   po s i t i v e - s e qu e n c e   r e a c t i v e   c urr e nt   i s   i n j e c t e d,   i t   r e s ul t s   i o ve r - v o l t a ge   i n   t h e   h e a l t h y   pha s e   du r i n g   a a s y m m e t r i c a l   g r i f a u l t .   T h e r e f o r e ,   i n   t h e   E gy pt i a n   g r i c o de ,   r e a c t i v e   c ur r e n t   c a nn o t   b e   i n j e c t e i n t o   t h e   P CC  i n   a n   a s y m m e t ri c a l   g ri f a ul t .   N e v e r t h e l e s s ,   s i n c e   2015,   t h e   i n j e c t i o n   of   po s i t i ve -   a n n e g a t i v e   s e que n c e   r e a c t i v e   c ur r e n t   i s   s pe c i f i e i n   t h e   G e r m a n   g r i c o de .   It   h a s   be e n   fo u n t ha t   t h e   i n j e c t i o n   o f   pos i t i v e -   a n d   n e ga t i v e - s e que n c e   c urr e nt   a t   t h e   P CC  c a n   pr e v e n t   o v e r vol t a ge   i n   a   h e a l t h y   ph a s e ,   a n i t   p r o duc e s   f a ul t   r e s po n s e s   s i m i l a r   t o   t ha t   o f   a   s y n c hr o n o us   ge n e ra t o r,   w h i l e   i nc r e a s i n g   v o l t a ge   s y m m e t r y   [48].   G r i c o de s   us ua l l y   p e r m i t   a c t i v e   c urr e nt   t o   be   s u ff i c i e n t l y   r e duc e i n   f a vo r   of   r e a c t i v e - c ur r e n t   i n j e c t i o n   t o   pr e v e n t   t h e   c urr e nt   ra t i n o i n v e r t e r - b a s e ge ne r a t o r s   f r o m   b e i n v i o l a t e d.   If   t h e   a c t i v e   c urr e nt   w a s   r e duc e du r i n g   t h e   L V R T ,   t h e n   i t   s h o ul b e   i n c r e a s e a s   qu i c kl y   a s   po s s i b l e   t o   i t s   p r e - f a ul t   v a l ue   o m a x i m u m   a c t i v e   c urr e n t .   T hi s   r e qui r e m e nt   i s   k n o w n   a s   a c t i v e   pow e r   r a m p - u r a t e .   I t h e   G e rm a n   g ri c o de ,   a c t i v e   c ur r e n t   s h o ul b e   i n c r e a s e a t   t h e   ra t e   o f   a t   l e a s t   20  of   t h e   ra t e c urr e nt   pe r   s e c o n a t   t h e   e n o fa ul t .   T h e   ra m p - up  r a t e   v a l ue   i s   de f i n e i n   t h e   D a n i s h   a nd  A us t ra l i a n   g ri c o de s   a s   100  kW   pe r   s e c o n (e qui v a l e nt   t o   0 . M W / s e c a n 1 M W   pe r   m i nut e   (e qui v a l e nt   t o   0 . 166 M W / s e c ),   r e s pe c t i v e l y .     In  M a l a y s i a ,   t h e   r a m p - up   r a t e   v a l ue   i s   n o t   p r o v i de d,   b ut   i n s t e a t h e   G S O   s h a l l   s pe c i fy   t h e   r e qui r e m e nt s ,   de pe n di n o n   t h e   ge n e ra t i o n   r e qu i r e m e n t s .   A us t ra l i a   i s   s e e m i n gl y   w i t h   t h e   f a s t e s t   a c t i v e   pow e r   r a m p - u ra t e .   T h i s   c o ul b e   due   t a   h i g h   pe n e t ra t i o n   o f   r e n e w a b l e   e n e rg y ,   w h e r e   b r i n gi ng  b a c a c t i v e   p ow e r   s uppl y   i s   n e c e s s a r y   w i t h i t h e   s h o r t e s t   pe ri o t o   p r e v e n t   f r e que n c y   i n s t a b i l i t y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   2 M a y   20 2 :     5 7 3   -   5 8 5   580   4.   C H A LLEN G ES   A N D   TEC H N O L O G Y   R EA D I N ES S   O F   G R I D - I N TE G R A TED   U TI LI TY - S C A LE  P V   G EN ER A TI O N   S Y S T EM S   W i t h   t h e   i n c r e a s i n pe n e t r a t i o n   o f   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e ra t o rs ,   t h e r e   i s   a   n e e t o   s t udy ,   i de n t i f y ,   a n d   a dd r e s s   po s s i b l e   e c o n o m i c   a n t e c hn i c a l   i m pa c t s .   T h e   i n t e r m i t t e nt   a nd  v a r i a b l e   o ut put   o f   P V   pr o duc e s   e c o n o m i c   c h a l l e n ge s   i n   g r i i nt e r c o nn e c t i o n   o f   P V   ge n e r a t o r s   b e c a us e   i t   i n c r e a s e s   t h e   n e e t o   us e   a n r e t a i c o n v e n t i o n a l   f o s s i l - f ue l   ge n e r a t o r s   [49 - 52].   A n   e c o n o m i c   de s pa t c h a b i l i t y   o f   P V   ge n e ra t o r s   c a b e   i m p r o v e d   t hr o ugh  s e v e r a l   m e t h o ds   i n c l u di n b e t t e r   P V   a v a i l a b i l i t y   fo r e c a s t i ng  [53] ,   b a l a n c i n de m a n a n ge n e r a t i o n   ov e r   a   l a r ge   a r e a   t hr o ugh   t ra n s m i s s i o n   c o o r di n a t i o n   o r   s p a t i a l   di v e r s i t y   of  P V   g e n e ra t o r s   [54] ,   de m a nd  r e s po n s e ,   a n e n e rgy   s t o r a ge   [55,   56] .   P V   ge n e ra t i o n   a l s o   n e e ds   c a r e f ul   c h o i c e   of   s y s t e m   a nd  c o n t r o l   a r c hi t e c t u r e s   t o   m e e t   t h e   t e c hni c a l   c h a l l e n ge s   of   t h e   e ve r   i n c r e a s i ng  de m a nds   o gr i c o de s   fo r   i n v e r t e r - b a s e ge n e ra t o r s .   F i gu r e   8   s h o w s   t h a t   P V   i n v e rt e r s   c a n   b e   c o n n e c t e a s   (a c o n v e n t i o na l   c e nt r a l i z e i n v e r t e r s   o r   (b de c e n t ra l i z e m ul t i s t ri n g   i n v e r t e r s ,   (i )   s i n g l e - s t a ge   po w e r   c o n v e r s i o n   a nd  ( i i t w o - s t a ge   pow e r   c o n v e r s i o [57 58].   T o po l o g y   i n   F i g u r e   (b (i i i s   a   m o r e   s ui t a b l e   c h o i c e   f o r   ut i l i t y - s c a l e   P V   b e c a us e   of   i t s   hi g h   e n e r g y   ha r v e s t   [59],   m o dul a ri t y ,   a nd  s i m pl e   m a i nt e na n c e ,   a l b e i t   a   hi g h e r   s y s t e m   c os t .   A s   di s c us s e i n   S e c t i o n   3 ,   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e ra t i o n   s y s t e m s   n e e t o   m e e t   gri c o de   re qui r e m e nt s   by   o pe r a t i n w i t h i t h e   s t e a dy - s t a t e   vo l t a ge ,   f r e que n c y   a n po w e r - f a c t o r   l i m i t s   i n o rm a l   g ri c o n di t i o n s .   T h e   P V   ge n e r a t o r s   a l s o   n e e t pa r t i c i pa t e   i n   a c t i v e - pow e r   a n f r e que n c y   c o n t r o l s ,   ha v e   l o w - vo l t a ge - w i t h s t a n d   c a pa b i l i t y ,   a n p r o v i de   d y n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t   i a b n o rm a l   g ri d   c o n di t i o n s .   P V   ge n e ra t o r s   t y pi c a l l y   o pe r a t e s   a t   i t s   m a xi m u m - po w e r   p o i n t   t o   o pt i m i z e   i t s   e n e rgy   pr o duc t i o n .     A s   i t   i s   a   s t a t i c   ge n e ra t o r,   i t   f a c e s   t h e   p r o b l e m   o f   h a v i n l a c o f   i n e r t i a   t h a t   r o t a t i ng  s y n c hr o n o us   ge n e r a t o r s   ha v e .   W h e n   m o r e   P V   ge n e ra t o r s   di s p l a c e   t h e   c o n v e n t i o n a l   s y n c h r o n o us   ge n e r a t o r s ,   po w e r   s y s t e m s   m a y   h a v e   t h e   c h a l l e n ge   o f   f r e que n c y   c o n t r o l   t hr o u g h   b a l a n c i ng  o f   ge n e r a t i o n   a n de m a n d .   O v e r - f r e que n c y   c a n   o c c ur   due   t ove r - ge n e ra t i o n   o P V   dur i ng  pe a s o l a r   i n s o l a t i o n   a n n o t   be i n a b l e   t o   t urn - o ff   s u ff i c i e n t   t h e rm a l   ge n e ra t i o n.   O n   t h e   c o n t r a r y ,   w h e n   s o l a r   i n s o l a t i o n   r e duc e s   a f t e r   s un   s e t ,   s uf f i c i e n t   ge n e ra t o r s   n e e t o   be   pr e pa r e t o   ra m p - up  a c t i v e   p ow e r   t o   m e e t   e v e n i n l o a d e m a n [60] .   W h e n   u n de r - f r e que n c y   o c c ur s   i n   a   pow e r   s y s t e m s   w i t h   hi g P V   pe n e t r a t i o n ,   P V   ge n e ra t o r s   o pe ra t i ng  a t   i t s   m a x i m u m   po w e r - po i nt   w i l l   n o t   ha v e   a ddi t i o na l   a c t i v e   o ut put   pow e r   t o   s uppl y   t o   t h e   gr i d .   P V   g e n e ra t o r s   a l s o   do   n o t   ha v e   t h e   ki n e t i c   e n e r gy   t c o m pe n s a t e   t h e   i n i t i a l   di f f e r e n c e   b e t w e e n   ge n e ra t i o a n d   l o a de m a n d ,   w h i c h   c a r e s ul t   i a i ni t i a l   hi g Ro Co F   t h a t   c a n   c a us e   pow e r   s y s t e m s   i n s t a b i l i t y   be fo r e   pr i m a r y   f r e que n c y   r e s po n s e   i s   a c t i v a t e be t w e e n   5 30  s   a f t e t h e   s y s t e m   f r e que n c y   dr o ps   b e l ow   t h e   l o w e r   l i m i t   o f   t h e   n o r m a l   f r e que n c y   ra n ge   [3 1].   S e ve r a l   s o l ut i o n s   ha v e   be e n   i n v e s t i ga t e f o r   f r e que n c y   c ont r o l   i n   po w e r   s y s t e m s   w i t h   hi g h   P V   pe n e t r a t i o n .   O v e r   ge n e r a t i o n   c a n   b e   ove r c o m e   by   c ur t a i l i n P V   o ut put   po w e r   [49 61].   O t h e r   po s s i b l e   s o l ut i o n s   f o r   e xc e s s   P V   g e n e ra t i o n   i s   t o   i m pl e m e n t   e n e r gy   s t o r a ge   o r   l o a du m pi ng  us i n r e s i s t o r   b a nks   [62].   H ow e ve r ,   P V   o ut put   po w e r   c ur t a i l m e nt   a n l o a du m pi ng  c a n   r e s ul t   i n   l o s s   of   r e v e n ue .   B e s i de s   t h a t ,   ut i l i t y   c o m pa ni e s   a l s o   n e e t o   i n v e s t   i ge n e r a t o r s   t ha t   a r e   c a p a b l e   o f   f a s t   r a m p - ra t e ,   e . g.   g a s - f i r e r e c i p r o c a t i ng  e n gi n e s   o r   s i m pl e   c y c l e   c o m b us t i o n   t u r b i n e s ,   a s   t h e y   c a n   f un c t i o n   a s   s pi nni n r e s e r v e s   t o   m e e t   t h e   r e qu i r e a c t i v e   p ow e r   r a m p - ra t e   w h e n   P V   i s   un a v a i l a b l e   [60].   N e ve r t h e l e s s ,   i n c r e a s i n f o s s i l   f ue l   g e n e ra t i n pl a n t s   a s   s pi nn i n r e s e r v e s   t e n t o   n e ga t e   t h e   e ff e c t   of   gr e e n h o us e   ga s e s   (G H G )   r e duc t i o n   f r o m   P V   ge n e r a t o r s .     In   o v e r c o m i n u nde r - f r e que n c y   c o n t r o l ,   a pa rt   f r o m   us i n g   ut i l i t y   s c a l e   e n e r gy   s t o r a ge   s uc h   a s   s o di um - s ul p h i de   a n L i t hi um - i o n   b a t t e ri e s ,   a ut h o r s   o f   [31]  h a s   pr o po s e o pe r a t i n P V   ge n e r a t o r s   b e l ow   t h e i r   m a x i m u m   o pe r a t i n po i n t ,   t o   s uppo r t   s y s t e m   f r e que n c y   i n   t h e   f i r s t   f e w   s e c o n ds   a f t e r   s y s t e m   a b n o r m a l i t y   us i n t h e   s o   c a l l e r e s e r v e pow e r .   H ow e v e r ,   t h e   e f f e c t i v e   m a rgi o f   pow e r   r e s e r v e   fo r   P V   ge n e ra t o r s   o pe r a t i ng  b e l ow   i t s   m a xi m u m - po w e r - po i n t   w i l l   v a r y   h o ur l y   a n e v e n t ua l l y   t h i s   m e t h o i s   s t i l l   b e s t   s upp o r t e by   e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m s   [32]  o r   i m p r o v e o ut put   po w e r   f or e c a s t i ng  t e c hn i que s   t o   e n s u r e   s y s t e m   r e l i a b i l i t y .   T y pi c a l l y ,   P V   ge n e r a t o r s   w o ul s uppl y   m a xi m u m   a c t i v e   p ow e r   i n   o r de r   t o   m a x i m i z e   t h e   r e t u rn s   o ge n e ra t i o n,   w hi l e   a a m o unt   o f   r e a c t i v e   po w e r   i s   s upp l i e i n   o r de r   t o   m a i n t a i t h e   po w e r   f a c t o r   a t   t h e   P C a s   r e qui r e b y   t h e   G S O s   i n   s t e a dy - s t a t e   c o n di t i o n s .   S t a t i c   s y n c h r o n o us   c o m pe n s a t o r s   (S T A T CO M s h a v e   t r a d i t i o n a l l y   be e n   e m pl oy e a s   vo l t a ge   a n d   c urr e nt   c o n t r o l l e r s   i t ra n s m i s s i o n   g ri [ 63] .   H ow e v e r ,   w i t h   t h e   s t ri c t e r   r e qu i r e m e nt s   o f   gr i c o de s   i n   m a n y   c o un t ri e s ,   P V   ge n e r a t o r s   a r e   t o   r e m a i n   c o nn e c t e t o   t h e   g r i a nd  d y n a m i c a l l y   s upp o r t   s y s t e m   vo l t a ge   v i a   i n j e c t i o n   o po s i t i ve -   a n d / o r   n e ga t i v e - s e que n c e   (G e r m a n y r e a c t i v e   c urr e n t .   T h e r e f o r e ,   i n v e r t e r s   a n c o nt r o l l e r s   i n   t h e   ge n e r a t i o n   s y s t e m s   s h o ul b e   r e a dy   f o r   t h o s e   t e c h ni c a l   c h a l l e n ge s   i n c l udi ng  L V   ra pi de t e c t i o n ,   p h a s e   a n g l e   de t e c t i o n ,   a n c o m m u ni c a t i o n   c a p a b i l i t y   [50,   31],   a nd  [64].   T y pi c a l   P V   i n v e r t e r s   (F i gu r e   8)  a r e   1000  /   1500  V dc   t w o - l e ve l   t hr e e - p ha s e   i n v e r t e r s   o r   n e ut ra l - po i n t   c l a m pe i n v e r t e r s ,   w hi c h   ha v e   a   l o w   a c   o ut put   v o l t a ge   t h a t   a r e   t h e s t e ppe up  t o   m e di u m - v o l t a ge   by   a   l i n e - f r e que n c y   t ra n s f o r m e r   w i t h i t h e   ge n e r a t o r   pl a n t   a r e a   [65]   a n d   h a v e   c o n t r o l l e r s   c a pa b l e   o f   m e e t i n g   g r i c o de   r e qui r e m e nt s .   U t i l i t y - s c a l e   P V   i n v e r t e r   c a pa c i t y   i s   i n c r e a s i n t o w a r ds   t h e   m ul t i - M W   l e v e l .   M a n y   r e s e a r c h e r s   a r e   i n v e s t i ga t i ng  i nt o   m ul t i l e v e l   i n v e r t e r s   w i t h   h i g h - f r e que n c y   g a l v a n i c   i s o l a t i o n   a t   t h e   dc - dc   c o n v e r t e r   s i de ,   t hus   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2502 - 4752       U t i l i t y - s c a l e   pho t ov o l t a i c   g e ne r a t or s a   r e v i e w   on  t r e nds ,   gr i c o de   r e qu i r e m e nt s   and…   ( Nadi M.   L .   T an )   581   e l i m i na t i n t h e   n e e o f   L V / M V   l i n e - f r e que n c y   t r a n s f o r m e rs .   F i gu r e   p r e s e n t s   t h e   u t i l i t y - s c a l e   P V   s y s t e m   b a s e o n   a   m o dul a r   m u l t i l e v e l   s i n gl e - de l t a   b r i d ge   c e l l   (S D B C)  i n v e r t e r   c o n n e c t e di r e c t l y   t o   a   m e di um - vo l t a ge   b us   [66].   T h e   m o dul a m ul t i l e v e l   S D B i n v e rt e i nt e n de f o r   u t i l i t y - s c a l e   P V   w a s   pr e s e n t e w i t t h e o r e t i c a l   a n e xpe ri m e n t a l   v e r i f i c a t i o n   o n   L V R T   c a pa b i l i t y   a n dy n a m i c   vo l t a ge   s uppo r t   f o l l ow i n t h e   G e r m a n   g ri c o de   [67].   I n j e c t i o n   o f   o n l y   po s i t i v e - s e que n c e   a n d   po s i t i v e - pl us - n e ga t i v e - s e que n c e   r e a c t i v e   c urr e n t   i n j e c t i o n   f o l l ow i n g   t h e   G e r m a n   g ri d   c o de   w e r e   s h o w t o   b e   fe a s i b l e   w i t h o ut   c a us i n g   a n y   i n s t a b i l i t y   i n   t h e   m ul t i l e v e l   i n v e rt e r.   A s   s h o w n   i n   F i gu r e   9,   m a n y   s t r i ngs   of   P V   m o dul e s ,   w h i c h   c a n   s pa n   a   l a r ge   a r e a ,   a r e   c o n n e c t e t o   e a c h   o f   t h e   dc - dc   c o n v e r t e r s .   A s   a   c o n s e que nc e ,   i m b a l a n c e   of   pow e r   ge n e ra t i o c a n   o c c ur   i a n y   P V   s u b - c o n v e r t e r   a n a n y   ph a s e   due   t o   n o n - u n i f o r m   c l o ud  o r   s h a d i n g ,   u n e qua l   p a n e l   t e m pe r a t u r e ,   m a n uf a c t u ri n t o l e ra n c e ,   a nd  P V   m o dul e   de gra da t i o n   a n s o i l i n [5 3,   67] .   Cu rr e nt   t e c hn o l o g y   o n   c o n t r o l   o m ul t i l e v e l   i n v e r t e r s   ha s   b e e n   s h o w n   c a pa b l e   o f   m e e t i ng   t h e   r e qui r e m e nt s   o f   gri c o de s   o n   p r o duc i n b a l a n c e t hr e e - p ha s e   o ut put   c urr e n t   i n   s t e a dy - s t a t e   c o n di t i o n   [6 8 69 ].   T h e   dc - dc   c o n v e r t e r   i n   t h e   m o dul a m ul t i l e v e l   c o n v e r t e r   f o r   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t o r s   c a n   p r o vi de   m a xi m u m - po w e r - po i n t - t r a c k i n (M P P T a n d   ga l v a n i c   i s o l a t i o n   f u n c t i o n s   t o   p r e v e n t   t h e   pr o b l e m s   of   l e a ka ge   c u rr e nt   b e t w e e n   t h e   P V   pa n e l s   a n t h e   c o n v e r t e r s   [7 0]  a n d   t o   i n c r e a s e   t h e   po w e r   de n s i t y   of   t h e   P V   g e n e ra t o r s .       5.   F U TU R S C EN A R I O S   A N D   C O N C LU S I O N   U t i l i t y - s c a l e   P V   p e n e t ra t i o n   i s   i n c r e a s i n gl o b a l l y   a n l o o k s   s e t   t o   h a v e   a   m o r e   pr o m i n e nt   p r e s e n c e   i n   e l e c t r i c i t y   ge n e r a t i o n.   T hi s   r e n de r s   m a n y   c o un t r i e s   t o   upda t e   t h e i r   g ri c o de s   t o   i n c l ude   o pe r a t i ng  r e qui r e m e nt s   o P V   ge n e r a t o r s   du r i n n o r m a   a n a b n o rm a l   gri c o n di t i o n s .   T h e   r e v i e w   of   gr i c o de s   of  G e r m a n y ,   U K ,   A us t r a l i a ,   D e nm a r k,   E gy pt   a n M a l a y s i a   pr o v i de a n   u n de r s t a n d i n o n   t h e   r e qu i r e m e n t s   a m o ng  o t h e r s ,   a c t i v e   pow e r   a n f r e que n c y   c o n t r o l ,   f a ul t   r i de - t hr o ugh   c a p a b i l i t y   a n dy n a m i c   vo l t a ge   s uppo r t .   It   i s c l e a r   t ha t   P V   ge n e r a t o r s   n e e ds   t o   pr o v i de   m o r e   t ha n   j us t   P V   a c t i v e   p ow e r   t o   t h e   gri d.   I nde e t h e r e   a r e   m a n y   c h a l l e n ge s   f a c e by   P V   g e n e ra t o r s   due   t o   i t s   i n t e r m i t t e n t   na t u r e   i p r o v i di ng  o ut put   po w e r   a n d   l a c of  i n e rt i a .   w hi c h   c a n   b e   c os t l y   t o   t h e   ge n e ra t o r s   a n t h e   po w e r   g ri d .   N e v e r t h e l e s s ,   t h e   P V   i n v e r t e r s   c a n   e a s i l y   pr o v i de   d y n a m i c   v o l t a ge   s uppo r t   a n r e a c t i v e   p ow e r   t o   t h e   gr i d .   T h e   c urr e nt   t e c hn o l o g y   of   i n v e r t e r s   a n d   c o n t r o l s   i n c l ud i n e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m s   a r e   v i e w e a s   a b l e   t s uppo r t   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t o r s   i n   m e e t i n t h e   e c o n o m i c   a nd  t e c hn i c a l   c ha l l e n ge s .       (a )     (b )     (c )     F i gu r e   8 .   U t i l i t y - s c a l e   P V   s y s t e m   a r c hi t e c t u r e   w i t c o nn e c t i o o f   t ra n s f o r m e a t   m e di u m   v o l t a ge .     (a Ce nt r a l i s e I n v e rt e r.   (b D e c e n t r a l i s e m ul t i - s t r i n g   i n v e rt e r s ,   i .   S i ngl e - s t a ge   po w e r   c o n v e r s i o n ,   i i .   T w o - s t a ge   po w e r   c o n v e r s i o n .       M ov i n f o r w a rd,   t h e   a ut h o r s   o pi n e   t ha t   e duc a t i o n   a nd   i n t e rna l i z i ng  e n e rgy   e ff i c i e n c y   i n   h o m e s   a n d   i n dus t ri e s   s h o ul d   b e   t h e   f i r s t   c o ur s e   o f   a c t i o n   b e f o r e   a l t e rn a t i v e   ge n e r a t i o f r o m   R E   s o ur c e s   a r e   e m pl oy e d   w i t h   t h e   a i m   t o   m i ni m i z e   g r e e nh o us e   g a s   e m i s s i o n s   f r o m   e l e c t ri c i t y   ge n e r a t i o n .   S ub s e que n t l y ,   e n e r gy   de m a n ds   t h a t   a r e   m e t   by   i n c r e a s i n u t i l i t y - s c a l e   P V   ge n e ra t i o n   s h o ul d   b e   de s pa t a c ha b l e   i n   t e r m s   o f   de m a n Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2502 - 4752   In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i ,   V o l .   18 ,   N o .   2 M a y   20 2 :     5 7 3   -   5 8 5   582   a n d   s upp l y .   T h e   b o t t l e n e c fo r   ut i l i t y - s c a l e   P V   ge n e r a t i o i s ,   i n   t h e   a ut h o r s   v i e w ,   t h e   l a c o f   a   ut i l i t y - s c a l e   e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m   t ha t   c a n   p r o v i de   a   s o   c a l l e ‘t o t a l   s o l ut i o n ’  f o r   R E .   T h e r e fo r e ,   r e s e a r c h   s h o ul b e   c o n t i n uo us l y   foc us e o n   e n ha n c i n e n e rgy   de n s i t y ,   l i f e - c y c l e ,   a nd  c o s t   e ffe c t i ve n e s s   of   s t a t i c   e n e r gy   s t o r a ge   de v i c e s   s uc h   a s   b a t t e r i e s .   A l t h o ug  pu m p - h y dr o   e n e r gy   s t o r a ge   h a s   b e e n   t r a d i t i o n a l l y   e m pl oy e   t e ffe c t i v e l y   l e v e l   t h e   o ut put   po w e r   o f   i nt e rm i t t e n t   e n e r gy   s o ur c e s   l i ke   P V ,   a   l a r ge   l a n a r e a   r e qu i r e m e n t   f o r   pum pe d h y dr o   s t o r a ge   i s   i m p ra c t i c a l   a nd  c o s t l y ,   t o da y .   R e s e a r c h   o n   i m p r o v i n e n e rgy   d e n s i t y   of   s upe r c a pa c i t o r s   w i l l   a l s o   b e   us e f ul   t m i t i g a t e   t h e   f a s t   d y n a m i c   c h a nge s   of  P V   o ut put   pow e r .   In   t h e   l o n t e rm ,   po w e r   s y s t e m s   a n a l y s i s   s h o ul b e   c o n duc t e t o   un de r s t a n t h e   e f fe c t s   of   e n e r gy   s t ora ge   s y s t e m s   o n   t h e   g r i d   s o   t ha t   r e gul a t i o n s   f o r   ut i l i t y - s c a l e   e n e r gy   s t o r a ge   s y s t e m s   c a n   b e   c o n s t r uc t i v e l y   de v i s e i g ri c o de s   a n s t a nda r ds .         F i gu r e   9 .   U t i l i t y - s c a l e   P V   s y s t e m   b a s e o n   a   m o dul a m u l t i l e v e l   s i n g l e - de l t a   b ri dge - c e l l   (S D B C)  i n v e r t e r   c o n n e c t e di r e c t l y   t o   a   m e di u m - vol t a ge   b us .       A C K N O WL ED G E M EN TS     T h e   a ut h o r s   o f   t h i s   p a pe r   w o ul l i ke   t o   a c k n o w l e dg e   t h e   s uppo r t   o f   T e na ga   N a s i o na l   R e s e a r c h   &   D e ve l o pm e n t   F u n d   (S e e di n g),   u n de r   P r o j e c t   Co de   U - TS - RD - 18 - 09.   T h e   c o n t e nt   o f   t h i s   pa pe r   i s   pu r e l y   fo r   r e s e a r c h   a n a c a de m i c   pu r po s e ,   w h i c h   i n   a n y   c i r c um s t a n c e s   doe s   n o t   r e p r e s e n t   t h e   v i e w   of   T N B   a n i t s   s ub s i di a r i e s .       R EF ER EN C ES   [ 1]   R E N   21  S t e e r i ng   C o m m i t t e e ,   R e n e w a b l e s   2 016  g l o ba l   s t a t u s   r e p o r t ,   R e ne w abl e   E ne r gy   P ol i c y   N e t w or k   f or   t he   21s t   C e nt ur y ,   201 6.     [ 2]   G l o ba l   m a r ke t   o u t l o o f o r   s o l a r   po w e r   2 017 - 202 1” ,   Sol ar   P ow e r   E ur ope ,   B r us s e l s ,   B e l g i um ,   2 018 .     [ 3]   D .   G e i b e l ,   e t .   al . ,   U t i l i t y - s c a l e   P V   s y s t e m s :   g r i c o nne c t i o r e qu i r e m e n t s ,   t e s t   pr o c e dur e s   a n E ur o pe a ha r m o ni s a t i o n” ,   P hot ov o l t ai c s   I n t e r na t i ona l ,   v o l .   4,   M a y   2009.     [ 4]   B .   W e i s e ,   I m pa c t   o f   K - f a c t o r   a nd  a c t i v e   c ur r e nt   r e d uc t i o du r i ng   f a ul t - r i d e - t hr o ug o f   g e ne r a t i ng   uni t s   c o nne c t e d   v i a   vo l t a g e - s o ur c e c o nv e r t e r s   o po w e r   s y s t e m   s t a bi l i t y ,   I E T   R e ne w abl e   P ow e r   G e ne r at i on  J o ur na l ,   v o l .   9,   no .   1,   pp.   25 - 36 ,   J a n.   20 15.     [ 5]   I E E E   S t a nda r f o r   I nt e r c o nne c t i o a nd  I nt e r o pe r a b i l i t y   of   D i s t r i b ut e E ne r g y   R e s o ur c e s   w i t A s s o c i a t e E l e c t r i c   P o w e r   S y s t e m s   I nt e r f a c e s .   I E E E   154 7 - 2018 ,   T he   I ns t i t u t e   o f   E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t r o n i c s   E ng i ne e r s ,   I nc . , N e w   Y o r k,   A pr .   20 18 .     [ 6]   A .   C a br e r a - T o ba r ,   e t .   a l . ,   R e v i e w   o f   a dv a nc e g r i r e qu i r e m e nt s   f o r   t he   i n t e g r a t i o o f   l a r g e   s c a l e   pho t o v o l t a i c   po w e r   p l a n t s   i t h e   t r a ns m i s s i o s y s t e m ,   R e ne w .   Sus t ai n.   E ne r g y   R e v i e w s ,   v o l .   62 ,   pp .   9 71 - 987 ,   M a y   2016 .     [ 7]   G l o ba l   W i nd  E n e r g y   O ut l o o 2008” ,   Gl oba l   W i nd  E ne r g y   C oun c i l ,   O c t .   20 08.   [ O nl i ne ] .   A v a i l a b l e :   ht t p: / / g w e c : ne t / pub l i c a t i o ns / g l o ba l w i nd - e n e r g y - o ut l oo k/ g w e o - 2008/     [ 8]   P V P S   A nnua l   R e po r t   2 016 ,   I E A   P V P S ,   20 16 .   [ O nl i n e ] .   A v a i l a bl e :   ht t p: / / w w w . i e a - pv ps . o r g     [ 9]   P e n i ns ul a r   M a l a y s i a   e l e c t r i c i t y   s uppl y   o u t l o o 2017“ ,   E ne r gy   C om m i s s i o n ,   M a l a y s i a ,   A ug .   2017.   [ O n l i n e ] .   A v a i l a b l e :   ht t p s : / / w w w . s t . g o v . m y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.