Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   3 ,  Septem be r   2020 , pp.  1481 ~ 1490   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v 1 1 .i 3 . pp 1481 - 1490           1481       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Volta ge profil e and p owe r qualit y im provem en t  in  photo vo l taic  farms i nte grated  medium  vo lt age grid  using  dynami c volta ge  restor er       Ab delkri m   Be na li 1 ,  Mounir  Khia t 2 ,  Moulo ud  Den ai 3   1,2   SC AM RE  La bora tory, Depa r t me nt   of Electric al   Engi ne eri ng ,   M - Audin  Ec ol e  polyt e chni que ,   Alger ia.   2   Univer sity  of   H ert fordshire ,   U ni te d  K ingdo m       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Oct   9 , 2 01 9   Re vised  N ov   9 , 201 9   Accepte d  Fe b   15 , 20 20       In  thi s   pape r ,   we  hav e   pre sent e d  a   simul at ion   s tudy  to   an al y ze  the  power   qual i ty   of  th ree  phase s  m edi u m  voltage   grid   connect ed   wit h  distri but ion   gene ra ti on   (DG )  such   as   photov olt aic   (PV )  far ms  and   i ts  cont r ol  sch em es .   The   sys te m   uses  two - stage   ene rg y  conve rsi on  top ology  com posed   of  a  DC  t o   DC  boost  converte r  for  the   ext r a ct ion  of   ma x im u m  power  av ai l ab le   from   the  solar  PV   sys te m  base d  on  in crem ent a l  indu ct an ce  te chn ique   and  a   thre e - le ve l  volt ag e  sourc e  i nver te r   (VS I)  t o  conn ec t   PV   f arm   to   the  pow er  gr id.  To   mai nt ai n   the  g rid  vol ta ge   an d  fre qu enc y  w it hin   tolera n ce  foll owing   disturba nc e s  suc h  as  vo lt ag e  sw el ls  and  sags ,   a  fuz zy   logic - base d  Dynamic   Volta ge   Restor e r  is   proposed.  T he  ro le  of   the  D VR  is  to  pro tect   cri tica l  loa ds   from  disturba n c es  com ing  fro m  the   n et wo rk.  Diffe ren t  fau l t   condi t ions  sce nar ios  a re  t este d  and  the   r esul ts  such  as   voltag e  stabilit y ,   re al   a nd  rea c ti v e  powers,  cur r ent  and  power   fa ct or   at  th e  poin t  of   c omm on  coupl in g  (PCC )  ar e   com par ed  wit h  a nd  without the D VR sys te m.   Ke yw or d s :   DVR   Inver te r  ( VSI)   Photo vo lt ai c   Power fact or   Re act ive pow e r   Vo lt age  stabil it y    This   i s an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   Abdelk rim Be nali ,    Dep a rtme nt of  Tech no l ogy,   NOUR Bac hir Un i ver sit y C en te r,  El Ba yadh, Alge ria. .   Emai l:   b enali a bd@ yaho o. f r       1.   INTROD U CTION   The   capaci t y  of  renewa ble  e ne rgy   is  set   to   i ncr ease   by  50 %  betwee n  20 19  a nd  2024   in  t he   la te st  forecast s o f  t he   In te rn at io nal En er gy A ge nc y  f or  5  yea rs  a nd  so la r  P V  c ontr ols  the  la r ge st  pro portion  of  them .  This  re pr e sent s  an  inc rease  of   1,200  GW,   wh ic h  co rr es ponds  to  the  t otal  instal le d  capaci ty  of   the  Un it ed   Stat es tod a y.  S olar  P V  al one  r epr ese nts a bout  6 0% of t his pro je ct ed g rowt h  [ 1 ] . In   2016; nearl y  80  GW   of   PV   pan el s   we re  i nst al le d  w or l dwide  [ 2].  T his  c orres ponds,  i n  aver a ge,  to  t he   instal la ti on   of  more  tha n  31, 000  P V  pan el s   pe r  hour  a nd  re pr e s ent s  a  gro wth  of  48%  c ompa red  to  2015.   The   glo bal   instal le d  c apacit y  for  so l ar  P V   reache d  303  G W  i n  2016.  Th e  ori entat io n  of  Chi na's  e ne rgy  po li ci es  t ow a rd s   re ne wab le   energies  has   m ade  it   the  w or l d  le ad er  in  s olar  P V   with  instal le d  capaci ty  in  2018  of   45  G W   (cumulat ive  c apacit y  of  176  GW),   India  is   the   se cond   gl ob al   le ader  wit h  11  GW  a nd  the   Un it ed   Stat es  come s   in   3r d  with  10. 6  G W ,  cl os el y  fo ll owe d  by  J apan  with  a  c umulat ive  of  56  GW.  Ge r man y  is   f ourt h  with   45. 4  GW  [1,3 ].  S ol ar   is  a n  inh e ren tl y  ti me - va ry i ng   s ourc e  of   ene r gy  due  to   the   var ia bili ty  of  t he   sun ’ s  ir rad ia nce   thr oughout  t he   da y  a n d  acro s s  t he  seas on s .  Th us ,   the   integrati on   of  su c h  st och a sti c  an d  un pr e dicta ble  ren e wa ble  ene r gy  s ource s  int o  the  net wor k  poses  ne w  c halle ng e s  to   gri d  op e rato rs  i n  m ai nt ai ning  a  st able  sec ur e   en ergy  s uppl y.   T his  ca n  cause  power   qual it y  issues  due to the  a ppea ran ce  of   phen ome na  li ke fli ck ers,  fa ult ride t hro ugh,   vo lt a ge  d ips /  swell s,  high  vo lt age  ri de - th r ough   ( HV RT )  a nd  lo w  volt age   ride   th r ough  ( LVRT) ,  harmo nic  re sona nce,   ph a se  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 81   –   14 90   1482   imbala nce  or  low  powe r  factor   w hich  a re  a mong  the  maj or  co nce rn s   of  powe r  util it ie s  a nd   re gu la to rs.   Power   qu al it y  iss ues   will  b eco me c r ucial  as r e ne w able ene r gy sour ces  p e netrati on inc reases  [3 - 5].   In  pr act ic e,   vo lt age  sa g  an d  harmo nics   are   the  majo r   pro bl ems  in   a   pow er  s ys te m .   The y  can   ca us e   malfu nctio ning   or   trip ping  of   e qu i pm e nt   and   ma ny  ot her   pr ob le ms   on   the  powe r  sy ste m .  Ele ct rici ty  gen e rati on  f rom  so la r   ene rgy   has  been  one  of   t he  fastest   gro wing  te ch nology  a nd  has  be come,  gl ob al l y,   the   mo st  pro misi ng  re ne wab le   e nerg y  res ource   [ 3 ].   In  [ 6],  t he  a uthors  a ppli ed  a  Dyna mic  V oltage  Re storer   (DVR)   to  e nh a nce  t he  pow er  qu al it y  an d  the  l ow  vo lt age  ride   thr ou gh  ( LVRT )  ca pab il it y  of  a  hybri d  distrib ution   ge ner at io n  ( D G )  sy ste m  co nnect ed  to  a  t hr ee - phase  m e diu m - vo lt age   netw ork.   In  [7],   a   com pr e he ns ive   rev ie w  of  sev e ral  co ntro l  sc he mes  to  e nh a nc e  the  LVRT  c apab i li ty  of  gr i d - feed i ng   c onve rters   is  presente d.  T he  pa per  al so  di scusses   the   re sp ect ive   ad va nt ages  a nd  li mit at ion s  of  eac h  con t ro l   strat eg y.  The   auth or s   in   [8 - 9],   disc us se d  t he   use   of  PV - ba sed   D VR  t o  com pensat e  a nd  safe gu a r d  t he   po wer  qu al it y  a nd  mainta in  vo lt a ge  sta bili ty  be tween  the  PC C  and   t he  dist rib ution   netw ork .  A  novel  c on t ro l  strat e gy  of   t he  DV R  is  pro pose d  f or   t he  mit igati on   vo l ta ge  distu r bances  su c h  as  sags  a nd  swe ll s.  In   [10 - 14 ],   the   impleme ntati on   of  a   Dynam ic   V oltage  Re store r  for   volt age  qual it y  im pro veme nt  in   t he  sy ste m   inte gr at e d  with  Distrib ute d  ge ner at io n  ( DG).   T he  aut hors   highli gh t   t he  wa ys  to   s pe ed  up   the   te ch no l ogy  de vel opme nt   towa rd s  t he  extensi ve  integ r at ion   of  the  D VR  in  the  ne a r  f utu re .  As  m entione d  a bove ;  the  DV R  c an  be  integrate d  i nto   the  netw ork   in  se ve ral  co nt ro l  c onfi gurati on s   to   ove rcome  the   pr ob le ms  r el at ed  to   powe r   qu al it y.  I n  this   w ork,   t he  DVR   is  integrate d  to  a  powe r  gr i d  c onnected   to   a  PV  fa rm  i n  order  to  mit igate   the   intermit te ncy  a nd  va riabil it y  of  s olar  e nerg y  and  ove rcome   gr i d  fa ults  ca use d  by  volt age  s ags  a nd  s well   at   the  PCC .  The  pro po s ed  D VR  c on t ro l  sc heme   empl oy s  a   f uz zy  lo gic  co nt ro ll er  a nd  an  i n - phase  c omp ensati o n  te chn iq ue. T he  d esi gn e d D V R an d  the  elec tric  syst em are   evaluate d unde r vario us fa ult condit ions.   The re maini ng  of  t he pape r  is  orga nized  as  f ol lows : Sect io n 2 descri bes  the  p r opose d  t opol ogy of  t he  PV   farms  c onne ct ed  to  t he  D VR  an d  ti ed   to   the  gr id .  In  Se ct ion   3,   t he  str uctu re  of   DC  t o  DC  an d  DC  to  AC   conve rters  m odel s  are  dev el oped .  Th e  D VR   topolo gy   a nd  it s  basic  co ntr ol  scheme  a re  de scribe d  in  Sect ion   4.  Sect ion   5  pr es ents  a  series  of  simulat io n  r esults  to  dem onstrat e  the  im pro veme nt  of  vo lt age   sta bili ty  an d  powe r  c on tr ollabil it y  with  the  prop os ed  DV R ci rcu it . C on c lusio ns   of the  pa per are  summ arized i n  Sec ti on 6.       2.   PROP OSE D SIM ULATE D  SC E NARI OS  AND NET W ORK T OPOL OGY E SEA R CH MET HO D   The  pro po se d  powe r  s ys te m model  is  s how n  in   Fig ur e   1.  I t  is  com posed  o f  fiv e   P V  fa r ms  of 100  kW   each.  T he  PV   far m s  are  i nter faced  t o  the   di stribu ti on  gr i d  thr ough  a  th r ee  phase  P MW  in ver te r  a nd  th ree - ph a se alt ernat ing cu rr e nt c hoke fil te r.           Figure  1. P ow e r  s ys te m  model  stu died  i nclu di ng   five  P V  fa r ms inte gr at e d  t o gr i d  a nd  co nnect ed  t o  t he D VR.       The  five   P V  fa rms  ha ve  t he  s ame  po wer  rati ng  an d  same  t opol ogy.  H owe ver,  eac h  far m   i s  simulat ed   with  diff e re nt s olar  ir ra diati on as s how n  in  Fi gure  2.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge pro fi le  and powe r  qu alit y imp r ove m ent in p ho t o v oltaic f arms inte gr ate d me dium   …   (A .   Be na li )   1483       Figure  2. So la r   irrad ia nce s  of t he five  PV  fa r m s.       3.   MO DELIN G   OF THE P V CEL L A ND CON VERTER S   The  P V  cel l  model  us e d  i n  the  pa per  is  base d  on  the  tw o - diode   eq uiv al ent  ci r cuit  m odel     sh ow n  in  Fi gur e 3 .           Figure  3. P V  c el l equ iv al ent c ircuit  m od el   [ 15]       The  ex pressi on  o f  the  I - V  cu r ve  desc ribi ng  t he  eq uiv al e nt circuit sh own of Figure 3  is  give n  in term s   of the t otal ce ll  curre nt [1 5] :     = ph − d1 − d2 − + I R     (1)   = ph − s1 ( + I R kT − 1 ) − s2 ( + I R kT − 1 )     (2)     η i s the id e al it y fact or.   The  P V  Mo dule   an d  PV  fi el d   are   m od el ed  by  co ns ide rin g  that  al l  t he  P V  cel ls  a re  e xtremel y  identic al   a nd  ha ve   the   same   a mb ie nt   c on diti on s .   I f  t her e   a re  N s   cel ls  c onnected   in   se ries  a nd  N p   i n  pa rall el   then   the   se ries  resist ance   R s   a nd  par al le l  resist ance  R p  a re  s cal ed  by  a   fact o r   of  N s /N p  as   s how n  i n  e quat ion  (3)   belo w [15]:     p,f i eld = . p,c ell        ( 3)     The  PV  powe r   co nversi on  is  con t ro ll ed   by  a   M a xim um  P ower   P oin t  Trac king    al gorit hm  to   e xtract  the  ma xim um  powe r  via  DC  to  DC  c onve rter  of  a   hi gh  e ffi ci ency  that  act s  as   an   op ti mal   el ect rical   loa d  f or  a   PV   cel l,  mo st  of te n  f or  ar ra y  or  s olar  pan el ,  an d  c onve rts   the  power  int o  a  volt age  or  curre nt  le vel  that  is  bette r  s uited  t o  the  l oad  that  t he  s ys te m   is  de sign e d  t o  pro vid e.   P V  cel ls  hav e   a  sin gle  operati ng  point  wh e r e   the  c urren t   ( I)  and  vo lt age   (V)  values   of  the   cel l  res ult   in   maxim um  out pu t   po wer  [ 16] .  Fi gure  4  s hows  t he     I – V  c ha racteri sti c  of  the   P V   m odule.   T he  sh ort - ci rc uit  c urren t,   op e n - ci rcu it   volt age  a nd  ma xim um  powe r   po i nts ar e  h i ghli gh te d o n  t he  I - V cu rv e s.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 81   –   14 90   1484       Figure  4. I - V  a nd P - V  c urve s  of a P hot ovolta ic  modu le   f or   va ry i ng so la r  ir r adiat ion  le vels   at  a    te mp erat ur e  of  25°C       As  s how n  in   F igure  4,  the   MPP  def ine s  the  maxim um   pow er  P MP   =  V MP I MP  ob ta inable  f rom  the  PV   modu le .  T he v oltage  V MP   is f ound  by s olv in g:     d P pv d V pv | = MP = ( pv pv ) d V pv | = MP = 1 + pv d I pv d V pv | = MP = 0     (4)     The  c urre nt I MP   is t hen d et e r mined b y  e val uating E qu at io n (1) at  V  =  V MP [1 7].   The  PV  a rr a y  consi der e d  in   this  sim ula ti on  study  c onsist s  of  se ven  ( 7)  m odules  i n  serie s  an d  ( 47 )   par al le l  strin gs  in  orde r  to  ge ner at e  100  kW  at   so la r  ir rad i ance  of   1000  W/m²  a nd   a n  ou t pu t  DC  vol ta ge  of   380V.  T he re  are  se ver al   MPPT  met hods  avail able  in   the  li te ratur e  [18].I n  this   w ork,   t he  In c re mental   Cond uctance  ( In C )  al gorith m  w hich  ca n  b e  re ga rd e d  as  an  im pro ve d  ve rsion  of  the  popula r  P&O   is   employe d[1 5] .   This met hod w as prop os e d  to   handle  rap i dly   changin g  at mosphe ric c onditi on s  [1 9] .   The gra dient  of the  po wer  c ur ve  is:     d P PV d V PV = 0 ⇒ d I PV d V PV = PV PV   (5)   d P PV d V PV = ( PV PV ) d V PV = PV + PV d I PV d V PV       ( 6)     M ulti pl ying  both sides  by 1/V PV  le ads  to:     1 PV d P PV d V PV = PV PV + d I PV d V PV = PV + d G PV   (7)     Wh e re  G  a nd  dG   denote the  c onduct ance  an d  inc reme ntal  cond uctance  r e sp ect ively .    The   DC   to   D C  co nverter   is   use d  to   c hange  t he  volt age   le vel  of  a   D C  sou rce.   The   in du ct or  a nd   capaci tors  pa ra mete r  val ues  in   the  bo os t  co nv erter  ci rc uit  are :  C= 0, 1mF,  C 1= C2=1 2  m F,  L 1=5  mH.   Ba se d  on   the  insta ntane ou s   values   of   the  c urre nt  a nd  volt age ,  th e  duty   cycle  of  the  boost   DC - DC  c onve rter  is   con ti nu ously   a dju ste d  by  t he   M PP T  c ontr oller  t o  e nsure   t ha t  the   P V  ge ne rator  al way s   operates   at   it s   M PP   for   any  ir rad ia nce   and  te m per at ure  co ndit ion s   [15].  In  high   volt age  a nd   hi gh  powe r   ap plica ti on s ,   it   is  s uitab le   to   op e rate  with  hi gh   volt ages  to   keep   t he  c urre nts  withi n  reas on a ble  le vels.   This  ne eds  t he  DC  bus  vo lt a ge   V d  to   exceed   the   vo l ta ge  rati ng s   of  the   co nverter   powe r  s witc he s  [ 20 ].  T her e f ore ,  i nteg rati on  of  re ne wab le   e nerg y  can  ca us e  se riou s   po wer   qua li ty  issues.  A mong   t hese,   th e  harmo nics  ge ner at e d  by  i n  inv e rters  a nd  injec te d   into  gr id   are  of  m aj or  c on ce r n  [ 21 - 23].   For   li near   m odula ti on   (i.e .  f or  a mp li tud e   m odulati on   facto r  m a   ≤  1 )  the  am pl it ud e   of  the   first   ha r monics  c hange s  li near l y  acc ordi ng l y  to   the   change   of  t he  amplit ude  m od ulati on  factor, s o  t he  e xpressi on for p hase  volt age  ha s the  form:     1,L N = DC 2     (8)           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge pro fi le  and powe r  qu alit y imp r ove m ent in p ho t o v oltaic f arms inte gr ate d me dium   …   (A .   Be na li )   1485   4.   DVR  TO POL OGY   The   D ynamic   Vo lt age   Re st orer  c onsist s  of  a  V oltage   S our ce  Co nverter   ( VS C) ,  a   s witc hing  c ontr ol   scheme ,  a n  e ne rgy   sto rag e   de vice  a nd  a   c ouplin g  tra ns f or mer   co nnect ed   in   se ries  with   the   AC  s ys te m.  The  DV R  c a n  be   ap plied  to  a   var ie ty   of  powe r  qu al it y  and  reli abili ty   pro blems  in cl ud in g  dip   volt age   com pensat ion,   vo lt a ge  unbal ance,   volt age   r egu la ti on,  ha rm on ic   is olati on,   powe r  fact or   c orrecti on   and   powe r   ou ta ges.  T her e fore,   it   can   pro vid e   protect ion  a gain st  an y   sags ,   s w el ls,  an d  la r ge   fl uctuati ons   i n  t he   al te rn at ing  c urren t   li ne   vo lt a ge  [ 24].   T he  DV R   injec ts   a   th ree  pha se   A C  volt age   in   s eries  a nd  s ync hro nized   with  t he   distri bu ti on   fee de r  vo lt age s  of  t he   AC   power  s ys te m.   T he   a mp li tud e   a nd  ph a se  of  t he  i nject ed   vol ta ge   ca n  be   va ried   to   re gu la te   the  e xc ha ng e   of  act ive   a nd  reacti ve  po wer s   betwee n  the  DV R   a nd  powe r  sy ste m   wit hi n  pr e determi ne d  li mit s  ne gativ e  ( powe r  a bs orptio n)    a nd  posit ive  (po wer  injec ti on)  [24 ].   T he   DV R   can   pr ovide  har m onic   i so la ti on  to   pre ven t   ha rm o nic s  in  t he  s ource   volt age  from   reachi ng    t he  l oad.  In  add it io n,  t he D VR also  pr ov i de s volt age  bala ncin g  a nd v olt age  regulat ion  [24].   The ge ner al  c onfi gurati on of  a DVR i ncl ud e s:   −   In je ct io n/Bo ost er transf ormer   −   Harmo nic f il te r   −   Stor a ge de vice   −   Vo lt age  S ourc e C onve rter   −   DC c hargin g  ci rcu it   −   Con tr ol a nd P r otect ion   sy ste m   The D VR injec t a v oltage a mpl it ud e ca n be  e xpresse d  as:     D VR = Lo + TH Lo − TH   (9)     Wh e re   V Lo   is   the   loa d  volt age   ma gnit ud e , Z T H  is  the   loa d  im ped a nce,  V TH  de no te s   the   s ys t em vol ta ge  durin g fault c onditi on a nd I Lo  represe nts the  l oad cu rr e nt  whic h  is  done b y:     Lo = Lo + Lo Lo     ( 10)     Wh e n  V Lo   is c on si der e d  a s a  ref e ren ce  equat ion  ca n be  re w ritt en     D VR = Lo ∠ 0 + TH ∠ −   I Lo ∠ 0 − TH ∠   (11)   =  − 1 ( Lo Lo )     (12)     The  c omplex  pow e r  i nject ion   of DVR ca n be  w ritt en  as:     D VR = D VR Lo ∗     ( 13)     On l y  the  r e quir ed react ive  power i s  injec te d  wh ic h  ca n be  pro vid e d b y  the   DV R i tse lf  [24].       5.   VOLTA GE S TABIL ITY  A ND P O WER  CONTR OLL ABILIT Y :  SI MU L ATIO N RESULTS   T o  eval uate  t he   c on tri bu ti on  impact   of  D - F ACTS   to   the   P V  fa rms  ti ed   to   gri d,  we   ha ve   c ho se n  the   DV R   as  case   of  stu dy.  T he    DV R   has   a  po wer  rati ng  of  4MV A  a nd  is  us e d  to   re gula te   volt age  on  a   30   kV  distrib ution   gri d   co nnect ed  to   bu s  B 2.   On e  f eeder  tra nsmi ts  power   t o  a  loc al   load  co nnect ed  at   bus  B3  w hic h  represe nts  a  plant  co ntin uousl y  abs orbi ng   f luctuat in g   cu rrents,  th us   c aus es   volt age  flic ker.  an   ap pro pri at e   vo lt age   is  i nject ed  by  the  D V R  in  order  to   r egu la te   t he  vo l ta ge  of   t he  bus   B1  a nd  B 3.   T his  vo lt age   tra ns fe r  is   done   th rou gh  t he  reacta nc e  of  t he  c ou pling  trans forme r  by   pr oducin g  a   s econda ry  vo lt a ge    i n  phase   w it h  the   pr ima ry  vo lt ag e  ( gr i d  side ).T he  sim ulati on  scenari o  c onsidere d  i n  t his  c ase  stu dy  c on s ist s  of  cr eat in g  tw o  fau lt s  of   0.3  se cond  durati on  each  durin g  a  s imulat ion   ti me   of   t hr ee  seco nds.   T he  first  fa ult  is  a  swell   volt ag e   create d  bet wee n  0.8  a nd  1.1   s econds   an d  the   seco nd  fau lt   i s  a  sa g  volt age   fa ult  set   betw een  1.2 5  sec on ds   t o  1.55  seco nds,  a s  show n  i n  Fig ur e  5 . Th e   swe ll   vo lt age f ault i s  simulat ed  as   an  inc rease o f  2 0%   of  the no minal   vo lt age  whil e t he  sa g v oltage  was  set  t o decr ease b y 1 0% of n om inal  volt age.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 81   –   14 90   1486       Figure  5. The  s ag   a nd s well  volt age  ma gn it ud e  cur ves  at   point c om m on  c ouplin g.       The  sce na rios of simulat io n  a re:   −   DV R  disc onne ct ed,  a nd no fa ult  ap plied.   −   DV R  disc onne ct ed  with  a  faul t app li ed .    −   DV R i n o per at ion   with  same  scenari os  as  abov e .   Durin g  no rmal   op e rati on,  the   dynamic  vo lt age  rest or e r  re mains  in  sta ndby   mode.  W he n  a  volt age   swell   occ urs,  t he  c on t ro l  de vice  detect s  the   f ault  in  th e  s ytem  an d  t he  DVR   injec ts  the  a ppr opriat e  volt age  a s   seen i n  Fi gures  6 ,  7 an d 8.           Figure  6.   P has e volt age at  point co mm on c ouplin g d ur i ng s ag  a nd s well  f a ults.       Wh e n  the   swel l  vo lt age  ha ppens   at   0.8  s eco nd,  the  DV R  i nject s  a  com pe ns at in g  volt age   and   a fter  a   transient last in g  a ppr ox imat el y 0.113 1  sec on d,  t he  ste a dy stat e is reac hed a s sho wn in Fi gure  7.       Figure  7. P has e volt age at  PCC  dur in g swell   fau lt       In   t he  case  of   vo lt a ge   sag   oc currin g  at   1.2 5  seco nd s   the  gri d  vo lt age   at   the  PCC   rea che s  the  ste ad y  sta te  after 2 c yc le s which c orr esp onds  t o  a pproximat el y 0.0 36 sec onds  a s s een in Fig ure  8.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge pro fi le  and powe r  qu alit y imp r ove m ent in p ho t o v oltaic f arms inte gr ate d me dium   …   (A .   Be na li )   1487       Figure  8. P has e volt age  durin g  sa g fault at   point c om m o n  c ouplin g       The   act ive   a nd   reacti ve   powe rs  a re   see n  i n  F igures   9  a nd  10  res pecti vely .  In  Fi gure   9  a nd  duri ng  t he   swell   fa ult,  we   can   obser ve  s mall   overs hoot s  an d  osc il la tio ns  in   t he  act i ve  powe r   f or  2  c ycles   of  t ra ns ie nt  wh e n  t he  D VR   is  not  in  op e ra ti on ,  but  the  osc il la ti on s  are  c omplet el y  da m ped  w he n  the  DV R  is  switc he d  on.   Fo r   a  sa g  fa ult  and  with out  D VR,  t he  gr i d  volt age  e xhibit s  a  la r ge  tra ns ie nt  la sti ng  f or  9  cycles  w hich,  again,   is com plete ly  da mp e d wh e n  t he  DVR is i nt rodu ce d.           F igure  9. I nject ed  act ive   pow e r  P V far ms to   netw ork       As  de picte d  i n  Figure  10   t he  r eact ive  powe r  flo w  at   the  PC C  durin g  tw o  f aults  an d  duri ng  the  s well   fau lt   t he  os ci ll at ion s   of  react ive  powe r  a re   more  im porta nt   as  c ompa red  to  the   case   of  sag   fa ult  w he r e  t he  ov e rs hoots  a re  small er   in  mag nitud e   with   the   DV R   co ntribu ti on .  In  the  cas e  of  volt age  sa g  fa ult  an d  withou t   the DVR,  the  f low o f  reacti ve  pow e r  i ncr eas es in  mag nitu de , d i recti on and  durati on.   Af te r   a  s hort  os ci ll at ion   a ppearin g  at   the  on s et   of  the  f ault ,  the  reacti ve  power  ex hi bits  a  la rg e   ov e rs hoot  at   1.3 9  sec onds  c orres pondin g  t o  a n  injec ti on   of  + 181.2  kVar .  T he  reac ti ve  powe r  s udde nly   decr ease d  to  - 139.1  kV a r  at   1.535  sec onds,   then  a fter  se ve ral  os ci ll at ions  the  sy ste m’s  normal  op e rati on   is   resto red  a t  the   end  of  t he  sa g  fau l t  at   1.9 57  s econds   co mp a r ed  with  t he  cas e  with   D VR  c on t rib ution  w he re  it   can  be obse r ve d  that t he oscil la ti on s  ha ve be en  c omplet el y dam ped at 1 . 699  sec onds.           Figure  10. Rea ct ive pow e r flo w  at  PCC       Figure   11   sho ws   the   total   c ur ren t   s upplied  from   t he  PV  fa rms  to   th e  l oad  a nd  t he  gr id.  It  ca n  be   ob s er ved   t hat  durin g  volt age   swell   the  curr ent  has  decr ea sed  f rom  11. 26  A  to  9.1 6  A  in  the  case  w he re  the   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 81   –   14 90   1488   DV R  is  not  in   operati on.  T he re  is  a  re duct ion   i n  the  c urr ent  des pite  a  vo lt age   inc r ea se  (s well   fau lt ).   T his  act ion   is  due  t o  P V  s ys te m  i nv e rter  i n  or de r  to  regulat e  it s  vo lt a ge  at   bus   B1.S imi la rl y,   it   can  be  see n  t hat  the  same  c ontrib ution  of  t he  PV  s ys te m  i nverter   at   the  volt age  s ag  fau lt   w hen  t he  c urre nt  h as  increase d  from   a  it s   norma l  val ue  of  12. 32  A  t o  14.72   A   du rin g  t he  fau lt   a nd   sud den l y  c ollapses   to  4  A   a nd  fi nally  sta bi li zi ng   after  se ver al   osc il la ti on s.  The  eff ect ive  c ontribu ti on  of   t he  DV R  in  sta bili zi ng   the  c urre nt   at   it s  no rmal  value   durin g faults   is  achieve d ra pidl y  an d rela ti vely   s mooth .    Figure  12  il lus trat es  the   po w er  facto r  (P F )  beh a vior   at   the   PCC .   U nder   nor mal  op e rati on  t he  PF  is   kep t  at   unit y  by  placi ng  10  kVar  c apacit or  bank  filt ering  harmo nics  at   t he  VS C  ou t pu t   of  the  PV  fa r ms  s o  as  to  tr a nsfer   enti rely   the   act ive p o we r  ge ner at e d  by  t he  PV  fa r ms  t o  t he  l oad and  the  g ri d.  It   is  see n  in   Fig ure 1 2  that  in  t he  cas e  of  vo lt age   s well   fa ult,  the  op e rati ng  li mit s  of  the   s ys te m  are   acce pta ble.  Howe ver,  withou t   DV R,  the  volt age sa g  ca us e d a si gnific ant  drop in t he  P F  w hich reac hed 0. 5  at  the  end  of  the d ist urbance .   It  ca n  be  c oncl ud e d  that  t he  powe r  facto r  at   the  po i nt  c ommo n  c ouplin g  is  effe ct ively   c on t ro ll ed   by   the  DV R   du rin g  t he  volt age  f ault  sce nar i os   consi der e d.  T he   ne gative   im pa ct   of  ren e wa bl e  ene rg ie s   on   powe r  qu al it y  ari ses   mainly   f rom  t wo  ty pical   c ha racteri sti cs  of   re new a ble  e ne rgy  source s  namely   thei r  r andom  var ia bili ty  an d  the  prese nce  of  a  sta ti c  conv erter  to  i nterf a ce  the  ge ne rati ng   pla nts  to  th e  gr i d(wit h  e xc eption   for  hy droelect r ic )  [ 3 ] .    T hese   dev ic es  ca us e   har m on ic s  in   the  sy ste m  a nd   t hey   a re  al so   ve r y  sen sit ive  to   distor te d  volt a ge  wa ve forms .   In   normal  ca ses,  the  in ve rter  co nnect ing   the  Re ne wab le   Energ y  Co nv ersio n  Sy ste ms  (REC S)   to  the  el ect rical   netw ork  modifie s  the  outp ut  volt age  in   orde r  to  regulat e  the  act iv e   and  reacti ve  c urre nts  be twee n  t he  in ve rter  a nd  the   gri d  an d  to   pre ven t    sy ste m   f rom   instabil it y  due  to  the   wides pr ea d  de ployme nt  of  R ECS,  in de pend ent  syst em  op e rators  ( ISO)   re qu i re  REC S  t o  operate  acc ordin g  to   stric t  netw ork  c od e s  s o  that  t o  r emai n  co nn ec te d  to  t he  ne twork   an d  pro vid e  t he  e xpec te d  reacti ve   cu rr e nt  to   su pp or t t he  el e ct ric sy ste m  du rin g netw ork f aults [ 6], [2 5].           Figure  11. PV   far m s inject ed   current.           Figure  12. Po w er f ac t or at PC C.       6.   CONCL US I O N   The  res ults  show   that  the   D VR  inter face d  to  photov oltai c  sy ste ms   an d  ti ed  t o  gr i d  in  me dium   vo lt age   is  e ff e ct ive  in  re du ci ng  volt age   sag s  an d  s well s  with  im pro ved  volt age  regul at ion   ca pa bili ties  an d  flexibili ty  for  powe r  fact or  c or recti on.  O ur   simulat ion  m odel   prese nts  th e  dyna mic  inte racti on  bet wee n  the   DV R  c onve rte rs  an d  t he  co nverter s  of  P V  sy ste m.  The  D yn a mic  volt ag e  resto rer   is  one  of  the   faste st  and  eff ect ive  cust om  po wer  de vic e  that  ha s  proven  it s  ef fecti ve ness  for  t he  mi ti ga ti on   of  volt age  sa gs   a nd  s wel ls.   The  sim ulati on   stu dy   pr e sen te d  in  this  w ork  has  de mons trat ed  that  the   DV R  is  a  pote ntial   power   qual it y  impro veme nt device .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N:  20 88 - 8 694       Volta ge pro fi le  and powe r  qu alit y imp r ove m ent in p ho t o v oltaic f arms inte gr ate d me dium   …   (A .   Be na li )   1489   REFERE NCE S   [1]   Inte rna ti ona l En erg y  Agen cy, "Re newa bl es  2019" ,   IEA ,   Paris ,   201 9.   [2]   S.  Kirma ni ,   M.   Jami l ,   and  I .   Akhtar ,   `` Ec ono mi c  f e asibilit y  of  hybrid  energ y  gene ra ti on  wi th  red uc ed  c arb on  em ission,''   IET  R ene w.   Pow er  Ge ner . ,   vol. 12, no. 8, pp. 934 - 942,   Nov.  2018.   [3]   K.  Kal ia pp an  ,   M.  Sankar   ,   B.   Kart hike y an   ,   B .   Vin eeth  ,   V.C.  Ra ju    , "  Ana ly sis  o f  sol ar   ener gy  t ec hnology   i n   le ad ing  cou ntr ies   ",  Inte rnationa l  Journal  of  Po wer  El e ct ronics  and  Dr iv e  System   (IJ PE DS) , Vol .   10,   No.  4 ,   pp.   1995 - 2004,   201 9.   [4]   A .  A.   Ta dj eddi n e,  A.   Chak er,  M.   Khia t,  L .   Abdel ma l ek,  N.   Khal f al ah ,   "A   con tri b uti on   to   th e   control  o f   vo lt ag e   an d   power  of   th e  interc onne ct i on   b etw ee n  two  d ecen tra lized   el e ct ri cal  gr ids  with   an  opti mal   localiza t ion  of   th e   SV C  devi c es  in   re al - t i me   " ,   In te rnatio nal  Journal   of   P ower  Elec troni c s  and  Dr iv e   Syst em  (IJ PE DS) ,   V ol.   10 ,   No.  1 ,   pp .   170 - 177 ,   2019 .   [5]   A .   Jäge r - Wa ld a u,   "  PV   Sta tus  Report  2017 " ,   EUR  28817  E N,  Publicati ons   Offic e   of  the  Europe an   Unio n,   Luxe mbourg ,   20 17.   [6]   A.  Benali,  M.  Khiat ,   T.  Alla o ui  and  M.  D enaï,   "P ower  Quality  Improveme nt   and  Low  Volt a ge  Ride  Throug h   Capa bility  in  Hy brid  Wi nd - PV   F arm s  Gr id - Conn ec t ed  Us ing  Dynamic  Volt age   R e sto rer   ",  I EE E   A cc ess ,   vo l.   6 ,   pp .   68634 - 68648,   2 018.     [7]   H.  S.  Kam il ,   D.  M.  Said,  M.  W .   Mus ta fa,   M.R .   Miveh,   N.   Ahma d  ,   "Low - vol ta ge     Ride - through    Methods  for  Gri d - conne c te d     Phot ovolt aic  Sys tem s  in  Microg rids:   A  Review  and  Future  Pros pec t" ,   Int ernati onal   J our nal  of  Powe r   El e ct ronics  and   Dr iv e  Syst em  (I J PE DS) ,   Vol .   9,   No.  4,   pp.   1834~ 1841,   De ce mb er   2018.     [8]   M.  A.   Mansor,   M.  M.   Othm an,  I.   Mus iri n ,   S.   Z.  M.   Noor,   "D ynam i c  vo lt ag e   res tore r   (DV R)  in   a   co mpl ex   vo lt ag e   disturba nc e  co m pensa ti on",   Inte r nati onal  Journal   o f  Pow er  Elec tr onic s  and  Dr iv e   Syste m  (IJ PE D S ),   Vol.   10,   No.   4,   pp .   2222~223 0,   De ce mb er  20 19.   [9]   S.  Suraya ,   P .   Sujat h a,   P.  B .   Ku ma r,   "  Con te mp ora ry  Control  of   DG   Inte gra t ed  DV R  for  Sag,   Sw el l  and   Harm o nic  Miti gation   “ ,   I n t ern ational   Journal  o f  Elec tri cal  a nd  C omputer   En gine ering   (I JE C E) ,   Vol.   8 ,   No.   5 ,   pp .   2721~ 2730,   Octobe r  2018 .   [10]   A.  B.   Moham m ed,  M.  A.   M.   Ariff,  S.  N.   Ra ml i ,   "P ower  qu al i ty   im prov em en t  u sing  dynamic   vo lt ag e  r estore r   in   el e ct ri ca l   distr i buti on  sys te m :   an  ov erv ie w" ,   Indone sian  Jo urnal  of  E lectr ic a l  Engi n ee rin g  and  Comput er   Sci en ce   (IJ E ECS ) ,   Vol .   17 ,   No.   1,   pp.   86~93,  Janu ary   2020.     [11]   M.  Sarvi ,   H.   M are fa tj ou ,   "   Co mpe nsati on   of   Volta ge   Singl e - Phase  SA G  and   SWE LL  Us ing   Dynam ic  Volt a ge  Restore r  and  Di f fer ence  Per - U ni t   Value  Method   ",  Int ernati onal   Journa l  of   E le c t rical   and   Comp ute r  Eng ineering   (IJ ECE ) ,   Vol . 3,   No.1,   pp .   83 - 92 ,   Februa ry2013   [12]   N.  S.  Sriv atcha n ,   P.   Rang ara j an,  "H al f  Cyc le  Discre t e  Tra nsform at ion   for  Vol ta g e  Sag   Improvem ent   in  an  Isl anded  Microgr id  Us ing   D ynam i c  Vol tage  Restor er", Vol.   9 ,   No .   1 ,   pp .   2 5~32 ,  Marc h   20 18 .   [13]   M.  M.  Oth ma n ,   N.  M.  R akami,   Z.   Abdul   Ham id ,   I .   Mus iri n ,   M.   L.   Oth ma n ,   "En erg y  e fficie n cy  e nhanc e me nt   usin g  dynam i c   voltage   restor er  (DV R) ",   Inte rnat ional   J ournal  of  Powe r  El e ct ronics  and  Dr iv e  Syste m (I J PE DS) ,   Vol .   10,   No.  3,   pp.   13 08~ 1316,   Sep   2019 .   [14]   D.  V.  Chin ma y ,   D.  V.   Chaitan ya ,   "O ptimum   d esign  of  dyn am i c  v ol ta ge   restor er  for  vo ltage  s ag  m it ig at ion   in   distri buti on   ne twork",  Vol.   10,   N o.   3 ,   pp .   1364~1 372,   Sep   2019 .   [15]   N.  Femia.   G.  Pe t rone ,   G .   Spagnu olo,   M.   Vit el l i ,   "   Pow er  Elec t roni cs   and  Con trol   T ec hniqu es  for  M axi mum  En erg y  Harve sting in  Ph otovol taic   Sys tems ”.   CRC   pre ss   1st e d,   2013.     [16]   H.  Madhusudan S her tukde ,   " Dis tri bute d   Photovo lt aic  Grid   Tr ansforme rs" .   CRC   Press ,   1st  ed.,  201 4.   [17]   M.  C.   Di  Pia zz a   and  G.  Vit al e ,   "   Photovolt aic  Source s   Modeli ng  and  Em u la t ion,   Gree n  Ene r gy  a nd  Te chno logy  " ,   Springer - Verl ag   London,   1st   ed . ,   p 53,   2013 .   [18]   D.  Verm a ,   S.  Nema ,   A.   M.  Shandil ya ,   S.   K.  Dash,  "M ax im um  Pow er  P oint   Tr ac k ing  MP PT  Te chni q ues:   Rec ap it ul at ion   i n  solar   photovolt ai c   sys te ms",   Renewable  and  Sus tai nable  En ergy   Re v ie ws ,  vol.   54 ,   pp.   1018 – 1034,   2016.   [19]   H.  Abu - Rub,   M.   Mali no ws ki,   K.   Al - Hadda d, "P o wer  El e ct ron ic s  for  Rene wab le   Ene rgy",  John  Wi l ey  &  Sons   L td,  1st e d. ,   2014 .   [20]   N.  Mohan,   Pow er  Elec tron ic s,   Jo hn  Wiley   &  Son s L td, 1st ed.,  20 12.     [21]   Q.  Zhong ,   T .   Ho rnik,  "  Con trol  of   Pow er  Inv erter s  in   Rene wab le  Ene rgy   and   Sma rt  Grid   Int e gra tion" ,   John   Wiley   &  Sons   Lt d   , 1st   ed. ,   pp. 59 – 60 ,   2 013.   [22]   B.   Dokić ,   B.   B lanuš a,   " Power   Elec tron ic s Conv er te rs a nd   reg u la to rs ",   Springer ,   3s t  ed . ,   2015.   [23]   N.  Mohan ,   Tor e   M.   Unde la nd,   Wi lliam  P .   Robbins,  "   Pow er   E le c troni cs   Conv ert ers   Appli ca t io ns  Design",   Joh n  Wi l ey  &   Sons   Ltd,  3st  ed.,2003.   [24]   E.  Acha ,   V . G.   Agel idi s ,  O.   Anaya - La r a,  T.J . E.   Mill er,  "P ower  E lectr oni c   Control  in  Elec tr ic a l   Sys te m s" ,   Newnes,1st  ed . , 2002.   [25]   L.  Ruiqi ,   G .   Hua ,  Y.   Geng ,   "   Fau lt   r ide - through  o f  ren ewa ble  ene r gy  conv ersion  sy stem s  during   vol ta ge   re cove ry   ",   J.   Mod .   Powe r S yst.   C le an   Ene rg y ,   vo l.   4 ,   no.   1 ,   p p.   28 - 39 , 2016.                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  Dr i   S ys t ,   V ol .  1 1 , N o.   3 ,  Se ptembe r   2020   :    14 81   –   14 90   1490   BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS       Abdelkr im   Ben a li  is   a   Profess or  in   the  Depa rtment   of   Elec tri c al  Eng in e eri ng   a t   NO UR  Bac hir   unive rsity   c ent er ,   in  El  Bay adh  ,   Alger ia.  H e  r ece ive d  a   doct or ate  degr ee  in   El e ct r ote chn ic s  fro m   the   Pol yt ec hni c   Nati ona l  Scho ol  of  Oran  (E NP O),  Alger ia .   His  rese arc h  a ct ivitie s  inc lud e   FA CTS  devi ce s,   ren ewa bl e  ene r gy  and  distri bu t ed   ene rg y  resou rce s  modeling  a nd  conc ep ti on ,   ren ewa bl e ene rg y  grid int eg ratio n.   He   is a memb er  of   the “ SC AM RE”   l abor at o r y.         Mounir  Khiat   i s  a  Profess or  in  the   Dep art m e nt  of  E le c tri c al  Engi ne eri ng  at  the   Polyt ec hn i c  Nati ona l  Schoo l   of   Oran   (ENPO ),   Alg eri a .   He   re ceive d   a   do ctorat e   d egr ee  in   El e ct rot ec hni cs  from  th e  Univ e rsity  of   US TO,   Oran.  Memb er   of  the  “SCAM RE”   l abor a tor y.   His  r ese ar ch   act ivi ties  includ e  the   cont ro l  of   la rge   elec tr ic   p ower  sys te ms,  mul ti   machine,  mul ti   conve r te r   sys te ms,  FA CTS  devi ce s,  HV DC  sys te ms,  ren e wable   en erg y  an d  distri bute d   en erg y  resourc es ,   mode li ng   and  c once pt ion,   r ea l   t im e  si mul a ti on  of  power  sys t ems   and  smart   g r id s.  His  te a chi ng   inc lud es  neur al   proc ess c ontro l a nd  real time  sim ula ti on   of  pow er   sys te ms.           Mouloud  Dena i  gra duated  from   t he  Univer sity   of   Scie nc e  and  T e chnol ogy  of  Alg ie rs  and  Ec o le  Nati ona le  Polyt hec hniqu e  of   Al gie rs,   Alger ia  in   Elec tri c al  En g i nee ring   and   r ece ive d   his  PhD   in  Control   Engi n eering  fro m  the  U nive rsity   of   She ffie ld ,   UK .   He   worked  for   th e  Univer sity   of  Scie nc e   and   T echnology  of   Oran   (Alge r ia )   unt il  2004  and   the  Un ive rsity   of   Sheff ie ld   (UK )  fro m   2004  to   2010.   From  201 0  to  2014,   h e  wo rke d  for  the  Unive rsity  of   T ee ss id e  (UK ).  He   is   cur ren t ly  with  th e  Univer sity  of  Hert fordshire   (U K)  since   2014.   His  ma in  fi el ds  of  expe rt ise  ar e   in  mod el ing ,   op t im izati on   and   co ntrol   of   engi n ee r ing  and   li f e  sc ience   (b iol ogi cal  a nd  biomedica l)   sys te ms.  His  c urre nt  r ese ar ch   intere sts  in  e ner gy  in cl ud e  int ellige n t  cont r ol  design   and   com put at ion al  i nte lligen ce  app lications  to   eff i cienc y   optimi za t io n  in   r ene wab le  ene rgy   sys te ms   with  par ti cu la r  f ocus  in  th e  ma n age m ent   of   sma rt  hom es  and  dy nam i c  sc hedu li n g,   opt im i za t ion   and  con trol  of  fu ture   sm art  grids.   ,   condition  mon it oring   and  asset   ma n age m ent  in   el e ct ri c  power   net works ;  En erg y  storage   sys tems  int egr at ion     int o  th e  grid ;  S ma rt  meter   d at a   ana ly tics  using   ma ch ine  l ea rnin g  t ec hniqu es  fo r   eff icient  ene rgy   m ana g em en t;  e l ec tr ic  veh ic l es  i nte gra ti on   int o   the   d istri but ion grid  and   V2G /G2V m ana g ement .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.