I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  1 6 ,   No .   2 ,   J u n e  2 0 2 5 ,   p p .   1184 ~ 1 1 9 5   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 6 . i 2 . p p 1 1 8 4 - 1 1 9 5          1184       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Enha ncement  of  l a rg e  PV - in tegra te d   g rid stabili ty us ing  an  a dv a nced  UP Q C       Vij a y   K um a r   K a la l,  Sh a nk a ra lin g a pp a   Cha nn a pp a   B y a l iha l   D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s  En g i n e e r i n g ,   D r .   A m b e d k a r   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,     V i sv e sv a r a y a   T e c h n o l o g i c a l   U n i v e r s i t y ,  B e n g a l u r u ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   2 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J an   1 6 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   1 ,   2 0 2 5       Th is  p a p e r  p re se n ts  a n   e n h a n c e m e n t  to   th e   sta b il it y   o f  lar g e   P V - in teg ra te d   g rid s  u si n g   a n   a d v a n c e d   p o we r  q u a li ty   c o n tr o l  sy ste m .   Th e   p r o p o s e d   u n ifi e d   p o we r  q u a li ty   c o n d it io n e r  (UP QC)  sy ste m   c o n tro l  tec h n iq u e   c o m b in e s   sy n c h r o n o u s  re fe re n c e   fra m e   ( S RF )  th e o r y   a n d   m o d ifi e d   u n it   v e c to r   tem p late   g e n e ra ti o n   ( M UV TG ),   s u p p lem e n ted   b y   a n   a d d it i o n a l  p r o p o rti o n a l - in teg ra l - d e ri v a ti v e   (P ID)  c o n tr o ll e r  to   re g u late   re a c ti v e   p o we r  flo w  to   t h e   g rid .   Th e   re su lt s  i n d ica te  a   re d u c ti o n   in   t h e   to tal  h a rm o n ic  d isto rt i o n   (THD)   lev e ls.  Th e   stu d y   a lso   d e m o n st ra tes   th e   sy ste m ’s  sta b il it y   f o r   d iffere n t   h a rm o n ic  o r d e rs  a n d   v a rio u s  c a s e s  o f  v o lt a g e   sa g   a n d   sw e ll ,   i n   c o m p li a n c e   with   IEE E  sta n d a rd s.  T h e   p ro p o se d   a p p ro a c h   e ffe c ti v e ly   a d d re ss e s  p o we r   q u a li t y   issu e s  a n d   a c h iev e s  a   THD  o f  0 . 3 0 % ,   m e e ti n g   th e   I EE E - 519  sta n d a rd s u si n g   M ATLAB  S imu li n k .   K ey w o r d s :   Mo d if ied   u n it v ec to r   tem p late  g en er atio n   Pro p o r tio n al - in teg r al - d er iv ativ e  co n tr o ller   Sy n ch r o n o u s   r ef e r en ce   f r am e   T o tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   Un if ied   p o wer   q u ality   co n d itio n er s   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Vijay   Ku m ar   Kala l   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g in ee r i n g ,   Dr .   Am b ed k ar   I n s titu te  o f   T ec h n o lo g y ,   Vis v esv ar ay a  T ec h n o l o g ical  Un iv er s ity   Naa g ar ab h aa v i,   B en g alu r u ,   K ar n atak a  5 6 0 0 5 6 ,   I n d ia   E m ail: v iju 2 5 0 9 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  in teg r atio n   o f   s o lar   p h o t o v o ltaic  ar r ay s   in to   elec tr ical   g r id s   h as  s ig n if ican tly   in cr ea s ed   d u e  to   th eir   p r o v is io n   o f   clea n ,   r en e wab le  en er g y   [ 1 ] .   Ho wev e r ,   l ar g e - s ca le  s o lar   p lan ts   co n n ec ted   to   th e  g r id   f ac e   ch allen g es  in   m ain tain in g   s tab le  elec tr icity   g en er atio n   d u e  to   p o wer   q u ality   p r o b lem s ,   s u ch   as  v o ltag e  s ag s ,   s wells,  an d   h ar m o n ic  d is to r ti o n s   [ 2 ] ,  [ 3 ] .   T h ese  is s u es  co m p r o m is e  th e  r eliab ilit y   an d   p er f o r m an ce   o f   th e  s y s tem s ,   u n d er s co r in g   th e   n ee d   f o r   ef f ec tiv e  m itig atio n   tech n o lo g ies  [ 4 ] .   Un if ied   p o wer   q u ality   co n d itio n er s   ( UPQC )   h av e   em er g e d   as  a  p r o m is in g   s o lu tio n ,   ca p a b le  o f   ad d r ess in g   m u ltip le  p o wer   q u a lity   p r o b lem s   [ 5 ] - [ 8 ] .   I n teg r atio n   o f   a   1 . 5   MW so lar   p h o to v o ltaic  s y s tem ,   d esi g n ed   to   o v er c o m e  p o wer   q u ality   p r o b lem s   [ 9 ] .   UPQC   s y s tem   u tili ze s   a  b le n d   o f   s y n c h r o n o u s   r ef er e n ce   f r a m e  ( SR F)  th eo r y   an d   m o d if ied   u n it   v ec to r   tem p late  g en er atio n   ( MU VT G) ,   co m b in ed   with   a  p r o p o r ti o n al - in teg r al - d er iv ativ e   ( PID )   co n tr o ller   f o r   ef f ec tiv e  r ea ctiv e  p o wer   f lo w   co n tr o l  [ 1 0 ] ,  [ 1 1 ] .   SR F  th eo r y   aid s   i n   s y n c h r o n izin g   co n tr o l  s ig n als  with   t h e   g r id   v o ltag e  wav ef o r m ,   en s u r in g   p r ec is e  co n tr o l  u n d er   v ar iab le  g r id   c o n d itio n s   [ 1 2 ] ,   [ 1 3 ] .   MU VT G  is   em p lo y ed   t o   g en e r ate  r ef er e n ce   tem p lates  th at  alig n   ac cu r ately   with   s p ec if ic  g r id   d is tu r b an ce s ,   f ac ilit atin g   ef f ec tiv e  co m p en s atio n   [ 1 4 ] ,  [ 1 5 ] .   T h e  PID   c o n tr o ller   is   i n teg r al  to   th e   s y s tem ' s   p er f o r m an ce ,   r e g u latin g   r ea ctiv e  p o wer   f lo w  to   t h e  g r i d ,   p r o v id in g   r o b u s t a n d   d y n a m ic  r esp o n s es,  an d   en s u r in g   s y s tem   s tab ilit y   ac r o s s   v ar y in g   c o n d itio n s   an d   lo ad s   [ 1 6 ] - [ 1 8 ] .   T h e  in te g r atio n   o f   t h ese  tech n o lo g ies  aim s   to   r ed u ce   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD )   lev els,  m ee t  in d u s tr y   s tan d ar d s ,   an d   en h a n ce   g r id   p er f o r m a n ce ,   u ltima t ely   p r o m o ti n g   th e   u s e  o f   r en ewa b le  en er g y   th r o u g h   ad v an ce d   p o wer   q u ality   m a n ag em en t.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f la r g e  P V   in te g r a ted   g r id   s ta b ilit y  u s in g   a n   a d va n ce d   UP QC   ( V ija y  K u ma r   K a la l)   1185   2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   A  co m p r eh e n s iv e  liter atu r e  r ev iew  is   ess en tia l  f o r   ex am i n in g   th e  in teg r atio n   o f   a  1 . 5   MW  s o lar   p h o to v o ltaic  ar r ay   with   ad v a n ce d   p o wer   q u ality   co n tr o l  s y s tem s   to   ad h er en ce   th e  b e n ch m ar k s   lik e  T HD  lev els  an d   I E E E - 5 1 9   s tan d ar d s   is   cr u cial  f o r   m ain tain i n g   in d u s tr y   co m p lian ce .   T h e   f au lt   t r e e  an al y s is   [ 1 9 ]   is   u ti liz ed   t o   i d e n t if y   cr i tic al  f a u lts   i n   l ar g e - s ca l e  g r id - c o n n ec t ed   P V  s y s te m s ,   s u c h   as  s o l d e r   b o n d   f ai lu r es  a n d   in t er c o n n e ct  is s u es.   A  f a u l t  d iag n o s ti c  t ec h n i q u e  [ 2 0 ]   u s i n g   s i g n al   e x c ita ti o n   was   d e v el o p e d   t o   d e te ct  an d   id e n t if y   d e f ec ti v e   m o d u les   i n   l ar g e - s c ale   PV   i n s t all ati o n s ,   i m p r o v i n g   f a u l t  d e tec ti o n   an d   o p er ati o n al   r eli a b ili ty .   I n teg r atin g   a  UPQC   with   a  P V  s y s tem   [ 2 1 ] ,   was  p r o p o s ed   u s in g   a  h y b r i d   m ax im u m   p o wer   p o in t   tr ac k in g   tech n i q u e  a n d   d - q   c o n tr o l  to   en h a n ce   p o wer   q u alit y   an d   clea n   en e r g y   g en er atio n .   UPQC   l in k ed   with   PV a n d   b atter y   en er g y   s y s tem s ,   to   s tab ilize  v o ltag e  an d   m in im ize  d is to r tio n s ,   s ig n if ican tly   r ed u cin g   T HD  an d   im p r o v in g   p o we r   f ac to r   [ 2 2 ] .   Po wer   q u ality   co n ce r n s   ar e  ad d r ess ed   in   g r id - co n n ec ted   PV  s y s tem s   with   a   UPQC ,   ac h iev in g   ef f ec tiv e   v o ltag e   h ar m o n ic  m itig ati o n   an d   g r id   s y n ch r o n izatio n   [ 2 3 ] .   E n h a n ce d     UPQC   [ 2 4 ] ,   u tili ze s   d is tr ib u t ed   g en er atio n   t o   s u p p ly   r ea cti v e  p o wer   ass is tan ce   to   th e  g r id ,   u s in g   ad v an ce d   co n tr o l  m eth o d s   f o r   b etter   lo a d   m an ag em e n t  an d   s y s tem   s tab ilit y   to   im p r o v e  r esis tan ce   ag ain s t  v o ltag e  s ag s ,   v er if ied   th r o u g h   s im u lati o n s   in   MA T L AB - Simu lin k   [ 2 5 ] .   T h ese  s tu d ies  co llectiv ely   co n tr ib u te  to   ad v a n cin g   PV sy s tem   r eliab ilit y   an d   p o w er   q u ality   m a n ag em e n t,  cr u cia l f o r   s u s tain ab le  en er g y   d ev elo p m en t.   As  o f   J u n e   3 0 ,   2 0 2 3 ,   th e   Natio n al  So lar   Miss io n   is   an   in iti ativ e  b y   I n d ia  to   p r o m o te  s o l ar   en er g y ,   ac h iev in g   7 0 . 1 0   GW   o f   in s talled   ca p ac ity ,   wh ich   ca n   s u r p a s s   5 0 0   GW   ac c o r d in g   to   th e   m in is tr y   o f   n ew   an d   r en ewa b le  en er g y   I n d ia.   T h e  in ter m itten t  n atu r e  o f   s o lar   e n er g y   ca n   ca u s e  s tab ilit y   is s u es  wh en   in teg r ated   with   th e  co n v en tio n al  elec tr i c  g r id .   Ph o to v o ltaic  s y s tem s   m u s t  ad h er e  to   g r id   in te g r ati o n   I E E E   s tan d ar d s   en s u r in g   s af e  an d   ef f icie n t p h o to v o ltaic  s y s tem   in teg r atio n   i n to   th e  g r id .   T h e   l i t e r a t u r e   r e v i e w   p r i m a r ily   f o c u s e s   o n   p o w e r   q u a l i t y   e n h a n c e m e n t ,   w i t h   l i m it e d   c o n s id e r a t i o n   o f   vo l t a g e   s t a b il i t y   u n d e r   d y n a m i c   g r i d   c o n d i t i o n s .   A d d i t i o n a l ly ,   t h e r e   i s   l i m i t e d   r e s ea r c h   o n   t h e   i n t e g r a t i o n   o f   l a r g e - s c al e   PV   s y s te m s   i n t o   t h e   g r i d .   T h i s   p a p e r   a d d r e s s es   p o w e r   q u a l i t y   d i s t u r b a n c e s   i n   t h e  d i s t r i b u t i o n   s y s t e m   a n d   r e g u l a t e s   t h e   r e a c t i v e   p o we r   f l o w   i n t o   t h e   g r i d .   T h e   m ai n   f e a t u r e s   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d   i n c l u d e :   ˗   R ed u ctio n   o f   p o wer   q u ality   is s u es:  M itig ates  v o ltag e  s ag ,   s well,   an d   h ar m o n ic  d is tu r b a n ce s   ca u s ed   b y   b o th   lin ea r ,   n o n - lin ea r   lo a d s   a n d   d if f er en t f a u lts   u n d er   v ar io u s   s ce n ar io s   u s in g   UPQC .   ˗   I n teg r ates  th e  1 . 5   MW  p h o to v o ltaic  s y s tem   in to   th e  g r id   u s in g   th e  UPQC ,   en s u r in g   a  co n s tan t  DC   v o ltag e   d esp ite  v o ltag e  p o wer   q u ality   is s u es a n d   h ar m o n ics.   ˗   Stead y   p o wer   s u p p ly :   E n s u r e s   co n s is ten t  p o wer   d eliv er y   to   th e  g r id ,   ev e n   d u r in g   PV  p o wer   g en er atio n   an d   v o lta g e  f lu ctu atio n s ,   en h a n cin g   d is tr ib u tio n   n etwo r k   s tab ilit y .   ˗   Ma in tain s   a  T HD  b elo w  5 % a t th e  p o in t  o f   co m m o n   co u p lin g   ( PC C ) .       3.   P RO P O SE D  M E T H O DO L O G Y   T h e  r esear ch   f o cu s es  o n   lar g e - s ca le  1 . 5   MW  s o lar   p h o to v o l taic  ar r ay   th at  is   in teg r ated   wi th   th e  g r i d   u s in g   UPQC   to   ad d r ess   s ev er al  p o wer   q u alities   co n ce r n s   th at  ar e  o f ten   en co u n ter ed   i n   g r id - in teg r ated   s o lar   en er g y   s y s tem s   wh ich   in clu d es  v o ltag e  s ag s ,   v o ltag e  s wells ,   an d   h ar m o n ic  d is to r tio n s .  Fi g u r e  1  s h o ws  th e  s im u latio n   m o d el  o f   p r o p o s ed   s y s tem .     3 . 1 .     Sy s t e m   des ig n   T h e  d esig n   o f   th e   UPQC   is   es s en tial,  as  it  r eq u ir es  c o n n ec ti n g   th e   s o lar   p h o to v o ltaic  ar r a y   s y s tem   to   a  co m m o n   DC   lin k .  T h is   in v o lv es  ch o o s in g   th e   co r r ec t  r ati n g s   f o r   th e   DC   ca p ac ito r   an d   v o ltag e  f o r   th e   DC   bus .  T h e   d etails  f o r   th e  1 . 5   MW  p h o to v o ltaic  m o d u les  an d   m ath e m atica l  m o d el   o f   UPQC   with   g r id   ar e   co n s id er ed   i n   th e  p r o p o s ed   s y s tem   [ 2 6 ] .   T h e  c o n tr o l  tech n i q u e  f o r   th e   UPQC   s y s tem   co m b in es  SR F  th eo r y   an d   MU VT G .     3 . 2 .     Sy nch ro no us   re f er ence   f ra m e  t heo ry   Usi n g   th e  SR F - b ased   co n tr o l  s tr ateg y ,   th e  p r o p o s ed   c o n tr o l ler   m an ag es  t h e  s h u n t  APF,  a s   s h o wn   in   Fig u r e  2 .   T h e  SR F  m eth o d   ca l cu lates  th e  d esire d   s o u r ce   cu r r en ts   f r o m   th e   lo ad   cu r r en ts   b y   ap p ly in g   a   d q 0 - to - ab c  tr an s f o r m atio n   [ 2 4 ].   ˗   Sy n ch r o n izatio n   with   g r id   v o ltag e :  SR F   th eo r y   en s u r es  th at  co n tr o l  s ig n als  m atch   th e  g r id ’ s   v o ltag e  wav ef o r m .  T h is   m ea n s   th at  th e  co n tr o l  s ig n als  Vr ef   an d   I r e f   ar e   in   s y n c h r o n izatio n   with   th e  g r id   v o ltag e   Vg r id .  Ma th em atica lly ,   th is   ca n   b e  r e p r esen ted   as ( 1 )   an d   ( 2 ) .     ( ) = ( )   ( 1 )     ( ) = ( )   ( 2 )     ˗   R ef er en ce   s ig n al  g en er ati o n :  M ath em atica lly ,   th e  r ef er e n ce   s ig n als ca n   b e  r ep r esen ted   as ( 3 )   an d   ( 4 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :  1 1 8 4 - 1195   1186   ( ) = ( ) +    ( 3 )     ( ) = ( ) +    ( 4 )     ˗   E n h an ce d   c o n tr o l  ac cu r ac y :  B y   tr an s f o r m in g   AC   q u an titi es  in to   a  r o tatin g   r ef er en ce   f r a m e  ( d - q   f r am e ) ,  SR F th eo r y   s im p lifie s   th e  co n tr o l o f   AC   s ig n als .  T h is   tr an s f o r m atio n   is   r ep r esen ted   b y   ( 5 )   a n d   ( 6 ) .     =  ( ) +  ( )   ( 5 )     = −  ( ) +  ( )   ( 6 )     ˗   Har m o n ic  m itig atio n :  T h e  th eo r y   aid s   in   th e  d etec tio n   an d   co m p en s atio n   o f   h ar m o n ic s   in   th e  p o wer   s y s tem .  T h is   co m p en s atio n   ca n   b e  r e p r esen ted   m ath e m atica lly   as ( 7 ) .      = − ℎ    ( 7 )     ˗   Vo ltag e  an d   cu r r e n t  r eg u latio n :  SR F   th eo r y   en s u r es  p r ec is e  r eg u latio n   o f   v o ltag e  an d   cu r r en t  wav ef o r m s .  T h is   r eg u latio n   is   r ep r esen ted   m ath em atica lly   as ( 3 )   a n d   ( 4 ) .           Fig u r e  1 .   Simu latio n   m o d el  o f   th e  p r o p o s ed   s y s tem       3 . 3 .     M o dified  un it   v ec t o r  t e m pla t e  g ener a t i o n ( M UVTG )   MU VT G  is   a  tech n iq u e  e m p l o y ed   in   UPQC ,   aim ed   at  r ef i n in g   t h e  c o n tr o l   o f   elec tr ical  p ar am eter s   s u ch   as  v o ltag e  a n d   cu r r en t .  Fig u r e  3   illu s tr ates  a   b asic  co n t r o l  s ch em e   f o r   MU VT G  i n   a   s er ies  ac tiv e  p o wer   f ilte r  ( APF )   [ 24 ] .   T h is   m eth o d   is   u s ed   to   g en er ate  th e  r eq u ir ed   p u ls e - wid th   m o d u latio n   ( PW M )   p u ls es  f o r   APF co n tr o l.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f la r g e  P V   in te g r a ted   g r id   s ta b ilit y  u s in g   a n   a d va n ce d   UP QC   ( V ija y  K u ma r   K a la l)   1187       Fig u r e   2 .   E n h an ce d   g r i d   s u p p o r t v ia  UPQC - DG  co n tr o ller           Fig u r e  3 .   Per f o r m an c e  o f   a   UPQC   d u r in g   0 . 3   p . u .   v o ltag e  s ag   an d   s well  co n d itio n s       T h e  r ef er en ce   v o ltag e  wav ef o r m   is   r ep r esen ted   as  Vr ef   ( t )  an d   th e  ac tu al  g r id   v o ltag e  w av ef o r m   as  Vg r id   ( t ) .   Similar ly ,   th e  r e f er en ce   cu r r e n t  wav ef o r m   is   d en o ted   as  I r ef   ( t )  an d   t h e  ac tu al  g r id   cu r r en t  wav ef o r m   as I g r id   ( t ) .   MU VT G  ca n   b e  ex p r e s s ed   b y   ( 8 )   a n d   ( 9 ) .     ( ) = ( ) +    ( 8 )     ( ) = ( ) +    ( 9 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :  1 1 8 4 - 1195   1188   W h er e,   V_ tem p late  ( t )  an d   I _ tem p late  ( t )  ar e  t h e  id ea l  r ef er en ce   tem p lates  f o r   v o ltag e  an d   cu r r e n t,   r esp ec tiv ely .   ∆ V  an d   ∆ I   ar e  a d ju s tm en ts   m ad e  to   th e  r ef er e n ce   tem p lates  b ased   o n   th e  s p ec if ic  co n d itio n s   o f   th e  p o wer   s y s tem .  V_ r e f   ( t )  a n d   I _ r e f   ( t )  a r e  th e  m o d if ied   r ef er en ce   s ig n als u s ed   b y   th e  co n tr o l sy s tem .     3 . 4 .     Rea c t iv e  po wer   co ntr o l   T h e  in teg r atio n   o f   a  PID   co n tr o ller   in to   a  UPQC   s y s tem   s ig n if ican tly   en h an ce s   its   ca p ab ilit y   to   r eg u late  r ea ctiv e   p o wer ,   r esp o n d   d y n a m ically   to   g r id   c h a n g es,  an d   m ain tain   o v e r all  s y s tem   s tab ilit y .  I ts   s im p licity   an d   ef f ec tiv e n ess   m ak e  it  a  cr itical  co m p o n en t  in   th e  p u r s u it  o f   h i g h - p er f o r m an ce   p o wer   q u ality   m an ag em en t .  T h e  o u tp u t  o f   a  PID   co n tr o ller ,   u ( t ) ,   ca n   b e  e x p r ess ed   as ( 1 0 ) .     ( ) =  ∗ ( ) +  ∗ ∫ [ 0      ] ( )  +    (  ( )  ⁄ )   ( 1 0 )     Her e,   u ( t)   s tan d s   f o r   th e  c o n t r o l  o u tp u t,  K p ,  K i ,   an d   K d   ar e   th e  p r o p o r tio n al,   in teg r al,   an d   d er iv ativ e  g ain s ,   r esp ec tiv ely ,   an d   e ( t )   is   th e  er r o r   s ig n al,   wh ich   is   th e  d if f e r en ce   b etwe en   th e  d esire d   s etp o in t  an d   th e  ac tu al   m ea s u r ed   p r o ce s s   v ar iab le.   ˗   E r r o r   s ig n al :  T h e  er r o r   s ig n al  e ( t )  is   ex p r ess ed   as ( 1 1 ) .     ( ) = ( ) − ( )   ( 1 1 )     W h er e  r ( t )  is   th e  r ef e r en ce   v al u e  ( s et  p o in t ) ;  y ( t )  is   th e  m ea s u r ed   p r o ce s s   v ar iab le .   ˗   Pro p o r tio n al   ter m :  T h e  p r o p o r tio n al  ter m   p r o v id es a n   o u tp u t th at  is   p r o p o r tio n al  to   t h e  cu r r en t e r r o r   v alu e:     ( ) =  ∗ ( )   ( 1 2 )     ˗   I n teg r al  ter m :  T h e   in teg r al   ter m   p r o v id es  a n   o u tp u t  t h at  is   p r o p o r tio n al  to   t h e  cu m u lati v e  s u m   o f   p ast  er r o r s ,   th u s   a d d r ess in g   th e  ac c u m u lated   o f f s et :     ( ) =  ∗ ∫ [ 0  ] ( )    ( 1 3 )     ˗   Der iv ativ e  ter m :  T h e  d er iv ati v e  ter m   p r o v id es  an   o u tp u t  th at  is   p r o p o r tio n al  to   th e  r ate  o f   ch an g e  o f   th e   er r o r ,   p r ed ictin g   f u tu r e  er r o r   b ased   o n   its   cu r r e n t r ate  o f   ch an g e :     ( ) =  ∗ ( (  ( ) )  ⁄ )   ( 1 4 )     ˗   C o m b in ed   PID   o u t p u t :  C o m b i n in g   th ese  th r ee   ter m s   g iv es th e  to tal  o u tp u t  o f   th e  PID   c o n tr o ller :     ( ) = ( ) + ( ) + ( )   ( 1 5 )     T h ese  eq u atio n s   co llectiv ely   d escr ib e  h o w  th e   PID   co n t r o ll er   ca lcu lates  its   co n tr o l  o u tp u t  b ased   o n   th e  er r o r   s ig n al,   aim in g   to   m i n im ize  th e  er r o r   an d   th u s   m ai n tain   th e  s tab ilit y   an d   p er f o r m an ce   o f   th e  UPQ C   s y s tem .  C o m b in in g   SR F  th eo r y   an d   MU VT G,   s u p p lem en t ed   b y   a   PID   co n tr o ller ,   en h a n ce s   r ea ctiv e  p o wer   f lo w  co n tr o l   in   lar g e - s ca le   s o lar   p h o t o v o ltaic  s y s tem s .       4.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   Simu latio n   r esu lts   f r o m   th e   MA T L AB /Si m u lin k   en v ir o n m en t  s h o ws  th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e   p r o p o s ed   UPQC - DG  co n tr o ller .   T h is   s y s tem   p r o v id es  r ea ctiv e  p o wer   s u p p o r t  to   th e  g r id .   I t  in v o lv es   m o d elin g   an d   test in g   a  th r ee - p h ase,   s in g le - s tag e  UPQC - DG  s y s tem   u n d er   v ar io u s   d y n a m ic  co n d itio n s ,   s u ch   as g r id   v o ltag e   s ag ,   v o ltag e   s well,   lo ad   u n b alan cin g ,   an d   ch a n g es in   s o lar   ir r a d iatio n .     4 . 1 .     Ca s e - 1   Fig u r e  3   d em o n s tr ates  th e  ca p ab ilit ies  o f   a  UPQC   in   m an ag in g   g r i d   v o ltag e  f l u ctu atio n s .   I t  s h o ws  h o w  th e   UPQC   s tab ilizes  th e  lo ad   v o ltag e  b y   r ap id l y   a d ju s tin g   its   in jecte d   v o ltag e   in   r es p o n s e  to   a   0 . 3   p . u .   v o ltag e  s ag   an d   s well.   Sp ec if ically ,   th e  UPQC   q u ick l y   in c r ea s es  its   v o ltag e  o u tp u t   to   c o u n ter ac t   s ag s ,   an d   d ec r ea s es it to   m itig ate  s wells.     4 . 2 .     Ca s e - 2   Fig u r e  4   illu s tr ates  th e  p er f o r m an ce   o f   a  UPQC   in   ad d r ess in g   a  0 . 5   p . u .   v o lta g e  s ag   a n d   s well  o n     th e  p o wer   g r id .   T h e  UPQC   ex h ib its   r o b u s t  co n tr o l.  Sp ec if ically ,   it  in jects  ad d itio n al  v o ltag e  at  ar o u n d     1 . 2   s ec o n d s   to   c o u n ter ac t  th e  s ag ,   an d   r ed u ce s   th e  in jecte d   v o ltag e  at  ap p r o x im ately   1 . 6   s ec o n d s   to   m itig ate  th e  s well.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f la r g e  P V   in te g r a ted   g r id   s ta b ilit y  u s in g   a n   a d va n ce d   UP QC   ( V ija y  K u ma r   K a la l)   1189   4 . 3 .     Ca s e - 3   Fig u r e  5   s h o wca s es   th e  ca p ab ilit ies  o f   a  UPQC   in   m an ag in g   a  0 . 6   p . u .   v o ltag e  s ag   a n d   s well  ac r o s s   th r ee   p h ases   o f   a  p o wer   g r i d .   At  a r o u n d   1 . 2   s ec o n d s ,   i t  in cr ea s es  th e  v o ltag e   to   c o u n ter ac t   th e  s ag ,   m ain tain in g   th e  lo a d   v o ltag e   alm o s t  co n s tan t.  C o n v e r s ely ,   at  a b o u t   1 . 6   s ec o n d s ,   it  r e d u ce s   th e   in jecte d   v o ltag e  to   m itig ate  th e   s well,   m in im izin g   d is r u p tio n   to   t h e  l o ad .           Fig u r e  4 .   Per f o r m an c e  o f   a   UPQC   d u r in g   0 . 5   p . u .   v o ltag e  s ag   an d   s well  co n d itio n s           Fig u r e  5 .   Per f o r m an c e  o f   a   UPQC   d u r in g   0 . 6   p . u .   v o ltag e  s ag   an d   s well  co n d itio n s       4 . 4 .     Ca s e  4   Fig u r e  6   h i g h lig h ts   th e   p e r f o r m an ce   o f   a   UPQC   in   m a n ag in g   a   0 . 7   p . u .   v o ltag e   s ag   an d   s well  ac r o s s   th r ee   p h ases   o f   a n   elec tr ical  g r id .  T h e  UPQC   p r ec is ely   co u n ter s   th ese  s ev er e  d is tu r b a n ce s ,   m ain tain in g   a   n ea r - co n s tan t  v o ltag e  at  th e  lo ad .  At  ar o u n d   1 . 2   s ec o n d s ,   it  q u ick ly   in jects  ad d itio n al  v o ltag e  to   s tab ilize  th e  g r id   d u r in g   th e  s ag .  T h en ,   at  a b o u t  1 . 6   s ec o n d s ,   it  r ed u ce s   th e  in jecte d   v o ltag e  to   m itig ate  t h e  s well,   en s u r in g   th e  lo ad   v o ltag e  s tay s   with in   s af e  o p er atio n al  lim its .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :  1 1 8 4 - 1195   1190   4 . 5 .     Ca s e  5   Fig u r e  7   illu s tr ates  th e  ef f ec tiv en ess   o f   a  UPQC   in   m an ag in g   s ev e r e  v o ltag e  d is tu r b an ce s ,   s p ec if ically   a  0 . 8   p . u .   s ag   an d   s well  ac r o s s   th r ee   p h ases   o f   a  p o wer   g r id .   Facin g   its   m o s t  ch allen g in g   s ce n a r io   y et,   th e  UPQC   r esp o n d s   with   s u b s tan tial  v o ltag e  in jectio n s   an d   r e d u ctio n s   to   co u n ter ac t  e x tr em e  g r id   v o ltag e   f lu ctu atio n s .   Acr o s s   all  test ed   s ce n ar io s ,   f r o m   0 . 3   p . u .   to   0 . 8   p . u .   v o ltag e  s ag s   an d   s wells,  th e  p r o p o s ed   UPQC   s y s tem   h as  p r o v en   h ig h ly   ef f ec tiv e  in   m ai n tain in g   s tab ilit y   o f   t h e  s y s tem   b y   s tab le   lo ad   v o ltag es,  e n s u r in g   th at  f lu ctu atio n s   in   th e   g r id   v o ltag e  h av e  m in im al  im p ac t o n   th e  lo ad .           Fig u r e  6 .   Per f o r m an c e  o f   a   UPQC   d u r in g   0 . 7   p . u .   v o ltag e  s ag   an d   s well  co n d itio n s           Fig u r e  7 .   Per f o r m an c e  o f   a   UPQC   d u r in g   0 . 8  p . u .   v o ltag e  s ag   an d   s well  co n d itio n s       4 . 6 .     Ana ly s is   o f   g rid v o lt a g e  ha rm o nic dis t o rt io n    Fig u r e  8   d is p lay s   a  tim e - d o m ain   s ig n al  o f   g r id   v o ltag e  ac r o s s   1 2 5   c y cles,  s h o win g   a  s in u s o id al  s h ap e  with   v is ib le  h ar m o n ic  d is to r tio n s .  T h e  FF T   an aly s is   o f   th is   v o ltag e,   h ig h lig h tin g   a  s tr o n g   f u n d am en tal   f r eq u e n cy   at  5 0   Hz  with   a  m ag n itu d e  o f   ap p r o x im ately   4 1 3 . 4 .  I t  id en tifie s   h ar m o n ics  u p   to   th e  5 0 th   o r d er ,   with   a  T HD   o f   2 0 . 62 %.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f la r g e  P V   in te g r a ted   g r id   s ta b ilit y  u s in g   a n   a d va n ce d   UP QC   ( V ija y  K u ma r   K a la l)   1191   4 . 7 .     L o a d  v o lt a g e  re s po ns e  t o   po wer   qu a lity   is s ues   Fig u r e  9   illu s tr ates  th e  lo ad   v o l tag e   o v er   a  s p a n   o f   1 2 5   cy cles,  clea r ly   s h o win g   f l u ctu atio n s   in d icativ e  o f   v o ltag e  s ag s   an d   s wells .  T h e  FF T   an aly s i s   o f   th e  lo ad   v o ltag e,   with   a  f u n d a m en tal  f r eq u e n cy   at  5 0   Hz ,   a r o u n d   4 1 3 . 9 .  Un lik e   Fig u r e  9 ,   th e  h a r m o n ic   s p ec tr u m   h er e   is   b r o a d er ,   y et  th e   T HD   is   s ig n if ican tly   lo wer   at  0 . 3 0 %.  T h is   en h an ce d   T HD  lev el  af ter   co m p en s atio n   in d icate s   th at  m ea s u r es  s u ch   as  u s in g   u n if ied   p o wer   q u ality   co n d itio n er s   ( UPQC s )  o r   o th er   p o we r   c o n d itio n in g   eq u i p m en t   ar e  e f f e ctiv ely   m ain tain in g   v o ltag e  q u ality .           Fig u r e  8 .   FF T   an aly s is   o f   g r id   v o ltag e  h ar m o n ic  d is to r tio n           Fig u r e  9 .   FF T   an aly s is   o f   lo a d   v o ltag e  d u r in g   s h o win g   v o lta g e  s ag s   an d   s wells       T ab le  1   s h o wca s es  th e  ef f ec tiv en ess   o f   v ar io u s   tech n i q u es  in   r ed u cin g   T HD  at  th e  PC C .   Fo r   in s tan ce ,   th e  i n d u ctiv e   h y b r id   UPQC   m eth o d   ex h ib its   a  s u b s tan tial  d ec r ea s e  in   T HD  f r o m   2 0 . 5 2 %   to   2 . 5 3 %,  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :  1 1 8 4 - 1195   1192   in d icatin g   its   ef f ec tiv en ess   in   m itig atin g   v o ltag e  d is to r tio n .   Similar ly ,   th e  UPQC   s y s tem   co n tr o l  m eth o d ,   in teg r atin g   SR F  th eo r y ,   MU VT G,   an d   a  PID   co n tr o ller ,   ac h iev es  a  r em ar k a b le  r ed u c tio n   in   T HD  f r o m   2 0 . 6 2 %  to   0 . 3 0 %,  u n d er s co r in g   its   ef f icien cy   in   e n h an ci n g   p o we r   q u ality .   T h ese  r es u lts   h ig h lig h t  th e   im p o r tan ce   o f   em p l o y in g   ad v an ce d   c o n tr o l   tech n iq u es,  s u c h   as  th o s e  b ased   o n   SR F  th eo r y   a n d   MU VT G,   s u p p lem en ted   b y   PID   co n tr o ll er s .       T ab le  1 .   E f f ec tiv en ess   o f   p o w er   q u ality   en h an ce m e n t te ch n i q u es :  p r e  an d   p o s t c o m p en s ati o n   T HD  an aly s is   Te c h n i q u e s   P C C   v o l t a g e   TH D   i n   %   B e f o r e   c o m p e n sa t i o n   A f t e r   c o m p e n sa t i o n   I n d u c t i v e   h y b r i d   U P Q C   [ 15 ]   20 . 52   2 . 53   U P Q C   w i t h   M U V T C   a n d   S R F   [ 26 ]   20 . 62   2 . 06   R e c e n t   a d v a n c e s  i n   sy n c h r o n i z a t i o n   t e c h n i q u e s [ 2 7 ]   55 . 27   4 . 66   A   sy st e ma t i c   d e s i g n   m e t h o d o l o g y   f o r   D C - l i n k   v o l t a g e   c o n t r o l   [ 28 ]   12 . 5   4 . 5   P r o p o se d   s y st e m   20 . 62   0 . 3 0       4 . 8 .     Ana ly zing   po wer   s y s t e m   s t a bil it y   a g a ins t   a s y mm et rica l v o lt a g e  dis t urba nces   Fig u r e  1 0   illu s tr ates  a  p o wer   s y s tem 's  r esp o n s e  to   asy m m etr i ca l  v o ltag e   s ag s   an d   s wells  ac r o s s   th r ee   p h ases ,  d esp ite  th ese  f lu ctu ati o n s ,   th e  lo a d   v o ltag e  r e m ain s   r elativ ely   co n s tan t,  e m p h asizi n g   th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e   v o ltag e   r e g u latio n   s tr ateg ies  in   p lace .  T h e   v o ltag e   in jecte d   b y   a  UPQC ,   wh ich   co r r elate s   with   th e   d is tu r b an ce s   s h o wca s in g   its   r o le  in   ac tiv ely   co m p e n s atin g   f o r   th e  asy m m etr ical  co n d itio n s   to   m ain tain   s tab ilit y   at  th e  lo ad .   Fig u r es  1 1   a n d   1 2   d is p lay   th e   r ea l  an d   r ea ctiv e  p o wer   at  th e  PC C   o n   b o th   th e   g r id   an d   lo ad   s id es,   m ea s u r ed   in   k ilo watts  ( kW )  an d   k ilo v o lt - a m p er es  r ea ctiv e  ( k VAR )  r esp ec tiv ely .  I n   Fig u r e  1 1 ,   b o th   r ea l  an d   r ea ctiv e  p o wer   o n   th e  g r id   s id e  ex h ib it  d is tin ct  f lu ctu atio n s   ar o u n d   s p ec if ic   tim es  ( ar o u n d   1   s ec o n d   a n d   1 . 5  s ec o n d s ) ,   p o ten tially   in d icatin g   lo a d   c h an g es  o r   p o wer   co n tr o l  ac tio n s ,   with   r ea l   p o wer   s h o win g   d ip s   an d   p ea k s ,   an d   r ea ctiv e  p o wer   d is p lay in g   a   s ig n if ican t   d ip   b ef o r e  r etu r n i n g   to   b aselin e .  T h is   s u g g ests   th e   ac tiv atio n   o f   m e ch an is m s   lik e  r ea ctiv e  p o wer   c o m p e n s atio n   to   m ain tain   s tab ilit y .   Fig u r e  1 2   p r esen ts   a  m o r e   s tab le  s ce n ar io   o n   th e   lo ad   s id e  wh er e  b o th   r ea l  an d   r ea ctiv e  p o wer   lev els   r em ain   n ea r ly   c o n s tan t  th r o u g h o u t  th e  o b s er v ed   p er io d ,   i n d i ca tin g   s tab le  d em a n d   o r   g en e r atio n   an d   p o s s ib ly   ef f ec tiv e  p o wer   m an ag e m en t  s tr ateg ies .  T h is   s tab ilit y   m ig h t  r ef lect  well - m an ag ed   r ea ctiv e  ch ar ac ter is tics   o f   th e  lo ad ,   im p ly in g   t h at  an y   r e ac tiv e  co m p o n en ts   ar e  ef f icien tly   co n tr o lled ,   co n tr ib u tin g   t o   th e  r eliab ilit y   an d   ef f icien cy   o f   p o we r   d eliv er y   t o   en d - u s er s .           Fig u r e  1 0 .   Dy n am ic  r esp o n s e  o f   a  p o wer   s y s tem   to   asy m m et r ica l v o ltag e  s ag s   an d   s wells       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n h a n ce me n t o f la r g e  P V   in te g r a ted   g r id   s ta b ilit y  u s in g   a n   a d va n ce d   UP QC   ( V ija y  K u ma r   K a la l)   1193       Fig u r e  1 1 .   Dy n am ic  v ar iatio n s   o f   r ea l a n d   r ea ctiv e  p o wer   at  t h e  g r id   s id e           Fig u r e  1 2 .   Stab ilit y   o f   r ea l a n d   r ea ctiv e  p o wer   at  th e  lo ad   s id e       5.   CO NCLU SI O N   T h i s   r e s e a r c h   h a s   s u c c e s s f u l ly   d e m o n s t r a t e d   th e   e n h an c e m e n t   o f   l ar g e   P V   i n t e g r a t e d   g r id   s t a b i l i t y   u s i n g   an   i m p r o v ed   U P Q C   s y s t e m   b y   i n co r p o r a t i n g   a   PI D   c o n t r o l le r   in   t h e   co n tr o l  l o o p ,   t h e   s y s t e m   e f f i c i en t l y   r e g u l a t e s   th e  r e ac ti v e   p o w er   s u p p l i e d .   T h e  U P QC - PV   s y s t e m   e m p l o y s   t h e   S R F   t h eo r y   f o r   s h u n t   A P F   a n d   a   M U V T G  f o r   s e r ie s   A P F s ,   s u p p l e m en t e d   b y   p o w e r   a n g l e   co n tr o l  t o   e f f i c i en t l y   d i s t r ib u t e  t h e  r e a c t i v e   p o w e r   l o ad   b e t w e en   b o th   s h u n t   a n d   s e r i e s   A P F s .   T h i s   co n f i g u r a t io n   g u a r an te e s   a   s t a b l e  p o we r   s u p p ly   t o   t h e   g r id   d e s p i t e   PV   g e n er a t io n   an d   v o l ta g e   f lu c t u a t io n s ,   e n h a n c i n g   t h e  d is t r i b u t io n   n e t w o r k 's   o v er a l l  s t a b i l i ty .   T h e   e f f e c t i v e n e s s   o f   t h e   s y s t e m   h a s   b ee n   v a l id a t ed   t h r o u g h   M AT L A B   s i m u la t i o n s   u n d e r   s t e a d y - s t a t e   co n d i t i o n s   a n d   i n   d y n a m i c  s c e n ar i o s   d u r i n g   v o l t a g e   s ag s ,   s w e l l s ,   an d   a c h ie v e s   a   T H D   o f   0 . 3 0 ,  m e e t i n g   th e   I E E E - 5 1 9   s t an d ar d s .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   r ec eiv ed   n o   f u n d in g   f r o m   a n y   ag e n cy .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.