I n d o n e s i a n  J o u r n a l  o E l e c tr i c a l  E n g i n e e r i n g   a n d  C o m p u te r  S c i e n c e   V ol .  8,   N o.   1,  O c t ob er  20 17 ,  pp 1   8   D O I :  10. 115 91/ i j eec s . v 8 .i 1 . pp 1 - 8           1       R ec ei v ed   J une  1 9 ,  20 1 7 ;  R ev i s ed  A ug us t  15 ,   20 1 7 ;  A c c ept ed  S e pt e mber   3,  2 017   O n - lin A s sess m en t  o f  V o lt ag e  S t ab ili t y  u si n g   S y n c hr oph a s or  Te c h nol og y       S at y en d r P r at ap  S i n g h * 1 ,   S.   P.   S i n g h 2   D epar t m ent   of  E l e c t r i c a l  E ng i n eer i ng ,  I n di an  I n s t i t ut e o f  T ec h nol ogy   (BH U ) Va r a n a s i   V ar ana s i ,  2210 05,   I ndi a   * C or r es po ndi ng a ut hor ,  e - m ai l :  s ps i ng h. r s . eee@ i i t b hu. a c . i n       A b st r act     S er i e s   of   bl ac k out s   enc ount e r ed  i r e c en t   y ear s   i p ow er   s y s t em   ha v e   bee o c c ur r ed   b ec au s e   ei t her  of  v ol t a ge or  ang l e i ns t a bi l i t y  or  bot h t o get h er   w as  not  det e c t ed w i t h i n t i m e and pr o gr es s i v e v ol t a ge   or  angl e i n s t a bi l i t y  f ur t her   de gr aded  t he  s y s t em  c o ndi t i on,  bec a us of  i n c r ea s i n l o ad i ng.  T hi s   pape r   pr es e nt s  t he  r eal - t i m e as s e s s m ent  m et hodo l og y  of  v o l t ag e s t abi l i t y  us i ng P has or  M eas ur e m ent  U ni t  ( P MU )   w i t h obs e r v a bi l i t y  of  l o ad bu s e s  onl y  i n pow er  net w or k .  P M U s  ar e pl a c ed at  s t r at eg i c a l l y  obt ai n ed l o c at i on   s uc t hat   m i ni m um   num ber   of   P M U s   c an  m ak al l   l o ad  bu s es   ob s er v ab l e.   D at ob t ai n e by   P M U s   ar e   us ed  f or  v ol t a ge s t ab i l i t y  a s s e s s m ent  w i t h t h e h e l p of   s u c c e s s i v c han ge i n t he  ang l e of   b us  v ol t a ge w i t h   r es pe c t   t o i n c r em ent a l   l o ad,  w hi c h i s   u s ed as   o n - l i ne v ol t age s t ab i l i t y  pr e di c t or  ( V S P ) .  T he r ea l - t i m v ol t age  pha s or s   obt ai ne b y   P M U s   ar us ed  as   r eal   t i m v ol t age  s t ab i l i t y   i ndi c at or .   T h e   c as s t u dy   h as   been  c ar r i ed o ut  o n I E E E - 14  b us  s y s t em  and  I E E E - 30  bus  s y s t em s  t o dem on s t r a t e t h e r e s u l t s .       Ke y w o rd s v ol t a ge s t ab i l i t y ,  v ol t ag s t abi l i t y   pr e di c t or ,  pha s or   m eas ur em ent   u ni t ,  opt i m al  pl ac em ent          C o p y r i g h t   ©   2 01 7   I n s t i t u t e  o f  A d v a n c e d   E n g i n e e r i n g   a n d  S c i e n c e .  A l l  r i g h t s r es er ved .       1 .  I n tr o d u c ti o n   T he pow er  s y s t em  i s  c r i t i c al  i nt er dep end ent  i nf r as t r uc t ur e and i t  i s  nec es s ar y  t o t r ans m i t   el ec t r i c a l   po w er  f r o m  gene r at i on  t o  l oad  e nd r el i ab l y ,  k eepi ng  g ener a t i o n t l oa d b al a nc at   ev er y  t i m e,  s uc h t hat   i t s   per f or m anc e s houl d b e ef f ec t i v e.   A l s o,  po w er  s y s t e m   s uppor t s  t he   w or l ec on om y   t o   gr eat   ex t ent .   S o ,   t h s t ab i l i t y   an s ec ur i t y   of   e l ec t r i c   p o w er   net w or k   i s   an  i m por t ant  i s s ue  f or  pl ann i ng a nd  op er at i on  eng i n ee r  [ 1] .  F or  t h i s  pur pos e,   i t   i s  i m por t ant  t o   ana l y z t he  s y s t em   f or   ev er y   i ns t a nt   of   t i m e,   s us of   r eal - t i m m eas ur e m ent s   ar nec es s ar y .   A  S y nc hr o phas or  b as ed  w i de  ar ea m eas ur em ent  s y s t em  ( W A MS )  gi v es  t he r ea l - t im e   m eas ur e m ent s   of   v ol t ag e   and  c ur r e nt   p has or s   w i t t he   he l of   P MU s .   T h es P MU s   ar s t r at egi c a l l y   pl ac ed  at  di f f er ent   l oc at i o ns  i n t he  po w er  n et w or k  and  gi v es  t he   v ol t ag e a nd c ur r e nt   phas or s   of   t he  bus   w h er i t   i s   i ns t a l l ed.   V ol t ag s t ab i l i t y   i s   one  of   t he  m os t   i m por t ant   ar eas   f or   eng i ne er s  t m ai nt ai n t he o per at i on of  po w e r  s y s t em  w i t h i n c ont r ac t u al  an d s t ead y  v ol t age l i m i t s   bef or and   af t er   an y   d i s t ur banc es .   T hes d i s t ur ba nc e s   ar e,   m a y   b e,   s ud de l os s   of   gener at i o or   l i nes ,   or   c ha ng i ng  l o ads ,   w hi c af f ec t s   t he  oper at i n po i nt   of   s y s t em   and  f r eq uenc y .   S o,   i t   i s   nec es s ar y  t o r ap i dl y  m oni t o r  and adj us t  t o s y s t em   c hanges  t o at t a i n a n e w  oper at i ng p oi n t  or  an  equ i l i br i um  poi nt  k eepi ng g ener at i o n t o l o ad b al a nc e.   T hi s  abi l i t y  of  s y s t em  i s  t he goa l  of  v ol t age   s t abi l i t y  as s es s m ent  and c o nt r ol  [ 2] .     S er i es   of   bl ac k out s   enc ou n t er ed  i n   r ec ent   y e ar s   i po w er   s y s t em ,   ha v bee oc c ur r ed  bec aus ei t her   of   v o l t a ge  o r   ang l i ns t abi l i t y   or   b ot h   t o get h er   w as   not   det ec t ed   w i t hi n   t i m an d   pr ogr es s i v v o l t ag or  an gl e  i ns t abi l i t y  f ur t h er  d egr aded  t h e s y s t em  c ondi t i o n,  b ec aus of   i nc r eas i l o ad i ng   [ 3,   4] .   S o,   s y nc hr o ni z ed   ph as or   m eas ur e m ent s   ar v er y   i m por t ant   f or   w i d e   ar ea m eas ur e m ent  s y s t em s  us ed i n a dv anc ed  po w er   s y s t em   m oni t or i ng,  pr o t ec t i on,  an d c ont r o l   app l i c at i ons .   P h as or  m eas ur em ent  uni t  ( P MU )  b ec o m e s   m or e and m or e at t r ac t i v t o p o w er   en g i ne er s  bec aus e i t  c an  pr ov i de t i m e s y nc hr on i z ed   m eas ur e m ent s  of  v ol t age  and c ur r ent s   phas or  [ 5 ] .  S y nc hr oni z a t i on i s  ac hi e v e d b y  s am e - t i m e s a m pl i ng of  v ol t ag e an d c ur r ent   w av ef or m s  us i ng t i m i ng s i g nal s  f r om  t he G l oba l   P os i t i o ni n g S y s t em  S at e l l i t e  ( G P S ) .  T h e pr es ent   and  pos s i b l f ut ur a ppl i c a t i ons   of   phas or   m eas ur em ent   uni t s   ha v e   be en  w el l   d oc um ent ed  [ 6] .     S e v er a l   a l g or i t hm s   and  a ppr oac h es   ha v e   be en   pu bl i s h ed  i n   t h l i t er at ur e   f or   t he   op t i m al   pl ac em ent  of  P M U s  i po w er  s y s t em .  I ni t i at i ng  w or k  i n P MU  de v e l op m ent  a nd  ut i l i z at i on  i s  d on e   b y   P hadk et  al .   [ 5,  7] .   I r ef er enc [ 8] ,   a s t r at egi c   P MU   pl ac em ent   al g or i t hm   i s   dev e l op ed  t o   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.   8 N o.   1 O c t o ber   20 17  :   1     8   2   i m pr ov e t he  ba d da t a pr o c es s i ng c apa bi l i t y   of  s t at e  es t i m at i on b y  t ak i ng ad v a nt ag e of  P M U   t ec hno l og y .   P r o v i di n s el e c t ed  bus es   w i t h   P MU s   c an   m a k t he  ent i r s y s t em   obs er v ab l e .   T he  aut h or s   i n [ 9,  10 ]   de v e l o pe d an  opt i m al   pl ac em ent   al gor i t hm   f or   P MU s  b y   us i n g   i nt e ger   l i n ear   pr ogr am m i ng.  Mor e ov er ,   m odel i ng  of   z er i nj ec t i on  bus es   has   bee n pr es ent ed  i n  [ 10 ] .  I n   r ef er enc [ 11] ,   ge ner a l i z e i nt eg er   l i ne ar   pr ogr am m i ng  f or m ul at i o an s ol ut i o appr oac f or   pl ac em ent  of  P MU s   i s  pr o pos ed.  C om m uni c at i o n I nf r as t r uc t ur e an d I s l an di n bas ed  opt i m al   pl ac em ent   of   P MU s   ha v e   been  d oc um ent ed  i [ 12 - 14]   an [ 15,   16]   r es pec t i v e l y .   V o l t a ge   s t a b i lit y   r a n k in f or   O P P   h as   be en  pr opos e i n   [ 17 ] .   A ut h or s   i [ 1 8]   pr es ent ed   m ul t i obj ec t i v f unc t i on t opt i m i z e t he  n um ber  of  P MU s  and m ax i m i z t he  obs er v ab i l i t y   b y  us i ng  B i nar y   G r av i t at i ona l  S e ar c h A l g or i t hm  ( B G S A ) .  T o v er i f y  t he ef f ec t i v en es s  of  B G S A ,  d i f f er ent   c on t i n genc y  h av bee n c o ns i der e i n [ 18] .  I n  t h i s  p aper ,   v o l t ag e s t a bi l i t y   i n dex  has   bee n   pr opos e d as  an  ap pl i c at i on  of  P MU s .  S ev er al  v ol t age  s t abi l i t y   i nd ex  ha v bee n p ubl i s hed  i n  t he   l i t er at ur e.  A  s t at i c  v ol t age   s t abi l i t y   i nd ex   h as  be en  pr opos ed  i n [ 1 9]   w hi c h  has   been  us ed  t h e   s y nc hr op has or  t ec h no l og y   t o ear l y   det ec t i o n of  i m pen di n g v ol t age  i ns t ab i l i t y .  I n  [ 20] ,   s i m pl ne w t o n r aphs o n al gor i t hm   bas ed v ol t ag e s t abi l i t y  a na l y s i s  has  b een pr es e nt e d t o i de nt i f y  t h beha v i or   of   pow er   s y s t e m   under  v ar i o us   v ol t a ge   s t abi l i t y   c on di t i o ns .   A ut h or s  i [ 21,   22 ]   di s c us s ed t h e s om m or e i ndex  r eg ar di ng  v o l t a ge s t a bi l i t y .   I n t h i s  pa per ,   P MU s  ar e  p l ac ed  at  s t r at egi c a l l y   obt a i ned  l oc at i on  s uc h t h at  m i ni m u m   num ber   of   P MU s   c an  m ak al l   l oa bus es   obs er v ab l an pr o v i de  t he  o n - l i ne  v ol t a ge  phas or s   t pr e di c t   t he   V S P .   F or   t h i s   pur p os e,   f or m ul at i on   of   opt i m al   P MU   p l ac em ent   pr obl em   i s   done   b y  m i x ed i nt eg er  l i n ear  pr ogr am m i ng ( MI LP ) . T hes e P MU s  pr o v i d e v o l t a ge ph a s or s  of  al l  l oa bus es   at   v er y   s m al l   i nt er v a l s .   T hus   t he  r at of   c h ang of   v ol t age   an gl e   d ue  t c hange   i l oad   w i t h r es p ec t  t o s uc c es s i v e  i nt er v a l s  of  t i m e and t hi s   c an be us e d as  t h e V S P  t es t i m at e t he   v o l t ag s t ab i l i t y .   A s   t he  P M U   gi v es   r ea l   t i m v ol t age   a nd  c ur r ent   phas or s ,   t hus   v ol t a ge  s t a bi l i t y   pr edi c t or  c a n b e us e d   f or  on - l i ne v o l t a ge  s t abi l i t y  pr e di c t i on.   T he v o l t ag s t a bi l i t y  as s es s m ent   pr obl em  us i ng P MU   i s  m or e ef f i c i ent  and c a n be  us ed  i n pr ac t i c e.  T he m ai n c ont r i but i o ns  of  t hi s   paper   ar e as  u nder :   a)   P r opos e an  a l g or i t hm   t opt i m i z t he  n um ber   of   P MU s   and  m ax i m i z t he  o bs e r v ab i l i t y   of   t he  l oa d bus es   of  t he p o w e r  s y s t em .     b)   P r opos e an  o n - l i ne  v ol t a ge  s t abi l i t y   pr e di c t or   m et hod  w h i c m oni t or   t he  s y s t em   and  pr ev e nt  t he b l ac k out s  i po w er  s y s t em .   T he  paper   i s   s y s t em i z e d   as   f ol l o w s :   S ec t i o s t at es   t he  pr ob l em   f or m ul at i on  of   m i ni m u m   P MU   p l ac em ent   and   v ol t ag s t a bi l i t y   pr e di c t i on.   S ec t i on   3   ex p l ai n s   t he  s o l ut i o m et hodol o g y   of  pr opos e m et hod.  F i na l l y ,  t he  t es t  r e s ul t s  ar gi v e n i n S ec t i on 4 ,  and  S ec t i o 5   c onc l ud es  t he  pap er .       2.  P r o b l em   F o r m u l a ti o n  o P r o p o s e d   M e th o d   2. 1.   O p ti m a l  P M U   P l a c e m e n t M e th o d o l o g y     I t hi s   pap er ,   nov el   obj e c t i v f unc t i o has   bee pr o pos ed  t op t i m i z t he  n um ber   of  P MU s  and pr o v i des  t h e m ax i m u m  obs er v abi l i t y   of  t he s y s t em .  T he pr opos ed obj ec t i v e   f unc t i on c an  be  w r i t t en as  f ol l o w s :     M in i m i ze       1 1 (* ) n n i ii i i c l i p z wz c NC c = = = + ∑∑             ( 1)     S ubj ec t  t o:   A. Z                     ( 2)       C onn ec t i v i t y  m at r i x  ( A )  de f i nes  t he  i nt er c o nnec t i on  o f  s y s t em  bus es  b y  t r ans m i s s i on   l i n es .  T he ent r i es  i A   ar e d ef i ned  as  f ol l o w s :       1    i f   1     i f    a n d    a r e  c o n n e c t e d 0     ot he r w i s e i= j A ij ij =                 ( 3)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E EC S     IS S N 2 502 - 4 752     On - l i n e A s s es s me nt  of  V o l t age  S t a bi l i t y   us i ng  S y nc hr o phas or   ... ( S at y e ndr P r at a p S i ng h )   3   w her z i   i s   t he  el em ent s   of   v ec t or   Z ,   w h i c r epr es e nt s   t he  s t at us   of   t he  i ns t a l l a t i o of   P MU   at   b u s  i.   if   z i   =   1,  i t  m eans  P MU  i s  i ns t al l e d at  b us  i ,   ot her w i s z i   =  0.  p  i s  t h e t ot al  n um ber  of   PM U s .   c cl   an c p   r epr es e nt  t he c os t  of  c hann el  a n d c os t  of  P MU  r es pec t i v e l y .   NC i   is  t h e   num ber s  of   c hanne l  at   bu s   i .  I n r ef er enc e [ 1 1 ] ,   aut hor s  us ed t h e m ul t i obj ec t i v e f unc t i on t o   opt i m i z t he  num ber   of   P MU s   h av i n m ax i m u m   obs er v a bi l i t y .   I t h i s   pa pe r ,   equa t i o ( 1)   pr ov i d es  bo t h obj ec t i v es  i n a s i ng l e obj ec t i v e f unc t i on  w h i c h i s  t he a dv an t a ge  ov er  pr e v i ous   m et hods .  I n equ at i on  (1 ),   w i   i s  t he  w e i g ht  f ac t or  and el em ent  of  c ol um n v ec t or   W ,  w hi c h   r epr es ent s  t he  i n v er s e of  t he c os t  of  P MU  w i t h r es pec t  t o num ber  of  c hannel s  ( br a nc hes )   c onnec t e d t bus  i .   w i   i s  def i ne d as  f ol l o w s :       1 (* ) w i c NC c p i c l = +                 ( 4)     If   W   i s  uni t y   v ec t or  m at r i x ,  i t  m eans   w e i g ht s  of  al l  t he  b us es  ar e s am e,  and  t h i s  v a l ue  of   W   has  been us e d f or  w i t h o ut  c ons i der i ng m ax i m u m  obs er v ab i l i t y  pos i t i on.     2. 2 .   V o l ta g e   S ta b i l i t y  P r e d i c to r  (V S P )   T he v ol t age s t abi l i t y   pr ob l em  i s   m o s t l y  r eac t i v e po w er  r el at ed pr o bl em .   T he r eac t i v po w er  def i c i t   i n s t r es s ed p o w er  s y s t em ,  ei t her  b y   i nc apab i l i t y  of  v ol t age s o ur c e t o i nj ec t  t he   r equi r e r eac t i v p o w er   t t he  s y s t em   or   b y   i n ab i l i t y   of   t r ans m i s s i on  l i n t t r ans f er   t he   dem anded r eac t i v e po w er  t o t he  w e ak  bus es ,  c aus es  v ol t ag e i ns t abi l i t y   i n po w er  s y s t em .  I f   dur i n an y   on of   t hes c ondi t i o ns ,   an y   c h ang w i l l   o c c ur s   i t he  s y s t em ,   l i k i nc r eas i l o ad ,   t r ans m i s s i on  l i ne  out a ge o r  out age  of  gener at i o n,  f ur t her  degr ades  t h e v ol t age  s t abi l i t y  of  t he   s y s t em  and  m a y  c aus e d e c l i ne  i n v ol t ag e at  l o ad b u s .   T he s uc c es s i v e degr a da t i on  i n s y s t em   c ondi t i o n m a y  c a us e v ol t a ge c ol l a ps e,  a l s o.  S o,   i t  i s  i m por t ant  t o m oni t or   v o l t a ge  of  al l  l oad   bus es .       Let  t he  l oa d a t  a n y   bus  c h a nged  an d b ec aus of  t hi s  t he  v o l t ag V jk   at  an y   l o ad  b us  j  at   i ns t an t  k  i s  c hanged t V j (k+ 1)   at  ( k + 1) th   i ns t ant .   S o,  t he s uc c es s i v e c h ang e i n v o l t a ge  w i t h   r es pec t  t o a  s uc c es s i v t i m e s t ep  due  t o c ha nge  i n  l oa d i s  e qua l  t o :         ( ) ( ) 1   1 () ( 1) VV jk j t k k S k t k j + = + +                 ( 5)     w her S j (k+ 1 )   i s   s uc c es s i v c hange  i v o l t a ges   f r o m   i ns t ant   k   t ( k + 1)   at   bus   j   w i t r es pec t   t o   c hange  i n t i m e of  t he s y s t e m  at  t hes e i ns t ant s .   W hen l oad i s  f ur t her  c hange d at  n ex t  i ns t ant  i . e.   at   i ns t an t   ( k + 2)   t h en  S j (k+ 1 )   i s   c hang ed  t S j (k+ 2 )   due   t o   c hange   i v o l t a ge  V j   at   bus   j .   N um er at or ,   (t (k+ 1)  -   t k )   i s   t h s uc c es s i v e   t i m s t ep.   T he  c han ge  i n   s uc c es s i v c ha nge   i n   v ol t a ge  a ng l w i t h   r es pec t  t o t i m e due t o c ha n ge i l oa d g i v es  t h v ol t ag e s t ab i l i t y  pr e di c t or  ( V S P )  f or  as s es s m ent   of  v ol t age s t abi l i t y   of  t he s y s t em .  V S P  s hou l be c a l c ul at ed  at  a l l   l oa d b us es  of  t he net w or k  and   i s  gi v e n b y ,     ( ) ( ) 1 t a n ( 1 1 ) /2 S jk V S P jk π + + =                 ( 6)     I e quat i o ( 6) ,   num er at or   i s   i n   r ad i an   an i t s   m ax i m um   v al ue   i s   ( /2 π ) .   T her ef or e,   t f i nd  ou t   t he V S P  w i t h i 0   to  1 , ( /2 π )  i s   us ed i n de nom i nat or .   N o w  t he v al ue of  V S P  i n  eq uat i o n ( 6)  v ar y   bet w e en 0 t o 1.  T he m ax i m u m  v al ue of  V S P  at  i ns t ant  ( k + 1)  gi v es  t he pr e di c t i on of  v o l t ag e   s t abi l i t y  of  t h e ne t w or k  at  t h at  i ns t ant .     ( ) ( ) ( ) ma x 11 V S P V S P k jk = ++                 ( 7)     T hus ,  t hi s  v al u e of  V S P ( k + 1)   i nd i c at es  t he pr ox i m i t y   of  v ol t a ge c ol l aps e .   W hen t he v a l ue  of   VS P (k+ 1)   i s  c l os er  t one  t he n t he  s y s t em  i s   m or e near e r  t o t he  i ns t abi l i t y   po i nt .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.   8 N o.   1 O c t o ber   20 17  :   1     8   4   3 .  S o l u ti o n  M e th o d o l o g y   3. 1.   P M U  P l acem en t   I or d er   t f or m   t he  c ons t r ai nt   s et ,   t he  bi n ar y   c o nnec t i v i t y   m at r i x   A ,   w h os e nt r i es   ar e   def i ned  i n ( 3) ,  w i l l  be f or m ed f i r s t .  Mat r i x   A   c an be d i r ec t l y   obt a i n ed f r o m  t he bus  adm i t t anc m at r i x  b y  t r a ns f or m i ng i t s  e nt r i es  i nt bi nar y  f or m .         F i gur e 1.   5 - b us  s y s t em       C ons i d er  t he 5 - bus   s y s t em  and i t s   m eas ur em ent  c onf i gur at i o n s ho w n ab ov e.  B u i l d i n g   t he  A   m at r i x  f or  t he 5 - bus  s y s t em  of  F i gur e 1  y i e l ds :     00000 00000    00000 000 11 000 11 A =                                              ( 8)     T he c ons t r ai nt s  f or  t hi s  c as e c an b e f or m ed as :     ( )              1 5 4              1 5 4 x x fX x x + = +                                   ( 9)         T he us e of  1 i n t he r i ght   hand s i de of  t he i neq ua l i t y  ens ur es  t hat  at   l eas t  o ne  of  t he  v ar i ab l es   a ppe ar i n i t hi s   w i l l   be  non - z er o.   T he  c ons t r ai nt   f 4     i m pl i es   t h at   at   l eas t   o ne  P M U   m u s t  be pl ac ed  at  e i t h er  on e of  bus es  4  or  5 ( or  b ot h)   i n or der  t o m a k e bus  4 o bs e r v ab l e.     3. 2.  V o l t ag e S t ab i l i t P r ed i ct o r     F or  t he 5 - bus  s y s t em  s how n i F i g ur e 1 t h er e ar e t w l oad bus es  ( bus  4 and bus   5)  and  t hr ee  gen er at or   bus es  ( bus  1,  s l ac k  bus ,  and  bus  2  an d bus   3) .  S o f or  t he  l o ad  bu s  4 an d b us  5,   t he v a l u es  of  V S P  hav e b een ex am i ned us i n g equ at i on ( 10)  and ( 11)  as  s ho w n bel o w ,  f r o m   E qu at i on ( 5) ,     ( ) ( ) 4 41    41 1 VV k k S k t k k t + = + +                                    ( 10)     A nd ,     ( ) ( ) 5 51      51 1 VV k k S k k t t k + = + +                 ( 11)     E qu at i on ( 10)  an d ( 11)  r epr es ent  t he r at e of  c hange of  v ol t age a t  bus   w i t h r es pec t  t o t i m e.   N ow   f r o m  equat i o n ( 6) ,   V S P  at   b us  4 an d b us  5 ar e  as  f ol l o w s :       ( ) 1 t a n (  ) 41   4 ( / 2) S k V S P π + = , a nd               ( 12)   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E EC S     IS S N 2 502 - 4 752     On - l i n e A s s es s me nt  of  V o l t age  S t a bi l i t y   us i ng  S y nc hr o phas or   ... ( S at y e ndr P r at a p S i ng h )   5   ( ) 1 t a n (  ) 51           5 ( / 2) S k V S P π + =                       ( 13)     F ro m   E qu at i on ( 7) ,  m os t  c r i t i c al  bus   of  t he  5 - b us  s y s t em  has  be en c a l c u l at e d,   w hi c h  i s   as   f o llo w s :     ( ) ma x ,   5 4 V S P V S P V S P =                          ( 14)     Max i m u m  v al ue  of  V S P  r ep r es ent s  t he m os t  c r i t i c al  b u s  i n t he  s y s t em  w h i c h m ov es  t o w ar ds  t h e   i ns t ab i l i t y  of  t he  s y s t em .         4 . V o lt a g e  S t a b ilit y   P r e d ic t o r   T he pr opos ed f or m ul at i on  has  been t es t ed  on I E E E - 14 b us  and I E E E - 30  b us  t es t   s y s t em s .   H ow e v er ,   MI LP   und er   M A T LA B   h as   be e us ed   t o   s ol v e   t h pr op os ed  pr obl em   ex pr es s ed b y  e quat i o ns  ( 1)  and ( 2) .  I E E E  1 4 - bus  and I EEE  3 0 - b us  s y s t em s  ar e s how n i n   F i gur &  F i g ur e 3 .  T he I nf or m at i on of  t he  I E E E  14 - bus  and  I E E E  30 - b us  t es t  s y s t em s  and  l oa d bus es  of  r es pec t i v s y s t em s  ar e gi v en i n t he T abl e 1.  T he r es ul t s  f or  P MU  pl ac em ent  hav e   been  di s p l a y e d i n T abl es  2 .   I n t hi s  p aper ,   v o l t a ge s t ab i l i t y  pr e di c t or  m et hod d i s c us s ed i n s ec t i on I I I  i s  us ed  t c hec k   t he  v o l t ag e s t ab i l i t y  of  di f f er ent   l oa d bus es .  T he  ef f ec t   of   l oad i ng  at   an y  l oad  bus  i s  as s es s ed at   i nc r eas i ng t he  l oa o t hat   b us   i t s e l f ,   t i t s   ne i g hbor i ng  bus   c onn ec t   t t he  b us   und er   c ons i der a t i o an t t he  ot her   w eak   l oad  bus es   us i n g   V S P k   pr ed i c t or .   T he  r es ul t s   ar s how i n   F i gur 4 t o  F i g ur e 1 0.             F ig u r e 2.    I E EE 1 4 - bus  t es t  s y s t em     F i gur e 3.     I E EE 3 0 - bus  t es t  s y s t em       T abl e 1.   S y s t em  i nf or m at i on of  I E E E   bus  t es t  s y s t em s   T e s t  S y s t e m   N um ber  o f   br anc hes   N um ber  o f   l oad bus e s   Load bus es   I EE E 1 4 - bus   20   9   4, 5, 7, 9 , 10, 11, 12 , 13, 14   I EE E 3 0 - bus   41   24   3, 4, 6, 7 , 9, 10, 12 , 14, 15, 16 , 17, 18, 19 ,   20, 21, 22, 23,  24, 25, 26 , 27, 28, 29 , 30   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.   8 N o.   1 O c t o ber   20 17  :   1     8   6   T abl e 2.   S i m ul at i on  r es ul t s   f or  t he t es t  s y s t em s   S y s t em   N um ber   o f  P M U s   Loc at i on  o f  P M U s   I EE E 1 4 - bus   3   4,  10, 13   I EE E 3 0 - bus   8   4, 6, 10, 12, 18 , 24, 25, 27       F i gur 4 s ho w s  t he  v o l t ag e   v ar i at i on  at  s om e of  t he c r i t i c al   bus es  of  I E E E   14 - b us  due t o   i nc r eas i l o ad ( ac t i v e ad  r eac t i v po w er )   at  b us  11 .  A s  s ho w n i n F i gur 5,   v a l ue  of  V S P   i s   v ar y i n g f r om  a v a l ue  ne ar er  t z er o t o  o ne.  T he v ol t age  of  bus   11  i s  a ppr oac h i n g t o t h e c o l l a ps e   poi n t ,   due  t c ont i n uous   i n c r eas i l oa at   bus   11,   t he  v a l ue  of   pr edi c t or   V S P   c hanges   f r o m   t 0. 96.  V ar i at i on i n   pr ed i c t or   V S P  i s   s l o w  i n   be gi n ni n as   c om par i s on w i t h t he v ar i at i on i pr edi c t or  n ear er  t o t he c o l l aps e po i nt .  F i gur e 6 s ho w s  t he c l os er  v i e w  o f  V S P  of  F i gur e 5.   A ga i n   F i gur e  7  s ho w s  t he  v ol t ag e v ar i a t i o at  s om e c r i t i c a l  b us es  of  I E E E   14 - bus  s y s t em  due t o   i nc r eas e i n l o ads  at  a l l  t he l oad b us es .  I t  i s  c l ear  f r om   F i gur e 7 t hat  t he r at of  c hange  of  v ol t age   i s   m ax i m u m  at  bus  5.   T h er ef or e v al ue of   V S P  at  b us  5 i s  appr oac hes  near er  t o 1 w h i c h i s   s ho w i F i gur an F i g ur s ho w s   t he  c l os er   v ar i at i on  of   V S P   t bet t er   un d er s t andi ng  t he   v ar i at i on  at  s om e of  t he c r i t i c al  bus es .             F i gur e 4.   C r i t i c a l  b us  v o l t a g es  due  t o   i nc r eas l oa d at  bus  1 1       F i gur e 5 V S P  p l ot  f or  l oad  i nc r eas e at   bus  1 1             F i gur e 6 .   C l os er   v i e w  of  V S P  of  F i g ur e 5     F i gur e 7 .  C r i t i c a l  b us  v o l t a g es  due  t i nc r eas e   l oa ds  at  a l l  t he  l o ad  bus es   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J E EC S     IS S N 2 502 - 4 752     On - l i n e A s s es s me nt  of  V o l t age  S t a bi l i t y   us i ng  S y nc hr o phas or   ... ( S at y e ndr P r at a p S i ng h )   7         F i gur e 8 .   V S P  p l ot  f or  l oad  i nc r eas e at   al l  t h e   bus es     F i gur e 9.   C l os er   v i e w  of  V S P  of  F i g ur e 8       T he v ar i at i o n of  v o l t a ge of   bus  19  w i t t he  i nc r eas i l oa di n g of  bus  19 ,  i n  I E E E - 30 bus   s y s t em ,   i s   s how i F i g ur e   10.   Mor eo v er ,   t h v ar i at i o i v a l ues   of   V S P   of   bus e s   - 14,   - 18,   - 19   and  - 20  ar a l s s ho w i t he  F i g ur 10.   T he   c hang e   i t he  v al ue  of   V S P   i s   f as t es t   f or   bus   19   and  r es p ec t i v e l y   l o w er   f or   ot her   bus es   as   b us   20 ,   bu s   18  a nd  b us   14   as   t h l oa di n of   bus   1 9   i nc r eas es .   I t   s ho w s   t h at   t h nei ghb or i n bus es ,   l i k bus   20  or   bus   18,   of   bus   19  i s   m uc m or af f ec t ed t han t he f ar  bus e s  as  bus  14  b y  i nc r eas e i n l o ad i ng  of  bus   19 .  F i gur 11 s h o w s  t h e   c l os er  v ar i at i on  i n  v ol t age  a nd V S P  as  s ho w i n F i gur e  10.             F i gur e 10 .   C ha nge  i v ol t a ge/ V S P  v s  t i m e at   B us  19 ,   - 14,   - 18 a nd  - 2 0 f or  I E E E   30 - bus  t es t  s y s t em     F i gur e 11.   C l os er   v i e w   of  F i gur e 1 0       5 .  C o n c l u s i o n   T hi s  paper  pr opos e d a s i m pl e a l gor i t hm  of  opt i m al  pl a c e m ent  of  P MU s  i n po w er  s y s t em   t pr o v i de   t h m ax i m u m   obs er v ab i l i t y   of   l oa bus es   of   t he  net w or k   f or   on - lin e   v o lt a g e   s t a b i lit y   as s es s m ent .   T he  O P P   pr o bl em   i s   f or m ul at ed   us i ng   t o pol og y   bas e a l g or i t hm   an s ol v ed   us i ng   m i x ed i nt eger  l i ne ar  pr ogr a m m i ng.  T he v ol t a ge s t ab i l i t y   as s es s m ent  pr obl em  i s  f or m ul at ed as   V S P  a nd s o l v ed  us i ng  MA T LA B  pr o gr am m i ng.  S i m ul at i on r es u l t s  on  I E E E  1 4 - bus  and I E E E   30 - bus  t es t  s y s t em s  i ndi c at e t h at  t he pr opos e d p l ac em ent  m et hod  w i t v ol t ag e s t ab i l i t y   as s es s m ent   i s  s at i s f ac t or i l y  pr o v i des  ob s er v ab l e s y s t em   m eas ur e m ent s  w i t h m i ni m u m  nu m ber   of  P MU s  and,   al s o,  t he  i nd ex  t det er m i ne t he  s t ab i l i t y   of  po w er   net w or k .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            I SSN :   25 02 - 4 752                    I J E EC S   V o l.   8 N o.   1 O c t o ber   20 17  :   1     8   8   R ef er en ces   [1 ]   I E E E / C I G R E ,  J oi nt  T as k  F or c e o n S t abi l i t y  T er m s  a nd D ef i ni t i on s .  D ef i n i t i on  and  c l as s i f i c at i on  of   pow er   s y s t em  s t a bi l i t y .   I EEE T ra n s .  P o w e r Sy s t e m .   2004 ;  19 ( 3) :  13 87 1 401.   [2 ]   M or i s on  G K ,   G ao  B ,   K undur   P .   V ol t age  s t ab i l i t y   ana l y s i s   u s i ng  s t at i c   an dy nam i c   appr o ac he s ,   I EEE  T r ans .  P ow er  S y s t em .  199 3;  8 ( 3) :  11 59 1 171.   [3 ]   K undur   P .   P ow er   S y s t em   S t ab i l i t y   and  C ont r ol ,   E P R I   P ow er   S y s t em   E ng i neer i ng  S er i es ,   Mc G r a w - H ill:   1994.   [4 ]   C hak r ab or t y   NC,   B aner j i   A,   B i s wa s   SK.   S ur v e y   on  m aj or   bl ac k out s   an al y s i s   and   pr ev e nt i o n   m et hodol ogi es .  M i c ha el  F ar a d ay  I E T  I nt er nat i ona l  S u m m i t .   K ol k a t a.   2 015;  297 - 302 .   [5 ]   P hadk A G ,   T hor J S ,   K ar i m i   K J .   S t at E s t i m at i on  w i t P ha s or   M eas ur em ent s .   I EEE  T ra n s a c t i o n s   o n   Po w e r Sy s t e m s .   1986 ;  1( 1) :  2 33 - 241 .   [6 ]   E P R I  F i nal  R e p.   A s s es s m ent  of  A ppl i c at i on s  an d B enef i t s  of  P has or  M eas ur em ent  T e c hno l og y  i n   Po w e r Sy s t e m s .  G E  P ow er  S y s t .  E n g. ,  1 997.   [7 ]   P hadk A G .   S y nc hr on i z ed  ph as or   m ea s ur e m ent s   i pow er   s y s t em s ,   I E E E   C om put er   A pp l i c a t i o ns   i n   P ow er .  19 93;  6( 2) :  1 0 - 15.   [8 ]   X u  B,  Ab u r A.   O bs er v ab i l i t y  ana l y s i s  an d m eas ur em e nt  pl a c em ent  f or   s y s t em s   wi t h  P M Us P r oc ee di n gs  o f  20 04 I E E E  P E S  C onf er e nc e  and  E x pos i t i on ,   2004;   2:  9 43 - 9 46.   [9 ]   S i ngh S P ,  S i ngh S P .  O pt i m al  P M U  P l ac em ent   i n P ow er  S y s t em  C on s i d er i n g t he M eas ur em e nt   R edund anc y ,   I nt .   J .  of  A dv anc es  i n E l e c t r o ni c  and  E l e c t r i c  E ngi ne er i n g .   2 014;  4( 6) :   593 - 59 8.   [ 10]   D eebi g a K ,  H us s ai n A R .  O pt i m al  P l ac e m en t  of  P ha s or  M eas ur e m en t  U ni t  f or  B e t t er  P o w er  S y s t em   O bs er v abi l i t y ,   I n done s i an J our nal  o f  E l e c t r i c al  E ngi neer i ng .  2 015;  1 4( 2) :   199 - 204.   [ 11]   E ns ha ee  A ,   H oos h m an R A ,   F es har ak i   F H .   A   new   m et hod  f or   o pt i m al   pl ac e m e n t   of   phas or   m ea s ur e m ent   uni t s   t m ai nt ai f ul l   n et w or k   ob s er v abi l i t y   u nder   v ar i ou s   c ont i nge nc i es ,   E l ec t .   P ow er   S y s t. R e s .   201 2;  89 :  1 10.   [ 12]   M oham m adi  M B ,  H oos hm a nd  R A ,  F es har a k i  F H .  A  N ew  A ppr oa c h f or  O pt i m a l  P l ac em e nt  of  P M U s   and T hei r  R eq ui r ed  C o m m u ni c at i o n I nf r a s t r u c t ur e  i n O r der  t o M i ni m i z e t he C os t  of  t he   W A M S .   I EEE  T r ans .  on S m ar t  G r i d .  2 016;  7( 1) :  84 - 93.   [ 13]   S i ngh S P ,  S i ngh S P .  O p t i m al  C os t   W i d e A r ea M eas ur em e nt  S y s t em   i nc or por at i n g C om m uni c at i o n   In fr a s tr u c tu r e I E T  G ener at i on,  T r ans m i s s i on &  D i s t r i but i on .   2 017;  1 1( 11) :  28 14    282 1.   [ 14]   Si n g h  SP ,  Si n g h  SP.   S y n c hr o ni z ed P M U  P l ac em ent   I nc or p or at i n g C om m uni c at i on I nf r a s t r uc t ur e .  7t I ndi a  I nt er nat i ona l  C onf er en c e  on P ow er  E l e c t r on i c s  ( I I C P E - 2016) .   P at i al a.  201 6.     [ 15]   H uang  L,   S un  Y ,   X J ,   G ao  W ,   Z h ang  J ,   W Z .   O pt i m a l   P M U   P l ac em en t   C ons i der i ng   C ont r ol l e d   I s l a ndi n g of  P ow er  S y s t em .   I E E E  T r ans .  on P ow er  S y s t .   201 4;  29( 2 ) :  74 2 - 75 5.   [ 16]   Si n g h  SP,  Si n g h  SP.   I s l and i ng  bas ed o pt i m al  p l a c em ent  of  p has or  m ea s ur em en t  uni t  u s i ng   M I LP . 7 th   P ow er  I ndi a I nt er n at i o nal  C onf er enc e ( P I I C O N ) .  B i k aner .  20 1 6.   [ 17]   S i ngh  S P ,  T hak ur  A K ,  S i n gh  S P .  P M U  P l ac em e nt  f or  M ax i m um  O bs e r v abi l i t y  of  P ow er  S y s t em   und er   C ont i ng en c i e s .   E n er gy  P r oc ed i a .   2 017;  117( C ) :  893 - 900.   [ 18]   Si n g h   SP,   Si n g h   SP.   M u l t i - o bj e c t i v P M U   P l ac em e n t   M et hod  i P ow er   S y s t em   v i B i nar y   G r a vi t a t i o na l  S ea r c h A l g or i t hm .   E l ec t r i c  P ow er  C om po nent s   and S y s t em s .  20 17.   [ 19]   R e d d y  C VVSB,  Sri v a s t a v a  SC ,  C h a k ra b a rt i  S.   A n i m pr ov ed  s t at i c  v ol t a ge s t abi l i t y   i nde x  us i ng   s y n c hr o pha s or  m eas ur em ent s  f or   ear l y  det e c t i on of  i m pe ndi ng  v ol t age i n s t a bi l i t y .  N at i onal  P ow er   S y s t em   C on f er e nc e ( N P S C ) .   V ar ana s i .  2012 .   [ 20]   P av i t hr en P ,  R a m a n R R ,  N ai r  P ,  N i t h i y anant han K .   V ol t ag e S t ab i l i t y  A nal y s i s  a nd S t ab i l i t y   I m pr ov e m ent   of   P ow er   S y s t em .   I nt .  J our nal  of   E l e c t r i c al  an C om put er   E ng i ne er i n g .   20 1 5;   5( 2) :   1 89 - 197.   [ 21]   G l a v i c   M C u ts e m   T V A   s hor t   s ur v e y   of   m et hod s   f or   v o l t ag i ns t a bi l i t y   d et e c t i o n .   2 0 1 1   I EEE  Po w e and E n er gy  S oc i et y  G ener al  M eet i n g.  S a n D i eg o.  2 011;   1 - 8.   [ 22]   G oh H .  et  al .  P ow er  s t ab i l i t y  m oni t or i ng ba s ed o n v ol t a g e i ns t a bi l i t y  pr edi c t i on ap pr oa c h t hr ough w i de   ar ea s y s t em .   A m er i c an  J our na l  of  A p pl i ed S c i en c e s .  2 014;   1 1( 5) :  7 17 - 73 1.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.