Indonesi an  Journa l  of El ect ri cal Engineer ing  an d  Comp ut er  Scie nce   Vo l.   1 3 ,  No.   1 ,  Jan uar y   201 9 ,   pp.  339 ~ 346   IS S N: 25 02 - 4752,  DOI: 10 .11 591/ijeecs .v1 3 .i 1 .pp 339 - 346       339       Journ al h om e page :  http: // ia es core.c om/j ourn als/i ndex. ph p/ij eecs   Optimal  placeme nt of gri d - co nn ec ted phot ovoltaic  gen erato rs  in  a power  system for  volt age s t abilit y enhanc ement       Z ett y Adib ah   Ka m aruz z ama n,  A z ah M ohamed , Ramiz i Moha med   Cent re   for  In te gr at ed   S y st ems   Engi nee r ing  and   A dvanc ed   T ec hno logi es  (In te gr a) ,   Facul t y   of Engin ee ring   and   Buil t Envi ronm ent ,  U nive rsiti Keba ng saa n  Mal a y s ia, Bangi, 43600, Mal a y si a       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Ma y   28 , 201 8   Re vised  Oct   1 0,   2018   Accepte d  Oct   25 , 201 8       The   h igh  p ene t rat ion   of  photo volt aic  (PV )  g e ner ation  c an  caus e  m a n y   te chn ic a l  issues   such  as  power   qual i t y   and  impact   on   the  po wer  s y stem  volt ag e  stabi lit y .   To  improve  volt age   stabilit y   an d  red uci ng  power  loss  in  a  power  s y stem  with   PV   gene rat or s,  appr opriate   pl anni ng  of  PV   gene rat ors  is   conside red   b y   opti m al   pl acem ent   of   PV .   Th us,  an  eff e ct iv e  heur isti c   opti m iz ation  technique   such  a s  the   W ind  Dr ive n  Optimizati on  (W D O)   te chn ique   is  app li ed  for  de te rm i ning  opti m al   lo c at ion  of  PV   gen er at ors  in  a  power  s y stem.  For  det ermining   the   opt imal  lo ca t ion  of  PV ,   t he  objecti v e   func ti on  considers   m axi m iz ing  t he  Im prove d  Volta g e  Stabilit y   Inde x.   The  proposed  m et hod  for  opti m al   loc ation  of  PV   ge ner at ors  is  implemente d  o n   the   IEE E  118  an d  30  bus   tra ns m i ss ion  sy stems   and  the   69 - rad ia l  d istri buti o n   s y stem.  Th e  op ti m iz ation  resul t s  show   tha t  integra t ing  PV   into  the   t est   s y stems   improves  voltage  st abi lit y   in   th e   s y stem.   Com par ing  the  per form anc e  o f  t he  W DO   with  t he  par t icle  sw ar m   opti m iz at ion   t ec hniqu e,   it   is shown t hat t h e   W DO   te chni qu e   give s f aste r   con ver gence.   Ke yw or d s :   Op ti m al  locatio n   Photo vo lt ai c  ge ner at io n   W i nd  dr i ven optim iz at ion   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .   All right s  reserve d .   Corres pond in g  Aut h or :   Ram iz i  Moh am ed ,   Ce ntre fo r In te gr at e d  Syst em s  Enginee rin g  a nd Ad van ce d Tec hnol og ie s  (In te gr a ) ,   Faculty  of E ngineerin g  a nd B uilt  Environm ent ,   Un i ver sit i Ke ba ngsaan  Mal ay sia ,   Ba ng i,  43 600,  Ma la ysi a .   Em a il :  ra m izi @ukm .ed u. m y       1.   INTROD U CTION   The  i ncr easi ng  gro wth  of  l oad  de m and ,  la ck  of   act ive   powe r  ge nerat ion   as   well   as  te ch nical   const raints  in  powe r  syst em   are  the  c halle ng e s  face d  by   power   util it i es  in  pro vi ding  reli able  power   t o  consum ers.   I nc rease  in   loa d  dem and s  fro m   the  industri al ,  com m ercial  an d  resi de ntial   sec tors  has   cause d  congesti on  i n  powe r  net wor k  a nd  this  sit ua ti on   le ad s  to  vo lt age   insta bili ty   in  power   syst e m   [1 ] .  U ns ta bl e   powe r  syst e m   du e  to  vo lt age  decli ne  m a y  lead   to  volt age  colla ps e.  T her e f or e ,  m a intai nin g  volt age  sta bi li ty  is   a  m ajo r  co nce r n  in  powe r   syst e m   op erati on.  An   a ppr oach   t o  i m pr ove  volt age  sta bili ty   in   power   syst em   is  by  integrati ng  renewable  e nergy   base d  distri bute d  ge ner at io ns   ( D Gs)   w hich  are  usual ly   instal le d  in  powe r   distrib ution  syst e m   [2 - 5].  H ow e ve r,   the   in te gr at io n  of  re new a ble  e nerg y  based   D Gs  i nto   a  powe r  s yst e m   causes  c ertai n  te chn ic al   ef fec ts  beca us e  t he  netw ork  desi gn  init ia ll y  do e s   not  c on si der  the  inte gr at io n  of  D G.   The  rap i d  gro wth  of  D G  in s ta ll at ion s  an d  high  pen et r at io n  of   D G  can   c ause  m any  te chn ic al   iss ues  s uch  as   powe r  qual i ty.   In te gr at in g  D G   at   ran dom   locat ion s  m ay   cause  increase d  po wer   lo sses  a nd  v oltage  i ns ta bi li ty] .   To  m ai ntain  vo lt age  sta bili ty   and   re duce  powe r  loss ,  it   i s  i m po rtant  to   place  DG s  optim al ly   in  a  powe r   syst e m .   Seve ral  m et ho ds   ha ve  bee n  de velo ped  f or  de te rm i nin g  opt i m al   DG   placem ent  us in g  ei ther   analy ti c  or  he ur ist ic   optim iz ation   a ppr oach e s.  I n  [ 6],  powe r  sta bili ty  inde x  is  us ed   to  de te rm ine  the  crit ic al   buses   in  a   syst e m   wh ere  these  buses  a r e  con si der e d  a s  op ti m al   DG   locat ion s .   A  m od i fied  vo lt age   ind e x  is  us e d  as  an  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   1 ,  Ja nu a ry  201 9   :   339   –   346   340   obj ect ive  funct ion   t o  im pr ov e   vo lt a ge  sta bili ty   m arg in  an d  m ixed - inte ger   nonlinea r  pr ogram m ing   is  ap plie d  to  so lve  t he  optim iz at ion   prob le m   [7 ] .   In   add it io n,   the  volt age  sta bili ty   ind e x  ( VSI)  ha s  been   de velo ped   t o  determ ine  the  op ti m al   place m ent  a nd   siz in g  of  DG   i n  a  rad ia l  distrib ution   syst em   con siderin g  loa d  grow t h  [8 ] .   Am on g  t he   app li e d  he ur ist ic   op tim iz at i on   te c hniq ues,  the  pa rtic le   swar m   op ti m iz a ti on   ( PS O)   has   been  us e d  f or   deter m ining   the  siz e  an d  locat io n  of   m ulti   DG s  consi der i ng  m ulti - obj ec ti ve   ind e x  [9 ] .  I n  a dd it io n,   consi der i ng   he ur ist ic   op ti m izati on ,  the  cuc koo  sea rch   al go rithm   [1 0]  and  a  con str uctive   heurist ic   al go rithm   [11]  ha ve  bee n  us e d  for  s olv i ng  the  optim al  D G  placem ent  prob le m .  In  a ll   the  ab ov e - m entione d  m et ho ds,  a   gen e ral  DG m od e l  with  real  powe r  in j ect io n has  bee n  c onsidere d wit hout  co nsi der i ng a ny r e ne wab le  e nergy.     On e  ty pe  of   D G  that  is  widely   us ed  in  m od ern   power   syst e m   is  the  phot ovoltai c  based  distribu t e d  gen e rati on  ( P VDG).  T he  P VDG  syst em   pro vid es   ad di ti on al   act ive   powe r  i nt o  the  net wor k,   there by  facil it at ing   reverse  powe r  flo w  an d  re du ci ng  ene rg y  co nsum ption .  The  r eact ive  power   is  so le ly   pr ovided  by   the  conve ntio na l  gen erat or s  a nd   the refo re,  r eact ive  power   lim it at ion   is  neg le ct ed  w he n  find i ng   the  optim a l   PVDG  l ocati on  a nd   siz ing.  T o  im pr ov e   volt age  sta bili ty   m arg i n  an d  redu ci ng   powe r  los s  in  a  powe r  s yst e m   with  PVD Gs,   appr opriat e  plann i ng   of   P VDGs  is  con si dered  by  optim al   placem ent  and   siz ing   of   P V.   So m e   researc h  works   hav e  bee n  do ne  f or   determ i ning  opti m a l  place m ent  and   s i zi ng   of  P VDG  co ns id erin g  vo lt ag e   sta bili ty   i m pr ov em ent  [1 2 - 14 ] .  In   [ 12 ] ,  t he   PSO   te ch niqu e  was  us e d  to   determ ine  op tim u m   place m e nt  of  PVDG   an d  w ind   t urbine   by   inco rpor at i ng  vo lt age   sta bili ty   factor .   In  [ 13 ] ,   the  arti fici al   bee - colo ny  op ti m iz ation   t echn i qu e   is  de velo ped  f or  determ ining   optim al   siz ing   of   hybri d  PV / wind  tu rb i ne/f uel  cel l   syst e m   by  m a xim iz ing   the  volt age  c ollapse   po i nt  us i ng   t he   VSI.  I n  [14],   the  sel f - c orre ct ion   al gorith m   was  us e d  in  deter m ining   opti m a l  siz ing   of   m ulti ple  PV   an d  batte ry  stora ge   un it s  co ns ide rin g  volt age  st abili ty   m arg in.   In   this  pa pe r,   a  relat ively   new   he ur ist ic   optim iz ation   te ch nique  know n  a s  wind  dr i ve n  op ti m iz ation   ( WD O )  [ 15]   is  app li ed  for  so lvi ng   the  op tim a l  place m e nt  of   P V DG   un it s.  In   the  pro posed  optim iz at ion   pro blem   fo rm ulati on ,  the  ob j e ct ive  functi on   i s  to  m axi m iz e  the  vo lt a ge  sta bili ty   m arg in.  Vo lt age  sta bili ty   of   a   powe r  syst e m   is  assessed  by  us in g  a  relat ively   new   vo lt ag e  sta bili ty  ind ex  know n  as  the  i m pr ov e d  vo lt age  sta bili ty   ind ex   (IVS I)   [ 16 ] .  Th us ,  for  dete rm ining   the  optim al   locat ion   of   PVDG ,  t he  obj ect ive  f un ct io n  consi ders m axim iz ing  the  IVS I.       2.   THE  MATE R IAL  AND ME THOD   This  sect io n  de scribes   I VSI  for  vo lt a ge  sta bili ty   analy sis,  PVD G  m od el li ng ,  an d  a ppli cat ion   of  WDO  f or   s olv i ng   the o ptim izati on   pro blem .  The  I VSI  is  an  ind ic at or   f or  assessi ng  w heth er  a  power   syst e m   is   sta ble  f ro m   the  volt age  sta bili ty   viewpoint .  I t  is  us e d  i n  the   obj ect i ve  f unc ti on   in   fi nd i ng  the  opti m al   loc at io n  of   P V DG   for  i m pr ov in g  vo lt age  sta bili ty   in  a  power   syst em .  This  sect ion   al so   discusse s  on   t he  ap plic at ion   of   WDO  te ch niqu e  in  determ ining   PVD G  opti m al   place m ent .  I n  this  stu dy,   the  entire  m od el ing   a nd  sim ulati on   is carrie d ou t  usi ng MATL AB  softwa re.     2.1 .       I VS I  for  vo l tage st ab il ity  a sse ssmen t   The  de velo pme nt  of  IVSI   f or  volt age  sta bili ty   assessm ent  i s  base d  on  th e  current  a nd  po wer  flo w  at   a  bus  in  a   po w er  net wor k.   T he   m a the m at ic a l  form ula  fo r  I VS I   f or   n - bus  syst e m   is  der ived   in  [16]  an d  it   is  giv e n by,      0 2 1 4 1 .0 c o s s in c o s s in n ij ij i i j n j ij ij ij ij ij ij j G B P Q I V S I V G B         (1)     wh e re  P i   +  Q i   is  the  loa d  act i ve  a nd  reacti ve   powe rs  at   t he  receivin g  e nd  bu s ,  V j   is  t he  volt age  at   the   se nd i ng  end   bus,  δ ij   is  the  phase  a ng le   diff e ren ce  bet ween   se ndin g  end   a nd  receiv ing   e nd   bu se s  and   G ij   an d  B ij   are  th e   el e m ents in  the  bus  a dm ittance m a trix.   The  I VS I  is  an   ind ic at or   to  as sess  vo lt age  st abili ty   a t  the  b us es  in  a  powe r  syst e m .  The  IV S I  has  a   value  betwee n  0  an d  1.  A  bus  is  sai d  to  be  sta ble  if  the  IVS I  value  is  le ss  than  1  ( IVSI  <1 ).   H oweve r,   a  bu s  i s   sai d  to  ex per ie nce  a  volt age  colla ps e  if  the   IV S I  val ue  e qu al s  to  1.   W hen   run ning  a   si m ulati on   to  assess  vo lt age   insta bi li ty   us ing  I VS I ,  the   loa ding  m arg i n  at   a   bus   is  incr eased   gr a du al ly   un ti l  the   I VS I   value  re aches   appr ox im at ely 1 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Op ti m al  pla ce men t  of  gr id - c onnected  ph otov oltaic g ener at or s i n a power   …   ( Zett y Ad ib ah K amar uz z aman )   341   2.2 .       I VS I  for  vo l tage st ab il ity  a sse ssmen t   In   t his  stu dy,  t he  sta ti c  m od el   of  PVD G  is  ba sed  on  a  sin gl e - di od e  e quiva le nt  ci rcu it   [ 12 ]   wh e re  the  act ive pow e r  is  expres sed  as,     PV PV O C SC P N V I   (2)     in which ,     , 1000 S C S C S T C i C r e f G I I K T T       (3)     , O C O C S T C v C r e f V V K T T     (4)       20 800 CA N C O T T T G    (5)     wh e re  G   is  th e   so la r   irra dian ce  set   at   co ns t ant  10 00  W /m 2 ,  T C   is  the  s ol ar  ope rati ng  te m per at ur e,   V OC   is  the  op e n  ci rc uit  vo lt age,   I SC   is  the  sh ort   ci rcu it   c urren t,   N PV   is  P V  m od ule  num ber,   TA   is  the  a m bient  tem per at ur e   wh ic h  sat   at   c on sta nt  35°C,  NOCT   is  t he  nom inal  op erati ng  cel l  te m per at ur e,   K i   is  t he   short   ci rc uit  current   coeffic ie nt,  K v   is  the  open   ci r cuit  volt age  co eff ic ie nt,   T ref   is   the  ref e re nce  op e rati ng  te m per at ur e   at   25° C.  All  the  el ect rical   c har act erist ic s  a t  sta nd ar d  te st  conditi on   ( STC )  are  ta ke n  fro m   the  PV   datasheet  pro vid e d  by  the  m anu fact ur e r.     2.3 .       F ormul ati on o f the  Op timi z at ion P ro blem   The  op ti m iz ati on   pro blem   fo rm ulati on   cons iders  m axi m iz i ng   volt age  sta bili ty   m arg in  of   a  powe r   syst e m .  The  search  for  opti m al   so luti on   i s  subj ect e d  to   the  fo ll owin g  obj ect ive  fun ct ion   an d  te ch nical   const raints.  T o  determ ine  the  op ti m al   PV DG  locat ion ,  t he  weak e st  bus  in   a  te st  syst e m   has  to  be  dete r m ined  by  cal culat ing   IV S I  at   each  lo ad  bus.  F ro m   t he  m a the m at ical  fo rm ula  in  (7 ) ,  the  IVSI  va lue  is  between   0  an d  1,   su c h  t hat  if   a  bus  has   an   I VS I   value  of  1,  it   m eans  that  the  bu s   is  the   weak e st  bus   f r om   vo lt age  i nst abili t y  view po i nt.  Th us, the I V SI  at e ach lo a d  bus as  an  obj ect ive  f un ct io n need  t o  be  m axi m iz e d  f or   determ ini ng  the  weak e st b us .  T he  m at he m at ical form ula o f o bj ect iv e f unct ion f or opti m al   PVDG  locati on is  giv e n by,     1 m a x i f I V S I   (6)     The  te ch nical   const raints  c onsidere d  in  the  op ti m iz ation   pro blem   are  the  PVDG ,  volt ag e  and   pow e r   flo w  const rain ts.  The  PVDG   is  l i m it ed  by  the  avail able  powe r  sources   at   any  giv en  locat ion .  T hus,   it  is  necessa ry  to  c on st raint  the   c apacit y  betwee n  it s  m axi m um   and   m ini m um   le vel  of   a ct ive  powe r,  wh ic h  is   giv e n by,     , m i n , m a x D G D G D G P P P    (7)     The  syst em  o pe rati on sho uld   be kept  withi n ±5 %  of  volt ag e d e viati on and  the  vo lt ag e c onstrai nt is  g i ve n by,     0 .9 5 1 .0 5 i p u V p u    (8)     The p ow e r flo w  e qu at io ns t o be sati sfie d  ar e  g ive n b y,     ,, i P V D G i i D P P P    (9)     ,, i P V D G i i D Q Q Q    (10)     in which ,     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   1 ,  Ja nu a ry  201 9   :   339   –   346   342   1 c o s ( ) N i i i j j i j i j j P V Y V   (11)       1 s i n ( ) N i i i j j i j i j j Q V Y V   (12)     wh e re  N   is  the   nu m ber   of  bu s,  P i,PVDG   and   Q i,PVDG   are  the  PV   ge ne rated   real  and   react ive  powe rs  at   bu s  i,   resp ect ively  a nd   P i,D   a nd  Q i,D   are the  r eal  a nd  r eact ive  powe r dem and s at b us   i,   res pecti ve ly .     2.4 .       Ap pli ca t ion  of W DO f or  O pt im al L ocatio n  of   PV DG   WDO  is  base d  on   the  Ne wton’s  sec ond  l ow  of  m otion   w hich  is  us e d  to   descr i be  the  m ot ion   of  ai r  par cel s  on  t he  earth’s  atm os phere  [ 15] .  I n  the  WD O  t opol og y,  the  posit ion   of   sm al l  a ir  par cel s  with  r andom   velocit ie s  in  a n  N - dim ension al   sp ace   is  update d  based  on   t he  ph ysi c al   equ at io ns   t hat  go vern  la r ge - scal e   atm os ph e ric  m otion.  T he  m ov em ent  of   an  a ir  par cel   in  on e  dim ension   is  con t rib uted  f r om   the  m ov e m ent  of   ai r  par cel s  in  ano t her   dim en sion.  The  velo ci ty   of   ai r  parce ls  is  der ive d  fr om   the  concept  of   a n  ai r  par cel   m ov ing   with th e w in d  i n wh ic h  the  up datin g velocit y i s g i ve n by,     d im m a x m a x m in 11 o th e r o ld n e w o ld o ld o ld o ld P c u u u g x R T x x PP         (13)     wh e re  u new   an d  u old   are  the  updated  vel ocity   and   c urren t  ve locit y,  resp ect ively ,  x max  is  the  distance  fro m   the   highest - pr es sur e  point,   P max   i s  the  m axi m um   pr essur e ,  P o ld   is  the  press ure  at   the  c urre nt  locat io n,   T   is  the   tem per at ur e ,  g   is t he gra vitat ion al   acc el erati on, a nd  R ,  α ,  a nd  c   a re c on sta nts.    The  thir d  te r m   of   eq uation  (13)   is  a  f orc e  towards  t he   locat ion   of   m axi m u m   pr essur e  w hich  is   represe nted  by   the  global  be s t  locat ion   of  th e  optim iz at ion   pro blem .  On ce   the  new  vel oc it y  is  cal culat e d,   t he  po sit io n of ai r parcel  will  b e  updated  usi ng t he follo wing e qu at io n.       n e w o l d n e w x x u t   (14)     wh e re  x old   a nd  x new   are  the   cu r ren t  posit ion  a nd  ne w  posit io n  of  the  ai r  parce l,  res pecti vel y  and  the   tim e   ste p  ∆t  is assu m ed a s 1.   The  WDO  is  app li ed  for  sol vin g  op ti m al   locat ion   of   P VDGs  an d  it   is  descr ibe d  in  te rm s  of   a  flo wch a rt as shown  in  Fig ur e  1.  F ro m  the f lo wch a rt, th e al gorithm  starts with the in it ia li z at ion  stage  w he re all   input  pa ram et e rs  are  def i ned   t o  est ablish  t he  pro ble m   bo unda ries.  A fter  set ti ng   the  in put,  the  first  ste p  of  the   op ti m iz ation   pro blem   is  to  find   th e  optim al   PVDG  locat io n.   I n  this  al gor it h m ,  the  PV D G  is  represe nted  as  a n  ai r  par cel . D ur i ng  t he  sim ulatio n, the  pr ess ur e o f  eac h  ai r pa rcel (ob j ect ive  functi on)   is e va luate d  at  it s cu r ren t   po sit io n.  The n,  the  popula ti on  is  ranke d  ba sed  on  it s  pres su re   an d  t he  ve locit y  is  evaluated  us i ng  eq uatio n  (13).  The  po sit ion   of  the  ai r  pa rcel  for  the  ne xt  it erati on   is  update d  us i ng   ( 14).   T his  proce dure  co ntin ues   un ti l  it   re aches  the  m axi m u m   nu m ber   of   it erati on .  Finall y,  the  be st  locat ion   of   the  la st  it erati on   is  rec orde d  a s  the   op ti m iz ation  r e su lt .      2.5 .       Ap pli ca t ion  of PSO  for  Op timal L oc at i on   of P VDG   The  PS O  is  an   evo luti ona ry  com pu ta ti on   al gorithm   based   on  a  so ci al - ps yc ho l og ic al   m et a phor  [17].   In PS O  to polo gy, th e  b e st i nd ividu al   posit io n of pa rtic le , i is r e pr ese nted  by ,     1 2 3 ... i i i i i n P b e s t P b e s t P b e s t P b e s t P b e s t   (15)     wh e reas t he be st p os it ion   of t he  e ntire s warm   in n - dim ension al   searc h  s pa ce is re pr ese nt ed by     1 2 3 ... i i i i i n G b e s t G b e s t G b e s t G b e s t G b e s t   (16)     An   i nd i vidual  in  a  swa rm   app r oac hes  the  optim u m   throu gh   it   prese nt  po sit io n,   pr e se nt  velocit y,   pr e vious  e xper ie nces  of  Pb es t  and  G best   a nd  the   ex per ie nc e  of  it s  nei ghbours.  T he  pa r ti cl e  of   ne w  posit ion  and v el ocity  ar e d et erm ined u sing t he follo w ing  e quat io ns ,      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Op ti m al  pla ce men t  of  gr id - c onnected  ph otov oltaic g ener at or s i n a power   …   ( Zett y Ad ib ah K amar uz z aman )   343   ( 1 ) 1 k k k i i i X X t v    (17)     ( 1 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 k k k k k k i i i i i i V V c r P b e s t X c r G b e s t X   (18)     W he re  i   =  1, 2, 3, … , n   is  the  num ber   of   dim ensio n  of  each  par ti c le ,  c 1   and  c 2   are  weigh t  factors,  r 1   an d  r 2   are  rand om   nu m b er  bet ween   (0,1)  an d  k   is  the  num ber   of   it erati on   tim e s.  The  i ner ti a   weig hting   fa ct or   i s   represe nted by  ω   of t he  f ollo w ing  e quat io n,     , m a x m a x m in m a x k k ite r ite r     (19)       S t a r t I npu t  t e s t  s ys t e m  da t a C r a t e  r a ndo m  i ni t i a l  a i r  pa r c e l   r e pr e s e nt i ng P V D G  pl a c e m e nt R U N  L oa d F l ow C a l c ul a t e   1 st   obj e c t i ve  f unc t i on  =  M axI V SI   ( i ) E val uat e  pr e s s ur e  f or  e a c h ai r  par c e l R e c or d  G l oba l  B e s t U pda t e  pos i t i on a nd vel oc i t y C he c k t he  s t op c r i t e r i on F i nd a nd s a ve  t he  opt i m um  P V D G   l oc a t i on E nd I npu t  W D O  par a m e t e r s No Y e s   Figure  1.   Im ple m entat ion   of   WDO al gorith m  f or   so lvi ng opti m a l l ocati on of PVD G     S t a r t I npu t  t e s t  s ys t e m  da t a I npu t  P S O  pa r a m e t e r C r e a t e  r a ndo m  i ni t i a l  pa r t i c l e   r e pr e s e nt i ng P V D G pl a c e m e nt R un  L oa d  F l ow C al c ul at e   1 s t  obj e c t i v e  f unc t i on  =  M ax I V SI ( i ) R e c or d  P be s t ,  G be s t C he c k t he  s t op  c r i t e r i on U pda t e  pos i t i on a nd v e l oc i t y E nd F i nd a nd s a ve  t he  opt i m um  P V D G No Y e s   Figure  2.   Im ple m entat ion   of   PSO al gorithm  for   so lvi ng opti m a l l ocati on of PVD G       The  P SO   te c hniqu e  is  a pp li ed   for  s olv in g  optim a l  locat ion   of   PVDG s  an d  it   is  descr ibe d  in  te rm s  of  a  flo wc har t  as   show n  i n  Fi gure  2.  T he  fi rs t  ste p  of  t he  optim iz at ion   prob le m   is  to  fin d  the   opti m a l  PVDG   locat ion . In  th e  PS O  al gorith m ,  the P VDG  is represen te d  a s a p arti cl e in the  swa rm  p opul at ion . Th e al gorith m   sta rts  by  init ia li zi ng   al l  the  in pu t par am et ers  as  show n  in  t he   flo wch a rt.  D ur i ng   t he  sim ul at ion ,  P best   ( obje ct ive   functi on)   is  e va luate d  at   it s  c urren t   posit ion  us i ng  e qu at io n  (15 )  wh e rea s  G best   is   eval ua te d  us in g  e qu at ion   (16).  The  ne w   po sit ion   a nd   velocit y  of   pa r ti cl e  are  up dated  us in g  eq uat ion   ( 17)  an d  ( 18).   T his  proc edure  con ti nues  un ti l  it   reaches  the  m axi m u m   nu m ber   of   it eratio n.  Finall y,  G best   of   the  la st  i t erati on   is  recor ded   a s   the opti m iz a ti on   resu lt .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   1 ,  Ja nu a ry  201 9   :   339   –   346   344   3.   RESU LT S  AND DI SCUS S ION   The  sim ulatio n  resu lt s  for  optim al  place m ent  of   PVDGs  in   the  IEEE  30  bus,  IE EE  118  bu s  a nd   69 - rad ia l  distrib ution   syst em s  us ing  WDO  a nd  PSO  are   prese nted   an d  disc usse d.  Sim ulati on s  wer e   car ried   out  to   determ ine  the  weak   bu ses  in  the  te st  syst e m s  us in g  IVSI.   Durin g  the  si m ula ti on ,  eac h  load  bus  is  ev al uate d  ind ivi du al ly   by   m axi m iz ing   the  IVSI  as  th e  obj ect ive  f unct ion.  The  l oa d  facto r  is  in creased  by  a  certai n  per ce ntage   of  t he  base  val ue  un ti l  I VSI  a pp ro ac hes   1,  wh i ch  is  t h e  volt age  c ollapse   poi nt.  T he   first  bu s  that  exp e riences vo lt age  colla ps e  i s  sai d  to  be  t he   weak est  b us  in  the  syst em   a nd   it   is  m ark ed   as  an  opti m a l  PVDG  locat ion .  Th us ,   the  PVDG  is  instal le d  at   this  bu s .  F or   m ulti ple  nu m ber s  of   P V DG,  the  first  PVD G  wi ll   b e  integrate d  us in g  the   bu s   ra nking  ap proac h.  T he  first  P V DG  will   be  i nteg rated  at   t he  weake st  bus  (e. g.   B us  61   for  the  69 - ra dial  distrib ution  syst e m )  wh e re as  the  sec ond  PVDG  will   be  integrate d  at   th e  seco nd  wea ke st  bus   (e. g.   B us   64  for  the   69 - ra dial  distri buti on  sy stem ).   Sim i la r  proce dure  is  a pp li ed   f or  the   IEEE  30  bus  s yst e m   and IE EE  118 bu s  syst em .   Table  1,  Table   2  an d  Ta ble  3  sho w  the  I V SI   val ues  with   var ia ble  load   factor s  f or   th e  69 - ra dial   distrib ution   sy stem ,  IEEE  30   bu s ,  an d  IEE E  118  bus ,  res pe ct ively .  The  load  facto r  of  each  bus  is  incre ased  i n  per ce ntage   f rom   the  base   lo ad  value .  Re s ul ts  in  Ta ble  1  sh ow   that  the   op ti m al   PV D G  locat i on  is  Bus  61  because   at   loa d  facto r  of 1 90 %,  the I V SI  v a lue  eq uals  1.0  an d  B us  61  is  s ai d  to  e xp e rien ce  a  volt age  c ol la ps e.   Howe ver,  oth e r bu ses  in  the s yst e m  still op e rate wit hi n vo lt age sta bili ty  lim it  w it h  IVSI values  less tha n 1.    Re su lt s  in  Ta bl e  2  sho w  that  the  opti m a l  PV D G  locat io n  of   t he  IE EE  30  bus  syst em   is  Bus  30.  It  is  the  first  bus  t o  reac h  volt ag e  colla ps e  poi n t  (IVS I=1)  at   a  load  fact or   of   150% .  The   nex t  op ti m al   PVDG   locat ion  is  Bus  26 a nd the n fol lowed b y B us   5.       Table  1 .   IVSI   with loa d  i ncr e m ent f or th e   69 - ra dial dist ri buti on  syst em   Load  Factor   (%)   W DO   PSO   Bu s 6 5   Bu s 6 4   Bu s 6 1   Bu s 6 5   Bu s 6 4   Bu s 6 1   100   0 .26 2 2   0 .40 9 2   0 .43 1 6   0 .26 2 2   0 .40 9 2   0 .43 1 6   120   0 .32 8 6   0 .51 2 7   0 .54 0 0   0 .32 8 6   0 .51 2 7   0 .54 0 0   140   0 .40 7 9   0 .63 3   0 .66 3 5   0 .40 1 8   0 .62 6 6   0 .65 9 1   160   0 .52 1 1   0 .77 1 4   0 .80 0 3   0 .48 3 3   0 .75 3 4   0 .79 1 0   180   0 .59 3 6   0 .91 0 0   0 .97 1 8   0 .57 5 0   0 .89 6 0   0 .93 8 9   190   0 .70 9 3   0 .98 4 2   1 .0   0 .62 5 6   0 .97 4 6   1 .0       Table  2 .   IVSI   with loa d  i ncr e m ent f or the  IE EE 30  bus syst e m   Load  Factor   (%)   W DO   PSO   Bu s 5   Bu s 2 6   Bu s 3 0   Bu s 5   Bu s 2 6   Bu s 3 0   100   0 .36 8 2   0 .16 0 0   0 .20 5 7   0 .35 0 0   0 .14 7 9   0 .19 5 9   120   0 .18 0 1   0 .30 5 7   0 .31 9 1   0 .44 1 7   0 .23 7 1   0 .31 4 0   140   0 .59 8 4   0 .44 7 3   0 .58 9 4   0 .55 8 9   0 .42 3 7   0 .57 7 2   150   0 .67 0 3   0 .70 1 9   1 .0   0 .65 8 3   0 .69 5 8   1 .0       Re su lt s  of  t he  IEEE   11 8  bus  syst e m   dep ic te d  Ta ble  3  sho w  th at   the   first   bus  t o  e xperie nce  volt age   colla ps e  is  Bus  117  an d  then  fo ll owe d  by   Bus  1  and   B us   13.  Th us,  Bus  117  is  co ns ide red   as  th e  op ti m a l   locat ion   for  P VDG.   From   the  resu lt s,  each   te st  syst e m   gi ves  sim il ar  op tim al   PV DG   l oc at ion   us in g  th e  tw o  diff e re nt  optim iz at ion   te ch niques;  WD O  a nd   PSO.  H oweve r,   the  IVSI  value  at   each  loa d  fact or   var ie s   wit h  diff e re nt  op ti m iz at ion   te chni qu es .  Eval uation  f or  the  be st  op ti m iz at ion   te ch nique  w il l  no t  be  perf or m ed  consi der i ng   t ha t  the  dif fer e nces  in  t he  I VS I   val ues  a re  not  sig nifi cant.  H oweve r,   the  t wo   di ff e ren t   op ti m iz ation   te chn i qu e s;  WDO  an d  P SO   a r e  com par ed  in   te rm s  of   conv erg e nce  c har ac te risti c.  Figure s  3,   4  and  5  sho w  the   co nv e r gen ce   c har act erist ic   for  opti m u m   PV DG  locat io n  for  the  69  rad ia l - distrib ution  sy stem ,  30   bus  syst em   and   118  bus  s yst e m ,  resp ect ively .  The  res ults  in  the  fig ure s  show  t hat  th e  W D O  giv es  faster  conve rg e nce  w i th m ini m u m  o bj ect iv e f unct ion val ues  c ompare d  t o  the  PSO tech nique.       Table  3 .   IVSI   with loa d  i ncr e m ent f or the  IE EE 11 8 bus sys tem   Load  Factor   (%)   W DO   PSO   Bu s 1 3   Bu s 1   Bu s 1 1 7   Bu s 1 3   Bu s 1   Bu s 1 1 7   100   0 .03 2 4   0 .01 0 2   0 .08 9 5   0 .03 2 4   0 .01 0 2   0 .08 9 5   120   0 .11 0 6   0 .09 0 5   0 .14 0 7   0 .10 1 0   0 .08 3 7   0 .13 4 7   140   0 .12 6 5   0 .11 7 7   0 .16 3 2   0 .11 9 6   0 .10 1 4   0 .15 3 1   160   0 .31 4 3   0 .29 0 4   0 .38 7 9   0 .30 2 1   0 .28 2   0 .37 3 3   165   0 .83 7 9   0 .91 1 5   1 .0   0 .82 6 1   0 .89 5 9   1 .0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci     IS S N:  25 02 - 4752       Op ti m al  pla ce men t  of  gr id - c onnected  ph otov oltaic g ener at or s i n a power   …   ( Zett y Ad ib ah K amar uz z aman )   345           Figure  3 .   Co nverg e nce c ha rac te risti c fo r  opti m u m   PVDG  locati on   us in g WDO   and PS O for t he  69 bus  rad ia l  distrib ution sy ste m   Figure  4 .   Co nverg e nce c ha rac te risti c fo r  opti m u m  PV DG   locat ion   Usi ng  WDO a nd P S O  f or the  I E EE  30 bus sy ste m           Figure  5 .   Co nverg e nce c ha rac te risti c fo r  opti m u m  PV DG  l oc at ion   us in g W DO an d PS O  f or the  IEEE  11 8  bu s  syst em       Table  4  s hows   the  MA TLAB   tim e  si m ulatio n  f or  the  im plem entat ion   of  WDO  a nd  PS O  te ch nique s   in  determ ining   optim al   loc at ion   of  FV T G  ge ner at or .  The  WDO  te chn i qu e  has  f ast er  tim e  s i m ula ti on   com par ed  t o  t he  P SO  te ch ni qu e   w he re  dif fer e nces  ca n  be   seen   f or  the   IE E E  30  bus   an d  69  bu s   s yst e m   si m ulati on s.  T her e fore,  it   ca n  be  c oncl ude d  that  the  WD O  te ch nique  is   m os t  su it able  to  be  us e d  in  PVDG  op ti m al  locati on   determ inati on .        Table  4 .   M AT LAB sim ulati on  ti m e fo r op ti m al  locati on   of PVD G    Op ti m izatio n  T echn iq u e     MA TL AB  si m u lat io n  ti m e ( s )   IE E E    1 1 8  bu s   IE E E  3 0     bus   6 9  bu s   syste m   W DO   8 1 6 .703   8 0 5 .418   8 0 4 .531   PSO   8 1 6 .831   8 1 0 .924   8 0 7 .999       4.   CONCL US I O N S   This  pap e r  ha s  presente d  t he   ap plica ti on   of   WDO   f or  determ ining   optim al   PV D G   locat ion  by  m axi m iz ing   volt age  sta bili ty   m arg in,  IVSI  as  a n  obj e ct ive  functi on.   The  WDO  is   app li e d  to  s ol ve  the   op ti m iz ation   pro blem   and   it   i s  com par ed  wi th  the  PSO   te c hn i qu e .  The   W DO   a nd   P SO   t echn i qu e s  are  te ste d  on  the  IEEE   30  bu s   syst em ,  IEEE  118  bus   syst e m   and   69 - rad ia l  distrib ution  syst em .  Com par ison  on  t he   perform ance  of  the  WDO  a nd  PS O  te ch ni ques  s howe d  th at   the  WD O  t echn i qu e   gi ves   faster  c onve r gen ce  com par ed  to  the  PS O  te ch ni qu e .  A naly sis  of   res ults  pro ve d  that  integra ti on   of  PVDG   on   the  wea ke st  bu s   cou l d  im pr ov e   powe r  syst em   vo lt age  sta bili ty   by  increasin g  the  value  of   IV S I.   In c rease d  P VDG  pen et rati on   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            IS S N :   2502 - 4752   Ind on esi a n  J  E le c Eng &  Co m p  Sci,   Vo l.   1 3 , N o.   1 ,  Ja nu a ry  201 9   :   339   –   346   346   le vel  al so   incr eases  volt age  sta bili ty   and   im pr ov es  bu s  vo lt age  pro file s.   The  m axi m um   le vel  of   PVD G   pen et rati on  is  determ ined  by   ens ur i ng   t hat  the  bus  volt ag e  does  no t  e xc eed  the   up per   vo lt age   lim it   of   the  no m inal vo lt a ge .       ACKN OWLE DGE MENT   We  would l ike  to tha nk Unive rsiti  K eba ngsa an  Ma la ysi a f or  prov i ding the  f ina ncial  sup por t  on this  pro j ect  un der   P roject Co de G GP - 2017 - 01 1.       REFERE NCE S   [1]   S y ed  Mus ta ffa   S   A,  Mus iri n  I,   O thman  M  M,  Ma nsor   M  H.  Chaot ic   Muta ti on  Im m une  Evol uti on ar y   Program m ing  for  Volta ge  Sec urity   wi th  the   Presenc e  of  DG PV .   Indone sian  Journal  of  El e ct ri ca l  Eng ineer ing  and  Com pu te r  Scie nc e, Vol. 6,  No.  3,   pp.   721  ~   729,   2017 .   [2]   Zi chun  Y  et   a l.   Anal y tical   m et h od  of  the   impact  of   distri bute d  g ene ra ti on  on  static  voltage  stabili t y   of  distr ibut io n  net work  and   it s   developm ent .   T EL KO MN IKA   I ndonesia n  Journ al   of   Elec tr ical  Engi ne eri ng,   Vo l.   11 ,   No.   9,   pp.   5018~5029,  201 3.   [3]   Vovos   P  N,  Ki pra kis  A  E,   W a ll a ce   A  R,   Harr ison  G  P.  Cent r al i ze d  a nd  d istributed  voltage  c ontrol :  Im pact  o n  distri bute d   gen er at ion   penetration .   IE EE T r ansa cti on  on  Pow er  S y s te m s,  22(1), pp.  476 - 83,   2007 .   [4]   Cai sheng  W ,   Ne hrir  MH .   Anal y t ic a l  appr o ac hes  for  opti m al   p la c ement  of  distr ib ute d  gen erati on  source s  in  powe r   s y stems .   IE EE T ran sac t ion  on   Pow er  S y st ems ,   19 (4),   pp .   2068 - 20 76,   2004 .   [5]   Acha r y a  N,  Mah at   P,  Mithu la n an tha n  N.  An  an aly t ical  appr o ac h  f or  DG   al locati on   in  primar y   distr ibut ion  n et work .   Inte rna ti ona l  Jou rna l El e ct r ic   Po wer,   28(10) ,   pp .   669 - 78,   2006 .   [6]   Am an  M  M,  Jas m on   G  B,   Mokh li s  H,  Baka r  A  H  A.  Optimal  pla ce m ent   and  sizing  of  DG   base d   on  a  new  power   stabi lit y   inde x  a nd  li n e  losses.   Elec tr ic a l  Pow er a nd  Ene rg y   S y st e m s,43,   pp.   1296 - 1304,   2012 .   [7]   Al  Abri  R  S,  El - Saada n y   Eha b  F,  Atwa  Yass er  M.  Optimal  pla c ement  and  sizi n g  m et hod  to  im prove   the   voltag e  stabi lit y   m arg in  in  a  distri buti on   sy st em  using  di stribut ed  gen era t ion.   IEEE  Tra ns ac t ion  on  Pow er   Sy st ems ,   28(1),  pp.   326 - 34 ,   201 3.   [8]   Murt y   V  V,  Ashwa ni  K.  Optimal  place m ent   of  DG   in  rad ia l  distri buti on  s y s te m s  base d  on  new   volt age   stab ili t y   inde x  und er loa d   growth. Elec t rical  Pow er and En erg y ,   69 ,   pp .   246 - 56,   2015 .   [9]   Kavia ni - Aran i  A.  Optimal  pla c e m ent   and  sizi ng  of  distri bute d  ge ner ation  unit s  using  co - evol ut ion ar y   pa rticle   sw arm   opti m iz ation  a lg orit hm s.  TE LK OM NIK A  Indone sian  Jour nal  of   El e ct ri cal  Eng i nee ring ,   Vol.   13 ,   No.  2 ,   pp.   247   ~   256,   2015 .     [10]   Morave j  Z,   Ak hla ghi  A.  A  novel   appr oa ch  ba sed  on  cuc koo  sea rch   for  DG   al lo ca t ion  in  distri buti on  ne twork.   El e ct ri c  Pow er E ner g y   S y s te m s, 44,  pp . 672 - 679,   2013.   [11]   Ross et i  Gus ta vo  J  S,  de  Oliv ei r a  Edi m ar  J,  de  Olivi er a  Le on ar do  W ,   CS il va  I,  Pere s  W .   Optimal  al locati on  o f   distri bute d   gene r at ion  wi th  re con figura t ion  in  e lectr i c  distri bu ti on   s y stems .   Elec tric  Pow er  S y stem Re sea rch , 103,   p p.   178 - 83,   2013 .   [12]   Ka y al   P,   Chand a  C  K.   Placem e nt  of  wind  and  s ola r  b ase d  DG s  in  distri bu ti on  s y stem  for   power   loss  m ini m iz at i on  and  vol ta ge   stab i li t y   improvem ent .   Journa l  on   Ele ct ri ca l   Pow er  an d  Ene rg y   S y st e m s 53,   pp.   795 - 8 09,   2013 .   [13]   Nasira ghdam  H,  and  Jadid  S.  Optimal  h y brid  PV /WT/FC  sizi ng  and  distri buti on  s y stem  re conf igur at ion  using  m ult i - obje c ti ve   ar ti fi cial  b ee c olon y   a lg orit hm .   Journal   on  Solar Ene rg y ,   86,   pp.   3057 - 71 ,   2012 .     [14]   Hung  D  Q,  Mit hula nan tha n  N ,   Bansal   R   C.   I nt egr ation  of  PV   and  BES  un it s  i n  comm erc ia l   di stribut ion  s y ste m s  conside ring   en er g y   loss a nd   vol t a ge  stab il i t y .   Journal  on   Appli ed  E ner g y ,   113 ,   pp.   1 162 - 70,   2014 .   [15]   Ba y r aktar  Z ,   Ko m urc u  M,  W ern er  D  H.  W ind  d rive n  opt imizati on  (W DO ):  A  novel   n at ure - inspire d  opt imizatio n  al gorit hm   and it s   application   to el ec tromagne ti cs   2 010.   [16]     Yang  C  F,  L ai  G  G,  L ee   C   H,   Su  C  T,  Chang   G  W .   Optimal  s et ti ng   of  r eact iv e  compensat ion  devi c es  with  an   improved  volt ag e  stabi l ity   ind ex   for  volt ag e  stab il ity   enha n ce m e nt.   E le c trica l  Po wer  and  Ene rg y  S y stems ,   37,   p p.   50 - 57,   2012 .   [17]   He  J,  Guo  H.  A  m odifi ed  par t ic l e  sw arm  opti m iz at ion  a lgorithm .   TE LKOM NIK A   Indone sian  Jour nal   of  E lectr i cal   Engi ne eri ng,   Vo l.   11 ,   No .   10 ,   62 09  ~ 6215, 2013.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.