I n t ern a t i o n a l   J o u rn a l   o f   E l e ct ri ca l   a n d   C o mp u t er   E n g i n eeri n g   ( I J E C E )   V o l .   11 ,   N o .   1 ,   F e b ru a ry   2 021 ,   p p .   12 4 ~ 132   I S S N :  208 8 - 87 08 ,   D O I :  10. 115 91 / i j e c e . v11 i 1 . p p12 4 - 1 32             1 24       Jo u r n al   h om e pa ge :  h t t p : / / i j e c e . i a e s c o r e . c o m   V ol t a ge  col l a ps e  pr e di ct i o n us i ng   a rt i f i ci al  ne u ral   n et w o rk       S a mu el   I s a a c 1 ,   S o y emi   A d eb o l a 2 ,   A w e l e w a   A y o k u n l e 3 ,  K a t e nde   J a mes 4 ,   A wo s o p e   C l a udi us 5   1,2,5 D ep ar t m en t  o f  E l ect r i c al   an d   I nform a t i on   E ng i ne e ri ng ,  Cov e na nt  U ni ve rs i t y,   N i ge ri a   3 D e pa rt m e nt   of  E l e c t ri c a l  E ng i n e e ri ng ,   T s hw a ne  U ni ve rs i t y  of  T e c hnol ogy ,  S out h A fri c a   4 D e pa rt m e nt   of  E l e c t ri c a l  a nd  C om put e r  E ngi n e e ri ng,  N a m i bi a   U ni ve rs i t y of  S c i e nc e   a nd T e c hn ol ogy,  N a m i bi a       A rt i cl e  I n f o     A B S T RA C T   Ar t i c l e   h i s t o r y :   R ecei v ed   Ma r   2,  2 02 0   Re v i s e d   J un  23 ,   202 0   A ccep t e d   Ju l   1 5 ,   20 20       U na l l e v i a t e d vol t a ge   i ns t a b i l i t y f re que nt l y re s ul t s  i n vol t a ge  c o l l a ps e ;  w hi c h   i s  a  c a us e  of  c onc e rn  i n  pow e r s ys t e m  n e t w orks  a c ros s   t he  gl ob e  bu t   pa rt i c ul a r l y i n  d e ve l op i ng c oun t ri e s .   T hi s  s t udy  propos e d a n onl i ne  vol t a g e   c ol l a ps e  pre d i c t i on m ode l  t hro ugh   t he   a ppl i c a t i on of  a  m a c h i ne  l e a rni ng   te c h n iq u e  a n d  a  v o lt a g e  s ta b ili t y  in d e x   c a lle d  t h e  n e w  l in e  s ta b ility  in d e x   (N L S I_1).  T h e   a pproa c h  propo s e d i s  ba s e d on  a   m ul t i l a ye r  fe e d - forw a rd   ne ura l  n e t w ork   w hos e  i nput s  a r e  t h e  va ri a bl e s  of   t he  N L S I_1.  T h e  e ff i c a c y  of  t he   m e t hod w a s  va l i da t e d  us i ng  t he   t e s t i ng  on  t he  I E E E  14 - bus  s ys t e m  a nd   t he  N i ge ri a  3 30 - kV ,  28 - bus  N a t i ona l  G ri d (N N G ).  T he  re s ul t s  of     t he  s i m ul a t i ons  i ndi c a t e   t ha t   t he  propos e d a p proa c h a c c ur a t e l y pre di c t e d     th e  v o l ta g e  s ta b ility  in d e x  w ith  a n  R - v a l ue  of  0. 9975 w i t h  a   m e a n  s qua re   e rror  (M S E ) of 2 . 182415x10 −5   for t he  IE E E  14 - b us  s ys t e m  a nd a n R - va l ue  of   0. 9989 w i t h a n   M S E  of 1. 2527x10 −7   for t he  N N G  28 bus  s ys t e m .  T he   re s ul t s   pre s e nt e d  i n  t hi s   pa pe r  a gre e  w i t h  t hos e  found  i n  t he   l ite r a tu r e .   Ke y wo r d s :   A r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k   O n l i n e   v o l t a g e   s t a b i l i t y   a n a l y s i s   V o l t a g e   s t a b i l i t y   V o l t a g e   s t a b i l i t y   i n d e x   W eak e s t   b u s   T hi s  i s  an ope n   ac c e s s  ar t i c l e  un de r  t he   CC B Y - SA   l i c e n s e.     C or r e s po n di n g  A u t h or :   S am u el  I s aa c ,   D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   a n d   In fo rm a t i o n   E ng in e e r ing ,   C ove na nt   U n i v e r s i t y ,   K m   10 ,  I d ir oko   R o a d,   P M B   1 023 ,   O ta ,   Ogu n  S ta te ,   N i g e r i a .   E m a i l :   i s aac. s am u el @ c o ve na nt u ni ve r s i t y. e d u. n g       1.   I N T R O D U C T I O N   P o w e r  s ys t e m   m a na ge m e nt  a nd c o nt r ol  ha v e  gr a d ua l l y   be c om e   m o r e  c h a l l e ngi n g;  d ue   t o i nc r e a s i n g  de m a nd ,   r e s t r i c t i ons   on   t he   e xpa ns i on ,   a nd  t he   e vol ut i on   o f   p ow e r   i n d us t r i e s   i nt o  de r e g ul a t e d  a n d  c om p e t i t i ve   m a r ke t s .   T he s e  ha ve  r e s ul t e d i n  n um e r o u s  vi ol a t i ons   of  p o we r  s y s t e m  s t a bi l i t y  a s  o pe r a t or s   pu s h t he s e   n e t w o r k s  c l o s e  t o  t h e i r  s t a b i l i t y  l i m i t ,  a s  r e p o r t e d   b y   [1 ].   T h i s  a c t i o n  h a s ,  i n  t u r n ,  l e d  t o  s e v e r a l   v o l t a g e   c ol l a ps e  i nc i de nc e s  a r o u nd  t h e  w or l d  wi t h  h i gh - c o s t  i m p l i c a t i o n s  t o   b o t h   t h e  u t i l i t i e s  a n d  c o n s u m e r s   [2 - 6] .   F o r  t h i s  r e a s o n ,  p o w e r  sy st e m s m u st  b e   m o n i t o r ed  an d  al s o  al er t  o p e r at o r s  ab o u t  t h e  p o s s i b l e em er g e n ci es  o r   f a u l t s   t h a t   a r e   i n d i c a t i v e   o f   v o l t a g e   i n s t a b i l i t y .     A c c or d ing  t o   K und ur ,  [ 7]   v o l t a g e  s t a b i l i t y  i s   " t h e  a b i l i t y  o f  a   p o w e r  s y s t e m  t o  m a i n t a i n  s t e a d y  a n d   accep t ab l e  v o l t ag e m a g n i t u d e s  at  al l  ne t w or k  bus e s  a t   no r m a l  o pe r a t i n g  c on di t i on s  a nd  a f t e r   be i n g s u bj e c t e d   t o  a  di s t ur ba nc e "   [7 ] .  A   po w e r  s ys t e m   ne t wo r k  i s  s a i d  t o  be   vol t a ge   u ns t a bl e  w he n a  di s t ur ba n c e  c a us e s  a t   l e a s t  one   bu s  i n t he   ne t w or k t o e x pe r i e nc e  a   gr a d ua l  de c l i n e  i n v ol t a ge  m a gni tud e   [ 1,  8] .  I f  a r e d u ced   v o l t ag e   p r o f i l e acco m p an i es  t h e  p er t u r b at i o n  i n  al l  o r  p a r t  o f  t h e n e t w o r k ,  v o l t ag e  co l l ap s e m a y   o ccu r   [ 7] .  T h e  ca u s e  of  di s t u r ba nc e   m a y be   by  a  s u dde n i nc r e a s e  i n l oa d  de m a n d ,  r e a c t i ve  p o w e r  m i s m a t c h,  i m p r o pe r  o pe r a t i on  of   vol t a ge   c o nt r o l  de vi c e s ,  l os s  of   an y   e l e m e nt   o f   p o w e r  s ys t e m ,  o r   m a l f unc t i o ni n g of  on - l oa d t a p  c h a ngi ng   t ra n s fo rm e rs .   V o l t a g e  s t a b i l i t y  c a n  b e  a s s e s s e d  e i t h e r  t hr o ug h   s t a t i c  or  dy na m i c   a na l ys i s .   I n  s t a t i c  a n a l y s i s ,     t h e p o w er  s y s t em  i s  i n  s t ead y - s t a t e   a nd m ode l l e d  u s i n g   al g eb r ai c eq u a t i o n s .   T h e s t at i c an al y s i s  m a k es  i t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g     I S S N :  208 8 - 87 08       V o l t a g e   c o l l a p s e   p r e d i c t i o n   u s i n g   a r t i f i c i a l   ne u r al   n e t wo r k   ( S am ue l  I s aa c )   1 25   pos s i bl e  t o  t r a c k t he  v ol t a ge  s t a bi l i t y t h r o u g h  v ol t a ge  s t a bi l i t y m a r gi n c ha nge s  s i nc e  t he   s ys t e m ' s  e qui l i br i um   poi nt   m o ve s   s l ow l y.     I n   t h e  c as e  o f   d yna m i c   a na l ys i s ,   t he   p owe r   s ys t e m   b y  a   d y na m i c   m o d e l ,   v o l t a g e   s t a b i l i t y   l ev el  as s es s m e n t  car r i ed   o u t  u s i n g  t i m e - d o m a i n  s i m u l a t i o n s .   H o we ve r ,  t he s e  m e t ho ds  a r e   u ns ui t a bl e  f o r   o n l i n e   v o l t a g e   s t a b i l i t y   a n a l y s i s   b e c a u s e   t h e y   i n v o l v e   v a s t ,   t e d i o u s ,   a n d   d i f f i c u l t   c o m p u t a t i o n s .     R ecen t l y ,  r e s e ar ch  e n d eav o u r s  i n   t he  a r e a  of   onl i ne  v ol t a ge  s t a bi l i t y a s s e s s m e nt  us i ng  m a c hi ne   l e a r ni n g a p pr o a c he s   ha ve  r e c e i ve d i nc r e a s i n g r e s e a r c h i nt e r e s t  d ue  t o t he i r  b r oa d  r a nge  of  a p pl i c a t i on s   a nd   e a s e .  I n  t h e   f i e l d  o f  v o l t a g e  s t a b i l i t y  a n a l y s i s ,  n u m e r o u s   r e s ear ch e s   us i ng  m a c hi ne  l e a r n i ng i s   on g oi n g  w i t h   ar t i f i ci al  n eu r a l  n et w o r k  ( A N N ) ,   f u zzy  l o g i c n et w o r k ,  s u p p o r t   v ect o r   m ach i n e ,   d eci s i o n  t r ee s ,  a n d   n eu r o - f u z z y n e t w or ks ,  a s  s e e n in   [9 - 16 ] .   AN N  i n c l ude s  m a n y c om po ne nt s ;  t h e s e  c om po ne nt s  a r e  t h e   s i n g l e - input   ne u r on   or   t h e  M u l t i p l e - I np u t  Ne ur o n,  a s   s ho w n i n F i g ur e   1   [1 7 ] .   Th i s   m ac h i n e l ear n i n g - ba s e d vol t a ge   c ol l a ps e   pr e di c t i on  m e t ho ds   a dd r e s s   t he   s h or t c om i n gs   of   t h e   c o nve nt i o na l   t e c hni q ue s   a f or e m e nt i o ne d.         ( a)   ( b)     F ig ur e   1.   T he   c om po ne nt   o f  n e ur a l   ne t w or k,   ( a )   S i n g l e - I n p u t ,   ( b )  M u l t i p l e - I npu t       In   [1 3 ] ,  t h r e e   a r t i f i c i a l  n e u r a l  n e t w o r k   m o d e l s ,  n a m e l y  t h e  f e e d - f o rw a rd  n e u r a l  n e t w o rk   ( F F NN )  l a ye r   r e c u r r e n t  ne u r a l  ne t w or k a nd  r a di a l  ba s i s  f u nc t i on  ( R B F )  n e ur a l   ne t w or k,  w e r e  de ve l o pe d  t o   a p p r o x i m a t e  t h e   f a s t   v o l t a g e  s t a b i l i t y  i n d e x   ( F V S I )  u n d e r  v a r i o u s  l o a d   s c e na r i os .  T he  s t u dy   c o m pa r e s     t h e accu r aci es   o f  t h es e  m o d el s  i n   p r e d i ct i n g   t h e m o s t  c r i t i cal  l i n es  an d   b u s es  i n  t h e t es t   s y s t em s .  T h e a u t h o r s   f o u nd t ha t  a l t h ou g h t he  p r e di c t i on a c c ur a c y  of  t he  R B F  n e ur a l   ne t w or k  wa s   be t t e r  t ha n t he  ot he r  t op ol o gi e s   c o ns id er e d ,  t h e f ee d - f or w a r d   ne u r a l  ne t w or k ha d be t t e r   g e ne r a l i z a t i on  w i t h  a   m a x im u m  e r r or  of  a bo u t  0. 0 3  a m on g   t he m .   T he  a ut h or s  i n   [ 14] ,   i m pl e m e nt e d a n R B F   n e ur a l   ne t w or k  t o a p pr o xi m a t e  t he   vol t a ge  s e c ur i t y   l e v e l   o f  a  p o w e r  s y s t e m   u n d e r  a  c o n t i n g e n c y   s t a t e  u s i n g t he   L - i n de x.  F r o m  t he i r  r e s ul t s ,  t he  a ut h or s   f o u nd   t ha t  a l t h ou g h t he   p r o p os e d  R B F   ne t w or k  w a s  f a s t e r  t ha n t he   F F NN  t r a i n e d  b y  ba c k - p r o pa ga t i o n,   i t  r e qui r e d   m o r e  h i d d en   n eu r o n s   t o   ach i e v e  t h e   s am e   t r a i n i n g   er r o r   as   t h e  F F N N .       In   [1 6 ] ,   v o l t a g e  s t a b i l i t y  a n a l y s i s   w as   c a r r ie d  ou t us ing a  r is k - ba s e d  a s s e s s m e nt  m e t ho d;  t ha t  m e a s u r e s  s y s t e m  e xp os ur e  t o  a n  o ut a ge  a nd   t he  i m pa c t   o f  t he   r e s ul t i ng   d i s r u p t i o n .   Th e  L - i n d ex   w as  t ak en  a s   t h e  v o l t a g e   s t a b i l i t y  i n d i c a t o r  a n d  a   m e a s u r e  o f  t h e  s e v e r i t y   of   t he  o ut a ge .  T he   i nde x   w as   i m p l e m e n t e d  u s i n g   t w o   AN N m o d e l s ,  t h e  g e n e ra l i z e d  re g re s s i o n  n e u r a l  n e t w o rk   (G R NN ) a n d  t h e   m u l t i l ay er   p e r cep t r o n  n eu r al   ne t w or k ( M LF F N ).  T he   a ut h or s  f o u nd  t ha t   t he  ML F N N  ha d   b e t t e r  a p p r o x i m a t i o n  t h a n  G RN N  w i t h  a  m e a n   s q u ar e  e r ro r   (M S E )   o f  7 . 107 × 10 − 7 .     In   [1 8 ] , a n  FFN N   w as   i m p l e m e n t e d  t o  p r e d i c t  v o l t a g e  s t a b i l i t y  u s i n g  t h e  l i n e  s t a b i l i t y  i n d e x   ( L mn ).   T he   r e s ul t s  va l i da t e d  t hr o ug h  t e s t i ng o n  t he  I E E E  1 4  a n d  I E EE  30  bu s   s ys t e m s .  F o r t h e   I EEE  14 - b us  s ys te m ,   th e   p r op o s e d ne tw or k c o n ve r ge d  w i t h  a n   M S E  of   4 . 08503 × 10 − 4 ,  an d   t he  ne t w or k   c o n ve r ge d w i t h   a n MS E   of   7 . 13254 × 10 − 5   fo r t h e   IE E E  3 0 - b u s sy st e m .   In   [1 9 ] ,  t h e  a u t h o r s   a s s e s s e d  t h e   v o l t a g e   s t a b i l i t y  o f     t h e   I EEE 1 4 - bus  s ys t e m   u s i ng  a n A N N - ba s e d a pp r oa c h wi t h a n L - ind e x  s e r v ing  s t a b i l i t y  i n d i c a t o r .     T he   a ut ho r s   f o un d   t ha t   t he   pr op os e d  m e t h od   yi e l de d   m o r e  a c c ur a t e   r e s ul t s   w i t h   a n  MS E   o f   0. 0 07 7 42 4   a nd   a n  R - va l ue   o f   0. 8 59 9 8.   Th i s  p re s e n t  w o rk   pr o pos e s  a   m ul t i l a ye r   pe r c e pt r on   ne ur a l   ne t w o r k  f or  o nl i ne  v ol t a ge  c ol l a ps e   pr e di c t i on ,  us i ng  t he   n e w  l i n e  s t a b i l i t y  i n d e x   ( N L S I _ 1)  pr op os e d  i n  [2 0 ]   a s  t h e   v o l t a g e  s t a b i l i t y  i n d i c a t o r .     T he  e f f e c t i ve n e s s  of  t he  p r o p os e d a p pr oa c h  i s  de m o ns t r a t e d t hr o ug h  vol t a ge  c ol l a p s e  p r e di c t i on  on t he  I E E E   14 - bus  s ys t e m   a nd t he  N i ge r i a n 3 3 0k V  2 8 - b u s sy st e m.   Th e  r e s t  o f  t h e   p a p e r  i s   or ga ni z e d   a s  f o l l o w s :  S e c t i o n   t w o   g i v es  a r e v i ew   o f  t h e  N L S I _ 1 .  S ect i o n   t h r e e   o u t l i n e s  t h e   p r o p o s e d  m e t h o d o l o g y .  S i m u l a t i o n   r e s u l t s  a r e   pr e s e nt e d   i n  s e c t i o n   f ou r ,   an d   s e c t i o n   f i v e   co n cl u d es   t h e  p a p er .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r y  2 02 1  :    124   -   1 32   1 26   2.   TH E  N EW   LI N E  S T A BI LI TY   I N D E X   ( N L S I_ 1 )   S t a t i c  v o l t a g e   s t a b i l i t y  a n a l y s i s  i n v o l v e s  t h e  d e t e r m i n a t i o n  o f  a  s t a b i l i t y  i n d i c a t o r  s u c h   a s  P - V  a nd   Q - V  c u r ve s ,  e i ge n va l ue s   de c om po s i t i on.  T he s e   i n d i cat o r s  g i v e a n  ap p r o x i m at e  v al u e   o f   t h e d i s t an ce o f     t h e   s y s t e m ' s   c u r r e n t   o p e r a t i n g   p o i n t   t o   v o l t a g e  co l l ap s e.   S o m e  o f   t h es e  i n d i cat o r s   r e q u i r e  t ed i o u s   an d   d i f f i cu l t   c om put a t i o n,  a nd  t hi s   ha s   m a de   t he m   un s ui t a bl e   f or   o nl i ne   vol t a ge   s t a bi l i t y  a na l ys i s   [2 1 ] .     T he  s ho r t c o m i ngs ,  a s  m e nt i o ne d e a r l i e r   on ,  of  s om e   of  t h e s e  i ndi c a t o r s ,  a r e  o ve r c om e  by  v o l t a g e   s t a b i l i t y  i n d i c e s  ( V S I s )   [2 2 ,  2 3 ] .   O n e   of  s u c h ind ic e s   i s  t he  NL S I _ 1  pr o pos e d  i n   [2 0 ] ,  w h o s e  v a l u e  f a l l s   b et w ee n   z er o   an d   o ne .   T he   b u s ,   w h os e   i nde x   va l ue   i s   t he   hi ghe s t   i n  t h e   s y s t e m ,   i s   l a be l l e d  t he   we a ke s t   bus   i n  t h e  s y s t e m .   T h e   N L S I _1  is  ob ta in e d f r om  t h e  c o m b i n a t i o n   o f  t h e  l i n e  s t a b i l i t y  i n d e x  ( L mn )  a nd th e  f a s t   vol t a ge   s t a bi l i t y  i n de x   ( F S V I )   t hr o ug h  a   bi na r y   s w i t c hi ng   f u nc t i on   ( σ ) ,   a s   s ho w n  i n  ( 1) .   T h e v al u e  o f     t he   s wi t c hi n g  f unc t i o n   σ   i s   de t e r m i ne d  by   t h e   m a gni t u de   o f   t he   a n gul a r   di f f e r e nc e   be t w e e n  t he   s e n di n g   a n d  r e c e i vi n g e nd   vol t a ge s .  T o  ex a m i n e  w h e t h e r  σ  i s  1  o r  0 ,  t h e  v a l u e s   o f  v o l t a g e  a n g l e  ( δ )  c o m p u t e d  f r o m     t h e   l o a d - fl o w p ro g ra m   i s   c o m p a re d   w i t h   a  t h r e s h ol d   va l ue   .       ( ) ( ) 1 1 s in 4 1 _ 2 2 2 1 2 ≤ − − = σ σ x x Z V Q N LSI   = 0 1 σ δ δ ≥ c c δ δ   ( 1)       3.   MA T E R I A L S   A ND   ME T H O DS   T he  pr o pos e d m e t ho d ol o gy   f or  v ol t a ge   c ol l a ps e  pr e di c t i on   i s   ba s e d o n  the   a r t i f i c i a l  n e u r a l  n e t w o r k .   T h e  a i m   o f  t h i s  i s  t o  p r e d i c t  t h e   p r o x i m i t y  t o   v o l t a g e  i n s t a b i l i t y  a n d   r a n k  t h e   r e s u l t a n t   v o l t a g e  c o l l a p s e   a c c or di n g t o  i t s   s e v e r i t y  i f  i t  o c c u r s .  T h i s  r e s e a r c h   pa pe r  p r o p os e s   a n onl i ne   v ol t a ge  s t a bi l i t y  a na l ys i s  m o de l   us i n g  t he   m ul t i l a ye r   pe r c e pt r o n  ne u r a l   ne t w o r k  ( ML P N N )   a nd   a   vol t a ge   s t a bi l i t y  i ndi c a t o r   c a l l e d  t he   n ew   l i n e   s t a b i l i t y   i n d e x   (N L S I _ 1 ).     3. 1.     G e n e r a t i on   of   t r ai n i n g  d at a   T he  ge ne r a t i o n  o f  t he  a p pr o pr i a t e  t r a i ni n g  da t a  i s   of   ut m os t  i m p or t a n c e  i n  t he   de ve l opm e nt   a n d  de pl oy m e nt   of  a ny  m a c hi ne  l e a r ni n g s ol u t i ons .  F o r  ne u r a l  ne t w or ks  t o c o r r e c t l y  p r e di c t  t he  o ut p ut  of     a  s ys t e m ,  t he  t r a i ni n g  da t a   us e d s h oul d  r e p r e s e nt  a  b r oa d  s pe c t r um  o f  op e r a t i ng   p oi nt s  of   t he  p r o bl e m   be i ng   c on s i de r e d.  I n  t hi s   pa pe r ,  a  c o ns i de r a bl e   nu m be r   o f  t r a i ni ng   da t a  i s   got t e n   vi a  o f f - l i n e  p o w e r   s y s t e m   s i m u l a t i o n   u s i n g   t h e   f o l l o w i n g   p r o c e d u r e :     −   A  r a n ge  o f   op e r a t i ng  p oi nt s   i s  pr od uc e d  by  va r yi n g t he  r e a c t i v e  p ow e r  r a nd om l y a t   only  th e   l oa d b us e s   onl y  f r om   t he   ba s e   c a s e   va l u e   u nt i l   t he   vol t a ge   c ol l a ps e   oc c ur r e d .     −   F or  e a c h i np ut - out put  pa t t e r n ge ne r a t e d,   pr e - c o nt i n ge nc y l i ne   f l o w s  a r e  o bt a i ne d b y  pe r f o r m i n g     t he   Ne wt o n  R a phs o n  l oa d   f l o w   a na l ys i s .   −   F i n a l l y ,   f o r   ea ch   i n p u t - out put   pa t t e r n ,   t he   N L S I _ 1  i s   e va l ua t e d  t o   a s c e r t a i n  i f   t he   s ys t e m   i s   s t a bl e   or   n ot .     A  t o t a l   of  342 0  inpu t - out p ut  pa t t e r ns  w e r e  pr o duc e d   f or   t he   I E E E  14 -   bu s  s y s te m  a f te r   u s ing    t h e ab o v e p r o ced u r e;  t h at  i s  3 8 0  s a m p l es   p er  l o ad  b u s ,   an d  a t o t al   of  2 9, 450  inpu t - out put  pa t t e r n s   w er e   pr o duc e d   f or   t he  N NG  28 -   b us  s ys t e m   t ha t   i s  1 55 0   s a m pl e s  pe r   l oa d b u s .    T he  ge ne r a t e d da t a   s a m pl e s  pe r   l oa d  b us   we r e   c onc a t e na t e d   i n  a n  e xc e l   s pr e a ds he e t   t o  f o r m   t he   da t a s e t s   i n  t hi s   s t ud y.     3. 2.     S el ect i o n   o f   i n p u t   f ea t u res     I n p u t  f eat u r e s el ect i o n  i s  a  v i t a l  a s p e c t  i n  t h e  d e v e l o p m e n t  o f  a n  e x c e l l e n t  a r t i f i c i a l  n e u r a l  n e t w o r k   m o de l .  I n t hi s  pa pe r ,  i n p ut  f e a t ur e s  we r e   s e l e c t e d ba s e d  on t he  r e qui r e d va r i a bl e s   n e e de d t o c o m put e     t h e N L S I _ 1 ,  a s  s een  i n   [2 4 ] .  T h es e  v ar i a b l es  ar e r eact i v e  p o w e r  f l o w i n g  t h e l i n e s  ( Q ) ,  s e n di n g e nd  vol t a ge   (V S ) ,   i m p e d a n c e   (Z ),   l i n e   re a c t a n c e   ( X) ,   t ra n s m i s s i o n   l i n e   a n g l e   (θ ),   d e l t a   (δ) ,   a n d   s wi t c h i n g   f u n c t i o n   (σ ).     3. 3.     D at a  n o r m al i z at i on     T h i s   r e s e a r c h  w o r k  u t i l i z e s   t h e   m i n - m a x  d a t a  n o r m a l i z a t i o n   to  im p r ove   t r a i n i n g  t i m e ,  m i n i m i z e     t h e s i ze  o f  t h e i n p u t  s p ace,  i n cr eas e t h e   r o b u s t n es s  o f   t h e i m p l em en t ed   n eu r al   n et w o r k s ,  a n d   r e d u ce     t h e ch a n ces  o f   e ndi ng up  i n  l o c a l  o p t i m a   [2 5 ] .   T he  i n put  da t a  i s  no r m a l i z e d be t we e n  z e r o a nd  o ne   us i n g     t he   e x p r e s s i o n  gi ve n  i n   ( 2) .     ( ) min m ax min X X X X X n − − =   (2 )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g     I S S N :  208 8 - 87 08       V o l t a g e   c o l l a p s e   p r e d i c t i o n   u s i n g   a r t i f i c i a l   ne u r al   n e t wo r k   ( S am ue l  I s aa c )   1 27   3. 4.     Mu l t i - l a y er  p ercep t ro n   n eu ra l   n et w o r k   (M L P N N )   ML P N Ns  a r e   a  ki nd   of  f e e d - fo rw a r d   a r t i f i c i a l   n e u r a l  n e t w o r k s ,   w h i c h  c o n s i s t s  o f   a t  l e a s t   t h r e e   l a y er s :   a n  i n put la y e r ,  on e  or   m or e   h idd e n la y e r   ( s ) ,   a nd  a n ou t pu t la y e r ,  a s  s how n in F igu r e   2 .   I n  m u l t i l a y e r   pe r c e pt r on   ne u r a l  ne t w o r ks ,  t he   ne ur on s  i n t he  i np ut  l a ye r   a r e  i nt e r c o n ne c t e d a nd  e xc i t e d  w i t h t he  i np ut   da t a   w i t h m ul t i pl e   we i g ht s  a nd  bi a s e s  c o n ne c t e d  t o e a c h  ne ur o n.   T he  we i ght e d s um  o f  t he   i n put s  i s  t he n  pa s s e d t o   t he  hi d de n l a y e r ,  w he r e   t he y a r e  t r a ns f or m e d t hr o ug h t he   us e  o f  a c t i va t i on  f u nc t i o ns .  T he n  f i na l l y ,  t he  out pu t   l a ye r   pr e s e nt s   t he  o ut p ut  o f  t he  ne u r a l  ne t w or k b y c ha ngi n g t he   hi d de n l a ye r  a c t i va t i o ns  i nt o w ha t e ve r   s c a l e   t he   o ut p ut   r e q u i r e d  t o be .           F ig ur e   2.   B as i c  l ay er s   o f   a n   M L P N N       4.   R E S U L T S   A ND   DI S C U S S I O N   T h i s  s e c t i o n  p r e s e n t s  t h e  r e s u l t s  o b t a i n e d  f r o m  t h e  s i m u l a t i o n s  c a r r i e d   o u t   o n  t h e   I E E E  1 4 - b u s  s ys t e m  a nd t h e  N i ge r i a n  28 - bus  s ys t e m .  F or   b ot h t e s t  s y s t e m s ,  ba s e  c a s e  a n d c o nt i n g e nc y a na l ys e s   we r e   c o ndu c te d,  a n d  A NN  m o de l s  we r e  de ve l o pe d   in M A T L A B ' s  n e u r a l ne tw or k  too lbox ,   t o   p r e d i c t  v o l t a g e   co l l ap s e  i n   t h e   s y s t em s .   T h e  d et ai l s   o f   t h e  A N N   m o d el s   d e v el o p ed   ar e   a l s o  gi ve n  a s   f ol l ows :     4. 1.     V ol t a ge   c ol l ap s e   p r e d i c t i on   on   i e e e   14 - bus   S Y S T EM   V ol t a ge  c ol l a p s e  pr e di c t i on  f or  l oa d  b us e s   i n t he  I E E E   1 4 - bu s  n e t w or k w a s   c a r r i e d o ut   us i ng   an   M L PN N .   T he   de ve l ope d   ML P N N   ha s   one  i np ut  l a ye r ,  t w o  hi dde n  l a ye r s ,  a n d  a n  o ut p ut   l a ye r .  T a bl e   1   s h o w s  t h e n eu r al   ne t w o r k  pr e di c t i o n  f or   b as e  cas e   a n a l y s i s , a n d  fo r  c om pa r is o n   pu r pos e ,  t h e ac t u al  i n d ex   v al u es  ar e   a l s o   g i v e n .   F r o m   t h e   t a b l e ,   i t   i s   s e e n   t h a t   a l l   t h e   b u s e s   a n d   i n t e r c o n n e c t e d   l i n e s   i n   t h e   I E E E   1 4 - bu s   s ys te m   a r e   s t a b l e ;  a s   i ndi c a t e d b y a n i nde x  va l ue   b ei n g  b e low   T a bl e  1.   Th e  r e su l t s   a ls o  s how   t he  ne gl i gi bl e  e r r or   b e t w e e n   t h e   a c t u a l   w i t h   t h e   pr e di c t e d  i nde x  v a l ue s .       T ab l e  1 .   C o m p ar i s o n   o f   b as e   cas e  act u al   w i t h   t h e   p r e di c t e d   i nde x  va l ue s   Ba se  Ca se   F ro m   To   Actu al v alu e*   Pr ed icted  v alu e   Erro rs   State   1   2   0. 0279 5   0. 0279 4   0. 0000 1   Stab le   1   5   0. 0897 1   0. 0896 8   0. 0000 3   Stab le   2   3   0. 0104 3   0. 0104 6   - 0. 00003   Stab le   2   5   0. 0173 9   0. 0095 4   0. 0078 5   Stab le   5   6   0. 0269 8   0. 0269 6   0. 0000 2   Stab le   6   11   0. 1023 9   0. 1024 2   - 0. 00002   Stab le   6   12   0. 0108 6   0. 0108 9   - 0. 00003   Stab le   6   13   0. 0772 9   0. 0773 1   - 0. 00002   Stab le   7   8   0. 1610 8   0. 1611 3   - 0. 00005   Stab le   7   9   0. 0920 7   0. 0923 9   - 0. 00032   Stab le   9   10   0. 0571 2   0. 0568 5   0. 0002 7   Stab le   9   14   0. 0361 8   0. 0328 2   0. 0033 6   Stab le   10   11   0. 0562 3   0. 0555 4   0. 0006 9   Stab le   12   13   0. 0688 2   0. 0713 8   - 0. 00256   Stab le   13   14   0. 0766 2   0. 0768 4   - 0. 00022   Stab le     *A dopt e d f r om   ( S am u el et  al. ,  2 0 1 7 )       T ab l e 2   p r es e n t s  t h e a ct u al  a n d   p r e d i ct ed  i n d ex   v al u e s  at   m ax i m u m   r eact i v e  p o w e r  l o ad i n g  f o r  eac h   of  t he  l oa d  b us e s ,  a l o n g  w i t h t he  r a n ki n g  o f  t he  c o nt i nge nc i e s  a n d  t he  s t a t e s   of  t he  l i ne s  ba s e d  o n     t he  p r e di c t e d i nde x  va l ue   f r o m  m o s t  c r i t i c a l  t o  l e a s t  c r i t i c a l .   F r o m  t h e  t a b l e ,  t h e  e r r o r   w h i c h  e x i s t s   b e t w e e n   t he  a c t ua l  a n d  p r e di c t e d i nd e x  va l ue s  i s   m i ni m a l ,   w hi c h  va l i da t e s  t h e  p r o p os e d a p pr oa c h.   T he  r e s ul t s   obt a i ne d  f r o m   t he   de ve l o pe d  ML P N N   c on f i r m   t h os e   o bt a i n e d  b y   [1 ,   2 0 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r y  2 02 1  :    124   -   1 32   1 28   T ab l e  2 .   C o m p a r i s o n   o f   a c t u a l   w i t h   t h e  p r e d i c t e d   ind e x  va lue s   a t  m a x im um   lo a d - a b i l i t y     F ro m   To   Actu al v alu e *   Pr ed icted  v alu e   R an k **   State **   M Var  L o ad in g *   Bu s 4   3   4   0. 9473 5   0. 9473 2   1   C r itical   Q = 3 6 1     2   4   0. 9314 9   0. 9314 5   2   C r itical     4   7   0. 4752 9   0. 4753 9   3   Stab le     4   5   0. 4454 6   0. 4454 8   4   Stab le     4   9   0. 3875 5   0. 3874 7   5   Stab le   Bu s 5   1   5   1. 0916 4   1. 0919 1   1   C o llap s ed   Q  =  352. 5     5   6   0. 8805 5   0. 8805 0   2   C r itical     2   5   0. 8637 3   0. 8637 3   3   C r itical     4   5   0. 3773 7   0. 3773 9   4   Stab le   Bu s 7   7   8   0. 9938 4   0. 9938 8   1   C r itical   Q  =  165. 5     4   7   0. 7167 7   0. 7152 4   2   Str es s ed     7   9   0. 1924 9   0. 1908 1   3   Stab le   Bu s 9   4   9   1. 0006 6   0. 9985 7   1   C r itical   Q  =  152. 5     7   9   0. 6134 4   0. 6119 2   2   Str es s ed     9   10   0. 2150 9   0. 2168 4   3   Stab le     9   14   0. 4764 4   0. 4769 7   4   Stab le   Bu s 1 0   10   11   0. 9564 4   0. 9585 0   1   C r itical   Q =  121. 8     9   10   0. 6037 7   0. 5693 4   2   Str es s ed   Bu s 1 1   6   11   0. 9269 4   0. 9270 4   1   C r itical   Q  =  103. 8     10   11   0. 4481 5   0. 4530 6   2   Stab le   Bu s 1 2   12   13   1. 0660 7   1. 0660 7   1   C o llap s ed   Q = 7 8 . 9     6   12   0. 7622 2   0. 7622 1   2   C r itical   Bu s 1 3   6   13   0. 9258 5   0. 9258 3   1   C r itical   Q  =  151. 8     12   13   0. 6339 5   0. 6341 3   2   C r itical     13   14   0. 5445 3   0. 5428 7   3   C r itical   Bu s 1 4   13   14   0. 9233 8   0. 9233 9   1   C r itical   Q = 7 4 . 6     9   14   0. 8623 2   0. 8623 3   2   C r itical   *A dopt e d f r om   ( S am u el et  al. ,  2 0 1 7 )   * * B as ed  o n  th e p r ed icted  v alu e       T ab l e 3   s h o w s  t he  r a nki n g o f  bu s e s  i n t he  I E E E - 14  b us  s y s t e m  i n a s c e nd i ng  or de r  f r o m  w e a k e s t  t o   s t r o n g e s t .  F r o m  t h e  t a b l e ,  b u s   1 4   w a s  i d e n t i f i e d   a s  t h e   w e a k e s t  b u s  i n  t h e  s y s t e m   w i t h  a  r e a c t i v e  p o w e r   m a r gi n   o f  7 4. 5 M V a r   a nd  a   pe r c e nt a ge  c ha n ge   of  38 . 3 0%   i n   t h e  v ol t a ge  m a g ni t ude .  T h i s  ch o i ce w as   i n f o r m e d  b y  t h e  c r i t e r i o n  l i s t e d  i n   [2 6 ] .  T he   r e s ul t s   ob ta in e d by   t h e  de ve l ope d  n e ur a l  ne t w o r k   ar e   i n   a gr e e m e nt   wi t h  t h os e   o bt a i ne d  b y  t h e   a u t h o r s   i n   [1 ,   1 3 ,  1 5 ,  1 8 ,   1 9 ,   2 7 ].       T ab l e  3 .   B us   r a nki ng  i n  t he   I E E E   1 4 - bu s   sy st e m   L oa d B us  N o   F ro m   To   Q m ax   Pr ed icted  v alu e   R a nki ng   14   13   14   74. 6   0. 9233 9   1   12   12   13   78. 9   1. 0660 7   2   11   6   11   103. 8   0. 9270 4   3   10   10   11   121. 8   0. 9585 0   4   13   6   13   151. 8   0. 9258 3   5   9   4   9   152. 5   0. 9985 7   6   7   7   8   165. 5   0. 9938 8   7   5   1   5   352. 5   1. 0919 1   8   4   3   4   361   0. 9473 2   9       I t w a s  a ls o  o bs e r v e d  t h a t   b u s e s  w i t h  m a n y  i n t e r c o n n e c t e d  l i n e s  t e n d  t o  h a v e   h i g h e r   r e a c t i v e  p o w e r   m a r gi ns   a n d t hi s  i s   be c a us e ,  wi t h  m o r e  l i n e s ,  a n y i nc r e a s e  i n r e a c t i ve  p ow e r  c a n  be  a pp o r t i one d a m on gs t     t h e  l i n e s   [ 1,  19,  2 0] .   W i t h  t he  de ve l ope d  ne ur a l  ne t wo r k  m o de l ,   b e i n g  pr opo s e d in t h is  p a p e r ,   a n R - v al u e o f   0. 99 7 45 a n d a n M S E  v a l ue  o f  2. 1 82 4 15   × 10 − 5   w er e   ob t a i n e d  a f t e r  c r o s s - va l i da t i on  w a s  c a r r i e d  out  t o  s ol ve   t he   i nhe r e nt   s t a bi l i t y  pr obl e m   f a c e d   b y  A N N .   W he n   c o m pa r e d   wi t h   t h e   r e s ul t s   o bt a i n e d  i n   [1 9 ] ,   t he   pr o pos e d   a pp r oa c h   wa s   f ou n d  t o   be   s up e r i or   i n  t e r m s   o f   be t t e r   a c c ur a c y  a nd   ge ne r a l i z a t i on  of   t he   d e ve l o p e d  m o d el .     4. 2.     V ol t a ge   c ol l ap s e   p r e d i c t i on   on   N N G   28 - b u s  sy st e m   V ol t a ge  c ol l a p s e  pr e di c t i o n f or  l oa d  b us e s   i n  t he   N N G  3 3 0k V  28 - bus  ne t w o r k  w a s  c a r r i e d o ut   us in g  a n ML P N N .  Th e   de ve l ope d  ML P N N  ha s  o ne  i n p ut  l a ye r ,  t hr e e   hi d de n l a ye r s ,  a nd t he   out put  l a ye r .  T ab l e  4   pr e s e nt s   t he   p r e di c t e d  i nd e x   va l ue s   us i n g  t h e   de ve l o pe d  M L P N N   m o de l   fo r  b as e  ca s e   an a l y s i s ,   an d   t h e  act u al   i nde x  va l ue s   a r e   a l s o  s h ow n   f or   c om pa r i s o n .   It   i s   o b s e rv e d   fr o m   T ab l e  4 ,   t h at   al l   t h e  b u s e s  an d   i n t e r co n n ect ed   l i n e s   i n   t h e   n e t w o r k   a r e   s t a b l e ,   as   i n d i cat ed   b y   t h e   i n d ex   v al u es   t h at   ar e  be l ow .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g     I S S N :  208 8 - 87 08       V o l t a g e   c o l l a p s e   p r e d i c t i o n   u s i n g   a r t i f i c i a l   ne u r al   n e t wo r k   ( S am ue l  I s aa c )   1 29   T ab l e  4 .   C o m p ar i s o n   o f   b as e   cas e  act u al   w i t h   t h e   p r e di c t e d   i nde x  va l ue s   Ba se  Ca se   F ro m   To   Actu al v alu e*   Pr ed icted  v alu e   Erro rs   State   3   1   0. 0341 2   0. 0322 9   0. 0018 4   Stab le   4   5   0. 0560 8   0. 0551 3   0. 0009 5   Stab le   1   5   0. 2160 2   0. 2158 4   0. 0001 8   Stab le   5   8   0. 3479 7   0. 3478 1   0. 0001 7   Stab le   5   9   0. 1373 7   0. 1372 9   0. 0000 8   Stab le   5   10   0. 0815 5   0. 0806 5   0. 0009 0   Stab le   6   8   0. 0229 1   0. 0229 6   - 0. 00004   Stab le   2   8   0. 1260 3   0. 1266 2   - 0. 00059   Stab le   2   7   0. 0122 0   0. 0124 2   - 0. 00022   Stab le   7   24   0. 0155 7   0. 0155 6   0. 0000 1   Stab le   8   14   0. 1876 9   0. 1884 9   - 0. 00080   Stab le   8   10   0. 1684 7   0. 1686 3   - 0. 00016   Stab le   8   24   0. 1568 7   0. 1564 6   0. 0004 0   Stab le   9   10   0. 1387 1   0. 1387 3   - 0. 00001   Stab le   15   21   0. 3091 3   0. 3083 4   0. 0007 9   Stab le   10   17   0. 0624 7   0. 0619 0   0. 0005 8   Stab le   11   12   0. 1481 4   0. 1481 7   - 0. 00004   Stab le   12   14   0. 1547 8   0. 1541 6   0. 0006 2   Stab le   13   14   0. 1804 8   0. 1805 3   - 0. 00005   Stab le   16   19   0. 2675 7   0. 2672 4   0. 0003 3   Stab le   17   18   0. 0108 5   0. 0109 9   - 0. 00014   Stab le   17   23   0. 1889 0   0. 1890 4   - 0. 00014   Stab le   17   21   0. 0523 7   0. 0514 1   0. 0009 5   Stab le   19   20   0. 1244 7   0. 1245 3   - 0. 00006   Stab le   20   22   0. 4181 8   0. 4180 9   0. 0000 9   Stab le   20   23   0. 3039 4   0. 3036 4   0. 0003 0   Stab le   23   26   0. 1438 8   0. 1431 0   0. 0007 7   Stab le   12   25   0. 2550 9   0. 2550 7   0. 0000 2   Stab le   19   25   0. 0308 6   0. 0310 3   - 0. 00017   Stab le   25   27   0. 2162 7   0. 2167 0   - 0. 00043   Stab le   5   28   0. 2062 6   0. 2063 2   - 0. 00006   Stab le   *A dopt e d f r om   ( S am u el et  al. ,  2 0 1 9 )       T ab l e  5   ( s e e  i n  a p pe nd ix)   p r es en t s  t h e  a c t u a l  w i t h  t h e   p r e d i ct ed  i n d e x   v al u es  at   m ax i m u m  r eact i v e   po w e r  l oa di n g  f o r  e a c h  of  t he  l oa d  bus e s .   T he   r e s ul t s   o bt a i ne d  i n di c a t e  t he  a bi l i t y o f  t h e  p r o p os e d  a p pr oa c h  t o pr e di c t  vol t a ge   c ol l a ps e   i n m o r e   co m p l ex   t es t  n et w o r k s .  T h es e  r es u l t s  ar e  v al i d at ed   b y  t h o s e  o b t ai n e d    i n   [ 1,   28 ] .   T a b l e   6   s ho ws   t he   r a nki ng  o f   b us e s   i n  t he   NN G - 28  b us   s ys t e m   i n  a s c e n di n g  o r de r   f r o m   w e a ke s t   t o  s t r o n g e s t .  F r o m  t h e  t a b l e ,  b u s   1 6   w a s  i d e n t i f i e d   a s  t h e   w e a k e s t  b u s  i n  t h e  s y s t e m   w i t h  a  r e a c t i v e  p o w e r   m a r gi n  of  1 3 9. 5  MV a r  a n d a   pe r c e nt a g e  c ha n g e   of  3 2. 06 %   i n   t h e   v o l t a g e   m a gni t u de   a s   i t  s a t i s f i e s     t h e  c r i t e r i o n  l i s t e d  i n   [2 6 ] .   T he   r e s ul t s  o bt a i ne d   by  t h e  p r o p os e d a p pr oa c h a gr e e s  w i t h  t h os e   o bt a i ne d     i n  [ 1,  28 ] .  A n   R - va l ue  o f   0. 99 8 9 a n d a n  MS E   va l ue  o f  1. 25 2 7 × 10 − 7   w er e o b t ai n ed   u s i ng  t he   de ve l o pe d  n eu r al   n et w o r k   m o d el   a f t er   c r o s s - va l i da t i o n w a s   do ne .       T ab l e  6 .   B us   r a nki ng  i n  t he   N N G   2 8 -   bu s   s ys te m   L oa d B us  N o   F ro m   To   Q m ax   Pr ed icted  v alu e   R a nki ng   16   16   19   139. 5   1. 0576 2   1   15   15   21   199. 9   0. 9882 2   2   22   20   22   202. 6   0. 9858 0   3   19   16   19   232. 5   1. 0001   4   6   6   8   273. 8   0. 9824 7   5   13   13   14   384. 5   0. 9834 0   6   20   20   23   418. 9   0. 8460 0   7   25   12   25   462. 7   0. 9299 1   8   26   23   26   632   1. 0020 7   9   14   8   14   656. 3   0. 9834 0   10   9   9   10   778. 8   1. 2379 8   11   10   10   17   832. 5   0. 8964 7   12   4   4   5   1881. 9   1. 0100 0   13   8   8   24   2073. 9   0. 9806 0   14   5   5   28   2438. 9   1. 0011 9   15   7   24   7   2565. 9   0. 9415 32   16   12   11   12   2572. 5   0. 8871 45   17   3   3   1   3948. 5   0. 9989 0   18   17   17   23   5639. 2   0. 9819 2   19     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r y  2 02 1  :    124   -   1 32   1 30   5.   C O N CL U S I O N   T hi s   pa pe r   p r e s e nt e d  a n  A N N - ba s e d  o nl i ne   vol t a ge   c ol l a p s e   pr e di c t i on  u s i ng  t he   Ne w   L i n e   S t a b i l i t y   I n de x ( NL S I _ 1) .  S i m ul a t i o n s  w e r e  c a r r i e d  out   on t he  I E E E  1 4 - b u s s y st e m ,   a nd  the  N ig e r ia n  330  kV ,     th e  28 - bu s   s y s t em  an d  t he  r e s ul t s  i ndi c a t e  t ha t  t he  p r o p os e d m ul t i l a ye r  pe r c e pt r o n  n e ur a l   ne t w or k - ba s e d  ap p r o ach  co u l d  acc u r at el y  p r ed i ct  t h e  p re   an d   po s t - c o nt i n ge nc y N L S I _1   i nde x va l ue s  un de r   v a r i o us  r e a c t i ve   po w e r  l oa di n g.  T he  r e s ul t s  a l s o s u gge s t  t ha t  t he r e  i s  a n a g r e e m e nt  be t w e e n t h e  a c t ua l   a nd  p r e di c t e d i nde x  va l ue s   o bt a i ne d b y c o nve nt i ona l   AC  l oa d  f l o w  a n d t he  p r o p os e d  A N N   a pp r oa c h .  T he s e  r es u l t s  ar e f u r t h er   v a lid a te d  by   t ho s e   f oun d  in  pr e v iou s  r e s e a r c h   w or k.       A C K N O W L E D G E ME NT S     T he   a ut h or s   w oul d  l i ke   t o  a c kn o wl e d ge   a nd   a pp r e c i a t e   t he   C ove na nt   U ni v e r s i t y  C e n t r e   f o r   R es ea r c h ,   I nno v a tion ,   a nd   D i s co v er y   f o r   t he i r   s up p or t   t ow a r ds   p u bl i s hi n g  t hi s   r e s e a r c h  wo r k.         A P P E N DI X       T ab l e  5.   C om p a r i s o n  of   a c t ua l   wi t h  t he   p r e d i c t e d   i n d e x   v a l u e s   a t   m a x i m u m   l o a d -   a b i l i t y     F ro m   To   Actu al v alu e *   Pr ed icted  v alu e   R an k **   State **   M Var  L o ad in g *   Bu s 3   3   1   0. 9993 0   0. 9989 0     C r itical   Q  =  3948. 5   Bu s 4   4   5   1. 0249 2   1. 0100 0     C o llap s ed   Q =  1881. 9   Bu s 5   5   28   1. 0020 8   1. 0011 9   1   C o llap s ed   Q =  2438. 9     1   5   1. 0072 1   0. 9108 5   3   C o llap s ed     5   8   1. 3342 5   1. 3056 9   2   C o llap s ed     5   10   0. 5331 6   0. 5008 9   4   Stab le     4   5   0. 0895 9   0. 0809 49   5   Stab le     5   9   0. 0042 9   0. 0040 2   6   Stab le   Bu s 6   6   8   0. 9967 5   0. 9824 7     C r itical   Q  =  273. 8   Bu s 7   7   24   0. 9570 8   0. 9415 32   1   C r itical   Q  =  2565. 9     2   7   0. 7756 1   0. 7166 75   2   C r itical   Bu s 8   8   24   0. 9992   0. 9806 0   1   C r itical   Q =  2073. 9     2   8   0. 9132 3   0. 9163 7   2   C r itical     8   10   0. 6840 6   0. 6042 1   4   Str es s ed     5   8   0. 5923 8   0. 5972 6   3   Stab le     8   14   0. 1294 5   0. 0999 2   5   Stab le     6   8   0. 0372 3   0. 0216 5   6   Stab le   Bu s 9   9   10   1. 0578 4   1. 2379 8     C o llap s ed   Q =  778. 8   Bu s 1 0   10   17   0. 9096 5   0. 8964 7   1   C r itical   Q =  832. 5     8   10   0. 8320 7   0. 6345 1   2   C r itical     5   10   0. 5562 4   0. 5043 4   3   Stab le     9   10   0. 1453 7   0. 1173 5   4   Stab le   Bu s 1 2   11   12   0. 9821 7   0. 8871 45   1   C r itical   Q =  2572. 5     12   14   0. 3006 0   0. 2081 19   2   Stab le     12   25   0. 0660 9   0. 1933 31   3   Stab le   Bu s 1 3   13   14   0. 9949 4   0. 9834 0     C r itical   Q =  384. 5   Bu s 1 4   8   14   0. 9724 7   0. 9898 7   1   C r itical   Q =  656. 3     12   14   0. 9972 3   0. 9408 7   2   C r itical       13   14   0. 3392 7   0. 3616 38   3   Stab le     Bu s 1 5   15   21   0. 9779 7   0. 9882 2     C r itical   Q =  199. 9   Bu s 1 6   16   19   1. 0143 9   1. 0576 2     C o llap s ed   Q =  139. 5   Bu s 1 7   17   23   0. 9989 0   0. 9819 2   1   C r itical   Q  =  5639. 2     17   21   0. 6343 3   0. 5379 3   2   Stab le     17   18   0. 4986 7   0. 4049 5   3   Stab le     10   17   0. 3091 7   0. 3459 0   4   Stab le   Bu s 1 9   19   16   0. 9999 9   1. 0001   1   C r itical   Q =  656. 3     19   20   0. 8044 2   0. 7998 7   2   C r itical     19   25   0. 4620 3   0. 4468 9   3   Stab le   Bu s 2 0   20   23   0. 8665 2   0. 8460 0   1   C r itical   Q =  418. 9     20   22   0. 8158 5   0. 8060 4   2   C r itical     19   20   0. 0026 5   0. 0019 4   3   Stab le   Bu s 2 2   20   22   0. 9968 1   0. 9858 0     C r itical   Q =  202. 6   Bu s 2 5   12   25   0. 9297 1   0. 9299 1   1   C r itical   Q = 462. 7     25   27   0. 2629 2   0. 5495 78   2   Stab le     19   25   0. 6978 7   0. 1322 7   3   Stab le   Bu s 2 6   23   26   1. 0022 7   1. 0020 7     C o llap s ed   Q =  632   *A dopt e d f r om   ( S am u el et  al. ,  2 0 1 9 )   * * B as ed  o n  th e p r ed icted  v alu e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g     I S S N :  208 8 - 87 08       V o l t a g e   c o l l a p s e   p r e d i c t i o n   u s i n g   a r t i f i c i a l   ne u r al   n e t wo r k   ( S am ue l  I s aa c )   1 31   R EF ER E N C ES   [1]   I.  A .  S a m ue l ,  " A  N e w  V ol t a ge  S t a bi l i t y Ind e x  F or P re di c t i ng  V ol t a ge  Col l a ps e  In E l e c t ri c a l  P ow e r S ys t e m   Ne t wo rks , "   Cov e nant  U ni v e r s i t y ,   2017 .   [2]   P .   T .   S on  a nd  N .   V oropa i ,   " T he   M a j or  O ut a g e   i n  S out h   V i e t na m   i n   2013 :   T he   N a t ure   of   Bl a c kout ,   S e c ur i t y   M e a s ure s   a nd S t ra t e gy  of  N a t i on a l   P ow e r S ys t e m  M ode rni z a t i on, "   Int e r nat i onal  C onf e r e nc e  on  P r obl e m  o f  Cr i tic a l   S t ru c t u re s,   p p.  17 7 - 182,  2015 .   [3]   O .  P .  V e l oz a   a n d F .  S a nt a m a ri a ,  " A na l ys i s  of  m a j or  bl a c kout s  fr om  2003   t o  201 5:  C l a s s i fi c a t i on  of  i n c i d e nt s   a n d  r ev i ew  o f  m ai n  c au s es ,"   T h e E l ec t r i ci t y Jo u r n a l ,   vo l .  2 9,  n o.  7,  p p.   4 2 - 49,  2016 .   [4]   Y . K . Wu , S . M .  C h an g ,  an d  Y .  L .  H u,  " L i t e ra t ur e  Re vi e w  of P o w e r S ys t e m  Bl a c kout s , "   E n er g y  P r o ced i a,   vol .  1 41,   pp.  428 - 431 ,  20 17.   [5]   B.   L i u ,  B.  Z hou ,  D .  J i a ng,  Z .  Y u ,  X .  Y a ng,   a nd   X .  M a ,  " D i s t ri b ut e d  A c c o m m od a t io n  f o r  D is tr ib u te d  G e n e r a tio n -   F rom  t he  V i e w  of P ow e r S ys t e m  Bl a c kou t s , "   A dv anc e s  i n G r e e n  E ne r gy  S y s t e m s  and Sm ar t  G r i d.  Spr i nge r ,   Si ngapor e ,   vo l .  925,   pp .  236 - 24 6,  2018 .   [6]   H . H aes  A l h el o u , M .  H am ed an i - G ol s ha n,   T .  N j e nda ,  a nd  P .  S i a no,  " A  S urv e y  on P ow e r S ys t e m  B l a c kou t   a n d  Ca s c a di ng  E v e nt s :  Re s e a r c h M ot i va t i ons   a nd Ch a l l e nge s , "   E n er g i es ,   vol .  12,  no.  4 ,  2019.   [7]   P .  K undur,   " Po w e r S ys t e m  S t a bi l i t y A nd Con t rol , "   M c Gra w - H ill,  I n c . ,   1994.   [8]   S .  S a hu,  S .  Re d dy,  a nd S .  K um a r,  " N e w  V ol t a g e  S t a bi l i t y Ind e x  (N V S I) for V ol t a ge  S t a bi l i t y A na l ys i s  i n P ow e r   S y s te m, "   I n t .  J.   E l e ct r .  E l ect r o n .  E n g .  R es .,   vol .   2,  pp .  13 - 20 ,  20 12.   [9]   M .  Be i ra gh i  a nd  A .  M .  Ra nj b a r,   " O nl i ne  V ol t a g e  S e c uri t y A s s e s s m e nt  Ba s e d on  W i de - A r e a M ea s u r em en t s ,"   I E E E   T r ans .  P owe r   D el i v. ,   vol .  28 ,  no .  2,  pp.  989 - 997,  2013 .   [10]   J .  X u,  C.  Re n ,   W .  Q i n ,  X .  H a n,  a nd P .   W a ng ,  " V ol t a ge  s t a bi l i t y  a na l ys i s  ba s e d  on a da p t i ve  fuz z y l ogi c  c ons i d e ri ng   lo a d  f lu c tu a tio n , "   IE E E  Int e r nat i onal  Conf e r e nc e  on P ow e r S y st e m T e c h n o l ogy  ( P O WE R CO N) ,  pp .  1 - 5 ,  2016 .   [11]   S .  B.  P a nda  a n d S .  Cha uha n ,  " V ol t a ge  Co l l a ps e  P re di c t i on By  N e uro - F uz z y ( A N F IS )  S c he m e , "   I n t . J . E l e c t r .  E l e c t r on.   D at a Com m un. ,   vol .  2 ,  no .  10 ,  pp .   12 - 16,  2014 .   [12]   K . S . S a j an , V .   K u m ar ,  an d  B .  T y ag i , " G en e t i c  a l gori t h m - ba s e d   s upport  ve c t or  m a c h i ne   for onl i ne  vol t a ge  s t a b i l i t y   m oni t ori ng , "   I n t .  J.  E l ec t r .  P o w er  E n er g y  S ys t .,   vo l .  73 ,  pp .  200 - 20 8,  2015 .   [13]   A . K . S h ar m a,   A . S ax en a , B . P .  S o n i , an d  V . G u p t a,  " V o l t ag e s t ab i l i t y  as s es s m e n t  u s i n g  ar t i f i ci a l  n eu r al  n et w o r k ,"   IE E MA  E ngi n e e r  Inf i ni t e  Con f er en ce  ( eT e ch N xT ) ,   p p.  1 - 5,   2018 .   [14]   D .  D e v a ra j   a nd  J .  P re e t ha  Ros e l yn,  " O nl i n e  vol t a ge  s t a bi l i t y   a s s e s s m e nt  us i ng r a di a l  ba s i s  func t i on ne t w ork m od e l   w i t h re du c e d  i np ut  fe a t ur e s , "   I n t . J. E l ect r .   P o w er  E n er g y  S ys t . ,   v ol .  3 3,  n o.  9,  p p.  15 5 0 - 1555,  2011 .   [15]   O . P . R ah i ,  A .  K . Y ad av , H .  M al i k ,  A . A z ee m ,  an d  K .  B h u p es h , " P o w er  s y s t em  v o l t ag e s t ab i l i t y   as s es s m en t   t hrough  t h e  a r t i f i c i a l  ne ur a l  ne t w ork, "   P r oc e di a  E ng. ,   vol .  30,  no.   2011,  pp .  53 - 60 ,  2012 .   [16]   N .  A m i nudi n ,   et  al .,   " Ri s k of  V ol t a g e  Col l a ps e  U s i ng M ul t i - L ay e r  F eed - F orw a rd N e ura l   N e t w ork a nd  G e ne ra l i z e d   Re gre s s i on N e ur a l  N e t w ork, "   A p p l . M ech . M a t er . ,   vol .  793 ,  no .  M a y 2016,  pp.  483 - 488,  2015 .   [17]   T . - T .  N guye n,  " T he  ne ur a l  ne t w ork - ba s e d  c ont ro l  s ys t e m  of  di re c t  c urr e nt  m o t o r  dri v e r, "   Int e r nat i onal  J our nal  o f   E l e c t r i c a l  and  C om put e r  E ngi n e e r i ng (IJ E CE ) ,   vo l .  9,  n o.  2,   p p.  14 4 5 - 1452 ,  2019 .   [18]   V .   J a y a s a n k a r ,   N .   K a m ar aj ,  a n d   N .   V a n aj a,  " E s t i m at i o n  o f  v o l t a g e  s t a b i l i t y  i n d ex   f o r  p o w er   s y s t e m  em p l o y i n g  a r t i f i ci al   n e ur a l  ne t w or k t e c h n i que   a nd T C S C  pl a c e m e nt , "   N e ur oc om pu t i ng ,   vol .  7 3,   n o.  16 - 18,  pp .   30 0 5 - 30 11 ,  20 10 .   [19]   T.  P e te r  a n d  R .   P .  S a ji th ,  " V o l ta g e  s ta b ili ty  a s s e s s me n t in  p o w e r   s y s te ms  u s in g  A r tif i c ia l N e u r a l  N e tw o r k s , "   A nn u.   I n t . C o n f .  E m er g . R es .  A r ea s  M a g n . M a ch . D r i ve s , A I C E R A / i C M MD  2014  -   P r o c .,   pp.  1 - 6,  2014 .   [20]   I.  A .  S a m ue l ,  J .  K a t e nde ,  C .  O .  A .  A w os ope ,  a nd A .  A .  A w e l e w a ,  " P re d i c t i on  of V ol t a ge  Col l a ps e   i n  E l e c t r i c a l   P ow e r S ys t e m  N e t w orks  us i ng  a   N e w  V ol t a ge  S t a bi l i t y Ind e x, "   I n t . J.   A p p l . E n g .  R es .,   vol .  12 ,  pp .  190 - 199,  2017.   [21]   M .  H a s a ni  a nd   M .  P a rni a ni ,  " M e t hod of  c om bi ne d s t a t i c   a nd  dyna m i c  a n a l y s i s  of vol t a ge  c ol l a ps e  i n  vol t a ge   s ta b ili ty  a s s e s s me n t, "   P r oc .  IE E E  P owe r   E ng.  Soc .  T r ans m .  D i s t r i b.  Conf . ,   vol .  20 05,  pp .  1 - 6,  2 0 05 .   [22]   I.  K um a rs w a m y  a nd P .  Ra m a na re ddy,  " A na l ys i s  of V ol ta g e  S t a b ili ty  U s in g   L - Inde x M e t hod  I.  Int roduc t i on II .   F unda m e nt a l s  :   S i ngl e   G e n e ra t or   a nd  L oa d   S ys t e m , "   I n t .  J.  E l ec t r . E n g .,   vol .  4 ,  no .  4 ,  pp .  483 - 498 ,  2011.   [23]   M . M at h ew , S .   D . B ab u , P . S . V en k at ar am u ,  an d  M . S .  N ag ar aj ,   " E f f ect  o f   T C S C  o n  L i n e V o l t ag e  S ta b il ity  I n d ic e s   unde r S i ngl e   L i ne  O ut a ge  Cond i t i on, "   In t .   J .  In nov .  R e s .  E l e c t r .  E l e c t r on .  Ins t r um e nt at i on Con t r ol  E ng. ,   vol .  3 ,     no.  8 ,  pp .  101 – 1 05,  2015 .   [24]   H .  H .  G oh,  Q .   S .  Chua ,  S .   W .   L e e ,  B .  C.  K ok,  K .  C.  G oh,  a nd  K .  T .  K .   T e o ,   " E va l ua t i on  for   V ol t a ge  S ta b ili t y   Indi c e s   i n P ow e r  S ys t e m  U s i ng A rt i fi c i a l  N e ur a l   N e t w ork, "   P r oc e di a E ng . ,   vol .  11 8,  pp .  1127 - 113 6,  2015 .   [25]   N . M .  N aw i ,  W . H .  A t o m i ,  an d  M .  Z .  R eh m an ,  " T h e  E f f ec t  o f  D at a  P r e - pro c e s s i ng on O pt i m i z e d  T ra i ni ng  of   A rt i fi c i a l  N e ura l  N e t w orks , "   P r o ced i a  T e c hnol . ,   vol .   11 ,  pp .  32 - 3 9,  2013 .   [26]   M . S an ay e - pa s a nd a nd  A .  Re z a a e i - Z a r e ,  " Re vi e w  a nd  S i m ul a t i o n of  S t a t i c  Indi c e s  i n  D e t e c t i on   of P ro x imi ty  To   V ol t a ge  Col l a ps e , "   D e te c tio n  o f  Pr o x im it y  to  Vo l ta g e  C o lla p s e ,   2 003 .   [27]   C.  S ubra m a ni ,  S .  S e kh a r,  D .  M .   A run,  a nd  M .  J a gde s hkum a r,  " S i m ul a t i on  t e c hni q ue  for  vol t a ge  s t a bi l i t y A na l ys i s   a nd c on t i nge n c y ra nki ng  i n  pow e r   sy st e m s, "   Int e r nat i ona l  J our nal  of   R e c e nt  T r e nds  i n E ng i ne e r i n g,     v o l . 2 , n o . 5 , p p .  1 - 5,  2009 .   [28]   I .  A.  S a m u e l ,  J.   Ka t e n d e ,  C .  O.   A.  Awo so p e ,  A.  A.  Awe l e wa ,  A.   I .  A de ki t a n,  a n d F .  A .  A gbe t uy i ,  " P ow e r s ys t e m   vol t a g e  c ol l a ps e   pre di c t i on us i ng  a  ne w  l i n e  s t a bi l i t y i nde x (N L S I - 1):  A  c a s e  s t udy  of t he  330 - kV  N i ge ri a n N a t i on a l   G ri d, "   Int e r nat i o nal  J our nal  of  E l e c t r i c al  and  Co m put e r  E ngi n e e r i ng (IJ E CE ) ,   vol .  9 ,  no .  6 ,  pp .  51 25 - 5133,  2019 .             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S SN :   2 088 - 87 08   I nt   J   E l e c   &   C om p  E n g,   V o l .   11 ,   No .   1,   F e b r ua r y  2 02 1  :    124   -   1 32   1 32   B I O G R A P H I E S  O F   A U T H O R S       S amu e l  I s aac   obt a i n e d hi s  P hD  E l e c t ri c a l   a nd E l e c t ron i c s  E ngi ne e ri ng f rom  Cove na n t   U ni ve rs i t y,  O t a ,   N i ge ri a ,  w h e re  h e  i s  c urr e nt l y  a   S e ni or L e c t ure r   i n t h e  D e pa rt m e nt  of   E l e ct r i ca l   &  Inform a t i on   E ngi ne e ri ng.   H i s  re s e a r c h  a re a s  i nc l ud e  pow e r  s ys t e m  vol t a g e  s t a bi l i t y  a nd   ope ra t i on,   r e l ia b ility ,  a n d  ma in te n a n c e .         S oye mi  A d e b ol a   i s a   ma s te r ' s  s t ude n t  s t udyi ng E l e c t ri c a l   a nd E l e c t roni c s   E ngi ne e ri ng  i n     t he  D e pa r t m e n t   of E l e c t ri c a l   &   Inform a t i on  E n gi ne e r i ng,  Cove na nt  U ni ve rs i t y,  O t a ,  N i ge r i a .     H e r re s e a rc h  in te r e s ts   a re  Robot i c s   a nd a u t o m a t i on ,   p o we r  sy st e m   c on t rol ,  ope ra t i on ,   a n d  r e li a b il ity .         Awe l e wa  Ay o k u n l e   obt a i ne d h i s  P hD  E l e c t r i c a l   a nd  E l e c t ron i c  E ng i ne e ri ng f rom  Cove n a nt   U ni ve rs i t y,  O t a ,  N i ge r i a .  H e  i s   c urre nt l y  a  pos t doc t ora l   fe l l ow   i n  t he  Ce n t re  fo r E n e rgy   a n d  E l e ct r i c P o w er ,  D ep ar t m en t  o f  E l ec t r i c al  E n g i n eer i n g ,  T s h w a n e U n i v er s i t y  o f T e c hnol ogy ,   S out h A fri c a .   H i s  re s e a r c h  a re a s   i nc l ud e  pow e r  s ys t e m  s t a bi l i z a t i on a nd  c ont ro l ,   a nd m od e l l i ng  a nd s i m u l a t i on o f dyna m i c a l  s ys t e m s .         K a t e nde   Jame s   i s  a  P rofe s s or  of E l e c t ri c a l  E n gi ne e r i ng  a nd  a  l e c t ur e r i n   t he   D e pa rt m e nt  of  E l e c t ri c a l  a nd   Com put e r  E ngi ne e ri ng ,  N a m i b i a  U ni v e rs i t y  of S c i e n c e   a nd  T e c hnol ogy,   Wi n d h o ek , N am i b i a . H i s  r es ear ch  ar e as  i n c l u d e  r obot i c s   a nd a ut om a t i on ,  po w e r s ys t e m  a nd  c ont rol ,  m od e l l i ng a nd  s i m ul a t i o n of dyna m i c a l  s ys t e m s ,   a nd  r e ne w a bl e  e ne rgy .         Awo so p e  Cl a u d i u s   is   a  P rofe s s o r of  E l e c t ri c a l  E ngi ne e r i ng a nd  a  l e c t ure r i n  t h e   D e pa rt m e nt  o f  E l e c t ri c a l  &  Inf orm a t i on  E ng i n e e ri ng ,  Cov e na n t  U ni ve rs i t y ,  O t a .   H i s  r es ear ch  ar e as  i n c l u d e  P ow e r s ys t e m  r e l i a bi l i t y ,  op e ra t i on a nd  m a i nt e n a nc e .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.