I n t e r n a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g   ( I J E C E )   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9 ,   p p .   8 5 ~ 1 0 1   I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8 ,   D O I :   1 0 . 1 1 5 9 1 / i j e c e . v 9 i 1 . p p 8 5 - 1 0 1             8 5       J o u r n a l   h o m e p a g e :   h t t p : / / i a e s c o r e . c o m / j o u r n a l s / i n d e x . p h p / I J E C E   A   m o d i f i e d   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   m e t h o d   f o r   r e c o n f i g u r a t i o n   o f   u n b a l a n c e d   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k s       M i c h e l l   Q u i n t e r o - D u r a n 1 ,   J o h n   E .   C a n d e l o 2 ,   J o s e   S o t o - O r t i z 3   1 , 2 A p p l i e d   T e c h n o l o g i e s   R e s e a r c h   G r o u p ,   U n i v e r s i d a d   N a c i o n a l   d e   C o l o m b i a ,   S e d e   M e d e l l í n ,   C o l o m b i a   2 D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n e r g y   a n d   A u t o m a t i o n ,   U n i v e r s i d a d   N a c i o n a l   d e   C o l o m b i a ,   S e d e   M e d e l l í n ,   C o l o m b i a   3 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   E l e c t r o n i c s   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r s i d a d   d e l   N o r t e ,   C o l o m b i a       A r t i c l e   I n f o     A B S T R A C T     A r t i c l e   h i s t o r y :   R e c e i v e d   F e b   8 ,   2 0 1 8   R e v i s e d   A u g   1 7 ,   2 0 1 8   A c c e p t e d   S e p   1 8 ,   2 0 1 8       A   t h r e e - p h a s e   u n b a l a n c e d   p o w e r   f l o w   m e t h o d   c a n   p r o v i d e   a   m o r e   r e a l i s t i c   s c e n a r i o   o f   h o w   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k s   o p e r a t e .   T h e   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   p o w e r   f l o w   m e t h o d   ( B F - P F )   h a s   b e e n   u s e d   f o r   m a n y   y e a r s   a s   a n   i m p o r t a n t   c o m p u t a t i o n a l   t o o l   t o   s o l v e   t h e   p o w e r   f l o w   f o r   u n b a l a n c e d   a n d   r a d i a l   p o w e r   s y s t e m s .   H o w e v e r ,   s o m e   o f   t h e   f e w   a v a i l a b l e   r e s e a r c h   t o o l s   p r o d u c e   m a n y   e r r o r s   w h e n   t h e y   a r e   u s e d   f o r   n e t w o r k   r e c o n f i g u r a t i o n   b e c a u s e   t h e   t o p o l o g y   c h a n g e s   a f t e r   m u l t i p l e   s w i t c h   a c t i o n s   a n d   t h e   n o d e s   a r e   d i s o r g a n i z e d   c o n t i n u a l l y .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a   m o d i f i e d   B F - P F   f o r   t h r e e - p h a s e   u n b a l a n c e d   r a d i a l   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k s   t h a t   i s   c a p a b l e   o f   a r r a n g i n g   t h e   s y s t e m   t o p o l o g y   w h e n   r e c o n f i g u r a t i o n   c h a n g e s   t h e   b r a n c h   c o n n e c t i o n s .   A   b i n a r y   s e a r c h   i s   u s e d   t o   d e t e r m i n e   t h e   c o n n e c t i o n s   b e t w e e n   n o d e s ,   a l l o w i n g   t h e   a l g o r i t h m   t o   a v o i d   t h o s e   p r o b l e m s   w h e n   r e c o n f i g u r a t i o n   i s   c a r r i e d   o u t ,   r e g a r d l e s s   o f   n o d e   n u m b e r s .   T e s t s   a r e   m a d e   t o   v e r i f y   t h e   u s e f u l n e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   a l g o r i t h m   i n   b o t h   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r   a n d   t h e   1 2 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r ,   c o n v e r g i n g   i n   e v e r y   r u n   w h e r e   c o n s t r a i n t s   a r e   a c c o m p l i s h e d .   T h i s   a p p r o a c h   c a n   b e   u s e d   e a s i l y   f o r   a   l a r g e - s c a l e   f e e d e r   n e t w o r k   r e c o n f i g u r a t i o n .   T h e   f u l l   v e r s i o n   o f   t h i s   m o d i f i e d   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p   a l g o r i t h m   i s   a v a i l a b l e   f o r   r e s e a r c h   a t   M a t h W o r k s .   K e y w o r d s :   A d j a c e n c y   m a t r i x   B a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   m e t h o d   B i n a r y   s e a r c h   P o w e r   f l o w   R a d i a l   N e t w o r k   C o p y r i g h t   ©   2 0 1 9   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 e s e r v e d .   C o r r e s p o n d i n g   A u t h o r :   M i c h e l l   Q u i n t e r o - D u r a n ,     D e p a r t m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n e r g y   a n d   A u t o m a t i o n   U n i v e r s i d a d   N a c i o n a l   d e   C o l o m b i a ,   S e d e   M e d e l l í n .   C r a .   8 0   N o .   6 5   -   2 2 3 ,   M e d e l l í n ,   A n t i o q u i a ,   C o l o m b i a .   E m a i l :   m j q u i n t e r o d @ u n a l . e d u . c o       1 .   I N T R O D U C T I O N     D i s t r i b u t i o n   n e t w o r k s   a r e   u n b a l a n c e d   s y s t e m s   i n   w h i c h   l o a d s   a r e   n o t   p r e c i s e l y   b a l a n c e d   t h r o u g h   t h e   n e t w o r k   [ 1 ] [ 3 ] .   T h i s   f e a t u r e   r e j e c t s   c o n v e n t i o n a l   b a l a n c e d   p o w e r   f l o w   m e t h o d s ,   s u c h   a s   N e w t o n R a p h s o n   a n d   G a u s s S e i d e l ,   t o   c o n v e r g e   i n   o r d e r   t o   f i n d   a   s o l u t i o n   f o r   t h e   n o n - l i n e a r   p o w e r   f l o w   p r o b l e m   [ 4 ] [ 6 ] .   B F - P F   h a s   b e e n   u s e d   f o r   s e v e r a l   y e a r s   t o   s o l v e   t h e   r a d i a l   p o w e r   f l o w   p r o b l e m   a n d   i s   b a s e d   o n   b o t h   t h e   c u r r e n t   a n d   v o l t a g e   K i r c h h o f f s   l a w s .   T h i s   m e t h o d   w a s   i n i t i a l l y   i m p l e m e n t e d   f o r   s o l v i n g   b a l a n c e d   r a d i a l   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k s   [ 7 ] .   N e v e r t h e l e s s ,   t h e   m o s t   c o m m o n l y   f o u n d   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k s   a r e   u n b a l a n c e d   b e c a u s e   m o s t   r e s i d e n t i a l   a n d   c o m m e r c i a l   u s e r s   u s e   s i n g l e   o r   t w o - p h a s e   l o a d s   f o r   h o m e   a p p l i a n c e s   a n d   o f f i c e   e q u i p m e n t .   O n   t h e   o t h e r   h a n d ,   m o s t   i n d u s t r i a l   u s e r s   r e q u e s t   t h r e e - p h a s e   f e e d e r s   d u e   t o   t h e i r   l o a d   d e m a n d s   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   W a n g   e t   a l .   p r e s e n t e d   a n   u n b a l a n c e d   B F - P F   f o r   r e a l   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m s   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   D i a z   e t   a l .   d e v e l o p e d   a   d i r e c t   B F - P F   f o r   s o l v i n g   l o a d   p o w e r   f l o w s   i n   A C   d r o o p - r e g u l a t e d   m i c r o g r i d s   [ 1 2 ] .   C u n   e t   a l .   p e r f o r m e d   a   f u z z y   a p p r o a c h   t o   e v a l u a t e   t h e   p o w e r   f l o w   t h r o u g h   t h e   B F - P F   m e t h o d   [ 1 3 ] .   K u m a r   a n d   J a i n   u s e d   t h e   B F - P F   a l g o r i t h m   f o r   c a l c u l a t i n g   b o t h   p o w e r   l o s s e s   a n d   v o l t a g e   r e g u l a t i o n   i n   r a d i a l   s y s t e m s   w i t h   d i s t r i b u t e d   g e n e r a t o r s   a n d   v o l t a g e   r e g u l a t o r s   [ 1 4 ] .   N i m a l   M a d h u   e t   a l .   i n c o r p o r a t e d   a   d r o o p   c o n t r o l   t o   t h e   D C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     8 5   -   1 0 1   8 6 e q u i v a l e n t   p o w e r   f l o w   m e t h o d   f o r   d i s t r i b u t i o n   a n d   l o w   v o l t a g e   s y s t e m s   [ 1 5 ] .   X u e   e t   a l .   i m p l e m e n t e d   a n   u n b a l a n c e d   t h r e e - p h a s e   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m   p o w e r   f l o w   w i t h   d i s t r i b u t e d   g e n e r a t i o n   u s i n g   t h e   a f f i n e   a r i t h m e t i c   s e l f - v a l i d a t i o n   m e t h o d .   A n   a c t i v e   d i s t r i b u t i o n   p o w e r   f l o w   a n a l y s i s   w a s   p e r f o r m e d   u s i n g   a s y m m e t r i c a l   h y b r i d   t e c h n i q u e   i n   [ 1 6 ] .   I s s i c a b a   a n d   C o e l h o   p r o p o s e d   s o m e   i m p r o v e d   m e t h o d s   i n s p i r e d   o n   t h e   c l a s s i c a l   C e s p e d e s   l o a d   f l o w   m e t h o d ,   i m p r o v i n g   i t s   e f f i c i e n c y   i n   t i m e   r e s p o n s e   [ 1 7 ] ,   [ 1 8 ] .   O t h e r   a u t h o r s   h a v e   u s e d   t h e   B F - P F   f o r   c a l c u l a t i n g   l o a d   f l o w   i n   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m s   [ 1 9 ] ,   [ 8 ] ,   [ 9 ] ,   [ 2 0 ] [ 2 6 ] .   W i t h   t h o s e   i m p r o v e m e n t s ,   B F - P F   h a s   b e c o m e   a   u s e f u l   t o o l   f o r   s o l v i n g   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   p r o b l e m s .   M o s t   o f   t h e   a p p r o a c h e s   f o u n d   i n   t h e   l i t e r a t u r e   a n d   a v a i l a b l e   f o r   r e s e a r c h   f o r   t h e   p o w e r   f l o w   p r o b l e m ,   c o n s i d e r   a   c o n s e c u t i v e   o r d e r   i n   t h e   n o d e   n u m e r a t i o n .   A   d o w n s t r e a m   n o d e   s h o u l d   h a v e   a l w a y s   a   h i g h e r   n u m b e r   t h a n   i t s   f e e d e r   b u s .   A s   a n   e x a m p l e ,   n o d e   n u m b e r   2   i s   a l w a y s   f e d   b y   n o d e   n u m b e r   1 ,   n e v e r   t h e   c o n t r a r y .   T h i s   p a p e r   p r e s e n t s   a   m o d i f i e d   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   p o w e r   f l o w   m e t h o d   f o r   r u n n i n g   t h e   p o w e r   f l o w   o f   u n b a l a n c e d   r a d i a l   n e t w o r k s   t h a t   i s   s u i t a b l e   f o r   t h e   r e c o n f i g u r a t i o n   o f   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m s .   T h e   c h a n g e s   a p p l y   a   b i n a r y   s e a r c h   p r o c e s s   t o   s e a r c h   t h e   n o d e s ,   r e g a r d l e s s   o f   t h e i r   n u m e r a t i o n   a n d   o r g a n i z a t i o n .   I n   t h a t   w a y ,   n o d e   n u m b e r   n   c o u l d   b e   f e d   b y   n o d e   n u m b e r   m .   T h i s   a p p r o a c h   a l l o w s   r e s e a r c h e r s   t o   m a k e   c h a n g e s   i n   t h e   b a s i c   t o p o l o g y   o n   a n y   t h r e e - p h a s e   u n b a l a n c e d   r a d i a l   d i s t r i b u t i o n   s y s t e m .   C o n s i d e r i n g   t h e   a b o v e ,   a   f e e d e r   n e t w o r k   r e c o n f i g u r a t i o n   p r o c e s s   c a n   b e   a c h i e v e d   e v e n   i f   t h e   n o d e   n u m e r a t i o n   i s   n o t   i d e n t i f i e d   b y   a   s t r i c t   a s c e n d a n t   o r d e r .   T h e   r e s t   o f   t h e   d o c u m e n t   i s   o r g a n i z e d   a s   f o l l o w s .   S e c t i o n   2   p r e s e n t s   a   b r i e f   e x p l a n a t i o n   c o n c e r n i n g   t h e   s t a n d a r d   B F - P F   m e t h o d   a n d   i t s   i m p l e m e n t a t i o n   o n   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r .   S e c t i o n   3   e x p l a i n s   i m p r o v e m e n t s   d e v e l o p e d   i n   t h i s   p a p e r ,   c o n s i d e r i n g   t h e   b i n a r y   s e a r c h   p r o c e s s   f o r   i d e n t i f y i n g   t h e   t o p o l o g y   o f   t h e   s y s t e m .   S e c t i o n   4   p r e s e n t s   t h e   m o d i f i e d   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r   a n d   t h e   I E E E   1 2 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r   t o   m a k e   a   r e c o n f i g u r a t i o n .   T h e   e v a l u a t i o n s   i n   S e c t i o n   5   p r o v i d e   r e s u l t s   a n d   d i s c u s s i o n   t h a t   g u a r a n t e e   t h e   p r o f i c i e n c y   a n d   u s e f u l n e s s   o f   t h e   p r o p o s e d   m e t h o d .   F i n a l l y ,   s o m e   c o n c l u s i o n s   a r e   p r e s e n t e d   i n   S e c t i o n   6 .       2 .   S T A N D A R D   B F - P F   T h e   B F - P F   i s   d e r i v e d   f r o m   b o t h   t h e   v o l t a g e   a n d   c u r r e n t   K i r c h h o f f s   l a w s   [ 2 7 ] ,   [ 2 8 ] .   I n   F i g u r e   1 ,   w e   p r e s e n t   a   f l o w c h a r t   w i t h   t h e   e x p l a n a t i o n   o f   t h e   s t e p s   o f   a   s t a n d a r d   B F - P F ,   w h i c h   i s   c o m m o n l y   u s e d   f o r   s o l v i n g   t h e   p o w e r   f l o w   p r o b l e m .   W e   h a v e   d i v i d e d   t h i s   f l o w c h a r t   i n t o   t h r e e   m a i n   s e c t i o n s :   t h e   i n p u t   v a l u e s ,   t h e   p r o c e s s ,   a n d   t h e   o u t p u t   v a l u e s   o f   t h e   a l g o r i t h m .   T h e   i n p u t s   a r e   g i v e n   a c c o r d i n g   t o   t h e   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   t e s t   c a s e   a n d ,   f o r   t h i s   t e s t ,   w e   c o n s i d e r e d   a   t o t a l   o f   s e v e n   i n p u t s .   T h e   f i r s t   i n p u t   d a t a   c o r r e s p o n d   t o   t h e   l i n e   s e g m e n t ,   w h i c h   p r o v i d e s   i n f o r m a t i o n   a b o u t   t h e   c o n n e c t i o n s   b e t w e e n   t h e   n o d e s   o f   t h e   r a d i a l   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k .   T h e   s e c o n d   i n p u t   i s   t h e   v o l t a g e   m a t r i x   t h a t   c o n t a i n s   t h e   v o l t a g e   m a g n i t u d e s   a n d   a n g l e s   p e r   p h a s e   a t   e a c h   n o d e .   T h e   t h i r d   i n p u t   i s   a   l o a d   m a t r i x   t h a t   c o n t a i n s   i n f o r m a t i o n   o f   t h e   r e a l   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   l o a d s   a t   e a c h   n o d e .   T h e   f o u r t h   a n d   f i f t h   i n p u t s   a r e   t h e   i d e n t i f i c a t i o n   o f   t h e   m a i n   f e e d e r   a s   t h e   s l a c k   n o d e   a n d   t h e   s o u r c e s   w i t h   v o l t a g e   r e g u l a t i o n   a s   t h e   P V   n o d e s   t o   m a i n t a i n   t h e   v o l t a g e   m a g n i t u d e   a t   e a c h   i t e r a t i o n .   T h e   s i x t h   i n p u t   i s   t h e   i m p e d a n c e   c o n f i g u r a t i o n   m a t r i x ,   g i v e n   b y   t h e   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   t e s t   c a s e   o f   s t u d y   a s   a   t h r e e - p h a s e   i m p e d a n c e   m a t r i x   p e r   b r a n c h   f o r   c a l c u l a t i n g   v o l t a g e   d r o p   a c r o s s   t h e   s y s t e m .   F i n a l l y ,   t h e   s e v e n t h   i n p u t   i s   t h e   m i s m a t c h   l i m i t   t h a t   d e f i n e s   t h e   s t o p p i n g   c r i t e r i o n ,   a n d   w e   c o n s i d e r e d   f o r   t h i s   t e s t   a   v a l u e   o f   1 x 1 0 4 .   T h e   p r o c e s s   s e c t i o n   c o n c e r n s   a l l   c a l c u l a t i o n s   r e q u i r e d   t o   o b t a i n   a   s o l u t i o n   o f   t h e   p o w e r   f l o w   a n d ,   t h u s ,   t h e   p o w e r   l o s s e s   o f   t h e   s y s t e m .   W e   h a v e   d i v i d e d   t h e   p r o c e s s   i n t o   s i x   s t e p s :   t o p o l o g y   o f   t h e   s y s t e m ,   c u r r e n t   i n j e c t i o n   c a l c u l a t i o n ,   b r a n c h   c u r r e n t   c a l c u l a t i o n   ( b a c k w a r d   s t e p ) ,   n o d e   v o l t a g e   u p d a t i n g   ( f o r w a r d   s t e p ) ,   m a x i m u m   v o l t a g e   d e v i a t i o n   c a l c u l a t i o n ,   c o n v e r g e n c e   v e r i f i c a t i o n ,   a n d   c a l c u l a t i o n   o f   p o w e r   l o s s e s .   T h e r e   a r e   s o m e   t e m p o r a r y   d a t a   s a v e d   f o r   f u r t h e r   c a l c u l a t i o n s   i n c l u d i n g :   t h e   c u r r e n t   n o d e   i n j e c t i o n   m a t r i x ;   b r a n c h   c u r r e n t   m a t r i x ;   u p d a t e d   v o l t a g e   m a t r i x   ( i . e . ,   t h e   s a m e   i n i t i a l   v o l t a g e   m a t r i x   b u t   u p d a t e d   w i t h   t h e   b r a n c h   c u r r e n t s   c a l c u l a t e d ) ;   a n d   m a x i m u m   v o l t a g e   d e v i a t i o n ,   w h i c h   i s   t h e   h i g h e r   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   v o l t a g e s   i n   t h e   l a s t   a n d   c u r r e n t   i t e r a t i o n s .   T o   o b t a i n   c o n v e r g e n c e ,   t h i s   v a l u e   m u s t   b e   l o w e r   o r   e q u a l   t o   t h e   m i s m a t c h   l i m i t .   W e   d i v i d e d   t h e   o u t p u t   s e c t i o n   i n t o   t h r e e   g r o u p s .   T h e   f i r s t   g r o u p   c o r r e s p o n d s   t o   t h e   b r a n c h   c u r r e n t s ,   t h e   s e c o n d   g r o u p   i s   t h e   n o d e   v o l t a g e   m a g n i t u d e s   a n d   a n g l e s ,   a n d   t h e   f i n a l   g r o u p   i s   t h e   r e a l   p o w e r   l o s s .   I n   t h e   f o l l o w i n g   s u b s e c t i o n s ,   w e   e x p l a i n e d   h o w   B F - P F   w o r k s   f o r   s o l v i n g   t h e   p o w e r   f l o w   p r o b l e m   i n   r a d i a l   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k s .   A s   a n   e x a m p l e ,   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r   h a s   b e e n   s e l e c t e d   t o   d e v e l o p   t h e   c o m p l e t e   p r o c e s s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   m o d i f i e d   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   m e t h o d   f o r   r e c o n f i g u r a t i o n   o f   . . .     (   M i c h e l l   Q u i n t e r o - D u r a n )   8 7     F i g u r e   1 .   F l o w c h a r t   f o r   t h e   s t a n d a r d   B F - P F       2 . 1 .     L i n e   s e g m e n t   m a t r i x   F i r s t ,   t h e   a l g o r i t h m   r e q u i r e s   t h e   t o p o l o g y   o f   t h e   s y s t e m .   T h u s ,   a   l i n e   s e g m e n t   m a t r i x   i s   n e e d e d   t o   v e r i f y   t h e   n o d e   c o n n e c t i o n s .   T a b l e   1   p r e s e n t s   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r   l i n e   m a t r i x   t h a t   c a n   b e   a c c e s s e d   i n   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   I n   t h a t   m a t r i x ,   c o l u m n s   1   a n d   2   a r e   r e f e r r e d   t o   a s   s e n d i n g   a n d   r e c e i v i n g   n o d e s   o f   a   b r a n c h ,   r e s p e c t i v e l y .   C o l u m n   3   i n t r o d u c e s   t h e   l e n g t h   o f   b r a n c h e s .   F i n a l l y ,   c o l u m n   4   s p e c i f i e s   t h e   i m p e d a n c e   c o n f i g u r a t i o n   c o d e ,   w h i c h   p r o v i d e s   i n f o r m a t i o n   a b o u t   t h e   i m p e d a n c e   m a t r i x   o f   e a c h   b r a n c h .   T h o s e   c o n f i g u r a t i o n s   c a n   b e   f o u n d   i n   [ 2 9 ]   a n d   [ 3 0 ] .   I n   a d d i t i o n ,   t h e   n u m b e r   o f   r o w s   m u s t   b e   e x a c t l y   t h e   n u m b e r   o f   b r a n c h e s   t h a t   a r e   i n   t h e   s y s t e m .   T h e   i m p r o v e m e n t s   p r o p o s e d   i n   t h i s   p r e s e n t   p a p e r   a r e   p r e c i s e l y   i n   o b t a i n i n g   t h e   c u r r e n t   t o p o l o g y   o f   t h e   s y s t e m   c o n s i d e r i n g   a   g i v e n   l i n e   s e g m e n t   m a t r i x .   T h o s e   i m p r o v e m e n t s   a r e   d o c u m e n t e d   i n   S e c t i o n   3 .                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     8 5   -   1 0 1   8 8 T a b l e   1 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   L i n e   S e g m e n t   D a t a   F r o m   T o   L e n g t h   ( f t . )   C o n f i g u r a t i o n   6 3 2   6 4 5   5 0 0   6 0 3   6 3 2   6 3 3   5 0 0   6 0 2   6 3 3   6 3 4   0   X F M - 1   6 4 5   6 4 6   3 0 0   6 0 3   6 5 0   6 3 2   2 0 0 0   6 0 1   6 8 4   6 5 2   8 0 0   6 0 7   6 3 2   6 7 1   2 0 0 0   6 0 1   6 7 1   6 8 4   3 0 0   6 0 4   6 7 1   6 8 0   1 0 0 0   6 0 1   6 7 1   6 9 2   0   S w i t c h   6 8 4   6 1 1   3 0 0   6 0 5   6 9 2   6 7 5   5 0 0   6 0 6       2 . 2 .     I n i t i a l   v o l t a g e   m a t r i x   I n i t i a l   v o l t a g e s   a r e   p r e s e n t e d   i n   a   m a t r i x   t h a t   c o n s i d e r s   t h e   n u m b e r   o f   p h a s e s   o f   e a c h   n o d e .   I n i t i a l l y ,   t h i s   m a t r i x   w i l l   c o n t a i n   n o m i n a l   l i n e - n e u t r a l   v o l t a g e s   r e p r e s e n t e d   i n   r e a l   o r   p e r   u n i t   v a l u e s   b e f o r e   t h e   i t e r a t i o n   p r o c e s s ,   a n d   u p d a t i n g   d a t a   a t   e a c h   i t e r a t i o n .   T h e   m a t r i x   h a s   N   r o w s ,   w h i c h   r e p r e s e n t   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   n o d e s ,   a n d   f o u r   c o l u m n s ,   w h i c h   r e p r e s e n t   t h e   l i n e - n e u t r a l   v o l t a g e   p e r   p h a s e   a t   e a c h   n o d e .   T h e   n o d e   n u m e r a t i o n   i s   i n   c o l u m n   1   a n d   l i n e - n e u t r a l   v o l t a g e s   f o r   p h a s e s   a ,   b ,   a n d   c   a r e   i n   c o l u m n s   2 ,   3 ,   a n d   4 ,   r e s p e c t i v e l y .   W h e t h e r   a   p h a s e   i s   n o t   c o n n e c t e d   t h e   i n i t i a l s   N A   ( N o n - A p l i c a b l e )   a p p e a r s .   T a b l e   2   p r e s e n t s   t h e   v o l t a g e   m a t r i x   f o r   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r .   W h e t h e r   a   r e g u l a t o r   i s   f o u n d ,   t h e   d o w n s t r e a m   n o d e   w o u l d   h a v e   t h e   s a m e   v o l t a g e   t h a t   w a s   s e t   i n   t h e   r e g u l a t o r .       T a b l e   2 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   I n i t i a l   V o l t a g e   M a t r i x   N o d e   P h a s e - A   ( k V )   P h a s e - B   ( k V )   P h a s e - C   ( k V )   6 5 0   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 3 2   2 , 4 5     0 , 1 0 7 0 i   - 1 , 3 1 6     2 , 1 2 9 i   - 1 , 1 4 1   +   2 , 1 6 1 i   6 3 3   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 3 4   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 4 5   N A   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 4 6   N A   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 7 1   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 9 2   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 7 5   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 8 4   2 , 4 0 2   +   0 i   N A   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 1 1   N A   N A   - 1 , 2 +   2 , 0 8 i   6 5 2   2 , 4 0 2   +   0 i   N A   N A   6 8 0   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i       2 . 3 .     L o a d   m a t r i x   A   l o a d   m a t r i x   r e p r e s e n t s   t h e   p o w e r   l o a d s   i n s t a l l e d   a t   e a c h   n o d e   p e r   p h a s e   a n d   i t   i s   r e q u i r e d   f o r   f u r t h e r   c a l c u l a t i o n s .   T h i s   m a t r i x   m u s t   h a v e   s e v e n   c o l u m n s   a n d   N   r o w s .   T h e   f i r s t   c o l u m n   h a s   t h e   n o d e   n u m e r a t i o n   w h i l e   c o l u m n s   2 7   c o n t a i n   i n f o r m a t i o n   c o n c e r n i n g   t h e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   l o a d   o n   e a c h   n o d e .   T h e y   a r e   o r g a n i z e d   i n   p a i r s   p e r   p h a s e ;   f o r   e x a m p l e ,   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   l o a d   f o r   p h a s e   a   a r e   i n   c o l u m n s   2   a n d   3 ,   r e s p e c t i v e l y ,   a n d   s o   o n   f o r   p h a s e s   b   a n d   c .   T a b l e   3   c a n   b e   c h e c k e d   i n   [ 3 0 ] .   N e g a t i v e   n u m b e r s   r e p r e s e n t   a   r e a c t i v e   p o w e r   i n j e c t i o n   f r o m   c a p a c i t o r s   i n s t a l l e d   i n   t h e   n o d e .       T a b l e   3 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   L o a d   M a t r i x   N o d e   P h a s e - A   ( k W )   P h a s e - A   ( k V A R )   P h a s e - B   ( k W )   P h a s e - B   ( k V A R )   P h a s e - C   ( k W )   P h a s e - C   ( k V A R )   6 5 0   0   0   0   0   0   0   6 3 2   8 , 5   5   3 3   1 9   5 8 , 5   3 4   6 3 3   0   0   0   0   0   0   6 3 4   1 6 0   1 1 0   1 2 0   9 0   1 2 0   9 0   6 4 5   0   0   1 7 0   1 2 5   0   0   6 4 6   0   0   2 3 0   1 3 2   0   0   6 7 1   3 9 3 , 5   2 2 5   4 1 8   2 3 9   4 4 3 , 5   2 5 4   6 9 2   0   0   0   0   1 7 0   1 5 1   6 7 5   4 8 5   - 1 0   6 8   - 1 4 0   2 9 0   1 2   6 8 4   0   0   0   0   0   0   6 1 1   0   0   0   0   1 7 0   - 2 0   6 5 2   1 2 8   8 6   0   0   0   0   6 8 0   0   0   0   0   0   0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   m o d i f i e d   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   m e t h o d   f o r   r e c o n f i g u r a t i o n   o f   . . .     (   M i c h e l l   Q u i n t e r o - D u r a n )   8 9 2 . 4 .     N o d e   c u r r e n t   i n j e c t i o n   m a t r i x   A   c u r r e n t   i n j e c t i o n   m a t r i x   i s   d e f i n e d   a s   t h e   r e q u i r e d   c u r r e n t   b y   e a c h   s i n g l e   l o a d   i n s t a l l e d   i n   e a c h   n o d e .   F o r   o b t a i n i n g   t h e   c u r r e n t   t h r o u g h   t h e   b r a n c h e s ,   c a l c u l a t i o n   c a n   b e   p e r f o r m e d   w i t h   ( 1 ) ,   w h e r e   n   i s   t h e   n o d e   n u m e r a t i o n   a n d   k   t h e   k t h   i t e r a t i o n .     * k n n n k n P j Q I V                 ( 1 )     F o r   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r ,   t h e   m a t r i x   o b t a i n e d   b e f o r e   i t e r a t i o n s   i s   p r e s e n t e d   i n   T a b l e   4 .   T h e   c u r r e n t   i n j e c t i o n   m a t r i x   e x h i b i t s   N   r o w s   a n d   f o u r   c o l u m n s ,   w h e r e   t h e   f i r s t   c o l u m n   c o n t a i n s   t h e   n o d e   n u m e r a t i o n ,   a n d   f r o m   t h e   s e c o n d   t o   t h e   f o u r t h   c o l u m n s   t h e   c u r r e n t s   p e r   p h a s e   a r e   r e p o r t e d .       T a b l e   4 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   C u r r e n t   I n j e c t i o n   M a t r i x   N o d e   P h a s e - A   P h a s e - B   P h a s e - C   A m p   A m p   A m p   6 5 0   0   0   0   6 3 2   3 , 3 7 4   -   2 , 1 8 8 5 i   - 1 3 , 3 9 1   -   7 , 2 2 5 i   1 , 1 2 8   +   2 7 , 6 6 7 i   6 3 3   0   0   0   6 3 4   6 6 , 6 1 7   -   4 5 , 7 9 9 i   - 5 7 , 4 3 3   -   2 4 , 5 3 3 i   7 , 4 7   +   6 2 , 0 0 5 i   6 4 5   N A   - 8 0 , 4 6 3   -   3 5 , 2 7 6 i   0   6 4 6   N A   - 9 5 , 4 7 7   -   5 5 , 4 5 3 i   0   6 7 1   1 6 3 , 8 3 7   -   9 3 , 6 8 1 i   - 1 7 3 , 1 9 7   -   1 0 0 , 9 6 6 i   - 0 , 7 4 1   +   2 1 2 , 7 9 3 i   6 9 2   0   0   1 9 , 0 5 7   +   9 2 , 7 3 3 i   6 7 5   2 0 1 , 9 3 4   +   4 , 1 6 4 i   3 6 , 3 2 5   -   5 3 , 6 6 4 i   - 5 6 , 0 4 5   +   1 0 7 , 0 6 5 i   6 8 4   0   N A   0   6 1 1   N A   N A   - 4 2 , 6 0 2   +   5 7 , 1 3 4 i   6 5 2   5 3 , 2 9 4   -   3 5 , 8 0 7 i   N A   N A   6 8 0   0   0   0       2 . 5 .     B r a n c h   c u r r e n t   m a t r i x b a c k w a r d   s t e p   W i t h   t h e   c u r r e n t   i n j e c t i o n   m a t r i x ,   i t   i s   p o s s i b l e   t o   k n o w   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   f o r   e a c h   b r a n c h   o f   t h e   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   b y   a p p l y i n g   ( 2 )   a n d   ( 3 ) .   ( 2 )   r e f e r s   t o   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   i n   a   b r a n c h   c o n n e c t e d   f r o m   n o d e   i   t o   a   l o a d   n o d e   j .   ( 3 )   r e f e r s   t o   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   i n   a   b r a n c h   c o n n e c t e d   f r o m   n o d e   h   t o   s e v e r a l   d o w n s t r e a m   n o d e s   m   t h a t   c o u l d   h a v e   l o a d s .   T h i s   p r o c e s s   i s   m a d e   f r o m   f i n a l   n o d e s   b a c k   t o   t h e   f e e d e r .   I n   t h e s e   e q u a t i o n s ,   I i j   i s   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   f r o m   n o d e   i   t o   n o d e   j .   I i   i s   t h e   c u r r e n t   i n j e c t e d   t o   t h e   l o a d   a t   n o d e   i .   I j   i s   t h e   c u r r e n t   i n j e c t e d   t o   t h e   l o a d   a t   n o d e   j .   I i m   i s   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   f r o m   n o d e   i   t o   t h e   o t h e r   n o d e s   m .   I h i   i s   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   f r o m   a n   u p s t r e a m   n o d e   h   t o   t h e   n o d e   i   a n d   m   a r e   t h e   n o d e s   d o w n s t r e a m   c o n n e c t e d   t o   n o d e   i .     i j j I I                     ( 2 )     h i i m i m I I I                   ( 3 )     T a b l e   5   s h o w s   t h e   b r a n c h   c u r r e n t s   b e f o r e   i t e r a t i o n   f o r   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r .   T h e   f i r s t   t w o   c o l u m n s   a r e   u s e d   f o r   n o d e   n u m b e r   i d e n t i f i c a t i o n   ( s e n d i n g   a n d   r e c e i v i n g   n o d e s ) .   T h e   n e x t   t h r e e   c o l u m n s   a r e   u s e d   f o r   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   t h r o u g h   e a c h   p h a s e .   T h e   n u m b e r   o f   r o w s   m u s t   b e   e q u a l   t o   t h e   n u m b e r   o f   b r a n c h e s .       T a b l e   5 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   B r a n c h   C u r r e n t s   N o d e   f r o m   N o d e   t o   P h a s e - A   P h a s e - B   P h a s e - C   A m p   A m p   A m p   6 3 2   6 5 0   4 8 9 , 0 5 6   -   1 7 3 , 3 1 1 i   - 3 8 3 , 6 3 6   -   2 7 7 , 1 1 7 i   - 7 1 , 7 3 3   +   5 5 9 , 3 9 9 i   6 3 3   6 3 2   2 6 8 , 5 5 1   -   4 1 , 6 3 6 i   - 2 1 , 1 0 9   -   7 8 , 1 9 7 i   - 2 9 , 5 1 8   +   2 6 1 , 8 0 4 i   6 4 5   6 3 2   0   - 1 7 5 , 9 4   -   9 0 , 7 2 9 i   0   6 7 1   6 3 2   2 1 7 , 1 3 1   -   1 2 9 , 4 8 7 i   - 1 7 3 , 1 9 7   -   1 0 0 , 9 6 6 i   - 4 3 , 3 4 3   +   2 6 9 , 9 2 8 i   6 3 4   6 3 3   6 6 , 6 1 7   -   4 5 , 7 9 9 i   - 5 7 , 4 3 3   -   2 4 , 5 3 3 i   7 , 4 7   +   6 2 , 0 0 5 i   6 9 2   6 3 3   2 0 1 , 9 3 4   +   4 , 1 6 4 i   3 6 , 3 2 5   -   5 3 , 6 6 4 i   - 3 6 , 9 8 8   +   1 9 9 , 7 9 9 i   6 4 6   6 4 5   0   - 9 5 , 4 7 7   -   5 5 , 4 5 3 i   0   6 8 4   6 7 1   5 3 , 2 9 4   -   3 5 , 8 0 7 i   0   - 4 2 , 6 0 2   +   5 7 , 1 3 4 i   6 8 0   6 7 1   0   0   0   6 7 5   6 9 2   2 0 1 , 9 3 4   +   4 , 1 6 4 i   3 6 , 3 2 5   -   5 3 , 6 6 4 i   - 5 6 , 0 4 5   +   1 0 7 , 0 6 5 i   6 1 1   6 8 4   0   0   - 4 2 , 6 0 2   +   5 7 , 1 3 4 i   6 5 2   6 8 4   5 3 , 2 9 4   -   3 5 , 8 0 7 i   0   0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     8 5   -   1 0 1   9 0 2 . 6 .     N o d e   v o l t a g e   m a t r i x f o r w a r d   s t e p   W i t h   t h e   f o r w a r d   s t e p ,   i t   i s   p o s s i b l e   t o   u p d a t e   t h e   v o l t a g e s   i n   e a c h   n o d e   o f   t h e   s y s t e m .   T h i s   m a t r i x   a l l o w s   i d e n t i f y i n g   t h e   v o l t a g e   p r o f i l e   w h i l e   t h e   b r a n c h   c u r r e n t s   a r e   u p d a t e d   i n   t h e   p r e v i o u s   s t e p   a s   t h e   v o l t a g e   d r o p   d e p e n d s   o n   t h e   b r a n c h   i m p e d a n c e   a n d   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   o n   t h e   b r a n c h .   N o d e   v o l t a g e s   a r e   u p d a t e d   u s i n g   b o t h   t h e   c o n f i g u r a t i o n   i m p e d a n c e   m a t r i x   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ]   a n d   t h e   b r a n c h   c u r r e n t   m a t r i x   b y   u s i n g   t h e   g e n e r a l   ( 4 ) .   P V   n o d e s   w i l l   h a v e   t h e   s a m e   n o m i n a l   v a l u e   i n   a l l   i t e r a t i o n s ,   s u c h   n o d e   i s   t h e   s u b s t a t i o n   a n d   a l l   d o w n s t r e a m   n o d e s   c o n n e c t e d   t o   a   r e g u l a t o r .   T h i s   p r o c e s s   s t a r t s   f r o m   t h e   s u b s t a t i o n   n o d e   t o w a r d   t h e   f i n a l   n o d e s .     j i i j i j V V Z I                   ( 4 )     E q u a t i o n s   ( 5 ) ( 1 1 )   a r e   t h e   s p e c i a l   c o n v e n t i o n s   o b t a i n e d   f r o m   ( 4 ) ,   c o n s i d e r i n g   t h a t   w e   c a n   c a l c u l a t e   t h e   v o l t a g e s   f o r   t h r e e - p h a s e ,   t w o - p h a s e ,   a n d   s i n g l e - p h a s e   b r a n c h e s .     j a i a a a n a b n a c n i j a j b i b b a n b b n b c n i j b j c i c c a n c b n c c n i j c V V Z Z Z I V V Z Z Z I V V Z Z Z I             ( 5 )     j a i j a i a a a n a b n j b i j b i b b a n b b n V I V Z Z V I V Z Z             ( 6 )     j b i j b i b b b n b c n j c i j c i c c b n c c n V I V Z Z V I V Z Z             ( 7 )     j a i j a i a a a n a c n j c i j c i c c a n c c n V I V Z Z V I V Z Z             ( 8 )     j a i a a a n i j a V V Z I                 ( 9 )     j b i b b b n i j b V V Z I                 ( 1 0 )     j c i c c c n i j c V V Z I                 ( 1 1 )     T h e   s u b s c r i p t s   a ,   b ,   a n d   c   r e f e r   t o   t h e   b r a n c h e s   p h a s e s .   T h e   i m p e d a n c e   m a t r i x   i s   a   r e d u c t i o n   f o u n d   i n   a l l   I E E E   t e s t   c a s e   f o r m a t s   [ 2 9 ] ,   [ 3 0 ] .   T h i s   r e d u c t i o n   i s   d e r i v e d   f r o m   t h e   C a r s o n   e q u a t i o n s ,   w h i c h   c a n   b e   c o n s u l t e d   i n   [ 3 1 ] .   T a b l e   6   p r e s e n t s   t h e   n o d e   v o l t a g e s   u p d a t e d   i n   t h e   f i r s t   i t e r a t i o n   c o n c e r n i n g   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r .   T h i s   m a t r i x   m u s t   h a v e   N   r o w s   a n d   f o u r   c o l u m n s .   T h e   f i r s t   c o l u m n   i s   f o r   n o d e   n u m e r a t i o n   w h i l e   v o l t a g e   p e r   p h a s e   i s   r e g i s t e r e d   i n   c o l u m n s   2 4 ,   c o n s i d e r i n g   p h a s e s   a ,   b ,   a n d   c .       T a b l e   6 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   N o d e   V o l t a g e   M a t r i x   N o d e   P h a s e - A   P h a s e - B   P h a s e - C   k V   k V   k V   6 5 0   2 , 4 0 2   +   0 i   - 1 , 2 0 1     2 , 0 8 i   - 1 , 2 0 1   +   2 , 0 8 i   6 3 2   2 , 4 5     0 , 1 0 7 i   - 1 , 3 1 6     2 , 1 2 9 i   - 1 , 1 4 1   +   2 , 1 6 1 i   6 3 3   2 , 4 3 6     0 , 1 3 4 i   - 1 , 3 1 9     2 , 1 3 4 i   - 1 , 1 1 7   +   2 , 1 3 6 i   6 3 4   2 , 3 6 0     0 , 1 7 2 i   - 1 , 3 1 2     2 , 0 6 8 i   - 1 , 0 6 4   +   2 , 0 9 7 i   6 4 5   N A   - 1 , 3 1 9     2 , 1 0 8 i   - 1 , 1 4 2   +   2 , 1 6 9 i   6 4 6   N A   - 1 , 3 2 1     2 , 1 0 2 i   - 1 , 1 4 2   +   2 , 1 7 1 i   6 7 1   2 , 4 0 8     0 , 1 4 4 i   - 1 , 3 2 9     2 , 0 9 i   - 1 , 0 6 8   +   2 , 1 4 7 i   6 9 2   2 , 4 3 3     0 , 2 2 2 i   - 1 , 3 2 5     2 , 1 8 6 i   - 1 , 0 5 5   +   2 , 0 8 9 i   6 7 5   2 , 4 1 8     0 , 2 3 2 i   - 1 , 3 3 4     2 , 1 8 7 i   - 1 , 0 5 3   +   2 , 0 8 5 i   6 8 4   2 , 4 0 6     0 , 1 4 5 i   N A   - 1 , 0 6 4   +   2 , 1 4 6 i   6 1 1   N A   N A   - 1 , 0 5 6   +   2 , 1 4 5 i   6 5 2   2 , 3 9 2     0 , 1 4 2 i   N A   N A   6 8 0   2 , 4 0 8     0 , 1 4 4 i   - 1 , 3 2 9     2 , 0 9 0 i   - 1 , 0 6 8   +   2 , 1 4 7 i   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   m o d i f i e d   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   m e t h o d   f o r   r e c o n f i g u r a t i o n   o f   . . .     (   M i c h e l l   Q u i n t e r o - D u r a n )   9 1 2 . 7 .     C o n v e r g e n c e   r e q u i r e m e n t   T h e   B F - P F   h a s   a n   i t e r a t i v e   p r o c e s s   a n d   a f t e r   e a c h   s i n g l e   i t e r a t i o n   t h e   n o d e   c u r r e n t   i n j e c t i o n ,   b r a n c h   c u r r e n t s ,   a n d   n o d e   v o l t a g e s   a r e   u p d a t e d   u n t i l   t h e   c o n v e r g e n c e   r a t e   i s   f u l f i l l e d .   T h e   m i n i m u m   a l l o w e d   m i s m a t c h   i n   t h e   a b s o l u t e   s u b t r a c t i o n   b e t w e e n   v o l t a g e   m a g n i t u d e   o f   l a s t   a n d   c u r r e n t   i t e r a t i o n   i s   1   x   1 0 4   f o r   e a c h   n o d e .   T h e   e r r o r   c a n   b e   c a l c u l a t e d   a t   e a c h   i t e r a t i o n   a s   s h o w n   i n   ( 1 2 ) ,   w h e r e   e   i s   t h e   m i s m a t c h   a n d   k   i s   t h e   c u r r e n t   i t e r a t i o n .     1 k k i i a b s V a b s V e                 ( 1 2 )     2 . 8 .     R e a l   p o w e r   l o s s   c a l c u l a t i o n   W h e n   c o n v e r g e n c e   i s   r e a c h e d ,   t h e   t o t a l   r e a l   p o w e r   l o s s e s   c a n   b e   c o m p u t e d   u s i n g   ( 1 3 ) ,   w h e r e   l   i s   t h e   b r a n c h   n u m b e r ,   r e a l ( Z l )   i s   t h e   r e a l   p a r t   o f   t h e   i m p e d a n c e   m a t r i x   o f   t h e   l t h   b r a n c h ,   a n d   I l   i s   t h e   c u r r e n t   f l o w i n g   p e r   b r a n c h   l   i n   e a c h   p h a s e .     2 1 ( ) n b r l o s s l l l P r e a l Z I                 ( 1 3 )     O n e   o f   t h e   m a i n   p r o b l e m s   o f   p r o g r a m m i n g   t h i s   m e t h o d   i s   t h a t   t h e   B F - P F   r e q u i r e s   t h a t   t h e   n o d e s   a r e   o r g a n i z e d   i n   a n   a s c e n d a n t   m a n n e r .   T h a t   m e a n s   t h a t   a   n o d e   n u m b e r   2   c a n   b e   f e d   b y   a   n o d e   n u m b e r   1 ,   o t h e r w i s e   t h e   a l g o r i t h m   w i l l   s h o w   s o m e   e r r o r s .   I n   t h e   n e x t   s e c t i o n ,   w e   p r e s e n t   a   m o d i f i e d   p a r t   o f   t h e   a l g o r i t h m   t o   d e a l   w i t h   d i f f e r e n t   n o d e   n u m b e r   o r d e r s .       3 .   M O D I F I E D   B F - P F   I n   t h i s   s e c t i o n ,   w e   p r e s e n t   a   p r o c e d u r e   a p p l i e d   t o   i d e n t i f y   t h e   t o p o l o g y   a n d   c a l c u l a t e   b r a n c h   c u r r e n t s   a n d   n o d e   v o l t a g e s   i n   a   r a d i a l   u n b a l a n c e d   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k ,   i n d e p e n d e n t   f r o m   t h e   n o d e   n u m b e r   o r d e r .   A s   i n   t h e   s t a n d a r d   B F - P F ,   t h e   i n p u t s   c o n s i d e r e d   i n   t h e   a l g o r i t h m   a r e   g i v e n   b y   t h e   f e e d e r   t e s t   c a s e .   T h e   o u t p u t s   a r e   t h e   s a m e   a s   t h o s e   p r e s e n t e d   i n   F i g u r e   1 ,   n a m e l y ,   b r a n c h   c u r r e n t s ,   n o d e s   v o l t a g e s ,   a n d   a c t i v e   p o w e r   l o s s e s .     3 . 1 .     L o a d i n g   t h e   c a s e   s t u d y   T h e   f i r s t   s t e p   i s   t o   l o a d   t h e   f e e d e r   t e s t   c a s e   t h a t   c o n t a i n s   t h e   s l a c k   n o d e ,   t h e   n u m b e r   o f   s w i t c h e s ,   a n d   t h e   d a t a   o f   l i n e s ,   n o d e s ,   a n d   r e g u l a t o r s .   T h e   n u m b e r   o f   b r a n c h e s   i s   e x p r e s s e d   i n   ( 1 4 )   a n d   c a n   b e   u s e d   t o   v e r i f y   t h a t   i n   c a s e   o f   m u l t i p l e   c h a n g e s   i n   t h e   t o p o l o g y ,   t h e   n e w   n e t w o r k   i s   r a d i a l ,   w h e r e   n b r   i s   t h e   n u m b e r   o f   b r a n c h e s   a n d   N   i s   t h e   t o t a l   n u m b e r   o f   n o d e s .     1 n b r N                   ( 1 4 )     3 . 2 .     F i r s t   r a d i a l i t y   c o n s t r a i n t   v e r i f i c a t i o n   I n   t h i s   s t e p ,   w e   v e r i f y   t h a t   t h e   n u m b e r   o f   n o d e s   i s   t h e   s a m e   t o   t h a t   c a l c u l a t e d   i n   ( 1 4 )   w h e n   t h e   d a t a   f r o m   t h e   f e e d e r   t e s t   c a s e   i s   o b t a i n e d .   F o r   e x a m p l e ,   i n   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r ,   t h e   n u m b e r   o f   n o d e s   i s   N = 1 3   a n d   t h e   n u m b e r   o f   b r a n c h e s   i s   n b r = 1 2 .   I n   t h i s   e x a m p l e ,   t h e   a l g o r i t h m   m u s t   i d e n t i f y   i f   a   l o w   n u m b e r   o f   b r a n c h e s   i s   c o n n e c t e d   a n d ,   t h u s ,   t h e   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   d o e s   n o t   c o m p l y   w i t h   r a d i a l i t y .     3 . 3 .     N e i g h b o r h o o d   m a t r i x   T h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x   i s   d e f i n e d   a s   t h e   i d e n t i f i c a t i o n   o f   n e i g h b o r i n g   n o d e s   [ 4 ] .   T h i s   a p p r o a c h   s h o w s   a   l i s t   o f   c o n n e c t i o n s   b e t w e e n   n o d e s   w i t h   t h e   r e s t   o f   t h e   s y s t e m .   A s   a n   e x a m p l e ,   t h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x   f o r   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r   i s   p r e s e n t e d   i n   T a b l e   7 .   I t   m u s t   c o n t a i n   t w o   c o l u m n s   a n d   t w o   t i m e s   n b r   r o w s .   C o l u m n   1   p r e s e n t s   t h e   n o d e   n u m b e r   a n d   c o l u m n   2   r e f e r s   t o   a l l   n o d e s   c o n n e c t e d   t o   t h e   n o d e   i n   c o l u m n   1 .   I f   a   n o d e   i s   c o n n e c t e d   t o   m o r e   t h a n   o n e   o t h e r   n o d e ,   t h e n   i t   a p p e a r s   m o r e   t h a n   o n c e   i n   t h e   f i r s t   c o l u m n .   F r o m   T a b l e   7 ,   n o d e   6 3 2   i s   c o n n e c t e d   t o   6 5 0 ,   6 3 3 ,   6 4 5 ,   a n d   6 7 1 .     3 . 4 .     D e t e r m i n i n g   t h e   t y p e   o f   n o d e   O n c e   t h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x   i s   b u i l t ,   a   m f _ m t   m a t r i x   i s   n e c e s s a r y   t o   i d e n t i f y   t h e   n u m b e r   o f   b r a n c h e s   c o n n e c t e d   t o   e a c h   n o d e .   T a b l e   8   p r e s e n t s   t h e   m f _ m t   m a t r i x   f o r   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r ,   w h i c h   h a s   N   r o w s   a n d   f o u r   c o l u m n s .   T h e   n o d e   n u m b e r   i s   i n   t h e   f i r s t   c o l u m n .   T h e   s t a r t i n g   r o w ,   w h e r e   n o d e   n   i s   f o u n d   i n t o   t h e   f i r s t   c o l u m n   o f   t h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x ,   i s   p l a c e d   i n   c o l u m n   2 .   T h e   e n d i n g   r o w ,   w h e r e   t h e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     8 5   -   1 0 1   9 2 n o d e   n   i s   i n   t h e   f i r s t   c o l u m n   o f   t h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x ,   i s   s p e c i f i e d   i n   c o l u m n   3 .   C o l u m n   4   c o n t a i n s   t h e   s u b t r a c t i o n   b e t w e e n   c o l u m n s   3   a n d   2   [ 2 7 ] .       T a b l e   7 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   N e i g h b o r i n g   M a t r i x   C o l u m n   1 p a r t   1   C o l u m n   2 p a r t   1   C o l u m n   1 p a r t   2   C o l u m n   2 p a r t   2   N o d e   C o n n e c t e d   t o   N o d e   C o n n e c t e d   t o   6 5 0   6 3 2   6 7 1   6 8 0   6 3 2   6 5 0   6 7 1   6 8 4   6 3 2   6 3 3   6 7 1   6 9 2   6 3 2   6 4 5   6 8 0   6 7 1   6 3 2   6 7 1   6 8 4   6 7 1   6 3 3   6 3 2   6 8 4   6 5 2   6 3 3   6 3 4   6 8 4   6 1 1   6 3 4   6 3 3   6 5 2   6 8 4   6 4 5   6 3 2   6 1 1   6 8 4   6 4 5   6 4 6   6 9 2   6 7 1   6 4 6   6 4 5   6 9 2   6 7 5   6 7 1   6 3 2   6 7 5   6 9 2       T a b l e   8 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   M f _ m t   M a t r i x   N o d e   n u m b e r   m f   ( i n i t i a l   r o w )   m t   ( e n d i n g   r o w )   m t - m f   6 5 0   1   1   0   6 3 2   2   5   3   6 3 3   6   7   1   6 3 4   8   8   0   6 4 5   9   1 0   1   6 4 6   1 1   1 1   0   6 7 1   1 2   1 5   3   6 8 0   1 6   1 6   0   6 8 4   1 7   1 9   2   6 5 2   2 0   2 0   0   6 1 1   2 1   2 1   0   6 9 2   2 2   2 3   1   6 7 5   2 4   2 4   0       A s   s h o w n   i n   t h i s   t a b l e ,   t h e   n o d e   6 5 0   s t a r t s   i n   t h e   f i r s t   r o w   o f   t h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x   a n d   e n d s   i n   t h i s   s a m e   r o w ,   w h i c h   i n d i c a t e s   t h a t   i t   h a s   o n l y   o n e   c o n n e c t i o n   t h r o u g h   a   b r a n c h   t o   o n e   o t h e r   n o d e   ( 6 3 2 ) .   M o r e o v e r ,   n o d e   6 3 2   s t a r t s   i n   r o w   2   f r o m   t h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x   a n d   e n d s   i n   r o w   5 ,   w h i c h   i n d i c a t e s   t h a t   t h i s   n o d e   i s   c o n n e c t e d   t h r o u g h   f o u r   b r a n c h e s   t o   f o u r   n o d e s .   C o l u m n   4   p r e s e n t s   t h e   c a s e   w h e n   a   n o d e   i s   a n   e n d i n g   n o d e ,   i n t e r m e d i a t e   n o d e ,   o r   a   j u n c t i o n   n o d e .   T h i s   i s   d e t e r m i n e d   a s   f o l l o w s   [ 2 7 ] :   1 .   A n   e n d i n g   n o d e   r e f e r s   t o   t h e   n o d e   t h a t   c o n n e c t s   o n l y   t o   a n o t h e r   n o d e   t h r o u g h   o n e   o r   m o r e   b r a n c h e s .   F o r   t h i s   c a s e ,   t h e   v a l u e   i n   c o l u m n   4   i s   z e r o .   2 .   A n   i n t e r m e d i a t e   n o d e   c a n   b e   i d e n t i f i e d   a s   t h e   n o d e   c o n n e c t e d   t o   t w o   o t h e r   n o d e s   t h r o u g h   o n e   o r   m o r e   b r a n c h e s   f o r   e a c h   p a i r   o f   n o d e s .   F o r   t h i s   c a s e ,   t h e   v a l u e   i n   c o l u m n   4   i s   1 .   3 .   A   j u n c t i o n   n o d e   i s   t h e   e l e m e n t   t h a t   i s   u s e d   t o   c o n n e c t   m o r e   t h a n   t w o   n o d e s   w i t h   m o r e   t h a n   t w o   b r a n c h e s .   F o r   t h i s   c a s e ,   t h e   v a l u e   i n   c o l u m n   4   i s   g r e a t e r   t h a n   1 .   T h e   s l a c k   n o d e   m u s t   b e   f o u n d   i n   t h e   m f _ m t   m a t r i x   a n d   i d e n t i f y   i t s   p o s i t i o n ,   a n d   n o t   t o   b e   c o n s i d e r e d   a s   a n   e n d i n g   n o d e .   B e c a u s e   t h e   s l a c k   n o d e   c o u l d   h a v e   o n e   o r   m o r e   c o n n e c t i o n s ,   i t   m u s t   b e   c o n s i d e r e d   a s   t h e   r o o t   w h e n   s e a r c h i n g   t h e   t o p o l o g y   o f   t h e   s y s t e m .   T h e   b i n a r y   s e a r c h   i n i t i a l i z e s   f r o m   t h e   s l a c k   n o d e   t o   f i n d   e a c h   c o n n e c t i o n   t o   t h e   r e s t   o f   t h e   n o d e s ;   t h e r e f o r e ,   w e   c o n s i d e r e d   i n   t h i s   p a p e r   t o   e x p l a i n   h o w   w e   d e a l   w i t h   t h e   t o p o l o g y   t o   a v o i d   m i s t a k e s   w h e n   t h e   c o n n e c t i o n s   c h a n g e ,   a n d   t h e   s e a r c h   i s   n e e d e d   t o   r e c o n f i g u r e .     3 . 5 .     T o p o l o g y   t e s t i n g   A   v e r i f i c a t i o n   p r o c e s s   i s   d o n e   t o   i d e n t i f y   t h e   n e t w o r k   t o p o l o g y   a n d   c o n s t r a i n t s   s u c h   a s   r a d i a l i t y .   F i r s t ,   t w o   m a t r i c e s   a r e   d e f i n e d   t o   i d e n t i f y   t h e   n o d e   c o n n e c t i o n s .   T h o s e   a r e   L i n e _ p r o v e   a n d   N o d e _ p r o v e   m a t r i c e s .   T h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   r e g i s t e r s ,   o n e   b y   o n e ,   t h e   c o n n e c t i o n   b e t w e e n   t h e   n o d e s .   T h e   N o d e _ p r o v e   m a t r i x   i d e n t i f i e s   w h e n   a   n o d e   h a s   b e e n   i n c l u d e d   i n   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x ,   w h i c h   m e a n s   t h a t   w e   h a v e   e n c o u n t e r e d   t h e   u p s t r e a m   c o n n e c t i o n   o f   t h a t   n o d e .   T h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   c o n t a i n s   n b r   r o w s   a n d   t w o   c o l u m n s .   C o l u m n   1   c o n t a i n s   t h e   r e c e i v i n g   n o d e   a n d   c o l u m n   2   t h e   s e n d i n g   n o d e   p e r   b r a n c h .   A l t h o u g h ,   t h i s   m a t r i x   i s   i n i t i a t e d   f u l l   o f   z e r o s ,   t h e   d a t a   m u s t   b e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g     I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8       A   m o d i f i e d   b a c k w a r d / f o r w a r d   s w e e p - b a s e d   m e t h o d   f o r   r e c o n f i g u r a t i o n   o f   . . .     (   M i c h e l l   Q u i n t e r o - D u r a n )   9 3 u p d a t e d   i t e r a t i v e l y .   T h e   N o d e _ p r o v e   m a t r i x   h a s   N   r o w s   a n d   t w o   c o l u m n s .   C o l u m n   1   i s   r e f e r r e d   t o   a s   t h e   n o d e   n u m e r a t i o n   w h i l e   c o l u m n   2   i s   a   b i n a r y   v a l u e   a s s i g n e d   t o   e a c h   n o d e   t h a t   a l l o w s   i d e n t i f y i n g   i f   t h a t   n o d e   w a s   o r   n o t   e v a l u a t e d   b e f o r e   a n d   i s   i n i t i a l l y   f u l l   o f   z e r o s .   T h e   f i r s t   s t e p   i s   f i n d i n g   t h e   s l a c k   n o d e   a n d   i t s   b r a n c h e s .   I f   t h e   s l a c k   n o d e   i s   c o n n e c t e d   t o   o n l y   o n e   n o d e ,   t h e n   t h e   f i r s t   r o w   o f   t h e   L i n e _ p r o v e   c o l u m n   w i l l   c o n t a i n   i n   c o l u m n   1   t h e   n o d e   t h a t   i s   d o w n s t r e a m   c o n n e c t e d   t o   t h e   s l a c k   n o d e   a n d   t h e   s l a c k   n o d e   w i l l   b e   i n   c o l u m n   2 .   I n   t h e   c a s e   w h e r e   t h e   s l a c k   n o d e   h a s   m o r e   t h a n   o n e   c o n n e c t i o n ,   t h e r e   m u s t   b e   a s   m a n y   r o w s   w i t h   t h e   s l a c k   n o d e   n u m b e r   a s   t h e r e   a r e   c o n n e c t i o n s .   O n c e   t h i s   f i r s t   s t e p   i s   d o n e ,   t h e   n o d e ( s )   c o n n e c t e d   t o   t h e   s l a c k   n o d e   m u s t   b e   f o u n d   i n   t h e   N o d e _ p r o v e   m a t r i x   t o   p l a c e   t h e   n u m b e r   1   i n   c o l u m n   2   w h i c h   i s   i n t e r p r e t e d   a s   w e   h a v e   e v a l u a t e d   a   n o d e   a n d   f o u n d   i t s   f e e d i n g   p r e v i o u s   n o d e .   A s   a   b r i e f   e x a m p l e ,   c o n s i d e r   t h e   I E E E   1 3 - n o d e   t e s t   f e e d e r   a n d   b o t h   i t s   i n i t i a l   L i n e _ p r o v e   a n d   N o d e _ p r o v e   m a t r i c e s   i n   T a b l e s   9   a n d   1 0 ,   r e s p e c t i v e l y .   F r o m   T a b l e   9   a n d   T a b l e   1 0 ,   i t   i s   s p e c i f i e d   t h a t   t h e   n o d e   6 3 2   c o n n e c t e d   t o   t h e   s l a c k   n o d e   ( 6 5 0 )   i s   c h e c k e d   i n   t h e   N o d e _ p r o v e   m a t r i x ,   p u t t i n g   t h e   n u m b e r   1   n e x t   t o   i t s   p o s i t i o n   i n   t h e   m a t r i x .   I n   t h i s   i n s t a n c e ,   o n l y   o n e   b r a n c h   h a s   b e e n   i d e n t i f i e d .       T a b l e   9 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   I n i t i a l   L i n e _ P r o v e   M a t r i x   R e c e i v i n g   n o d e   S e n d i n g   n o d e   6 3 2   6 5 0     T a b l e   1 0 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   I n i t i a l   N o d e _ P r o v e   M a t r i x   R e c e i v i n g   n o d e   B i n a r y   s e a r c h   6 3 2   1   6 4 5   0       6 7 5   0         3 . 6 .     F i l l i n g   N o d e _ p r o v e   a n d   L i n e _ p r o v e   m a t r i c e s   A s   a   s t a r t i n g   p o i n t ,   a   p a r a m e t e r   c a l l e d   n u m _ l i n e s   h a s   t o   b e   c r e a t e d   w i t h   t h e   v a l u e   o f   1 .   T h i s   p a r a m e t e r   a l l o w s   c h e c k i n g   t h e   b r a n c h e s   t h a t   f o l l o w   t h e   s l a c k   c o n n e c t i o n s .   A n   i t e r a t i v e   p r o c e s s   i s   i n i t i a t e d   f r o m   1   t o   n b r   a c c o r d i n g   t o   t h e   i n d e x   i   t h a t   l o c a t e s   t h e   l a s t   r o w   t h a t   h a s   b e e n   f i l l e d   i n   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x .   F r o m   t h e   i t h   r o w   o f   L i n e _ p r o v e   m a t r i x ,   t h e   r e c e i v i n g   n o d e   i s   i d e n t i f i e d   t o   f i n d   a l l   i t s   c o n n e c t i o n s   f r o m   t h e   n e i g h b o r h o o d   m a t r i x .   T h o s e   c o n n e c t i o n s   a r e   s a v e d   i n   t h e   f i r s t   c o l u m n   o f   a   n e w   v a r i a b l e   c a l l e d   p o s t _ n o d e s .   A   s e c o n d   c o l u m n   i s   r e q u i r e d   t o   r e c o g n i z e   w h i c h   o f   t h o s e   c o n n e c t i o n s   i s   t h e   u p s t r e a m   n o d e .   T h i s   i s   p o s s i b l e   c o m p a r i n g   t h e   p o s t _ n o d e s   m a t r i x   a g a i n s t   t h e   s e c o n d   c o l u m n   o f   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x ,   w h e n   a   c o m m o n   n o d e   i s   e n c o u n t e r e d ,   t h e   n u m b e r   1   i s   p l a c e d   i n   t h e   s e c o n d   c o l u m n   o f   p o s t _ n o d e s   n e x t   t o   t h e   n o d e   i d e n t i f i e d .   T h i s   p r o c e s s   c a n   b e   o b s e r v e d   i n   T a b l e   1 1 .       T a b l e   1 1 .   I E E E   1 3 - N o d e   T e s t   F e e d e r .   E x a m p l e   o f   P o s t _ N o d e s   M a t r i x   f o r   N o d e   6 3 2   C o n n e c t i o n s   B i n a r y   d e c i s i o n   6 5 0   1   6 4 5   0   6 3 3   0   6 7 1   0       W e   c a n   d e t e r m i n e   t h a t   t h e   n o d e   6 5 0   i s   c o n n e c t e d   t o   t h e   n o d e   6 3 2   b e c a u s e   t h a t   i s   t h e   o n l y   c o m m o n   n o d e   b e t w e e n   t h e   f i r s t   c o l u m n   o f   p o s t _ n o d e s   m a t r i x   a n d   t h e   s e c o n d   c o l u m n   o f   L i n e _ p r o v e   m a t r i x .   W e   c a n   a l s o   d e t e r m i n e   t h a t   t h e   n o d e s   6 4 5 ,   6 3 3 ,   a n d   6 7 1   a r e   t h e   d o w n s t r e a m   n o d e s   c o n n e c t e d   t o   t h e   n o d e   6 3 2 .   T h o s e   c o n n e c t i o n s   a r e   r e p o r t e d   i n   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   a n d   t h e   n u m b e r   1   m u s t   b e   u p d a t e d   n e x t   t o   t h o s e   n o d e s   i n   t h e   N o d e _ p r o v e   m a t r i x .   T h e   p a r a m e t e r   n u m _ l i n e s   i s   u p d a t e d   b y   a d d i n g   t h e   a m o u n t   o f   b r a n c h e s   i n c l u d e d   i n   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x .   T h i s   p r o c e s s   e n d s   w h e n   n u m _ l i n e s   i s   e q u a l   t o   n b r .     3 . 7 .     S e c o n d   r a d i a l i t y   c o n s t r a i n t   v e r i f i c a t i o n   T o   a c c o m p l i s h   t h e   s e c o n d   r a d i a l i t y   c o n s t r a i n t ,   w e   i d e n t i f y   t h e   n e t w o r k   t o p o l o g y   b y   u s i n g   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   a n d   c r e a t i n g   a n   a d j a c e n c y   m a t r i x   ( A )   t h a t   t h r o u g h   a   b i n a r y   r e p r e s e n t a t i o n ,   p r e s e n t s   t h e   n o d e s   t h a t   a r e   c o n n e c t e d   t o   a   b r a n c h .   T h i s   n e w   m a t r i x   h a s   n b r   r o w s   a n d   N   c o l u m n s   a n d   t h e   i n i t i a l   v a l u e s   a r e   d e f i n e d   a s   z e r o s .   E a c h   r o w   i n   t h e   m a t r i x   r e p r e s e n t s   e a c h   r e g i s t e r e d   b r a n c h   f r o m   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   a n d   t h e   c o l u m n s   c o n t a i n   a l l   n o d e   n u m b e r s .   A   b r a n c h   i s   a l w a y s   c o n n e c t e d   t o   t w o   n o d e s ;   t h a t   i s ,   o n l y   t w o   c e l l s   w i t h   n u m b e r s   d i f f e r e n t   t h a n   z e r o   p e r   r o w .   T h e   s e n d i n g   n o d e   w i l l   h a v e   t h e   n u m b e r   1   a n d   t h e   r e c e i v i n g   n o d e   t h e   n u m b e r   1 .   T o   c a l c u l a t e   t h e   d e t e r m i n a n t   o f   t h a t   m a t r i x ,   i t   m u s t   b e   r e c t a n g u l a r ,   a n d   i t   h a s   o n e   a d d i t i o n a l   c o l u m n   i f   c o m p a r e d   a g a i n s t   t h e   n u m b e r   o f   r o w s ,   s o   t h e   s l a c k   n o d e   c o l u m n   m u s t   b e   e l i m i n a t e d .   O n c e   t h i s   m a t r i x   i s   b u i l t ,   t h e   s e c o n d   c o n s t r a i n t   d e f i n e d   a s   t h e   n e t w o r k   r a d i a l i t y   i s   v e r i f i e d   u s i n g   ( 1 5 ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t   J   E l e c   &   C o m p   E n g ,   V o l .   9 ,   N o .   1 ,   F e b r u a r y   2 0 1 9   :     8 5   -   1 0 1   9 4   d e t 1 A                   ( 1 5 )     3 . 8 .     L o a d   m a t r i x   T h i s   m a t r i x   c o n t a i n s   t h e   l o a d s   i n s t a l l e d   a t   e a c h   n o d e   a s   e x p l a i n e d   i n   S e c t i o n   2 .   T h i s   m a t r i x   c o n t a i n s   f o u r   r o w s   a n d   N   c o l u m n s .   T h e   n o d e   n u m e r a t i o n   c a n   b e   f o u n d   i n   t h e   f i r s t   r o w   a n d   t h e   i n s t a l l e d   l o a d   p e r   p h a s e   i s   i n   r o w s   2 ,   3 ,   a n d   4 ,   r e s p e c t i v e l y .     3 . 9 .     I m p e d a n c e   b r a n c h   m a t r i x   T h e   i m p e d a n c e   b r a n c h   m a t r i x   i s   u s e d   f o r   u p d a t i n g   v o l t a g e   m a t r i x   a n d   c a l c u l a t i n g   r e a l   p o w e r   l o s s e s   o f   t h e   r a d i a l   s y s t e m .   B a s e d   o n   t h e   c o n f i g u r a t i o n   c o d e ,   t h e r e   a r e   d i f f e r e n t   3   b y   3   m a t r i c e s   f o r   t h e   t h r e e - p h a s e ,   t w o - p h a s e ,   a n d   s i n g l e - p h a s e   b r a n c h e s .   F r o m   l i n e   s e g m e n t   d a t a ,   e a c h   b r a n c h   h a s   a   l e n g t h   v a l u e   a n d   a   c o n f i g u r a t i o n   c o d e .   W i t h   t h i s   i n f o r m a t i o n ,   a n   i m p e d a n c e   m a t r i x   i s   c r e a t e d   w i t h   t h r e e   c o l u m n s   a n d   t h r e e   t i m e s   n b r   r o w s .   E a c h   b r a n c h   w i l l   h a v e   t h r e e   r o w s   a n d   t h r e e   c o l u m n s ,   c o n s t i t u t i n g   a   3 X 3   i n d e p e n d e n t   m a t r i x .     3 . 1 0 .     P a r a m e t e r   s e t t i n g   T h e   m a x i m u m   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   v o l t a g e   m a g n i t u d e s   f r o m   t h e   l a s t   i t e r a t i o n   t o   t h e   c u r r e n t   o n e   i s   i n i t i a l l y   s t a t e d   a s   a   b i g   n u m b e r   ( h i g h e r   t h a n   e ) .   F o r   t h i s   w o r k ,   i t   h a s   b e e n   c o n s i d e r e d   a s   9 9 .   T h e n ,   t h e   m i s m a t c h   l i m i t   i s   s e t   a s   e = 1 x 1 0 4   a n d   t h e   n u m b e r   o f   i t e r a t i o n s   i s   s e t   t o   z e r o .   W h i l e   t h e   c o n v e r g e n c e   c r i t e r i o n   i s   n o t   a c c o m p l i s h e d ,   t h e   B F - P F   u p d a t e s   t h e   n o d e   i n j e c t i o n   c u r r e n t s ,   b r a n c h   c u r r e n t s ,   a n d   n o d e   v o l t a g e s ,   d u r i n g   e a c h   i t e r a t i o n .     3 . 1 1 .     N o d e   c u r r e n t   i n j e c t i o n   m a t r i x   A s   e x p l a i n e d   i n   S e c t i o n   2 ,   i t   i s   t h e   r e q u i r e d   c u r r e n t   p e r   n o d e   a s   c a l c u l a t e d   u s i n g   ( 1 ) .   T h i s   m a t r i x   c o n t a i n s   f o u r   r o w s   a n d   N   c o l u m n s .   T h e   n o d e   n u m e r a t i o n   i s   i n   t h e   f i r s t   r o w   a n d   t h e   r e q u i r e d   c u r r e n t   p e r   p h a s e   i s   i n   r o w s   2 ,   3 ,   a n d   4 ,   r e s p e c t i v e l y .   E a c h   c o l u m n   c o n t a i n s   t h e   i n f o r m a t i o n   a b o u t   e a c h   n o d e .     3 . 1 2 .     B a c k w a r d   s t e p - b r a n c h   c u r r e n t   c a l c u l a t i o n   A l t h o u g h   t h i s   s t e p   w a s   e x p l a i n e d   i n   S e c t i o n   2 ,   w e   m o d i f i e d   t h e   a l g o r i t h m   f o r   c a l c u l a t i n g   b r a n c h   c u r r e n t s ,   r e g a r d l e s s   o f   t h e   n u m b e r   o f   n o d e s .   T o   m a k e   s u c h   a   c a l c u l a t i o n ,   i t   i s   n e c e s s a r y   t o   u s e   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   a n d   c r e a t e   a   b r a n c h   c u r r e n t   m a t r i x   t h a t   c o n t a i n s   o n l y   o n e   c o l u m n ,   a n d   t h r e e   t i m e s   n b r   r o w s .   E a c h   b r a n c h   h a s   t h r e e   r o w s   a n d   o n e   c o l u m n ,   c o n s i d e r i n g   t h e   c u r r e n t   p e r   p h a s e .   T h e   i n i t i a l   v a l u e s   o f   t h e   m a t r i x   a r e   z e r o s   a n d   t h e   f o l l o w i n g   p r o c e s s   i s   b a s e d   o n   ( 2 )   a n d   ( 3 ) .   T h e r e   a r e   t w o   i t e r a t i v e   p r o c e s s e s ,   w i t h   o n e   c y c l e   d e p e n d e n t   o n   t h e   o t h e r :   t h i s   i s   k n o w n   a s   f o r   c y c l e   i n s i d e   a n o t h e r   f o r   c y c l e   i n   p r o g r a m m i n g .   T h e   f i r s t   c y c l e   i s   f o l l o w e d   w i t h   t h e   a i d   o f   a n   i n d e x   i ,   w h i c h   i s   s e t   f r o m   1   t o   n b r .   T h e   o r d e r   o f   b r a n c h e s   i s   t h e   s a m e   a s   t h e y   a r e   i n   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x .   A   v a r i a b l e   c a l l e d   x   i s   i n i t i a l i z e d   a t   z e r o ,   w h i c h   g u a r a n t e e s   t h a t   t h e   b a c k w a r d   s t e p   i s   e x e c u t e d   f r o m   t h e   l a s t   n o d e   t o   t h e   s l a c k   n o d e ,   n a m e l y ,   f r o m   t h e   e n d   t o   t h e   b e g i n n i n g ,   a s   a   b a c k w a r d   s w e e p .   T h i s   i s   a c h i e v e d   b e c a u s e   t h e   x   v a r i a b l e   v a l u e   i s   s u b t r a c t e d   f r o m   n b r ;   a s   t h e   x   v a l u e   i s   i n c r e a s e d   p e r   i t e r a t i o n ,   t h e   d i f f e r e n c e   b e t w e e n   n b r   a n d   x   i s   r e d u c e d ,   t h e r e b y   a t t a i n i n g   a n   e v a l u a t i o n   o f   e a c h   b r a n c h   f o r   t h e   l a s t   r o w   o f   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   t o   t h e   f i r s t   r o w .   T h e   b r a n c h   c u r r e n t   f o r   t h e   b r a n c h   n b r x   i s   f i r s t   c a l c u l a t e d   a s   t h e   r e p o r t e d   c u r r e n t   i n j e c t e d   i n   t h e   n o d e   c u r r e n t   i n j e c t i o n   m a t r i x   i n   t h e   r e c e i v i n g   n o d e   c o n n e c t e d   t o   t h a t   b r a n c h .   I f   n o d e   n   i s   d o w n s t r e a m   c o n n e c t e d   t o   m o r e   t h a n   o n e   n o d e ,   t h e n   t h e   s e c o n d   c y c l e   i s   n e e d e d .   T h i s   c y c l e   i s   i n s i d e   t h e   f i r s t   c y c l e   a n d   i s   a c c o m p l i s h e d   w i t h   t h e   a i d   o f   a n   i n d e x   j ,   w h i c h   i s   s e t   f r o m   1   t o   t h e   n u m b e r   o f   t i m e s   t h i s   r e c e i v i n g   n o d e   i s   r e g i s t e r e d   i n   t h e   s e c o n d   c o l u m n   o f   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x .   T h e   n o d e s   i n   t h e   f i r s t   c o l u m n   o f   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x ,   n e x t   t o   t h e   n o d e   n ,   a r e   r e f e r r e d   a s   i t s   d o w n s t r e a m   c o n n e c t e d   n o d e s   a n d   t h e   c u r r e n t   i n j e c t e d   t o   t h o s e   n o d e s   i s   a d d e d   t o   t h e   b r a n c h   c u r r e n t   c a l c u l a t e d   i n   t h e   f i r s t   c y c l e .   W h e n   t h e   a b o v e   p r o c e s s   i s   p e r f o r m e d ,   t h e   v a r i a b l e   x   i s   u p d a t e d   a s   t h e   v a l u e   o f   t h e   i n d e x   i ,   s t a r t i n g   a l l   o v e r   a g a i n   u n t i l   i   i s   e q u a l   t o   n b r .   F i n a l l y ,   e a c h   m a g n i t u d e   o f   a   b r a n c h   c u r r e n t   i s   c a l c u l a t e d   f r o m   t h e   b r a n c h   c u r r e n t   m a t r i x   t h a t   i s   i n   c o m p l e x   n u m b e r s .   T h e   r e a s o n   t o   o b t a i n   t h e   m a g n i t u d e   o f   a   b r a n c h   c u r r e n t   i s   f o r   c a l c u l a t i n g   r e a l   p o w e r   l o s s e s .     3 . 1 3 .     F o r w a r d   s t e p - n o d e   v o l t a g e   m a t r i x   c a l c u l a t i o n   A t   t h i s   s t e p ,   t w o   a s s u m p t i o n s   a r e   c o n s i d e r e d   i n   t h e   a l g o r i t h m .   T h e   f i r s t   a s s u m p t i o n   i s   t h a t   t h e   s l a c k   n o d e   a n d   v o l t a g e   r e g u l a t e d   n o d e s   k e e p   t h e   s a m e   v o l t a g e   a t   e v e r y   i t e r a t i o n .   T h e   s e c o n d   a s s u m p t i o n   i s   t h a t   t h e   L i n e _ p r o v e   m a t r i x   i s   u s e d   t o   f o l l o w   a   p a t h   f r o m   t h e   s l a c k   n o d e   t o   t h e   f i n a l   n o d e s .   T h e   l i n e   s e g m e n t   m a t r i x   i s   a l s o   r e q u i r e d   f o r   c h e c k i n g   t h e   c o n f i g u r a t i o n   p e r   b r a n c h ,   w h i c h   i s   i m p o r t a n t   d a t a   t o   c a l c u l a t e   v o l t a g e   d r o p s   b e t w e e n   n o d e s   u s i n g   ( 5 ) ( 1 1 ) .   A n   i n d e x   i   l e a d s   a   c y c l e   c o m p a r i n g   t h e   i n f o r m a t i o n   s a v e d   i n   t h e   L i n e _ p r o v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.