I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv e  S y s t em s   ( I J P E DS)   Vo l.  1 5 ,   No .   4 ,   Dec em b er   2 0 2 4 ,   p p .   2 5 0 1 ~ 2 5 1 6   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 1 5 . i4 . p p 2 5 0 1 - 2 5 1 6       2501     J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Stocha stic as ses s ment of  vo ltag e sa g s a nd t echno - ec o no mic  o ptimiza tion       J ey a g o pi Ra m a n 1 ,   Cho o n K i t   Cha n 1 ,  M un i s h K um a r  G up t a 2 ,   Yuli P a nca   Asm a ra 1 ,   Su des h Na ir  B a s k a ra 1 ,   Cha lo em ph o l K a ewt hep 3 ,   Yuzhen G a o 4   1 F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g   a n d   Q u a n t i t y   S u r v e y i n g ,   I N T I   I n t e r n a t i o n a l   U n i v e r si t y ,   N i l a i ,   M a l a y s i a   2 F a c u l t y   o f   M e c h a n i c a l   E n g i n e e r i n g ,   O p o l e   U n i v e r s i t y   o f   T e c h n o l o g y ,   O p o l e ,   P o l a n d   3 F a c u l t y   o f   En g i n e e r i n g ,   S h i n a w a t r a   U n i v e r si t y ,   P a t h u m   T h a n i ,   T h a i l a n d   4 S c h o o l   o f   M a t h e ma t i c s a n d   S t a t i st i c s ,   H u a n g s h a n   U n i v e r si t y ,   H u a n g sh a n ,   C h i n a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   2 6 ,   2 0 2 4   R ev is ed   J u l 1 0 ,   2 0 2 4   Acc ep ted   J u l 2 4 ,   2 0 2 4       P o we r  q u a li ty   h a s  b e c o m e   a n   e ss e n ti a l  c o n c e rn   f o r  in d u stries   a n d   d o m e stic  e n e rg y   c o n su m p ti o n   wit h   t h e   d e v e lo p m e n t   o f  s o p h isti c a ted   e q u i p m e n t  li k e   m icro - e lec tro n ic  d e v ice s.  Wh e n   a   p o we r  q u a li t y   e v e n t  h a p p e n s,  su c h   a s   v o lt a g e   sa g ,   fin a n c ial  lo ss e s  fo r  i n d u str ies   in c re a se   trem e n d o u sl y .   Th e re fo re ,   v o lt a g e   sa g   e v a lu a ti o n   b e c o m e s  c ru c ial  fo r   p re d icti n g   t h e   n u m b e r  o f  e v e n ts   a n d   se v e rit y   o f  v o lt a g e   sa g   e v e n ts  o f  th e   e lec tri c a l  n e tw o rk .   In d u stries   c a n   d e term in e   th e   m it i g a ti o n   in v e stm e n t  n e e d e d   fo r   o p ti m a l  o p e ra ti o n   u sin g   t h e   k n o wle d g e   o b tain e d   t h ro u g h   v o lt a g e   sa g   a n a ly sis m e th o d .   Th u s,  th e   first   p a rt  o f  th e   stu d y   a d d re ss e d   th e   d e v e l o p m e n t  o f  a   sto c h a stic  a ss e ss m e n t  m e th o d   fo r   v o lt a g e   sa g   a t  a n   in tere ste d   b u s  i n   t h e   p o we r  sy ste m   n e two r k ,   w h i c h   wa s  a n   in it ial  o b jec ti v e   o f  t h e   stu d y .   Th e   se c o n d   p a rt  o f  th e   re se a rc h   in v e stig a tes   d y n a m ic  v o lt a g e   re sto re r  (DV R)  c o n tro l  tec h n i q u e s,  a s  we ll   a s  th e   n e c e ss a ry   c a p a c it a n c e   a n d   e n e rg y   sto ra g e   d ime n sio n s.   T h e   stu d ies   a lso   re c o m m e n d   a   tec h n iq u e   fo r  e c o n o m ic  e v a lu a ti o n   th a t  e m p h a siz e s  th e   e x p e n se   o f  v o lt a g e   sa g   e v e n ts as   we ll   a s  th e   c o st   o f   i n v e s tme n t  in   DV R  wit h   a n d   wi th o u t   v o lt a g e   sa g   e v e n ts.   Th e   siz e   o f  DV R  a n d   e c o n o m ic  a ss e ss m e n t  m o d e l  e sta b li sh e d   in   t h e se   stu d ies   e n a b les   in d u str ies   to   ra te  th e   c o st  o f  v o lt a g e   sa g   a n d   th e   to tal   in v e stm e n t  i n   m it i g a ti o n   d e v ice s.   K ey w o r d s :   Dy n am ic  v o ltag e   r esto r er   Fin an cial  ass es s m en t   Gen etic  alg o r ith m   Po wer   q u ality   ass ess m en t   Vo ltag e  s ag   ev en ts   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J ey ag o p i Ram an   Facu lty   o f   E n g in ee r in g   an d   Qu an tity   Su r v e y in g ,   I NT I   I n ter n atio n al  Un iv er s ity   Per s iar an   Per d an a  B B N  Pu tr a  Nilai,   7 1 8 0 0   Nilai,   Neg er i Sem b ilan ,   Ma lay s ia   E m ail:  jey ag . r am an @ n ewin ti. ed u . m y ,   r jey ag o p i@ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Po wer   q u ality   r ef er s   to   th e  elem en ts   o f   th e  p o wer   s u p p ly   th a t  h av e  an   im p ac t  o n   th e  f u n cti o n ality   o f   m o d er n   in d u s tr ies  p r o ce s s es.  Un ex p lain ed   eq u ip m en t  s h u t d o wn s   o r   ex cu r s io n s ,  s p o r a d ic  eq u ip m en t  d a m ag e  o r   co m p o n en t  f ailu r e ,   u n p r e d ictab ilit y   in   p r o ce s s   p er f o r m a n ce   r eg u latio n ,   ar b itra r y   lo c k u p s   a n d   d ata  er r o r s ,   an d   p o wer   s y s tem   co m p o n en t  o v e r h ea tin g   a r e  all  p r ed o m in an tly   attr ib u tab le  t o   p o o r   p o wer   q u ality   [ 1 ] ,  [ 2 ] .   T h ese  p o wer   q u ality   p r o b lem s   ca n   ca u s e  d if f er en t  im p ac ts   o n   d i f f er en t  en d   u s er s .   Fo r   ex am p le,   in   o r d er   f o r   an   eq u ip m en t  to   r estar t,  a  co n s id e r ab le  tim e  m ig h t  b e  n ec ess ar y   ( in   th e   r an g e  o f   h o u r s ) .   T h is   ca n   lead   to   s ig n if ican t  f in an cial  lo s s es  to   in d u s tr ies  [ 3 ] - [ 6 ] .   Hen ce ,   e n d   u s er s ’   c o n c er n   r eg a r d in g   p o wer   q u ality   h as  b ec o m e  ap p a r en t   wh en   im p licatio n s   d u e  to   p o w er   q u ality   ar e  co n s id er ed .   T h u s ,   th e  ter m   “p o wer   q u ality ”  h a s   b ec o m e  o n e  o f   th e   to p   co n ce r n s   in   th e  p o wer   in d u s tr y   [ 1 ] ,  [ 2 ] ,  [ 7 ] .   Atten tio n   h as  b ee n   d e d icate d   to   m in im iz e  th e  ef f ec t   o f   p o o r   p o wer   q u ality   to war d s   en d   u s e r s ,   n o tab ly   with in   lar g e  in d u s tr ial  p lan ts   [ 8 ] ,  [ 9 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 24 :  2501 - 2 5 1 6   2502   Me as u r i n g   t h e   m o n et ar y   d a m a g es   r es u lt in g   f r o m   p o w e r   q u a lit y   d is r u p t io n s   is   a   c h al le n g i n g   u n d er ta k i n g .   T h e  e x te n t   o f   th e  cu s to m e r ' s   f i n a n cia l  lo s s es   i s   c o n ti n g e n t   u p o n   v a r i o u s   f a c to r s ,   i n c lu d in g   t h e   r es p o n s iv en ess   o f   t h e   e q u i p m e n t ,   th e   s e n s iti v i ty   o f   th e   p r o c es s ,   an d   t h e   i n t e n s it y   o f   t h e   d is t u r b a n ce s   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   Giv en   th e   c o n s i d e r a b l e  am b i g u it y   s u r r o u n d i n g   t h ese   v ar i a b l es,   it   is   n ec ess a r y   t o   d e v e lo p   n o v el   p r o ce d u r es ,   an d   m et h o d s   to   en s u r e   t h e   ass ess m e n t   r e m ai n s   c o n s is t en t  a n d   th e   m e th o d o l o g y   r e m ai n s   p r a ctic a l .   T h e r e f o r e,   t o   r e d u ce   p o w e r   q u alit y   p r o b le m s   an d   s u b s e q u e n t ly   t h e  h u g e  f i n a n ci al  lo s s es,   m i ti g at io n   d ev ic es  h a v e  t o   b e   u tili ze d .   A c c o r d i n g   t o   r e c e n t   s t u d i es ,   o n s i t e   p r o b l e m s   c o n t r i b u t e  t o   8 0 - 9 0 %   o f   a l l   p o w e r   q u a li t y   is s u e s ,   r a t h e r   t h a n   u t i l i t y   d i f f ic u l t ie s   [ 1 2 ] ,  [ 1 3 ] .   T h e   m o s t   f r e q u e n t   t y p e s   o f   v o l t a g e   i r r e g u l a r i ti e s   a r e   h a r m o n i c s ,   v o l t a g e   s a g s ,   v o l t a g e   s w el ls ,   a n d   s h o r t   i n t e r r u p t i o n s   [ 1 3 ] .   V o l t a g e   s a g   c o n t r i b u t e s   t o   a p p r o x i m a t e l y   3 1 %   o f   a l l   e q u i p m e n t  i n t e r r u p t i o n s .   A n o t h e r   s i g n i f ica n t   is s u e  w it h   p o w e r   q u a l i t y   th a t   r e s u l ts   i n   u n w a n t e d   t r i p p i n g   a n d   t h e   f a i l u r e  o f   s e n s i t i v e   m a c h i n e r y   i n   i n d u s t r ia l   p r o c e s s es   i s   v o l ta g e   s a g s   [ 1 2 ] .   T h e   c r u c i a l   v o l t a g e   s a g   c h a r a c t e r i s t i cs   a r e   v o l t a g e  m a g n i t u d e   a n d   d u r a t i o n .   I n   ad d i t i o n   t o   t h e  f a u l t   t y p e   a n d   l o c a t i o n ,   o t h e r   f ac t o r s   t h a t   a f f e c t   t h e   v o lt a g e   s a g   a m p l i t u d e   d u r i n g   a n   i n c i d e n t  in c l u d e   p r e - f a u l t   v o l t a g es ,   t r a n s f o r m e r   c o n n e c t i o n ,   a n d   f a u l t   im p e d a n c e   [ 1 4 ] ,  [ 1 5 ] .   W h e n   a   n e t w o r k   f a u l t   o c c u r s ,   th e   r e s u l t i n g   v o l t a g e   s a g   w i ll   r em a i n   u n t i l   p r o t e c t i o n   d e v i c es   o p e r a t e   t o   h a l t   t h e   f l o w  o f   f a u l t   c u r r e n t .   D u e  t o   a   s i n g l e  v o l t a g e   s a g   o c c u r r e n c e ,   t h e  i n d u s t r i es   s u f f e r   t r e m e n d o u s   l o s s e s   i n   t h e   n u m b e r   o f   m i l l i o n s   o f   d o l la r s   [ 1 6 ] - [ 1 9 ] .   T h e r e   a r e   t w o   m et h o d s   t h a t   h a v e   b e e n   d e v e l o p e d   t o   p r e d i ct  v o l t a g e   s a g   e v e n t s ,   n a m e l y   m o n i t o r i n g   a n d   r e c o r d i n g   o f   v o l t a g e   s a g ,   a n d   s i m u la ti o n   o f   v o l t a g e   s a g   [ 1 ] ,  [ 10 ] ,  [ 1 4 ] .   T h e   m o n i t o r i n g   m e t h o d s   r e q u i r e   l o n g e r   m o n i t o r i n g   t i m e   i n   o r d e r   t o   o b t a i n   m o r e   a c c u r a t e  r e s u l t s .   T h e r e   a r e   t h r e e   m a i n   s i m u la t i o n   m e t h o d s   t h a t   a r e   u s e d   t o   as s ess   v o l t a g e   s a g s   i . e .   c r it i c al   d i s t a n c e ,   f a u l t   p o s it i o n ,   a n d   M o n t e   C a r l o   [2 ] ,  [ 17 ] ,  [ 1 8 ] .   T h e r e f o r e ,   t h e   s t u d y   is   t o   d e v e lo p   v o l t a g e   s a g   as s ess m e n t   a l g o r i t h m s   t o   p r e d i ct   t h e   s e v e r it y   o f   v o l t a g e   s a g   at   a   b u s   o f   i n t e r e s t   i n   t h e   t r a n s m is s i o n   a n d   d i s t r i b u t i o n   n e tw o r k s .   T h e   d e v e l o p e d   m e t h o d   i s   b ase d   o n   t h e   q u a d r a t i c   i n t e r p o l a t i o n   m e t h o d   t o   d e te r m i n e   t h e   t w o   v a l u es   cl o s e   t o   t h e   c r i t i c al   p o i n t s   f o r   t h e   a r e a   o f   v u l n e r a b i l it y .   C u s to m er s   an d   u tili ties   ar e  b ec o m in g   in c r ea s in g ly   awa r e  o f   p o wer   q u ality   as  th er e  is   a  h ig h er   d em an d   f o r   h ig h - q u ality ,   d ep en d ab le  p o wer ,   an d   a  g r ea ter   n u m b er   o f   d is to r tin g   lo ad s .   As  a  r esu lt,  it  is   cr itical  to   r ed u ce   th e  im p ac t  o f   v o ltag e  s ag s   o n   s en s itiv e  eq u ip m en t.  T h er ef o r e,   a  m itig atio n   d e v ice  is   u s ed   to   r ed u ce   th e  s ev e r ity   o f   v o ltag e  s ag ,   th u s   im p r o v in g   th e  p o wer   q u ality   f o r   th e  e n d   u s er .   T h er e   ar e  m an y   ty p e s   o f   cu s to m   p o we r   m itig atio n   d ev ices  wh ich   u tili ze   p o wer   elec tr o n ic  [ 2 0 ] - [ 2 7 ] .   T h e  STAT C OM   an d   d y n am ic  v o ltag e  r esto r er   ( DVR )   ar e  th e  eq u ip m en t  th at   is   co m m o n ly   u s ed   to   a d d r ess   v o ltag e  s ag   [ 2 0 ] - [ 2 4 ] .   T h u s ,   t h ese  s tu d ies  aim   to   u s e  m itig atio n   d ev ice  is   DVR.  W h en   th e  f a u lts   tak e  p lace ,   th e   DVR  in jects  a  th r ee - p h ase  v o l tag e  to   c o m p e n s ate  f o r   v o ltag e   s ag   to   th e   n o m in al  v o ltag e.   He n ce ,   t h e  c o n s id er at io n   f o r   co r r ec t   s izin g   o f   th e  D VR   is   an   im p o r tan t   tas k   d u e   to   c o s t  r ea s o n s   [ 2 8 ] - [ 3 1 ] .   T h er ef o r e,   it   is   im p o r t an t  to   d ev elo p   a   m eth o d   th at   ca n   ca lc u late  th e   ap p r o p r iate  o r   o p tim u m   s izin g   o f   DVR to   m itig ate  v o lta g e  s a g   [ 3 0 ] ,  [ 3 1 ] .   I t  h as  b ee n   h ig h lig h ted   b y   m a n y   au th o r s   th at  v o ltag e  s ag   is   th e  m ain   ca u s e  o f   h u g e   f in an c ial  lo s s es  with in   th e  m an u f ac tu r in g   o r   p r o d u ctio n   s ec to r s   [ 3 2 ] - [ 3 7 ] .   He n ce ,   th e  s tu d y   is   to   d ev elo p   a  f in an cial  ass es s m en t  m eth o d   to   d eter m in e  th e  b e n e f it  o f   DVR  a s   wel l  as   lo s s e s   d u e  to   v o ltag e  s ag   with   an d   with o u t  a  DVR.  T h e   d ev elo p e d   m eth o d   em p lo y s   two - p o in t  cr o s s o v e r   g en etic  alg o r ith m s .   T h er e f o r e,   it  is   im p o r tan t  to   co n s id er   th e   ac cu r ate  ass ess m en t  o f   f in a n cial  lo s s es  d u e  to   v o ltag e  s a g ,   s o   th at   a  s o u n d   d ec is io n   c an   b e  m ad e  f o r   th e  in v estme n t  o f   m itig atio n   d e v ices.  B a s ed   o n   th e  ab o v e  p r o b lem s ,   it  is   im p er ativ e  to   d ev elo p   a  s to ch asti c   s im u latio n   m eth o d   th at  ca n   p r o v id e  ac cu r ate  esti m atio n   o f   t h e  ass ess m en t  o f   v o ltag e  s ag ,   s izin g   o f   m itig atio n   d ev ices  an d   p er f o r m   f in an cial   an aly s es  f o r   u tili ties   an d   en d   u s er .   T h er e f o r e,   th is   s tu d y   aim s   to   p r o v id e  a n   ec o n o m ic  ass ess m en t  m eth o d   b ased   o n   o p tim izatio n   m eth o d o lo g ies  b y   u s in g   a  two - p o in t   cr o s s o v er   g en etic   alg o r ith m   as th e  to o l f o r   v o lta g e  s ag   ass ess m en t a n d   m in im izin g   m itig at io n   d ev ice  co s t.       2.   M E T H O DO L O G Y     T h e  f ir s t  p ar t  o f   th is   s tu d y   i n v esti g ates  v o ltag e  s ag s   ev en ts   ca u s ed   b y   s h o r t - cir c u it  an d   d ev elo p s   a  s to ch asti c  ass e s s m en t  m eth o d .   Seco n d   p ar t  o f   th e  s tu d y   in v es tig ates  alter n ativ e  co n tr o l   s tr ateg ies  f o r   DVR  an d   im p lem en ts   a  tech n iq u e  th at  p r o v id es  f o r   th e  a n aly s is   o f   s u i tab le  m itig atio n   s tr ateg ies  an d   s izes  f o r   b alan ce d   an d   u n b alan ce d   f au lts   at  ea ch   lo ca tio n   o n   b u s es o r   lin es.  T h e   th ir d   p a r t o f   th e  s tu d ies in v est ig ates th e  f in an cial  lo s s es e x p er ien ce d   b y   u tili ties   an d   en d   co n s u m e r s .     2 . 1 .   Vo lt a g e  s a g   a s s ess m ent   2 . 1 . 1 .   Re m a in in g   v o lta g e   d e te r m in a t io n   a t  b u se s a n d   li n e s   T h e  Z - b u s   m atr ix   ca n   b e   u s ed   to   d eter m in e   th e   m ag n itu d e  o f   th e  v o ltag e  s ag   at  th e   b u s   a n d   alo n g   th e   lin e  wh en   f au lts   o cc u r   at  a   b u s   in   a  p o wer   s y s tem .   T h e   ( 1 )   an d   ( 2 )   u s ed   to   ca lcu late,   if   th e   f au lts   tak e  p lace   o n   a  b u s   an d   t h e  lin e  ar e  g iv en   b y   [ 3 8 ] - [ 4 0 ] .     012 = 012  − [  012 ] 012     ( 1 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       S to ch a s tic  a s s ess men t o f v o lta g e  s a g s   a n d   tech n o - ec o n o mic  o p timiz a tio n   ( Je ya g o p i R a m a n )   2503   012 = 012  − [  012 ] 012     ( 2 )     2 . 1 . 2 .   Vo lt a g e  s a g   co m pens a t io n t ec hn iqu e s   by   DVR   -   Vo ltag e  s ag   co m p e n s atio n   ca l cu latio n   T h e  DVR  in ject s   v o ltag e  ac co r d in g   to   th e  f a u lt' s   lo ca tio n ,   n atu r e,   an d   im p e d an ce   o f   th e  s y s tem .   Dif f er en t  tech n iq u es  a r e  u tili ze d   b y   DVR  to   co r r ec t   v o lt ag e  s ag   [ 2 3 ] ,   [ 2 4 ] .   T h e  p r e - f au lt  co m p en s atio n   tech n iq u e  is   ap p lied   in   th is   in v esti g atio n .   T h e   ( 3 )   p r o v id es th e  lo ad   v o ltag e  r elatio n s h ip .     1 =  +     ( 3 )     W h er e:  V l   -   lo ad   v o ltag e,   V sag   -   v o ltag e  s ag ,   an d   V DVR   -   in ject ed   v o ltag e  b y   DVR.   -   R ea ctiv e  p o wer   i n jectio n   T h e  p o wer   eq u atio n   is   as  ( 4 )   a n d   ( 5 ) ,   wh en   DVR in jects o n ly   r ea ctiv e  p o wer .     = +    ( 4 )      = +   ( 5 )     W h er e:  Q :  r ea ctiv e  p o wer   in jecte d ;   S l :  lo ad   b u s ;  an d   I l :  lo ad   cu r r en t.   T h e  DVR's   s ize  an d   an g le  ar e  d eter m in e d     by   ( 6 )   an d   ( 7 ) .     = √  2 +  2 − 2      ( 6 )     = ta n − 1 (     −  )     ( 7 )     W h er e:  V DVR :  in jecte d   v o ltag e  m ag n itu d e  b y   DVR ;   δ DVR :  in j ec ted   p h ase  an g le  b y   DVR ;   V pf :  p r e - f au lt  v o ltag e ;   an d   V sag :  v o ltag e  s ag .   -   Activ e  p o wer   in jectio n   T h e  p o wer   eq u atio n   is   as  in   ( 8 ) ,   wh en   DVR in jects o n ly   ac ti v e  p o wer .     = +   ( 8 )     W h er e:  Q :  r ea ctiv e  p o wer   in je cted ;   S l :  lo ad   bus ;   an d   I l :  l o ad   cu r r en t.   I f   r ea ctiv e   p o wer   f ails   to   co m p en s ate  f o r   th e   v o lta g e  s ag ,   ac ti v e  p o wer   in jectio n   co n tin u es  r esto r atio n .   Af ter   r esto r atio n   with   r ea ctiv e  p o wer ,   v ar io u s   s ag   m ag n itu d e   v alu es  ca n   b e  o b tain ed   f r o m   ( 9 ) .   T h e  DVR's   s ize   an d   an g le  ar e  d eter m in ed   b y   ( 9 ) .     = √  2 +  1 2 − 2   1    ( 9 )     2 . 2 .   G enet ic  a lg o rit hm   T h e  g e n etic  alg o r it h m   ( GA)   is   a  p r o b lem - s o lv in g   alg o r ith m   t h at  m ay   b e  m o d if ie d   to   ad d r ess   a  v ar iety   o f   is s u es.  T h e  GA  p ar am eter s   af f ec t  th e  co m p u tatio n   tim e  a n d   o v e r all  ef f icien cy .   T h e  p r o ce s s   o f   co m p u tin g   GA  is   d eter m in ed   b y   p o p u latio n   s ize,   s elec tio n   o f   v alu e,   cr o s s o v er   r ate,   m u tatio n   r ate,   a n d   s to p   cr iter ia.   T h e   s ize  o f   th e  p o p u latio n   is   a  cr u cial  co n s id er atio n   in   th e  esta b lis h m en t  o f   a   GA.   Alth o u g h   GA  m ay   ca lcu late  p o p u latio n s   o f   an y   s ize,   an   id ea l  p o p u latio n   s ize  w o u ld   y iel d   an   id ea l  tim e.   T h e   m eth o d   o f   s elec tin g   th e   b est  s o lu tio n   f r o m   a  p o p u latio n   estab lis h es  th e  lev el  o f   s u p e r io r it y   an d   is   k n o wn   as  th e   s elec tio n   v alu e.   T h e  in itial   co n v er g en ce   is   ca u s ed   b y   s u p er io r   in d i v id u als  wh o   h ea v ily   d o m in ate  in f er io r   in d iv id u als,  as  in d icate d   b y   th e  h ig h   s elec tio n   v alu e .   T h e  cr o s s o v er   r ate   is   d ef in e d   as  th e  p er ce n tag e  o f   s o lu ti o n s   f r o m   a  p r ed e f in ed   p o p u latio n   th at  ca n   cr ea te  o f f s p r i n g .   T h e  f r ac tio n   o f   th e  p o p u latio n ' s   to tal  n u m b er   o f   g en es  th at  d eter m in es  h o w  m an y   n ew  g en es   ar e  in tr o d u ce d   in to   th e  p o p u l atio n   f o r   test in g   is   k n o wn   as  th e  m u tatio n   r ate,   o n   th e  o t h er   h an d .   W h en   th e   m u tatio n   r ate   is   to o   lo w,   a   co n s id er ab le  p o r tio n   o f   th e  s o lu tio n   s p ac e  is   n o t  s tu d ied .   T h e  GA   p r o ce s s ' s   s to p p in g   p o in t  is   d ef in ed   b y   s to p   cr iter i a.   T h e   GA  w ill  n o t   b e  a b le  to   f in d   e n o u g h   s o lu tio n s   t o   f i n d   a  u n iv er s al  s o lu tio n   if   th e  p r o ce s s   en d s   to o   s o o n .   I n   co n tr ast,  if   th e  an al y s is   tak es to o   lo n g ,   th e  c o m p u tin g   tim e   will in cr ea s e.   Mo s t   GA  s y s tem s   u s e  f in is h in g   cr iter ia  th at  ar e  a  d e f in ed   n u m b er   o f   g en er atio n s   o r   iter atio n s   r ea c h ed .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 24 :  2501 - 2 5 1 6   2504   2 . 2 . 1 .   Vo lt a g e  s a g   co m pens a t io n t ec hn iqu e s   by   DVR   T h e  m eth o d o lo g y   u s ed   to   ass ess   th e  o p tim u m   co s t  o f   in v est m en t  b y   u tili ties   o r   e n d - u s er s   t o   d eter m i n e  f in an cial  d ec is io n s   is   d ep icted   in   Fig u r e  1 .   T h e  f o llo win g   p r o ce d u r es c an   b e  u s ed   to   d escr ib e  Fig u r e  1 :   -   T h e  in itial  p o p u latio n   h as  b ee n   g en e r ated   to   en s u r e  u n if o r m   d is tr ib u tio n .   A   s tr in g   o f   0   s   a n d   1   s   is   u s ed   to   r ep r esen t th e  ch r o m o s o m e  b its ,   an d   ea c h   b it o f   a  ch r o m o s o m e  is   d escr ib ed   b y   a   g en e.   -   Fo r   ea ch   in d i v id u al  p o p u latio n ,   th e  f in a n cial  eq u atio n   is   u s ed   to   co m p u te  th e  f itn ess   v alu e.   -   T h e  p o p u latio n ' s   tar g et  f u n ctio n   is   d eter m in ed   at  two   cr o s s o v er   p o in ts   u s in g   t h e  r o u lette  wh ee l m eth o d .   -   T h e  two - cr o s s o v er   p o in t  p r o c ess   will  d etec t  ev er y   g e n e  an d   cr o s s o v er   b etwe en   two   d if f er en t  p ar e n ts   to   p r o d u ce   a   p air   o f   ch r o m o s o m e s .   T h is   ca n   b e   r eso lv ed   b y   ex c h an g in g   g e n es b etwe en   th e   two   p ar e n ts .   Fro m   ea ch   s et  o f   p ar e n ts ,   cr o s s o v er   p o in ts   ar e  p r o d u ce d   a t r a n d o m .   -   I n d iv id u al  p o p u latio n   m u tatio n s   ar e  m u tated   as a   r esu lt o f   cr o s s o v er .   -   Gen er ate  th e  b est - f it v alu e   f r o m   th e  p o p u latio n   f o r   e v er y o n e ’ s   co n v er g en ce   p o in t.   -   T h e  p r e v io u s   p r o ce s s es will b e  p er f o r m ed   u n til th e  b est co n v er g en ce   p o in t is r ea ch e d .   -   Af ter   an   iter atio n ,   t h e  g en etic  alg o r ith m   ter m i n ates w h en   a  c o n s tan t v alu e  is   attain ed .           Fig u r e  1 .   Pro p o s ed   m et h o d   o f   two - p o in t c r o s s o v er   g e n etic  alg o r ith m       2 . 3 .   Ass es s m ent   m et ho ds   o f   f ina ncia l lo s s es   Acc o r d in g   to   th is   in v esti g ati o n ,   all   p h ases '   af f ec ted   m ag n itu d e  r a n g es  ar e   less   th an   0 . 9   p . u .   T h is   r ef lects   th e  ass u m p tio n   th at  n o t  all  v o ltag e  s ag s   will   ca u s e  an   in s tr u m en t  o f   eq u ip m en t  o r   a  p r o ce s s   to   f ail.   Ad d itio n al  r esear ch   is   b ein g   d o n e  to   an aly s es   th e  p r ice  o f   v o ltag e  s ag s   b ased   o n   v o ltag e  s ag   ev en ts .   T h e  ty p e   o f   in d u s tr y   is   d ep en d e n t  o n   v o ltag e  s ag s ,   as  in d icate d   in   T ab le  1 ,   wh ich   also   in clu d es  th e  co s t  o f   cu s to m er   in ter r u p tio n .   T o tal  co s t o f   v o lt ag e  s ag   an d   DVR is   ca lcu late  u s in g   ( 1 1 )   an d   ( 1 2 ) .     = ∑ ( × ) = 1   ( 1 1 )     = 553 ( 0 . 0004 2 − 0 . 3225 + 128 . 75 ) (   )   ( 1 2 )     W h er e:  C T :  v o ltag e  s ag   to tal   c o s t;  C i :   v o ltag e  s ag   co s t;  V m :   n u m b er   o f   e v en ts   b y   v o ltag e  s a g ;  C DVR : D VR   co s t;   an d   S DVR : D VR   p o wer   r ated .   C o n v en tio n al   f in an cial   m eth o d s   d er iv e d   f r o m   p r i n cip les  li k e  p a y b ac k   tim e  ( PB T )   an d   n et  p r esen t   v alu e  ( NPV)   ar e  u s ed   in   th e  e co n o m ic  ass ess m en ts   o f   p o we r   q u ality   c h an g es  an d   th e  e n s u in g   in s tallatio n   o f   m itig atin g   d ev ices.   T h e   ( 1 3 )   a n d   ( 1 4 )   ar e   ap p lied   t o   ca lcu lat e  th e  PB T   an d   NPV.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       S to ch a s tic  a s s ess men t o f v o lta g e  s a g s   a n d   tech n o - ec o n o mic  o p timiz a tio n   ( Je ya g o p i R a m a n )   2505   =     ( 1 3 )      = ∑ ( 1 + ) − = 0   ( 1 4 )     W h er e:  C i :  in itial  in v estme n t  c o s t  o f   DVR  ( co s t   o f   DVR  +   in s tallatio n   co s t) ;  an d   C a :  an n u al  ex p en s es  co s t ;   an d   r :  d is co u n t c o u n te d   r ate  o f   a   p r o d u ct ;   n :  n u m b er   o f   y ea r s   f o r   th e  p r o d u ct ; a n d   N :  in v estme n t o f   a   life tim e.       T ab le  1 .   Ass u m ed   co s t o f   p er   v o ltag e  s ag   ev e n ts   [ 6 ] ,   [ 7]   C o n s u mer   C o s t   o f   s a g / e v e n t     R e si d e n t i a l   l o a d   -   C o mm e r c i a l   l o a d   1   k   I n d u st r i a l   l o a d   1 6 . 3   k   La r g e   u ser  l o a d   5 8 1   k       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h e  d ev elo p e d   alg o r ith m   is   u s ed   to   s im u late  f au lts   f o r   all  b u s es  an d   is   ap p lied   to   th e  I E E E   R T S - 24  b u s   test   s y s tem   as  illu s tr ated   i n   Fig u r e  2   to   co m p ar e  th e   f ea s ib ilit y   o f   th e  s y s tem   with   an d   with o u t  DVR.  T h is   s y s tem   co m p r is es  2 4   b u s es,  3 3   lin es  co n n ec tin g   t h em ,   1 1   p o wer   g en e r atin g   s tatio n s ,   an d   f iv e   tr an s f o r m er s   co n n ec ted ,   an d   t h e  in f o r m atio n   o f   t h e  s y s tem   is   p r o v i d ed   in   [ 4 1 ] .   All  g en er at o r s   h av e   in te r n al  im p ed a n ce s   o f   j0 . 0 5 ,   j 0 . 2 ,   a n d   j0 . 3   f o r   th e  p o s itiv e,   ze r o ,   an d   n eg ativ e  s eq u en ce s ,   r esp ec tiv ely .           Fig u r e  2 .   I E E E   R T S - 2 4   b u s s es test sy s tem       T h e   r e s p o n s es   o f   v o l t a g e  s a g   a n d   v o l t a g e  m a g n i t u d e   w i t h   a n d   w it h o u t   DV R   a r e  d e m o n s t r a t e d   b y   s i m u l at i o n   u s i n g   M A T L A B .   T h e   r e s u l ts   o f   t h e   s t u d y   w e r e   v e r i f i e d   u s i n g   s i m u l a t i o n s   w i t h   a   p h a s e   s h i f t   o f   3 0 °   a n d   a   m a x i m u m   v o l t a g e   m a g n i t u d e   d r o p   o f   5 0 % .   A s   a   r e s u lt ,   t h e   v o l t a g e   o n   b u s e s   is   s h o w n   t o   r a n g e   f r o m   0 . 1   p . u .   t o   0 . 9   p . u .   T h e   e v a l u at i o n   o f   v o l ta g e   s a g   a n d   m it i g a t i o n   d e v i c e  f i n a n c i a l   l o s s es   is   t h e   f i n al   p r o c e s s .   B u s   4   is   b ei n g   s t u d i e d   t o   i n v es t i g at e   t h e   b e h av i o r   o f   v o l t a g e   s a g   m a g n i t u d es   f o r   v a r i o u s   f a u l t   t y p e s   a n d   p r o b l e m   l o c a ti o n s .   I t  is   o b s er v ed   th at  r esu lts   o b tai n ed   b y   p r ev i o u s   s tu d ies   [ 1 ] ,   [ 1 5 ] ,   [ 3 7 ] - [ 3 9 ]   u s in g   th e  a n aly tical  m eth o d   an d   f au lt  p o s itio n   m eth o d   d if f er   s ig n if ican tly   f r o m   th e  r esu lt s   u s in g   th e  q u ad r atic  in ter p o la tio n   tech n iq u es.  I n   th e  an aly tical  m et h o d ,   s in ce   o n ly   o n e  lo ca tio n   o f   f a u lt  p o s itio n   p o in t  is   co n s id er ed   with in   t h e  tr an s m is s io n   l in e,   th is   p o s es  a  d is ad v an tag e  in   ter m s   o f   ac cu r ac y .   T h er ef o r e,   in   t h ese  s tu d ies  th e  q u ad r atic  in ter p o latio n   tech n i q u e   is   u s ed   to   ac h iev e  two   lo ca tio n s   o f   f a u lt  p o s itio n   p o in ts   with i n   th e  t r an s m is s io n   lin e.   T h e  f o llo win g   p r o ce d u r es  d escr ib e  th e  tech n i q u es u s ed   i n   th is   s tu d y   to   p r ed ict  v o ltag e  s ag   m o r e  ac cu r ately   f o r   lar g e  s y s tem   n etwo r k s :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 24 :  2501 - 2 5 1 6   2506   -   C alcu latio n   o f   p r e - f au lt v o ltag es is   d o n e  alo n g   with   s eq u en c e  ad m ittan ce   m atr ices f o r   ea ch   f au lt ty p e.   -   Z Bus   im p ed an ce   m atr ices  alg o r ith m s   ar e  f o r m u lated   f o r   p o s itiv e,   n e g ativ e,   an d   ze r o   s eq u e n c e s   f o r   ea ch   ty p e   o f   f au lt.   -   Ma g n itu d e  o f   v o lta g e  f o r   d if f e r en t ty p es o f   f au lts   ( SLGF,   L L F,  DL GF,  an d   3 PF ) .   -   T h e  th r esh o ld   v o ltag e  le v el  is   ca p p ed   f o r   th e   I T I C   o r   C B E AM   cu r v e  ( n o m in al  v alu e  o f   0 . 5 - 0 . 7   p . u ) .   -   C alcu late  th e  v o ltag e  s ag   m ag n itu d e  f o r   th e  s y s tem   n etwo r k .   -   Set  th e  r an g e  o f   v o ltag e  s ag   m ag n itu d e  t o   p lo t  th e   ac tu al  c u r v e,   b y   s elec tin g   th e  v o ltag e   s ag   m ag n itu d e   r an g e  at  q = 0 ,   q = 0 . 5   a n d   q =1 ,   f o r   a  p a r ticu lar   ty p e  o f   f a u lt.   -   W h en   an   eq u atio n   is   ca lcu lated ,   th e  m a g n itu d e  o f   th e  v o ltag e  s ag   is   p lo tted .   -   I f   th e  v o ltag e  th r esh o ld   is   lo wer   th an   th e  m ag n itu d e  o f   th e  v o ltag e  s ag   at  b o th   q =0   a n d   q = 1 ,   th en   th is   lin e  is   h ig h er   th an   th e  th r esh o ld   n o m in al  v alu e  o f   0 . 7   p . u .   -   As  th e  v o ltag e  th r esh o ld   ex ce ed s   th e  m ax im u m   m ag n itu d e  o f   th e  r e m ain in g   v o ltag e  e q u a tio n   f o r   0 ≤ q < 1 ,   th is   lin e  f alls   b elo w  th e  th r esh o ld   n o m in al  v alu e  o f   0 . 7   p . u .   -   I f   t h e   v o l t a g e   t h r e s h o l d   i s   le s s   t h a n   t h e   m a x i m u m   m a g n i t u d e   o f   t h e   r e m a i n i n g   v o l t a g e   e q u a t i o n   f o r   0   ≤   q   ≤ 1   a n d   g r e a t e r   t h a n   t h e   v o l t a g e   s ag   m a g n i t u d e s   a t   b o t h   q = 0   a n d   q = 1 ,   i t   s u g g e s t s   t w o   c r i ti c a l   s ite s   a r e   o n   t h e   li n e .   -   Fin ally ,   th e   to tal  n u m b er   o f   v o ltag e  s ag s   ca n   b e   co m p u ted   b y   a d d in g   th e   esti m ated   v o lta g e  s ag s   f o r   ea ch   n etwo r k   lin e.     3 . 1 .   Ass es s m ent   o f   v o lt a g e  s a g   T h e  f o cu s   o f   th is   s tu d y   is   to   d em o n s tr ate  th e  ab ilit y   o f   th e   p r o p o s ed   a p p r o ac h   in   lo wer in g   b alan ce d   an d   u n b alan ce d   f au lts   b y   tak i n g   in to   co n s id er atio n   v a r io u s   ty p es  o f   f au lts .   T ab le  2   co n tain s   a  lis t  o f   th e   s ag   d u r atio n   tim es  n ee d ed   to   clea r   th e  f au lts   in   th e  ca s e  s tu d ies.   T h e  th r ee - d im e n s io n al  b ar   ch ar t   in   Fig u r e  3   d ep icts   th e  to tal  n u m b e r   o f   v o ltag e  s a g s   th at  o cc u r   y ea r ly   f o r   th r ee   p h ase  f au lt   ( 3 PF )   b u s es  in   ter m s   o f   m ag n itu d e  an d   d u r atio n   o f   th e   v o ltag e .   T h e  x   an d   y   ax es,  wh ich   in d icate   al l  th e  b u s es,  an d   th e  v o ltag e  s ag   m ag n itu d e  r a n g e   an d   th e  z  ax is ,   wh ich   s h o ws  th e  q u an tity   o f   v o ltag e  s ag   m ag n itu d e.   T h e  f o llo win g   co l o u r s   ar e  u s ed   to   s h o w  th e  v ar io u s   v o lta g e  d u r atio n   lev el s : 6 0   m s   is   b y   b lu e,   8 0   m s   b y   g r ee n ,   1 5 0   m s   b y   y ell o w,   an d   3 0 0   m s   b y   r ed .       T ab le  2 .   Fau lt c lear in g   tim e  [ 6 ] ,   [ 7 ]   V o l t a g e   l e v e l   F a u l t   c l e a r i n g   t i me   B u s   f a u l t s   6 0   ms   1 3 2   k V   8 0   ms   3 3   k V   1 5 0   m s   1 1   k V   3 0 0   m s           Fig u r e  3 .   Vo ltag e   s ag   at  b u s   4   wh en   th e  f a u lts   at  lin e s   2 - 6       F i g u r e   3   d e p i ct s   t h e   r e m a i n i n g   v o l t a g e   l e v e l  f o r   a l l  2 4   b u s es   o n   t h e   s y s t e m   n et w o r k   w h e n   t h e  f a u l t s   t a k e   p l a c e   o n   li n e   2 – 6 .   As   c a n   b e   o b s e r v e d   f r o m   Fi g u r e   3 ,   v o l t a g e  m a g n i t u d e s   o n   t h e   b u s   a r e   le s s   d i s r u p t e d   w h e n   f a u l ts   o c c u r   o n   l i n es   t h at   a r e  f a r t h e r   f r o m   t h e   b u s .   V o l ta g e   d r o p s   d r a m a t i c al l y   w h e n   f a i l u r es   a r e   o n   l i n e s   n e a r   t h e   b u s .   < 0. 1 < 0. 4 < 0. 7 < 1. 0  &  > 1. 0 0 4 8 12 16 20 24 0 200 400 600 800 1000 s a g   m a g n i t u d e   ( p . u ) b u s e s N u m b e r   o f   sa g / ye a r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       S to ch a s tic  a s s ess men t o f v o lta g e  s a g s   a n d   tech n o - ec o n o mic  o p timiz a tio n   ( Je ya g o p i R a m a n )   2507   F i g u r e   3   d e p i ct s   t h e   t o ta l   n u m b e r   o f   v o l t a g e   s a g s   f o r   a l l  f o u r   c at e g o r i e s   o f   f ai l u r es   a t  v a r i o u s   d e g r e e s   o f   m a g n it u d e   a n d   d u r a t i o n   f o r   a l l   b u s e s .   T h e   t o t a l   n u m b e r   o f   v o l t a g e   s a g   l o s s e s   c a u s e d   b y   t h e   t h r e e - p h as e   f a u l t   is   1 4 9 8 .   T h e   n u m b e r   o f   v o l t a g e   s a g s   at   th e   w o r s t   e f f e ct   p h a s es   f o r   a l l   b u s e s   f o r   s i n g l e - li n e   t o   g r o u n d   f a u l t   ( S L G F )   a n d   3 P F   a r e   s h o w n   i n   Fi g u r e   4 .   A s   c a n   b e   o b s e r v e d ,   i n   t h e   i n s t a n c e   o f   S L GF ,   b u s   n u m b e r s   4   a n d   2 1   e x p e r i e n c e  t h e   h i g h e s t   a n d   l o w e s t   y e a r l y   v o l t a g e   s a g   r a t es   w h i c h   a r e  2 4 2 5   a n d   8 9 3 ,   r e s p e c ti v e l y .   T h e   v o l t a g e   d r o p s   f o r   3 PF   a t   b u s es   4   a n d   2 1 ,   w h i c h   a r e   1 4 9 6   a n d   4 9 6 ,   r e s p e c t i v e l y .   A ll   b u s e s   h a v e   v a l u e s   t h at   a r e   l ess   th a n   1 5 0 0 .   I n   th is   s tu d y ,   d if f er e n t  ty p es  o f   f au lts   a r e  co n s id er ed   to   s h o w  th e  p o ten tial  o f   q u ad r atic  in ter p o latio n   tech n iq u es  o v e r   th e  an al y tical  m eth o d s   in   d ea lin g   with   b ala n ce d   an d   u n b alan ce d   f a u lts .   Fo r   ca s es  o f   SLGF,   d o u b le  lin e - to - g r o u n d   f au lt  ( D L GF) ,   lin e - to - lin e  f au lt  ( L L F),   an d   3 PF   in   Fig u r e  5 ,   th e   v ar ia tio n   in   a   n u m b e r   o f   v o ltag e  s ag s   ca n   b e   d escr ib ed   as  ex p o n en tial.  T h e  in ter p o latio n   m eth o d   h as  b ee n   co m p ar ed   with   an   an aly tica l   m eth o d   [ 3 7 ] .   T h ese  two   m eth o d s   ( an aly tical  an d   in ter p o latio n )   ar e  c o m p a r ab le  as b o th   s h o w  a  s im ilar   n u m b er   o f   v o ltag e  s ag   in   Fig u r e  5 .   Fo r   all  th e   f au lt  c o n d itio n s ,   th e  a n aly tical  m eth o d s   y ield ed   alm o s t  s im ilar   v o ltag e   s ag   m ag n itu d es,  b u t  th e  in te r p o latio n   m eth o d   ex h ib ited   a   co n tin u o u s ly   h ig h er   v alu e  th an   th e  an aly tical   m eth o d s .   As  a n   e x am p le,   in   t h e  ca s e  o f   SLGF,   th e   h ig h est  p er ce n tag e   d if f e r en ce   in   ter m s   o f   th e   n u m b er   o f   v o ltag e  s ag   was  f o u n d   to   o cc u r   at  th e   m ag n itu d e  o f   0 . 3   p . u .   a n d   0 . 4   p . u .   with   a  d if f er en ce   o f   2 8 . 6 %  an d   2 9 . 2 %,  r esp ec tiv ely .   T h e   r o o ts   o f   t h e  in ter p o latio n   cu r v e   ar e  u s ed   to   d eter m in e   th e  two   p o s s ib le  f a u lt  lo ca tio n   p o in ts .   T h e  in ter p o latio n   m eth o d   is   s h o wn   to   y ield   a  m o r e  ac cu r at e  n u m b e r   o f   v o lta g e  s ag   p e r   y ea r   f o r   SLGF,   L L F,  DL GF,  an d   3 PF   f o r   s en s itiv e  cu s to m er s   lo ca ted   at  b u s   4 .   T h e   in ter p o latio n   m eth o d   was  also   s h o wn   to   b e  m o r e   ac cu r ate  b y   5 %  f o r   SLGF,   1 0 %  f o r   L L F,   1 1 %  f o r   DL GF,   an d   3 PF   wh en   co m p ar ed   to   an aly tical  m eth o d s .   T h er ef o r e,   it  ca n   b e  c o n clu d e d   th at  f o r   all   th e  s y s tem s   ev al u a ted ,   th e   in ter p o latio n   m et h o d   s h o wed   t h e  h i g h est  v alu e  in   ter m s   o f   th e  n u m b er   o f   v o ltag e   s ag   as  c o m p ar e d   t o   th e  a n aly tical  m et h o d s .   Mo r e o v er ,   th e   p r o p o s ed   m eth o d   is   ab le  to   ca lc u late  th e   ex ac t f au lt p o s itio n   alo n g   th e  lin e  f o r   a  s p ec if ie d   v o ltag e   s ag   m ag n itu d e .     3 . 2 .   Ass es s m ent   o f   DVR  s izing   Pro p er   s izin g   o f   DVR  h ad   to   b e  ca lcu lated   to   r ed u ce   th e  s ev e r ity   o f   v o ltag e  s ag   in   th e  s y s tem   n etwo r k   an d   to   m ain tain   v o ltag e  m a g n itu d e  at  p ar ticu lar   b u s es,  as  w ell  as  th e  wh o le  n etwo r k .   T h e r ef o r e,   th e   co s t  o f   in s tallatio n   o f   a   DVR  d ev ice  co u ld   b e  lar g el y   r ed u ce d   in   th e  s y s tem   n etwo r k .   T h e  in jectio n   o f   v o ltag e  b y   DVR   d ep en d s   o n   f a u lt  ty p e,   lo ca tio n ,   an d   s y s tem   im p ed an ce .   A  n u m b er   o f   im p o r tan t  p r o ce d u r es  t h at  wer e  co n s id er ed   b ef o r e  t h e  in jectio n   o f   v o ltag e  m ag n itu d e  was  ca r r ied   o u t  ar e:  i)   All  v o ltag es  wer e  b alan ce d   b ef o r e  th e   o cc u r r e n ce   o f   a  f a u lt;  h en ce ,   n eg ativ e  an d   ze r o   s eq u en ce s   h ad   b ee n   ze r o ;   ii)  I n   th e  ev e n t  wh en   a  f a u lt  to o k   p lace ,   r ea ctiv e  p o wer   was  in je cted   to   co m p en s ate  th e  m ag n itu d e  o f   v o ltag e ;  iii)  I n   th e  ca s e  wh en   th e   r ea ctiv e   p o wer   c o u ld   n o t   f u lly   co m p e n s ate  th e  v o ltag e  m a g n itu d e ,   ac tiv e  an d   r ea ctiv e   p o wer   s h all  b e  in jecte d ;   an d     iv )   DVR d ev ices sh o u ld   r esto r e  th e  b u s   v o ltag e  to   its   p r e - f au lt v o ltag e  m ag n itu d e  an d   an g le.   T h e  ( 3 ) - ( 7 )   ca n   b e  u s ed   to   d ete r m in e  th e  s izin g   o f   DVR,  an d   t h e  r esu lts   ar e  s h o wn   in   Fig u r e  6 .   Fo r   th e   n etwo r k   s y s tem   s h o w n   in   Fig u r e  2 ,   f au lts   ar e  s im u lated   f o r   w o r s t - ca s e  p h ases   o f   b u s es  with   an d   with o u t  DVR,   an d   v o ltag e  s ag   m ag n itu d es  ar e  co m p u ted   an d   s h o w n   in   Fig u r e  6 .   T h e  o u tp u t  r ev ea ls   th e  b u s   f au lts   an d   v o ltag e   m ag n itu d es  b etwe en   0 . 1   a n d   0 . 9   p . u .   Acc o r d in g   to   th e  DVR's   s elec ted   r atin g ,   th e  v o ltag e  m ag n itu d e  f r o m   0 . 5   p . u .   an d   a  ± 3 0 o   p h ase  s h if t  ca n   b e  r esto r ed   to   a   p r e - f au lt  v o l tag e  o f   1 . 0   p . u .   T h e  d e g r ee   o f   v o ltag e  th at  ca n   b e   r esto r ed   d ep e n d s   o n   th e  av aila b ilit y   o f   r ea ctiv e  a n d   ac tiv e  p o wer .   T o   in v esti g ate  th e   b eh a v io r   o f   v o ltag e  s ag   m ag n itu d es  f o r   v a r io u s   ty p es  o f   f au lts ,   b u s   4   was  in v esti g ated .   A  4 0 MV A  DVR  is   co n n ec ted   wh e n   b u s   4   is   tak en   in to   c o n s id er atio n   to   d ete r m in e  h o w  m u ch   it   ca n   co n tr ib u te  to   r esto r in g   v o ltag e  s ag .   Ass es s m en t  o f   th e  D VR   i s   ca r r ied   o u t  u s in g   th e   two   s am e  s ize  o f   ap p ar en t  p o wer   ( 4 0 MV A)   with   d if f e r en t  p o wer   r atin g s   o f   a ctiv e  an d   r ea ctiv e  p o wer   ( 3 5 MW  +  j2 0 Mv ar   a n d   5 MW  +  j4 0 Mv ar )   to   in v esti g ate  th e  p er f o r m an ce   o f   th e  DVR  s ize.   Fig u r e  5   d ep icts   an   an aly s is   o f   th e  v o ltag e  m ag n itu d e  with   a n d   with o u t D VR   b ased   o n   2 4   b u s es.   Fig u r e  6   s h o ws  th e   th r ee   s ce n ar io s   with   an d   with o u t  DVR  t h at  wer e   em p lo y ed   o n   th e   2 4 - b u s   s y s tem   to   in v esti g ate  th e  f au lt a t b u s   n u m b er   4 .   As ca n   b e  o b s er v e d   wh en   co m p a r in g   t h e  h is to g r a m   p lo ts ,   b u s   n u m b er   4   was  id en tifie d   to   h av e  th e  lo west  v o ltag e  m ag n itu d e  v alu e  o f   0 . 1 3 2   p . u .   W h en   u s in g   th e  s am e  b u s   with   a  DVR  an d   th e  ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o wer   r atin g s   o f   5 MW  +  j4 0 Mv ar   in   s ce n ar io   1 ,   th is   v alu e  clim b ed   to   0 . 2 2 3   p . u .   T h is   is   an   in cr ea s e  o f   9 %,  wh ile  in   s ce n ar io   2 ,   wh er e  ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o wer   is   r ated   at  3 5   MW  +     j2 0   Mv ar ,   t h e  v alu e   g r ew  to   0 . 7 0 5   p . u ,   r ep r esen tin g   a  2 7 % in cr ea s e.   Acc o r d in g   to   Fig u r e  6 ,   t h e  m a g n itu d e   o f   th e  v o ltag e  r an g e d   f r o m   0 . 1 3 2   p . u .   to   0 . 8 6 3   p . u .   ( 0 . 7 3 1   p . u . )   in   th e  ev e n t th at  t h er e  was n o   DVR.  T h is   v alu e  d ec r ea s ed   in   s ce n ar io   1   with   DVR,  as sh o wn   in   Fig u r e  5 ,   f r o m   0 . 9 4 1   p . u .   to   0 . 2 2 3   p . u .   ( 0 . 7 1 8   p . u . )   an d   s h o ws  a  1 . 3 %  d ec r ea s e.   T h is   v alu e  d e cr ea s ed   in   s ce n ar io   2   to   b etwe en   0 . 7 0 5   p . u .   a n d   0 . 9 6 1   p . u .   u n i ts   ( 0 . 2 5 6   p . u . ) ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  5 .   T h is   r esu lts   in   a  4 8 %  d r o p   in   v o ltag e  m ag n itu d e.   W ith o u t  DVR,  th e  av er ag e  was  0 . 5 4 6   p . u . ;  with   DVR,  th e  av er ag e  was  0 . 6 3 9   p . u .   f o r   s ce n ar io   1   an d   0 . 8 2 1   p . u .   f o r   s ce n a r io   2 .   T h is   d em o n s tr ates  th at,   in   t er m s   o f   th e   p r o b ab ilit y   o f   r e ac h in g   t h e  v o ltag e  th r esh o ld ,   th e   av er ag e   in jecte d   p o wer   in cr ea s ed   b y   9 % f o r   s c en ar io   1   a n d   b y   2 8 % f o r   s ce n a r io   2 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 24 :  2501 - 2 5 1 6   2508       Fig u r e  4 .   Nu m b er   o f   v o ltag e  s ag s   d u e  to   SLGF  an d   3 PF           Fig u r e  5 .   C o m p a r is o n   s in g le  li n e - to - g r o u n d   f a u lt           Fig u r e  6 .   Vo ltag e   s ag   m ag n itu d es a t b u s   4   with   an d   with o u t  DVR f o r   th r ee - p h ase  f au lt   0 5 10 15 20 24 0 500 1000 1500 2000 2500 b u s e s n u m b e r   o f   s a g / y e a r     SL GF 3PF 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1. 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 s a g   m a g n i t u d e   ( p . u . ) n u m b e r   o f   v o l t a g e   s a g     an aly t ic al int erp ola t ion 1 4 5 7 9 14 17 19 20 24 0 0. 1 0. 2 0. 3 0. 4 0. 5 0. 6 0. 7 0. 8 0. 9 1 F a u l t e d   b u s e s V o l t a g e   m a g n i t u d e   ( p . u )     w it ho ut   D VR w it h  D VR   (5M W + j40 M v ar) w it h  D VR   (35 M W + j20 M v ar) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       S to ch a s tic  a s s ess men t o f v o lta g e  s a g s   a n d   tech n o - ec o n o mic  o p timiz a tio n   ( Je ya g o p i R a m a n )   2509   3 . 3 .   Vo lt a g e  s a g   wit h  a nd   wit ho ut  DVR   T o   ev al u ate  v o ltag e  s ag   p er f o r m an ce   with   an d   with o u t   DVR,  DVR  is   p lace d   with in   th e   p o wer   s y s tem   n etwo r k .   Fig u r e  7   s h o ws  th e  th r ee - d im en s io n al  b ar   ch ar t  to   r e p r esen t  th e  n u m b er   o f   v o ltag e  s ag   p er   y ea r   f o r   all   th e  b u s es  f o r   3 PF   with   r esp ec t  to   th e  v o ltag e  m ag n itu d e  an d   v o ltag e  d u r atio n .   T h e  x   a n d   y   ax is   r ep r esen t  all   th e  b u s es  an d   th e  v o ltag e  s ag   m ag n itu d e  r a n g e  r esp ec tiv el y   wh ile  th e  n u m b er   o f   v o ltag e  s ag   m ag n itu d e  is   r ep r esen ted   b y   th e  z  a x is .   Dif f er en t  co lo r s   ar e  u s ed   as:  ( b lu e   is   0   -   0 . 2   s ,   g r ee n   0 . 2   –   0. 4   s ,   y ello w  0 . 4   –   0 . 6   s ,   an d   r ed   0 . 6   –   0 . 8   s )   to   in d icate   th e  d if f er e n t  v o ltag e  d u r atio n s .   W h en   a  f au lt  o cc u r s   at  lin e s   2 - 6 ,   th e  v o ltag e  s ag   p er f o r m an ce   o f   th e  e n tire   n etw o r k   o f   all  th e  b u s es  ar e  as  s h o wn   in   Fig u r e  7 .   W h en   t h e  f au lt s   o cc u r   in   lin es  th at   ar e  f u r th e r   f r o m   th e  b u s ,   v o lt ag e  m ag n itu d es  o n   th e  b u s   ar e  less   d is tu r b ed ,   as  s h o wn   in   Fig u r e  7 .   W h en   th e   f au lts   ar e  o n   lin es  clo s e  to   th e  b u s ,   v o ltag e  d r o p s   s ig n if ican tly .   Fau lts   b elo w  th e  m ag n itu d e  o f   0 . 8 5   p . u .   ar e   m itig ated   in   th is   s ec tio n .   B u s   4   is   s ele cted   f o r   f u r th er   in v esti g atio n ,   an d   a  4   MV A  DVR is   co n n ec ted   to   ass ess   th e  ef f ec tiv en ess   with   wh ich   t h e  v o ltag e  s ag   h as  b ee n   r esto r ed .   I n   th is   s ce n ar io ,   th e  DVR  s ize   o f   ac tiv e  an d   r ea ctiv e  p o wer   u s ed   is   ( 2 . 1 3 4 2   MW  +  j3 . 3 8 3 1   M v ar ) .   T o   d e m o n s tr ate  th e   ef f ec tiv e n ess   o f   th e  to tal  n u m b e r   o f   v o ltag e  s ag s   in   a  s p ec if ic   v o lta g e  m ag n itu d e  r a n g e  f au lty   b u s es  f o r   all  f o u r   t y p es  o f   f au lts   ar e  in v esti g ated ,   an d   th e  r esu lts   ar e  p r esen ted   ju s t  f o r   th e   3 PF   in   Fig u r e   7 .   T h e  to tal  n u m b e r   o f   v o lta g e  s ag   l o s s es  ca u s ed   b y   th e   t h r ee - p h ase  f a u lt with o u t D V R   is   1 4 9 8   an d   t h e   n u m b er   of   v o ltag e  s ag   lo s s es d r o p p e d   to   6 8 5   with   DVR.       ( a)     ( b )       Fig u r e  7 .   Nu m b er   o f   v o ltag e  s ag   with   an d   with o u t D VR   f o r   t h r ee   p h ase  f a u lts :    ( a)   with o u t D VR   an d   ( b )   with   DVR       3 . 4 .   F ina ncia l  a s s es s m ent   T h e  p r o p o s ed   m et h o d   is   a  f in an cial  ass ess m en t  m eth o d   b ased   o n   g en etic  alg o r ith m   u s in g   two - p o in t   cr o s s o v er s   to   ass ess   th e  o p ti m u m   p o in t  o f   v o ltag e  s ag .   T h e  d etails  o f   th e  f in an cial  ass ess m en t  m eth o d   a r e   d escr ib ed   as:   < 0. 1 < 0. 4 < 0. 7 < 1. 0  &  > 1. 0 0 4 8 12 16 20 24 0 200 400 600 800 1000 s a g   m a g n i t u d e   ( p . u ) b u s e s N u m b e r   o f   sa g / ye a r < 0. 1 < 0. 4 < 0. 7 < 1. 0  &  > 1. 0 0 4 8 12 16 20 24 0 200 400 600 800 1000 s a g   m a g n i t u d e   ( p . u ) b u s e s N u m b e r   o f   sa g / ye a r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N :   2088 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,   Vo l.  15 ,   No .   4 ,  Dec em b er   20 24 :  2501 - 2 5 1 6   2510   -   I n itialize:  T h e  n u m b er   o f   v o lta g e  s ag   ev en ts   o b tai n ed   was in i tialized .   -   GA  p r o ce s s :  GA  p r o ce s s   was e m p lo y ed   t o   id en tify   t h e  o p ti m al  p o in t  o f   v o ltag e  s ag ,   wh ic h   co u ld   m i n im ize  th e  f in an cial  lo s s es o f   v o ltag e   s ag   an d   DVR.   -   C o s ts   o f   v o ltag e  s ag   an d   DVR:   T h e  co s t  o f   v o ltag e  s ag   wa s   ca lcu lated   b ased   o n   th e  GA  o p tim u m   p o in t,  wh ile  th e  co s t o f   DVR wa s   d eter m in ed   f r o m   th e   g iv en   eq u ati o n .   -   Gr ap h ical  r esu lts : T h e  o p tim u m   n u m b er   o f   v o ltag e   s ag s ,   as we ll a s   co s ts   o f   v o ltag e  an d   D VR ,   is   d is p lay ed   v ia  two - d im en s io n   b ar   c h ar t a n d   p ie  c h ar t.     3 . 4 . 1 .   Vo lt a g e  s a g   co s t   a s s ess m ent   T h e  ( 11 )   an d   ( 12 )   ca n   b e  u s ed   to   d eter m in e  th e  co s t  o f   v o ltag e  s ag ,   an d   th e  r esu lts   ar e  s h o w n   in   Fig u r e  8 .   As  s h o wn   in   Fig u r e  6 ,   th e r e   ar e  a   to tal  o f   1 4 2 2   v o ltag e  s a g s   b elo w  0 . 9   p . u . ,   o f   wh ic h   4 6 1   h av e  m a g n itu d es  b elo w  0 . 5   p . u . ,   4 7 8   h av e  m ag n itu d es  b etwe en   0 . 5   a n d   0 . 7   p . u . ,   an d   4 8 3   h av e  m ag n itu d es  b etwe en   0 . 7   an d   0 . 9   p . u .   Ho wev er ,   v o ltag e  s ag s   o f   m o r e   th a n   0 . 9   p . u .   ( 5 9 . 8 8 %)   will  n o t   d am a g e  in d u s tr ial  e q u ip m en t.   Fig u r e   8   s h o ws th at  th e  lo s s es c au s ed   b y   th e  v o ltag e  s ag   in   th e  n etwo r k   h av e  a   m ea n   o f   R M  1 5 . 8 4 8   m illi o n .     3 . 4 . 2 .   DVR  co s t   a s s ess m ent   T h e  co s t  o f   th e  m itig atio n   t ec h n iq u e  ca n   b e  ca lcu lated   b y   ap p l y in g   ( 11 )   a n d   ( 12 ) ,   wh er e  th e   m ain ten an ce   c o s ts   ar e  1 0 - 1 5   p er ce n t  o f   th e  DVR  ca p ital  c o s t,  th e  y ea r ly   s h ar e   o v e r   th e   life s p an   is   1 5   y ea r s ,   an d   a  d is co u n t  r ate  o f   1 0 %  is   u s ed .   B ased   o n   Fig u r e   9 ,   th e  f ir s t  b a r   r ep r esen ts   th e   co s t  o f   DVR  o f   R M  0 . 0 4 5   m illi o n   with   a  p r o b ab ilit y   ty p e  o f   3 .   Fro m   Fig u r e  8 ,   it  ca n   b e  s ee n   th at  th e  s ec o n d   to   th e  s ix th   b ar   ch ar t  r e p r esen ts   p r o b a b ilit y   ty p es  an d   co s t  o f   5   ( R M  0 . 0 6 7   m illi o n ) ,   1   ( R M  0 . 1 1 3   m i llio n ) ,   4   ( R M  0 . 1 2 8   m illi o n ) ,   2   ( R M  0 . 1 3 7   m illi o n ) ,   an d   6   ( R M  0 . 1 8 7   m illi o n ) ,   r esp ec tiv ely .   Hen ce ,   th e   to tal  c o s t  o f   th e  DVR   ap p lied   in   th is   n etwo r k   h ad   b ee n   R M  0 . 6 7 7   m illi o n ,   as sh o wn   in   Fig u r e   9 ,   wh ile  th e   m a in ten an ce   co s t is R M  0 . 0 6 8   m i llio n .     3 . 4 . 3 .   Vo lt a g e  s a g   a s s ess m ent   co s t   wit h DV R   T h e  co s t  o f   v o ltag e  s ag   lo s s es  with   DVR   is   d ep icted   in   Fig u r e  1 0 .   I n   to tal,   th er e  ar e  5 8 9   v o ltag e  s ag s   b elo w  0 . 9   p . u . ,   o f   wh ich   1 7 6   h av e  m ag n itu d es  b elo w  0 . 5   p . u . ,   1 9 4   h av e  m a g n itu d es  b etwe en   0 . 5   an d   0 . 7   p . u . ,   an d   2 1 9   h av e  m a g n itu d es b etwe en   0 . 7   p . u .   an d   0 . 9   p . u .   A cc o r d in g   to   Fig u r e  9 ,   th e  lo s s es d u e  to   v o ltag e  s ag   in   th e  n etwo r k   h av e  a   m ea n   v alu e  o f   R M  1 0 . 2 8 4   m illi o n .   Ho we v er ,   b ased   o n   th e   s tu d y   a b o v e,   it  ca n   b e  co n clu d e d   th at  af ter   th e  in s tallatio n   o f   a  DVR,  th e  n u m b er   o f   v o ltag e  s ag   lo s s es  d ec r ea s ed   to   5 8 9   f r o m   1 4 2 2 .   Fig u r e  1 0   d e p i cts  t h e  c o s t   o f   v o lt a g e  s ag   p e r f o r m a n c e  i n s i d e   t h e  n e tw o r k   u s i n g   m u l ti m o d a l g e n e tic   al g o r i th m   ap p r o a ch es   wit h   an d   wit h o u t   DVR.   As   d e m o n s t r a te d   in   Fi g u r e   1 1 ,   th e  n u m b er   o f   v o lta g e   s a g s   d r o p p e d   s i g n if ica n t ly   i n   t h e   f i r s t   te n   g e n e r ati o n s   f r o m   1 4 2 2   t o   1 1 0 6 ,   d e c r ea s e d   g r a d u al ly   f r o m   1 1 2 6   t o   5 8 9 ,   a n d   t h en   s ta b iliz ed   at   8 5 1   i n   t h e   f i n al   f if tee n   g en e r ati o n s .   H o w ev er ,   i t c a n   b e   c o n cl u d e d   f r o m   th e  s t u d i es d esc r i b ed   a b o v e  t h at  t h e   p e r c en ta g e  o f   v o lta g e  s ag   d e cr ea s ed   t o   3 5 . 1 2 %  o f   t h e   b as e  v o lt ag e   s a g   f o ll o win g   t h e   i n s t alla ti o n   o f   m it ig at io n   d ev ices   ( DVR ) .           Fig u r e  8 .   Vo ltag e   s ag   co s t     0. 25 0. 35 0. 45 0. 55 0. 65 0. 75 0. 85 0. 95 120 136 152 168 184 200 216 N u m b e r   o f   v o l t a g e   s a g s M a g n i t u d e   r a n g e 0. 25 0. 35 0. 45 0. 55 0. 65 0. 75 0. 85 0. 95 10 . 5 12 . 5 15 . 5 16 . 6 17 . 5 18 . 5 19 . 5 C o s t   o f   v o l t a g e   s a g ( i n   m i l l i o n ( R M ) ) m e a n   1 5 . 8 4 8 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.