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   ( I J P E DS)   Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 ,   p p .   1147 ~ 1 1 5 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 16 .i 2 . p p 1 1 4 7 - 1 1 5 9           1147       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   O ptima l ann ua l s o la r P V pen etrati o n f o r impro v ed  v o ltag e  regu la tion a nd po wer los s red uctio n under   uncertain ty co ndi tions       Sa leh Ba - s wa im i 1 - 3 ,  Renug a   Ver a y ia h 1 ,2 ,   Vig na   K .   Ra ma cha nd a ra m urt hy 1 ,2 ,   Sa ee d A li B ina j j a j 3 ,  Sa nje ev ik um a r  P a dm a na ba n 4   1 I n st i t u t e   o f   P o w e r   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t i   T e n a g a   N a s i o n a l   ( U N I TEN ) ,   S e l a n g o r ,   M a l a y s i a   2 C o l l e g e   o f   G r a d u a t e   S t u d i e s,  U n i v e r s i t i   Te n a g a   N a s i o n a l   ( U N I TEN ) ,   S e l a n g o r ,   M a l a y si a   3 D e p a r t me n t   o f   El e c t r o n i c   a n d   C o m m u n i c a t i o n s  En g i n e e r i n g ,   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g   a n d   P e t r o l e u m,  H a d h r a m o u t   U n i v e r s i t y ,     M u k a l l a ,   H a d h r a m o u t ,   Y e m e n   4 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   I T  a n d   C y b e r n e t i c s,  U n i v e r s i t y   o f   S o u t h - Ea s t e r n   N o r w a y ,   P o r sg r u n n ,   N o r w a y       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   2 5 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Dec   23 ,  2 0 2 4   Acc ep ted   J an   2 5 ,   2 0 2 5       G iv e n   th e ir  tec h n o l o g ica l,   e c o n o m ic,  a n d   e n v iro n m e n tal  a d v a n tag e s,  th e   wid e sp re a d   a d o p ti o n   o f  re n e wa b le  d istri b u ted   g e n e ra to rs  ( RDG s)  in   d istri b u ti o n   sy ste m s  (DSs)  is  b e c o m in g   m o re   p re v a len t .   Ho we v e r,   s o lar   p h o to v o lt a ic  d istri b u ted   g e n e ra to rs  (P V - DG s)  fa c e   th e   c h a ll e n g e   o f   in term it ten t  b e h a v i o r,   w h ich   r e su lt s  in   p o we r  o u t p u t   flu c t u a ti o n s  a n d   in c re a se d   g rid   u n c e rtain ty .   Th e re fo re ,   a d d re ss in g   t h e se   u n c e rt a in ti e s  is   c ru c ial  wh e n   d e term in in g   th e ir  o p ti m a l  a ll o c a ti o n .   T h e   p ro p o se d   m e th o d   c o n sid e rs  u n c e rtain ti e s  re late d   t o   b o t h   l o a d   d e m a n d   a n d   s o lar  i rra d iatio n .   Th e   m o d e l  is  fo rm u late d   a s  a   sto c h a stic  m ix e d - in teg e r  n o n li n e a r   o p ti m iza ti o n   p r o b lem ,   w h ich   i s  so lv e d   u sin g   t h e   w h a le  o p t imiz a ti o n   a lg o rit h m   (W OA ).   T h e   sta n d a rd   IEE E  3 3 - b u s   sy ste m   is   u se d   t o   v a li d a te  th e   p ro p o se d   a p p r o a c h ,   a n d   d e m a n d   v a riatio n s   a re   m o d e led   b a se d   o n   th e   IEE E   re li a b il it y   tes t  sy ste m   (IE EE - R TS ).   T h e   o b jec ti v e   is  t o   sim u lt a n e o u sl y   m in imiz e   to tal  e x p e c ted   v o lt a g e   d e v iatio n ,   re a l  p o we r  l o ss ,   a n d   re a c ti v e   p o we r  l o ss   w h il e   i n c re a sin g   so lar   P V   p e n e t ra ti o n .   T h e   tec h n iq u e   f o r  o rd e r   o f   p re fe re n c e   b y   sim il a rit y   t o   th e   i d e a l  so l u ti o n   (TOP S I S )  is  a p p li e d   t o   se lec t  th e   b e st  so l u ti o n .   S imu late d   re su lt s  in d ica te  sig n ifi c a n t   imp r o v e m e n ts:  a   1 9 . 3 9 %   re d u c ti o n   in   v o lt a g e   d e v iatio n ,   a n   1 8 . 4 2 %   d e c re a se   in   to tal  re a l  p o we r  lo ss ,   a n d   a n   1 8 . 5 3 %   re d u c ti o n   i n   re a c ti v e   p o we r  lo ss   c o m p a re d   to   th e   b a se   c a se .   Ad d it i o n a ll y ,   th e   m o d e l  a c c o m m o d a tes   a   to tal   o f   3 . 2 0 6 6 2 5   M W   o f  so lar  P V p o we r  in   t h e   DS .   K ey w o r d s :   Po wer   lo s s       PV p en etr atio n   So lar   PV a llo ca tio n   Un ce r tain ty   Vo ltag e  r eg u latio n   W h ale  o p tim izatio n   alg o r ith m   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 :   R en u g a  Ver ay iah     I n s titu te  o f   Po wer   E n g in ee r in g ,   Un iv er s iti T en ag a  Nasio n al   ( UNI T E N)   Stre et   I k r am - Un iten ,   Kaja n g   4 3 0 0 0 ,   Selan g o r ,   Ma lay s ia    E m ail:  r en u g a@ u n iten . e d u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   A  co u n tr y ' s   ec o n o m ic  ad v an c em en t  h ea v ily   r elies  o n   th e  p iv o tal  r o le  o f   elec tr icity .   Go v er n m en ts   ar o u n d   th e  g lo b e  a r e  s tr iv in g   t o   estab lis h   an   af f o r d ab le,   s u s tain ab le,   an d   s ec u r e  elec tr icity   s u p p ly   to   m ee t  th e   n ee d s   o f   m o d er n   s o ciety .   Fo r   d ev elo p in g   co u n tr ies,  h a v in g   a  s u f f icien t   an d   s u s tain ab le  e lectr icity   s u p p ly   is   ess en tial  f o r   s tim u lat in g   ec o n o m ic  g r o wth   b y   f ac ilit atin g   in d u s tr ial  o p er atio n s   a n d   u ltima tely   en h an cin g   th e   well - b ein g   o f   th e   p o p u latio n .   Ma in tain in g   h i g h   p o wer   q u ali ty   is   a  p r im ar y   f o c u s   f o r   elec tr ical  u tili ties   as  it   g u ar an tees a   s tab le  s u p p l y   to   c o n s u m er s   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 1 4 7 - 1159   1148   As  d ev elo p in g   co u n tr ies  e x p er ien ce   r ap id   ec o n o m ic   ex p an s io n ,   p o p u latio n   g r o wth ,   an d  u r b an izatio n ,   th eir   o v e r all  elec tr icity   d em an d   h as  s ig n if ican tly   r is en   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   I t  is   p r o jecte d   th at  th is   s u r g e   i n   d em an d   will  co n tr ib u te  to   ap p r o x im ately   9 0 %  o f   th e   to tal  g lo b al  d em a n d   g r o wth   b y   th e   y ea r   2 0 4 0 .   T o   m ee t  th is   in cr ea s e  in   elec tr ici ty   co n s u m p tio n   f r o m   s af e,   s tab le,   s u s tain ab le,   an d   en v ir o n m en tall y   f r ien d ly   s o u r ce s ,   co u n tr ies  an d   c o m p a n ies  ar o u n d   th e  w o r ld   h av e   b ee n   d e v elo p in g   tech n o lo g y   f o r   p r o d u cin g   e n er g y   f r o m   v ar io u s   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   [ 5 ] .   Ad d itio n ally ,   o t h er   tech n ical  is s u es,  ec o n o m ic  in ce n tiv es,  an d   tech n o lo g ical  a d v an ce m e n t h a v e  also   co n tr ib u ted   to   t h e  p u s h   to war d   r en ewa b le  en er g y   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   Ph o to v o ltaic  ( PV)   s o lar   en er g y   h as  em er g ed   as  a   h ig h l y   p r o m is in g   r en ewa b le  e n er g y   s o u r ce ,   lead in g   to   a  s ig n if ica n t  in cr ea s e  in   s o lar   p lan ts   wo r l d wid e  in   r e ce n t  y ea r s .   T h is   f o r m   o f   en er g y   h as  g a r n er ed   co n s id er ab le  atten tio n   in   ter m s   o f   r esear ch   an d   f u n d in g   d u e  to   its   co s t - ef f ec tiv en ess   an d   en v ir o n m en tal   f r ien d lin ess .   T h e  in ter n atio n al   r en ewa b le  en er g y   ag en c y   ( I R E NA)   r ep o r ted   th at  th e  g lo b al  ca p ac ity   o f   s o la r  en er g y   r ea c h ed   1 9 2   GW   in   2 0 2 2 ,   m ar k i n g   a  2 2 %  y ea r - on - y ea r   in cr ea s e.   So lar   en er g y   h a n d led   ap p r o x im ately   6 5 %  o f   th e  o v er all  g r o wth   in   g lo b al  r e n ewa b le  e n er g y   ca p a city   d u r i n g   t h at  y ea r ,   wh ich   s aw  a  to tal  r e n ewa b le   g en er atio n   ca p ac ity   r is e  o f   2 9 5   GW   ( +9 . 6 %)  [ 8 ] .   At  th e  en d   o f   2 0 2 0 ,   th e  to tal  g lo b al   in s talled   s o lar   PV   ca p ac ity   h a d   r ea ch ed   7 1 0   GW ,   with   a n   a d d itio n al   ap p r o x im ately   1 2 5   GW   o f   n ew  s o lar   P V  ca p ac ity   ad d e d   in   th e  s am e  y ea r   [ 9 ] .   Du r in g   th e  y ea r   2 0 2 1 ,   r en ewa b le   g en e r atio n   ca p ac it y   witn ess ed   a  g r o wth   o f   2 5 7   GW   ( r ep r esen tin g   a  9 . 1 %  in cr ea s e) .   T h e  m aj o r   c o n tr ib u t o r   to   th is   ca p ac ity   g r o wth   was  s o lar   e n er g y ,   w h ich   ad d ed   1 3 3   GW   ( a  1 9 %  in c r ea s e) ,   f o llo wed   b y   win d   en e r g y   with   9 3   GW   ( a   1 3 %  in cr ea s e)   [ 1 0 ] .  B y   th e   en d   o f   th e   p r ec ed in g   y ea r ,   th e   wo r ld wi d e  r en ewa b le  g e n er atio n   ca p ac ity   h ad   r ea ch e d   3 . 3 7   T W ,   with   s o lar   e n er g y   m ak in g   u p   1 . 0 5   T W   ( eq u iv al en t  to   3 1 . 2 %  o f   t h e  to tal  ca p a city )   [ 8 ] .   Mo r eo v e r ,   th e  co s t  o f   s o lar   PV  en er g y   witn ess ed   a  r em ar k ab le  d ec lin e  o f   8 2 % f r o m   2 0 1 0   to   2 0 1 9   [ 1 1 ] .   W h ile  r en ewa b le  en er g y   b r i n g s   m an y   ad v an tag es  in   ter m s   o f   ec o n o m ics,  s o ciety ,   en v ir o n m en t,  an d   tech n o lo g y ,   th e  in ter m itten t  n atu r e  o f   ce r tain   r e n ewa b le  s o u r ce s   lik e  win d   tu r b in es  ( W T )   an d   s o lar   PV  s y s tem s   in tr o d u ce s   s ev er al   o b s tacle s   to   th e  elec tr icity   s u p p l y .   T h ese  ch allen g es  in clu d e   is s u es  s u ch   as  p o wer   s y s tem   in s tab ilit y ,   p o wer   f lu ctu atio n s ,   v o ltag e  r eg u latio n   p r o b lem s ,   an d   r ed u ce d   r eliab ilit y   [ 1 2 ] .   T h e  s ev er ity   o f   th ese  ch allen g es  d ep en d s   o n   f ac to r s   s u ch   as  th e  s ca le,   p lan n in g ,   an d   p e n etr atio n   le v el  [ 1 3 ] ,   [ 1 4 ] .   T h e   in ter m itten t  n atu r e  o f   s o lar   P V  co u ld   lim it  a  n etwo r k ' s   ab ilit y   to   co n n ec t  h ig h   PV  p e n etr atio n   b u ilt  u p o n   s p ec if ic  s itu atio n s   o cc u r r in g   f o r   a   f ew   h o u r s   an n u ally   [ 1 5 ] .   Ho wev er ,   v o ltag e   r eg u latio n   i s   th e  m ain   ch allen g e   in   d is tr ib u t io n   s y s tem s   ( DSS),   wh ich   lim its   th e  in cr ea s e  o f   P V  p en etr atio n   [1 6 ] ,   [ 1 7 ] .   T h e  p r o p er   allo ca tio n   o f   d is tr ib u ted   g e n er atio n s   ( DGs)  i n   m o d e r n   DSs   p lay s   a  cr itic al  r o le  in   en h an cin g   o v e r all  s y s tem   ef f icien cy .   C o n s eq u en tly ,   d eter m in in g   th e  o p tim al  allo ca tio n   o f   DG  u n its   is   a  cr u cial  asp ec t o f   DG  in teg r atio n   p lan n i n g   [1 8 ] .   B y   ap p r o p r i ately   id en tify in g   th e  s ize  an d   p lace m en t o f   DGs in   th e  DS,  v ar io u s   p er f o r m a n ce   f ac to r s   lik e  v o ltag e  p r o f ile,   p o wer   lo s s   r ed u ctio n ,   an d   v o lt ag e  s tab ilit y   ca n   b e  im p r o v e d   [1 9 ] .   I n   th e   liter atu r e  r ev iew,   n u m er o u s   an aly tical   tech n iq u es  h a v e  b ee n   s u g g es ted   f o r   i d en tify in g   th e  m o s t o p tim al  s ize  an d   p lace m en t o f   DG,   b ased   o n   alg e b r aic  ex p r ess io n s .   T h ese  m eth o d s   ca n   h an d le  s in g le   o b jectiv e  f u n ctio n s ,   s u ch   as  v o ltag e  im p r o v em e n t  o r   p o wer   lo s s   r ed u ctio n   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] ,   o r   m u lti - o b jectiv e   f u n ctio n s ,   f o r   in s tan ce ,   p o wer   lo s s   an d   v o ltag e  p r o f ile   [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] .   W h ile  an aly tical  m eth o d s   o f f e r   a   co m p r eh e n s iv e  u n d er s tan d in g   o f   t h e  s y s tem ' s   b eh av io r ,   th e y   m ay   n o t   alwa y s   p r o v id e  t h e  o p tim al  s o lu tio n .   Hen ce ,   m an y   s tu d ies  h a v e  f o c u s ed   o n   o p tim izin g   DG  p lan n i n g   co n s id er in g   r ea l  p o wer   lo s s   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ]   th e   r ea l  p o wer   with   v o ltag e  p r o f ile  im p r o v em e n t  [2 6 ] ,   [2 7 ] ,   r ea l   an d   r ea ctiv e  p o wer   l o s s es  [2 8 ] ,   v o ltag e  p r o f ile,   r ea l   p o wer   lo s s ,   an d   r ea ctiv e  p o we r   lo s s   [2 9 ] .   Ho we v er ,   th ese  s tu d ies  wer e  lim ited   to   th e  in te g r atio n   o f   DGs  at  a   co n s tan t  p ea k   lo ad ,   lim itin g   th eir   ap p licab ilit y .   T o   r ef le ct  r ea l - wo r ld   s ce n ar io s   in   r en ewa b le  d is tr ib u ted   g en er ato r s   ( R DGs)  s y s tem s ,   it   is   ess en tial  to   co n s id er   th e  u s e  o f   p r o b ab ilis tic  in ter m itten t so lar   PV  with   tim e - v ar y in g   lo ad   d em an d .   So m e   s tu d ies  h av e  e x am in ed   th e  im p l em en tatio n   o f   p r o b ab ilis tic  in t er m itten t  s o lar   PV  s y s tem s   with   v ar y in g   lo ad   d e m an d s   u s in g   an al y tical  m eth o d s .     T h e  o b jectiv e  o f   th ese  s tu d ies  was  to   o p tim ize  s p ec if ic  o b jec tiv e  f u n ctio n s ,   f o r   in s tan ce ,   m in im izin g   p o wer   lo s s   th r o u g h   th e  i n teg r atio n   o f   win d   en er g y   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] ,   o r   in c o r p o r atin g   a  c o m b in at io n   o f   win d   p o wer ,   s o lar   PV,  an d   b io m ass   in d iv id u ally   o r   in   co m b in atio n   [ 1 8 ] .   Ho wev er ,   d ed icatin g   a  PV u n it so lely   to   m in im ize  ac tiv e  o r   r ea ctiv e  p o wer   lo s s   m ig h t  r estrict  th e  ex ten t  o f   PV  p en etr atio n .   T h e  DG  o p tim al  p lan n in g   was   p er f o r m ed   u s in g   e v o lu tio n a r y   p r o g r am m in g   ( E P)  to   m itig ate  v o ltag e  v io latio n s ,   b u t  it  c o u ld   lead   to   h ig h   s y s tem   lo s s e s   if   a  DG  was  d e s ig n ated   s o lely   f o r   m i n im izin g   v o ltag e  d e v iatio n   [ 3 2 ] .   As  a   r esu lt,  r esear ch er s   h av e  in tr o d u ce d   m u lti - o b jectiv e  an aly tical  tech n i q u es  aim e d   at  m itig atin g   p o wer   lo s s es  an d   v o ltag e  p r o f ile   d ev iat io n s   u s in g   v ar i o u s   tim e - v ar y in g   v o ltag e - d e p en d e n t  lo ad   m o d els  [ 2 3 ] ,   [ 3 3 ] .   T o   o b tain   a n   o p tim al   s o lu tio n ,   o p tim izatio n   alg o r ith m s   m u s t  b e  u s ed   to   id en tify   th e  o p tim al  p lace m en t  an d   s ize  o f   DG  u n its   th at  m ax im ize  v o ltag e  r eg u latio n   an d   m in im ize  p o wer   lo s s es  th r o u g h o u t  th e  y ea r .   I n   th i s   s tu d y ,   th e  wh a le  o p ti m iza ti o n   a lg o rit h m   (W OA )   is   ap p lied   to   ac h iev e  t h e  h ig h e s t  s o lar   PV  in teg r atio n   f o r   v o l tag e  r eg u latio n   an d   m in im izin g   p o wer   lo s s es in   th e  I E E E   3 3 - b u s   s y s tem .     T h is   p ap er   p r esen ts   th e  f o llo win g   co n tr ib u tio n s   an d   in n o v atio n s :   i)   T h e  s tu d y   ad d r ess e s   a  cr u cial  asp ec t  o f   th e  s o lar   p h o to v o ltaic  d is tr ib u ted   g en er ato r   ( PV - DG )   allo ca tio n   p r o b lem   b y   in co r p o r atin g   th e   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       Op tima l a n n u a l so la r   P V   p en e tr a tio n   fo r   imp r o ve d   vo lta g e  r eg u la tio n   a n d   p o w er   …  ( R en u g a   V era yia h )   1149   u n ce r tain ties   th at  ar is e  f r o m   b o th   lo a d   d em a n d   an d   s o la r   ir r ad iatio n ;  a n d   ii)  T h e  allo ca tio n   p r o b lem   is   ef f ec tiv ely   s o lv ed   b y   co n s id er in g   m u lti - o b jectiv e  f u n ctio n s   in clu d in g   r ea l  p o wer   lo s s ,   r ea ctiv e  p o wer   lo s s ,   an d   v o ltag e  d e v iatio n .   T h e  ar ticle's  s tr u ctu r e  is   a s   f o llo ws:   i)   Sect io n   2   d escr ib es  th e  m eth o d o lo g ical   ap p r o ac h   u s ed   f o r   m o d elin g   d y n am i c  lo a d   p r o f iles   a n d   s o lar   PV  p r o f iles   an d   d ef in es   th e  p r o b lem ;  ii)   Sectio n   4   is   d ed icate d   to   p r esen tin g   a n d   d is cu s s in g   th e  s tu d y ' s   f in d in g s ;  an d   iii)   I n   th e  e n d ,   t h e  co n clu s io n s   d r awn   f r o m   th e   r esear ch   an d   r ec o m m en d atio n s   f o r   f u t u r e  s tu d ies ar e  s u m m ar ized   in   s ec tio n   5 .       2.   M E T H O D   T h e  p r o p o s ed   m eth o d   ad d r ess es  a  s to ch asti c   p r o b lem   co n ce r n in g   th e  o p tim al  allo ca tio n   o f   PV - DGs   in   b alan ce d   r ad ial  DSs .   T h e  o p tim izatio n   alg o r ith m s   co n s id er   th e  u n ce r tain ties   ass o ciate d   with   PV - DGs  an d   lo ad   d em an d   to   r ep r esen t  a  r ea lis tic  PV - DG  a llo ca tio n .   T h e  o p tim izatio n   o b jectiv es  en co m p ass   v o ltag e   d ev iatio n ,   r ea l  p o we r   lo s s ,   an d   r ea ctiv e  p o wer   l o s s   to   ac h ie v e  an   o p tim al  PV - DG  allo ca tio n .   T h e  s im u lated   DG  is   a  s o lar - b ased   r en ewa b l e  en er g y   s o u r ce   th at  s u p p lies   o n ly   r ea l  p o wer ;  th er e f o r e,   it  i s   p r esu m ed   th at  th e   DG  o p er ates a t a   p o wer   f ac to r   o f   u n ity .     2 . 1 .     P r o ba bil is t ic  m o delin g   o f   s o la r  po wer     T h e  B eta  PDF  in   ( 1 )   was  u tili ze d   to   m o d el  s o lar   ir r ad ian ce ,   co n s id er in g   h is to r ical  d ata  s p an n in g   th r ee   y ea r s .   T o   ac co m m o d ate   d aily   v ar iatio n s ,   ea ch   d ay   was  d iv id ed   in to   2 4   h o u r s ,   with   ea ch   h o u r   h a v in g   its   s p ec if ic  s o lar   ir r ad ian ce   PDF.   T h e  s h ap e  ( )   an d   s ca le  ( )  p ar am eter s   o f   th e  B eta  PDF  wer e  co m p u ted   f o r   ea ch   h o u r ,   u tili zin g   th e  m ea n   ( )   an d   s tan d ar d   d e v iatio n   ( )  o b tain ed   f r o m   h is to r ical  d ata,   a s   o u tlin ed   in   ( 2 )   an d   ( 3 )   [ 3 4 ] .   T o   r ep r esen t  th e   v ar iatio n s   in   th e  s o lar   ir r ad ian ce ,   ea ch   h o u r   was  s u b d iv id ed   in to   2 0   s ce n ar io s ,   with   a  s tep   s ize  o f   0 . 0 5   k W /m ²,   r ep r esen tin g   v ar y in g   s o la r   r ad iatio n   lev els.  B y   u s in g   t h e  d eter m in ed   m ea n   an d   s tan d ar d   d e v iatio n ,   a  PDF  f o r   s o lar   ir r ad ian ce   was  g en er ated   f o r   ea ch   o f   th e  2 0   s c en ar io s   with in   ev er y   h o u r ,   alo n g   with   th e  ass o ciate d   p r o b a b ilit ies  f o r   ea ch   s ce n ar io   o f   s o lar   r ad iatio n .   B ased   o n   th ese  PDFs ,   th e  PV o u tp u t p o we r   was d eter m i n e d   f o r   ea ch   h o u r   [ 3 5 ] .     ( ) = { ( + ) ( ) ( ) ( − 1 ) ( 1 − ) ( − 1 ) ,    0 ≤ ≤ 1 , ≥ 0 0 ,  ℎ    ( 1 )     = ( 1 − ) × ( ( 1 + ) 2 − 1 )   ( 2 )     = ( × ) 1 −   ( 3 )     T h e  p r o b a b ilit y   f o r   a  s p ec if ic  s o lar   ir r ad ian ce   s ce n ar io   ( s )   d u r in g   an y   h o u r   ca n   b e  ca lcu l ated   u s in g   ( 4 ) .   T h e   o u tp u t  p o wer   g en er at ed   b y   a  s o lar   PV  m o d u le  f r o m   ( 4 )   is   s u b ject  to   s ev er al  f ac to r s ,   s u ch   as  am b ien t  tem p er atu r e,   s o lar   ir r a d ian ce ,   an d   PV  m o d u le   s p ec if icatio n s .   T o   r e p r e s e n t   t h e   m a x i m u m   p o w e r   o u t p u t   f r o m   t h e   P V  m o d u l e   u n d e r   a   s p e ci f i c   s o la r   i r r a d i a n c e  l e v e l  ( S )   ( 6 ) - ( 9 )   c a n   b e   e m p l o y e d .   A d d i t io n a l l y ,   t h e   a v e r a g e  o u t p u t   p o w e r ,   r e p r e s e n t i n g   t h e  t o t a l   e x p e c te d   o u t p u t   p o w e r   o f   a   s o l a r   PV   m o d u l e   o v e r   a   s p e c i f i e d   p e r i o d   ( t ) ,   d e n o t e d   a s    ( )   ( w h e r e   t   =   1   h ) ,   c a n   b e   d e r i v e d   u t i l i zi n g   ( 1 ) ,   ( 4 ) ,   a n d   ( 5 )   a s   i n   ( 1 0 )   a n d   ( 1 1 ) .     { } = ∫ ( ) 2 1    ( 4)     ° ( ) = ×  × ×   ( 5 )      = ×  ×    ( 6 )     = [  + × (  − 25 ) ]   ( 7 )     =  − ×    ( 8 )      = + (  − 20 0 . 8 )   ( 9 )      ( ) = ° ( ) × ( )   ( 1 0 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 1 4 7 - 1159   1150   ( ) ( ) 1 0 S P V t P V S P G d s =   ( 1 1 )     T h e  n u m b e r   o f   PV  m o d u les  is   d en o ted   as  N.   C ell  tem p er at u r e  an d   am b ien t  tem p er at u r e  ar e  d en o ted   b y   T c y   an d   T A  r esp ec tiv ely .   T h e  v o l tag e  an d   c u r r en t  c o ef f icien ts   ar e  d en o te d   b y   Ki  an d   Kv   r esp ec tiv ely .   No m in al   o p er atin g   tem p er a tu r e  is   d en o t ed   b y   NOT .       2 . 2 .     L o a d dema nd   m o delin g     D u e   t o   t h e   i n h e r e n t   u n c e r t ai n t y   i n   l o a d   d e m a n d   f l u c t u a t i o n s   o v e r   t i m e ,   t h e   u n c e r t ai n t y   o f   l o ad   d e m a n d   a t   e a c h   b u s     ( M V A )   i s   r e p r e s en t e d   u s i n g   a   n o r m a l   P DF   ( ( ) ,   a s   s h o w n   i n   ( 1 2 ) .   T h e   m e a n     ( M V A )   a n d   s t a n d a r d   d e v i a t i o n     ( M V A )   f o l l o w   t h e   I E E E   r e l i a b i l it y   t e s t   s y s t e m   (IEEE - R T S )   s t a n d a r d s ,   a s   o u t l i n e d   i n   F i g u r e   1   [ 3 6 ] .   T h i s   a p p r o a c h   i s   u s e d   i n   t h e   a b s e n c e   o f   a   s t a n d a r d i z e d   d y n a m i c   l o a d   p r o f i le   f o r   t h e   t y p i c a l  I E E E   d i s t r i b u ti o n   s y s t e m   a n d   h a s   b ee n   e x t e n s i v el y   a p p l i e d   i n   p r e v io u s   s t u d i es ,   s u c h   a s   [ 35] .   As   i llu s t r a t e d   i n   F i g u r e   1 ,   t h e   l o a d   c u r v e   r e p r e s e n ts   f o u r   d i s t i n ct   2 4 - h o u r   p e r i o d s   ( 9 6   h o u r s )   c o r r e s p o n d i n g   t o   t h e   f o u r   s e a s o n s .     ( ) = 1 × √ 2  [ − ( − ) 2 2 ( ) 2 ]   ( 1 2 )           Fig u r e  1 .   I E E E   3 3 - b u s   s y s tem   d y n am ic  lo a d   p r o f ile  f o llo win g   th e  I E E E - R T S lo ad   p atter n       2 . 3 .     P r o blem   f o rm ula t io n   I f   a  DG  u n it  is   s p ec if ically   all o ca ted   to   m in im ize  eith er   ac tiv e  o r   r ea ctiv e  p o wer   lo s s ,   it  m ay   ca u s e   lim itatio n s   o n   PV  p en etr atio n   d u e  t o   h ig h   v o ltag e  d ev iat io n s .   On   th e  o th er   h an d ,   if   a  PV  u n it  is   s o lely   d esig n ated   to   m in im ize  th e  v o ltag e  d ev iatio n s ,   it  m ay   allo w  f o r   h ig h   p e n etr atio n   lev els   b u t  co u ld   lead   to   in cr ea s ed   s y s tem   lo s s es   [ 2 3 ] .   T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,  a   m u lti - o b jectiv e  f u n ctio n   ( MO F)  ca n   b e   u tili ze d ,   co m b in in g   v o ltag e   d ev iatio n ,   ac tiv e  p o wer   lo s s ,   an d   r ea ctiv e  p o wer   lo s s .     2. 3 . 1 .   O bje ct iv e  f un ct io ns   T h e  m o d el  is   s tr u ctu r ed   as   a  s to ch asti c  m ix ed - in teg e r   n o n lin ea r   m u lti - o b jectiv e  o p tim izatio n   p r o b lem ,   as  d ep icted   in   ( 1 3 ) .   T h e  f itn ess   f u n ctio n   in cl u d e s   th r ee   co m p o n en ts :  to tal  v o l tag e  d ev iatio n   ( 1 ) ,   to tal  r ea l  p o wer   lo s s   ( 2 ) ,   an d   t o tal  r ea ctiv e  p o wer   lo s s   ( 3 ) .   T h ese  o b jectiv es  ar e  im p o r tan t  in   DS  o p er atio n   an d   p lan n in g ,   as th ey   r elate   to   th e  q u ality   o f   p o we r   s u p p ly ,   s y s tem   ef f icien cy ,   a n d   s tab ilit y .     T o tal  v o ltag e  d ev iatio n ,   as  in   ( 1 3 ) ,   is   a  m ea s u r e  o f   th e  d ev i atio n   o f   t h e  v o ltag e   m ag n itu d e  f r o m   its   n o m in al  v alu e,   w h ich   ca n   af f e ct  th e  p er f o r m an ce   o f   elec tr ica l  eq u ip m en t  an d   th e  q u ality   o f   th e  p o wer   s u p p ly .   T h e  to tal  ex p ec ted   r ea l  p o wer   lo s s   is   a  m ea s u r e  o f   t h e  en er g y   wasted   d u e  to   th e  f lo w  o f   cu r r en t  th r o u g h   th e   tr an s m is s io n   lin es,  as in   ( 1 4 ) ,   wh ich   ca n   lead   to   in ef f icien cies a n d   in cr ea s ed   co s ts .   T h e  to tal  ex p ec ted   r ea ctiv e   p o wer   lo s s   is   a  m ea s u r e  o f   th e   p o wer   r e q u ir ed   t o   m ain tain   t h e  v o ltag e  lev els  in   t h e  p o wer   s y s tem ,   as  in   ( 1 5 ) ,   wh ich   ca n   also   af f ec t t h e  ef f ic ien cy   an d   s tab ilit y   o f   th e  s y s te m .     = ( 1 , 2 , 3 )   ( 1 3 )     1 = ∑ ∑ ∑ | − , , |  = 1 = 1 = 1   ( 1 4 )     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       Op tima l a n n u a l so la r   P V   p en e tr a tio n   fo r   imp r o ve d   vo lta g e  r eg u la tio n   a n d   p o w er   …  ( R en u g a   V era yia h )   1151   2 = ∑ ∑ ∑ ( , ) , , 2 + ( , ) , , 2 ( , ) , , 2 × ( ( , ) , , )  = 1 ≠ = 1 = 1   ( 1 5 )     3 = ∑ ∑ ∑ ( , ) , , 2 + ( , ) , , 2 ( , ) , , 2 × ( ( , ) , , )  = 1 ≠ = 1 = 1   ( 1 6 )       an d   , ,   ar e  th e  r ef er en ce   ( o r   n o m in al)   v o ltag e  a n d   ac tu al  v o ltag e,   r esp ec tiv ely .   +   an d   +   d en o te  th e  r ec eiv in g   r ea l a n d   r ea ctiv e   p o wer   f lo w,   r esp ec tiv ely .       2 . 3 . 2 .   Co ns t ra ints    Du r in g   th e  o p tim izatio n   p r o ce s s   f o r   th is   s tu d y ,   b o th   eq u ality   an d   in eq u al ity   co n s tr a in ts   wer e   co n s id er ed .   T h ese  co n s tr ain ts   in clu d e  t h e  p o wer   f lo w   eq u a tio n s ,   ( 1 6 )   an d   ( 1 7 ) ,   m ax im u m   p o wer   tr an s f er   i n   ea ch   b r an c h   ( 1 8 ) ,   a n d   m a x im u m   DG  allo ca tio n   in   th e  DS ( 1 9 ) .     , , − , , =   ∑ ( , , 2 × ( , ) − , , × , , ( ( , )  ( , ) , , + ( , )  ( , ) , , ) ) ∈  ≠   ( 1 7 )     , , − , , =   ∑ ( − , , 2 × ( , ) − , , × , , ( ( , )  ( , ) , , − ( , )  ( , ) , , ) ) ∈  ≠   ( 1 8 )     √ ( , ) , , + ( , ) , , ≤ ( , ) , ,    ( 1 9 )     { ∈ { 0 , 1 }  = ∑  = 1  ≤    ( 2 0 )     W h er e  ( )   is   a  b in ar y   n u m b er   t o   id en tify   th e   av ailab ilit y   o f   PV - DGs  at  ea ch   b u s .      an d      r ep r esen t  th e  n u m b er   an d   m ax im u m   n u m b er   o f   PV - DG  lo ca tio n s   in   t h e  DS.     2 . 3 . 3 .   So lv ing   m e t ho d    T h e  o p tim izatio n   is s u e  is   f o r m u lated   as  a  m ix ed   in teg er   n o n lin ea r   p r o g r am m in g :  m u lti - o b jectiv e   f u n ctio n   to   s im u ltan eo u s ly   v o ltag e  d ev iatio n ,   ac tiv e  p o wer   lo s s ,   an d   r ea ctiv e  p o wer   lo s s .   T h e  tech n iq u e  f o r   r an k in g   p r e f er en ce   b y   s im ilar ity   to   th e   id ea l  s o lu tio n   ( T OP SIS)   is   em p lo y ed   to   s elec t  th e  o p tim al  s o lu tio n   f r o m   a   s et  o f   n o n - d o m in ated   s o lu tio n s .   T OPSIS  is   a  m u lt i - cr iter ia  d ec is io n - m a k in g   m e th o d   th at   ca n   r an k   s o lu tio n s   in   m u lti - o b jectiv e  o p tim izatio n   p r o b lem s .   T h is   tech n iq u e   is   ap p lied   at   th e  en d   o f   ea ch   iter atio n   to   th e  o p tim al  s et  o f   o b jectiv e  f u n ctio n s .   T h e  s tep s   f o r   a p p ly in g   T OPSIS  to   ch o o s e  th e  o p ti m al  s o lu tio n   f r o m   a   s et  o f   n o n - d o m in ate d   s o lu tio n s   ar e  illu s tr ated   in   [ 3 7 ] .   T h e   o p tim izatio n   p r o b lem   was  s o lv ed   b y   u tili zin g   th e  W OA.   T h e  W OA  co n s is t s   o f   a  p air   o f   m ain   p h ases :  ex p l o r atio n   an d   ex p lo itatio n .   Du r in g   th e  ex p lo itatio n   p h ase,   th e   alg o r ith m   u s es  two   m eth o d s   to   u p d ate  th e   s ea r c h   ag e n t' s   p o s itio n :  th e  p r ey - e n cir clin g   tec h n iq u e ,   wh ich   is   r ep r esen ted   b y   ( 2 1 ) - ( 2 5 ) ,   a n d   th e  s p ir al  b u b b le - n e t  attac k in g   tech n iq u e ,   r ep r ese n ted   b y   ( 2 6 ) .   B o th   tech n iq u es  u tili ze   th e   lo ca tio n   o f   th e  b est  s ea r ch   ag en t  t o   u p d ate  th e  c u r r e n t  ag e n t' s   p o s it io n .   Ho wev e r ,   th e   s p ir al  b u b b le - n et  attac k in g   te ch n iq u e  i n tr o d u ce s   an   elem e n t  o f   r a n d o m n ess ,   wh ich   a llo ws  f o r   ex p lo r atio n .   T h is   r an d o m n ess   is   r ef lecte d   i n   ( 2 6 ) .   I n   th e   ex p lo r atio n   p h as e,   a  r an d o m   s ea r ch   is   co n d u ct ed ,   an d   th e  p o s itio n   o f   th e   cu r r en t  s ea r c h   ag en t  is   u p d ated   b ased   o n   a  r an d o m ly   g en er ated   s ea r ch   ag en t .   T h is   b e h av io r   is   m ath em atica lly   r ep r ese n ted   b y   ( 2 7 )   an d   ( 2 8 ) .   B y   c o m b in i n g   b o th   e x p lo itatio n   a n d   e x p lo r a tio n   tech n iq u es,  th e   W OA  alg o r ith m   ca n   o p tim ize   s ea r ch   al g o r ith m s   ef f ec tiv ely .   T h e   f lo wch a r t  in   Fig u r e   2   illu s tr ates  th e  o v er all  m eth o d o l o g y   f o r   a p p ly in g   th e  W OA  to   s o lv e  th e  f o r m u lated   o p tim izatio n   p r o b lem .      = ×   −  ( )   ( 2 1 )      ( + 1 ) =   − ×    ( 2 2 )     = 2 × × −   ( 2 3 )     = 2 ×   ( 2 4 )     = 2 − × 2   ( 2 5 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 1 4 7 - 1159   1152    ( + 1 ) = ′ ×  ×  (  ) +   ( )   ( 2 6 )      = ×  −    ( 2 7 )      ( + 1 ) =  − ( ×  )   ( 2 8 )           Fig u r e  2 .   Flo w  ch a r t f o r   th e  o p tim izatio n   p r o c ess       3.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   3 . 1 .     I np ut  da t a     T h e  s atellite  wea th er   d ata  f o r   th r ee   y ea r s   ( 2 0 1 7 - 2 0 1 9 )   f o r   a  s p ec if ic  lo ca tio n   in   Seiy u n ,   Had r am o u t,   Yem en   ( co o r d in ates  1 5 . 9 4 9 5 °  N,   4 8 . 8 0 9 6 °  E )   was  o b tain ed   f r o m   th e  n atio n al  s o lar   r ad iatio n   d atab ase   ( NSR D)   [ 3 8 ] .   T h e  d ata  was  d iv id ed   in t o   f o u r   s ea s o n s ,   ea c h   r ep r esen tin g   th e  ag g r eg ated   d ata  f o r   th r ee   m o n th s .   U s i n g   p r o b a b i l i s t ic   m o d e l i n g ,   t h e   s e as o n a l   d a t a   w a s   t h e n   c o n v e r t e d   i n t o   a   d ai l y   r e p r e s e n t at i o n   b y   c o n v e r t i n g   t h e   t h r e e - m o n t h   s ea s o n a l   d at a   i n t o   e q u i v a le n t   2 4   s a m p l es .   T h e   f i n al   d a t as e t  c o n s i s t s   o f   4 × 2 4 = 9 6  s a m p l es .   I n   t h e   w i n t e r   a n d   s p r i n g   s e a s o n s ,   s o l a r   i r r a d i a ti o n   b e g i n s   b e t w e e n   t h e   6 t h   a n d   1 8 t h   h o u r   o f   t h e   d a y ,   w h i l e   i n   t h e   s u m m e r   a n d   f a ll   s e a s o n s ,   i t   b e g i n s   b e tw e e n   t h e   7 t h   a n d   1 8 t h   h o u r .   T h e   m a x i m u m   s o l a r   i r r a d i a n c e   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       Op tima l a n n u a l so la r   P V   p en e tr a tio n   fo r   imp r o ve d   vo lta g e  r eg u la tio n   a n d   p o w er   …  ( R en u g a   V era yia h )   1153   r e c o r d e d   d u r i n g   w i n t e r   r e ac h es   1 1 2 8   W / m 2 ,   w h e r e a s   i n   f al l ,   t h e   m a x i m u m   v al u e   is   l o w e r   a t   7 6 5   W / m 2 .   T h e   p r o j e c t   s i te   r e c e i v es   a n   a v e r a g e   o f   4 . 5   t o   8 . 4   p e a k   s u n n y   h o u r s   t h r o u g h o u t   t h e   y e a r .   B eta  PDF  v alu es  f o r   2 0   s tates  o f   s o lar   ir r ad ian ce   at  th r ee   s p ec if ic  h o u r s   ( 8 ,   1 2 ,   a n d   1 6 )   f o r   ea ch   s ea s o n   ar e  p l o tted   in   Fig u r e  3 ( a)   f o r   win ter ,   Fig u r e  3 ( b )   f o r   s p r i n g ,   Fig u r e  3 ( c)   f o r   s u m m er ,   a n d   F ig u r e  3 ( d )   f o r   f all .   Utilizin g   th e  s ea s o n al  d aily   ir r ad ian ce   a n d   s ea s o n al  av er a g e  tem p er at u r e,   t h e  ex p ec ted   h o u r ly   PV   m o d u le  o u tp u t  f o r   ea ch   s ea s o n   is   co m p u ted   an d   r ep r esen te d   in   Fig u r e  4 ( a) .   Ad d itio n ally ,   a  n o r m alize d   cu r v e   f o r   th e   ex p ec ted   d aily   PV  o u t p u t  f o r   ea ch   s ea s o n   is   illu s tr ated   in   Fig u r e  4 ( b ) .   Fo r   th is   s tu d y ,   th e   T r in a  2 5 0   W  PV  m o d u le  was  s p ec if ically   ch o s en .   T h e  tech n ical  s p ec if i ca tio n s   f o r   th is   m o d u le  ca n   b e  f o u n d   in   T a b le  1   [ 3 9 ] .   T h e  PV  m o d u le' s   o u tp u t  p o ten tial  in d icate s   th at  it  c an   g en er ate  ap p r o x im ately   2 0 2 . 1 3   W   in   win ter ,   1 9 3 . 2 2   W   in   s p r in g ,   1 9 6 . 1 3   W   in   s u m m er ,   an d   1 8 7 . 4 8   W   in   f all.   R em ar k ab ly ,   r eg ar d le s s   o f   th e  s ea s o n ,   th e   PV m o d u le  attain s   its   m ax im u m   o u tp u t a t th e  1 2 th   h o u r ,   wh i ch   s ig n if ies th e  p ea k   p er f o r m a n ce   p er io d .       ( a)     ( b )     ( c)     ( d )       Fig u r e  3 .   So lar   i r r ad ian ce   p r o b ab ilit y   f o r   ( a)   win ter ,   ( b )   s p r i n g ,   ( c)   s u m m er ,   an d   ( d )   f all       ( a)     ( b )       Fig u r e  4 .   Ou t p u t o f   th e  ch o s en   PV m o d u le  ( a)   ex p ec te d   o u t p u t  an d   ( b )   n o r m alize d   o u tp u t        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 1 4 7 - 1159   1154   T ab le  1 .   So lar   PV m o d u le  s p e cif icatio n s   C h a r a c t e r i s t i c s   V a l u e   C h a r a c t e r i s t i c s   V a l u e   V mp p   ( V )   3 0 . 0   N O C T  ( ℃ )   44   I mp p   ( A )   8 . 3 4   K i   ( A / ℃ )   0 . 0 0 4 4 8   V o c   ( V )   3 7 . 5   K v   ( V / ℃ )   0 . 1 2   I sc  ( A )   8 . 9 7           3 . 2 .     Ca s e  s t ud ies   T o   v alid ate  th e  r esu lts   o b tain e d   f o r   th e  p r o p o s ed   m o d el,   a  c o m p ar is o n   o f   r esu lts   h as  b ee n   co n d u cte d   f o r   th e  f o llo win g   ca s e  s tu d ies :   i)   C ase   I :  p r o b ab ilis tic  p o wer   f lo w  ( PLF)   o f   th e  b ase  ca s e  with o u t  PV - DGs   in s tallatio n ;   an d   ii)  C ase  I I :  PLF  in co r p o r ates  o p tim al  p lace m en t  o f   PV - DGS  wh ile  ac co u n tin g   f o r   two   k ey   u n ce r tain ties : v ar iatio n s   in   lo a d   d em an d   an d   f lu ctu atio n s   in   s o lar   r ad iatio n   lev els.     3 . 3 .        Num er ica l r esu lt s   3 . 3 . 1 .   O bje ct iv e  f un ct io ns     T h e  o p tim al  PV - DGs  ar e  s tr ateg ically   in s talled   to   m i n im ize  th r ee   k ey   o b jectiv e   f u n ctio n s   s im u ltan eo u s ly ,   en co m p ass in g   to tal  v o ltag e  d ev iatio n ,   r ea l  p o wer   lo s s ,   an d   r ea ctiv e  p o wer   lo s s .   I n   th e  b ase  ca s e,   th e  p r e - in s tallatio n   p o we r   f lo w  an aly s is   r ev ea ls   a  to tal  v o ltag e  d ev iatio n   o f   9 6 . 1 6   p u ,   r ea l  p o wer   lo s s   o f   7 . 3 8   MW,  an d   r ea ctiv e  p o wer   lo s s   o f   7 . 9 1   MV AR .   Up o n   th e  in s tallatio n   o f   th e  o p tim al  PV - DGs,  a  n o tab le   d ec r ea s e  is   o b s er v ed   ac r o s s   all  o b jectiv e  f u n ctio n s .   Sp ec if ic ally ,   th e  o p tim al  PV - DGs  r esu lt  in   a  to tal  v o ltag e   d ev iatio n   r e d u ctio n   o f   7 7 . 5 0   p u ,   r ea l   p o wer   lo s s   o f   6 . 0 2   MW,  an d   r ea ctiv e  p o wer   l o s s   o f   4 . 0   MV AR ,   as  p r esen ted   in   T a b le  2 .   T h is   r ed u ctio n   in   o b jectiv e  f u n ctio n s   s ig n if ies  a  s u b s tan tial  im p r o v e m en t,  with   v o ltag e   d ev iatio n   r e d u ce d   b y   1 9 . 3 9 %,  r ea l   p o wer   lo s s   b y   1 8 . 4 2 %,  an d   r ea ctiv e  p o wer   lo s s   b y   1 8 . 5 3 %.       T ab le  2 .   Op tim al  o b jectiv e  f u n ctio n     O b j e c t i v e   f u n c t i o n     C a se   I   C a se   I I   1   ( p u )   9 6 . 1 6   7 7 . 5 0 9 1   2   ( M W )   7 . 3 8   6 . 0 2 0   3   ( M V A R )   4 . 9 1   4 . 0 0       3. 3 . 2 .   O ptim a l  P V - DG   a llo ca t io n    T h is   s tu d y   s ee k s   to   ad v an ce   th e  p en etr atio n   le v el  o f   PV  i n   th e  DS  wh ile  r ed u cin g   th e   o b jectiv e  f u n ctio n s .   T h e  o p tim al  s ites ,   ag g r eg ate  ca p ac ity ,   an d   r ec o m m en d ed   n u m b er   o f   PV  m o d u les  ar e  o u tlin ed   in   T ab le  3 .   T h e  o p tim al  s ites   f o r   P V - DGs   ar e  lim ited   to   1 0   lo ca tio n s   as  s tated   in   ( 1 8 ) .   T h e  ag g r eg ate  o p tim al   ca p ac ity   o f   PV - DGs  is   3 . 2 0 6 6 2 5   MW  in s talled   at  d if f er en t  p o in ts   with in   th e  DS.  T h e  lar g est  in s talla tio n   is   at   b u s   3 0   with   ca p ac ity   o f   1 . 6 5 1 7 5   MW.  I t's   wo r th   m en tio n in g   th at  th e  m ax i m u m   p o wer   o f   th e  PV  p an els  u s ed   in   th is   r esear ch   is   2 5 0   W .       T ab le  3 .   Op tim al  lo ca tio n   an d   s izin g   o f   PV - DGs in   I E E E   3 3 - b u s   DS   Lo c a t i o n   ( B u s)   S i z e   ( M W )   N u mb e r   o f   P V   m o d u l e s   Lo c a t i o n   ( B u s)   S i z e   ( M W )   N u mb e r   o f   P V   m o d u l e s   27   0 . 2 0 8   8 3 2   25   0 . 0 2 7 9 7 5   1 1 2   10   0 . 4 2 5 7 5   1 7 0 3   3   0 . 5 0 5 7 5   2 0 2 3   24   0 . 2 0 5 5   8 2 2   21   0 . 0 0 7 1 2 5   29   30   1 . 6 5 1 7 5   6 6 0 7   20   0 . 0 5 1   2 0 4   28   0 . 0 6 2 2 2 5   2 4 9   16   0 . 0 6 1 5 5   2 4 6       3 . 3 . 3 .   Vo lt a g e  pro f ile   T h e  v o ltag e  p r o f iles   o f   th e  te s t  s y s tem   in   ea ch   s ea s o n   with o u t  PV - DGs  ar e  d ep icted   in   Fig u r e  5 ( a)   f o r   win ter ,   Fig u r e   5 ( b )   f o r   s p r i n g ,   Fig u r e  5 ( c)   f o r   s u m m er ,   a n d   Fig u r e  5 ( d )   f o r   f all .  Acr o s s   all  s ea s o n s ,   ce r tain   b u s es,  s u ch   as  B u s   1 0 - 1 8   an d   B u s   2 9 - 3 3 ,   ex p e r ien ce   v o ltag e  is s u es.  T h e  m o s t  s ev er e   u n d er v o ltag e  p r o b lem s   ar e  o b s er v ed   d u r in g   th e  s u m m er   s ea s o n   d u e   to   th e  h eig h te n ed   d em an d .   I t   is   n o tewo r th y   th at  I E E E   s tan d a r d   lim its   f o r   b u s   v o ltag es,  with   a  m ax im u m   o f   1 . 0 5   p u   a n d   a   m in im u m   o f   0 . 9 5   p u ,   a r e  co n s id er ed   to   id en tif y   u n d er v o ltag e  an d   o v er v o ltag e   is s u es  in   th e  s y s tem .   W ith   t h e  in s tallatio n   o f   o p tim al  PV - DGs,  th e  v o ltag e  p r o f iles   d u r in g   all  s ea s o n s   ar e   s ig n if ican tly   im p r o v ed ,   as  d e p icted   in   Fig u r e  6 ( a)   f o r   win t er ,   Fig u r e   6 ( b )   f o r   s p r in g ,   Fig u r e  6 ( c)   f o r   s u m m er ,   an d   Fig u r e  6 ( d )   f o r   f all .  Ho wev er ,   d u r i n g   h ig h - d em an d   h o u r s   in   th e  s u m m e r   an d   f all  s ea s o n s ,   ce r tain   b u s es st ill ex p er ien ce   u n d e r - v o ltag e   is s u es.   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       Op tima l a n n u a l so la r   P V   p en e tr a tio n   fo r   imp r o ve d   vo lta g e  r eg u la tio n   a n d   p o w er   …  ( R en u g a   V era yia h )   1155   ( a)     ( b )     ( c)     ( d )       Fig u r e  5 .   B u s   v o ltag e   p r o f ile  with o u t PV - DGs f o r   ( a)   s u m m er ,   ( b )   f all,   ( c)   s p r in g ,   an d   ( d )   win ter       ( a)     ( b )     ( c)     ( d )       Fig u r e  6 .   B u s   v o ltag e   p r o f ile  with   o p tim al  PV - DGs f o r   ( a)   s u m m er ,   ( b )   f all,   ( c)   s p r i n g ,   a n d   ( d )   win te r       3 . 3 . 4 .   P o wer   lo s s   T ab le  4   p r esen ts   th e  p o wer   lo s s   o b s er v ed   in   ea ch   s ea s o n   b o th   with   an d   with o u t  th e  in s tallatio n   o f   PV - DGs.  T h e  o p tim al   in s tallatio n   o f   PV - DGs  s ig n if ican tly   i m p r o v es   b o th   r ea l   an d   r ea cti v e  p o wer   lo s s   ac r o s s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po w  E lec  &   Dr i Sy s t ,  Vo l.  16 ,   No .   2 ,  J u n e   20 25 :   1 1 4 7 - 1159   1156   all  s ea s o n s .   Par ticu lar ly   n o te wo r th y   is   t h e  p r o n o u n ce d   r e d u ctio n   in   l o s s es  d u r in g   win t er ,   attr ib u te d   to   th e  h eig h ten ed   s o lar   ir r ad iatio n   ch ar ac ter is tic  o f   th at  s ea s o n .   T h e  p er ce n ta g e  o f   p o wer   lo s s   r ed u ctio n   is   co n tin g en t  u p o n   th e  s o lar   ir r ad iatio n   lev el  th r o u g h o u t  ea c h   h o u r ,   as  well  as  th e  alig n m en t  b etwe e n   lo ad   d em an d   an d   s o lar   PV  g en er a tio n .   Su p e r io r   alig n m en t   y iel d s   s ig n if ican t  r e d u ctio n s   in   p o wer   lo s s ,   wh er ea s   m is m atch ed   alig n m en t  r esu lts   in   in cr ea s ed   lo s s es.       T ab le  4 .   Seaso n al  o p tim al  p o wer   lo s s     S e a so n   R e a l   p o w e r   l o ss ( M W )   R e a c t i v e   p o w e r   l o ss ( M V A R )   W i t h o u t   P V - DGs   W i t h   P V - DGs   W i t h o u t   P V - DGs   W i t h   P V - DGs   S u mm e r   2 . 1 4 5 6 7 7   1 . 5 8 0 9 6 4   1 . 4 2 8 4 1 4   1 . 0 6 0 1 3 2   F a l l   2 . 0 2 0 4 2   1 . 7 2 3 6 8   1 . 3 4 4 8 9 6   1 . 1 5 2 2 3 8   S p r i n g   1 . 8 1 5 2 5 7   1 . 7 4 7 5 1 4   1 . 2 0 8 3 4 5   1 . 1 4 4 8 7 4   W i n t e r   1 . 4 0 6 0 0 3   0 . 9 6 8 0 8 9   0 . 9 3 5 8 4 7   0 . 6 5 0 6 5 4       4.   CO NCLU SI O N    T h e  r esear ch   p r o p o s es  a  p lan n in g   m o d el  f o r   d eter m in i n g   t h e  b est  s izes   an d   d is tr ib u tio n   o f   PV - DGs   in   DS.  T h e  ap p r o ac h   is   s tr u ctu r ed   as  a  p r o b ab ilis tic  m ix ed - in teg er   n o n lin ea r   m u lti - cr iter ia  o p tim izatio n   p r o b lem .   T h e  g o al  is   to   en h a n ce   th e  in teg r atio n   lev el  o f   P V  s y s tem s   in   th e  DS  wh ile  c o n cu r r en tly   r ed u cin g   th r ee   tar g et   m etr ics:   v o ltag e   d ev iatio n s ,   ac tiv e  p o wer   lo s s ,   an d   r ea ctiv e  p o wer   l o s s .   T h e  p r o p o s ed   m o d el   in co r p o r ates  v ar iab ilit ies  lin k e d   with   s o lar   r a d iatio n   a n d   lo a d   d em a n d .   T h e  W OA  is   im p lem en ted   to   ad d r e s s   th e  co n s tr u cted   m o d el.   T h e  f o r m u lated   m o d el   o p tim ally   i n teg r ates  a  s o lar   PV  o u tp u t  o f   3 . 2 0 6 6 2 5   MW.  Mo r eo v er ,   it  r ed u ce s   v o ltag e  d ev iatio n   b y   1 9 . 3 9 %,  r ea l  p o wer   lo s s   b y   1 8 . 4 2 %,  an d   r ea c tiv e  p o wer   lo s s   b y   1 8 . 5 3 %.  T h e  m o d el  d em o n s tr ates  v ar y in g   lev els  o f   p o wer   lo s s   r ed u ctio n   ac r o s s   s ea s o n s ,   with   th e  h ig h est   r ec o r d e d   in   win ter   d u e   to   in cr ea s ed   s o lar   ir r ad iatio n .   Ad d iti o n ally ,   th e  v o ltag e  p r o f ile  im p r o v es  s ig n if ican tly   ac r o s s   all  s ea s o n s .   H o w e v e r ,   u n d e r - v o l t a g e   i s s u es   p e r s i s t   i n   s o m e   b u s e s   d u e   t o   m is m a t c h es   b e t w e e n   l o a d   a n d   s o l a r   P V   g e n e r at i o n ,   h i n d e r i n g   m a x i m u m   p o w e r   l o s s   r e d u c t i o n .   F u t u r e   r e s e a r c h   c o u l d   f o c u s   o n   o p t i m a l   d e m a n d   r e s p o n s e   p r o g r a m   ( D R P )   s c h e d u l i n g   i n   DS   t h a t   i n c o r p o r a t e s   PV - D G   p l a c e m e n t  t o   o f f e r   f u r t h e r   i m p r o v e m e n t s   i n   p o w e r   l o s s   a n d   v o l t a g e   d e v i a tio n s   b y   b e t t e r   a l i g n i n g   t h e   l o a d   p r o f i l e   w i t h   P V   g e n e r a ti o n   p a t te r n s .       ACK NO WL E DG M E N T S   T h e  au th o r s   wo u ld   lik e  to   ac k n o wled g e  B o ld   Gr an t  2 0 2 2   v ia  Pro ject  C o d e  J 5 1 0 0 5 0 0 0 2 /2 0 2 2 0 0 3 ,   2 0 2 2 0 5 0 0 1 E T G,   an d   R E MA C O  f o r   th e  r esear ch   f ac ilit ies   s u p p o r t  an d   APC ,   wh ich   is   f u n d ed   b y   UNI T E N  B o ld   Pu b licatio n   Fu n d   2 0 2 3 ,   f o r   m ak in g   th is   r esear ch   p r o jec t a   s u cc ess .       F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h is   r esear ch   was  f u n d ed   th r o u g h   th e  B o ld   Gr an t  2 0 2 2   u n d er   Pro ject  C o d e  J 5 1 0 0 5 0 0 0 2 /2 0 2 2 0 0 3 ,   2 0 2 2 0 5 0 0 1 E T G.   T h e  g r an t   p r o v id ed   f in a n cial  s u p p o r t  in   th e  f o r m   o f   a   Gr ad u ate   R esear ch   Ass is tan ts h ip   ( GR A)   to   ca r r y   o u t th is   s tu d y .       AUTHO R  CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T   T h is   jo u r n al   u s es  th e  C o n t r ib u to r   R o les  T a x o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize   in d iv i d u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m e  o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Saleh   B a - s waim i   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓   ✓     ✓   ✓   ✓       ✓     R en u g a  Ver ay iah     ✓         ✓   ✓   ✓     ✓   ✓   ✓       Vig n a  K.   R am ac h an d ar am u r th y   ✓     ✓   ✓               ✓     ✓     Saee d   Ali Bi n ajjaj     ✓           ✓   ✓     ✓           San jeev ik u m ar   Pad m an ab an   ✓             ✓       ✓     ✓     ✓     C   :    C o n c e p t u a l i z a t i o n   M   :    M e t h o d o l o g y   So   :    So f t w a r e   Va   :    Va l i d a t i o n   Fo   :    Fo r mal   a n a l y s i s   I   :    I n v e s t i g a t i o n   R   :    R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi   :    Vi su a l i z a t i o n   Su   :    Su p e r v i s i o n   P   :    P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu   :    Fu n d i n g   a c q u i si t i o n     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.