I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 ,   p p .   76 ~ 88   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 1 . pp 76 - 88           76       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   O ptima inv estme nt  frame wo rk of s tatic   V Ar  co mpe n sa tors  in  distribut io n sy ste m ba sed o n lif e cy cle cost       Ng uy en  H ien Trun g Vu V a n T ha ng   D e p a r t me n t   o f   P o w e r   S y s t e m,   F a c u l t y   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   T h a i n g u y e n   U n i v e r si t y   o f   Te c h n o l o g y ,   T h a i n g u y e n   C i t y ,   V i e t n a m       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   2 7 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Sep   1 7 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   No v   2 3 ,   2 0 2 5       Th e   d istri b u ti o n   sy ste m   p la n n in g   a n d   o p e ra ti n g   p re se n t   sig n ifi c a n t   c h a ll e n g e d u e   t o   lo w   v o lt a g e ,   h ig h   imp e d a n c e ,   a n d   lar g e   lo a d   d e n sit y ,   wh ich   lea d   t o   su b sta n ti a p o we lo ss e a n d   lo v o lt a g e   q u a li ty .   T o   a d d re ss   th is  c h a ll e n g e ,   t h e   p a p e p r o p o se a n   o p ti m a fra m e wo rk   fo th e   sim u lt a n e o u s   d e term in a ti o n   o f   th e   p lac e m e n a n d   siz i n g   o f   st a ti c   VA c o m p e n sa to rs  (S VCs in   DSs.  Th e   p r o p o se d   m o d e is   fo rm u late d   a a n   o p ti m iza ti o n   p r o b lem   th a m in imi z e s th e   li fe   c y c le co st,  wh il e   a c c o u n ti n g   f o r   th e   v a r y in g   l ifes p a n s   a n d   in v e stm e n ti m e o f   S VCs .   Th e   fr a m e wo rk   in c o rp o ra tes   h o u rly   l o a d   v a riatio n   a n d   e m p lo y f u ll   a lt e rn a ti n g   c u rre n (AC )   p o we fl o a n a ly sis  to   imp ro v e   th e   a c c u ra c y   o f   re su lt s.  A d d i ti o n a ll y ,   it   c o n sid e rs t h e   d e p e n d e n c y   o t h e   r e a c ti v e   p o we in jec ted   b y   S VCs   o n   th e   DSs   a n d   i n c o rp o ra tes   th e   d isc re te  ra ted   c a p a c it ies   o S VCs   t o   e n s u re   p ra c ti c a l   fe a sib il it y   a n d   e n h a n c e   th e   a c c u ra c y   o c o m p e n sa ti o n   p o we r,   e ffe c o DSs.   Th e   p r o p o se d   a p p ro a c h   is  v a li d a ted   u sin g   a   m o d ifi e d   3 3 - b u I EE tes t   sy ste m   imp lem e n ted   in   t h e   g e n e ra a lg e b ra ic  m o d e li n g   s y ste m   (G AMS ).   Nu m e rica re su lt fro m   m u lt ip le  c a se   stu d ies   c o n firm  th e   fe a sib il it y   a n d   h i g h   p e rfo rm a n c e   o t h e   p r o p o se d   m o d e l.   K ey w o r d s :   Dis tr ib u tio n   s y s tem s   Op tim izatio n   Static   VAr   co m p en s ato r s   L if cy cle  co s t   Gen er al  alg eb r aic  m o d elin g   s y s tem   T h is i 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 :   Vu   Van   T h an g     Dep ar tm en t o f   Po wer   Sy s tem ,   Facu lty   o f   E lectr ical  E n g in ee r in g ,   T h ain g u y e n   Un iv e r s ity   o f   T ec h n o lo g y   No .   6 6 6 ,   3 /2   Stre et,   T h ain g u y en   C ity ,   Vietn am   E m ail: th an g v v h td @ tn u t.e d u . v n       1.   I NT RO D UCT I O N   Dis tr ib u tio n   s y s tem s   ( D Ss )   ar th p o in ts   o f   co n tact  b e twee n   th elec tr icity   in d u s tr y   an d   th co n s u m er s ,   ty p ically   o p er ati n g   at  m ed iu m   o r   lo v o lta g lev els.  T h ey   in clu d n u m er o u s   f ee d e r s   an d   d is tr ib u tio n   tr an s f o r m er s   ch a r ac ter ized   b y   h ig h   im p ed a n ce   an d   d e n s lo ad s ,   wh ich   r esu lt  in   elev ated   p o wer   lo s s es  an d   d eg r a d ed   v o ltag e   q u ality   [ 1 ] ,   [ 2 ] .   T h ese   f ac to r s   s ig n if ican tly   r ed u ce   th tec h n ical  an d   ec o n o m ic  ef f icien cy   o f   DSs ,   r eq u ir i n g   co s tly   u p g r a d es  to   f ee d er s ,   tr an s f o r m er s ,   an d   in cr ea s ed   elec tr icity   p u r ch ases   f r o m   th e   g r id .   C o n s eq u en tly ,   th ese  is s u es a r cr itical  in   DS p lan n in g ,   d esig n ,   an d   o p er atio n   [ 3 ]   Ad d itio n ally ,   m o d er n   DSs   f ac g r ea ch allen g es  d u t o   t h in cr ea s in g   p en etr atio n   o f   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s   a n d   th in te g r atio n   o f   ad v an ce d   p o wer   elec t r o n ic  d ev ices.  E f f ec tiv p lan n in g   an d   o p er atio n al   s tr ateg ies  ar th er ef o r n ec es s ar y   to   en h an ce   s y s tem   p er f o r m an ce ,   r ed u ce   o p er atio n al   co s ts ,   an d   im p r o v e   v o ltag p r o f iles   [ 3 ] ,   [ 4 ] .   As  r esu lt,  th tr ad itio n al  p ass i v m o d el  o f   DSs   is   ev o lv in g   to war d   ac tiv DSs ,   wh ich   in teg r ate  d is tr ib u ted   g en er atio n   ( DG) ,   en er g y   s to r a g s y s tem s ,   an d   r ea ctiv p o wer   co m p en s atio n   d ev ices,  allo win g   o p er ato r s   to   m an ag p o wer   f lo ws  d y n am i ca lly   th r o u g h   f le x ib le  n etwo r k   to p o lo g ies  [ 5 ] ,   [ 6 ] I n   th is   co n te x t,  r ea ctiv p o wer   co m p e n s atio n   b ec o m es  cr u cial  asp ec o f   DS  p lan n in g   an d   o p er atio n .   Selectin g   th o p tim al  ty p e,   s ize,   an d   lo ca tio n   o f   co m p en s a tio n   d ev ices  is   es s en tial  to   m in im ize  lo s s es  an d   m ain tain   ac ce p tab le  v o ltag p r o f iles .   C o m m o n   tech n iq u es  f o r   im p r o v in g   DS  p er f o r m a n ce   in clu d f e ed er   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l in ve s tmen t fra mewo r o f sta tic  va r   co mp en s a to r s   in   d is tr ib u tio n     ( N g u ye n   Hien   Tr u n g )   77   u p g r a d es,  v o ltag le v el  en h a n ce m en t,  d is tr ib u ted   g en er atio n ,   an d   n etwo r k   r ec o n f ig u r ati o n   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   Am o n g   th ese,   r ea ctiv p o wer   co m p en s atio n   is   p ar ticu lar ly   attr ac tiv d u to   its   co s t - ef f ec tiv en ess ,   m in im al  d is r u p tio n   to   th ex is tin g   n etwo r k ,   a n d   r e lativ ely   s h o r t im p lem en tatio n   tim elin [ 9 ] .   T r ad itio n al  c o m p en s atio n   d e v ices  s u ch   as  s y n c h r o n o u s   c o n d en s er s ,   ca p ac it o r s ,   an d   r ea cto r s   h av lim itatio n s .   Sy n ch r o n o u s   co n d en s er s   ar less   co m m o n   to d a y   d u to   th eir   h i g h   lo s s es,  h ig h   co s ts ,   an d   s lo wer   r esp o n s tim es.  C ap ac ito r s   an d   r ea cto r s   ar e   m o r e   co m m o n l y   u s ed   d u to   l o wer   co s an d   s im p licity ,   th ey   lack   th d y n am ic  r esp o n s r e q u ir e d   b y   m o d er n   DSs   with   v ar ia b l lo ad   p r o f iles   an d   DG  [ 6 ] ,   [ 1 0 ] .   Ov e r co m in g   th e   ab o v lim itatio n s ,   SVC s   o f f er   s ev er al  a d v an ta g es.  B y   u s in g   th y r is to r - b ased   s witch in g ,   s tatic   VAr   co m p en s ato r s   ( SVC s )   p r o v i d f ast,  co n tin u o u s   co n tr o o f   r ea ctiv p o we r   with o u i n cr ea s in g   f au lt  cu r r en lev els.  T h ey   im p r o v v o ltag s tab ilit y ,   r ed u ce   s y s tem   lo s s es,  an d   en h an ce   p o wer   q u ality   b y   m itig atin g   v o ltag f lu ctu atio n s   a n d   lo ad   im b alan ce   [ 9 ] ,   [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   T h e r ef o r e,   SVC s   h av b ec o m e   in cr ea s in g ly   r ele v an in   m o d er n   DS p lan n i n g   an d   o p er atio n .   Var io u s   o p tim izatio n   tech n i q u es  h av e   b ee n   p r o p o s ed   to   d e ter m in th e   o p tim al  l o ca tio n   an d   s ize  o f   r ea ctiv co m p en s atio n   d ev i ce s ,   in clu d in g   g e n etic  alg o r ith m s ,   d r a g o n f ly ,   f lo wer   p o llin atio n ,   wh ale  o p tim izatio n ,   an d   o t h er s   [ 1 3 ] [ 1 9 ] .   Alth o u g h   th ese  s tu d ies   h elp   r ed u ce   lo s s es  an d   im p r o v v o ltag p r o f iles ,   th ey   o f ten   ass u m co n s tan lo ad s ,   ig n o r th v o ltag d ep en d en cy   o f   co m p e n s atio n   p o wer ,   an d   s im p lify   o b jectiv es  u s in g   weig h tin g   o r   s en s itiv ity   f ac to r s ,   wh ich   m ay   ca u s er r o r s   in   p o wer   f lo an d   lo s s   ca lcu latio n s .   T o   o v er co m th lim itatio n s   o f   ca p ac ito r s ,   SVC s   h av b ee n   r esear ch ed   d u to   th eir   s u p er io r   d y n a m ic  r esp o n s an d   co n tr o f lex ib il ity .   R ec en s tu d ies  h av em p lo y ed   m u lti - o b jectiv m o d els  to   o p tim ize  SVC   p lace m en an d   s izin g ,   tak in g   in to   ac co u n v o ltag d e v iatio n ,   s y s tem   lo s s e s ,   an d   in v estme n co s t   [ 2 0 ] [ 2 9 ] Ho wev er ,   m o s o f   th ese  ap p r o ac h es  ass u m f ix ed   lo ad   a n d   o v er lo o k   t h tim e - v a r y in g   o p er atio n   p ar am eter s   o f   DSs   an d   th d is cr ete  n atu r o f   SVC   r ated   ca p ac itie s .   T h ey   also   o f ten   ig n o r d if f er en ce s   in   in v estme n tim e   an d   life s p an s   o f   SVC s ,   wh ich   ca n   in f lu en ce   p lan n i n g   an d   o p er atio n   r esu lts   o f   DSs .   L if cy cle  co s ( L C C )   an aly s is   is   co m p r eh en s iv m eth o d   f o r   ev alu atin g   th t o tal  co s o f   p r o ject   o v er   its   en tire   life s p an ,   in clu d in g   in v estme n t,  o p er atio n ,   m ain ten an ce ,   a n d   e n d - of - life   co s ts   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .   T h is   ap p r o ac h   h as  b ee n   wid ely   ap p lied   in   p o wer   s y s tem s   f o r   o p tim izin g   d is tr ib u tio n   f ee d er s   o r   r ein f o r ce   th e   DSs   [ 3 2 ] .   I h as  also   b ee n   u s ed   to   ass ess   th ec o n o m ic  p er f o r m an ce   o f   m icr o g r id s   [ 3 3 ] ,   e n er g y   h u b s ,   r e n ewa b le   r eso u r ce s   [ 3 4 ] ,   [ 3 5 ] ,   an d   tr a n s f o r m er s   [ 3 6 ] .   T h ab o v em en tio n ed   s tu d ies  h av s h o wn   th f ea s ib ilit y   an d   effec tiv en ess   o f   th L C C   an aly s is   m eth o d .   T o   ad d r ess   th af o r em en tio n e d   ch allen g es,  th is   s tu d y   p r o p o s es  an   o p tim al  in v estme n f r a m ewo r k   f o r   th s im u ltan eo u s   d eter m in atio n   o f   SVC   p lace m en an d   s izin g   in   DSs .   T h f r am ewo r k   ai m s   to   m in im ize  th to tal  L C C   wh ile  in co r p o r atin g   r ea lis tic  o p er atio n al  co n s tr ain ts ,   in clu d in g   lo ad   v ar iati o n ,   v o ltag p r o f ile   lim its ,   tr an s f o r m er   an d   f ee d er   ca p ac ities ,   an d   th d is cr ete  r at ed   ca p ac ities   o f   SVC s .   T h e   n o v elty   o f   th is   s tu d y   lies   in   its   co m p r eh en s iv m o d elin g   o f   in v estme n tim e,   d ev i ce   life s p an ,   an d   d y n am ic  s y s tem   b eh av io r ,   wh ich   en ab les  m o r e   ac cu r ate,   p r ac tic al,   an d   ec o n o m ically   ef f icien t   p lan n in g   f o r   r ea ctiv e   p o wer   c o m p en s atio n   u s in g   SVC s   in   DSs .   T h m ain   co n tr i b u tio n s   o f   t h is   r esear ch   ar as  f o llo ws:   a.   n o v el  in v estme n o p tim iz atio n   m o d el  is   f o r m u lated   as  m ix ed - in teg er   n o n lin ea r   p r o g r am m in g   ( MI NL P)  p r o b lem   with   th e   o b jectiv o f   m in im izin g   th to tal  L C C .   T h m o d el  in te g r at es  v ar io u s   c o s co m p o n en ts   as  in v estme n t,   o p er atio n ,   en er g y   l o s s es,  r ep lace m en t,  an d   r esid u al  v alu e   o v er   a   m u lti - y ea r   p lan n in g   h o r iz o n .   T h is   h o lis tic  ap p r o ac h   p r o v id es  m o r e   r ea lis tic  ec o n o m ic  ev alu ati o n   th an   s in g le - o b jectiv f o r m u latio n s .   b.   T h e   p r o p o s e d   f r a m e w o r k   a c c o u n t s   f o r   h o u r l y   l o a d   v a r i a t i o n ,   d i f f e r e n t   i n v e s t m e n t   s c h e d u l e s ,   a n d   v a r y i n g   l i f e s p a n s   o f   S VC s .   I a ls o   c o n s i d e r s   t h d e p e n d e n c y   o f   o u t p u t   r e a c ti v e   p o w e r   o f   SV C   o n   o p e r a t i o n   v o l t a g a n d   r e f l e c ts   ac t u a d e v i c s p ec i f i c a ti o n s   b y   i n t e g r a ti n g   d is cr e t e   r a te d   c a p a ci t i es   o f   SV C s .   T h e s f e a t u r es  s i g n i f i c a n t l y   e n h a n c e   t h e   f i d el it y   a n d   p r a c t i c a l   r el e v a n c e   o f   t h e   o p t i m i z a ti o n   o u t c o m e s .   c.   T h i s   s t u d y   e m p l o y s   t h e   b as i o p e n - s o u r c e   n o n l i n e a r   m i x e d   in t e g e r   p r o g r a m m i n g   s o l v e r   ( B O N M I N )   s o l v e r   i n   t h e   g e n e r a l   a l g e b r a i c   m o d e l in g   s y s t e m   ( G AM S )   e n v i r o n m en t   t o   s o l v e   t h e   M I N L P   m o d e l   e f f i c i e n t l y .   T h a b i l i t y   o f   s o l v e r   t o   h a n d l e   b o t h   c o n t i n u o u s   a n d   d i s c r e t e   v ar i a b l e s   al l o ws   f o r   i m p r o v e d   c o n v e r g e n c e   a n d   r e d u c e d   c o m p u t a t i o n a l   b u r d en   w h i l e   e n s u r i n g   s o l u t i o n   q u a l i t y   a n d   r e li a b i li t y .   T h e r e f o r e ,   t h e   p r o p o s e d   s o l u t i o n   c a n   b e   a p p r o p r i a t el y   ap p l i e d   t o   r e a l - w o r l d ,   l a r g e - s c ale   d i s t r i b u ti o n   s y s t e m s .   Nex s ec tio n s   o f   th p ap er   a r e   o r g an ized   as  f o llo ws:   T h m a th em atic  m o d el  o f   SVC   is   in tr o d u ce d   i n   s ec tio n   2 .   An   o p tim al  i n v es tm en f r a m ewo r k   with   o b jec tiv f u n ctio n   an d   co n s tr ain ts   ar p r esen ted   in     s ec tio n   3 .   Sectio n   4   s h o ws  ca lcu lated   r esu lts   an d   d is cu s s io n s   f r o m   th 3 3 - b u s   I E E E   test   s y s tem .   Fin ally ,   th e   co n clu s io n   is   d em o n s tr ated   in   s ec tio n   5 .       2.   M AT H E M AT I C   M O D E L   OF   SVC   SVC   is   d ef in ed   as  th y r is to r - co n t r o lled   g en er ato r   o f   r e ac tiv p o wer   w h o s o u t p u v ar ies   to   ex ch an g e   ca p ac itiv o r   in d u ct iv cu r r e n o r   b o th   to   m ain tai n   o r   c o n tr o s p ec ific  p ar a m eter s   o f   th elec tr ical   p o wer   s y s tem ,   ty p ically   b u s   v o ltag es.  SVC   i s   h ig h - v o ltag d ev ice  th at  r eg u lates  ef f ec tiv ely   th v o ltag e,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   76 - 88   78   r ea ctiv p o wer ,   an d   d am p in g   o f   p o wer   a n d   v o ltag o s cillatio n s   [ 1 1 ] ,   [ 3 7 ] ,   [ 3 8 ] .   SVC   is   co n n ec ted   in   a   s h u n t   with   s ev er al  d if f er en t   cir cu it   s tr u ctu r es.  T h g e n er al  ci r c u it  s tr u ctu r o f   an   SVC   in cl u d es  f ix ed   s h u n ca p ac ito r   an d   th y r is to r - c o n tr o lled   r ea cto r   as sh o wn   i n   Fig u r e   1   [ 2 4 ] ,   [ 2 9 ] .           Fig u r 1 .   C ir cu it st r u ctu r e   an d   eq u iv alen t m o d el  o f   SVC       As  s ee n ,   an   SVC   is   co m p o s ed   o f   fix e d   ca p ac ito r   an d   t h y r is to r - co n tr o lled   r ea cto r .   T h r ea ctiv p o wer   in jecte d   b y   th SVC   is   co n tr o lled   b y   th firin g   d ela y   an g le    o f   th t h y r is to r .   T h firin g   d elay   an g le     o f   th t h y r is to r   c h an g es  lead   to   ch a n g v alu o f   eq u iv alen s u s ce p tan ce   o f   SVC   ac co r d i n g   to   ( 1 )   [ 1 2 ] [ 2 4 ] Hen ce ,   th r ea cti v p o wer   p r o v id ed   b y   SVC   d ep en d in g   o n   th r ated   v o ltag e   p r o f ile  ca n   b ex p r ess ed   as  ( 2 ) .   W h er  is   r ea ctiv p o wer   in je cted   b y   th SVC ,      is   eq u i v ale n s u s ce p tan ce   o f   SVC ,     is   th r ated   v o ltag p r o f ile  o f   SVC ,   an d   L   an d   C   ar e   th in d u ctan ce   o f   th r ea cto r   an d   th e   ca p ac itan ce   o f   t h ca p ac ito r ,   r esp ec tiv ely .        = ( ) +   ( ) = 1  ( 1 2 )   =    ( 1 )      = 2 .      ( 2 )     I f   th e   lo ad   o f   th e   elec tr ical  s y s tem   is   ca p ac itiv e,   th e   SVC   co n tr o ls   th y r is to r s   s o   th at  co ils   g en e r ate  m ax i m u m   p o wer ,   a n d   th e   SVC   co n s u m e s   r ea ctiv p o wer   f r o m   th s y s t em .   W h en   th e   lo ad   is   in d u ctiv e,   th SVC   co n tr o ls   th y r is to r s   s o   th at  co ils   g en er ate  m in im u m   p o wer ,   a n d   r ea ct iv p o wer   is   in jecte d   in to   th s y s tem .   SV C   ca n   ac h iev f ast an d   c o n tin u o u s   co n tr o l a n d   th u s   o p er atin g   p ar am eter s   o f   th s y s tem   ca n   b e   im p r o v ed   [ 1 0 ] ,   [ 3 8 ] .       3.   O P T I M AL   I N VE ST M E NT   F RAM E WO RK   I n   DS,  r ea ctiv p o wer   co m p e n s atio n   b y   ca p ac ito r s   o r   SVC s   ca n   r e d u ce   p o we r   lo s s es  an d   en e r g y   lo s s es.  Ho wev er ,   wh en   SVC   is   in v ested   in   DS,  th co s t   o f   th s y s tem   will  b in cr ea s ed   alo n g   with   th o p er atin g   p ar am eter s   o f   DS  also   b ein g   ch a n g ed .   T h er e f o r e,   an   o p tim al  in v estme n f r am e wo r k   is   p r o p o s ed   to   o p tim ally   in v est  SVC   in   th DS  d escr ib ed   b y   th MI NL p r o b lem   with   o b jectiv f u n cti o n   an d   c o n s tr ain ts   as   b elo w.     3 . 1 .     O bje c t iv f un ct io n   I n   th is   s tu d y ,   an   o b jectiv e   f u n ctio n   m in im izin g   t h life   cy cl co s o f   th e   SVC s   in v estme n p r o ject  in   DS  d u r in g   p lan n i n g   h o r izo n   is   p r o p o s ed   as  s h o wn   in   ( 3 )   [ 3 2 ] ,   [ 3 4 ] .   W h er th life   cy cle  co s is   ca lcu lated   to   th p r esen v al u at  th b ase  y ea r   b y   d is co u n r ate   .   is   th en er g y   lo s s   co s o f   DS,  .    is   th e   in v estme n co s o f   SVC s ,    .    is   th o p er atio n   an d   e n er g y   lo s s   co s in   th SV C s   it s elf ,   an d      is   th e   r ep lace d   an d   r esid u al  v al u o f   SVC s   at  th en d   o f   th co m p u t ed   p er io d .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l in ve s tmen t fra mewo r o f sta tic  va r   co mp en s a to r s   in   d is tr ib u tio n     ( N g u ye n   Hien   Tr u n g )   79   = [  ]    = 1 ( 1 + ) = 1 (  . + .  +  .   )     ( 3 )     T h en e r g y   lo s s   co s o f   DS  i s   co m p u te d   b y   ( 4 )   as  f o llo ws   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   T h ca p ital  co s p er   k VAr   o f   SVC   d ep en d s   o n   th in v ested   ca p a city   ca lcu lated   as  ( 5 )   an d   is   d en o ted   as  0 . ,  .   So ,   th to tal  in v estme n co s f o r   SVC s   in   th d is tr ib u tio n   s y s tem   o f   th p r o ject  is   p r esen in   ( 6 ) .      . = .  ( , , 2 + , , 2 + 2 , , , ,  ( , , , , ) ) = 1 , = 1 = 1     ( 4 )     0 . ,  = 0 , 0003 . ( . ,  ) 2 + 0 , 3051 . . ,  + 127 , 38      ( 5 )     .  = ,  . 0 . ,  . . ,   = 1   ( 6 )     SVC   d ev ices  in clu d th ca p ac ito r ,   th r ea cto r ,   an d   t h th y r is to r s .   So ,   th er is   en er g y   l o s s   in   th e   SVC   it s elf .   T h ca p ac ito r   lo s s es a r s m all  b u t c o n s tan t,  wh er ea s   th r ea cto r   an d   t h y r is to r   l o s s es d ep en d   o n   th e   o p er atin g   cu r r en t.  Hen ce ,   th o p er atio n   co s o f   SVC   ca n   b co m p u ted   as  ( 7 ) .   T h l if e tim o f   SVC s   is   n o r m al ly   d i f f er e n wit h   p l a n n i n g   h o r i z o n s ,   a n d   t h e y   a r e   n o t   c o n c u r r e n t ly   i n v est e d .   At   t h e   e n d   o f   t h ca lcu latio n   p e r i o d ,   th SVC s   ca n   c o n ti n u to   o p er ate   i f   t h e   ca lc u l ati o n   ti m e   is   s h o r t e r   t h a n   th li f et im o f   t h S VC .   W h e r ea s   t h SVC s   n ee d   t o   b r e p l ac ed   if   t h ca l cu lat io n   tim is   g r ea te r   t h a n   th li f e tim o f   t h SVC s .   T h er ef o r e ,   t h r e p la ce m e n c o s a n d   r esi d u al  v al u ar p r ese n te d   in   ( 8 )   a n d   ca l cu lat e d   at   t h b ase  y e ar   i n   t h e   o b je cti v e   f u n c ti o n .   W h er e,      a n d       a r e   in s tallatio n   t im a n d   l if e tim o f   SVC s   [ 3 0 ] ,   [ 3 2 ] .      .  = 0  . . , ,  = 1  = 1     ( 7 )      = (   )   ,    ( 8 )     3 . 2 .     Co ns t ra ints   T h tech n ical  co n s tr ain ts   ar e   u tili ze d   to   g u ar a n tee  th o p er ab ilit y   o f   th DSs   an d   SVC s ,   wh ich   in clu d alter n atin g   cu r r en p o wer   f lo co n s tr ain ts ,   in v esti n g   an d   s izin g   SVC   co n s tr ain ts ,   an d   lim itatio n s   o f   b u s   v o ltag p r o f ile  a n d   tr a n s m is s io n   p o wer   o f   f ee d er s .     3 . 2 . 1 .   Co ns t ra ints f o po wer   f lo w   T o   r ed u ce   th er r o r   o f   co m p u ted   r esu lts ,   an   AC   n o n lin ea r   p o wer   f lo m o d el  co n s id er in g   to   ch an g e   o f   lo ad   in   ea ch   h o u r   a n d   co m p u tin g   y ea r   is   u tili ze d   an d   ex p r ess ed   in   ( 9 )   [ 2 3 ] [ 2 4 ] .   T h e f f ec ts   o f   b o t h   ac tiv an d   r ea ctiv p o we r   o n   th ca lcu latio n   o f   p o we r   an d   v o ltag lo s s es  ar co n s id er ed   in   th m o d el  lead in g   to   im p r o v e d   ec o n o m ic   ef f ec t   o f   th p r o ject  a n d   ac cu r ac y   o f   o p er atio n   p ar a m eter s   o f   DSs .   W h er th e   lo ad   at   b u s es in   ea ch   h o u r   h   an d   co m p u tin g   y ea r   t is an aly ze d   as  ( 1 0 )   f o llo ws.     , , , , 0  . , ,  = |  | . | , , | . | , , | .  (  , , , , ) = 1   , , , , + , ,  = |  | . | , , | . | , , | .  (  , , , , ) = 1   , ,   ( 9 )     , , = . , , = , 1 ( 1 + )   , , = . ,                     , = , 1 ( 1 + )   ( 1 0 )     3 . 2 . 2 .   L im it s   o f   SVC  ca pa cit y   As  is   k n o wn ,   th p ar ticip atio n   o f   SVC   in   DS  ch an g es  th p o wer   f lo an d   af f ec ts   th tech n ical  an d   ec o n o m ic  p ar am eter s   o f   s y s te m s .   T h er ef o r e,   t o   en s u r e   th e f f ec o f   th SVC   in v estme n t,  t h an n u al  in s talled   ca p ac ity   o f   SVC   m u s t b s elec ted   to   o p tim ize  co s t a n d   g u ar a n tee  th o p er atio n   tech n ic  p ar am eter s   o f   DS.  T h b in ar y   v ar iab le   ,    p r o p o s ed   in   ( 1 1 )   lim its   th e   m ax im u m   an d   m in im u m   i n v ested   ca p ac ity   o f   SVC   f o r   ea c h   b u s   ea ch   y ea r .   B esid es,  th p l an n in g   h o r iz o n   o f   t h DS  is   s h o r t - ter m ,   an d   th u s   o n ly   an   S VC   is   ch o s en   at  ea ch   lo ad   b u s   i n   th o v er all  p lan n i n g   h o r izo n   to   r e d u ce   t h ca p it al  co s as  co n s tr ain ed   in   ( 1 2 )   with   b in ar y   v ar iab le   ,  .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   76 - 88   80   . ,      ,     ( 1 1 )     ,  = 1  = 1 1     ( 1 2 )     SVC s   ar o f ten   m ad e   in to   m o d u les  an d   th eir   r ated   ca p ac itie s   ar d is cr ete   v alu es.  He n ce ,   t h b in a r y   v ar iab les   , ,    ar in teg r ated   in to   th m o d el  to   s elec o p tim al  r ated   ca p ac it y   ac co r d in g   to   th s tan d ar d   v a lu o f   SVC   a s   p r esen ted   in   ( 1 3 )   wh ich    .    is   th r ated   ca p ac ity   o f   m o d u le  k .     . ,  = . , 1  + , ,  .  .  , ,  = 1  = 1 = 1 1    , ,     ( 1 3 )     Mo r eo v er ,   th m ax im u m   ca p a city   o f   SVC   at  ea ch   o p er atio n   tim d ep en d s   o n   th r ated   ca p ac ity   an d   o p er atin g   v o ltag e   p r o f ile  at   b u s - c o n n ec t ed   SVC .   T h o p er atin g   ca p ac ity   o f   SVC   ca n   b c o n tr o lle d   to   ch an g to   m ee t   s y s tem   r eq u ir em en ts .   So ,   co n s tr ain ts   f o r   SVC   ca p ac ity   d ep en d   o n   th b u s   v o ltag p r o f ile  s h o wn   in   ( 1 4 )   with   th r ated   v o ltag o f   SVC   d en o ted     [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .     , ,  = ,  . , , 2 ,  = ( . ,  ÷  . ,  )   . ,  = . ,  2  . ,  = . ,  2            , ,   ( 1 4 )     3 . 2 . 3 .   Co ns t ra ints o f   f ee der   T h p o wer - ca r r y in g   ca p ab ilit y   o f   f ee d er s   is   p r im ar ily   li m ited   b y   t h eir   th er m al  r atin g s ,   wh ich   p r ev en ts   o v er h ea tin g   an d   p o te n tial  eq u ip m en d am a g e.   T h er ef o r e,   it  is   ess en tial   to   im p o s co n s tr ain ts   o n   th s elec tio n   o f   SVC   ca p ac ity   to   en s u r s af s y s tem   o p er atio n .   T h ese  co n s tr ain ts   ar s h o wn   in   ( 1 5 ) .   Du r in g   th e   p lan n in g   an d   o p er atio n al  p er io d ,   th p o wer   f lo th r o u g h   ea ch   f ee d er   m u s r em ain   with in   its   allo wab le   tr an s m is s io n   lim its .   T h is   h elp s   m ain tain   s y s tem   r eliab ilit y ,   av o id   o v er lo a d in g ,   an d   ex ten d   th life s p an   o f   d is tr ib u tio n   s y s tem .      , ,  .  max  , ,   ( 1 5 )     3 . 2 . 4 .   Co ns t ra ints o f   t ra ns f o rm er   s ub s t a t io n   Du r in g   th p lan n in g   tim e,   th e   DSs   r ec eiv th p o wer   th r o u g h   th u tili ty   g r id - co n n ec ted   t r an s f o r m er   s u b s tatio n .   T h tr a n s f o r m er   h as  m ax im u m   tr an s m is s io n   ca p ac ity   th at  m u s n o b e x ce ed ed   to   e n s u r s af e   an d   s tab le   o p e r atio n .   T h er e f o r e,   th e   tr an s m is s io n   p o wer   t h r o u g h   tr an s f o r m er s   m u s b e   g u ar an teed   with in   th e   tr an s m is s io n   lim its   o f   th tr an s f o r m er s   s h o wn   in   ( 1 6 ) .     , , .    ( 1 6 )     3 . 2 . 5 .   Co ns t ra ints o n bus   v o lt a g es    Fo r   th DSs   co n n ec ted   to   th lar g g r i d ,   th e   v o ltag es  at  t h co n n ec ted   b u s   ar e   u s u ally   s ta b ilized   an d   ass u m ed   to   b co n s tan t .   Ho we v er ,   a   v o ltag e   lo s s   is   g en e r ate d   o n   th e   f ee d e r   lead in g   to   d r o p   in   v o ltag at  t h lo ad   b u s .   T h e   v o ltag e   p r o f ile s   at  lo ad   b u s es  ar c h an g e d   a cc o r d in g   to   th f ee d er   p ar am eter s   an d   th e   p o wer   f lo w.   T h u s ,   t h lim its   o n   lo a d   b u s   v o ltag es  ar s h o wn   in   ( 1 7 )  ,    ar m ax im u m   an d   m in im u m   lim it  o f   lo ad   b u s   v o lta g es.     | , , |    ( 1 7 )     3 . 3 .     So lutio m et ho d   T h ab o v in v estme n f r am ew o r k   to   o p tim ize  SVC s   in   D Ss   is   f o r m u lated   with   n o n lin ea r   c o n s tr ain ts   in teg r ated   in to   b in a r y   v ar iab l es.  Hen ce ,   th p r o p o s ed   m o d el  is   m ix ed   i n teg er   n o n lin ea r   p r o g r am m i n g .   T o   s o lv th e   MI NL p r o b lem s ,   s ev er al  s o lv er s   h av e   b ee n   in t r o d u ce d   in   t h e x is tin g   liter atu r e   [ 3 9 ] .   I n   p ar ticu la r ,   th B ONM I s o lv er   is   th m o s s u itab le  s o lu tio n   in   th GA MS  en v ir o n m e n to   s o lv e   th MI NL n o n - c o n v e x   p r o b lem s .   I t is a  h ig h - lev el  m o d elin g   s y s tem   f o r   m ath em atic al  p r o g r am m in g   an d   o p tim izat io n   o f   t h DSs .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l in ve s tmen t fra mewo r o f sta tic  va r   co mp en s a to r s   in   d is tr ib u tio n     ( N g u ye n   Hien   Tr u n g )   81   B ONM I N   im p l em e n ts   t h r ee   d i f f er e n t   a lg o r it h m s   t o   s o lv e   M I N L P   p r o b le m s   c o n s is t in g   o f   s im p l e   b r a n c h - a n d - b o u n d   al g o r it h m s ,   o u te r - a p p r o x im ati o n - b ase d   d e co m p o s iti o n   al g o r it h m s ,   a n d   o u te r - a p p r o x i m at io n   b as ed   b r an c h - an d - c u t   al g o r it h m s   [ 3 9 ] .   T h is   is   n o an   ex ac t   s o lv er   o n ly   f o r   c o n v e x   p r o b l em s   b u tak es  in to   co n s id er atio n   t h v al u es  o f   th h eu r is tic  s o lu tio n s   t o   s o lv e   th p r o b lem   ef f icien tly   f o r   co n v er g en ce   co m p ar ed   to   th o th e r   s o lv er s   m en tio n ed   o r   m eta - h eu r is tic  alg o r ith m s .   Mo r eo v er ,   th MI NL p r o b le m s   ar s u cc ess f u lly   s o lv ed   with   t h least  c o m p u tat io n al  b u r d e n .   Fo r   th e   ab o v e   r e aso n s ,   th is   s tu d y   is   d ir ec ted   to war d   th e   u s o f   th e   B ONM I s o lv er   to   f in d   an   o p tim al  s o lu tio n   to   th p r o p o s ed   p r o b lem .       4.   CALCU L A T I O NS  AND  DI SCUSS I O NS   4 . 1 .     Ana ly s is   pa ra m e t er s   a nd   a s s um ptio ns   T h f ea s ib ilit y   an d   ef f icien cy   o f   th p r o p o s ed   m o d el  h av b ee n   in v esti g ated   o n   m o d if i ed   3 3 - b u s   r ad ial  d is tr ib u tio n   s y s tem   o p e r atin g   at  2 2   k V,   c o n n ec ted   t o   th u tili ty   g r id   th r o u g h   t r an s f o r m er s ,   as  s h o wn   in   Fig u r 2   [ 1 4 ] ,   [ 4 0 ] .   Par am ete r s   o f   lo ad s   an d   f ee d er s   ch an g ed   to   m atch   th is   s tu d y   ar p r esen ted   o n   T ab le s   1   an d   2 .   T h lim it  ca p ac ity   o f   t h tr an s f o r m e r   is   ass u m ed   to   b ab o u 2 5   MV A.   T h e   h o u r l y   lo ad   cu r v o f   th s y s tem   is   co m p u ted   b y   th p r o p o r tio n ality   f ac to r   o f   p ea k   d e m an d   p r esen ted   in   Fig u r 3 .           Fig u r 2 .   Diag r a m   o f   th 3 3 - b u s   I E E E   test   s y s tem       T ab le  1 .   Data   o f   lo ad s   Bu s   , 0   ( k W)   , 0   ( k VAr)   Bu s   , 0   ( k W)   , 0   ( k VAr)   Bu s   , 0   ( k W)   , 0   ( k VAr)   Bu s   , 0   ( k W)   , 0   ( k VAr)   1   -   -   10   2 2 0   1 6 0   18   4 9 0   4 4 0   26   6 6 0   5 2 5   2   2 0 0   1 6 0   11   1 4 5   1 1 0   19   1 9 0   1 4 0   27   5 6 0   5 2 5   3   2 9 0   2 4 0   12   1 6 0   1 3 5   20   2 9 0   2 2 0   28   3 6 0   3 1 0   4   3 2 0   2 5 0   13   4 6 0   4 3 5   21   1 9 0   1 4 0   29   4 2 0   3 7 0   5   1 6 0   1 3 0   14   2 2 0   1 8 0   22   3 9 0   3 4 0   30   3 0 0   2 0 0   6   3 6 0   3 1 0   15   5 6 0   4 6 0   23   3 9 0   3 5 0   31   5 5 0   4 7 0   7   3 0 0   2 0 0   16   2 6 0   2 0 0   24   4 2 0   3 5 0   32   3 1 0   2 6 0   8   3 0 0   2 1 0   17   3 6 0   3 2 0   25   2 2 0   2 0 0   33   4 6 0   3 9 0   9   1 6 0   1 2 0                     W h e r e ,   , 0 , , 0   a r e   a c t i v e   a n d   r e a c t i v e   p o w e r   d e ma n d   a t   b u s   i n   b a s e   y e a r   o f   p l a n n i n g   h o r i z o n       T ab le  2 .   Data   o f   f ee d e r s   No   Bu i - j   S m ax . i j   ( MV A)   Rf ij   ( )   Xf ij   ( )   No   Bu i - j   S m ax . i j   ( MV A)   Rf ij   ( )   Xf ij   ( )   No   Bu i - j   S m ax . i j   ( MV A)   Rf ij   ( )   Xf ij   ( )   1   1 - 2   20   0 . 0 9 2   0 . 0 9 7   12   12 - 13   15   1 . 4 6 8   1 . 1 5 5   23   23 - 24   10   0 . 8 9 8   0 . 7 0 9   2   2 - 3   20   0 . 0 9 3   0 . 0 9 1   13   13 - 14   15   1 . 5 4 1   1 . 7 1 2   24   24 - 25   10   0 . 8 9 6   0 . 7 0 1   3   3 - 4   20   0 . 1 6 6   0 . 0 8 6   14   14 - 15   15   1 . 5 9 1   1 . 5 2 6   25   6 - 26   10   1 . 2 0 3   1 . 1 0 3   4   4 - 5   20   0 . 1 8 1   0 . 0 9 4   15   15 - 16   15   1 . 7 4 6   1 . 5 4 5   26   26 - 27   10   1 . 4 8 4   1 . 4 4 4   5   5 - 6   20   1 . 8 1 9   1 . 7 0 7   16   16 - 17   15   1 . 2 8 9   1 . 7 2 1   27   27 - 27   10   1 . 2 5 9   1 . 9 3 3   6   6 - 7   20   1 . 1 8 7   1 . 6 1 8   17   17 - 18   15   0 . 7 3 2   0 . 5 7 4   28   28 - 29   10   1 . 8 0 4   1 . 7 0 0   7   7 - 8   20   0 . 7 1 1   0 . 2 3 5   18   2 - 19   10   0 . 1 6 4   0 . 1 5 6   29   29 - 30   10   1 . 5 0 7   1 . 2 5 8   8   8 - 9   20   1 . 0 3 0   0 . 7 4 0   19   19 - 20   10   1 . 5 0 4   1 . 3 5 5   30   30 - 31   10   1 . 9 7 4   1 . 9 6 3   9   9 - 10   20   1 . 0 4 4   0 . 7 4 0   20   20 - 21   10   0 . 4 0 9   0 . 4 7 8   31   31 - 32   10   2 . 4 1 0   2 . 4 6 1   10   10 - 11   15   0 . 1 9 6   0 . 6 5 0   21   21 - 22   10   0 . 7 0 8   0 . 9 3 7   32   32 - 33   10   1 . 4 4 1   1 . 6 3 0   11   11 - 12   15   0 . 3 7 4   0 . 1 2 3   22   3 - 23   10   1 . 4 5 1   1 . 3 0 8             W h e r e ,   S m ax   i t h e r ma l   l i m i t e d   p o w e r   f o r   f e e d e r s         Util it y   g ri d                                  4           5                             8           9           1       11       12        13      14        15      16      17      18    1 9       2 0       2 1       2 2   26      27      28        29        30       31      32      33   23      24      25          Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   76 - 88   82   T h f o llo win g   ass u m p tio n s   ar u tili ze d   in   th is   s tu d y   in clu d i n g :   a.   T h h o u r ly   l o ad   c u r v e   o f   Ds  i s   s et  to   b th s am as  in   Fig u r 3 .   Similar ly ,   th e   elec tr ical  p r ice  ac co r d in g   to   tim o f   u s e   is   ass u m ed   in   Fig u r 4 .   T h e   s elec ted   p la n n i n g   h o r izo n   is   5   y ea r s   with   an   an n u al  g r o wth   f ac to r   o f   lo ad   o f   ab o u t 1 0 % p e r   y ea r .   b.   T h in v estme n co s o f   SVC s   is   co m p u ted   as  ( 5 ) .   T h e   a ctiv p o wer   lo s s   f ac to r   o f   t h SVC   its e lf   i s   d eter m in ed   at  ab o u 1 [ 4 1 ] [ 4 2 ]   with   t h SVC   life tim o f   ab o u 2 0   y ea r s   [ 1 1 ] ,   [ 4 3 ] .   T h SVC   ca n   b e   s elec ted   to   in s tall  at  all  lo ad   b u s es  b ec au s o f   q u ick   in s t allatio n   an d   s m all  s p ac es  o f   o cc u p atio n .   T h p ar am eter s   o f   ca n d id ate  SVC   with   th r ated   p o wer s   b ein g   d i s cr ete  v alu es a r p r esen ted   i n   T ab le  3 .   c.   T h v o ltag at  lo ad   b u s es  is   al lo wed   to   ch an g f r o m   0 . 9 5   to   1 . 0 5   pu   in   o r d er   to   g u a r an tee  t h o p er atio n   o f   d ev ices.  At  th u tili ty   g r id - c o n n ec ted   tr a n s f o r m er   s u b s tatio n   b u s ,   th v o ltag u s u ally   i s   s tab ilized   an d   ass u m ed   to   b 1 . 0 5   pu.           Fig u r 3 .   T h h o u r ly   l o ad   cu r v o f   DS           Fig u r 4 .   E lectr ical  e n er g y   p r i ce s       T ab le  3 .   Par am eter s   o f   ca n d i d ate  SVC   Ty p e   1   2   3   4   5   6   7   R a t e d   p o w e r   ( M V A r )   1 5 0   3 0 0   4 5 0   6 0 0   7 5 0   9 0 0   1 0 5 0   Ty p e   8   9   10   11   12   13   14   R a t e d   p o w e r   ( k V A r )   1 2 0 0   1 3 5 0   1 5 0 0   1 6 5 0   1 8 0 0   2 1 0 0   2 7 0 0       4 . 2 .     Resul t s   a nd   dis cu s s io n s   T o   ev alu ate  th f ea s ib ilit y   an d   ef f icien cy   o f   th p r o p o s ed   in v estme n f r am ewo r k ,   th te s DS  ar e   in v esti g ated   an d   co m p ar ed   i n   th f o llo win g   ca s es .   C ase   1   co m p u tes  th DS  with   o n lo ad   m o d a n d   u n u tili ze d   SVC   wh ile  SV C   i s   s elec ted   to   co m p en s ate  f o r   DS  with   co n s tan lo ad   m o d in   ca s 2   d u r in g   ca lcu latin g   tim an d   t h av er a g p r ice.   C ase  3   d o es n o t u tili ze   SVC   to   co m p en s ate  f o r   DS  with   an   h o u r ly   lo ad   cu r v e.   Fin ally ,   o p tim al  c o m p e n s atio n   b y   SVC   f o r   DS  is   task ed   in   ca s 4   co n s id er in g   ec o n o m ic  e f f ec tiv en ess   b y   L C C   o b jectiv f u n ctio n ,   lo ad   v ar iatio n   with   h o u r ly   lo a d   cu r v e,   SVC   co m p en s atin g   p o wer   ac co r d in g   t o   b u s   v o ltag e,   an d   r ated   ca p ac ity   wit h   d is cr ete  v alu es a s   o p tim al  f r am ewo r k   p r esen ted   in   s ec tio n   2 .   T h n u m er ical  r esu lts   with   th ab o v DS  d eter m in p lace m en t,  s izin g ,   a n d   tim o f   SVC   in v ested   in   ca s es a s   s h o wn   in   T ab le  4 .   B o th   ca s 2   an d   ca s 4   s elec t th in s talled   p lace m en t o f   SVC   at  b u s es a t th f ee d er   en d   b ec au s o f   th h ig h er   co m p en s atio n   ef f ec tiv en ess   o f   SVC   co m p ar is o n   with   b u s es a t th f ee d er   b eg in n in g .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l in ve s tmen t fra mewo r o f sta tic  va r   co mp en s a to r s   in   d is tr ib u tio n     ( N g u ye n   Hien   Tr u n g )   83   SVC   is   s elec ted   in   th f ir s y e ar   to   m ax im ize   its   ef f icien c y   b y   r ed u cin g   p o wer   lo s s   an d   i m p r o v i n g   o p er ati n g   v o ltag d u r in g   p lan n i n g   h o r iz o n .   T h e   to tal  in v ested   ca p ac ity   o f   ca s 2   is   ab o u 3 0   k VAr   an d   b ig g er   th a n   ca s 4   b y   1 5 0   k VAr ,   eq u iv ale n to   5 %.  B ec au s ca s 2   is   co m p u ted   with   th co n s tan lo ad   b ein g   p ea k   lo a d   d u r in g   p lan n in g   h o r iz o n ,   th e   SVC   ca p ac ity   s elec ted   is   lar g e.   Ho we v er ,   th er e   is   s ig n if ican er r o r   in   th is   ca s d u to   th lo ad   v a r iatio n   in   p r ac tice.   Alth o u g h   t h er ar e   th ab o v d is ad v an tag es,  th c o m p en s ati o n   b y   SVC   in   ca s 2   also   im p r o v es  th ef f ec tiv en ess   o f   DS  co m p ar ed   with   ca s e   1 ,   with o u SVC ,   in clu d in g   1 4 . 2 r ed u ce d   L C C   an d   1 . 1 % r ed u ce d   lo s s   o f   to tal   elec tr ical  lo s s   o f   DS a s   s h o wn   o n   T ab le  5 .       T ab le  4 .   I n v ested   ca p ac ity   o f   SVC   ( MV Ar )   B u s   I n v e st e d   t i me  ( y e a r )   1   2   3   4   5   1   2   3   4   5   1   2   3   4   5   1   2   3   4   5   C a se   1   C a se   2   C a se   1   C a se   4   13             7 5 0                     7 5 0           18             7 5 0                     7 5 0           27             7 5 0                     7 5 0           33             7 5 0                     6 0 0               T ab le  5 .   C o m p a r is o n   o f   th ec o n o m ic  in d icato r s   No   C o s t   C a se   1   C a se   2   C a se   3   C a se   4   1   LC C   ( M $ )   5 . 2 1   4 . 4 7   4 . 7 2   3 . 7 7   2   S V C   i n v e st me n t   c o st   ( M $ )   0   0 . 3 8   0   0 . 3 6   3   El e c t r i c a l   e n e r g y   l o ss ( %)   6 . 8 8   5 . 7 8   5 . 9 7   4 . 6 6       I n   ca s 4 ,   th DS  ef f ec tiv en ess   is   s ig n if ican tly   im p r o v e d   wh en   SVC   i s   u tili ze d   an d   in v ested   p lace m en t,  s izin g ,   an d   tim o f   SVC   ar co m p u ted   ac co r d in g   to   th p r o p o s ed   in v estme n t f r am ewo r k .   T h to tal   s elec ted   ca p ac ity   o f   SV C   is   2 8 5 0   k VAr   co m p e n s ated   at  b u s   1 3 ,   1 8   an d   2 7   ab o u 7 5 0   VAr ,   an d   b u s   3 3   ab o u t   6 0 0 k VAr .   Alth o u g h   th to tal   co m p en s atio n   ca p ac ity   is   r ed u ce d   b y   1 5 0   VAr ,   eq u iv ale n to   5 %,  co m p ar ed   with   ca s 2 ,   elec tr ical  e n er g y   lo s s   is   r ed u ce d   b y   1 . 3 1 %.  T h elec tr ical  en er g y   lo s s   is   r ed u ce d   i n   th is   ca s e   b ec au s it  co n s id er s   lo a d   v a r iatio n   with   th h o u r l y   lo ad   c u r v a n d   c o m p en s ated   p o wer   d ep en d in g   o n   t h o p er atio n   v o ltag o f   SVC .   Hen ce ,   th ac cu r ac y   o f   n u m er i ca r esu lts   is   en h an ce d   an d   m o r s u itab le  f o r   th o p er atin g   p r ac tices  o f   SVC .   T h to tal  r ated   ca p ac ity   o f   th SVC   s elec ted   is   ab o u 3 2 o f   th p ea k   r ea ctiv e   p o wer   o f   DS   an d   SVC   ca n   b co n tr o lled   to   c h an g e   co m p en s atio n   p o wer   a n d   r esp o n s e   to   t h v a r iatio n   o f   l o ad   d u r in g   c o m p u te d   tim e.   T h er e f o r e,   th er is   n o   o v er co m p en s atio n ,   an d   th n u m b er   o f   SVC s   in   th s y s tem   is   r ed u ce d .   B esid es,  th ef f ec tiv en ess   o f   o p tim al  co m p en s atio n   b y   SVC   in   DS  in   ca s 4   is   also   s h o wn   wh en   co m p ar ed   t o   ca s 3 ,   with o u t S VC .   L C C   o f   th p r o ject  d ec r e ases   b y   ab o u t 0 . 9 5   M$ ,   f r o m   4 . 7 2   M$   to   3 . 7 7   M$ ,   eq u iv alen to   2 0 . 1 %,  alth o u g h   th in v ested   c o s o f   SVC   in cr ea s es  ab o u 0 . 3 6   M$   in   th f ir s co m p u tin g   y ea r .   Similar ly ,   th e n er g y   lo s s   o f   t h is   ca s is   r ed u ce d   b y   1 . 3 1 o f   th e   to tal  elec tr ical   lo s s   o f   DS,  f r o m   5 . 9 7 to   4 . 6 6 %.   I n   an aly ze d   ca s es,  th f ee d e r s   an d   tr an s f o r m er   s u b s tatio n s   ar alwa y s   g u ar an teed   f o r   o p er atio n   d u r in g   p lan n in g   h o r izo n   b y   c o n s tr ain ts   o n   th lim ited   tr an s m is s io n   p o wer s .   T h m ax im u m   p o wer   o n   f ee d er s   an d   tr an s f o r m er s   d u r in g   p lan n in g   h o r izo n s   o f   ca s 4   p r esen t ed   in   Fig u r e s   5   a n d   6   s h o ws  th p o wer   o f   all  o f   th d ev ices in   th s y s tem   is   a l way s   lo wer   th an   lim ited   p o wer .   T h m ax im u m   p o wer   is   o n   f ee d er   1 . 2   in   th 5 th   y ea r   o n ly   1 5 . 7 7 MV A,   eq u iv a len to   7 8 . 9 o f   lim ited   p o w er ,   an d   d ec r ea s es  1 5 . 6 co m p ar ed   with   ca s 3 .   Similar ly ,   th m ax im u m   o p er atio n   p o wer   o f   th tr a n s f o r m e r   is   1 5 . 7 MV in   th e   5 th   y ea r ,   eq u iv alen t   to   6 3 %   o f   th lim ited   ca p ac ity   o f   th t r an s f o r m er .   T h is   p o wer   is   1 3 . 3 9 MV an d   is   3 . 1 % lar g er   t h an   th lim it c ap ac ity   in   ca s 3   an d   th u s   m u s u p g r a d th tr an s f o r m er   s u b s tatio n   i n   th 4 th   y ea r .   T h p o wer   f lo in   th f ee d er s   an d   tr an s f o r m er s   d ec r ea s es  d u t o   b ein g   s u p p o r ted   b y   in s talled   SVC s   at  lo ad   b u s es.  As   r esu lt,  u p g r ad es  o f   f ee d er s   an d   t r an s f o r m e r s   ar d ef er r ed ,   lea d in g   to   d ec r ea s i n   th ca p ital c o s ts   o f   DS.   On o f   th m o s im p o r tan a s p ec ts   o f   r ea ctiv p o wer   co m p en s atio n   is   to   r ed u ce   v o ltag lo s s   an d   im p r o v e   b u s   v o ltag p r o f iles .   T h is   is   also   g u ar a n teed   b y   t h co n s tr ain ts   o f   lim ited   v o ltag es  o n   th e   o p tim al   m o d el.   Ho wev er ,   th p o wer   f lo in   th f ee d er s   d ec r ea s es  d u to   b ein g   s u p p o r ted   b y   SVC s   a lo ad   b u s es.  Hen ce ,   th v o ltag e   lo s s   less e n s ,   an d   v o ltag e   p r o f iles   at  b u s es  in   th ca s with   SVC   ar im p r o v ed   d u r in g   p lan n in g   h o r izo n   s h o wn   in   Fi g u r es  7   an d   8 .   T h e   m in im u m   v o ltag is   0 . 9 0   an d   0 . 9 6   p u   at  b u s es  1 6 ,   1 7   an d   1 8   in   th 5 th   y ea r   o f   ca s 3   an d   ca s 4 ,   r esp ec tiv ely .   T h v o lt ag p r o f iles   im p r o v b y   ab o u 6 %,  eq u iv ale n to   0 . 0 6   p u .   T h m in im u m   v o ltag p r o f ile  at  b u s es 1 4 ,   1 5   an d   3 3   is   im p r o v e d   b y   ab o u t 5 %,  eq u iv alen t to   0 . 0 5   p u ,   wh ile  th v o ltag p r o f ile  at  b u s es  9   to   1 3   a n d   2 7   t o   3 0   is   e n h an ce d   b y   ab o u 4 %,   eq u iv a len to   0 . 0 5 p u .   T h e   v o ltag o f   b u s es  n ea r   t h u til ity   g r id   also   im p r o v es   b y   0   t o   3 %.  Similar ly ,   th m a x im u m   v o ltag p r o f ile  at   m o s b u s es  is   im p r o v ed   f r o m   1 to   4 %,  an d   it  is   alwa y s   lo wer   th an   th v o lta g p r o f ile  lim ited   to   ab o u t     1 . 0 5   p u .   M o r eo v e r ,   th b u s   v o ltag p r o f ile  d u r in g   c o m p u tin g   tim in   ca s 2   co m p ar e d   with   ca s 1   also   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   1 Feb r u ar y   20 2 6 :   76 - 88   84   im p r o v e d   f r o m   1 to   5 %.  T h ab o v e   r esu lts   s h o th ef f ec tiv en ess   o f   r ea ctiv p o wer   co m p en s atio n   b y   SVC   at  DS in   im p r o v in g   b u s   v o ltag p r o f iles .           Fig u r 5 .   L im ited   an d   m ax im u m   p o wer   o f   f ee d er s   in   ca s 4           Fig u r 6 .   L im ited   an d   m ax im u m   p o wer   o f   tr an s f o r m er   i n   ca s 4           Fig u r 7 .   Min im u m   v o ltag p r o f ile  d u r i n g   p la n n in g   h o r iz o n           Fig u r 8 .   Ma x im u m   v o ltag p r o f ile  d u r in g   p lan n in g   h o r izo n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         Op tima l in ve s tmen t fra mewo r o f sta tic  va r   co mp en s a to r s   in   d is tr ib u tio n     ( N g u ye n   Hien   Tr u n g )   85   T h co m p e n s atio n   p o wer   o f   S VC   in   ea ch   o p er atio n   s tate  is   co n tr o lled   to   c h an g a n d   r esp o n d   to   th e   v ar iatio n   o f   lo ad   o r   p ar am ete r s   o f   DS.  Fig u r e s   9 ( a)   to   9 ( c )   s h o th c o m p en s atio n   p o wer   o f   SVC   d u r in g   p lan n in g   h o r iz o n   in   c ase  4   at  b u s es  1 3 ,   1 8 ,   2 7   an d   3 3   th at  a r th f ee d e r   en d - b u s es.  T h e   c o m p en s atio n   p o wer   is   eq u al  to   th r ated   p o wer   o f   SVC   a p ea k   h o u r s   at  th en d   y ea r s   o f   p lan n in g   h o r izo n   d u to   th g r o win g   lo ad ,   a n d   it  r ed u ce s   at  d if f er e n tim es  b ec au s e   o f   th e   lo ad   v ar iatio n .   At  b u s   1 8 ,   co m p en s atio n   p o wer   eq u als  th r ated   p o wer   o f   a b o u 7 5 0   k VAr   at  th ( 8 th ÷12 th )   an d   ( 1 5 th ÷ 2 4 th )   h o u r s   o f   th 5 th   y ea r .   I r e d u ce s   at   d if f er en t   h o u r s   wh en   th l o ad   is   r ed u ce d ,   an d   th e   m in im u m   p o wer   is   5 0 0 . 5 k VAr ,   e q u iv ale n to   7 3 . 4 o f   th e   r ated   p o wer   o f   SVC ,   at  1 st   h o u r   in   th 1 st   y ea r .   Similar ly ,   th co m p en s atio n   p o wer   o f   SVC   a b u s   3 3   also   ch an g es  f r o m   th e   r ated   p o we r   at  th 1 9 th   to   t h 2 0 th   h o u r   i n   th 5 th   y ea r   t o   m in im u m   p o wer ,   wh ich   eq u als  3 0 2 . 2   k VAr ,   eq u iv alen to   5 0 . 4 o f   th r ated   p o wer   o f   SV C ,   at  th 2 nd   h o u r   in   th 1 st   y e ar .   On   b u s es  1 3   an d   2 7 ,   th e   r ated   p o wer   o f   SVC   o n ly   is   g e n er ated   at  t h 1 9 th   an d   2 0 th   h o u r s   in   t h 5 th   y ea r   th en   it  ch a n g es  an d   d ec r ea s es  at  d if f er en o p er at io n   s tates.  T h co m p en s atio n   p o wer   is   m in im u m   an d   eq u als  3 6 9 . 4   k VAr ,   eq u iv alen to   4 9 . 7 o f   th r at ed   p o wer   o f   SVC ,   at  th 3 rd   h o u r   in   th 1 st   y ea r .   T h is   is   an   ad v an tag o f   SVC   b ec au s th co m p e n s atio n   p o wer s   ca n   b co n tr o lled   ac co r d in g   to   th v a r iatio n   o f   p ar am e ter s   o f   DS  an d   th u s   in cr ea s th co m p e n s atio n   p o wer   at  p ea k   lo a d   with o u o v er co m p en s atio n   at  o f f - p ea k   lo a d .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )     Fig u r 9 .   C o m p e n s atio n   p o wer   o f   SVC   d u r in g   p lan n in g   h o r i zo n   in   ca s 4   ( a)   b u s 1 3 ,   ( b )   b u s   1 8 ,   ( c)   b u s   2 7 ,   an d   ( d )   b u s   3 3       5.   CO NCLU SI O N   T h is   p ap er   p r esen ts   an   o p tim al  in v estme n f r am ewo r k   f o r   s im u ltan eo u s ly   d eter m in i n g   t h lo ca tio n   an d   s izin g   o f   SVC s   in   DSs ,   with   th o b jectiv o f   m in i m izin g   th L C C   o f   th in v e s tm en p r o ject.   T h e   p r o p o s ed   m o d el  in te g r ates  c r itical  p r ac tical  f ac to r s   s u ch   as  h o u r ly   lo ad   v ar iatio n ,   d is cr ete  SVC   r ated   ca p ac ities ,   in v estme n tim in g ,   an d   d ev ice  life s p an .   T h o p tim al  f r am ewo r k   is   f o r m u lated   as  MI NL P   p r o b lem   a n d   s o lv e d   u s in g   t h B ONM I s o lv er   in   GAM S,  p r o v id in g   r ig o r o u s   an d   ef f icie n t so lu tio n   m eth o d .   T o   ev alu ate  t h p r o p o s ed   f r a m ewo r k ,   s im u latio n s   a r co n d u cted   o n   m o d if ie d   3 3 - b u s   r ad ial  DS  with   tim e - of - u s elec tr icity   p r icin g .   R esu lts   u n eq u iv o ca lly   d em o n s tr ate  th ef f ec tiv en ess   a n d   ap p licab ilit y   o f   m o d el.   T h o p tim al  SVC   p l ac em en t,  s izin g ,   an d   in v estm en tim in g   ar d eter m in ed   at   f ee d er   en d - b u s es,  ac h iev in g   th lo west  L C C .   S p ec if ically ,   th m o d el  y ield e d   to tal  en er g y   lo s s   r ed u ctio n s   o f   ap p r o x im ately   0 . 9 9 an d   1 . 4 8 co m p ar ed   to   ca s es  3   an d   2 ,   r esp ec tiv ely ,   r ed u cin g   o v er all  s y s tem   lo s s es  f r o m   6 . 0 3 to   5 . 0 4 %.  SVC s   d y n am ically   a d j u s ted   r ea ctiv p o wer   o u tp u t,   im p r o v i n g   v o ltag p r o f iles   f r o m   1 to   2 ac r o s s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.