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.   15 ,   No .   6 Decem b er   20 25 ,   p p .   6 0 1 2 ~ 6 0 2 6   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 15 i 6 . pp 6 0 1 2 - 6 0 2 6           6012       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Power los s red uct io n and  stability  e nha ncement  of po wer  sy stem t hro ug tr a nsm iss io n net wo rk rec o nf ig ura tion       T it us   T er wa s Ak o r 1 ,   T heo p hil u   Ch uk wudo lue  M a du em e 1 ,   Chib uik P et er   O ha nu 1, 2 T o le  Su t ik no 3, 4   1 A f r i c a   C e n t r e   o f   E x c e l l e n c e   f o r   S u st a i n a b l e   P o w e r   a n d   En e r g y   D e v e l o p me n t   ( A C E - S P ED ) ,   U n i v e r s i t y   o f   N i g e r i a ,   N s u k k a ,   N i g e r i a   2 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 ,   F a c u l t y   o f   E n g i n e e r i n g ,   U n i v e r si t y   o f   N i g e r i a ,   N su k k a ,   N i g e r i a   3 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 ,   F a c u l t y   o f   I n d u st r i a l   Te c h n o l o g y ,   U n i v e r s i t a s   A h m a d   D a h l a n ,   Y o g y a k a r t a ,   I n d o n e si a   4 Emb e d d e d   S y st e a n d   P o w e r   El e c t r o n i c s   R e sea r c h   G r o u p ,   Y o g y a k a r t a ,   I n d o n e s i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   4 ,   2 0 2 5   R ev is ed   J u l 1 3 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Sep   1 4 ,   2 0 2 5       Th e   p o we n e tw o rk   fa c e se v e ra c h a ll e n g e a e lec tri c it y   u sa g e   rise s,  a n d   th e   fre q u e n c y   o f   p a rti a a n d   to tal   g ri d   d isr u p ti o n s   is   o f   sig n ifi c a n t   c o n c e rn .   Th is  p a p e a d d re ss e th e   p r o b l e m   o v o lt a g e   in sta b il it y   a n d   h ig h - p o we r   lo ss e in   tra n sm issio n   n e two r k s,   wh ich   th re a ten   th e   sta b il it y   o f   th e   p o we g rid .   M ATLAB  R2 0 2 3 a /M ATP OWE 5 . 0   is  u se d   to   d e v e l o p   a   m o d e a n d   a n a ly se   it   u si n g   t h e   Ne wto n - Ra p h so n   l o a d   flo w m e th o d .   Th e   a n a l y s is r e v e a ls   a   m a rg in a v o lt a g e   v i o latio n   a t   Bu 1 3   ( b e lo 0 . 9 5   p . u . ).   To   e n h a n c e   sta b il it y   a n d   e fficie n c y ,   th e   n e two rk   wa re c o n fi g u re d   u sin g   a   h y b rid   w h a le  a lg o rit h m   a n d   p a rti c le  sw a rm   o p ti m isa ti o n   (W APS O)  a p p ro a c h ,   in c o rp o ra ti n g   n e tran sm issio n   li n e (5 - 8   a n d   1 3 - 1 4 )   to   imp ro v e   c o n n e c ti v it y   a n d   re d u c e   c o n g e stio n .   T h e   re c o n fi g u ra ti o n   re d u c e d   a c ti v e   p o we lo ss e b y   2 9 . 5 %   (fro m   3 6 . 0 1 3   t o   2 5 . 3 7 1   M W)   a n d   re a c ti v e   p o we r   lo ss e b y   2 9 . 8 %   (fr o m   3 0 1 . 3 0   t o   2 1 1 . 5 9   M VA r).   T h e   sy ste m   d e m o n stra ted   first  sw in g   sta b i li ty ,   wit h   ro t o r   a n g les   re m a in in g   b e lo π /2   ( 1 . 5 6 6 9   ra d   m a x imu m   d e v iatio n a n d   fa u lt   c lea r a n c e   with in   th e   c rit ica c lea rin g   ti m e     (0 . 2   s).  O p ti m ise d   e x c it e g a i n a n d   a   d a m p i n g   c o e fficie n t   o 1 . 5   p . u .   e n su re d   e ffe c ti v e   o sc il lati o n   su p p re ss io n   a n d   sta b le   g e n e ra to r   v o lt a g e a t   1 . 0 5   p . u .   Th e   h y b ri d   WA P S O   a p p r o a c h   p ro v e d   e ffe c ti v e   i n   o p ti m isi n g   v o lt a g e   a n d   ro t o a n g le  sta b il it y ,   e n a b li n g   th e   n e two r k   to   m e e a   2 4 . 0 8 6   p . u .   lo a d   d e m a n d   wh i le en h a n c i n g   o v e ra ll   g rid   re li a b il it y .   K ey w o r d s :   E x citer   g ain   L o ad   d is p atch   Netwo r k   r ec o n f ig u r ati o n   R o to r   an g le  s tab ilit y   Vo ltag s ch ed u le   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 :   C h ib u ik Peter   Oh an u   Af r ica  C en tr o f   E x ce llen ce   f o r   Su s tain ab le  Po wer   an d   E n er g y   Dev elo p m en t ( AC E - SP E D) ,   Un iv er s ity   o f   Nig er ia   Nsu k k a,   Nig er ia   E m ail:  ch ib u ik e. o h an u @ u n n . e d u . n g       1.   I NT RO D UCT I O N   T h b en ef its   o f   h av i n g   d ep en d ab le  elec tr ical  p o wer   n etw o r k   ca n n o b o v e r s tated   in   lig h o f   th e   r is in g   elec tr icity   d em an d .   Stre n g th en in g   th to p o lo g y   o f   th e   p o wer   s y s tem   an d   o p tim izin g   its   o p er atio n s   ar ess en tial  to   r ed u ce   th lik elih o o d   o f   s y s tem   b r ea k d o wn s   [ 1 ] .   R estru ctu r in g   th n etwo r k   i s   v ital  to   en s u r in g   r esil ien ce ,   s tab ilit y ,   p r o s p e r ity ,   an d   s u s tain ab ilit y   in   th e n er g y   s ec to r   [ 2 ] .   Stab ilit y   is   cr itical  f ac to r   in   ass es s in g   th r eliab ilit y   o f   a   p o wer   s y s tem   d u r in g   o u tag es  [ 3 ] .   Po wer   s y s tem   s tab ilit y   is   d ef in e d   b y   th e   I E E E /C I GR E   jo in task   f o r c as  “th e   ab ilit y   o f   a n   elec t r ic  p o wer   s y s tem ,   f o r   g iv en   in itial  o p er atin g   co n d itio n ,   to   r eg ain   a   s tate  o f   o p er atin g   eq u ilib r iu m   af ter   b ei n g   s u b jecte d   to   p h y s ical  d is t u r b an ce ,   with   m o s s y s tem   v ar iab les b o u n d ed   s o   th at  p r ac tically   th en tire   s y s te m   r em ain s   in tact”   [ 4 ] .   T h g o al  is   to   en s u r th at  i r em ain s   f o ca p o in in   elec tr ical  s y s tem s   r esear ch .   E n h an cin g   th s tab ilit y   o f   th p o wer   s y s tem   r eq u ir es   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         P o w er lo s s   r ed u ctio n   a n d   s ta b ilit en h a n ce men o f p o w er sys tem     ( Tit u s   Te r w a s A ko r )   6013   en g in ee r s ,   p lan n er s ,   an d   o p e r ato r s   to   co n s id er   r o to r   a n g le   s tab ilit y ,   s h o r cir cu its ,   tr an s ien s tab ilit y ,   an d   co n tin g en c y   p la n n in g .   th o r o u g h   an aly s is   o f   th ese  ele m en ts   is   im p o r tan f o r   m ain tain in g   b alan ce d   elec tr icity   s u p p ly   an d   d em a n d .   T h n ee d   f o r   r e d esig n ed   g r id   s y s tem   th at  is   ef f icien t,  r o b u s t,  an d   ad a p tiv is   p ar am o u n t.  T r a n s m is s io n   n etwo r k   r ec o n f ig u r atio n   in v o l v es  m ak in g   n ec ess ar y   a d ju s tm en ts   to   p o wer   co m p o n en ts   with in   th n etwo r k   to   en h an ce   o v er all  p er f o r m an ce .   T h is   p r o ce s s   m ay   in clu d f u n d am e n tal  ev alu atio n s   s u ch   as  lo ad   f lo w   an d   f au lt  a n aly s is .   B y   s y s tem atica lly   r ev iewin g   an d   ad d r ess in g   th ese  asp ec ts ,   th g r id   in f r astru ctu r ca n   ac h iev im p r o v ed   r esil ien ce   an d   p er f o r m an ce ,   en s u r in g   an   u n in ter r u p ted   p o we r   s u p p ly   an d   m ee tin g   co n s u m er   d em an d s   e f f icien tly .   Nig e r ia's  p o wer   in f r astru ctu r f ac es  s ev er al  ch allen g es  as   elec tr icity   u s ag in cr ea s es.   T h f r eq u en cy   o f   p ar tial  an d   to tal  g r id   d is r u p tio n s   is   o f   s ig n if ican t   co n ce r n .   T h is   p r im ar i ly   r esu lts   f r o m   th g r i d ' s   o u td ated   in f r astru ctu r e,   ca s ca d ed   tr an s m is s io n   lin tr ip p in g   d u t o   o v er lo a d ,   lo s s   o f   s y n ch r o n izatio n   am o n g   m u ltip le  n etwo r k   alter n ato r s ,   n etw o r k   to p o lo g y ,   lo n g - d is tan ce   t r an s m is s io n   lin es,  in f r astru ctu r d ef icien cies,  o v er - v o lta g es,  v an d alis m ,   an d   p r o tectiv d ev ice  m al f u n ctio n s   [ 5 ] .   As  th e   g r id   ex p an d s   to   m ee ex p an d in g   d em an d   an d   s u p p o r th co u n t r y ' s   ec o n o m y ,   m o r g en er at o r s   an d   tr an s m is s io n   lin es  ar ad d ed ,   co m p licatin g   th s y s tem   an d   in cr ea s in g   th r is k   o f   s h o r cir cu its   o cc u r r in g   a n d   s y s tem   co llap s e.   T o   ad d r ess   th ese  ch allen g es,  th is   s tu d y   aim s   to   in v esti g ate  th o p tim al  r ec o n f ig u r atio n   o f   th e   W ester n   Nig er ian   1 4 - b u s   r e g io n al  p o wer   n etwo r k   u s in g   h y b r i d   wh ale  alg o r ith m   an d   p ar ticle  s war m   o p tim izatio n   ( W APSO)  tech n iq u es,  f o cu s in g   o n   p o wer   lo s s   r ed u ctio n ,   v o ltag e   p r o f ile  im p r o v em en t,   an d   r o to r   an g le  s tab ilit y   ass ess m en u n d er   v a r io u s   o p er atin g   co n d itio n s .   T h e   W ester n   Nig er ian   1 4 - b u s   r eg i o n al  p o wer   n etwo r k   is   an   ess en tial  co m p o n en o f   th e   Nig er ian   n ati o n al  g r id .   I m p r o v i n g   s tab ilit y ,   ef f icien c y ,   an d   d ep en d a b ilit y   is   im p o r ta n f o r   en co u r ag in g   ec o n o m ic  g r o wt h   an d   d ev el o p m en t,   en h a n cin g   elec tr icity   q u ality ,   an d   g u ar an teein g   s y s tem   r es ilien ce .   Op tim izin g   r e g io n al  n etwo r k s   will  en s u r t h o v er all  g r id   s y s tem ' s   s ec u r ity   an d   r eliab ilit y .   Nu m er o u s   s tu d ies  h av b ee n   u n d er tak e n   to   o p tim ize  n etwo r k   r ec o n f ig u r atio n   f o r   im p r o v ed   s tab ilit y   an d   r esil ien ce .   Stu d y   [ 6 ]   p r o p o s ed   an   im p r o v ed   b r u te - f o r ce   m eth o d   f o r   o p tim izin g   th e   r ec o n f ig u r atio n   o f   ex tr a - h ig h   v o ltag tr a n s m is s i o n   n etwo r k s .   T h g o al  was  to   r ed u ce   s h o r cir c u its   wh ile  s t ill  m ee tin g   s tead y - s tate  an d   tr an s ien co n s tr ain t s .   T h is   co s t - ef f ec tiv m eth o d   id en tifie s   th o p tim al  g r id   r ec o n f i g u r atio n   to   r ed u ce   s h o r cir c u its   wh ile  m ee tin g   o p er atio n al  r eq u ir e m en t s .   Ho wev er ,   k ey   lim itatio n   o f   th s tu d y   was  its   f ailu r to   ad eq u ately   ad d r ess   r o to r   a n g le  s tab ilit y .   T h is   d is ad v an tag e   was  ev id en t   in   th e   a d ju s tm en ts   m ad to   p ar am eter s   s u ch   as  g en er ato r   ex citer   g ain ,   v o ltag s ch ed u les,  an d   d is p atch   s tr ateg ies,  with o u ad d r ess in g   cr itical  clea r in g   tim es  o r   im p r o v in g   p o wer   o s cillatio n   s tab ilit y   in   tr a n s m is s io n   lin es  an d   g e n er ato r s .   I n   co n tr ast,  Nad er ip o u r   et  a l.   [ 7 ]   ex p lo r ed   o p tim al  r ec o n f ig u r a tio n   f o r   u n b alan ce d   d is tr ib u tio n   s y s tem s   aim ed   at   lo s s   r ed u ctio n ,   im p r o v ed   p o wer   q u ality ,   an d   m in im izin g   u n s er v ed   en er g y   u s in g   f u zz y   m u lti - cr iter ia   ap p r o ac h   a n d   an   i n n o v ativ e n h an ce d   co r o n a v ir u s   h e r d   im m u n ity   o p tim izer .   T h is   m eth o d   wo r k ed   b etter   th an   o th er   m eth o d s   w h en   test ed   o n   I E E E   3 3   a n d   6 9 - b u s   s y s tem s   f o r   b o t h   s in g le - o b jectiv an d   m u lti - o b jectiv e   o p tim izatio n .   Ho wev er ,   it  d i d   n o in clu d f a u lt  an aly s is   o r   s tab ilit y   ass es s m en ts .   Sim ilar ly ,   Alan az an d   Alan az [ 8 ]   ap p lied   an   in tellig en ar tific ial  elec tr ic  f ield   alg o r ith m - p atter n   s ea r c h   to   u n ev e n   I E E E   3 3 - b u s   an d   r ea u n b alan ce d   1 3 - b u s   s y s tem s ,   f o cu s in g   o n   lo s s   r ed u ctio n   an d   v o ltag e   im p r o v em en t.   Ho wev er ,   N - 1   s ec u r ity   co n s tr ain ts ,   s h o r cir cu it   an al y s is ,   an d   s tab ilit y   ass ess m en t s   wer n o ad d r ess ed .   Ad d iti o n ally ,   C ik an   a n d   Kek ez o g lu   [ 3 ]   ex a m in ed   eq u ilib r iu m   o p tim izatio n   a n d   o t h er   m eta - h eu r is tic  o p tim izatio n   tech n iq u es   in   a   r ec o n f ig u r ed   d is tr ib u tio n   n et wo r k   with   th s o le  p u r p o s e   o f   r ea p o wer   lo s s   r ed u ctio n ,   im p r o v in g   th e     v o ltag lev el,   an d   r aisi n g   th e   r eliab ilit y   in d ex .   Nev er th eless ,   N - 1   s ec u r ity   co n s tr ain ts ,   s h o r cir cu it  an aly s is ,   an d   s tab ilit y   an aly s is   wer n o ad d r ess ed .   Sev er al  a p p r o ac h es  ad d r ess ed   tr an s m is s io n   n etwo r k   is s u es:     Sik ir u   et  a l.   [ 9 ]   id en tifie d   wea k   b u s es  b u n e g lecte d   s tab ilit y ,   wh ile  in   [ 1 0 ] co - o p tim ized   e n er g y   a n d   r eser v es   with o u AC   p o wer   f lo ar co n s id er ed .   Stab ilit y   co n ce r n s   wer also   o v er lo o k e d   in   [ 1 1 ]   an d   [ 1 2 ] wh ich   ex p lo r ed   co n tin g en cy - co n s tr ai n ed   o p tim al  p o wer   f lo w.   R ec o n f ig u r in g   th n etwo r k   to   in cr ea s s y s tem   s tab ilit y   an d   r ed u ce   s h o r cir cu its   h as  b ee n   d is cu s s ed   in   p r ev i o u s   wo r k s   in cl u d in g   [ 1 3 ] [ 1 9 ] .   T h e   co n ce p ts   o f   b u s   s p litt in g   an d   lin elim in atio n   was  ex p lo r e d   in   [ 1 3 ] .   Sh o r cir cu it  r estrictio n   was  as s ess ed   in   th s tu d y   to   m in im ize  th f ast  v o lta g s tab ilit y   in d ex ' s   m ax im u m   v al u ac r o s s   all  ex am in ed   lin es.  Utilizin g   an   alter ed   I E E E   2 4 - b u s   s y s tem ,   th wo r k   was  ev alu ated .   T h o b jectiv o f   m in im izin g   s h o r cir cu it  lev els  wh ile  also   o f f er in g   s p litt in g   r eliab le  ap p r o ac h es  was  ev alu ated   in   [ 1 4 ] .   T h is   was  d o n to   r estrict  th s p litt in g   to   th s u b s tatio n s   with   th g r ea test   s h o r cir cu it  cu r r en ts   alo n an d   m ain tain   lim ited   p o wer   f lo in   th s p litt in g   p o in t.  An   I E E E   2 5 - b u s   s y s tem   an d   th I r aq i   400   k p o wer   in f r astru ctu r e   wer u tili ze d   f o r   t h in q u ir y .   T o   s o lv th e   m u lti - o b jectiv f u n ctio n   o f   N - co n tin g en c y   r eq u ir em e n a n d   s h o r cir cu it   cu r r e n lim itatio n   in   th e   o p tim izatio n   is s u e,   Do ğ an   a n d   Y ö r ü k er e n   [ 1 5 ]   u s ed   h y b r i d   g e n etic  al g o r ith m   ( GA)   a n d   b in ar y   PS to   o p tim ally   d eter m in e   th e   p o s itio n   f o r   a   b u s   ar ch itectu r e.   Ho wev er ,   th p ar am eter s   o f   GA  an d   b in ar y   PS wer n o em p lo y ed   to   o p ti m ize  th to p o lo g y   o f   th tr an s m is s io n   s y s tem   in   q u esti o n .   T h im p o r tan ce   o f   i d ea b u s   s p litt in g   in   r eso lv in g   h ig h   s h o r cir c u it   cu r r en in   p o wer   s y s tem   was  co v er ed   in   [ 1 6 ] .   m et a - h eu r is tic  ap p r o ac h   u tili zin g   PS an d   GA  was   em p lo y ed .   C o m p a r ed   to   th G A,   th PS m et h o d   p r o v e d   to   b m o r e f f icien t.   Nev er th eles s ,   N - 1   c o n tin g e n cy   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.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   6 0 1 2 - 6 0 2 6   6014   an aly s is   an d   o t h er   f o r m s   o f   f au lt  wer e   o v e r lo o k e d   b y   t h au th o r s .   T h Ku wait  h i g h   v o ltag e   n etwo r k ' s   ex ce s s iv s h o r cir c u it  cu r r en was  ad d r ess ed   in   [ 1 7 ]   u s in g   v ar iety   o f   s tr ateg ies.  Alth o u g h   d iv id in g   th e   cu r r en 2 7 5   k n etwo r k   is   th e   b est  way   to   ad d r ess   th r ap id ly   r is in g   s h o r cir cu it  lev els,  it   is   n o clea r   wh er e   th s p litt in g   s h o u ld   b d o n e.   T wo   s tr ateg ies  f o r   r ed u cin g   v o ltag s tab ilit y   an d   s h o r t   cir c u it  v io latio n s   wer e   co v er ed   i n   [ 1 8 ] .   T h f ir s a p p r o ac h   u s es  q u ick   m ath e m atica p r o ce s s   to   d eter m in e   th ch an g in   th e   im p ed an ce   m at r ix   elem en t.   T h s ec o n d   a p p r o ac h   m i n im izes  th s h o r cir cu it  ca p ac it y   wh ile  tak in g   b u s   v o ltag lim its   in to   ac co u n b y   u s in g   lin ea r   p r o g r a m m in g   m eth o d o l o g y .   T h au th o r s   d id   n o t,  h o wev er ,   tak e   in to   ac co u n h o th r ec o n f i g u r atio n   wo u ld   af f ec th g e n er ato r s '   r o to r   an g le  s tab ilit y   with in   th p o wer   s y s tem .   T o   ac h ie v s h o r cir c u it  r estrictio n s   wh ile  m ain tain in g   p o wer   f l o co n s tr ain ts   o n   b u s   b ar   s witch in g ,   Van   Ack er   et  a l.   [ 1 9 ]   s h o we d   h o to   em p lo y   m ix e d   in teg er   n o n - co n v ex   q u a d r atic  co n s tr ain alg o r ith m .   W h ile  s tu d y   [ 2 0 ]   ad d r ess ed   tr an s ien s tab ilit y   is s u e s   b y   co m b in in g   g r id   to p o lo g y   with   m ac h in lear n in g   tech n iq u es.  T h s y n c h r o n o u s   g en er ato r s '   r o to r   an g le  s tab ilit y   ad ju s tm en ts   m ad to   p ar am eter s   s u ch   as   g en er ato r   e x citer   g ain ,   v o ltag e   s ch ed u les,  an d   d is p atch   s tr ate g ies,  with o u t a d d r ess in g   cr itic al  clea r in g   tim es o r   im p r o v in g   p o wer   o s cillatio n   s tab ilit y   in   tr an s m is s io n   lin e s   an d   g en er ato r s   f o llo win g   a   co n tin g en cy   wer e   o v er lo o k ed   b y   th wr iter s .   T h is   s tu d y   p r esen ts   th ap p li ca tio n   o f   h y b r id   weig h te d   ag g r eg ated   p a r ticle  s war m   o p tim izatio n   ( W APSO)  tech n iq u f o r   th o p tim al  r ec o n f ig u r atio n   o f   th e   W ester n   Nig er ian   1 4 - b u s   r e g i o n al  p o wer   n etwo r k .   T h p r im ar y   o b jectiv es  a r t o   m in im ize   ac tiv p o wer   lo s s es,  en h an ce   v o ltag e   p r o f iles ,   an d   im p r o v e   r o to r   an g le  s tab ilit y   u n d er   f au lt  a n d   co n tin g e n cy   co n d itio n s .   T h e   s tab ilit y   ass es s m en f o cu s es  o n   tu n in g   g en er ato r   p ar am eter s s p ec if ically   ex ci ter   g ain ,   v o ltag e   s ch ed u les,  a n d   p o wer   d is p atch with o u alter in g   th cr itical  clea r in g   tim ( C C T ) .   T h p r o p o s ed   h y b r id   W APSO - b ased   r ec o n f ig u r atio n   s tr ateg y   y ield s   s u b s tan tial   im p r o v em e n ts   in   n etwo r k   p er f o r m a n ce .   No tab l y ,   th e   in teg r atio n   o f   two   a d d itio n al  tr an s m is s io n   lin es     ( L in 5 8   a n d   L in 1 3 1 4 )   en h an ce s   n etwo r k   co n n ec tiv ity ,   allev iates  lin co n g esti o n ,   a n d   i n tr o d u ce s   alter n ativ p o wer   f lo p ath s ,   th er eb y   in cr ea s in g   s y s tem   r eliab ilit y .   T h o p tim al  r ec o n f ig u r atio n   r esu lts   in   2 9 . 5 % r ed u ctio n   i n   ac tiv p o wer   lo s s es a cr o s s   th r eg io n al  g r id .   Fu r th er m o r e ,   th e   s tu d y   d em o n s tr ates  th ef f ec tiv e n ess   o f   h y b r id   W APSO  in   o p tim izin g   g e n er ato r   co n tr o l   p ar am eter s .   E x citer   g ain s   wer tu n ed   with in   th e   r an g o f   5 0   t o   2 5 0 ,   v o ltag s ch ed u les  we r m ain tain ed   b etwe en   0 . 9 5   an d   1 . 0 5   p . u . ,   an d   p o wer   d is p atch   lev els  wer ad ju s ted   with in   g e n er ato r   o p e r atio n al   lim its .   T h ese  ad ju s tm en ts   led   to   im p r o v e d   tr an s ien an d   v o ltag s tab ilit y ,   with   s ig n if ican r ed u ctio n s   in   r o to r   an g le  d ev iatio n s .   T h s y s tem - m ain tain ed   s y n c h r o n is m   d u r in g   f au lt  s ce n ar io s ,   with   r o t o r   an g le  ex cu r s io n s   r em ain in g   well  b elo t h cr iti ca π/2   th r esh o ld .   I m p o r tan tly ,   f au lt  clea r a n ce   tim es  wer e   p r eser v ed   with in   th e   C C T ,   v alid atin g   th r o b u s tn ess   o f   th o p tim ize d   co n f ig u r ati o n   u n d er   s ev er e   d is tu r b an ce s .   T h r em ain d er   o f   th is   m an u s cr ip is   o r g an ized   as  f o llo ws:   Sectio n   2   d etails  th m ater ials   an d   m eth o d s   em p lo y ed ,   Sectio n   3   p r esen ts   th r esu lts   an d   d is cu s s es th eir   im p licatio n s ,   an d   Sec tio n   4   co n clu d es th s tu d y .       2.   M AT E R I AL S AN M E T H O D   T h is   s ec tio n   ex p lain s   way   o f   r ec o n f ig u r in g   th W ester n   Nig er ian   1 4 - b u s   r eg io n al  g r i d   n etwo r k   f o r   s tab ilit y   en h an ce m en t.   Utilizin g   MA T L AB /MAT PO W E R   en v ir o n m en a n d   m ath em at ical  f o r m u latio n s ,   W AP SO  an d   r o t o r   s tab ilit y   wer m o d elled .   New to n   R ap h s o n s   ( NR )   lo a d   f lo w   m eth o d   was  ap p lied   t o   d eter m in th e   s tead y - s tate  s o lu tio n .   T h e x am in ed   n et wo r k   co n s is ts   o f   1 4   b u s es,   in co r p o r atin g   f o u r   g en er ato r s   an d   1 4   lo ad s .   All   f o u r   g en e r ato r s   ar o p er atio n al,   co llectiv ely   g e n er atin g   a n   ac tiv p o we r   o f   2 , 4 4 4 . 3   MW  an d   r ea ctiv p o wer   o f   8 6 6 . 2   MV Ar .   T h d ata  u tili ze d   in   th is   s tu d y ,   co m p r is in g   th s in g le - lin d iag r am ,   lin d ata,   b u s   d ata,   g en er at o r   d ata ,   an d   g e n er at o r   d y n am ic  p ar am eter s ,   wer e   s o u r ce d   f r o m   th e   T r an s m is s io n   C o m p an y   o f   Ni g er ia.     2 . 1 .     New t o n   Ra ph s o n lo a d f lo a na ly s is   L o ad   f lo an al y s is   was  f ir s ap p lied   to   th n etwo r k   s h o i n   Fig u r 1   to   d eter m in th s t ea d y - s tate   s o lu tio n   o f   th 1 4 - b u s   W ester n   Nig er ian   r eg i o n al  p o wer   s y s tem .   T h an aly s is   p r o v id es  a n   in itial  ass es s m en o f   th e   p o wer   s y s tem ,   wh ich   is   n o n lin ea r   d u e   to   t h d y n am ic  r elatio n s h ip   b etwe en   lo ad ,   v o ltag m a g n itu d e,   an d   cir cu it  im p ed an ce .   Sin ce   i is   a   n o n - lin ea r   p r o b lem ,   it  m u s b s o lv ed   iter ativ ely .   T h m eth o d   h as  b etter   co n v er g en ce   r ate  an d   h ig h   lev el  o f   ac cu r ac y   th an   o th er   m et h o d s   o f   lo ad   f l o s o lu tio n   [ 2 1 ] .   T h eq u atio n s   o f   th New to n   R ap h s o n s   lo ad   f l o tech n iq u e   ar e   s tated   b elo w .     = 1 ℎℎ [  = 1 ]     ( 1 )         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         P o w er lo s s   r ed u ctio n   a n d   s ta b ilit en h a n ce men o f p o w er sys tem     ( Tit u s   Te r w a s A ko r )   6015   T h lo ad   f lo f o r m u latio n   is   g iv en   b y   th f o llo win g   s ets o f   e q u atio n s .     = | | | | | |  ( + )   = 1   ( 2 )     = | | | | | |  ( + )     = 1     ( 3 )     E q u atio n s   ( 2 )   an d   ( 3 )   ar s ets o f   n o n - lin ea r   al g eb r aic  e q u ati o n s .             Fig u r 1 .   Sin g le  lin e   d iag r a m   o f   th W ester n   Nig er ian   r e g io n al  g r id   n etwo r k       2 . 2 .     M o dellin g   o f   o pti m a l ne t wo rk   re c o nfig ura t io n   T h m u lti - o b jectiv f u n ctio n   is   s tated   co n s id er in g   p o w er   lo s s   r ed u ctio n   a n d   v o lta g p r o f ile  im p r o v em e n t T h e   p o wer   l o s s   o f   th n etwo r k   as e x p r ess ed   in   [ 3 ]   is   g iv e n   as:     min  = ( 2 + 2 2 ) , = 1     ( 4 )     wh er    is   th p o wer   lo s s   in   th tr an s m is s io n   lin e,     r e p r esen t s   th b u s   n u m b er ,   an d     d en o t es  th n u m b er   o f   tr a n s m is s io n   lin es  o f   th e   n etwo r k ,     is   th e   r esis tan ce   o f   th e   lin e   b etwe en          b u s es,          ar th r ea a n d   r ea ctiv p o w er   v alu es  o f   b u s -   an d     r ep r esen ts   th v o ltag m a g n itu d o f   t h e   b u s .   T h ac tiv p o wer   lo s s   r ed u ctio n   (  )   is   g iv en   as e x p r ess ed   in   ( 5 )   b y   C ik an   a n d   Kek ez o g l u   [ 3 ] :      =        ( 5 )     wh er e,      an d      ar th p o wer   lo s s es  af ter   an d   b ef o r n etwo r k   r ec o n f ig u r atio n   r esp ec tiv ely .   T h e   v o ltag d e v iatio n   ( VD)   in d ex   i s   g iv en   as e x p r ess ed   in   [ 3 ] :     min  = ma x (   )   = 1 , 2 , 3 ,     ( 6 )     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.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   6 0 1 2 - 6 0 2 6   6016   wh er e,          ar th n o m i n al  an d   b u s   v o ltag es  r esp ec tiv ely .   T h g o al  is   to   r ed u ce   th v o ltag v ar iatio n   as  it  ap p r o ac h es  ze r o .   T h is   im p r o v es  th n etwo r k ' s   v o ltag p r o f ile.   T h f itn ess   f u n ctio n   is   th co m b in atio n   o f   ( 5 )   an d   ( 6 )   with   th weig h te d   f u n ctio n   to   f o r m   s in g le  o b jectiv f u n ctio n .           = min   (  +  )     ( 7 )     wh er e,     an d     r ep r esen th weig h co ef f icien ts   o f   th o b jecti v f u n ctio n   a n d   th eir   s u m m a tio n   s h o u ld   am o u n t to   1 .   T h o b jectiv f u n ctio n   is   s u b ject  to   th f o llo win g   co n s tr ain t s :   a.   Vo ltag lim it: Po wer   s y s tem s   n etwo r k   h as v o ltag lev el  a n d   it is   g iv en   b y   its   to ler an ce   b o u n d ar ies.     ( ) (  )     ( 8 )     wh er e   is   th v o ltag m a g n itu d at  b u s   h .   f o r   th e   Nig er ian   g r id   n etwo r k ,   th e   to ler an ce   is   ± 5% .   T h at  is   0 . 95   ( ) 1 . 05 ( )   at  n etwo r k   b u s .     b.   Activ p o wer   an d   r ea ctiv e   p o wer   lim its T h ese  ar e   th e   e q u ality   co n s tr ain ts   o f   th e   n et wo r k .   A b s o lu te  p o wer   lim it: T h lim it is   g iv en   as      <      ( 9 )     wh er e,     is   th tr an s m is s io n   lin f lo at  an d     is   th p er m is s ib le  m ax im u m   p o wer   f lo w.   c.   L in cu r r en lim it:  th lin cu r r en m u s n o ex ce e d   its   th er m al  p er m is s ib le  lim its   (  )   an d     is   th s et   o f   th n etwo r k   tr a n s m is s io n   lin e   [ 2 2 ] .     | |                   ( 1 0 )     2 . 3 .     Ro t o a ng les s t a bil it y   pro blem   f o r m ula t io n   T h g o al  is   to   m in im ize  th r o to r   an g le  d ev iatio n .   T h s tar tin g   s tate  o f   s y n ch r o n o u s   g en er ato r   is   u s ed   as  th b en ch m a r k   v alu e.   T h d e v iatio n   v al u is   ca lcu la ted   b y   d ed u ctin g   t h d if f er en c at  th s tar o f   th e   f au lt  s tate  f r o m   th d if f er e n ce   at  th en d .   T h m a g n itu d o f   r o to r   an g le  v ar iatio n   is   ca lcu lated   b y   s q u ar i n g   th e   cu m u lativ d if f er en ce   [ 2 3 ] .     min ( , , 0 ) 2 ,         ( 1 1 )     wh er ,   d en o tes  th r o to r   an g l e;    r ep r esen ts   th n u m b er   o f   g en er ato r s T   s tan d s   f o r   all  tim es  ex ce p th s tar tin g   p o in t   at  = 0 ,    =  .   T h is   is   s u b j ec to   th e   f o llo win g   c o n s tr ain ts   as  g iv en   [ 2 3 ] [ 1 6 ] B u s   lo ad   b alan ce   lim it: T h lo ad   b ala n ce   eq u atio n s   ar g iv en   as   ( 1 2 )   an d   ( 1 3 ) .       , , = | | = 1 | | | | c os   ( + )     ( 1 2 )     , , = | | = 1 | | | | c os   ( )     ( 1 3 )     wh er ,   an d   ,   ar th r ea an d   r ea ctiv p o wer   o u tp u r esp ec tiv ely ,   an d   ,   ar th r ea an d   r ea ctiv lo ad th s u p er s cr ip   o f   th p ar am eter s   s tan d s   f o r   th in itial  s tate.   L et     is   th n u m b er   o f   th en tire   b u s es.  T h p o wer   o u tp u ts   o f   th g e n er ato r   d u r in g   an d   a f ter   f a u lt  o cc u r r en ce   ar ex p r ess ed   in   ( 1 2 )   an d   ( 1 3 ) .   T h o u tp u t p o wer   o f   ea ch   g en e r ato r   is   g iv e n   as   ( 1 4 ) .     = 2 ℎℎ  ℎℎ + | | | | | | c os   ( + ) = 1       ( 1 4 )     T h s win g   eq u atio n   o f   s y n ch r o n o u s   g en er atio n   is   g iv en   as  s h o wn   in   [ 2 4 ] :     2 2 2 =         ( 1 5 )     wh er   is   th d am p in g   c o ef f ici en t in   p er   u n it a n d     is   th an g le  o f   th s y n ch r o n o u s   g e n er ato r .     B y   u s in g   th p er   u n it v al u o f   ̅   in   ( 1 5 )   ab o v y ield s .     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         P o w er lo s s   r ed u ctio n   a n d   s ta b ilit en h a n ce men o f p o w er sys tem     ( Tit u s   Te r w a s A ko r )   6017   2 2 ̅ 2 =  ̅       ( 1 6 )     T h er ef o r e,   ̅ = 2 = 4    is   th p er   u n it   m o m en o f   i n er tia.   T h in e r tia  co n s tan ,   wh ich   s h a p es  th tu r b in e - g en er ato r ' s   d y n am ic  ch ar ac ter is tics ,   is   a   cr itical   g en er ato r   p a r am eter .   T h m o m en o f   in er tia   r ep r esen ts   th in f lu en ce   o f   t h co m b in e d   s p in n in g   m ass es  o f   th tu r b i n an d   g en er ato r   as  s tated   in   [ 2 5 ] Hen ce ,   th s win g   eq u atio n   f o r   d am p in g   b ec o m es .     2 2 ̅ 2 =   ̅       ( 1 7 )     Du r in g   f a u lt c o n d itio n ,   th s w in g   eq u atio n   is   g iv en   as   ( 1 8 ) .     2 2 ̅ 2 +  ̅ =  (    )     ( 1 8 )     Af ter   f au lt c o n d itio n ,   th e   s win g   eq u atio n   is   ex p r ess   as  ( 1 9 ) .     2 2 ̅ 2 +  ̅ =  (   )       ( 1 9 )     Gen er ato r   v o ltag s ch ed u le  e q u atio n s t h ex p r ess io n   is   g iv en   as  ( 2 0 )   an d   ( 2 1 ) .       = +     ( 2 0 )       = + ( ) +     ( 2 1 )     Gen er ato r   ex citer ' s   g ain   eq u ati o n : T h e x citer   eq u atio n   is   g iv en   as e x p r ess ed   in   ( 2 2 ) .      = [ +  ( ) ]     ( 2 2 )     Gen er ato r   d is p atch   e q u atio n T h is   is   g iv en   in   ( 2 3 ) .      = (  ) = 1     ( 2 3 )     T h cr itical  clea r in g   a n g le  an d   tim eq u atio n s : A r ex p r ess ed   in   th e q u atio n s   ex p r ess ed   in   ( 2 4 )   an d   ( 2 5 ) .      =  1 [ ( 2 0 )  0  0 ]       ( 2 4 )      = 2  0      ( 2 5 )     wh er e    an d      r ep r esen t t h cr itical  clea r in g   an g le   an d   c r itical  clea r in g   tim r esp ec tiv ely .     2 . 4 .     M o dellin g   o f   t he  hy brid WAP SO   m o del   T h h y b r id   m eth o d ' s   d is tin ctiv f ea tu r e   is   th W OA' s   ca p ac ity   to   co m p e n s ate  f o r   th PS O's   lim itatio n s .   B ec au s o f   its   co n s tan in er tia  weig h t,  th PS s u f f er s   f r o m   c o n s tr ain in   p a r ticle  s ea r ch   s p ac f o r   tac k lin g   c o m p licated   en g i n ee r in g   p r o b lem s .   Fig u r 2   s h o ws  th h y b r id   W APSO  tech n iq u f lo wc h ar t.  T h e   h y b r id   W APSO  m eth o d   u s es  th f o ll o win g   e q u atio n s   to   u p d ate  v elo city   an d   lo ca tio n   as  ill u s tr ated   in   ( 2 6 )   a n d   ( 2 7 )   [ 2 6 ] :     ( + 1 ) = . ( ) + 1 1 (    ( + 1 ) ( ) ) + 2 2 (  ( ) ( ) )       ( 2 6 )     ( + 1 ) = ( ) + ( + 1 )     ( 2 7 )     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.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   6 0 1 2 - 6 0 2 6   6018   S t a r t A p p l y   P S O   A l go r i t h m C a l c u l a te  th p a r ti c l b es a n d   g l o b a l   b es P o s i ti o n U p d a t t h v e l o c i t y U p d a t t h p o s i t i o n M a x   t o t a l   i t er a t i o n / 2 NO A p p l y   W O A   A l g o r i t h m C a l c u l a te  l ea d e r   p o s i ti o n U p d a te  a A C l a nd h  U p d a te  p o s i ti o n M a x t o t a l   i t er a t i o n R e t u r n   t h e   l e a d e r   p o s i t i o n Y E S NO Y E S     Fig u r 2 .   Hy b r id   W APSO tec h n iq u f lo wch ar [ 2 7 ]       3.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O   T h NR   p o wer   f lo an aly s is   d em o n s tr ated   r ap id   co n v er g en ce ,   ac h iev in g   s o lu tio n   in   ju s f o u r   iter atio n s   with in   tim s p an   o f   0 . 0 1   s ec o n d s .   T h is   s wif co n v er g en ce   h ig h lig h ts   th co m p u tatio n al  ef f icien cy   o f   th NR   m eth o d ,   r ec o g n ize d   f o r   its   q u ad r atic  co n v er g e n c r ate  wh en   ap p lied   to   well - c o n d itio n e d   s y s tem s   with   ap p r o p r iately   ch o s en   in itial  esti m ate s   as   co n f ir m ed   b y   [ 2 1 ] T h v o ltag p r o f ile  o f   th n etwo r k ,   d ep icted   in   T ab le  1 ,   s h o ws  th at  th m in im u m   an d   m a x im u m   v o l tag m ag n itu d es  ar 0 . 9 4 2   p u   ( at  B u s   1 3 )   an d     1 . 0 0 0   p u .   ( at  B u s   1 ) ,   r esp ec tiv ely .   Alth o u g h   th e   v o ltag e   lev e ls   g en er ally   f all  with in   th e   ac c ep tab le  o p er atio n al   r an g o f   0 . 9 5   to   1 . 0 5   p u . ,   th e   v o ltag at  B u s   1 3   is   m ar g in ally   b elo th lo wer   lim it,  in d icatin g   p o ten tial   ar ea   o f   v u ln e r ab ilit y   th at  r eq u ir es  tar g eted   in ter v en tio n s ,   s u ch   as  n etwo r k   r ec o n f ig u r atio n   o r   r ea cti v p o wer   co m p en s atio n ,   to   m ain tain   s tab ilit y .   T h v o ltag an g le  r an g es  f r o m   - 3 . 4 3 °  ( B u s   7 )   to   2 3 . 7 4 °  ( B u s   1 4 ) ,   with   s ig n if ican t a n g le  d if f er en ce   o b s er v ed   o n   L i n 1 2 - 1 4 ,   s u g g est in g   s u b s tan tial p o wer   tr a n s f er   s tr ess ,   h ig h lig h tin g   th n ee d   f o r   n etwo r k   r ec o n f i g u r atio n .   T h is   o b s er v atio n   m ay   in d icate   t h n ec ess ity   f o r   v o ltag s u p p o r o r   r ea ctiv p o wer   co m p en s atio n   to   m ain tain   s y s tem   s tab ilit y .   T h s y s tem   ex p er ien ce s   to tal  ac tiv an d   r ea ctiv e   p o wer   lo s s es o f   3 6 . 0 1   MW a n d   3 0 1 . 3 0   MV Ar ,   r esp ec tiv ely .   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         P o w er lo s s   r ed u ctio n   a n d   s ta b ilit en h a n ce men o f p o w er sys tem     ( Tit u s   Te r w a s A ko r )   6019   T ab le  1 .   L o ad   f lo a n aly s is   o f   th 3 3 0 k V,   1 4 - B u s   W ester n   Nig er ian   g r id   n etwo r k   B u s   N u m b e r   V o l t a g e   G e n e r a t i o n   Lo a d     M a g   ( p u )   A n g   ( p u )   P   ( M W )   Q   ( M V A r )   P   ( M W )   Q   ( M V A r )   1   1 . 0 0 0   0 . 0 0 0   1 2 4 2 . 2 1 0   5 8 7 . 5 9 0   2 1 6 . 5 0 0   1 0 0 . 0 0 0   2   0 . 9 8 5   - 1 . 2 4 5   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   5 7 4 . 6 0 0   2 5 0 . 0 0 0   3   0 . 9 9 2   - 0 . 9 0 1   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   1 0 2 . 8 0 0   4 0 . 0 0 0   4   0 . 9 8 4   - 1 . 5 7 9   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   8 1 . 2 0 0   3 5 . 0 0 0   5   0 . 9 8 5   - 1 . 5 7 9   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   1 9 8 . 5 0 0   8 0 . 0 0 0   6   0 . 9 7 5   - 2 . 4 9 4   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   4 6 1 . 3 0 0   1 5 0 . 0 0 0   7   0 . 9 7 1   - 3 . 4 3 1   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   1 7 5 . 9 0 0   5 0 . 0 0 0   8   0 . 9 9 2   - 0 . 6 6 1   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   2 7 . 1 0 0   1 0 . 0 0 0   9   1 . 0 0 0   4 . 5 7 3   2 2 5 . 5 0 0   - 6 . 2 6 0   1 8 . 0 0 0   7 . 0 0 0   10   1 . 0 0 0   0 . 9 0 5   3 6 0 . 6 0 0   1 9 4 . 3 6 0   9 . 0 0 0   3 . 0 0 0   11   0 . 9 7 7   0 . 5 6 0   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   1 6 6 . 9 0 0   7 0 . 0 0 0   12   0 . 9 5 6   3 . 3 5 1   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   2 0 2 . 3 0 0   1 0 0 . 0 0 0   13   0 . 9 4 2   1 . 5 2 5   0 . 0 0 0   0 . 0 0 0   1 1 1 . 1 0 0   4 5 . 0 0 0   14   1 . 0 0 0   2 3 . 7 3 9   6 1 6 . 0 0 0   9 0 . 4 6 0   6 3 . 1 0 0   2 5 . 0 0 0       3 . 1 .     Net w o rk   re c o nfig ura t io n o f   t he  Weste rn   Nig er ia n 1 4 - bu s   po wer   net wo rk   T h r esu lts   p r esen th e   im p a ct  o f   o p tim al  n etwo r k   r ec o n f ig u r atio n   u s in g   h y b r i d   W APSO  o n   th p o wer   n etwo r k ' s   v o ltag p r o f ile  an d   p o wer   lo s s es  o f   t h e   W ester n   Nig er ia  1 4 - b u s   p o wer   n etwo r k .   T h e   r ec o n f ig u r atio n   was  ac h iev e d   b y   s tr ateg ically   ad d in g   n ew  tr an s m is s io n   lin es  to   im p r o v s y s tem   s tab ilit y   an d   r ed u ce   tr an s m is s io n   lo s s es  as  in d icate d   in   Fig u r e   3 .   T h e   h y b r id   W APSO  alg o r ith m   u s es  t h f itn ess   f u n ctio n   f r o m   ( 1 0 )   to   e v alu ate  p o s s ib le   tr an s m is s io n   lin s etu p s .   I r an d o m ly   s elec ts   in d ices  with in   th p o p u latio n   o f   ca n d id ate  tr an s m is s io n   lin co n f ig u r atio n s   wh ile  m ain tai n in g   d i v er s s et  o f   p o s s ib le  ad d itio n s .   T h e   alg o r ith m   en s u r es  th at  th b u s es  s elec ted   f o r   in ter co n n ec tio n   co m p ly   with   th co n f ig u r atio n   co n s tr ain ts   o f   th p o wer   n etwo r k .   B y   in teg r atin g   W OA’ s   r o b u s g lo b al  ex p lo r atio n   with   th PS tech n iq u e’ s   lo ca s ea r ch   ca p ab ilit ies,  W AP SO  ac h iev es  b alan ce   b etwe en   d is co v e r in g   p o s s ib le  ad d itio n al  lin e   co n f ig u r atio n s   an d   f in e - tu n in g   th eir   im p lem en t atio n .   T h e   n ewly   ad d ed   t r a n s m is s io n   lin es  s p ec if ically   in clu d L i n 5 - ( co n n ec tin g   Alan g b o   to   Ok ea r o )   an d   L in 1 3 - 1 4   ( c o n n ec tin g   Gan m o   to   I h o v b o r ) .   T h ese  ad d itio n al  co n n ec tio n s   aim   to   s tr en g t h en   n etwo r k   co n n ec tiv ity ,   m in im i ze   lin co n g esti o n ,   an d   p r o v id alter n ativ p o wer   p ath s ,   th er eb y   en h an cin g   s y s t em   r eliab ilit y .   B y   ex p an d in g   i n ter co n n ec tio n s ,   th n etwo r k   ac h iev es  im p r o v e d   lo ad   d is tr ib u tio n ,   r ed u cin g   th e   lik elih o o d   o f   lo ca lized   o v er l o ad in g   an d   v o ltag in s tab ilit y .           Fig u r 3 .   Sin g le  lin e   d iag r a m   o f   th r ec o n f ig u r ed   W ester n   1 4 - b u s   s y s tem       Af t er   r e co n f i g u r ati o n ,   th e   m i n i m u m   v o lta g r o s e   t o   0 . 9 7 2   p . u .   at   Sa k ete ,   w h il e   t h e   m a x i m u m   r e m ai n ed   at   1 . 0 0 0   p . u . .   T h e   i n cr ea s e   i n   m i n i m u m   v o l ta g e   s u g g ests   im p r o v e d   v o lta g s t a b il ity ,   r e d u c e d   v o lta g e   d r o p s ,   an d   e n h a n ce d   r ea c ti v e   p o we r   s u p p o r t.   Si g n i f ic a n t   im p r o v e m e n t   w as   n o t ic ed   a t   Ga n m o   ( B u s   1 3 )   w h er 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.   15 ,   No .   6 Decem b e r   20 25 :   6 0 1 2 - 6 0 2 6   6020   v o lta g i n c r e ase d   f r o m   0 . 9 4 2   to   0 . 9 8 5   p . u . ,   i n d ic ati n g   s u b s t an t ial   s ta b i lit y   en h an ce m e n t   d u e   t o   t h e   a d d e d   l in e   to   I h o v b o r .   A ls o ,   a Os o g b o   ( B u s   1 2 )   w h e r th v o lt ag i m p r o v e d   f r o m   0 . 9 5 6   t o   0 . 9 8 3   p . u . ,   h i g h li g h ti n g   en h a n ce d   s u p p o r f r o m   t h o p t im i ze d   n et wo r k   c o n f i g u r a ti o n .   At  A y e d ( B u s   1 1 ) ,   n o ta b le   v o lta g im p r o v em en t   was   r ec o r d ed   f r o m   0 . 9 7 7   t o   0 . 9 8 7   p . u . ,   s h o w ca s i n g   b ett er   r ea cti v p o w er   m a n a g em e n t .   T h es v o lt a g e   im p r o v e m e n ts   s u g g est   e f f ec ti v e   m iti g ati o n   o f   lo w - v o lt a g e   c o n d iti o n s ,   e n h a n ce d   l o a d - s h a r i n g   a n d   b e tte r   r e ac ti v p o we r   d is tr ib u t io n   a c r o s s   t h e   n et wo r k .   T h e   m aj o r it y   o f   t h b u s es - m ai n ta in e d   v o l tag le v e ls   c lo s to   th e   n o m i n al  v al u e   o f   1 . 0   p . u . ,   s ig n i f y in g   a   m o r e   s ta b l a n d   b al an ce d   s y s t em   as   d e p i cte d   i n   Fi g u r 4 .   B o th   th ac tiv an d   r ea ctiv p o wer   was  r ed u ce d   s ig n i f ican tly .   T h ac tiv p o wer   lo s s es  d ec r ea s ed   f r o m   3 6 . 0 1 3   to   2 5 . 3 7 1   MW,  r ep r esen tin g   ap p r o x im ately   2 9 . 5 o f   th ac tiv e   p o wer   lo s s   r ed u ctio n ,   an d   th e   r ea ctiv p o wer   lo s s es  r ed u ce d   f r o m   3 0 1 . 3 0   to   2 1 1 . 5 9   MV A r ,   a   r ed u ctio n   o f   ab o u 2 9 . 8 % .   T h ese  r ed u ctio n s   in d icate   en h an ce d   tr a n s m is s i o n   ef f icien cy ,   r ed u ce d   I ²R   lo s s es,  an d   im p r o v ed   n etwo r k   s tab ilit y .   T h e   m in im ized   r ea ctiv e   p o wer   lo s s es  d em o n s tr ate  b etter   v o lta g r eg u latio n   an d   r ea ctiv e   p o wer   s u p p o r t.   T h e   o p tim ized   n etwo r k   co n f i g u r atio n   ef f ec tiv el y   r e d is tr ib u tes  p o wer   f l o ws,  r ed u ce s   lin o v er l o ad in g ,   an d   m in im izes  r esis tiv lo s s es,  co n tr ib u tin g   to   o v er all  im p r o v e d   o p er atio n al  ef f icien c y ,   as  s h o wn   in   Fig u r e   5 .   T h e   ad d itio n   o f   tr a n s m is s io n   lin es  ad d r ess ed   lin co n g esti o n   an d   im p r o v ed   lo a d   d is tr ib u ti o n ,   alig n in g   with   ex is tin g   liter atu r em p h asizin g   o p tim al  n etwo r k   r ec o n f i g u r atio n   f o r   lo s s   m in im izatio n   a n d   v o ltag p r o f ile  en h an ce m e n [ 3 ] [ 5 ] ,   an d   [ 7 ] .   T h u s o f   W APSO  to   o p tim ize  lin ad d itio n s   d em o n s tr ate s   n o v el  ap p r o ac h   to   ac h iev in g   th ese  im p r o v em e n ts ,   o f f er in g   m o d el  f o r   o th e r   r eg io n al  g r id s .           Fig u r 4 .   Vo ltag e   p r o f ile  b ef o r an d   a f ter   th W ester n   Nig er ian   1 4 - b u s   n etwo r k   r ec o n f ig u r atio n           Fig u r 5 .   Activ p o wer   lo s s es o f   th W ester n   Nig er ian   p o we r   s y s tem   af ter   r ec o n f ig u r atio 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         P o w er lo s s   r ed u ctio n   a n d   s ta b ilit en h a n ce men o f p o w er sys tem     ( Tit u s   Te r w a s A ko r )   6021   3 . 2 .     Ro t o a ng le  s t a bil it y   o p t im iza t io n f o t he  1 4 - bu s   Weste rn  po wer   net wo rk     T h r o to r   a n g le  s tab ilit y   o p ti m izatio n   r esu lts   f o r   th 1 4 - b u s   W ester n   Nig er ian   p o wer   n etwo r k ,   as  p r esen ted   in   T ab le  2 ,   c o n f ir m   s tab le  s y s tem   u n d er   th h y b r id   W APSO   ap p r o ac h .   T h o p tim izatio n   f o cu s ed   o n   im p r o v in g   r o to r   an g le  s tab ilit y   b y   f in e - tu n in g   th r ee   k e y   p ar am eter s   f o r   ea ch   g en er at o r   in clu d in g   ex citer   g ain   ( ) ,   v o ltag s ch ed u le  (   ) ,   a n d   p o wer   d is p atch   (   ) .   T h e   s tu d y   was  co n d u cte d   o n   th   14 - b u s   s y s tem ,   wh ich   in clu d e s   f o u r   g en e r ato r s   lo ca ted   at  b u s es  1 ,   9 ,   1 0 ,   a n d   1 4 ,   with   a   to tal  lo ad   d em an d   o f   2 4 . 0 8 6   p . u .   T h o p tim izatio n   s u cc ess f u lly   m et  th is   d em an d   with   an   ex ac d is p atch   m atch   o f   2 4 . 0 8 6   p . u .   T h e   m ax im u m   r o to r   an g le   d ev iat io n   r ec o r d ed   was  1 . 5 6 6 9   r a d ,   s lig h tly   b el o th s tab ilit y   th r esh o l d   o f   π/2   ( ap p r o x im ately   1 . 5 7   r ad ) ,   co n f ir m in g   th at  th s y s tem   r em ain s   s tab le  an d   m ak in g   th r esu lts   tan g ib le  an d   m ea s u r ab le.         T ab le  2 .   Op tim ized   p ar am eter s   f o r   r o to r   an g le  s tab ilit y   o f   th 1 4 - b u s   n etwo r k   B u s   N o .          ( p u )      F i n a l   D e l t a   ( r a d )   1   2 5 0   1 . 0 5   1 0 . 8 4 7   1 . 5 6 6 9   9   50   1 . 0 5   3 . 3 5 0   0 . 7 2 2 2   10   2 5 0   1 . 0 5   5 . 7 5 0   1 . 2 0 6 4   14   2 5 0   1 . 0 5   4 . 1 3 9   1 . 5 6 5 4       T h ex citer   g ain   v alu es  f o r   b u s es  1 ,   9 ,   1 0 ,   an d   1 4   wer s e at  2 5 0 ,   5 0 ,   2 5 0 ,   a n d   2 5 0 ,   r e s p ec tiv ely .   No tab ly ,   b u s es  1 ,   1 0 ,   an d   1 4   r ea ch ed   th u p p er   lim it  o f   th ass u m ed   o p tim izatio n   r an g ( 5 0 - 2 5 0 ) .   Hig h   ex citer   g ain s   e n h an ce   th e   r esp o n s iv en ess   o f   th e   au to m atic   v o ltag e   r eg u lato r   ( AVR)  b y   in cr ea s in g   th e   f ield   v o ltag (  )   to   m ain tain   ter m in al  v o ltag n ea r   th s ch ed u led   v alu (   ) .   Ho wev er ,   e x ce s s iv g ain s   ca n   lead   to   o v er - ex citatio n ,   p o ten tially   ca u s in g   s ig n if ican r o to r   an g le  s win g s   o r   ev en   in s tab ilit y .   B u s   9 ,   o n   th o th e r   h an d ,   h a d   a   m u ch   l o wer     o f   5 0 ,   th e   lo west  allo wab le  v alu e,   s u g g esti n g   th at   lo w er   ex citer   g ain   at  th is   lo ca tio n   h elp s   d am p en   o s cillatio n s .   T h is   is   d u to   its   lo wer   in er tia  ( H = 4 )   an d   its   p o wer   d is p atch   b ein g   at  th m ax im u m   allo wab le  lim it  ( 3 . 3 5   p u ) .   T h h ig h   e x citer   g ain   v alu es  at  b u s es  1 ,   1 0 ,   a n d   1 4   in d icate   n ee d   f o r   s tr o n g   v o ltag e   s u p p o r t,  d r iv en   b y   th eir   s u b s tan tial  p o wer   d is p atch es  ( 1 0 . 8 4 7 ,   5 . 7 5 ,   an d   4 . 1 3 9   p u ,   r esp ec tiv ely ) .   Ho we v er ,   t h u n if o r m   ap p licatio n   o f   th e   u p p e r   lim it  s u g g ests   th at  th e   o p tim izatio n   p r o ce s s   m ay   h av b ee n   co n s tr ain ed ,   p o ten ti ally   o v er lo o k in g   m o r o p tim a in ter m ed iate  v al u es.  T h o p t im izatio n   b alan ce d   tr an s ien s tab ilit y   with   s tead y - s tate  p er f o r m an ce ,   th o u g h   th e   u n if o r m   v o ltag s ch ed u le  an d   h ig h   ex citer   g ain s   at  m o s b u s es  s u g g est  p o ten tial  o v er - ex citatio n   r is k s .   T h lo wer     at  B u s   9   ef f ec tiv ely   d am p en e d   o s cillatio n s ,   lev er ag in g   its   lo wer   in er tia.   T h ese  f in d in g s   a lig n   with   th s win g   eq u atio n   d y n am ics  ( (4 ) - ( 6 ) ( 18 ) - ( 19 ) )   an d   cr itical  clea r in g   tim ( 2 5 ) ,   p r o v id i n g   r o b u s f r am ewo r k   f o r   tr an s ien s tab ilit y   an aly s is .   T h v ar iatio n   in   e x citer   g ain   v alu es  ac r o s s   th g en er ato r s   d e m o n s tr ates  th o p tim izer s   a ttem p to   b alan ce   d am p in g   ef f o r ts   ef f ec tiv ely .   T h v o ltag e   s ch ed u le  was  u n i f o r m ly   s et  at  1 . 0 5 0   p u   ac r o s s   all  b u s es,  r ea ch in g   t h u p p er   l im it  o f   th e   o p tim izatio n   r a n g ( 0 . 9 5   to   1 . 0 5   p u ) .   T h is   v al u m ax im izes  v o ltag s u p p o r t,  wh ic h   in   tu r n   en h an ce s   s y n ch r o n izi n g   to r q u an d   i m p r o v es  tr an s ien s tab ilit y   b y   in cr ea s in g   elec tr ical  p o wer   o u tp u ( ) .   Ho wev er ,   s ettin g   all  v o ltag s ch ed u les  at  th m ax im u m   m ay   r esu lt  in   o v er - v o ltag es  in   ce r tain   ar ea s   o f   th e   n etwo r k ,   p o ten tially   s tr ess in g   eq u ip m en o r   lead in g   to   v o ltag in s tab ilit y   if   r ea ctiv p o wer   lim its   ar e   ex ce ed ed .   T h u n if o r m ity   o f       s u g g ests   th at  th o p tim ize r   p r io r itized   m ax im izin g   s y n ch r o n izin g   to r q u f o r   all  g e n er ato r s .     T h to tal  p o wer   d is p atch   ex ac tly   m atch ed   t h tar g et   lo ad   d e m an d   o f   2 4 . 0 8 6   p u ,   s atis f y in g   th p o wer   b alan ce   co n s tr ain t.  B u s es  9   an d   1 0   we r f u lly   u tili ze d ,   o p er atin g   at  th eir   m a x im u m   li m its   ( 3 . 3 5   p u   an d     5 . 7 5   p u ,   r esp ec tiv ely ) ,   wh ile  B u s   1   was  n ea r   its   lim it  ( 1 0 . 8 4 7   p u   o u t   o f   1 3 . 2   p u ) .   I n   co n t r ast,  B u s   1 4   o p er ate d   s ig n if ican tly   b elo its   ca p ac it y   ( 4 . 1 3 9   p u   o u o f   8 . 5   p u ) .   T h d is p atch   d is tr ib u tio n   was  u n ev en ,   with   B u s   1   s h o u ld er in g   th lar g est  s h ar e   ( 4 5 o f   th to tal  d is p atch ) ,   f o llo wed   b y   B u s   1 0   ( 2 4 %),   B u s   1 4   ( 1 7 %),   a n d     B u s   9   ( 1 4 %).   T h h ea v y   r elian ce   o n   B u s   1 ,   wh ich   h as  h i g h   in er tia  ( H = 6 . 5 ) ,   s u g g ests   th at  th o p tim izatio n   s tr ateg y   lev er ag ed   its   s tab ilit y   to   m an ag s ig n if ican p o r tio n   o f   th lo a d .   T h f ac th at  B u s es  9   an d   1 0   r ea ch ed   th ei r   m ax im u m   lim its   im p lies   th at  th s y s tem   is   co n s tr ain ed   b y   th eir   ca p ac ities ,   p o ten tially   lim itin g   its   ab ilit y   to   ac co m m o d ate  ad d itio n al  co n tin g e n cies.  Me an wh ile,   B u s   1 4 ,   wh ich   o p er a ted   well  b elo it s   ca p ac ity ,   co u ld   h av b ee n   u t ilized   m o r ef f icien tly   t o   b al an ce   th lo ad   d is tr ib u tio n .   I t   is   lik ely   th at  th o p tim izer   r ed u ce d   B u s   1 4 s   d is p atch   to   m in im ize  r o to r   an g le  s win g s ,   as  its   lo wer   in er tia  ( H = 1 . 3 7 )   m a k es  it  m o r s u s ce p tib le  to   o s cillatio n s .   T ab le  2   f u r th er   h ig h lig h ts   th a th m ax im u m   r o to r   a n g le  d ev iatio n   was  1 . 5 6 6 9   r a d   at  B u s   1 ,   ju s t   b elo th e   s tab ilit y   th r esh o ld   o f   π/2 .   T h is   c o n f ir m s   th at  th e   s y s tem   m ain tain s   s y n ch r o n is m   s in ce   r o to r   an g les   ex ce ed in g   π/2   ty p ically   lead   t o   lo s s   o f   s tab ilit y   as  co n f ir m e d   in   [ 2 0 ] .   B u s   9   ex h i b ited   th e   s m allest  d ev iatio n   ( 0 . 7 2 2 2   r ad ) ,   lik ely   d u to   it s   lo ex citer   g ain   a n d   f u ll  u tili za tio n   o f   its   ca p ac ity ,   w h ich   m in im ized   its   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.