I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   1 ,  Ma r ch   2 0 1 7 ,   p p .   1 ~ 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 1 . p p 1 - 9          1       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   An Ev a lua tion o f  Lin ea r Ti m e  Freq uency  Dist ributio n  Ana ly sis   for VSI Sw itch  F a ults Identi ficatio n       M.   F .   H a bb a n 1 ,  M .   M a na p 2 ,  A.   R.   Abdu lla h 3 ,   M .   H .   J o pri 4 ,   T .   Su t i k no 5   1, 3, 4   F a c u lt y   o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   Un iv e rsiti   T e k n ik a l  M a la y sia   M e lak a   (UTe M ),   M a lac c a ,   M a lay sia   2   F a c u lt y   o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g   T e c h n o lo g y ,   Un iv e rsiti   T e k n ik a l  M a lay si a   M e lak a   (U T e M ),   M a lac c a ,   M a la y sia   5   De p a rtm e n t  o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g ,   Un iv e rsitas   A h m a d   Da h lan   (UA D),  Yo g y a k a rt a ,   In d o n e sia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 7 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   No v   2 2 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   Dec   3 ,   2 0 1 6       T h is   p a p e r  p re se n t   a n   e v a lu a ti o n   o f   li n e a r  ti m e   f re q u e n c y   d istri b u t io n   a n a ly sis  f o r  v o lt a g e   so u rc e   in v e rter  s y ste m   (V S I).   P o w e r  e lec tro n i c   n o w   a re   h ig h ly   d e m a n d   in   in d u strial  su c h   a s  m a n u f a c tu rin g ,   in d u str ial  p ro c e ss   a n d   se m ico n d u c to r   b e c a u se   o f   th e   r e li a b il it y   a n d   su sta in a b i li ty .   Ho w e v e r,   th e   p h e n o m e n o n   th a t  h a p p e n e d   i n   sw it c h   f a u lt   h a s  b e c o m e   a   c rit ica l  is su e   in   th e   d e v e lo p m e n t  o f   a d v a n c e d .   T h is  c a u se s  p ro b lem s  th a t  o c c u r  stu d y   o n   f a u lt   sw it c h   a t  v o lt a g e   so u rc e   in v e rt e r   (V S I)  m u st  b e   id e n ti f ied   m o re   c lo se ly   so   th a t  p ro b lem s  li k e   th is  c a n   b e   p re v e n ted .   T h e   T F D  w h ich   is  S T F T    a n d   S - tran sf o rm   m e th o d   a re   a n a l y z e d   th e   sw it c h   f a u lt   o f   V S I.     T o   i d e n ti f y   t h e   V S I  sw it c h e s  f a u lt ,   th e   p a ra m e t e r  o f   fa u lt   sig n a l  su c h   a s  in sta n tan e o u s   o f   a v e ra g e   c u rre n t,   RM S   c u rre n t ,   RM S   f u n d a m e n tal  c u rre n t,   t o tal   w a v e f o r m   d isto rti o n ,   t o tal  h a rm o n ic  d ist o rti o n   a n d   t o tal  n o n - h a rm o n ic  d isto r t io n   c a n   b e   e sti m a ted   f ro m   T F D.  T h e   a n a l y sis  in f o r m a ti o n   a re   u se f u l  e sp e c iall y   f o r   in d u strial  a p p l ica ti o n   i n   th e   p ro c e ss   f o r  id e n ti fy   th e   s w it c h   fa u lt   d e tec ti o n .   T h e n   th e   a c c u ra c y   o f   b o th   m e th o d ,   w h ich   m e a n   S T F T   a n d   S - tra n sf o rm   a re   id e n ti f ied   b y   th e   lo w e st  v a lu e   o f  m e a n   a b so lu te  p e rc e n tag e   e rro r  ( M A P E).   In   a d d it i o n ,   th e   S - tran sf o rm   g i v e s  a   b e tt e r  a c c u ra c y   c o m p a r e   w it h   S T F T   a n d   it   c a n   b e   im p le m e n t  f o r  f a u lt   d e tec ti o n   sy ste m .   K ey w o r d :   Op en   s w itc h   f au lt   Sh o r t  s w itc h   f au l t   Sh o r t  t i m e  f o u r ier   t r a n s f o r m   S - t r a n s f o r m   T im e  f r eq u en c y   d is tr ib u tio n   T im e  f r eq u en c y   r ep r esen tatio n   Vo ltag e  s o u r ce   i n v er ter   Co p y rig h t  ©   201 7   In s t it u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M.   F.  Hab b an ,    A d v an ce d   Di g ital Si g n al  P r o ce s s i n g   Gr o u p ,   Fac u lt y   o f   E lect r ical  E n g i n ee r i n g ,   Un i v er s iti T ek n ik al   Ma la y s ia  Me lak a,   Han g   T u ah   J a y a,   7 6 1 0 0   Du r ian   T u n g g al,   Me la k a,   Ma la y s ia .   E m ail:  f ar ea s t.1 7 1 0 @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  v ast  m aj o r ity   o f   t h e  ele ctr ical  d r iv e  f r a m e w o r k s   i n   m o d er n   p r o ce s s   ar e  p r esen te d   to   h as h   en v ir o n m e n t  w h ic h   ca n   d i m i n is h   th e  li f e  ex p ec ta n c y   o f   th e  in v er ter   b ec au s e  o f   r eg u la r   m at u r i n g   p r o ce s s .   A lo n g   t h ese   li n es,  to   k ee p   u p   th e  e x ec u tio n   a n d   d ep en d ab ilit y ,   p r o tectin g   th e   s tr en g th   o f   th e   i n v er ter   i s   a m az i n g l y   es s en tia l.  T h is   is s u e  h as  p u l led   in   n u m er o u s   an al y s t s   to   e n h an ce   d ef icien ci es  r ec o g n itio n   an d   an al y s is   s y s te m s .   Stat is tical   in f o r m atio n   d e m o n s tr ates   t h a t  6 3 %  r eg ar d in g   t h e  i n v er ter   ex p er ien ce   f a u lt s   in s id e  th e  p r ec ed in g   a  y ea r   o v er   o p er atio n   an d   7 0 %  o f   th e  s h o r t  cir cu it  h ap p en ed   ar e  id en ti f ied   w i th   p o w e r   s w itc h   w h ich   clas s es  in to   s h o r t  cir cu it  f a u lt,  o p en   cir c u it  f au lt  a n d   g a te - m i s f ir in g   f a u lt  [ 1 ] .  T h e  w a v e f o r m   an al y s is   s tr ateg ies  ca n   b e  cl ass i f icatio n s   i n to   s eg m e n t  b ased   an d   f r a m e w o r k   b ased .   I n   s eg m e n t  b ased   s tr ateg ie s ,   s ta n d ar d   co m p o n e n ts   o f   in d u s tr ial  p o w er   co n v e r ter ,   f o r   ex a m p le,   en tr y w a y   s ig n a l  ch ec k i n g   a n d   o v er cu r r en t   p lan   is   u t ilize d   to   en s u r e  s tr o n g   s tate   s w itc h es.   T o   ascer tain   th e   p r o f itab le   r em ed ial   ac tio n ,   th i s   s c h e m e s   w h o   b u ilt - in   in cl u d i n g   an   au x iliar y   a n a lo g   cir cu itr y   f o r   ch an g e   ab n o r m alitie s   d etec tio n   h av e   to   o p er ate   b etw ee n   les s   th a n   1 0 μ s ec   to   p r ev en t   th e  s ilico n   c h ip   f r o m   h ar m s   [ 2 ] .   T h e  alg o r ith m i c   tech n iq u es  to   id en ti f y   t y p e  o f   f au lts   an d   its   lo ca tio n   w h ile  s y s te m   b ased   tech n iq u e  in   o t h er   w o r d   is   f o cu s i n g   o n   w a v e f o r m   an al y s i s   [ 3 ] .   F o r   w a v e f o r m   f u n d a m e n tal  an al y s i s ,   an   o p en   s w itc h   s h o r t   cir cu its   p r o d u ce d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 ,  Ma r ch   2 0 1 7   :    1   –   9   2   u n d es ir ab le  d c  s eg m e n t  i n   y iel d   cu r r en t  w a v e f o r m .   T h e  in v e r ter   b lam e  ca n   b e  f o llo w ed   b y   r ec o g n izin g   a  v a s t   d ev iatio n   o f   d ef icie n cie s   m ar k er   f r o m   th e ir   n o r m al  q u alit ie s   [ 4 ] .   A lg o r ith m ic  m e th o d s   th en   ag ai n   co n n ec ted   p r o p elled   class if ier   ca lcu latio n   to   d is tin g u i s h   f la w ed   i n v er ter   ig n o r es c o n s ta n t  y ield   esti m ati o n s   [ 5 ] .   I n   th is   p ap er ,   S  tr an s f o r m   i s   u tili ze d   to   r ep r esen t  to   th e  VSI   s w i tch e s   f a u lt  i n   co m b in e  w it h   ti m e - f r eq u en c y   r ep r ese n tatio n   ( T FR ) .   Fro m   t h e  T FR ,   t h e  s i g n al   o f   f a u lt   p ar a m eter s   ar e  ass e s s ed   s u c h   a s   in s ta n ta n eo u s   o f   r m s   cu r r en t,   r m s   f u n d a m e n tal  cu r r e n t,  av er ag e  cu r r en t,  to tal  w av e f o r m   d is to r tio n ( T W D) ,   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   an d   to tal  n o n - h ar m o n ic  d i s to r tio n   ( T n HD) .   T h en ,   q u alit ies  o f   th e  s i g n s   ar e  f i g u r ed   f r o m   th e   s i g n al  p ar a m eter s   an d   w ill  b e   u t ilized   a s   co n tr ib u tio n   f o r   r ec o g n it io n   an d   id e n ti f icati o n   s y s te m .       2.   VO L T A G E   SO URC E   I N VE RT E R  ( VSI )   SY ST E M   F AULT   I n   th i s   p ap er ,   th e  f a u lt  s ig n al   o f   VSI   is   m o d elin g   b y   u s i n g   M A T L A B   th at  d i s p la y ed   a s   a  p ar t  o f   Fig u r e   1 .   I t  is   co m p r is e  o f   DC   s u p p l y   o f   5 0 V  an d   R L C   cir cu it  as  est i m a ted   lo ad .   T h e  Si m u lin k   o f   V SI  co m p r is e   o f   g ate   s i g n al,   p u l s e   w id th   m o d u latio n   m o d u le s ,   f au lt  g e n er atio n   m o d u le s .   Fi g u r e  1   u n d er n ea th   ar e  d em o n s tr ated   K1   s h o w   o p en   cir cu it  an d   K2   is   s h o r t  o u t  is s u es.  I m p ed e  ar e  b r o u g h t  o n   o f   o v er   cu r r e n t  g ate   cir cu it  d eb ase m en t   af f ec t  io n izatio n   an d   b o n d   w ir e  b r e ak .   I f   th e  f a u lt  is   h ap p en e d ,   th e  s y s te m   w ill   au to m at icall y   s h u t d o w n ,   w h il e  th e  o p en   s h o r t o u t  w i ll b e  b r o u g h t a b o u t th e  s y s te m   p er f o r m ed   d eg r ad es.           Fig u r e  1 .   T h e  m o d el  o f   v o lta g e  s o u r ce   in v er ter   ( VSI )       3.   T I M E   F RE Q UE NCY  ANA L YS I S T E CH N I Q UE   T h e  s ig n al  ca n   b e  in ter p r eted   in to   ti m e  an d   f r eq u e n c y   d o m ai n   r ep r esen ted   f r o m   T im e  Fre q u en c y   R ep r esen ted   ( T FR )   th r o u g h   th e  ef f ec tiv e   tech n iq u e   T im e  Fr eq u en c y   Dis tr ib u tio n   ( T FDs ) .   T h er e  ar e  f e w   ti m e   f r eq u en c y   d i s tr ib u t io n   tec h n i q u e  w h ich   is   w a v elet  tr an s f o r m ,   s p ec tr o g r a m ,   S - tr a n s f o r m ,   s h o r t  t i m e   Fo u r ier   tr an s f o r m   ( ST FT )   an d   Gab o r   t r an s f o r m   [ 6 ] - [ 7 ] .       3 . 1 .   T i m e  F re q uency   Dis t rib utio n   T im e - f r eq u e n c y   d is tr ib u tio n s   ( T FDs )   tech n iq u e  s u ch   as  Sh o r t  T im e  Fo u r ier   tr a n s f o r m   ( ST FT)   an d   S - T r an s f o r m   ar e  co n s id er ed   a s   a  p o w er f u l  t o o l  to   r ep r ese n t   a  s i g n al  i n   b o th   ti m e  a n d   f r eq u en c y   d o m ai n   [ 8 ] .   Fro m   th e  T FR ,   th e  s p ec tr al  in f o r m atio n   o f   a  s ig n al  ca n   b e  o b s er v ed   in   ti m e  d o m ai n .   T h er ef o r e,   th e  T FDs   ar e   ap p r o p r iate  m eth o d   f o r   an a l y ze   s w itc h es   f au lt s   s i g n al s   t h a t  co n s i s t  o f   n o n - s tatio n ar y   a n d   m u lti - f r eq u en c y   co m p o n e n t  s ig n al.   T h e  s h o r t  ti m e  Fo u r ier   tr an s f o r m   ( ST FT )   an d   S - tr an s f o r m   ar e  a m o n g   t h e  f a m o u s   o r   f a m iliar   tec h n iq u e   an d   o f te n   u s ed   i n   in d u s tr y   s u c h   a s   co m m u n icat io n ,   p o w er   elec tr o n ic  an d   ac o u s tic.   Fro m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A n   E va lu a tio n   o f Lin e a r   Time  F r eq u en cy   Dis tr ib u tio n   A n a ly s is   fo r   V S I   S w itch   F a u lts   ....   ( M.  F .   Ha b b a n )   3   th e  co m b i n atio n   f r o m   th e  b est   f ea t u r es  o f   s h o r t  ti m e  Fo u r ier   tr an s f o r m   ( ST FT )   an d   w a v el et  tr an s f o r m   ( W T )   [ 5 ]   th e  S - T r an s f o r m   i s   cr ea ted .   S - T r an s f o r m   h as  p r o d u ce d   f r eq u en c y   d ep en d e n t  r eso lu tio n   o f   ti m e - f r eq u en c y   d o m ai n   an d   co m p letel y   r ef er s   to   p h ase  in f o r m a tio n .   T h e  b e n ef its   o f   t h is   tec h n iq u e  is   it  o f f er   m u lti - r eso l u tio n   an al y s is   w h ile  m ai n tai n i n g   t h e   ab s o lu te  p h ase  o f   ea c h   f r eq u e n c y .   ST FT  s ig n al  i s   d iv id ed   in to   s e v er al  m i n o r   s eg m e n ts   ca lled   win d o w   a n d   it  is   as s u m ed   as  s ta tio n ar y   i n   th ese  s e g m e n t s .   T h is   tec h n iq u e  w h ic h   o b tain ed   lo ca lizati o n   o f   Fo u r ier   a n al y s is   ca n   p er f o r m   tr an s f o r m a tio n   b y   s elec ti n g   ap p r o p r iate  d esir ed   w i n d o w   [ 9 ] .   T h e  r eso lu tio n   o f   t h e  f r eq u en c y   i s   i n v er s e l y   p r o p o r tio n ate  w it h   ti m e  r eso l u tio n   b u t n o t  f o r   s ize  w i n d o w s .   T h e  ST F T   o f   a  s ig n al  x ( t) ,   is   ca n   b e  d escr ib e  as:             ( t, f )   =  ∫     (   )     (       )                          ( 1 )     S - tr a n s f o r m   tec h n iq u e  is   cr ea t e   f r o m   co m b i n atio n   o f   ST FT   an d   w a v elet  tr a n s f o r m   [ 6 ]   to   o v er co m e  th e  li m i tatio n   o f   ST FT .   I t  p r o d u ce d   a  ti m e   f r eq u en c y   r ep r esen tatio n   o f   a  ti m e   s er ies   s ig n al  b y   u n iq u el y   co m b i n i n g   a  f r eq u e n c y - d ep en d en t  r eso lu tio n   t h at  s i m u ltan e o u s l y   lo ca lize s   th e  r ea l  an d   im ag in ar y   s p ec tr a.   I t  ca n   b e  v ie w ed   a s   f r eq u e n c y   d ep en d en t  ST FT   o r   p h ase  co r r ec ted   W av elet  tr an s f o r m .   T h e  b en ef it  o f   S - tr an s f o r m   is   t h at  it  o f f er s   m u l ti - r eso l u tio n   a n al y s i s   w h ile  m ain tai n i n g   t h e  ab s o lu te  p h a s e  ea ch   f r eq u e n c y .   I t   also   h as  ca p ab ilit y   to   d etec t   th e  d is tu r b an ce   co r r ec tl y   in   th e  p r esen t  o f   n o is e  w h ic h   is   v er y   f a m o u s   in   d etec tin g   p o w er   s y s te m   an d   d i s tu r b an ce s   [ 7 ] .   T h e  g en er al  S - tr an s f o r m   is   d e f in ed   b y   t h e  eq u atio n   [ 8 ] .     S x   ( t,f)   =  ∫   (   )   (       )         - j2πf   ( 2 )     W h er e  v  ( t)   is   th e  s i g n al  a n d   g   is   a  w in d o w s   f u n ctio n .   W in d o w s   f u n ctio n   i s   a  m o d u lated   Ga u s s ian   e x p r ess ed   b y :     g ( )   =                 (             )   ( 3 )     W h er e      is   t h e  f u n c tio n   o f   ti m e  an d   f r eq u en c y ,   f   d ef i n ed   as:                                                                                             ( f )   =            ( 4 )     3 . 2 .   Sig na l P a ra m et er   T h e  s ig n a l  p ar a m eter   ar e  est i m ated   f r o m   t h e  ca lcu lated   T FR .   T h e  s ig n al  p ar a m e ter   t h at  li s t  as   in s ta n ta n eo u s   R MS  c u r r en t,  I rm s   ( t)   in s tan ta n eo u s   av er a g e  cu r r en t,  I avg  ( t) ,   in s tan tan eo u s   R MS  f u n d a m e n tal   cu r r en t,  I 1r m s ( t) ,   i n s tan tan eo u s   to tal  w a v e f o r m   d i s to r t io n ,   T W D( t)   in s ta n ta n eo u s   to tal   h a r m o n ic   d is to r tio n ,   T HD( t) ,   an d   in s tan tan eo u s   t o tal  n o n - h ar m o n ic  d is to r tio n   T n HD( t) .   T h e  m o r e  d etails   ab o u t  th e  s i g n a l   p ar am eter   as  s h o w s   a s   p r ev io u s   r esear ch   [ 1 0 ] - [ 1 2 ] .     3 . 3 .   Sig na l C ha ra ct er is t ic   T h e  s ig n al  c h ar ac ter is tic  p r es en t  th e  i n f o r m atio n   o f   th e  s ig n al  an d   ar e  u s ed   as  i n p u t  f o r   b ase  r u le   b ase  class i f ier   to   cla s s i f y   an d   id en ti f y   s w itc h es   f a u lt s   s i g n a ls .   B y   u s i n g   th e   in s ta n tan eo u s   R MS  c u r r en t,  t h e   av er ag e  o f   R M S  cu r r e n t  ca n   b e  esti m ated   b y   u s i n g   ( 5 ) .   W h ile  d u r atio n   o f   s w it c h es  f au lt,  T d, fault ,   ca n   b e   id en ti f ied   f r o m   th e  i n s tan ta n e o u s   to tal  w a v e f o r m   d is to r tio n ,   T W D( t)   as  s h o w n   i n   eq u ati o n   ( 7 )   w h er e  T W D   thres  fault ,   is   th e  to tal  w a v ef o r m   d is to r tio n   th r es h o ld   f o r   s w itc h es f a u lts .     I rm s, m ean  =      ∫       rm s   ( t)   d t   ( 5 )     I rm s, m ean  =      ∫       av e   ( t)   d t   ( 6 )     T d, fault   =  ∫ *        1 ,   f o r   T W D  ( t)   ≥  TW D  thres, fault   ( 7 )                                     0,                                                                       x   ≥       elsewh ere     W h er e  T W D  t h r es   f a u lt i s   th e  t o tal  w a v ef o r m   d i s to r tio n   t h r es h o ld   f o r   s w itc h es  f au l t a n d   th e   th r es h o ld   is   s et  at  0 . 0 5   o r   5 % b ased   o n   an al y s is   m a d e  f o r   th i s   s i g n a l a s   s h o w n   in   T ab le  1 .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 ,  Ma r ch   2 0 1 7   :    1   –   9   4   T ab le  1 .   A n al y s i s   m a d e  f o r   t h i s   s i g n al   Ty p e   O f   F a u l t   S w i t c h   M i n i m u m   T h r e sh o l d   S h o r t   C i r c u i t   S 1   S 2   S 3   S 4   S 5   S 6   3 . 9 %   4 . 0 %   4 . 8 %   4 . 6 %   4 . 1 %   4 . 9 %   O p e n   C i r c u i t   S 1   S 2   S 3   S 4   S 5   S 6   4 . 6 %   3 . 8 %   4 . 1 %   4 . 2 %   3 . 5 %   4 . 5 %       T h e  ch ar ac ter is tics   an d   p ar a m eter   o f   th e  s i g n al  w av e f o r m   d i s to r tio n   s u ch   a s   w av e f o r m   d is t o r tio n ,   th e  in s ta n ta n eo u s   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   an d   i n s ta n ta n eo u s   to t al  n o n - h ar m o n ic  d i s to r tio n   is   a n al y ze d   a n d   u s ed   to   o b tain   th e  m ea n   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   a n d   n o n - h ar m o n ic  d is to r tio n   is   eq u atio n :     THD m ean  =      ∫       THD   ( t)   d t   ( 8 )     Tn HD m ean  =      ∫       TnHD   ( t)   d t   ( 9 )     T W D m ean  =      ∫       TWD   ( t)   d t   ( 1 0 )     3 . 4 .   Sw it ch  F a ult  Cla s s if ica t io n Sy s t e m   I n   th i s   a n al y s is ,   s i n ce   th e  s i g n al  c h ar ac ter is tic  p r o v id e  g o o d   p r io r   k n o w led g e  o f   t h e  s w i tch es  f a u lt  s ig n al,   t h e  r u le - b ased   is   s u itab le  to   b e  u s ed   f o r   t h e  s ig n al  c la s s i f icatio n .   T o   an al y ze   a n d   cl ass i f y   t h e  s w i tch e s   f au lt b ased   o n   ch ar ac ter is tic  o f   th e  s i g n a l th e  p s e u d o   co d e  ar e   u s ed .   Fu n ctio n   [ z] =r u le - b ased   clas s i f ier   ( T d, fault,   I ave, mean,   I rms , mean,   T HD ave, mean,   Tn HD ave, mean,   TWD a ve, mean )   I f   ( 0 1 1 0 1 1 )     z=   Op en   : S1   else if   ( 1 0 0 1 1 1 )           z=   Sh o r t :  S1   else if   ( 1 0 0 0 1 1 )           z=   Op en   : S2   else if   ( 0 1 1 1 1 1 )           z=   Sh o r t :  S2   else if   ( 1 0 1 1 0 1 )     z=   Op en   : S3   else if   ( 0 1 0 0 1 0 )     z=   Sh o r t :  S3   else if   ( 0 1 0 1 0 1 )     z=   Op en   : S4   else if   ( 1 0 1 0 1 0 )           z=   Sh o r t :  S4   else if   ( 1 1 0 1 1 0 )           z=   Op en   : S5   else if   ( 0 0 1 0 1 1 )           z=   Sh o r t :  S5   else if   ( 0 0 1 1 1 0 )     z=   Op en   : S6   else if   ( 1 1 0 0 1 1 )     z=   Sh o r t :  S6     3 . 5 .   P er f o r m a nce  M ea s ure m ent   T i m e  F re q uency   Dis t rib utio n   T h e  p r e d ictio n   p er f o r m a n ce   o f   b o th   tech n iq u e  w h ich   is   s h o r t  ti m e  Fo u r ier   tr an s f o r m   ( ST FT )   an d   S - tr an s f o r m   is   a n al y ze   b y   u s in g   m ea n   ab s o l u te  p er ce n ta g e  er r o r   ( MA P E ) .   T h is   an al y s is   r eq u i r ed   th e  co m p le x it y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A n   E va lu a tio n   o f Lin e a r   Time  F r eq u en cy   Dis tr ib u tio n   A n a ly s is   fo r   V S I   S w itch   F a u lts   ....   ( M.  F .   Ha b b a n )   5   o f   co m p u tatio n   an d   m e m o r y   s ize.   T h e  h ig h   ac cu r ac y   i s   d eter m in ed   i f   th e  v al u e  o f   M A P E   g et  is   s m all.   T h i s   an al y s is   h a v e  alr ea d y   test ed   i n   [ 1 3 ] .   T h e  ex p r ess io n   o f   M A P E   ca n   d escr ib e  as:       MAP E   =              ∑                            |       4.       RE SU L T S  A ND  ANA L YS I S   I n   th is   s ec t io n ,   th e  r esu lt  o f   s w itc h i n g   f a u lt  ar e   d is cu s s ed .   T h e  r esu lts   ar e  o b tain ed   f r o m   th e  T FD  b y   u s i n g   ST FT   an d   S - tr an s f o r m .   Fro m   ti m e - f r eq u e n c y   d i s tr ib u tio n   ( T FD)   th e  d etails  ar e  e x tr ac ted   in   ter m   o f   f r eq u en c y   a n d   s p ec tr al.   T h e  in s ta n ta n eo u s   R M S  cu r r en t ,   in s ta n ta n eo u s   a v er ag e  c u r r en t,  in s ta n tan eo u s   f u n d a m en ta l  R M S  cu r r e n t,  i n s ta n ta n eo u s   T W D,   in s tan ta n eo u s   T HD  an d   in s ta n ta n eo u s   T n HD   ar e  a m o n g   p ar am eter   t h at  an a l y ze d .   T h e  r esu lt c a n   b e  w h et h er   n e g ati v e  o r   p o s itiv e  v alu e  r el y   o n   t h e  f a u lt s w i tch .       4 . 1 .       Sh o rt   T i m e  F o urier  T ra ns f o r m   ( S T F T )   4 . 1 . 1 .   Sh o rt   Circ uit  S w it ches F a ults f o r  VSI   ( Upper  F a ult)   Fig u r e  2 a   h a s   s h o w n   t h e  s h o r t   cir cu it  s   o cc u r   at  p h a s e  a   as  i n d icate d   in   r ed   co lo r .   T h e  m a g n i tu d e   o f   s ig n al  d ec r ea s i n g   f r o m   1 . 5 A   t o   0 A   f o r   f a u lt  d u r atio n   o f   6 0 m s   s tar ti n g   f r o m   2 0 0   to   2 6 0 m s .   I n   o t h er   w o r d ,   f o r   b o th   ca s es,   th e   T FR   p r esen t  th at  f r eq u e n c y   o f   6 0 Hz  ap p ea r   alo n g   o f   ti m e   ax is   b u t,  D C   co m p o n e n t   ex i s t   d u r in g   2 0 0   to   2 6 0 m s   ti m e  i n te r v al  w h er e  t h e  f r eq u en c y   i s   s u p p r e s s   to   0 Hz  as  s h o w n   i n   Fig u r e  2 b .   B lu e  co lo r   r ep r esen ts   t h e  lo w es t  m a g n it u d e  w h ile  t h e  r ed   co lo r   r ep r esen t  as   h i g h est  m a g n it u d e  w h i ch   ca n   b e  o b s er v ed   f r o m   t h e  co n to u r   p lo ts .   As  ap p ea r ed   in   Fig u r e  2 d ,   th e  R M S  cu r r en t  f o r   s h o r t  o u t,  ab r u p tl y ,   in cr e m e n t  to   1 . 3 A   f r o m   it s   o s ten s ib le  esti m atio n   o f   1 . 1 7 A ,   w h ile   R M S  f u n d a m e n tal   cu r r en t   t h e n   a g ain   tu m b les   to   0 . 7 5 A   f o r   len g t h   o f   6 0 m s .   C o m p ar ativ e   tr ad e m ar k   w it h   n o r m al   cu r r en t  w h er e  t h e   s i g n a l  i s   f alli n g   f r o m   0 A  to   - 1 . 1 A  as  th e   f a u lt   s ig n al  e x is t s   j u s t  o n   t h e  n e g ativ e  c y c le.   T h e  p ar am eter   o f   to tal  n o n - h ar m o n i c  as  ap p ea r ed   in   Fig u r e  2 h   in cr e m e n t   f r o m   3 %   to   5 6 %  at   1 8 0 m s   f o r   s p a n   o f   7 0 m s .   Fo r   ag g r e g ate  co n s o n a n t   m u t ilatio n ,   t h e  e x te n t  k ee p s   up   at  2 %  as  ap p ea r ed   in   F ig u r e  2 g .   T h u s ,   Fi g u r e  2 f   d e m o n s tr ates  t h e  g r ea tn e s s   o f   a g g r eg ate  w a v e f o r m   co n to r tio n   ar o u n d   co m p ar ab le   w i th   to tal  n o n h ar m o n ic  b en d in g   o n   ac co u n t  o f   t h e  e n tire t y   o f   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   an d   to tal  n o n - h ar m o n ics d is to r tio n .             Fig u r e   2a .   Sig n al  s h o r t c ir cu it  s w itc h   f a u lt     Fig u r e   2b .   T FR   o f   s h o r t c ir cu i t f au lt u s in g   s p ec tr o g r a m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 ,  Ma r ch   2 0 1 7   :    1   –   9   6                                                                                                                        4 . 2 .       S - T ra ns f o r m   4 . 2 . 1 .   O pen Cir cuit   Sw it ches F a ult s   f o r  VSI     T h e  f au lt  an al y s is   d o n e  b y   u s i n g   S - tr a n s f o r m   tec h n iq u e.   At  S 32   th e  o p en   cir cu it  f au lt  is   o cc u r   an d   th e   m ag n it u d e  v al u e  is   i n cr ea s e  at  ti m e  2 0 0 m s   to   2 6 0 m s   is   s h o w n   in   Fi g u r e  3 a .   T h e  f au lt  s ig n a l  y ield   th e  D C     Fig u r e   2 c.   C h ar ac ter is t ic  o f   in s tan ta n eo u s   av er a g e   cu r r en t  f o r   s h o r t c ir cu it s w itc h   f au l t     Fig u r e   2d.   I n s tan ta n eo u s   R M S   cu r r en t o f   s h o r t c ir cu it   s w itc h   f a u lt     Fig u r e   2 e.   I n s tan tan eo u s   R MS   f u n d a m e n tal  cu r r en t   o f   s h o r t c ir cu it  s w itc h   f au lt     Fig u r e   2 f .   I n s tan ta n eo u s   T o tal   W av ef o r m   Di s to r tio n       Fig u r e   2 g .   I n s ta n ta n eo u s   T o tal   Har m o n ic  Dis to r tio n     Fig u r e   2 h .   I n s ta n ta n eo u s   T o tal   No n h ar m o n ic   Dis to r tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A n   E va lu a tio n   o f Lin e a r   Time  F r eq u en cy   Dis tr ib u tio n   A n a ly s is   fo r   V S I   S w itch   F a u lts   ....   ( M.  F .   Ha b b a n )   7   co m p o n e n t   an d   r ed u ce s   t h e  s i g n al   m ag n it u d e  at   f u n d a m e n t al  f r eq u e n c y   as   i n d icate d   b y   i ts   T FR   i n   r ed   co lo r   f o r   h i g h e s t a m p li tu d e  an d   lo west is   s h o w n   i n   b lu e  co n to u r   c o lo r   p lo t u s in g   S - tr a n s f o r m   t h at  p r esen ted   at  3 b .    Fro m   T FR   t h e  s ig n al   p ar a m eter   f o r   o p en   s h o r t  f au lt  ar e   an al y ze d   an d   s h o w n   at   Fi g u r e   3 .   T h e  p ar am eter   lik e   in s ta n ta n eo u s   o f   R M S  a n d   th e   R M S  f u n d a m en tal  c u r r en t  ar e  s li g h tl y   lo w er   t h a n   t h e  n o m i n al   v alu e  o f   1 . 1 8 A   w h ich   ar e  1 . 0 A   an d   0 . 7 A   as  s h o w n   in   F ig u r e  3   ( a)   an d   ( b ) ,   r esp ec tiv el y .   Ho w e v er ,   th e  in s ta n ta n eo u s   o f   av er a g e  cu r r en t  is   0 . 7 A   w h ic h   is   h i g h er   f r o m   its   n o m i n al  v alu e,   0 A ,   w h ile  th e  m ag n it u d e  o f   to tal  w a v e f o r m   d i s to r tio n   a n d   to tal  n o n h ar m o n ic  d i s to r tio n   in cr ea s e  b et w ee n   5 0 %  a n d   4 5 %  f o r   d u r atio n   o f   6 0 m s   w h i le  f o r   to tal  h ar m o n ic   d is to r tio n ,   th e  m a g n it u d e  m ai n tai n s   at  2 8 % f o r   o p en   cir cu it  s w itc h es  f au l t.           Fig u r e   3 c.   C h ar ac ter is t ic  o f   av er ag e  cu r r en t     Fig u r e   3d.   I n s tan ta n eo u s   R M S   cu r r en t         Fig u r e   3 e.   I n s tan tan eo u s   R MS   f u n d a m e n tal  c u r r en t     Fig u r e   3 f .   I n s tan ta n eo u s   to tal  w a v e f o r m   d is to r tio n       Fig u r e   3 a. T h e  s ig n al  o f   p h ase  f o r   o p en   s w itch   f a u lt       Fig u r e   3b.   T FR   o f   o p en   s w itc h   f a u lt  u s i n g   S - tr a n s f o r m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   1 ,  Ma r ch   2 0 1 7   :    1   –   9   8       5.   CO NCLU SI O N     T h e  ev al u atio n   o f   th e   p er f o r m a n ce   a n al y s i s   i n   th i s   p ap er   is   co n tr ib u te  th e   k n o w led g e     an d   u n d er s tan d i n g   ab o u t  lin ea r   ti m e  f r eq u en c y   d is tr ib u tio n   b et w ee n   t w o   d if f er en ce   tec h n i q u e  w h ic h   is   ST FT  an d   S - tr an s f o r m .   B o th   tech n iq u e  h av e   b ee n   u s ed   i n   o p en - s h o r t c ir cu it  f a u lt a n al y s is   f o r   V SI  s y s te m .   B ased   o n   r esu lt,  t h e  p er f o r m an ce   o f   o p en - s h o r t  cir c u it  f au lt  f o r   V SI  s y s te m   h av e   b ee n   id e n ti f ied   w i th   e s ti m ate  p ar am eter   s u c h   a s   i n s ta n ta n eo u s   R MS  c u r r en t,  i n s ta n ta n eo u s   av er a g e  cu r r e n t,  as  i n s ta n ta n eo u s   R M S   f u n d a m en ta l  cu r r en t,  in s ta n ta n eo u s   T W D,   in s tan ta n eo u s   T HD  an d   i n s ta n ta n eo u s   T n HD.   T h e  co n clu s io n   t h at   ca n   m ad e  is   b o t h   tec h n iq u e   y ield   co m p ar ab le  s ig n al  p ar a m eter ,   b u t   th e   b est  tec h n iq u e  ar e  S - tr a n s f o r m   b ec au s e  p r o v id e  m o r e  ac cu r ac y   th a n   t h e  ST FT .       ACK NO WL E D G E M E NT S    T h is   r esear ch   is   s u p p o r ted   b y   A d v a n ce   Di g ital  Si g n al  P r o c ess i n g   L ab o r ato r y   ( A DSP   L a b ) .   Sp ec ial  th an k s   al s o   to   t h e  Fac u lt y   o f   E lectr ical  E n g i n ee r i n g   an d   E n g i n ee r i n g   T ec h n o lo g y   o f   Un i v er s iti   T ek n i k al   Ma la y s ia  Me lak a  ( UT eM ) ,   Facu lt y   o f   E n g i n ee r in g   T ec h n o lo g y   f o r   g i v in g   t h e  co o p er atio n   an d   f u n d i n g   f o r   th is   r esear c h   w it h   g r a n t n u m b er   PJ P /2 0 1 5 /F T K( 2 4 C ) S0 1 4 4 4 .   T h eir   s u p p o r t is g r atef u ll y   a ck n o w led g ed .       RE F E R E NC E S   [1 ]   F .   W .   F u c h s,  “ S o me   d i a g n o sis  me th o d s  fo r  v o lt a g e   so u rc e   in v e rte rs   in   v a ria b le  sp e e d   d riv e s   wit h   in d u c ti o n   ma c h in e s — A  s u rv e y , ”   in   P ro c .   2 9 th   A n n u .   Co n f .   IEE E  I n d .   El e c tro n .   S o c . ,   R o a n o k e ,   p p .   1 3 7 8 –   1 3 8 5 ,   2 0 0 3 .   [2 ]   F .   Rich a rd e a u ,   e t  a l. ,   “ F a il u re s - to lera n c e   a n d   re m e d ial  stra teg i e s  o f   a   P W M   m u lt ice ll   in v e rter,”   IEE E  T ra n s.  Po we r   El e c tro n ,  v o l /i ss u e :   17 ( 6 ) ,   p p .   9 0 5 – 9 1 2 ,   2 0 0 2 .   [3 ]   W .   S les z y n sk i,   e t  a l. ,   “ Op e n - tran sisto r  f a u lt   d iag n o stics   i n   v o lt a g e   so u rc e   in v e rters   b y   a n a l y z in g   th e   lo a d   c u rre n ts, ”   IEE E  T ra n s.  I n d .   El e c tro n ,   v o l /i ss u e :   56 ( 11 ) ,   p p .   4 6 8 1 – 4 6 8 8 ,   2 0 0 9 .     [4 ]   L .   Bin   a n d   S .   K.  S h a rm a ,   “ A  li te ra tu re   re v ie w  o f   I GBT  f a u lt   d iag n o stic  a n d   p ro tec ti o n   m e th o d s  f o r  p o w e r   in v e rters , ”   IEE E  T ra n s.  I n d .   Ap p l . ,   v o l /i ss u e :   45 ( 5 ) ,   p p .   1 7 7 0 – 1 7 7 7 ,   2 0 0 9 .   [5 ]   M .   A .   M a sru r,   e t  a l. ,   “ In telli g e n t   d iag n o sis  o f   o p e n   a n d   sh o r t  c ircu it   f a u lt s  in   e lec tri c   d riv e   in v e rters   f o r  re a lt ime   a p p li c a ti o n s,”  IET   Po we r E lec tro n ,   v o l.   3 ,   p p .   2 7 9 –   2 9 1 ,   2 0 1 0 .   [6 ]   R.   G .   S to c k w e ll ,   e t  a l. ,  “ L o c a li z a ti o n   o f   th e   c o m p lex   sp e c tru m :  th e   S   tran sf o rm , ”   S ig n a l  Pro c e ss in g ,   IE EE   T ra n sa c ti o n s  o n ,   v o l /i ss u e :   44 (5 - 7) ,   p p .   9 9 8 - 1 0 0 1 ,   1 9 9 6 .   [7 ]   L .   Bin   a n d   S .   K.  S h a rm a ,   “ A  li tera tu re   re v ie w  o f   I GBT  f a u lt   d iag n o stic  a n d   p ro tec ti o n   m e th o d s   f o r  p o w e r   in v e rters , ”   IEE E  T ra n s.  I n d .   Ap p l . ,   v o l /i ss u e :   45 ( 5 ) ,   p p .   1 7 7 0 – 1 7 7 7 ,   2 0 0 9 .   [8 ]   N.   Ro y   a n d   K.   Bh a tt a c h a r y a ,   “ Id e n ti fi c a ti o n   a n d   Cla ss if ica ti o n   o f  Fa u lt   u sin g   S - T r a n sfo rm   in   a n   Un b a la n c e d   Ne two rk , ”   IEE E  1 st   I n tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   Co n d it i o n   A ss e ss m e n t  T e c h n iq u e s  in   El e c tri c a l  S y ste m ,   p p .   1 1 1 - 115 ,  2 0 1 3 .    [9 ]   H.  J.  Bo ll e n   a n d   Y.  H.  G u ,   “ S ig n a l  P ro c e ss in g   o f   P o w e r  Qu a li ty   Dis tu rb a n c e s , ”   W il e y - In ters c i e n c e ,   2006 .   [1 0 ]   Y.   H.  W a n g ,   “ T h e   T u to rial:  S - tran sf o rm , ”   Na ti o n a l  T a iwa n   Un iv e rsity ,   T a ip e i,   T a i w a n ,   ROC,  T a i w a n ,   2 0 0 6 .   [1 1 ]   H.  F ra n z   a n d   A .   F ra n c o is,   “ T im e   F re q u e n c y   A n a l y sis: co n c e p t  a n d   M e th o d s ,”   W il e y   - 6 ,  2 0 0 8 .   [1 2 ]   G irau lt   J .  M . ,  e t  a l .,  “ Esti m a ti o n   o f   th e   b lo o d   d o p p ler  f re q u e n c y   sh if t  b y   a t i m e - v a r y in g   p a ra m e tri c   a p p ro a c h ,”   Ultra so n ics ,   vol .   38 ,   p p .   6 8 2 - 6 8 7 ,  2 0 0 0 .   [1 3 ]   A .   R.   A b d u ll a h   a n d   A .   Z.   S h a ’m e ri,   “ Po we r  Qu a li ty  u si n g   L i n e a r  T ime   Fre q u e n c y   Distrib u ti o n ,”   IEE E   2 nd   In tern a ti o n a l  P o w e r  a n d   En e rg y   Co n f e re n c e   (P EC o n ) ,   p p   3 1 3 - 3 1 7 ,   2 0 0 8 .     Fig u r e   3 g .   I n s ta n ta n eo u s   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n       Fig u r e   3 h .   I n s ta n ta n eo u s   to tal  n o n - h ar m o n ic  d is to r tio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       A n   E va lu a tio n   o f Lin e a r   Time  F r eq u en cy   Dis tr ib u tio n   A n a ly s is   fo r   V S I   S w itch   F a u lts   ....   ( M.  F .   Ha b b a n )   9   B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS       M o h d   F a iz  b i n   Ha b b a n   w a s  b o r n   i n   P e ra k ,   M a lay sia   o n   1 9 8 7 .   He   g ra d u a ted   w it h   Ba c h e lo r   o f   El e c tri c a l  En g in e e rin g   T e c h n o lo g y   in   P o w e r  In d u stry   (Ho n s . )  f ro m   Un iv e rsiti   T e k n ik a l  M a la y sia   M e lak a .   He   h a s  d o in g   th e   in d u strial  train in g   a t  M a lak o ff  Be rh a d ,   P ra i  P o w e r  S d n   Bh d   a n d   w o rk in g   a t  M a ste rp lan   Co n su lt i n g   S d n   Bh d ,   a s   Ju n io r  E n g in e e r.   Cu rre n tl y ,   h e   p u rsu in g   h i s   M a ste r  a t  Un iv e rsiti   T e k n ik a l  M a la y sia   M e l a k a   (UTe M ).   His  a re a   o f   in tere st  is  El e c tri c a l  P o w e r  En g in e e rin g ,   P o w e r  El e c tro n ics   &   Driv e ,   Dig it a l  S ig n a l  P r o c e ss in g   a n d   En e rg y   Eff i c ien c y .     M u sta f a   M a n a p   wa s  b o rn   in   K u a la  L u m p u r,   M a lay si a   o n   1 9 7 8 .   He   re c e i v e d   h is  B. S c   f ro m   Un iv e rsiti   T e c h n o lo g i  M a lay sia   in   2 0 0 0   a n d   M sc .   in   El e c tri c a l  En g in e e rin g   f ro m   Un iv e rsiti   T e k n ik a l  M a la y sia   M e la k a   (U T e M )  2 0 1 6 .   S in c e   2 0 0 6 ,   h e   h a s  b e e n   a n   a c a d e m ia   sta ff   in   th e   Un iv e rsiti   T e k n ik a l  M a la y si a   M e lak a   (UTe M ).   His  re se a rc h   in tere sts  a re   p o w e r  e lec tro n ics   a n d   d riv e ,   i n str u m e n tatio n ,   a n d   DS P   a p p li c a ti o n .       Dr.  A b d u l  Ra h im   A b d u ll a h   w a s   b o rn   i n   Ke d a h ,   M a lay si a   o n   1 9 7 9 .   He   re c e iv e d   h is  B.   En g . ,   M a ste r  En g . ,   P h D  De g re e   f ro m   Un iv e rsit i  T e k n o lo g i   M a lay sia   in   2 0 0 1 ,   2 0 0 4   a n d   2 0 1 1   i n   El e c tri c a l  En g in e e rin g   a n d   Dig it a l  S ig n a l  P r o c e ss in g   re sp e c ti v e l y .   He   is  c u rre n t ly   a n   A s so c iate   P r o f e ss o r  w it h   th e   De p a rt m e n t  o f   El e c tri c a l   En g in e e rin g ,   Ch ief  o f   A d v a n c e d   Di g it a l  S ig n a l   P r o c e ss in g   ( A DSP )  L a b   a n d   Ce n ter  o f   Ex c e ll e n t  (COE)  Co o rd i n a to r  f o r  Un iv e rsiti   T e k n ik a l   M a la y sia   M e lak a   (UTe M ).       M o h d   Ha tt a   Jo p ri  w a s  b o rn   in   Jo h o r,   M a lay sia   o n   1 9 7 8 .   He   re c e iv e d   h is  B. S c   f ro m   Un iv e rsit i   T e k n o lo g i   M a lay si a   in   2 0 0 0   a n d   M sc .   in   El e c tri c a l  P o w e r  En g in e e rin g   f ro m   Rh e in isc h - W e st f ä li s c h e   T e c h n isc h e   Ho c h sc h u le  A a c h e n (RWT H),  Ge r m a n y   in   2 0 1 1 .   S in c e   2 0 0 5 ,   h e   h a s  b e e n   a n   a c a d e m ia  sta ff   in   th e   Un iv e rsiti   T e k n ik a l  M a la y sia   M e l a k a   (U T e M )  a n d   c u rre n tl y   h e   p u rsu i n g   h is  P h D i n   t h e   a re a   o f   p o w e r  q u a li ty .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.