Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   8 , No .   6 ,   Decem ber   201 8 , p p.   4603 ~ 4618   IS S N: 20 88 - 8708 DOI: 10 .11 591/ ijece . v8 i 6 . pp4603 - 46 18          4603       Journ al h om e page http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   A Criti cal Re view of Tim e - f re qu en cy  Dist ributi on An alysis  for  Detectio n and Cl assificati on of  Harmonic  S ignal in  Power  Distribu tion Syst em       M.   H. J op ri 1 , A.  R. A bdulla h 2 , T. Sutik no 3 M . Ma nap 4 ,  M .  R.  Ab .  Gh an i 5 , M.  R.  Yusoff 6   1,4,6 Cent er   for  R oboti cs  and  Indu stria l   Autom at io (CeRIA), Fac u lty   of   Engi n ee r in Technol og y ,   U nive rsiti T ekni ka Malay s ia Mel ak a ,   Ma lay si a     2,5 CeRIA,   Fa cul t y   of  E lectr i ca l   E ngine er ing, Univ ersit i   Te kn ika l   Malay s ia Mel ak a ,   Ma lay si a   3 Depa rtment of  El e ct ri ca l   Eng in ee ring ,   Univ ersitas Ahm ad  Dahlan (UAD ),   Indon esia       Art ic le  In f o     ABSTR A CT    Art ic le  history:   Re cei ved   J un   9 , 201 8   Re vised  Ju l   14 ,  201 8   Accepte Aug   30 , 201 8       Thi pape r   pre se nts  cr it i ca l   rev ie of  t ime - fre q uency   distr ibut i ons  (TFDs ana l y sis  for  d etec t ion  and  class ifi cation  of  h a rm onic   signal.  100  unique  har m onic   signals   comprise  of  num ero us  cha rac te r isti ar detec t ed  and   cl assifi ed  b y   usi ng  spec trogra m ,   Gabor  tra nsform   and  S - tra nsform.   The   rul e - ba sed  c la ss ifier  and  th th reshol settings  of  the   ana l y sis  are  a ccording  to   th e   IEE Stand ard   1 159  2009.   The   b est  TFD  for  har m onic   signal de te c ti on  and   cl assifi ca t ion  is  sele c te through   per form ance  a naly s is  with  r eg ard to  th e   ac cur acy ,   computat ion al   comp lexit y   and  m emor y   size   th at   be en  used  during   the   ana l y sis .         Ke yw or d:   Cl assifi cat ion   Detect ion   Gabo tra ns f or m   Har m on ic   Sp ect r ogram   S - tra ns f orm   Ti m e - f reque nc d ist rib ution   Copyright   ©   201 8   Instit ut o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e   Al l   rights  reserv ed .   Corres pond in Aut h or :   M. H. J opri   Adva nced Di gital  Sign al  P r oc essing G rou p,   Ce nter fo R obotics an d Ind ust rial  A ut om ation   (CeR IA),   Faculty  of Elec tric al  Engineer ing ,   Un i ver sit i Te knikal M al ay sia  Mel aka (UTe M),  Hang T ua Jay a,   76100 D ur ia Tu nggal, Mel a ka,  Mal ay sia .   Em a il hatta @u te m .ed u. m y       1.   INTROD U CTION   The  po wer   qua li ty   (P Q)   te rm   or i gin at es  f rom   the  idea  that  the  AC  volt ag su ppli ed  to  t he  dom est ic  and   in dustria equ i pm ent  m u st  be  unpoll uted  sin us oi dal  and   it fr e quenc and   m agn it ud as  m us be  in  th e   range  of   IEEE  and   IEC  sta nd ard s N owaday s,  one  of   the  m ai issue  of   P is  ha rm on ic   po ll utio n,   t his  is  du e   to  the  us of   diff e re nt  powe el ect ronics  e qu i pm ent  and  nonlinea loa ds   [ 1],   [2 ] A   har m on ic   po l luti on   m on it or ing   i the  distri bu ti on   s yst e m   is  vital  fo t he  stu dy  of   t he  r oo ca use s,  ha rm on ic   le vel  and   m it igati on  [3] - [5 ] T his  ha rm on ic   po ll ut ion   can  de cl ine   the  PQ it   addi ti on al ly   can  increase  the  pow er  losses  an le ad  to   the m al fu nctio n of eq uip m ent and m easur em ent [6] ,   [7 ] .   c om pr ehe n s ive  re searc is   neces sary  for  pro du ci ng  an   a ccur at e,   fast   a nd  reli able   m e thod  for  t he   har m on ic   sig na detect ion   a nd   cl assi ficat ion   [ 8],  [ 9].  N um ero us   m et ho ds  are  pro posed  f or  detect i on   a nd   cl assifi cat ion   of  har m on ic   s ign al a strai ghtf orward  a nd  fast  s uc a F ast   Four ie T r ansfo rm   (F FT)  [10].  FFT  is  eff ect iv el e m plo ye on   sta ti onary  s ign al [ 11 ] ,   [12].  Yet,  FF is  no an  a ppr opriat m et ho f or   non - sta ti on ary  sig na analy sis  and  con t rib utes  ti m inform ation   loss   thr ough ou t he  f reque nc do m ai conver si o [13],   [14].  T deal  with   non - sta ti on ary  si gnal short - tim Four ie r   tra ns f orm   (S TFT)   is  i ntr oduce [ 14] ,   [ 15] .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4603   -   4618   4604   Nev e rtheless , STFT is n ot pr of ic ie nt to dete ct  the d ynam ic  sign al   prop e rt y because t he win dow width fi xe to  aff ect   the  fr e quency - tim reso luti o [ 6],  [8 ] [16].  Wh erea s,  the  tim e - fr equ e ncy  res olu t ion   de pe nd upon  the  siz e o f  the  window  [17],  [ 5].    The  co ns t raint   of   ST FT  is  re so lve by  util i zi ng   Gabor   t ra ns f or m   (G T a nd   GT  has  the   featur of  extracti on  to ol due  t the   op ti m al i ty   concerni ng  the  ti me - fr e qu e ncy  un ce rtai nty  ch aracte risti [ 18] A s   su ggest e by  GT,   t he  functi on s   are   well - de fine as  Ga ussi an  e nv el op e   m od ulate by  com plex  sin usoids  with   fixe en velo p f or   al fr e quencies  [19] - [ 21 ] H ow e ver,   the  res ult  shows  that  the  m et ho requir es  hig com pu ta ti on   c om plexity   co m par e to  the  S TFT  due  to  th us of   discre te   Fo uri er  tran sform   (D FT)  [ 10 ] I order  t ove rcom e STFT  an d GT lim it ation , t he  wa velet  tran sf or m  (W T is pro po se d [22 ] . W T can  e xtr act  the   sign ific a nt  inf or m at ion   from   non - sta ti on a r and   it   can  di sti ng uis the  sign al   ch aracte risti cs  [6 ] ,   [18],   [23].  The  m ajor  dr a wb ac of  WT   are  the   acc ur ac thoro ughly  r el ie on  the   ch os e m oth er  w avelet se ns it iv to  t he   le vel  of   noise   and   high  com pu ta ti on   com plexity   [1 8],  [ 24] [2 5].  S ubseq ue ntly c o m bi nation  of   ST F an WT  kn own  as  S - tra ns f orm   (S T)  is  presente du t m i ti gat the W T p r oblem   [6 ] ,   [26],   [ 27 ] F urt her m or e,  th e   ST  is  reli abl te chn iq ue  to   char act erize  t he  ha rm on ic   pa ram et ers  [2 6] [28],  [ 22] T he  ST  al s off ers  an   extra ordina ry  m ul ti reso luti on   analy sis  w hile  char a ct erizi ng  the  ha rm on ic   com po ne nts  [9 ] [18],  [16],   [22].   Ba sed  on   a bove   discu ssio n,   a e valuati on  a nd  crit ic al   re view  of  TF Ds  for  har m on ic   s ign al   detect ion  an cl assifi cat ion  a re crucial  a nd  need to  be d one.   The  m ai co nc er of  this  pa pe is  to  e val uate  an re view   the  best  TF Ds  i har m on ic   sig nal  detect io and  cl assifi cat ion   te c hn i qu e .   The  as sessm e nt  of  the   ha r m on ic   sign al   analy sis  is  us i ng  the  T FD s   su c as  sp ect r ogram GT  a nd  ST   are   act ualiz ed  i t i m e - fr eq ue ncy  do m ai [ 29 ] ,   [ 30 ] The   pe rfo rm ance  of   eac TF D   is  com par ed  and   validat ed  with  re gards  to  accu racy,  co m pu ta ti on al   com plexit and   the  us e m e m o ry  siz e   durin t he  a naly sis The   pe rfo rm ance  of  thes TF Ds  a re v al idate by d et ect ing   a nd  cl assif yi ng   the  1 00 uniq ue   sign al wi th  num ero us   c ha ra ct erist ic of  ha rm on ic   sign al   accor dingly   to   the  IEEE   Std .   1159 - 20 09.  T he  best  TFD   is  ch os e by  determ ining   t he  m os accurate  m et ho d,  us ed   lo m e m or siz and  ad diti on al ly   low  com pu ta ti on al   com plexity .       2.   HARM ONIC  SIGNAL  A N ALYSIS   Ther e   are   f our   pr im ary  ph ase s   in  t he  har m onic   sign al   detect ion  an cl assi ficat ion   a naly sis  as  s how in  Fig ure  1.   T he  1s ph a se  i the  si gnal   no rm alizat ion   an represe ntati on   of  tim e - fr e quency  re pr ese ntati on  (TFR).  Me an w hile,  the  2nd  phase  is  the  est i m ation   of  f undam ental   sign al par am et ers.   Moreove r,   th 3rd   ph a se  is  t he  sign al   c ha racteri sti cs  identif ic at ion   a nd  fi nally the  4th  phase  is   the   ha rm on ic   signa l   cl assifi cat ion The  har m on ic   sign al   is  sta nd ard iz e w her the  volt age  m a gn it ude  is  c ha ng e int the  pe r - un it   sy stem . Meanw hile,  via T FDs, the  outcom e o f  the a naly sis  is pr e sente in   the tim e - fr e qu e ncy dom ai n.     The  par am et ers  com pr ise   of  t he  RM fun da m ental   vo lt age total   wa ve for m   distor ti on i ns ta nta neous   of  RM vo lt ag e,  total   nonhar m on ic   distor ti on  a nd  total   harm o nic  distor ti on  a re  cal c ulate d.   Last ly acco rdi ng   to  the  IEEE  Std.  1159 - 2009,  this  inf or m at ion   is  util iz ed  as   the  r ule - base cl assifi er  in put  du t cl assif the   har m on ic  sig na ls.           Figure  1. Flo w  ch a rt of  har m on ic  sig nal  detect ion  a nd class ific at ion   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &   C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       A   Cri ti cal Revi ew  o f Ti me - f re q ue ncy  Distri buti on A na ly sis  for …  ( M.  H. J op ri)   4605   3.   HARM ONIC  SIGNALS  MODEL IN G   Du to  m od el   the  sign al f or  analy sis,  few   par am et ers  for  each  uniq ue   sign al   are  propose an per m it te to  be   al te red   acc ord ing   t the  IEE Std.  1159 - 20 09.  T he  sig nal  m od el   can  be  wr it te as  c om plex   expo nen ti al  sig nal and  well - de fine as  [ 31 ] ,                         t f j t f j wd Ae e t x 1 0 2 2 ) (                                                                   (1)     Wh e re by,  f o   is  the  f undam ental   sign al   fr e quency  a nd   f 1   is   the  ha rm on ic   or   i nterh a rm onic   fr eq ue ncy  a nd   is  the tim e,  f 1 =250 Hz,  A= 0.25 f or h a rm on ic  and  f =2 75 H z , A= 0.2 5 f or  i nterh a rm on ic .       4.   THE   TIME - F REQU E N CY  DIS T RIBUTI ONS   Ti m e - fr eq ue nc distribu ti ons   (TFDs)  are  excell ent  m e t hods   that  pre sented  sig na in  tim e - fr e qu e ncy  re presentat ion   a nd   recog nized  as  tim e - fr eq ue ncy  represe ntati on   (TFR).  I the  su bse que nt  sect ion s ,   the TF Ds  c onsi st of the  sp ect r ogram , G T a nd ST  a re e xp la i ne d.     4.1. Spec trogr am   The  s pectr ogr a m   is  m et ho to  represe nts  si gn al   energy  distr ib ution  in  jointl tim and    fr e qu e ncy  [32] It  is   well - defi ned  as,   i t his   resea rch,  t he  Hannin wi ndow  is  ca refull ch os e n   as   it lowe peak   si de  lo pe   has  featu re  of   narrow  ef fe ct   on   the  fr e quency  com po ne nts.  F or   this  re search the  le ngth  of  the w i ndow is  512  a nd the  fre qu e ncy a nd ti m e reso luti on for spect rogr am  is fix e d f or  all   fr e qu e ncies.                                                                        (2)     4.2. Ga bo r  Tr an s fo rm   The  descr i pto of   si gn al ’s  loca prop e rty   of  Gabor  tra ns f orm   (G T is  obta in ed  f ro m   set   of   f un ct io ns   that  are  c onde ns e in  fr e que ncy  an ti m do m ai ns   [ 25 ] .   The  GT  is  w el expresse by,   i GT Ha nn i ng  window  is  us e as  well   as  sp ect r ogram ho we ve dissim i la of   wind ow   le ng th T he  res olu ti on  of  f requen c y   and tim e fo r  GT i s alway s sa m e fo r  al l fre quencies .                                                                       (3)     4.3. S - transf or m   S - tra ns f orm   (S T)  is  a h yb rid  of  shor ti m Fo uri er  t ran s f orm   (S TFT)  a nd  w avelet   tra nsf or m   and  u se as  tim e - fr e quency  sp ect ral  local iz at ion   m e thod  [ 17 ] ST  util iz es  scal a ble  of   the  Gaussi an  wind ow   and   t h reso l ution   of   f r equ e ncy  base on   the  sim ultan eo us   local iz at ion   of  the  real  and   im aginar sp ect ra  [ 5] Th ST  is well  writ te n as,                                                                       (4)                                                                         (5)                                                                         (6)     Wh e re by  h(t )   is  the  sig nal,  g(t)   is  the  scal able  Ga us sia window  a nd  σ( f )   is  con tr ol  pa ram et er  fo t he   Gau s sia n   wi ndow.   ST   offe r supe rio f re qu e ncy  res olu t ion  f or  lo wer  freq ue ncy.  M eanwhil e,  for  higher   fr e qu e ncy, ST deli ver good tim e reso luti on .  Th e extracti on  o fr e quency c om po ne nts is achieve by u ti li zi ng   wide  wi ndow   (low   f re qu e nc y)  and   narrow  wind ow   (hi gh   f reque ncy d ue  to  com po s high  f re qu e ncy   2 2 ) ( ) ( ) , ( d e t w x f t P f j x d k n h x k n C ) , ( ) ( ) , ( * 22 () 2 2 ( , ) ( ) 2 tf j f t f S T f h t e e d t   2 2 2 1 () 2 t g t e  1 () f f Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4603   -   4618   4606   com po ne nts  [32] In   this  rese arch,  sp ect r ogr a m   and   GT  wi th  the  util iz at i on   of   Ha nnin window  ar use to  cal culat e the ti m e and   fr e que ncy. Mea nwhile , th scal able  Gau s sia n win dow  is used  for  ST m et ho d.        5.   SIGNAL P A R AM ET E RS   Har m on ic   sig na ls  par am et ers  are  est im a te from   the  TFR  and   t he  si gnal   pa ram et ers  co ns ist   of  instanta ne ous  RM vo lt ag and   RM S   f u nd a m ental   vo lt ag e,  instanta neou total   wav e f orm   distor ti on  ( TWD ),  instanta ne ous t otal ha rm on ic  d ist or ti on  ( T H D ) a nd i ns ta nta neous  total  inte rh a rm on ic  d ist or ti on  ( T nHD ).     5.1.  I nstan t aneous  R MS V oltage   Roo t - m ean s quare ( RM S ) v oltage,  V rms   is de f ined  a [ 32] ,                                                                       (7)     Wh e re by  Px( t,f )   is t he  TFR sign al  a nd  fs   is  s a m pling   fr e que ncy.     5.2.  I nstan t aneous  R MS Fu nda me ntal  Volta ge   Fr om  the TF R ,  the inst antane ou s  RM fun dam ental  v oltag e,  V 1rms ( t ) , can   be  cal culat e d u sing  [ 31 ] ,                                                                      (8)     Wh e re by  P x ( t,f )   is t he  TFR sign al ,   f o   is   the  fundam ental  f re qu e ncy.     5.3    Instan taneo us  Total W avef or m D is to r tion   The  total   wav e form   distor ti on,  TWD   is  well - def i ned   as  the  relat ive  sign al   energy  existi ng  at   no n - fun dam ental  f req ue ncy a nd e xpresse as   [ 31] ,                                                                       (9 )     5.4.  I nstan t aneous T otal  Har mon ic   Dist or tion   Total   har m on i distor ti on,  T HD is  util iz ed  du t m easur the  har m on ic   con te nt  in  w aveform   and  form ulate as  [ 31 ] ,                                                                       (10)     5.5.  I nstan t aneous T otal  N onharm on ic  D i sto r tio n   sig nal  al s com pr ise inte rh a rm on ic   co m po nen ts  a nd  the  inter har m on ic   le vel  ca be  cal culat ed   us in [31] ,                                                                       (11)         df f t P t V s f x r m s 0 ) , ( ) ( HZ   25                 Hz   25                 ) , ( 2 ) ( 0 0 1 f f f f df f t P t V lo hi f f x r m s hi lo          ) ( ) ( ) ( 1 2 1 2 t V t V t V TW D ( t ) r m s r m s r m s ( t ) V ( t ) V T H D ( t ) r m s H h r m s h 1 2 2 , ) ( ) ( ) ( 1 0 2 , 2 t V t V t V T n H D ( t ) r m s H h r m s h r m s Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &   C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       A   Cri ti cal Revi ew  o f Ti me - f re q ue ncy  Distri buti on A na ly sis  for …  ( M.  H. J op ri)   46 07   6.   SIGNAL  CHAR A CTERIS TIC   The  c har act eri zat ion   of   si gn a ls  is  ob ta ine f ro m   the  cal culat ed  sig nal  pa r a m et ers.   A verage  of  total   har m on ic   disto rtion,  T H D ave   a nd  total   nonhar m on ic   distor ti on,  TnH D ave   ca be   cal culat ed   from   instanta ne ous  total   har m on ic   distor ti on,  T HD ( t)   and   ins ta ntaneo us   t otal  nonh a rm on ic   distor ti on,   T nHD(t ) resp ect ively .   These c ha racteri sti cs can be e xpresse as   [ 31] ,                                                                       (12)                                                                         (13)                                                                         (14)       7.   SIGNAL   CL AS SI FIC ATI ON   dete rm inist i cl assifi cat ion  m e tho w hich   is  the  r ule - bas ed  cl assifi er  e xt ensively   em pl oyed  i the   pr act ic al   ap plica ti on T his  m et hod  is  easy   to  be  im ple m e nted  a nd   it pe rfor m ance  is  m uch   reli ant  on  the   thres ho l set ti ng a nd  ex pert   ru le s.  The  fl ow   c har in  F igure  desc ri bes  ru le - bas ed  cl assifi er  f or   the   har m on ic  sig na ls. Furthe rm or e, the  t hr es hold  s et ti ng s a re s et  acco rd i ng to I EEE St d.   1159 - 20 09.           Figure  2. The  rule - based cl ass ifie fl ow ch a rt  for   ha rm on ic  sign al s       8.   PERFO R MANC E   ME ASU REME NTS  O F TIME - FRE QUENC Y DI STRIBUTI O NS   The  perform ance  and   viabili ty   of   pr opos e m et ho dep e nd  on  the  acc ura cy   of   this  te ch nique  an the   evaluati on  of a ccur acy  ca n be  don e  as  fo ll ow s.   T r m s a v e r m s dt t V T V 0 , ) ( 1 T a v e dt t T H D T T H D 0 ) ( 1 T a v e dt t T n H D T T n H D 0 ) ( 1 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4603   -   4618   4608   8 . 1.  Th An al ys is  Accur acy   The  analy sis  accuracy  is  cal culat ed  thr ough  the  sig na char act erist ic m easur em e nt  accuracy .     To  m easur th m easur em ent  accuracy,  th m ean  abso l ut per centa ge  error   (M AP E )   is  e m plo ye as  an   accuracy  in de x.   T he  lo we r   the  MAP E,   the  bette t he  pe rfo rm ance  of   t he  si gn al   c har act e risti cs     m easur em ent  [32] .  I t ca n be  wr it te as ,                                                                       (15)     Wh e re by  x i ( n)   is  an  act ual  val ue,   x m ( n)   is  m e asur e value  a nd   N   is  the  dat nu m ber T he   sm a ll er  value  of   t he  MAPE,  the  bet te the acc urac y i s.      8 . 2.   Th Co m putat i onal C om plexit y of th e A n aly sis   The  c om pu ta ti on al   c om plexity   of   TF Ds  to   represe nt  the  TFR  of  si gn al reli ant  on  th pa ram et ers   set ti ng   of  each  TF D.   T he  sp ect r ogram   and   ST  both  use fast  F ourier  trans form   (F FT)  that  deals   fast   com pu ta ti on Me anwhil e,  G exec utes  discrete  F ourier   trans f or m   (DFT)  a nd  has  m or com pu ta ti on al   c om plexity  co m par e to F FT  [18 ] .   The  co m pu ta ti on al  c om plexity  ind e ca n be calc ulate d as f ollo ws,                                                                       (16)                                                                         ( 17 )                                                                         ( 18 )     8 . 3 . Th Mem ory Siz e o f  t he  A n aly sis   The  si gn al   le ngth  nu m ber   a nd   TF pa ra m et ers  set ti ng   influ e nce  t he   siz of   m e m or us ed   f or     TFR [ 18] . T he m e m or y i s ex presse as,                                                                       (19)       9.   RESU LT S   A ND AN ALYSIS   This  sect ion   di scuss   the  res ults  of   ha rm on ic   sign al detect ion   a nd   cl assif ic at ion   analy sis  by  us i ng   TFD an the   best  TF is  c hose ba sed  on  the  accu racy,  c om pu ta ti on al   c om plexity   and   m e m or siz duri ng   the  TFD a nal ysi s.  This  sect ion   discuss  the  resu lt of  ha r m on ic   sign al d et ect ion   a nd   cl assifi cat ion   analy sis  by  us in TF D and   the  best  TFD   is  ch os e based   on   t he  accuracy,  c ompu ta ti onal   com plexity   and   m e m or y   siz e during t he TFDs  an al ysi s.     9 .1 . Har mo nic Sign al  Analys is by   Usin g Sp ectro gr am   Figure  3( a a nd  3(b)  de pict  har m on ic   sig na in  the  ti m do m ai an th TFRs  us in sp ect r ogram The  TFRs  s how  the  sig nal  pa ram et ers  co m pr ise   of  the  f undam ental   fr eq uen cy   at   50Hz   and   the  7th   ha rm on ic   com po ne nt  at   350Hz,  res pecti vely Furthe r m or e,  Fig ur e   3(c)  sho ws  that   the  ha rm on ic   volt age  has   c ontrib ute to  the  rise  of  the  RM volt age  f ro m   1. to   1. 17  pu.  H owever,  the  RM S   fund am ental   vo lt age  sti ll   re m ai ns   at   1.0  pu.  Be si de that,  the  TW D   an T H D   of   the  sig nals  are   60 an zer TnHD   a re  cal culat ed  a nd   presented   well  in  Fi gure  3(d).  Hen ce , fr om   the an al ysi s sho that t he re is  no inter ha rm on ic  sign al  is exist i n t he si gn al .   The  e xistence  of   i nter har m onic   sign al   is  a na ly zed  with  s pe ct rogr am   and   i ts  TFR  is  dem on st rates  in   Figure  4( a a nd  4(b), se par at el y. As dem on strat es in F i gur e 4 ( b), t he  sig na l con sist of fundam ental  f re qu e ncy   at   50   Hz  an the  interh arm on ic   fr e qu e ncy  at   37 5   Hz res pecti vely Figure  4( c show that  the  existe nce  of   interha rm on ic   vo lt age  has  i nc reased  t he  RM volt age  f ro m   1.0  to  1.17   pu.   The  analy sis  a lso  res ults  the  TWD  and   TnH D   are   60 a nd  as  dep ic ts  in  Fi gure  4(d),  the  THD   is  zer pe rcen t.  T he refor e the  re s ult of   t he  analy sis sh ow  on ly   fun dam ental  an i nter harm on ic  sign al  e xist in t he  sig na l.         % 100 ) ( ) ( ) ( 1 1 x n x n x n x N M A P E N n i m i ) ( l o g 2 w w w m s p e c t r o g r a N N N N Cr 2 w w G a b o r N N N Cr )) ( l o g ( 2 w w w w ST N N N N N Cr s w w L i n e a r T F D N N N N M e m or y ) ( Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &   C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       A   Cri ti cal Revi ew  o f Ti me - f re q ue ncy  Distri buti on A na ly sis  for …  ( M.  H. J op ri)   4609     (a)       (b)     (c)     (d)     Figure  3. (a ) H arm on ic  signal  in  ti m e d om ain , ( b)   Ha rm on ic  sig nal in T F R, (c I ns ta ntaneous  RM S vo lt age  and RM fun dam ental  v oltag e,  ( d) Insta nta ne ous total   harm on ic  d ist or ti on, t otal n onha r m on ic  d ist or ti on  and total  w a ve form  d ist or ti on.         (a)       (b)   Figure  4. (a I nt erh arm on ic  si gn al  i ti m e d om ai n,  (b)   Ha r m on ic  sign al  i T FR,  (c)   I ns ta ntane ous RM vo lt age  and R MS f undam ental   vo lt ag e,  (d) Insta ntane ous t otal ha rm on ic  d ist or ti on,  total  nonha rm on ic   distor ti on a nd t otal wa vefor m  d ist or ti on.   20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 -2 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 P o w e r   Q u a l i t y   S i g n a l T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   F u n d a m e n t a l   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   H a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   N o n h a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   W a v e f o r m   D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 -2 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 2 P o w e r   Q u a l i t y   S i g n a l T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4603   -   4618   4610     (c)       (d)     Figure  4. (a I nt erh arm on ic  si gn al  i ti m e d om ai n,  (b)   Ha r m on ic  sign al  i T FR,  (c)   I ns ta ntane ous RM vo lt age  and R MS  f undam ental  v oltag e,  (d) Insta ntane ous t otal ha rm on ic  d ist or ti on,  total  nonha rm on ic   distor ti on a nd t otal wa vefor m  d ist or ti on.       9 .2 Sign al  Analysis  Usin G abor Tr an s fo r m   Figure  5(a)   an 5(b pr ese nt  har m on ic   si gnal   in  ti m do m ai a nd  the   TF by  us in G T.  F r om   the   TFR,  is  show  that  the  sign al   con ta ins  f undam ental   fr eq ue ncy  at   50Hz  a nd   t he  7t ha r m on ic   co m po ne nt  at     350  Hz.   I the   m eantim e,  Fi gure  5(c)  sho ws  that  the  e xisten ce  of  ha rm on ic   vo lt age  ha increase th RM S   vo lt age  from   1. to  1.17   pu.  The  analy sis  outc om in  Figure  5(d sho ws  that  the  T WD   a nd   T H of  the   sign al   at   valu 60%  an t he  T nHD   is  zer pe rcen as   fi gure in   Fig ure  5(d).  T hus,  it   is  cl early   sh ow that  no   interha rm on ic   com po ne nt e xists in the  sig na l.   Figure  6(a)  a nd  6(b sho th analy sis  ou tc om of   the  sign al   with  inter ha rm on ic   com p on e nt  an the   TFR  us i ng   GT From   the  TFR,  it   sh ows  t ha on ly   the  fun dam ental   fr eq ue ncy  at   50  Hz   a nd   t he  inte rh a r m on ic  com po ne n at   375  Hz   are   exist  in  t he  s ign al Me a nw hile,  as  s how in   Fig ure  6(c),   the  e xiste nce  of   interha rm on ic   vo lt age  has  in creased  t he  RM vo lt age  from   is  1. to  1.17   pu.  I ad diti on from   Figu re  6(d ) ,   the  analy sis  also   presents  the   value  of   TW D   an TnHD   i 60 %   an zer per ce nt  f or   THD Th us from   the  analy sis cl early  sh ow t hat  on l y fun dam ental   and inter har m onic  co m pone nts ex ist  in  the  sign al .         (a)         (b)     Figure  5.  ( a)   H arm on ic  signal  in  ti m e d om ain , ( b)   Ha rm on ic  sig nal in T F R, (c I ns ta ntaneous  RM S vo lt age  and RM fun dam ental  v oltag e, (d) I ns ta nta ne ous total   harm on ic  d ist or ti on, t otal n onha r m on ic  d ist or ti on  and total  w a ve form  d ist or ti on   20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   F u n d a m e n t a l   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   H a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   N o n h a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   W a v e f o r m   D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 0 50 100 150 200 250 300 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 P o w e r   Q u a l i t y   S i g n a l T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &   C om En g     IS S N: 20 88 - 8708       A   Cri ti cal Revi ew  o f Ti me - f re q ue ncy  Distri buti on A na ly sis  for …  ( M.  H. J op ri)   4611     (c)     (d)     Figure  5.  ( a)   H arm on ic  signal  in  ti m e d om ain , ( b)   Ha rm on ic  sig nal in T F R, (c I ns ta ntaneous  RM S vo lt age  and RM fun dam ental  v oltag e, (d) I ns ta nta ne ous total   harm on ic  d ist or ti on, t otal n onha r m on ic  d ist or ti on  and total  w a ve form  d ist or ti on           (a)           (b)         (c)       (d)     Figure  6.   ( a I nt erh arm on ic  si gn al  i ti m e d om ai n,  (b)   Ha r m on ic  sign al  i T FR,  (c)   I ns ta ntane ous RM vo lt age  and R MS f undam ental  v oltag e,  (d) Insta ntane ous t otal ha rm on ic  d ist or ti on,  total  nonha rm on ic   distor ti on a nd t otal wa vefor m  d ist or ti on     50 100 150 200 250 300 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 50 100 150 200 250 300 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   F u n d a m e n t a l   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 50 100 150 200 250 300 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   H a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 50 100 150 200 250 300 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   N o n h a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 50 100 150 200 250 300 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   W a v e f o r m   D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 0 50 100 150 200 250 300 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 P o w e r   Q u a l i t y   S i g n a l T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 50 100 150 200 250 300 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 50 100 150 200 250 300 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 I n st a n t a n e o u R M S   F u n d a m e n t a l   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 50 100 150 200 250 300 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   H a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 50 100 150 200 250 300 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   N o n h a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 50 100 150 200 250 300 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   W a v e f o r m   D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om En g,   V ol.  8 , N o.   6 Dece m ber  2 01 8   :   4603   -   4618   4612   9.3.  Sign al  Analysis  Usin S - tr an s fo r m   Figure  7(a)  a nd  7(b prese nt  har m on ic   sig na in  tim e   do m ai an the  TF by  us in ST From   the  TFR,  it   is  cl ear ly   figu re that  the  sign al   com pr ise the  f undam ental   fr eq ue ncy  at   50 Hz  a nd   the  7th   ha r m on ic  com po ne nt  at   350  H z.   I the   m eantim e,  Fi gure  4(c)  s ho ws  that  the  e xi ste nce  of   harm on ic   co m po ne nt  has   increase the  RM vo lt age  f ro m   1. to  1.1  pu.  I ad diti on,  Fig ur 4(d)   dem on strat es  th m agn it ud of  TWD   and   THD   is  10%  a nd   ze r per ce nt  f or   t he   TnHD He nc e,  from   the  analy sis it   is  pl ai nly  sh own  t hat  no  interha rm on ic   com po ne nt e xists in the  sig na l.         (a)       (b)     (c)     (d)     Figure  7.  ( a ) H arm on ic  signal  in  ti m e d om ain , ( b)   Ha rm on ic  sig nal in T F R, (c I ns ta ntaneous  RM S vo lt age  and RM fun dam ental  v oltag e, (d) I ns ta nta ne ous   total   harm on ic  d ist or ti on, t otal n onha r m on ic  d ist or ti on a nd  total  w ave f or m  d ist ort ion       Figure  8( a a nd  8(b)  pr ese nt  the  inter ha rm on ic   sig nal  a nd  the  TFR   by  usi ng   ST,   res pec ti vely The   sign al   ha fund am ental   com po nen at   50  Hz  an inter ha rm on ic   com p on e nt  at   375  Hz.   Fig ure  8(c show s   that  the  interh arm on ic   vo lt age  co ntribute s   to  the  rise  of  RM fr om   1. to  1.1  pu.  I ad diti on the   sign al   analy sis  pr ese nts  the  m agn it ud of  TW D   a nd   TnH D   with   value  of   10 an zer pe rcen f or  the  T HD   a s   sh ow in  Fi gure  8(d ).   T hus,  the  a naly sis  cl early   sh ows  that  on ly   the  f undam ental   and   inte rh a rm on ic   com po ne nt s e xi st i the si gnal .   20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 - 1 . 5 -1 - 0 . 5 0 0 . 5 1 1 . 5 P o w e r   Q u a l i t y   S i g n a l T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) T i m e - F r e q u e n cy   R e p r e se n t a t i o n T i m e   ( m se c) F r e q u e n cy  ( H z)     20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 . 5 1 1 . 5 I n st a n t a n e o u R M S   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 . 5 1 1 . 5 I n st a n t a n e o u R M S   F u n d a m e n t a l   V o l t a g e T i m e   ( m se c) A m p l i t u d e   ( p u ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   H a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   N o n h a r m o n i D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 0 50 100 I n st a n t a n e o u T o t a l   W a v e f o r m   D i st o r t i o n T i m e   ( m se c) P e r ce n t a g e   ( % ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.