I nte rna t io na l J o urna l o f   P o wer   E lect ro nics   a nd   Driv S y s t em   ( I J P E DS)   Vo l.  16 ,   No .   2 J u n e   20 25 ,   p p .   851 ~ 8 6 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijp ed s . v 16 .i 2 . p p 8 5 1 - 863           851     J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij p e d s . ia esco r e. co m   Ens emble lea rnin g  bas ed f a ult  dete ction using   PMU  da ta in  imba la nced data   co ndition       K irut hik a   K rish na n 1 Sriv a ni I y eng a r 2   1 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 ,   R a j a r a j e s h w a r i   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   B a n g a l o r e ,   I n d 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 ,   R .   V .   C o l l e g e   o f   E n g i n e e r i n g ,   B a n g a l o r e ,   I n d i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J an   1 1 ,   2 0 2 4   R ev is ed   Ma r   7 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Ma r   2 9 ,   2 0 2 5       S ig n ifi c a n a d v a n c e m e n ts  in   t h e   e lec tri c a g rid   in c l u d e   e n h a n c e d   r e g u latio n ,   c o m m u n ica ti o n ,   m e terin g ,   a n d   c u sto m e in tera c ti o n ,   d r iv e n   b y   in fo rm a ti o n   c o m m u n ica ti o n   tec h n o l o g ies   (IC Ts)  a n d   c y b e r - p h y sic a sy ste m (CP S ).   T h e   a d a p tatio n   o sy n c h r o   p h a so r   d e v i c e li k e   p h a so m e a su re m e n u n it (P M Us e n a b les   re a l - ti m e   m o n it o ri n g   a n d   c o n tr o l,   a i d in g   i n   p o we sy ste m   se c u rit y   a ss e ss m e n t.   P M Us   re c o rd   v o lt a g e   a n d   c u rre n p h a so rs  with   G P S   ti m e   sta m p s,   tran sm it ti n g   d a ta  to   p h a so r   d a ta  c o n c e n trato rs   (P DCs f o d e c i sio n - m a k in g .   Ho we v e r,   e n su rin g   t h e   sta b il it y   a n d   se c u rit y   o t h is  m e th o d   a g a in st   c y b e rse c u rit y   t h re a ts  is  c ru c ial  d u e   to   it re li a n c e   o n   I n tern e P r o to c o (I P n e two rk s.  D y n a m ic  se c u rit y   a ss e ss m e n u ti li z e P M d a ta,  re p o rte d   u p   t o   3 0 6 0   ti m e p e se c o n d ,   t o   e v a lu a te   p o we sy ste m   sa fe ty .   To   a d d re s se c u rit y   issu e s,  a   P y th o n - b a se d   fa u l d e tec ti o n   sy ste m   e m p lo y in g   a   sta c k   e n se m b le  lea rn in g   a lg o rit h m   is  d e v e lo p e d .   Th is  a p p ro a c h   c o n siste n tl y   o u tp e rfo rm trad it io n a m e th o d s,  p ro d u c i n g   sa ti sfa c to ry   re su lt wi th   s u p e ri o A UC - ROC   c u rv e s,  v a li d a te d   th r o u g h   c o rre c tn e ss   c h e c k a n d   g ra p h ica a n a ly sis.  Th e   d a tas e in c lu d e b o t h   n a t u ra a n d   m a n - m a d e   se c u rit y   t h re a ts,  fa c il it a ti n g   c o m p re h e n siv e   a ss e ss m e n a n d   m it ig a ti o n   stra teg ies .   Th e   e n se m b le  lea rn i n g   a lg o rit h m   p e rfo rm e d   b e tt e th a n   t h e   i n d i v id u a a l g o r it h m b y   o b tai n in g   9 5 %   in   t h e   AUC - ROC c u rv e .   K ey w o r d s :   AUC - R O C   cu r v e   E n s em b le  lear n in g   L o g is tic  r eg r ess io n   PMU  f au lt d etec tio n   SMOT E   Stack   en s em b le  lear n in g   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 :   Kir u th ik Kr is h n an   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   R ajar ajesh war C o lleg e   o f   E n g in ee r i n g   R am o h alli Cro s s ,   My s o r R d ,   Ku m b alg o d u ,   B an g alo r e ,   Kar n atak 5 6 0 0 7 4 ,   I n d ia   E m ail:  k ir u th i.k m 2 1 @ g m ail. c o m       1.   I NT RO D UCT I O N   C y b er attac k s   o r ig in atin g   f r o m   g lo b al  h ac k e r s   h av h ad   s u b s tan tial  im p ac o n   th f in a n cial  well - b ein g   o f   i n d iv id u als.  I n   r ec en tim es,  cy b er attac k s   h av e   em er g ed   as  a   s ig n if ican t   to o f o r   d is r u p tin g   v a r io u s   g o v er n m en ag e n cies.  T h is   th r ea ex ten d s   to   p o wer   s y s tem s   th a u tili ze   p h aso r   m ea s u r e m en u n its   ( PMUs),   as   th ese  d ev ices  ar co n n ec ted   to   th in ter n et.   No tab ly ,   m ac h i n e   lear n in g   alg o r ith m s   h a v d is p lay ed   cr u cial  r o le   in   ad v an cin g   th d etec tio n   o f   cy b er attac k s   with in   th p o wer   s y s tem   en v ir o n m en t.  r ep o r o n   cy b er - attac k   s u g g ests   th at  2 6 o f   th in ci d en ts   o f   cy b e r - attac k s   ar b ase d   o n   s p ea r   p h is h in g ,   way   o f   m ak in g   th e   v ictim   b eliev th at  t h m ail  is   c o m in g   f r o m   th e   o r ig i n al  s o u r ce ,   b u a ctu ally   n o t   f r o m   th e   o r i g in al  s o u r ce   [ 1 ] .   r ec o r d   o f   1 5 9 7 0 0   cy b er   i n cid en ts   o cc u r r ed   in   th y ea r   2 0 1 7   alo n e.   cy b er - p h y s ical  s y s tem   is   cr ea ted   b y   co m b in in g   cy b er   s y s tem s   with   p h y s ical  p o wer   g r id s   i n   m o d er n   s m ar t   g r id s .   T im e - s y n c h r o n ized   m ea s u r em en d ata  is   tr an s m itted   to   th e   cy b e r   s y s tem   f r o m   th e   p h y s ical  g r id   b y   u s in g   p h aso r   m ea s u r em e n u n its   ( PMUs).   B y   r etu r n in g   th r eq u ir ed   c o m m a n d s   to   th PMUs,  th s y s tem   o p er ato r s   ( SO)   at  th cy b e r   b an d   ev alu ate   b o t h   th e   o n   an d   o f f lin f o r m ats  o f   th g en er ated   d ata  an d   g u ar a n tee   th g r id ' s   r eliab ilit y   an d   s ec u r ity .   Nev er th eless ,   v ar iety   o f   p h y s ical  o cc u r r en c es,  in clu d in g   cy b er attac k s ,   f r eq u en cy   ev e n ts ,   tr an s f o r m er   ev en ts ,   an d   lin e - 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                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   2 J u n e   20 25 :   8 5 1 - 8 6 3   852   g r o u n d   f ailu r es,  ca n   r esu lt   in   d ev iatio n s   in   th m ea s u r em en ts   th at  th SO  r ec eiv es,  wh ic h   is   k n o wn   as  "b a d   d ata. T h SO  m ay   th e n   ch o o s th in co r r ec t r esto r ativ o r   m itig atio n   ap p r o ac h   as  r esu l o f   th ese  in ac cu r at e   d ata.   Fo r   th g r id   to   o p er ate  s af ely   an d   o p tim ally ,   p r ec is b ad   d ata  d etec tio n   an d   id en tific atio n   o f   th p r o p er   b ad   d ata   k in d   ar e   th er ef o r ess en tial.   Mic r o g r id   in teg r atio n   with   s m ar i n f r astru ctu r e,   s u ch   as  s en s o r s ,   co m m u n icatio n ,   an d   m o n ito r i n g   d ev ices,  h as led   to   th ev o l u tio n   o f   th co n ce p t o f   th s m ar t g r id   ( SG) ,   wh ich   o f f er s   ad d itio n al  lev els  o f   r o b u s tn ess ,   d ep en d ab ilit y ,   an d   ef f icien o p er atio n .   T h p h y s ica lay er   o f   an   MG   is   m ad u p   o f   in te r co n n ec ted   co m p o n en ts ,   wh ile  th c y b er   lay er   is   m ad e   u p   o f   i n ter co n n ec te d   s m ar co m m u n icatio n   s y s tem s ,   m ete r in g   d ev ices,  an d   m o n ito r i n g   e q u ip m en t.   Sin ce   th e   p h y s ical  l ay er   is   co n s tr u cted   u p o n   th c y b er   lay e r ,   th en tire   SG  is   a   cy b er - p h y s ical  s y s tem   ( C PS ) .   Ph aso r   m ea s u r em en u n its   ( PMU) ,   wh ich   o f f er   q u ic k er   r ep o r tin g   r ates  an d   m o r d ep e n d ab le  an d   m o r s ec u r s y s tem   m o n ito r in g   th an   tr ad itio n al   s u p er v is o r y   c o n tr o a n d   d ata  a cq u is itio n   ( SC ADA)   s y s tem s ,   ar o n o f   th cr u cial  p ar ts   o f   th SG.  Ho wev er ,   th in tr o d u c tio n   o f   s m ar d ev ic es  lik PM Us  in to   MG s   n ec es s itates  s af d ata  s to r ag an d   p r o ce s s in g   tech n iq u es  an d   in c r ea s in g   r elian ce   o n   co m m u n icatio n   lin k a g es  ac r o s s   t h m an y   C PS   lev els.  C y b er att ac k   r is k   is   in cr ea s ed   b y   th is   r elian ce   o n   c o m m u n ic atio n   ch an n els  an d   d at s to r ag s y s tem s ,   esp ec ially   f o r   v ital  in f r astru ctu r es  lik e   d ata  ce n ter s ,   h o s p itals ,   an d   m ilit ar y   in s tallatio n s .   T h e   f u n d am en tal  id ea   b e h in d   th SG  i s   m o d er n izatio n   o f   elec tr ical  n etwo r k   th r o u g h   in te g r atio n   o f   a r tific ial  in tellig en ce ,   s ig n al  p r o ce s s in g ,   i m p r o v ed   au to m atic  co n tr o l,   co m m u n icatio n s ,   an d   in f o r m a tio n   tech n o lo g y .   Var io u s   lev e ls   o f   th g r id   ar m o n ito r ed   b y   th s m ar m eter ,   FDR ,   PMU,   S C ADA,   W A M S,  an d   o th er   m o n ito r in g   a n d   m ea s u r in g   s y s tem s .   As  r esu lt,  s m ar g r i d   m u s t   s to r an d   d is tr ib u te  en o r m o u s   am o u n ts   o f   r ea l - tim d ata  am o n g   u s er s ,   co n tr o ce n te r s ,   an d   u tili ties .   A s   r esu lt ,   d a t a   a n a l y ti c s   w il l   b v e r y   h e l p f u l   f o r   p r o c e s s i n g   a n d   e v a l u at in g   t h i s   e n o r m o u s   v o l u m e   o f   p o w e r   s y s t e m   d at a   [ 2 ] .   Ma jo r   b lack o u ts   th at  h av o cc u r r ed   in   s ev er al   p o wer   s y s tem s   th r o u g h o u t   th g lo b e   h av e   m ad it  clea r   h o v alu a b le  PMU  d ata  is ,   a n d   in s tallin g   PMUs  o n   t h n e two r k s   o f   p o wer   t r an s m is s io n   th at  r elate   to   m o s t   m ajo r   p o wer   s y s tem s   h as  b ec o m cr u cial  p r esen e n d ea v o r .   T h is   ar ticle  ad d r ess es  th ap p licatio n s   o f   wid e - ar ea   m ea s u r em en s y s tem   ( W AM S)  an d   PMU  tech n o lo g y   f o r   b etter   p o wer   n etwo r k   m o n ito r in g ,   p r o tectio n ,   an d   co n tr o l.  I also   o f f er s   b r ief   i n tr o d u ctio n   to   th ese  tech n o lo g ies  [ 3 ] .   T h p o ten tials   o f   wid ar ea   tech n o lo g ies  i.e .   wid ar ea   m o n ito r in g ,   p r o t ec tio n ,   a n d   co n tr o l,  o r   W AM PAC ar d is cu s s ed   in   th is   s tu d y .   PMUs  m u s b p o s itio n ed   a p p r o p r iately   b ased   o n   th e   r ea l - tim a p p licatio n   as  W AM PA C   d ep lo y m en t n ec ess itate s   d is tr ib u ted   p h aso r   m ea s u r em e n ts   ac r o s s   th s y s tem .   T h p u r p o s o f   p h aso r   m ea s u r em en u n it  ( PMU)   te ch n o lo g y   an d   its   u s in   th p o wer   s y s tem   ar d i s cu s s ed   in   th is   s tu d y   [ 4 ] .   T h is   liter atu r p r esen ts   th r esu lts   o f   an   ex p e r im en tal   s tu d y   th at  s h o ws  h o m alici o u s   ass au lts   af f ec th PMUs  in   s m ar g r id s .   s im u lated   attac k   en v ir o n m en t   ar ch itectu r is   s u g g est ed ,   an d   p h y s ical  test - b ed   eq u i p p ed   with   n etwo r k   attac k   e n v ir o n m en t,  co m p lete  with   m ain s tr ea m   PMUs,  is   estab lis h ed .   T ests   f o r   c y b er attac k s   a r co n d u cted ,   in clu d i n g   d ec eit f u co m m u n icatio n   an d   in te r f er en ce   with   GPS  s ig n als.  T h e   ex p er im en tal   s tu d y   f in d in g s   h av e   s h o wn   PMU' s   wea k n ess e s   an d   v u ln er ab ilit ies to   m alicio u s   ass au lts .     Ad d itio n ally ,   th f o u n d atio n al  r esear ch   f o r   im p r o v i n g   c y b er s ec u r ity   p r o tectio n   f o r   wid ar ea   m ea s u r em en s y s tem s   ( W AM S)  in   s m ar g r i d s   h as  b ee n   estab lis h ed   [ 5 ] .   T h is   wo r k   p r esen ts   u n iq u d en s ity - b ased   s p atial  clu s ter in g   m eth o d   f o r   d ata  m an ip u latio n   ass au lts   o n   PMU  m ea s u r em en ts ,   in clu d in g   o n lin e   d etec tio n ,   class if icatio n ,   an d   d ata  r ec o v er y .   T h s u g g ested   ap p r o ac h   is   en tire ly   d ata - d r i v en   an d   ca n   h a n d le   m an y   m ea s u r em e n ass au lts   a o n c with o u ad d in g   m o r h ar d war to   th cu r r en s etu p .   Ad d itio n ally ,   th e   s u g g ested   m eth o d   d o es n o t r el y   o n   tr ad itio n al  s tate  esti m ate  [ 6 ] .   Usi n g   t h s u b s p ac id en tif icatio n   ap p r o ac h ,   a   d ata - g u id e d   d esig n   s ch em o f   u n tr ac ea b le  f ak d ata - in cu lca tio n   attac k s   to   cy b er - p h y s ical  s y s tem s   i s   in itially   p r esen ted   in   t h is   wo r k .   Ne x t,  b y   s o lv in g   r estricte d   o p tim i za tio n   p r o b lem   a n d   co n s id er in g   th lim itatio n s   o f   en er g y   lim itatio n   an d   u n d et ec tab ilit y ,   th ef f ec ts   o f   u n n o ticea b le  b ad   d ata - in d u cin g   ass au lts   as s es s ed .   Fu r th er m o r e ,   co d in g   th eo r y   is   u s ed   to   s tu d y   th d etec tio n   o f   p lan n ed   d ata - d r i v en   f ak d at a - in d u cin g   attac k s .   Ultim ately ,   s im u latio n s   co n d u cted   o n   f ly i n g   v e h icle  m o d el  ar s h o wn   to   co n f ir m   th e f f ic ac y   o f   th s u g g ested   tech n iq u es  [ 7 ] .   Attack er s   m ig h u s th c o m m u n icatio n   f la in   wid e - ar ea   m o n ito r in g   s y s tem s   ( W AM S)  to   tar g et  W AM r ec o r d s   with   m alicio u s   d ata  in teg r ity   ass au lts ,   wh ich   c o u ld   h av e   d is astro u s   r esu lts .   I n   r esp o n s to   th cy b er s ec u r ity   is s u es  b r o u g h to   lig h b y   W AM S,  s p ec i f ic  m ac h in lear n in g - b ased   m e th o d s   h av r ec e n tly   b ee n   cr ea ted   to   v er if y   th s o u r ce   in f o r m atio n   o f   W AM d ata.   Mo s o f   th m eth o d s   o f   s o u r ce   au th e n ticatio n   n o in   u s aim   to   v er if y   W AM d ata  f r o m   lim ited   q u an tity   o f   s ites   d is tr ib u ted   ac r o s s   an   e x p an s iv g eo g r ap h ic  r eg io n ,   wh ich   co u l d   n o f u ll y   r ef lect   W AM S ' s   o p er atin g   co n d itio n   i n   r ea l - wo r ld   n et wo r k s .   T h is   s tu d y ' s   o b jectiv is   to   ascer tain   if   m a ch in lear n in g - b ased   m eth o d s   ca n   b u s ed   to   r ea l - wo r ld   p o w er   g r id s   in   o r d er   to   d ev elo p   r eliab le  s o u r ce   au th en ticatio n   o f   W AM d ata.   Fo u r   m ac h i n lear n i n g - b ase d   "state - of - th e - a r t"   tech n iq u es  th at  co m b in s h all o an d   d ee p   lear n in g   [ 8 ] .   T o   m ak th s m ar g r id   co m p letely   v is ib le,   th n o t   m an y   PMUs  ar ar r an g e d   i n   p h ases   in   lin with   in ten d ed   r ein f o r ce m e n t - b ased   lear n in g   m eth o d .   Mo s s u s ce p tib le  b u s e s   th at  h av t h e   ab ilit y   o f   g ettin g   c o m p r o m is ed   b y   ad ju s tin g   th e   f ewe s am o u n o f   m ea s u r es  ar e   id en tifie d   u s in g   m u ltis tag o p tim u m   PMU  p lace m e n m eth o d   th at   co m b i n es  least - ef f o r t   attac k   m o d el  with   r ein f o r ce m en t   lear n in g   tech n iq u [ 9 ] .   T h e   liter atu r o f f e r s   a n   in n o v ativ e   s tr ateg y   f o r   cr ea ti n g   a n d   i d en tify in g   th r ea ts   to   d ata  in teg r ity   in   s m ar g r id s .   Ad d itio n ally ,   it  o f f er s   way   to   o p tim ize  th cr ea ti o n   o f   FDI ag ain s t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n s emb le  lea r n in g   b a s ed   fa u lt   d etec tio n   u s in g   P MU d a ta   in   imb a la n ce d     ( K ir u th ika   K r is h n a n )   853   th co n tr o ce n ter ' s   s tate   esti m atio n   tech n iq u es.  T h tech n i q u f o r   g e n er atin g   AC   s ta te  e s tim ate  attac k s   with   b o th   e n tire   an d   p ar tial  i n f o r m a tio n   is   p r esen ted   to g eth er   with   DC   s tate  esti m atio n   ass au lts .   I also   r ec o m m e n d s   in co r p o r atin g   m eth o d s   f o r   t h e   v o tin g - b ased   e n s em b le  lear n in g   ap p r o ac h   ( MV C C )   to   d et ec FDI in   s m ar g r id s .   Nex t,  3 9   b u s   New   E n g lan d   s y s tem   an d   an   I E E E   2 4   b u s   s y s tem   ar em p lo y ed   as  t est  s y s tem s   f o r   th m o d el,   a n d   f ictitio u s   d ata  i n j ec tio n   attac k s   ar e   cr ea ted   an d   d etec ted .   T h e   d etec tio n   ap p r o ac h   is   co m p ar ed   ag ain s en s em b le  m eth o d s ,   cl ass ical  weig h ted   least  s q u ar es,  an d   m o s m o d er n   m ac h in l ea r n in g   alg o r ith m s   cu r r en tly   i n   u s [ 1 0 ] .   r ea l - tim s eq u en tial  ap p r o ac h   f o r   d etec tin g   an d   class if y in g   f au lty   d ata   was  p r esen t ed   in   th e   liter atu r e.   I n itially ,   th Ha n k el - m atr ix ' s   lo r an k   ch ar a cter is tic  to   q u ick ly   id en tif y   er r o n eo u s   d ata  is   im p lem en ted .   Seco n d ,   s tep   is   t o   ca teg o r ize  m alicio u s   d ata  in t o   two   g r o u p s r ea l - wo r l d   o cc u r r en ce s   an d   o n lin attac k s .   T h m eth o d   u tili ze s   th m u lti - ch a n n el  Han k el - m atr ix ' s   lo r an k   ap p r o x im atio n   e r r o r   b ef o r to   a n d   later   r an d o m   co lu m n   p er m u tat io n s   o n   g o in g   p h y s ical  ev en ts .   I n   th e   im p r o b ab le   ev en t   th at   co m p r o m is ed   d ata   is   d is co v er ed   to   b th r esu lt  o f   cy b er attac k ,   o u r   s u g g ested   m eth o d   th e n   m o v es  o n   to   id en tify   th s o u r ce   o f   attac k s .   T wo   p o ten tial  c y b er at tack   r o u tes  ex a m in ed   ar GP s p o o f in g   an d   f ak d ata  in je ctio n   attac k s   ( FDI an d   GSA) .   T o   d if f e r en tiate  b etwe en   th em ,   th e   ap p r o ac h   lev er ag es  th r an k - 1   clo s en ess   er r o r   o f   th e   s in g le - ch an n el  Han k el  m atr i x   with   u n wr ap p ed   p h ase  a n g le  d ata  [ 1 1 ] .   Ap p ly in g   m ac h in e   lear n in g - b ased   a p p r o ac h es  to   PMU  d ata  is   o n o f   th e   m o s cr u cial  attac k   d etec tio n   m ea s u r es.  An aly zin g   th r esid u o f   th o b s er v er s   a n d   esti m ato r s   is   an o th er   m et h o d .   Usi n g   PMU  d ata,   th is   s tu d y   at tem p ts   to   d etec ass au lts   o n   p o wer   s y s tem s   u s in g   b o th   tech n iq u es.  T h s ty le  o f   a ttack ,   s u ch   as  m an - in - th e - m id d le  ( MitM )   o r   p o te n tial  d en i al - of - s er v ice  ( D o S),   is   id en tifie d   u s in g   an   alg o r ith m .   L astl y ,   th s u g g ested   p r o c ed u r is   r ep licated   u s in g   an   e x am p le  I E E E   p o we r   s y s tem ,   an d   en co u r ag in g   o u tco m es th at  co n f ir m   th ap p r o ac h ' s   ef f ec tiv en ess   is   ex p lain ed   in   d e tail [ 1 2 ] .     n ew  v o tin g - b ased   tech n iq u f o r   d etec tio n   f o r   s y s tem ic  c y b er   i n tr u s io n s   is   d ev el o p ed   with in   th is   wo r k .   T h attac k er   in   t h cy b e r attac k   u n d er   e x am in atio n   in t r o d u ce s   s p an   o f   f alse  d ata  in   PMU  in   an   attem p t,   r ep licate  f ictitio u s   s h o r cir cu it  o cc u r r en ce s   in   th s y s tem .   T h s u g g ested   s p o ttin g   p r o ce d u r m ak es  u s o f   a   v ar iety   o f   m ac h in e   lear n in g   ( ML )   tech n iq u es,  s u ch   as  en s e m b le  lear n i n g ,   r ec u r r en n eu r al  n etwo r k   ( R NN) ,   f ee d f o r war d   n e u r al  n etwo r k   ( FNN) ,   d ec is io n   tr ee s ,   d is cr im in an an aly s is ,   k - n ea r est  n eig h b o r s   ( KNN)   class if icatio n ,   s u p p o r t v ec to r   m ac h in ( SVM) ,   an d   n aiv b a y es.  B y   d eter m in in g   t h av er a g o u tp u t d ep e n d in g   o n   d etec to r   p e r f o r m an ce ,   t h v o tin g - b ased   tech n i q u m a y   b ab le  to   d if f e r en tiate  b etwe en   FDI   attac k s   an d   ac tu al  s h o r cir cu it  f a ilu r es.  T o   m in im ize  r ed u n d a n cy   an d   e n h an ce   r ele v an ce ,   th m e ch a n ical  an d   elec tr ical  co m p o n en ts   o f   t h s y s tem   ar o p tim ally   s elec ted   f o r   tr ain in g   o b jectiv es  [ 1 3 ] .   L iter at u r p r e s en ts   an   en s em b le  b ag g ed   tr ee   f o r   r elativ ely   ac cu r ate  r ea l - tim attac k   an d   d ef ec t d etec tio n .   T h is   s u g g ested   s tr u ctu r is   p r ed icate d   o n   d ata  f r o m   th p h aso r   m ea s u r em en u n it  ( PMU)   an d   r elay s   d u r in g   n o r m al,   cy b e r attac k ,   an d   f ailu r co n d itio n s .   T h is   s tu d y   co m p ar es th ef f ec tiv en ess   o f   th r ec o m m en d ed   m eth o d   ag ain s t sev er al  m ac h i n lear n i n g   m eth o d s   an d   v alid ates  it  in   MA T L A B /Si m u lin k   test in g   en v ir o n m e n [ 1 4 ] .   L iter atu r h as  co n d u ct ed   co m p r eh e n s iv in v esti g atio n   o f   b ig   d ata  a n aly tics   ap p licatio n s ,   cu r r en t iss u e s ,   an d   s o lu tio n s   [ 1 5 ]   I n tr u s io n   d etec tio n   s y s tem s   ( I DS)   ar cr itical  to   o v e r s ee   th s ec u r ity   o f   cy b er - p h y s ical  en er g y   a n d   p o wer   s y s tem s   p r esen t   in   SG   with   in cr ea s in g   m ac h i n e - to - m ac h in c o n n ec tio n s .   Sti ll,  I DS  is   f in d in g   it  v e r y   ch allen g in g   to   r eliab ly   d i f f er e n tiate  b etwe en   b e n ig n   an d   m alev o len ev e n ts   d u e   to   th e   m an y - s o u r ce d ,   lar g e,   lin k ed ,   an d   o f ten   n o is e - co n tai n in g   u n wa n ted   d ata  th at  s av es a   r an g o f   c o n cu r r en t c y b er   an d   p h y s ical  ac tiv ity .   T o   d ea with   th ese  an d   s im ilar   is s u es,  h er e,   r o b u s s tar t - to - f in is h   f r am ewo r k   in   lin with   th en s em b le  m ac h in e   lear n in g   a n d   s tack e d   d e n o is in g   au to e n co d e r   ( SDAE )   to   ex tr ac n ew  ch ar ac te r is tic   s ets  in f o r m ed   b y   attac k s   a n d   n o is f r o m   cy b er - p h y s ical  s y s tem   d ata  an d   in teg r ate  m u ltip le  in f o r m atio n   s o u r ce s   f o r   au t h en tic  ev e n t   ca teg o r izatio n .   T h p u f o r war d ed   m eth o d o lo g y   in f lu en ce s   s to ch asti d if f e r en ce   o f   an o m aly   ex tr ac tio n   ( SDAE )   to   f ir s p r o v id s m aller - d im en s io n al  attr ib u tes  th at  p er m it  th r esto r atio n   o f   clu tter - f r ee   in p u f r o m   clu tter - d am ag ed   p er t u r b atio n s .   No v el   ch ar ac ter is tics   th at   will  m ain t ain   an d   u p d ate  i n f o r m atio n   as   n o r m al,   f a u lt,  a n d   attac k   ev en ts   ag ain s t a   r an g o f   s y n th etic  attac k   d ata,   with   th g o al  o f   im p r o v in g   ca teg o r izatio n   b y   in teg r atin g   attac k   an d   n o is y   in p u ts .   I n   ad d itio n ,   e n s em b le  lear n i n g - b ased   m u lti - class if ier   class if icatio n ,   c o n s id er in g   th e   h eter o g en e o u s   n at u r o f   t h i n p u ts   s u ch   as  PMU  m ea s u r e m en ts ,   s y s tem   lo g s ,   an d   I DS  aler ts ,   an d   class if y in g   th s p ec im en s   b ased   o n   th e   S DAE - ex tr ac ted   ch ar ac ter is tics   u s in g   th e x tr em g r ad ie n b o o s tin g   ( XGBo o s t)   tech n iq u e ,   is   d e v elo p ed .   Mo r e o v er ,   n o r m aliza tio n   a n d   o v e r s am p lin g   we r u s ed   t o   en h an ce   th d ata' s   b alan ce   an d   h o m o g en eity .   T h p r esen t   SDAE +X GB o o s t a p p r o ac h   at tain s   m o r th a n   9 0 % c lass if icatio n   co r r ec tn ess   o n   p r ac tical  d ataset  co m p r is in g   3 7   s u b - t y p es  o f   n o r m al,   f a u lt,  an d   attac k   o b tain ed   v ia  co - s im u latio n s   o n   a   h ar d war e - in - th e - lo o p   ( HI L )   te s tb ed   s ec u r ity   test b ed   [ 1 6 ] .   Sp ec if ically ,   in   th c o n tex t   o f   cy b er   th r ea ts ,   u n iq u "g r ee d y "   m eth o d   f o r   PMU  p la ce m en is   d ev elo p ed .   Acc o r d i n g   to   t h is   r esear ch ,   c y b er   r is k   m ay   g r ea tly   r aise  p o wer   s y s tem ' s   u n o b s er v ab ilit y   r is k ,   n ec ess itatin g   th in clu s io n   o f   PMU  allo ca tio n s   [ 1 7 ] .     T o   d ev elo p   co m p lete  ar c h itectu r th at  is   r esis tan to   cy b er attac k s   an d   u s es  s tr ateg ically   p o s itio n ed   p h aso r   m ea s u r em en u n its   ( P MU s )   to   co u n ter ac s tr u ctu r al  wea k n ess es  in   s m ar g r id s ,   b r an d - n ew  h y b r id   b etwe en n ess   ce n tr ality   ( HB C )   m etr ic  is   p u f o r th   th at  s u cc ess f u lly   p in p o in ts   s y s tem 's  m o s cr u cial  lin es.  d is tin ct  o b jectiv f u n ctio n   is   c r ea ted   with   th p u r p o s o f   d eli b er ately   in s er tin g   PMUs  in to   th s y s tem   in   o r d er   to   s tr en g th en   its   d ef en s es  ag ain s an y   attac k s   b y   b o g u s   d ata   in jectio n   o n   th ese  s u s ce p tib le  lin es.  Fin d in g   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   2 J u n e   20 25 :   8 5 1 - 8 6 3   854   b est PMU  lo ca tio n   r esu lts   in   t h f ewe s t set s   o f   m ea s u r em en ts   r eq u ir ed   to   d ef en d   th s tate  v ar iab les ag ain s t a ll   k in d s   o f   attac k s   o n   d ata  in teg r ity .   T h is   d esig n ' s   ef f ec tiv en es s   is   i llu s tr ated   with   th I E E E   1 4 - b u s   s y s tem   [ 1 8 ] .   Data - d r iv en   h ac k i n g   tech n iq u es  lik th f ak d ata  in jectio n   attac k   ( FDI A)   s er io u s ly   jeo p ar d ize  th s tate s   o f   th e   g r id .   L iter atu r e   [ 1 9 ]   p r esen ts   an   ef f ec tiv f o r m u latio n   m et h o d   f o r   b lin d   FDI th at  r eq u ir es  ex ac m ea s u r em en t   s u b s p ac in f o r m atio n .   I n   o r d e r   to   allay   th is   wo r r y ,   ef f icien im p lem en tatio n   o f   n ew,   r o b u s t,  n o n lin ea r   d ee p   lear n in g   m o d els  th at  ca n ,   in   ad d itio n   to   ef f ec tiv ely   d e tectin g   th ex is ten ce   o f   b lin d   attac k   in tr u s io n s   in   r ea tim e,   p in p o in t   th eir   p r ec is l o ca tio n s   is   to   b e   im p lem en te d .   T h ese  v er s io n s   ca n   wo r k   i n   co n ju n ctio n   with   co n v en tio n al  b ad   d ata  d etec to r s   to   o f f er   p r ac tical  an d   af f o r d ab le  s o lu tio n .   B y   id en tify in g   t h d is cr ep an cy   with   th co - o cc u r r en ce   d e p en d e n cy   o f   th attac k   v ec to r s   ad d e d   to   th r aw  d ata,   th ese  n eu r al  n etwo r k   m o d els  also   d em o n s tr ate  m u ltil ab el  cla s s if icatio n   tech n iq u e.   Mo r eo v er ,   it  is   d em o n s tr ated   th at  t h ese  d ee p   lear n in g   s tr u ctu r es  ar m o d el - f r e e,   s u g g esti n g   th at  ass au lts   m ig h b id en tifie d   with o u r e q u ir in g   s t atis tical  k n o wled g o f   th g r id .   On   th s tan d ar d   I E E E   test   b en ch ,   th e   s u g g ested   f r am ewo r k ' s   p er f o r m a n ce   is   ass ess ed   u n d er   r an g e   o f   ass au lt a n d   n o is s ce n ar io s   [ 1 9 ] .     On o f   th b ig g est  r is k s   to   th s af ety ,   d ep en d ab ilit y ,   an d   c o s t - ef f ec tiv o p e r atio n   o f   p o w er   s y s tem s   n o wad ay s   is   cy b er attac k s .   I t is ch allen g in g   to   id e n tify   an d   class if y   v ar io u s   cy b er attac k s   wh ile  m ain tain in g   th e   s tab ilit y   an d   s ec u r ity   o f   th e   p o wer   in f r astru ct u r e.   An   au to m ate d   tech n iq u b ased   o n   t h c o n v o lu ti o n al   n e u r al   n etwo r k   f o r   th r ec o g n itio n   an d   ca teg o r izatio n   o f   v ar i o u s   cy b er attac k s   to   ad d r ess   th is   p r o b lem .   T h e   co n v o l u tio n al   n eu r al   n etwo r k   co llects  tem p o r al  in f o r m atio n   an d   s p atial  i n ter ac tio n s   b etwe en   v ar i o u s   n o d es   f r o m   th p r io r   o p er atio n al  s tate  o f   th s en d ata  p ac k ets.  T h s u g g ested   s tr u ctu r e' s   ca p s u les  h av s ig n if ican ef f ec ts   o n   p r eser v i n g   th m ea s u r em en t m atr ix ' s   to p o lo g ical  c o n s is ten cy .   Ad d itio n ally ,   th s u g g ested   ap p r o ac h   elim in ates  th in f lu e n ce   o f   u n ce r tain ty   in   s y s tem   ch ar ac ter is tics   o n   d etec tio n   p e r f o r m an ce   an d   is   m o d el - f r ee .   I n   th is   s tu d y ,   m a n y   ty p es  o f   c o m m o n   cy b er attac k s   ar e x am i n ed   a n d   m o d eled ,   s u ch   as  r e p lay ,   d e n ial  o f   s er v ice,   b o g u s   d ata  in jectio n ,   tim e - d ela y ,   an d   d ec e p tio n   ass au lts .   T h s u g g ested   s o lu tio n   m ay   ac h iev 9 9 . 9 7 d etec tio n   ac cu r ac y   o n   s in g le  c y b er at tack   an d   9 6 . 2 5 d etec tio n   a cc u r ac y   o n   m u ltip le  c y b er att ac k s ,   ac co r d in g   to   n u m er ical  f in d in g s   o n   th I E E E   3 9 - b u s   test   s y s tem .   T h r esu l ts   o f   co m p ar is o n   s h o th at  th e   s u g g ested   ap p r o ac h   p er f o r m s   b etter   th an   co n v en ti o n al  n eu r al  n etwo r k s .   T h is s u o f   m u ltip le  attac k s   d etec tio n   an d   ca teg o r izatio n   is   r eso lv ed   b y   th is   tech n iq u [ 2 0 ] .   L iter atu r aim s   t o   ca r ef u lly   ex p lain   s ev er al  tech n iq u e s   an d   p r o ce s s es  f o r   cy b er - s ec u r ity   in   en e r g y   s y s tem s   an d   ex am in e   r elev an s o lu tio n   ap p r o ac h es.  Ad d itio n ally ,   tech n ical   ex am in atio n   an d   d e b ate  o f   th tr aits   an d   r elev a n ce   o f   s ev e r al  cy b e r - attac k   m o d els  is   ca r r ied   o u t.  T h m o s r ec en r esear c h   to p ics  ar e   d is cu s s ed ,   alo n g   with   cu ttin g - e d g cy b e r   s ec u r ity   m eth o d s   f o r   p o wer   s y s tem s   an d   s u p er   g r id s ,   s u ch   b lo c k ch ain   an d   q u an tu m   co m p u tin g .   T h e   talk   co v er s   ess en tial  p r o tectio n   m ec h an is m s   an d   p r o b lem - s o lv in g   s tr ateg ies.  Fi n ally ,   s o m th o u g h ts   o n   SGs '   c y b er - s ec u r ity   in   th f u t u r ar ex p r ess ed   [ 2 1 ] .   T h e   n ew  p o wer   s y s tem   will  f ac s i g n if ican r is k   an d   s ec u r ity   co n ce r n s   b ec au s o f   th ex ten s iv in teg r atio n   o f   cy b er   an d   p h y s ical  s y s tem s .   T o   tack le  th is   is s u e,   g am e - th eo r etic   o p tim u m   d e f en s r eso u r ce   all o ca tio n   s tr ateg y   is   p u f o r th   to   p r o ac tiv ely   g u ar d   ag ain s p o s s ib le  cy b e r attac k s   o n   s m ar g r id s .   Usi n g   th is   tech n iq u e,   an   id ea l   r eso u r ce   allo ca tio n   f o r   2 - lay er   g am m o d el  is   p r o d u ce d .   W h ile  th o th er   tier   in v o l v es  s ev er al  d ef en s n o d es   in   n o n c o o p er ativ g am e,   th f ir s lay er   in v o lv es  attac k er s   a n d   d ef e n s iv n o d es  in   an   e v o lu tio n ar y   g am e .   Af ter   an aly zin g   th o f f en s iv a n d   d ef en s iv ev o l u tio n   o u tco m es   o f   ev er y   s ce n ar io ,   s o lu tio n   to   th m u lti - n o d r eso u r ce   allo ca tio n   p r o b lem   is   g en er ated .   I n   co n tr ast  to   ea r lier   r esear ch ,   th attac k er ' s   co n s tr ain ed   r atio n ality   is   co n s id er ed   b ased   o n   th e   in teg r ity ,   u s ab ilit y ,   a n d   c o n f id en ti ality   in d ices.  T o   m ea s u r p la y er   g ain s ,   q u a n tu m   r esp o n s eq u aliza tio n   is   ad d ed   in   th in ter im .   L astl y ,   alg o r ith m s   ar u s ed   to   s h o th at  th ap p r o ac h   s u g g ested   in   th is   r esear ch   is   b o th   p r ac tic al  an d   ef f icien [ 2 2 ] .   Dis t r ib u ted   d en ial - of - s er v ice  ( DDo S)  ass au lts   ar o n k in d   o f   cy b er attac k   th at  f r e q u en tly   tar g ets  s m ar g r id   n etwo r k s .   Fu r th e r m o r e ,   s y n ch r o   p h aso r   tech n o lo g y   s h ield s   th wid e - ar ea   m ea s u r em en s y s tem   ( W AM S)  f r o m   c o m p licated   d if f icu lt  s itu atio n s   b y   m an ag i n g   s ev e r al   co n ce r n s   in   g r id .   B ec au s e   o f   co m m u n icatio n   p r o to co ls ,   v en d o r   r estrictio n s ,   an d   th e   co m p le x ity   o f   th a s s au lt,  d etec tin g   DDo attac k s   is   d if f icu lt.  Fo r   m ea s u r em en PMU  d ata,   attac k er s   tar g et  th p h aso r   d ata  co n ce n tr ato r   ( PDC )   d atab ase  in   W AM S.  Nev er th eless ,   d esig n   m ak es  s u r th at  th en d   ap p licatio n   m ak es  u s o f   th r eg u lar   PDC   d ata  s tr ea m   ev en   d u r in g   th in tr u s io n .   PMU - g en er ated   d ata  in   W AM is   q u ick ly   v er if ied   u s in g   th s u g g ested   attac k   d etec tio n   tech n iq u e.   Var io u s   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   a r em p lo y e d   to   id e n tify   DDo S   ass au lts y et  th m o s ef f ec tiv d etec tio n   m o d el  r em ain s   u n claim ed .   T h is   s tu d y   aim s   to   d eter m i n ( a)   th b est  m ac h in lear n in g   m eth o d   f o r   d etec tin g   DDo S   attac k s   an d   ( b )   th e   ac cu r ac y   o f   th e   alg o r ith m s   th at  a r tau g h t.  T h is   s tu d y   o f f er s   h y b r i d   ap p r o ac h   b ased   o n   m ac h in lear n in g   th at   y ield s   8 3 . 2 3 ac c u r ac y .   T h s u g g ested   m o d el  is   c r ea ted   u s in g   th P y th o n   co m p iler ,   a n d   th o u tc o m d em o n s tr ates  h o ef f ec tiv ely   th e   s u g g ested   d etec tio n   tech n i q u r aises   th ac cu r ac y   o f   DDo ass au lt  d etec tio n   [ 2 3 ] .   T h e   r es ea r ch   s u g g ests   n o v el  a p p r o a ch   co m b in in g   d ata   m o n ito r in g   an d   f u zz y   m ac h in e   lear n in g   m o d el  class if icatio n   t o   id en tify   s m ar g r id   p r o b lem s .   Her e,   d ata  f r o m   th s m ar g r i d   h as  b ee n   tr ac k ed   u s in g   im p r o v e d   s m ar t   s en s o r   m eter in g ,   wh ich   r u n s   in   t h c lo u d   at   th e   ed g e   o f   th e   n etwo r k .   Af te r war d s ,   th e   m o n ito r ed   d ata  was  ca teg o r i ze d   u s in g   a n   a d v er s ar ial  n e u r al  n etwo r k   with   f u zz y   r ei n f o r ce m en e n co d e r .   T h r o u g h p u t,  m ea n   av e r ag p r ec is io n ,   ac cu r ac y ,   s ca lab ilit y ,   an d   d e p en d a b ilit y   ar all   tak e n   in to   c o n s id e r atio n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n s emb le  lea r n in g   b a s ed   fa u lt   d etec tio n   u s in g   P MU d a ta   in   imb a la n ce d     ( K ir u th ika   K r is h n a n )   855   wh ile  d o in g   ex p er im en tal   s tu d y .   I m p r o v ed   m o n ito r in g   an d   p r ed ictio n   a p p r o ac h es  ca n   b o o s th ex is tin g   g r id ' s   p o ten tial  u tili za tio n   wh ile  r ed u cin g   f a u lt  f r eq u e n cy .   T h s u g g ested   m eth o d   ac h ie v ed   9 3 ac cu r ac y ,   9 4 %   th r o u g h p u t,   8 1 d ep en d ab ilit y ,   8 9 m ea n   a v er ag e   p r ec is i o n ,   a n d   9 4 s ca lab ilit y   [ 2 4 ] .   T h liter atu r e   [ 2 5 ]   o f f er s   an   ag g r eg ated   in teg er   lin ea r   p r o g r am m in g   m eth o d   u t ilizin g   m icr o - s y n ch r o   p h aso r   u n it  p lace m en t   f o r   m ac h in lear n in g   to   ac co m p lis h   co m p lete  o b s er v a b ilit y   o f   th au to m ated   s m ar g r id s ,   k ee p i n g   in   m in d   th at  th e   d is tr ib u tio n   s y s tem s   ar r ec o n f ig u r ab le.   T h s u g g ested   s to ch asti ap p r o ac h   p r o v i d es a   m u lti - s tag m ec h an is m   f o r   m icr o - s y n c h r o   p h aso r   u n it  p lacin g   d ep en d in g   o n   th e   d em an d   a n d   l o ad   s ize  o f   th e   s y s tem ,   in   ad d itio n   to   p r e - p lan n ed   s ec tio n alizin g   a n d   tie   s witch es.  T h is   m eth o d   m ay   a ls o   b u s ed   to   a p p ly   t h n o - in j ec tio n   lim its   o f   th r ep r esen tatio n   t o   n ar r o w   f in d in g   s p ac e   f o r   th e   is s u e.   I n   ad d itio n ,   a   n ew  a p p r o ac h   d er iv ed   f r o m   t h wh al e   o p tim izatio n   tech n i q u ( W OM )   is   p r esen ted   f o r   f in d i n g   b est  d esig n   f o r   e v er y   p h ase  wh ile  co n cu r r e n tly   in cr ea s in g   th e   r eliab ilit y   in d ic es  an d   l o wer in g   th e   ex p e n s es  ass o ciate d   with   cu s to m er   d is r u p tio n s   a n d   p o wer   o u tag es.  T h W OM   h e u r is tic  s er v es  as  th e   f o u n d atio n   f o r   th r estru ctu r in g   p r o ce s s ,   an d   an   in teg e r   lin e ar   p r o g r a m m in g   f r am ewo r k   is   u s ed   to   ar r an g th m icr o - s y n c h r o   p h aso r s .   T o   m a n ag th e   u n ce r tain ty   ef f ec ts ,   a   s to ch asti f r am ewo r k   d er i v ed   f r o m   o n   p o in esti m atio n   is   co n s tr u cted ,   ac co u n tin g   f o r   p r ed ictio n   er r o r   o r   m eter in g   d e v ice  u n ce r tain ty .   T h s u g g ested   ap p r o ac h   en s u r es  d is tin ctn ess   o f   th d is tr ib u tio n   n etwo r k   b o th   b ef o r e   an d   af ter   r ea r r an g e m en with in   allo tted   tim lim it,  as   co n f ir m ed   b y   s im u latio n   an d   n u m e r ical  r esu lts   o n   an   ac tu al  s y s tem .   Ad d itio n ally ,   th r esu lts   d em o n s tr ate  th at  ev en   wh en   th s y s tem   is   s u b jecte d   to   v ar io u s   r e co n f ig u r atio n s   an d   to p o lo g ies,  s y s tem   o b s er v ab il ity   m ay   b e   ass u r ed   at  v a r y in g   lo ad   le v els   [ 2 5 ] .   T h a n o m aly   d etec tio n   a n d   id en tific atio n   m o d u le  ( ADI M) ,   u n iq u co m p o n e n p r o p o s e d   in   th s tu d y ,   is   d esig n ed   t o   i d en tify   an o m alies  or   er r o n eo u s   d ata  p o in ts   b ef o r th s tate  esti m atio n   p r o ce s s   b eg in s .   W p r o v id d ee p   lea r n in g   tec h n iq u e   th at  d em o n s tr ates  ex ce p tio n al  p r ec is io n   in   d etec tin g   ir r eg u lar itie s   with in   an   o n g o in g   d ata  s tr ea m .   C o m p r eh en s iv e   test in g   o n   a   r an g o f   test   s ce n ar io s   th at  ef f ec tiv ely   c o v er   v ar iety   o f   n etwo r k   to p o l o g ies,  tr an s f o r m e r   ty p es,   an d   lo ad   co n d itio n s   d em o n s tr a tes  th ca p ab ilit y   o f   ADI M.   I is   d em o n s tr ated   th at  an o m alie s   m ay   b ef f icien tly   f o u n d   an d   r ec o g n ized   with   A DI M,   h en ce   lo wer in g   th e   r e q u ir em en f o r   t h co m p o n en t h a d etec ts   f au lty   d ata  an d   en h a n cin g   s tate  esti m atio n ' s   o v er all  r esp o n s iv en ess .   Ou r   s tu d y   estab lis h es th g r o u n d wo r k   f o r   c r ea tin g   an   an o m aly   s y s tem   f o r   p o wer   s y s tem   m ea s u r em en ts   th at  is   b a s ed   o n   d etec tio n   an d   id e n tific atio n   [ 2 6 ] .   T h d ata   s o u r ce s   an d   SG  ar c h itectu r e   ar b r ief ly   s u m m a r ized   in   t h p ap e r ' s   f ir s p ar t.  Fu r th er m o r e,   e x am p les  o f   f r au d u le n d ata  attac k s   an d   d at s ec u r ity   r eq u ir em e n ts   ar s h o wn .   T h m o s r ec en ML - b ase d   d etec tio n   m eth o d s   ar th en   s u m m ar ize d   u s in g   th th r ee   p r im ar y   d etec ti o n   s ce n ar io s n o n - tech n ical  lo s s es,  s tate  esti m atio n ,   an d   lo ad   f o r ec asti n g .   Fin ally ,   c o n s id er in g   th lim itatio n s   o f   th e   cu r r en t   m ac h in e   lear n in g - b as ed   tech n iq u es,  we  in v esti g ate  ad d itio n al  r esear ch   o p p o r tu n ities   at  th co n clu s io n   o f   th e   p r o ject.   W s p ec if i ca lly   co v er   in t r u s io n   d etec tio n   ag ain s h o s tile  ass a u lts ,   co o p e r ativ an d   d ec e n tr alize d   d etec tio n   f r am ewo r k ,   p r iv ac y - p r eser v i n g   d etec tio n ,   an d   f ew  p o s s ib le  cu ttin g - ed g m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   [ 2 7 ] .   h y b r id   d e ep   lear n in g   s y s tem   th at  tar g ets  d en ial - of - s er v ice  ass au lts   o n   th Sm ar Gr id 's  c o m m u n icatio n   n etwo r k .   T h g ated   r ec u r r e n u n it   an d   co n v o lu tio n al  n e u r al  n etwo r k   ap p r o ac h es  h y b r id ize  th s u g g ested   ap p r o ac h .   T h b en ch m ar k   cy b er   s ec u r ity   d ataset  f r o m   th e   C an ad ian   I n s titu te  o f   C y b er s ec u r ity   I n tr u s i o n   Dete ctio n   Sy s tem   is   u s ed   i n   s im u latio n s .   W ith   co m p r eh en s iv e   ac cu r ac y   r ate   o f   9 9 . 7 %,  th e   s im u latio n   r esu lts   s h o th at  th e   s u g g ested   ap p r o ac h   w o r k s   b etter   th an   th ex is tin g   in t r u s io n   d et ec tio n   s y s tem s   [ 2 8 ] .   T h er ar s ev er al  o b s tacle s   to   t h cy b er   s ec u r ity   o f   th s m ar g r id ,   m o s o f   th em   s tem   f r o m   m alev o len t   ass au lts   o n   d ev ices  co n n ec ted   to   th s y s tem .   T h ese  attac k s   co u ld   tr y   to   je o p ar d ize  th p r iv ac y   o f   PMU  an d   I ca m er s en s o r   d ata,   o r   th ey   m ig h tr y   to   u n d er m in th p o w er   s u p p ly   to   s p ec if ic  c u s to m er s .   T h er ef o r e ,   u s in g   s ec u r ity   m ea s u r es  lik n etw o r k   in tr u s io n   p r ev en tio n   s y s tem s   ( NI PS )   an d   f ir ewa lls   e q u ip p e d   with   ea ch   d is tr ib u ted   s y s tem   lin k e d   in to   th g r id   is   th e   ea s iest   m eth o d   to   p r ev e n s u ch   cy b er - attac k   is s u es.  T h g r id   is   n ea r ly   im p e n etr ab ly   p r o tect ed   f r o m   h ac k er s   th an k s   to   s ev er al  attac k   an d   d e f en s m ec h a n is m s .   T h u s ,   em p lo y in g   FDI   an d   MitM   attac k   s ce n ar i o s ,   th aim   o f   th is   s tu d y   is   to   g iv an   a n aly s is   o f   PMU  an d   I ca m er s en s o r   ass au lts   at  th co m p o n e n t le v e l w h en   co u p led   t o   an   I E E E   1 3 - n o d s y s tem .   Gr id   Attack   An aly ze r ,   s m ar t g r id   attac k   an aly s is   to o l,   is   u s ed   t o   co llect  d ata  an d   s im u late  t h r esear ch   [ 2 9 ] .   Su ch   attac k s   ar co n ce aled   b y   co v er tly   m o d if y i n g   th e   SC A DA  an d   PMU  m etr ics.  T h is   p ap er   in v esti g ates  cy b er - p h y s ical  ass au lts   th at  ar e   co v er a n d   tar g et  p o wer   s y s tem s .   B y   f lick in g   th e   co r r esp o n d in g   s witch es  o r   cir c u it  b r ea k e r s ,   o n e   o r   m an y   lin es   an d   b u s es  ca n   b in ter r u p ted   d u r in g   o n o f   th ese  ass au lts .   T h r esear ch   d e v elo p s   f r am ewo r k   b ased   o n   th e   non - lin ea r   p o wer   f lo m o d el   to   ch ar ac ter ize  s u ch   attac k s   an d   s u g g ests   m eth o d   f o r   s p o ttin g   s u ch   cy b er - p h y s ical  attac k s   u s in g   s witch in g   tr a n s ien ts .   T h e   d etec tio n   tech n iq u e   tak es  u s e   o f   th e   f a ct  th at  a   p h y s ical   s ep ar atio n   will  r esu lt  in   h ig h   tr an s ien r ate  f o r   th s y s tem .   T h ese  PMU - o b s er v ed   tr an s ien c o m p o n en ts   ar e   u tili ze d   to   d etec co v er lin d is co n n ec tio n   an d   b u s   b lack o u t   ass au lts ,   a s   well  a s   to   v alid ate  th co r r ec tn ess   o f   th s tead y - s tate  v al u es  o f   SC ADA  an d   PMU  m ea s u r em en t s .   T h s u g g ested   m eth o d   m a y   b e   ab le  t o   i d en tify   cy b er - p h y s ical  ass au lts   th at   m ask   f r eq u en lin e   d is co n n ec tio n s   an d   b u s   f ailu r es  u n d er   v ar i o u s   lo ad   s ce n ar io s ,   ac co r d in g   to   ex p er im en ts   co n d u cted   o n   th I E E E   3 0   b u s   s y s tem   [ 3 0 ] .   T h liter atu r d is cu s s es  th ch allen g o f   g u ar a n teein g   p r ec is o n lin tr an s ien s tab ilit y   p r e d ictio n   in   co n tem p o r ar y   p o wer   s y s tem s ,   wh ich   r ely   in cr ea s in g ly   h ea v ily   o n   s m ar g r id   tech n o lo g ies  an d   ar th u s   m o r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   2 J u n e   20 25 :   8 5 1 - 8 6 3   856   v u ln er ab le   to   c y b er attac k s .   De s p ite  th r ap id   g r o wth   o f   tech n o lo g y ,   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   f o r   s tab ilit y   p r ed ictio n   p r esen tly   lack   th e   r esil ien ce   n ee d ed   to   ef f ec tiv ely   r esis th co m p lex   a n d   ev e r - ev o lv in g   n atu r o f   cy b er attac k s .   T h s tu d y   also   ev alu ates  th e   im p ac t   o f   to p o lo g ical  m o d if icatio n s   an d   t h in c o r p o r atio n   o f   r en ewa b le  en er g y   o n   th ese  m ac h in lear n in g - b ased   tech n iq u es,  as  well  a s   cy b er attac k s .   T r an s ien s tab ilit y   p r ed ictio n   tech n iq u es  u s ed   o n lin ar e   ess en tial  f o r   tr ac k i n g   a n d   p r ed ictin g   p o wer   s y s tem   b eh av io r   in   r ea tim e   d u r in g   d is r u p tio n s .   T o   ass ess   th r o b u s tn ess   o f   th p r o p o s ed   alg o r ith m s   in   th co n te x o f   th p o ten tial  f o r   attac k er s   to   d is r u p co m m u n ic atio n   an d   h en ce   af f ec th p o wer   s y s tem ,   th s tu d y   r ep r o d u ce s   m an y   s ce n ar io s .   T h r esu lts   s h o th at  m ac h in e   lear n in g   alg o r ith m s   p er f o r m   wo r s d u r in g   cy b er attac k s ,   r esu l tin g   in   lar g d r o p   in   th co r r ec tn ess   o f   tr a n s ien s tab ilit y   f o r ec asts   wh e co m p ar ed   to   n o r m al  wo r k in g   s ettin g s .   T h is   d em o n s tr ates  h o v ital  it   is   to   h a v c u ttin g - ed g c y b er s ec u r ity   d ef e n s es  to   m ain tain   p o wer   s y s tem s '   ca p ac ity   f o r   p r ed ictio n   [ 3 1 ] .   T o d ay ' s   cy b er - p h y s ical  g r id s   ar h ea v ily   in teg r atin g   co s t - ef f ec tiv e   co m m u n icatio n   n etwo r k s   an d   th in ter n et  o f   th i n g s   ( I o T ) ,   wh i ch   h as  led   to   s er io u s   s ec u r it y   p r o b lem s .   Mo r s p ec if icall y ,   n etwo r k   s ec u r ity   b ec o m es  m o r v u ln er a b le  d u to   wir eless   co m m u n icatio n   tech n o lo g y .   I n   ad d itio n   to   t h well - r esear ch ed   cy b er s ec u r ity   ch allen g es,  we  als o   n ee d   to   co n s id er   p h y s ical  lay er   s ec u r ity .   As  r esu lt,  lo o f   wo r k   h as  g o n in to   cr ea tin g   a   s o lu tio n   to   co p e   with   cy b er s ec u r ity   p r o b lem s .   B u th er h asn ' b ee n   m u ch   wo r k   d o n o n   cr ea tin g   en cr o ac h m e n f in d in g   s y s tem s   f o r   p h y s ical  s ec u r ity .   T h is   wo r k   p r o v i d es  s h ar p   m o d el  th at  d etec ts   an d   class if ies  a s s au lts   u s in g   co m b in atio n   o f   m ac h in lear n i n g   t ec h n iq u es,  in cl u d in g   id en tify i n g   th k in d   o f   attac k   at  th p h y s ical  b a n d .   Ad d itio n ally ,   th e   s u g g ested   m eth o d   lo c alize s   th attac k   o r   v u ln e r ab ilit y   to   ce r tain   s y s te m   p ar am eter s   o r   attr ib u tes,  wh ich   ca n   ass is cy b er s ec u r ity   s p ec ialis ts   in   r ed u cin g   th ef f ec o f   attac k s   o n   co m m u n icatio n   g r id s .   T h p r o p o s ed   m o d el  is   co m p a r ed   with   co n v en tio n al  m ac h in lear n in g   class if ier s   u s in g   an   SG d ataset   th at  is   s im u lated   at  Oak   R id g Natio n al  L ab o r ato r ies.  B y   d iv id in g   th d ata  an d   ca lcu lati n g   th co m p a r is o n   b etwe en   th c o n f in e d   m etr ics   g en er ate d   b y   th s u g g es ted   m o d el,   th e   co n f in em en t   o f   er r o r s   an d   attac k s   is   v er if ied .   W h en   co n tr ast  to   p ee r   m eth o d o lo g ies,  th r esu lts   s h o h o g o o d   th is   m eth o d   is   at  class if y in g   th r ea ts   an d   co n f i n in g   th em   [ 3 2 ] .   T h e   latest  wav o f   r esil ien f ak d ata  in jectio n   attac k   m eth o d s   n ec e s s itates  a   d ee p   co m p r eh e n s io n   o f   th ass o ciate d   p o wer   g r id   n etwo r k ' s   s tr u ctu r e.   T h is   s tu d y   s u g g ests   th r ee   m eth o d s   th at  ar e   in d ep en d en o f   n etwo r k   ar c h itectu r f o r   in tr o d u cin g   f ictitio u s   d ata  in to   th s m ar t   g r id .   T h e s m eth o d s   in clu d e   d elta  th r esh o ld s ,   lin e ar   r eg r ess io n ,   a n d   li n ea r   r eg r ess io n   with   tim estam p .   I is   in te n d ed   to   clo s th g a p s   in   r ea l - tim d ata  m ea s u r em en ts ,   h e n c in cr ea s in g   th p r o b a b ilit y   th a tam p er ed   d ata  w o n ' b d etec ted .   Mo d er n   d ef en s s tr ateg ies  lik A C   s tate  e s tim a tio n ,   tem p o r al  b eh a v i o r s   b ased   on  f alse  d ata  d etec tio n ,   b ad   d ata  d etec tio n ,   an d   SVM  d em o n s tr ate  th r esil ien ce   o f   th s u g g ested   attac k   ap p r o ac h es [ 3 3 ] .   B ased   o n   th a tta ck e r s   p e r s p e c tiv a n d   u s i n g   t h P MU   as   t h a ttac k - d e f e n s ta r g et  in   t h p o w er   s y s t em ,   m u lti - l ev el   g am m o d el   f o r   FD I is   s u g g est ed .   I n   a   m u lti - s ta g e   g a m e ,   s p e ci al  att e n ti o n   is   p ai d   t o   d ata   m a n i p u lat io n ,   s tr ate g i m o d if i ca ti o n s ,   a n d   m u lti - p a th   at ta ck s .   T h P MU   s et u p   f r o m   t h e   i n t r u d e r s   v iew   is   u s ed   to   g en er ate   f a k d ata ,   t h s t r i k r a n g is   o p t im ize d ,   an d   th a ttac k   r ep er c u s s i o n s   a r ass ess e d .   Se co n d ,   t h e   Nas h   eq u il ib r i u m   p o i n t   m ay   b e   es ta b lis h ed   b y   u s i n g   th id ea s   o f   tw o - p l a y e r   ze r o - s u m   g a m e   t h e o r y   a n d   a cc o u n ti n g   f o r   b o t h   t o t al   i n c o m e   a n d   m u lti - p a th   at tac k s   i n   m u lt i - s ta g e   g a m es   t o   d ete r m in e   t h e   b est   a tta ck - d e f e n s e   c o m b in ati o n .   L astl y ,   d is c u s s i o n   o f   t h e   e x p er i m e n t   f i n d in g s   f o r   b o t h   s in g l e -   a n d   m u lti - s t ag g am es  f o ll o ws.   T h s i m u l ati o n ' s   f i n d i n g s   s h o w   t h at   at ta ck er s   c a n   m o r e f f e cti v el y   a n d   ef f i cie n t ly   e m p l o y   t h e   s u g g est e d   m u lti - s ta g g a m e   a p p r o ac h   [ 3 4 ] .   L it er a t u r p r es en ts   r ea lis tic   b i - le v e m i x e d - i n te g e r   l in e a r   p r o g r a m m i n g   ( B MI L P )   m o d el   t o   r ep lic at f r a u d u l en d ata   i n j ec t io n s   ( F DI s ) ,   w h i ch   a tte m p t   t o   o v e r l o a d   s e v e r a li n es   o f   tr a n s m is s i o n   a n d   c r e ate   a   c o ll a p s e   o f   p o w er   s u p p l y   i n   v er y   b i g   g r i d s .   I n   co n t r as t   t o   p r ev io u s   s t u d ies ,   t h is   m o d el   ac c o u n ts   f o r   th p o s s ib ili ty   t h a att ac k e r s   m a y   o n l y   h a v e   r est r icte d   ac ce s s   to   m ea s u r em e n b u s es  a n d   s im u l at es  p r o b l em s   o n   ce r t ai n   li n es   t h a ar o v e r l o o k e d   b y   c u r r en DC   s ta te   es ti m ati o n .   F u r t h e r m o r e ,   it   is   d e m o n s tr ate d   th a t   s te alt h y   FD I s   m ay   b e   id en tifi e d   u s in g   an   o b s e r v ati o n   f r a m ew o r k   b ase d   o n   r e cu r s i v e   we ig h te d   l ea s t - s q u a r es   ( W L S )   s tat e   est im ati o n ,   b u t   cl ass ic al   W L S   est im ati o n   is   u n a b le   to   d e tec t   FD I s .   T h is   h e lp s   p r o t ec t   t h e   s y s te m   ag ai n s t   m a n y   k in d s   o f   t h r ea ts .   T wo   b en c h m ar k s   ar e   u til ize d   t o   v e r i f y   th e   e f f ic ac y   o f   t h e   s u g g est e d   at tac k   m o d el   an d   d ete cti o n   s y s t em   o n   t h e   r e al  g r i d th I E E E   1 1 8 - b u s   b e n ch m a r k   an d   2 0 0 0 - b u s   a r t if ici al  g r i d   t h at  m i m ics   th e   T e x as ,   USA ,   el ec tr i ca l n et wo r k   [ 3 5 ] .   L it e r at u r e   [ 3 6 ]   p r o p o s es   a   m ac h i n le ar n i n g   m et h o d   th at   u s es   p o in t o f   co m m o n   co u p li n g   ( PC C )   s e n s o r s   a lo n e   t o   id en ti f y   c y b e r a tta ck s   i n   p h o to v o lt aic   ( PV)   f a r m s .   Fi r s t ,   t h o r o u g h   cy b e r - at tac k   m o d el   f o r   p h o t o v o lta ic   f ar m   is   cr ea t ed ,   c o n s id e r i n g   t h e   v a r ie ty   o f   o p er ati o n al   cir c u m s t a n ce s .   T w o   c y b e r a tta c k   k i n d s   t h at   a r e   o f t e n   h ar d e r   t o   i d en ti f y   a r e   p a r ti c u lar ly   i n c lu d ed   i n   th e   att ac k   m o d el .     W p r es en t a n d   c o n t r ast   co n v o l u ti o n al  n eu r a n et wo r k   ( C N N)   u s i n g   m ic r o - p h ase   m ea s u r e m e n u n its   ( μ   PMU )   a n d   r aw  ele ct r ic   wa v ef o r m   wit h   f i g u r es  o f   m e r it  in   r elat io n   to   e x is ti n g   m ac h i n e   le a r n in g   te ch n i q u es .   I n   th e   e n d ,   a   d is t r i b u te d   g r i d   c o n s is ti n g   o f   I E E E   3 7   b u s es   a n d   s o la r   f ar m s   is   esta b l is h ed   as   a   test b ed   f o r   c y b er - p h y s i ca s ec u r it y .   A   f r a m ew o r k   f o r   r e al - ti m e   s i m u la ti o n ,   d et e cti o n ,   a n d   v is u ali za t io n   is   c r e at ed   t o   s h o w   h o w   t h s u g g este d   a p p r o a c h   w o r k s   i n   an   a ct u al   s et ti n g .   T h e   f in d i n g s   d em o n s t r at th at   t h e   s u g g est e d   m a ch in le ar n i n g   tec h n i q u es  ar ca p a b l o f   a c h i ev i n g   s u f f ici e n r es ili en ce   a n d   d et ec ti o n   a cc u r ac y   in   a   r a n g o f   ass au lt  s it u at io n s   [ 3 6 ] .   L i te r at u r e   [ 3 7 ]   b u il d s   a n   I E E E - 1 1 8 - n o d e   p o w er   n etw o r k   a n d   a   2 0 0 - n o d e   s c ale - f r ee   in f o r m at io n   n e tw o r k   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n s emb le  lea r n in g   b a s ed   fa u lt   d etec tio n   u s in g   P MU d a ta   in   imb a la n ce d     ( K ir u th ika   K r is h n a n )   857   u s i n g   t h e   c o n c e p t   o f   a n   i n t r ic ate   g r i d   t o   c r e ate   a   s e lf - s u s ta i n i n g   m o d el .   F o ll o w in g   t h e   p r o c ess   o f   i n f o r m at io n   ca t al o g u i n g   f o r   d ete cti n g   a n d   r an k i n g   th e   n etw o r k ' s   j u n cti o n s ,   a   v u ln e r a b il it y   an al y s is   is   c o n d u ct e d ,   a n d   a   s t r e am   m o d el  o f   t h e   p o w er   c y b e r - p h y s ical   s y s te m   is   b u i lt  b as e d   o n   t h n o d e   c ar r y i n g   c ap ac it y .   Sim u lati o n   d e m o n s tr ates   th a i n t e n ti o n al   ass au lts   ca u s e   t h e   s y s te m   s t r u ct u r e   t o   b r ea k   d o wn   m o r q u ic k l y   t h a n   r a n d o m   atta c k s   d o ,   a n d   t h a f ai lu r es   m a y   b e   s u cc ess f u ll y   s to p p e d   f r o m   s p r ea d i n g   b y   r ais in g   t h e   n o d th r es h o l d .   [ 3 7 ] .   L ite r at u r e   [ 3 8 ]   p u t   f o r w ar d   a   q u a n t u m   d wa r f   m o n g o o s e   o p t im iza ti o n   wi th   e n s em b le   d e ep   le a r n in g   b ase d   i n t r u s io n   d et ec ti o n   ( QDM O - E D L I D )   te c h n iq u e   i n   th co n t e x o f   C PS .   T h e   QD MO - E DL I D   m et h o d   t h a is   b e in g   d is cu s s e d   u s es   en s em b l le ar n i n g   a n d   f e at u r e   s ele cti o n   ( FS )   t o   i d e n ti f y   in tr u s io n s .   T h e   QDM O   al g o r it h m   is   u s e d   b y   t h QDM O - E DL I D   m et h o d   to   c h o o s f e a tu r e   s u b s e ts .   A d d iti o n al ly ,   m i x   o f   d ee p   b eli ef   n etw o r k s   ( DB N) ,   c o n v o lu ti o n   r esi d u a l   n etw o r k s   ( C R N ) ,   an d   d ee p   a u t o en c o d er   ( D AE )   m o d els   is   u ti liz ed   to   ca t e g o r i ze   i n t r u s i o n s .   Usi n g   b e n c h m a r k   i n t r u s i o n   d a tase ts ,   th e   QD MO - E D L I te ch n i q u e' s   e x p e r im e n ta r es u lts   w er e v alu at ed .   T h e   s i m u l a ti o n ' s   o u t c o m es   d em o n s t r a t e d   t h e   QD M O - E D L I D   a p p r o a c h ' s   i n c r e as e d   e f f e c ti v e n e s s   i n   r e l a t i o n   t o   s e v e r a l   p e r f o r m a n c m e t r i c s   [ 3 8 ] .   I t   i s   e v i d e n t   f r o m   t h e   p r e c e d i n g   p a p e r   t h a t   a   l a r g e   b o d y   o f   r e s e a r c h   h a s   d e m o n s t r a t e d   h o t h e   S MO T E   a n d   E n s e m b l e   l e a r n i n g   al g o r i t h m s   e n h a n c e   c at e g o r i z a tio n .   T h e   s u b j e ct   o f   c y b e r a t t a c k   d e te c t i o n   a n d   cl ass i f i c at i o n   is   a d d r es s e d   i n   t h is   p a p e r   b y   t h e   a p p l i c at i o n   o f   t h e   e n s e m b l l e a r n i n g   m e t h o d   a n d   t h e   S MO T E   s a m p l i n g   s t r at e g y .   T h e   e n s e m b l e   le a r n i n g   a l g o r i t h m   is   u s e d   t o   co m p a r e   a   v a r i e t y   o f   m e t h o d s ,   i n c l u d i n g   l o g is t i c   r e g r e s s i o n ,   m u l t i l a y e r   p e r ce p t r o n   m o d e l i n g ,   s u p p o r t   v e c t o r   c l as s i f i e r s ,   a n d   d e c is i o n   t r e e   c l a s s i f i e r s .   T h e   t e c h n i q u o f   e n s e m b l e   l e a r n i n g   u s e s   SV C ,   M L P ,   l o g i s ti c   r e g r e s s i o n ,   a n d   d e c i s i o n   t r e e   a l g o r i t h m s   as   c o r c l a s s i f i e r s ,   w i t h   l o g is ti c   r e g r es s i o n   s e r v i n g   a s   t h m e t a cl a s s i f i e r .   S e v e r al   m a c h i n e   l e a r n i n g   a l g o r i t h m s   a r e   i m p l e m e n t e d   a n d   c o n t r a s t e d   w i t h   t h e   s ta c k   e n s e m b l e   l e a r n i n g   s t r a t e g y .   A n   e n s e m b l e   l e a r n i n g - b a s e d   t e c h n i q u e   f o r   i d e n t i f y i n g   P M U   c y b e r a t t a c k s   is   p u t   f o r wa r d   i n   t h i s   p a p e r .   T h e   s p ec i f i e d   e n s e m b l e   l e a r n i n g   a p p r o a c h   i s   c o n t r as t e d   w it h   t h e   o u t c o m e s   o f   m a n y   s i n g l e   l e a r n in g   t e c h n i q u e s ,   s u c h   as   l o g is ti c   r e g r e s s i o n ,   d e c is i o n   t r e e s ,   M L P   c la s s i f ie r s ,   a n d   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e s .   P M U   in f o r m a t i o n   o n   t h e   i s s u e   a n d   n o r m a l   o p e r a t i o n s   i s   c o l l e c t e d .   P r e p r o c e s s i n g   is   d o n e   o n   t h e   d a t a s et   t o   r e m o v e   m i s s i n g   v a l u e s   a n d   o u t l i e r s .   T h e   e n s e m b l e   le a r n i n g   a l g o r i t h m   i s   c o m p a r e d   i n   a n   u n b a l a n c e d   e n v i r o n m e n t   w i t h   o t h e r   s i n g l e   l e a r n i n g   t e c h n i q u es,   i n c l u d i n g   l o g i s t i r e g r e s s i o n ,   d e c i s i o n   t r e e s ,   M L P   c l as s i f i e r s ,   a n d   s u p p o r t   v e c t o r   m a c h i n e s ,   i n   o r d e r   t o   d e t ec t   PM U   c y b e r a t t ac k s .       2.   E NS E M B L E   L E A RNING - B AS E P M CYB E A T T A CK   DE T E C T I O US I NG   SM O T E   SAM P L I NG   co llectio n   o f   d ata  ca lled   "PMU   cy b er - attac k   Dete ctio n was  cr ea ted   s p ec if ically   to   h e lp   m ac h in e   lear n in g   m o d els  id e n tify   alleg atio n s   o f   cy b er attac k s .   v a r ie ty   o f   PMU  d ata  o b s er v e d   at  v ar io u s   p lace s   in   th p o wer   n etwo r k   ar in clu d ed   i n   th d ataset.   I n   ad d itio n ,   o n l y   f ew  r e - s ea r ch es  h av test ed   th is o latio n   an d   lo ca tio n   o f   ass au lts ,   wh ich   is   c r u cial  f o r   d ef en d er s   to   im p lem en th e   ap p r o p r iate   co u n ter m e asu r es  to   e n s u r t h e   s y s tem   co n tin u es  to   f u n ctio n   n o r m ally   ev e n   in   th f ac e   o f   cy b er attac k s   s h o u ld   b b o th   f a u lt -   an d   attac k - to le r an t,   s o   th at  ev en   in   th wo r s t - ca s s ce n ar io s ,   it  ca n   co n tin u t o   f u n ctio n   as  in ten d ed .   T h er e f o r e,   to   in cr e ase  th r esil ien ce   o f   s m ar g r i d s ,   th d ef en d e r s   m u s lev er ag f au lt - to ler an co n tr o l.  T h u s ,   d ev i ce   th at  ca n   r eliab l y   d etec o r   an ticip ate  an   attac k   i s   d esp er ately   n ee d e d .   Fig u r e   1   ( s ee   Ap p en d i x )   [ 3 9 ]   c o n tain s   g en er ato r s   G1   an d   G2   ar u s ed .   in tellig en t   elec tr o n ic  d ev ices  ( I E Ds)  R 1   to   R 4   ca n   tu r n   o n   an d   o f f   th e   b r ea k er s .   T h e   lab els  o n   th ese  b r ea k er s   a r B R 1   to   B R 4 .   T h e r ar e   d o u b le  lin es  as  well.   L in es  1   an d   2   ex ten d   f r o m   B R 1   to   B R 2   an d   B R 3   to   B R 4 ,   r esp ec tiv ely .   On b r ea k e r   is   au to m atica lly   c o n tr o lled   b y   ea ch   I E D.   C o n s e q u en tly ,   R 1   g o v e r n s   B R 1 ,   R 2   g o v er n s   B R 2 ,   an d   s o   f o r th .   T h I E Ds  r elay   o n   f a r awa y   p r o tectio n   tec h n iq u th at  tr ip s   th b r ea k er   o n   d etec ted   f au lts   s in ce   th ey   la ck   in n er   v alid atio n   to   d is ce r n   b etwe en   r ea an d   c o u n te r f eit  f au lts .   Op er ato r s   ca n   m an u ally   in s tr u ct  t h I E Ds  R 1   th r o u g h   R 4   in   ad d itio n   to   m an u ally   tr ip p in g   t h b r ea k er s   B R 1   th r o u g h   B R 4 .   W h en   d o in g   r ep air s   o n   th lin es o r   o th er   s y s tem   p a r ts ,   th m an u al  o v e r r id is   em p lo y ed .       3.   M E T H O DO L O G Y   T h e   d ataset  u s ed   f o r   class if ic atio n   an d   th d if f er en class es  ar as   g iv en   in   th f o llo win g T ab le  1   p r o v id es  a n   ex p lan atio n   o f   t h 1 2 8   ch ar ac ter is tics .   E v er y   p h aso r   m ea s u r em e n u n it  ( PMU)   h as  2 9   d if f e r en t   k in d s   o f   m ea s u r e m en ts .   PMU  o r   s y n ch r o   p h aso r   is   d e v ice  th at  co m p u tes   th elec tr ical  wav es  o n   an   en er g y   g r id   b y   s y n c h r o n izin g   with   u s u al  tim s o u r ce .   Ou r   s y s tem   h as  f o u r   PMUs  m ea s u r in g   2 9   attr ib u tes,  o r   1 1 6   PMU  m ea s u r em en t c o lu m n s   i n   to tal.   T h e   ev e n ts   th at   n ee d   to   b e   p r e d icted   u s in g   m ac h in lea r n in g   alg o r ith m s   ar e   n atu r al  ev e n ts   th at  o cc u r   in   th p o wer   s y s tem ,   wh ich   ar e   s h o w n   in   T ab le  2 ,   lik e   th s in g le   lin to   g r o u n d   ( SLG)   f au lt  an d   lin e   m ain ten an ce .   T h n o r m al  o p er atio n ,   as  s h o wn   in   T ab le  3 ,   is   d u to   th lo ad   ch a n g es  in   th p o wer   s y s tem .   T ab le  4   d etai ls   th d if f er en attac k   ev en t   s ce n ar io s   in   th p o wer   s y s tem   d u to   cy b er - attac k ,   wh ich   in clu d d ata   in jectio n   to   tr ip   th r elay   an d   r em o te  tr ip p in g   o f   th r elay .   T h ese  d ata  ar e   u s ed   to   tr ain   t h m ac h in lear n in g   m o d els f o r   f au lt a n d   n o n - f a u lt   co n d itio n s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   2 J u n e   20 25 :   8 5 1 - 8 6 3   858   T ab le  1 .   PMU  d ata  s p ec if icati o n s   F e a t u r e     D e scri p t i o n   P A 1 : V H -   P A 3 : V H   V o l t a g e   p h a se   a n g l e   f o r   A ,   B ,   a n d   C   p h a s e s   P M 1 : V -   P M 3 : V   V o l t a g e   m a g n i t u d e   f o r   A ,   B ,   a n d   C   p h a ses   P A 4 : I H -   P A 6 : I H   C u r r e n t   p h a s e   A n g l e   f o r   A ,   B ,   a n d   C   p h a ses   P M 4 : I -   P M 6 : I   C u r r e n t   ma g n i t u d e   f o r   A ,   B ,   a n d   C   p h a ses   P A 7 : V H -   P A 9 : V H   V o l t a g e   p h a se   a n g l e   f o r   p o si t i v e ,   n e g a t i v e ,   a n d   z e r o   s e q u e n c e   c o mp o n e n t s   P M 7 : V -   P M 9 : V   V o l t a g e   p h a se   ma g n i t u d e   f o r   p o si t i v e ,   n e g a t i v e ,   a n d   z e r o   se q u e n c e   c o m p o n e n t s   P A 1 0 : V H -   P A 1 2 : V H   C u r r e n t   p h a s e   a n g l e   f o r   p o s i t i v e ,   n e g a t i v e ,   a n d   z e r o   s e q u e n c e   c o mp o n e n t s   P M 1 0 : V -   P M 1 2 : V   C u r r e n t   p h a s e   m a g n i t u d e   f o r   p o s i t i v e ,   n e g a t i v e ,   a n d   z e r o   se q u e n c e   c o m p o n e n t s   F   R e l a y   f r e q u e n c y   D F     R e l a y   f r e q u e n c y   d e l t a   ( d F / d t )   P A : Z   R e l a y   a p p e a r a n c e   i m p e d a n c e   P A : ZH   R e l a y   a n g l e   o f   a p p e a r a n c e   i mp e d a n c e   S   R e l a y   st a t u s f l a g       T ab le  2 .   Natu r al  e v en t scen ar i o s   S c e n a r i o   N a t u r a l   e v e n t ( S LG   f a u l t s)   1   Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 1 0 - 1 9 %   2   Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 2 0 - 7 9 %   3   Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 8 0 - 9 0 %   4   Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 1 0 - 1 9 %   5   Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 2 0 - 7 9 %   6   Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 8 0 - 9 0 %     N a t u r a l   e v e n t s   ( l i n e   ma i n t e n a n c e )   13   Li n e 1   ma i n t e n a n c e   14   Li n e 2   ma i n t e n a n c e       T ab le  3 .   No   e v en t scen ar io s   S c e n a r i o   N o   e v e n t s (n o r ma l   o p e r a t i o n )   41   N o r mal   o p e r a t i o n   d u e   t o   l o a d   c h a n g e s       Data   was  en ter ed   in to   th AR FF   f o r m at  f o r   th in itial  m u lticlas s   d atase t,  wh ich   in clu d ed   f if tee n   d atasets   wi th   ar o u n d   5 , 0 0 0   d a ta  item s   p er .   T h 1 2 8   asp ec ts   o r   v ar iab les  th at  m ak u p   th ese  d ata  ar m o s tly   d er iv ed   f r o m   s y n ch r o   p h aso r s   o r   p h aso r   m ea s u r in g   u n i ts   ( PMUs).   T h d ata  was  ev alu ate d   at  1 2 0   s am p les  p er   s ec o n d ,   an d   ea c h   s ch em was  s im u lated   f o r   1 7   s ec o n d s   [ 3 9 ] .   Du to   v ar io u s   ca p ac ity   p r o b le m s   th at  ar s p ec if ic  to   ea ch   ap p r o ac h ,   g e n er aliza tio n   s u f f e r s   in   in d ep e n d en t   m ac h in lear n in g   tech n iq u es.    T h g e n er aliza tio n   p r o b lem   is   m o s tly   r eso lv ed   b y   an   alg o r ith m   th at  ca n   c o m b in e   th b en ef its   o f   m an y   m ac h in l ea r n in g   tech n iq u es.   An   ef f ec tiv e   an o m aly   d etec tio n   tech n i q u e   is   th is o latio n   f o r est  alg o r ith m .   An   i m p r o v ed   im p lem en tatio n   o f   th ex ten d ed   is o latio n   f o r es tech n iq u f o r   an o m aly   id e n tific atio n   is   in clu d ed .   T h g e n er al  ex e cu tio n   p ar ticu lar s   o f   s u g g ested   ap p r o ac h   ar s h o wn   in   Fig u r 2 .   T h er a r f o u r   m ain   co m p o n en ts   to   th im p l em en tatio n   o f   f au lt   p r ed ictio n .   d ata  p r e p r o ce s s in g   au to m atio n ,   o u tlier   d etec tio n   an d   f ea tu r e n g in ee r in g ,   t r ain in g   an d   test in g ,   m o d el  ev alu atio n .   Fig u r 2   illu s tr ates  h o t h wh o le  d ata  p r ep ar atio n   p r o ce s s   is   au to m ated ,   lea d in g   t o   m ac h in lear n in g   p ar ad ig m   with   n o   n ee d   f o r   h u m an   p a r ticip atio n .   T h SVM  lear n in g   m et h o d   i n cr ea s es  th g en e r ality   o f   th e   lear n in g   p r o ce s s .   An o m aly   d etec tio n ,   d ata  clea n in g ,   an d   d ata  class if icat io n   in to   b alan ce d   an d   u n b ala n ce d   d at a   ar all  in clu d ed   in   th au t o m atio n   o f   d ata  p r ep ar atio n .   T h is   estab li s h es  th s am p le  p la n   f o r   th p r o p o s ed   im p lem en tatio n .   Usi n g   th m e an   v alu as  s tan d - in ,   au to m at ic  im p u r ity   clea n in g   an d   m is s in g   v alu im p u tatio n   ar p er f o r m ed   o n   th ca teg o r ized   d ata.   As  th m o s s ig n if ican elec tr ical  ap p licatio n s   ar f au lt  p r ed ictio n   alg o r ith m s ,   th p r im ar y   f ac to r   in f lu en cin g   th r esear ch   d o n e   in   t h is   way   is   th p r ed ictio n   alg o r ith m ' s   r eliab ilit y .   Fo r   m eth o d   to   h a n d le  m illi o n s   o f   d ata  p o in ts ,   it  m u s h av e   h ig h er   g en er ality   an d   h i g h ly   o r th o g o n al  in p u t.  I n   o r d er   to   i n cr ea s p r ed ictio n   p e r f o r m a n ce ,   m o r s o p h is ticated   f ea tu r en g i n ee r in g   tec h n iq u e s   co u ld   b r eq u ir e d   if   th er is   a   lar g er   co n n ec tio n   b etwe en   th s am p le  d ata.   I is   ch allen g in g   t o   ac q u ir th e   d ata - a war p r ep r o ce s s in g   p r o g r a m   as  th r ec o m m en d ed   aim .   T h b lo ck   d iag r am   r e q u ir es  th at  th ch o s en   f au lt  d iag n o s tic  p r o b lem   b e   s u b jecte d   to   an   ex ten d ed   is o la tio n   p r o ce d u r e.   W h en   t h ex t en d ed   is o latio n   f o r est  is   u s ed   f o r   f au lt  d ia g n o s is ,   th o u tlier   id en tific atio n   s h o w s   im p r o v e d   o r th o g o n ality .   T h e   en tire   d ataset  is   d iv i d ed   in to   tr ain in g   an d   test in g   d atasets ,   ea ch   in clu d in g   th e   af o r em en tio n e d   C SV  f iles .   PM cy b er - attac k   tr ai n in g   d ata  h as  th in f o r m atio n   o n   wh eth er   th er is   attac k   o r   n o t w h ich   ca n   b u s ed   as  th tar g e v ar iab le.   T h tar g et  attr ib u te  is   f ix ed   to   wh eth er   th m ea s u r ed   PMU  d ata  is   cy b er - attac k   o r   n o t sin ce   th m ac h in lear n in g   alg o r ith m   h as to   p r ed ict  th s am e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t     I SS N:   2088 - 8 6 9 4       E n s emb le  lea r n in g   b a s ed   fa u lt   d etec tio n   u s in g   P MU d a ta   in   imb a la n ce d     ( K ir u th ika   K r is h n a n )   859   T ab le  4 .   Attack   ev e n t scen ar io s   S c e n a r i o   A t t a c k   t y p e     D a t a   i n j e c t i o n     A t t a c k   S u b - t y p e   ( S LG   f a u l t   r e p l a y )   7   Li n e 1   w i t h   t r i p p i n g   c o mm a n d   f r o 1 0 - 1 9 %   8   Li n e 1   w i t h   t r i p p i n g   c o mm a n d   f r o 2 0 - 7 9 %   9   Li n e 1   w i t h   t r i p p i n g   c o mm a n d   f r o 80 - 9 0 %   10   Li n e 2   w i t h   t r i p p i n g   c o mm a n d   f r o 1 0 - 1 9 %   11   Li n e 2   w i t h   t r i p p i n g   c o mm a n d   f r o 2 0 - 7 9 %   12   Li n e 2   w i t h   t r i p p i n g   c o mm a n d   f r o 8 0 - 9 0 %     R e m o t e   t r i p p i n g   c o m ma n d   I n j e c t i o n     A t t a c k   su b - t y p e   ( c o mm a n d   i n j e c t i o n   a g a i n s t   s i n g l e   r e l a y )   15   R 1   r e l a y   c o mm a n d   i n j e c t i o n   16   R 2   r e l a y   c o mm a n d   i n j e c t i o n   17   R 3   r e l a y   c o mm a n d   i n j e c t i o n   18   R 4   r e l a y   c o mm a n d   i n j e c t i o n     A t t a c k   su b t - t y p e   ( c o mm a n d   i n j e c t i o n   a g a i n st   si n g l e   r e l a y )     19   R e l a y 1   a n d   R e l a y 2   c o mm a n d   i n j e c t i o n   20   R e l a y 3   a n d   R e l a y 4   c o mm a n d   i n j e c t i o n     R e l a y   se t t i n g   c h a n g e     A t t a c k   su b - t y p e   ( d i s a b l i n g   r e l a y   f u n c t i o n - si n g l e   r e l a y   d i sa b l e d   a n d   f a u l t   21   Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 1 0 - 1 9 R 1   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 2 0 - 7 9 R 1   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 1 0 - 4 9 R 2   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 5 0 - 7 9 R 2   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 1   S LG   f a u l t   f r o 8 0 - 9 0 R 2   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 1 0 - 1 9 R 3   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 2 0 - 7 9 R 3   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 10 - 4 9 R 3   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 5 0 - 7 9 R 4   d i s a b l e d   a n d   f a u l t     Li n e 2   S LG   f a u l t   f r o 8 0 - 9 0 R 4   d i s a b l e d   a n d   f a u l t           Fig u r 2 .   Ov e r all  b lo ck   d iag r a m   o f   d ata  p r ep r o ce s s in g   au to m ated   SVM  lear n in g       4.   RE SU L T S AN D I SCU SS I O N   Py th o n   is   u s ed   in   co n j u n cti o n   with   th Scik it - lear n   ( s k l ea r n ) s y n th etic  m i n o r ity   o v er s am p lin g   tech n iq u e   ( SMOT E ) ,   an d   P an d as   to o lb o x es to   cr ea te  cy b er - attac k   p r ed ictio n .   Usi n g   ML P,   SVM,   an d   d ec is io n   tr ee   alg o r ith m s   as th b ase  cla s s if ier s   an d   lo g is tic   r eg r ess io n   as th m eta  c lass if ier ,   an   en s e m b le  lear n in g   co d e   is   cr ea ted   to   f in d   cy b e r   attac k s .   Fig u r 3   d is p lay s   th g r a p h   th at  was  cr ea ted   to   illu s tr a te  th v ar io u s   in p u v ar iab les.  Sin ce   t h er is   a   n o t icea b le  d is p ar ity   b etwe en   th am o u n t   o f   cy b e r attac k   d ata  a n d   r eg u lar   d ata,   th e   d ata  ap p ea r s   to   b u n b alan ce d .   T h e   in d iv id u al   an d   en s em b le   l ea r n in g   p ar a d ig m s   ar e   u s ed   to   d esig n   th ca te g o r izatio n   is s u e.   Data   is   r esam p led ,   an d   d ata  im b alan c is   v er if ied .   Nu m er o u s   attr ib u tes  th at  ar n o n ec ess ar y   f o r   ca teg o r izatio n   a r r em o v ed   f r o m   th d ataset  p r io r   to   r esam p lin g .   T h s ig n if ica n t c h ar ac ter is tics   f r o m   th d ataset  r em ain   af ter   th in s ig n if ican f ea tu r es  h av b e en   elim in ated .   T ab le  5   lis ts   th p ar am eter s   f o r   th v ar i o u s   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   u tili ze d   in   t h en s e m b le  lear n i n g   tec h n iq u e .   An   ML   ap p r o ac h   ca lled   e n s em b le   lear n in g   co m b in es  m an y   b ase  class if ier s   to   p r o d u ce   m o r p o wer f u p r ed ictio n   m o d el.   T h d ec is io n   tr ee   alg o r ith m ,   m u lti - lay er   p er ce p tr o n   ( ML P),   an d   s u p p o r v ec to r   class if ier s   ( SVC )   ar t h b ase  class if ier s   in   th is   in s tan ce .   T r ain i n g   ea c h   b ase  class if ier   s e p ar ately   o n   th tr ain in g   s et   o f   d ata   is   th e   f i r s s tag in   th e n s em b le  lear n in g   p r o ce s s .   Fo r   th e   test   d ata,   ev er y   b ase  class if ier   will  p r o v id e   u n i q u s et  o f   p r ed ictio n s .   m eta - class if ier   will  b u s ed   to   ag g r eg ate  th ese  p r e d ictio n s   an d   p r o v id f in al  p r e d ictio n .   I n   th is   in s tan ce ,   lo g is tic  r eg r ess io n   s er v es  as  th m eta  class if ier .   I g en er ates  f in al  p r ed ictio n   b y   u s in g   th i n p u p r e d ictio n s   f r o m   ea ch   o f   th b ase  class if ier s .   I n   o r d er   to   g en e r ate  th m o s t a cc u r ate  p r e d ictio n   p o s s ib le,   th m eta - class if ie r   in teg r ates th k n o wled g g ain e d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 6 9 4   I n t J Po E lec  &   Dr i Sy s t Vo l.  16 ,   No .   2 J u n e   20 25 :   8 5 1 - 8 6 3   860   f r o m   th b asis   class if ier s '   p r e d ictio n s .   C o m b in in g   th m eta - class if ier ' s   p r ed ictio n s   with   t h b asic  class if ier s p r ed ictio n s   y ield s   th f in al  en s em b le  m o d el.   T h way   th is   c o m b in atio n   is   u s ed   o p tim izes  th f o r ec ast  ac cu r ac y .   A n   en s em b le   lear n in g   ap p r o ac h   ca n   b o o s th m o d el' s   ac cu r ac y   b y   co m b in in g   th b e n ef its   o f   m an y   b asic  class if ier s .   T h d r awb ac k s   o f   s ep a r ate   class if ier s   ca n   b m itig ated   b y   co m b in in g   th b e n ef its   an d   d r a wb ac k s   o f   ea ch   f u n d am en tal  cl ass if ier .   All  th in g s   co n s id er ed ,   th e n s em b le  lea r n in g   alg o r ith m   is   an   im p o r t an m ac h in lear n i n g   tech n i q u th at  m ay   y ield   ex tr ao r d i n ar ily   ac cu r ate  p r ed i ctio n s .   I em p lo y s   lo g is tic  r eg r ess io n   as  m eta - class if ier   a n d   SVC ,   ML P,  an d   d ec is io n   tr ee   alg o r ith m s   as   b a s class if ier s .   Fi g u r 3   d is p lay s   th g r ap h s   o f   v ar i o u s   in p u v ar iab les  r ep r esen ts   Fig u r 3 ( a )   v o ltag p h ase  an g le  f o r   C   p h ase,   Fig u r 3 ( b )   v o ltag m ag n itu d f o r   B   p h ase,   Fig u r 3 ( c )   v o ltag e   p h ase  an g le   f o r   B   p h ase,   a n d   Fig u r 3 ( d )   v o ltag m ag n itu d f o r   p h ase.   Fig u r 4   r e p r esen ts   an   AUC - R OC   cu r v e   th at  was  p r o d u ce d   b y   t h in d iv id u al   an d   g r o u p   lear n i n g   ( s tack   d is tr ib u tio n )   tech n iq u e.   On   co m p ar is o n   with   o th er   d is tin ct  m ac h in le ar n in g   tech n iq u es,  th s tack   d i s tr ib u tio n   ap p r o ac h   y ield s   th h ig h est  AUC - R O C   cu r v p er f o r m an ce .   Ou o f   al th alg o r ith m s ,   lo g is tic  r eg r ess io n   d em o n s tr ated   g o o d   p e r f o r m a n ce .   All  th e   s ep ar ate  m eth o d s   ar o u t p er f o r m ed   b y   th e n s em b le  lear n in g   alg o r ith m .   Giv en   th at  th SM OT E   alg o r ith m   was  u tili ze d   as  th s am p lin g   tech n iq u e,   it  is   co n clu d ed   th at  th im p lem en tatio n ' s   ac cu r ac y   is   g o o d .   Sin ce   th er ar s ev er al  SMOT E   m eth o d s   av ai lab le,   th d i v er s ity   o f   SMOT E   im p lem en tatio n   o n   up - s am p lin g   m a y   b e   u s ed   t o   en h an ce   th e   ac cu r ac y   an d   AUC - R O C   cu r v f o r   th up - s am p led   in p u t c h ar ac ter is tics .           ( a)   ( b )       ( c)   ( d )     F i g u r e   3 .   I n p u t   v a r i a b l e s   f r o m   th e   P M U   ( 4   a m o n g   t h e   1 2 8   v a r ia b l e s ) :   ( a )   v o lt a g e   p h a s e   a n g le   f o r   C   p h a s e ,   ( b )   v o l t a g e   m a g n i t u d e   f o r   B   p h a s e ,   ( c )   v o l t a g e   p h as e   a n g l e   f o r   B   p h a s e ,   a n d   ( d )   v o l t a g e   m a g n i t u d e   f o r   A   p h a s e       T ab le  5 .   E n s em b le  lear n in g   p a r am eter s   M a c h i n e   l e a r n i n g   m o d e l   P a r a me t e r s   M LP  c l a ssi f i e r   A c t i v a t i o n   =   " r e l u " ,   a l p h a   =   0 . 1 ,   h i d d e n _ l a y e r _ s i z e s   =   3 0 ,   l e a r n i n g _ r a t e   =   " i n v sc a l i n g " ,   ma x _ i t e r   =   5 0 0 0 0 ,   r a n d o m _ st a t e   =   1 0 0 0   D e c i s i o n   t r e e   c l a ss i f i e r   max _ d e p t h   =   5,   m a x _ f e a t u r e s   =   " a u t o " ,   mi n _ s a m p l e s_ l e a f   =   0 . 0 0 5 ,   m i n _ sa mp l e s_ s p l i t   =   0 . 0 0 5 ,   r a n d o m _ s t a t e   =   2 0 0 0   S V C   C = 8 5 ,   d e g r e e   =   1 5 ,   g a mm a   =   . 8 ,   k e r n e l   =   " r b f " ,   p r o b a b i l i t y   =   Tr u e   Lo g i s t i c   r e g r e ssi o n   r a n d o m _ s t a t e   =   42   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.