I nte rna t io na l J o urna l o f   Appl ied P o wer   E ng i neer ing   ( I J AP E )   Vo l.  1 5 ,   No .   1 Ma r ch   20 2 6 ,   p p .   9 8 ~ 1 09   I SS N:  2252 - 8 7 9 2 DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijap e . v 1 5 . i 1 . pp 9 8 - 1 09           98       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : // ija p e. ia esco r e. co m/   H ig h impe da nce  f a ult  discrim ina t io n in mic ro g rid power sy stem  using  stacking  en sem ble appro a ch       Ara ng a ra j a n Vina y a g a m 1 , R a m a n   M o ha nd a s 1 M ey y a pp a n   Chin da m a ni 2 ,   B ha dra v a t hi G a v ira ng a pa   S uja t ha 3 ,   So um y a   M is hra 4 ,   Ariv o li Sun da ra m urt hy 5   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   N e w   H o r i z o n   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 u r u ,   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   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   S r i   R a m a k r i sh n a   E n g i n e e r i n g   C o l l e g e ,   C o i mb a t o r e ,   I n d i a   3 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   C a m b r i d g e   I n st i t u t e   o f   T e c h n o l o g y ,   B a n g a l u r u ,   I n d i a   4 S c h o o l   o f   E l e c t r i c a l   E n g i n e e r i n g ,   K a l i n g a   I n st i t u t e   o f   I n d u st r i a l   T e c h n o l o g y ,   B h u b a n e sw a r ,   I n d i a   5 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   El e c t r o n i c s E n g i n e e r i n g ,   P S G   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y   a n d   A p p l i e d   R e se a r c h ,   C o i mb a t 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   Ap r   1 8 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Sep   1 7 ,   2 0 2 5   Acc ep ted   Oct  1 6 ,   2 0 2 5       Hig h   im p e d a n c e   (HI)  fa u l ts  in   m icro g rid   (M G )   p o we sy ste m s   a re   n o n - li n e a r,   in term it ten t,   a n d   h a v e   lo fa u lt   c u rre n m a g n i tu d e s,  m a k in g   th e m   c h a ll e n g i n g   t o   d e tec b y   t y p ica p ro tec ti v e   sy ste m s.  Co n se q u e n tl y ,   it   is  imp e ra ti v e   to   imp lem e n a   so p h isti c a ted   p ro tec ti o n   sy ste m   th a is  d e p e n d e n t   o n   t h e   p re c isio n   o fa u lt   d e tec ti o n In   t h is  stu d y ,   a   sta c k in g   e n se m b le  c las sifier  (S EC)  is  p ro p o se d   to   d isc rimin a te  HI  fa u lt   fro m   o t h e r   tran sie n ts   with in   p h o to v o l taic   (P V)  g e n e r a ted   M G   p o we s y ste m .   T h e   M G   m o d e l   is   sim u late d   with   t h e   in tro d u c ti o n   o fa u lt a n d   tran sie n ts.   Th e   fe a t u r e o d a ta   se fro m   e v e n sig n a ls  a re   g e n e ra ted   u sin g   t h e   d isc re te  wa v e let  tran sfo rm   (DWT tec h n iq u e .   Th e   d a tas e is  u se d   to   train   t h e   in d iv i d u a c las sifiers   (Na ïv e   Ba y e (NB),  d e c isio n   t re e   J4 8   (DTJ),  a n d   K - n e a re st  n e ig h b o r s   (KN N))  a in i ti a a n d   m e ta  lea rn e in   t h e   fi n a sta g e   o f   S EC .   Th e   S EC   o u t p e rfo rm o t h e c las sifica ti o n   m e th o d s   with   re sp e c to   a c c u ra c y   o f   c las sifica ti o n ,   ra te  o f   su c c e ss   in   d e tec ti n g   HI  fa u lt a n d   p e rfo rm a n c e   m e a su re s Th e   o u tco m e s o th e   c l a ss ifi c a ti o n   stu d y   c o n d u c ted   u n d e sta n d a r d   tes c o n d it i o n ( S TC)  o f   so lar P a n d   th e   n o isy   e n v iro n m e n o e v e n sig n a ls   c lea rly   d e m o n stra te  th a t h e   S E is  m o re   d e p e n d a b le  a n d   p e rfo rm b e tt e r   th a n   t h e   in d i v id u a b a se   c las sifica ti o n   a p p r o a c h e s.   K ey w o r d s :   Dec is io n   t r ee   D is cr ete  wav elet  tr an s f o r m   Hig h   im p ed a n ce   f au lt    Mic r o g r id   Ph o to v o ltaic   Stack in g   en s em b le  class if ier   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 :   Ar an g ar ajan   Vin a y ag am   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g in ee r i n g ,   New   Ho r izo n   C o lleg o f   E n g in ee r i n g   B an g alu r u ,   I n d ia   E m ail:  ar ajan in @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Mic r o g r id s   ( MG s )   a r u s ed   to   d eliv er   d ep e n d ab le ,   co s t - ef f ec tiv e,   an d   d u r ab le   en er g y   t o   r em o te     ar ea s   [ 1 ] .   Ho wev er ,   in teg r atin g   m u ltip le   d is tr ib u ted   g en e r atio n   ( DG)   s o u r ce s ,   s u ch   as  co n v en tio n al,   n o n - lin ea r ,   an d   i n ter m itten r en ew ab le  en er g y   ( R E )   s o u r ce s ,   a n d   o cc u r r en ce   o f   ab n o r m al  e v en ts   b r o u g h o n   b y   s witch in g   tr an s ien ts   an d   f au lts   ( lo a n d   h ig h   im p ed a n ce   ( HI )   f au lts )   ca n   n eg ativ ely   im p ac t   th MG ' s   s ec u r ity   an d   r eliab ilit y   [ 2 ] .   HI   f a u lts   ar p r ev ale n in   MG   n etwo r k s   wh en   co n d u cto r s   co n tact  h i g h - r esis tan ce   s u r f ac es  lik wet  s an d ,   asp h alt,   tr ee   li m b s ,   an d   g r a v el  [ 3 ] .   T h ese  f a u lts   ca n   ca u s elec tr ical  s h o c k ,   f ir e,   an d   ca s ca d in g   f ailu r e,   a f f ec tin g   h ea lth y   p a r ts   o f   th e   MG   n etwo r k   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   T h e   HI   f au lt  e x h ib its   a   lo f a u lt  cu r r en t   am p litu d e,   co m p licatin g   d etec tio n   an d   is o latio n   with   co n v en tio n al  p r o tectiv r ela y s .   I n   th is   in s tan ce ,   s o p h is ticated   p r o tectio n   s y s tem   is   n ee d ed   to   ac cu r atel y   d et ec an d   d if f e r en tiate  HI   f au lts   in   MG   n etwo r k s   to   is o late  th f au lty   ar ea   m o r q u ick ly   an d   p r ec is ely   [ 6 ] .   T h e r ef o r e,   to   f in d   th p r o b lem atic  n etwo r k   s eg m en t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Hig h   imp ed a n ce   fa u lt d is crimin a tio n   in   micro g r id   p o w er sys tem  u s in g     ( A r a n g a r a ja n   V i n a ya g a m )   99   f aster   an d   m o r ac cu r ately ,   a n   en h an ce d   p r o tectio n   s y s tem   th at  d ep en d s   o n   p r e cise  d etec tio n   an d   id en tific atio n   o f   HI   f au lts   is   e s s en tial.   T o   ac co m p lis h   m o r e   p r ec is d etec tio n   an d   d is cr im i n atio n   o f   HI   f au lts   in   MG   n etwo r k s ,   ad v an ce d   m ac h in lear n in g   ( ML )   class if icatio n   tech n iq u es c an   b im p le m en ted .   R esear ch er s   h av u s ed   v ar io u s   ML   alg o r ith m s   to   d is co v er   a n d   ca teg o r ize  HI   f au lts   in   v ar i o u s   p o wer   s y s tem   m o d els  an d   MG   n etwo r k s ,   en s u r in g   m o r ef f icie n an d   ac cu r ate  is o latio n   o f   t h p r o b lem atic  ar ea .   T h is   s o p h is ticated   p r o tectio n   s y s tem   is   im p o r tan t   to   e n s u r e   th s af e   an d   r eliab le   o p e r atio n   o f   MG   n etwo r k s .   Mu lti - lay er   p er ce p tr o n   ( ML P)  n eu r al  n etwo r k s   [ 7 ] ,   m u lti - cla s s   s u p p o r t v ec to r   m ac h in es ( S VM )   [ 8 ] ,   [ 9 ] ,   f u zz y   an d   ANFI tech n iq u es  [ 1 0 ] ,   E lm an   n eu r al  n etwo r k s   [ 1 1 ] ,   Kalm an   f ilter - b ased   tech n iq u es  [ 1 2 ] ,   an d   co n v o l u tio n al  n eu r al   n etwo r k s   ( C NN )   [ 6 ]   h av e   b ee n   u s ed   to   d is cr im in ate  HI   f a u lts   in   p o wer   n etwo r k s .   HI   f au lt  o cc u r r e n ce s   h av b ee n   an aly s ed   in   MG   n etwo r k s   u s in g   th Naiv B ay es  class if ier   [ 1 3 ]   an d   in   p h o to v o ltaic  ( PV )   in teg r ate d   p o wer   n etwo r k s   u s in g   m at h e m atica m o r p h o lo g y   [ 1 4 ] .   As   p er   th liter atu r e,   s in g le - b ase  class if ier s   ar wid ely   u s ed ,   an d   th ey   ar e   g en e r ally   ef f ec tiv f o r   s p ec if ic  tas k s   b u m ay   s tr u g g le  with   g en er alis atio n   d u to   th eir   s u s ce p tib ilit y   to   n o is o r   o v er f itti n g .   An   en s em b le  m o d el  en h an ce s   th ac cu r ac y   a n d   c o n s is ten cy   o f   s in g le - b ase  class if ier s   b y   tr ain i n g   m u ltip le  class if ier s   o n   th s am p r o b lem   [ 1 5 ] .   R esear ch er s   h av u s ed   en s em b le  ap p r o ac h es  lik v o tin g   p r o b ab ilit y   [ 1 6 ] ,   b a g g ed   tr e [ 1 7 ] ,   an d   r an d o m     f o r est  [ 1 8 ]   to   class if y   elec tr ical  f au lts   in   p o wer   s y s tem s .   E n s em b le  class if ier s   b a s ed   o n   ex ten d ed   Kalm an   f ilter s   [ 1 9 ]   an d   KNN - b ased   r an d o m   s u b s p ac ap p r o ac h es  [ 3 ]   h av e   b ee n   u s ed   to   d is cr im in ate  h ig h   i n ten s ity   cu r r en ( HI )   f au lt  in   PV - in teg r ated   p o wer   n etwo r k s .   b o o s tin g   en s em b le  m eth o d   [ 2 0 ]   an d   v o tin g   e n s em b le   m eth o d   [ 2 1 ]   h a v b ee n   p r o p o s ed   f o r   d etec tin g   an d   class if y in g   elec tr ical  f a u lts .   T h r esear ch   s u g g ests   th at  en s em b le  class if ier s   ar m o r r eliab le  an d   ef f icie n th an   s in g le - b ase  class if ier s .   T h b ag g in g   an d   b o o s tin g   en s em b le  alg o r ith m s   u s h o m o g en o u s   wea k   class if ier s ,   h o wev er   an   a d v an ce d   s tack in g   en s em b le  class if ier   u s es  co llectio n   o f   h eter o g en eo u s   wea k   class if ier s   f o r   s u p er io r   g en e r aliza tio n   ac cu r ac y   [ 2 2 ] ,   [ 2 3 ] .   T h er ef o r e,   th is   in v esti g atio n   s u g g ests   s tack in g   m eth o d o lo g y   f o r   clas s if y in g   HI   d ef ec ts   f r o m   o t h er   tr an s ien ts   in   PV - g en er ated   MG   p o wer   s y s tem .   T h p r esen r esear ch   ad d r ess es  g ap   in   th liter atu r b y   c o n ce n tr atin g   o n   t h ev alu atio n   o f   HI   f au lts   u s in g   s tack in g   en s em b le  ap p r o a ch .   T h is   to p ic  h as  b ee n   th s u b ject  o f   lim ited   in v esti g atio n   in   PV - b ased   MG   p o wer   s y s tem s .   T h m eth o d   is   d esig n ed   to   ac cu r ately   class i f y   f au lts   in   n o is y   en v ir o n m en o f   ev e n s ig n als  an d   s tan d ar d   test   co n d itio n s   o f   s o lar   PV.  Ad d r ess in g   th ese  r esear ch   g ap s   i s   cr u c ial   f o r   im p r o v i n g   f a u lt   cla s s if i ca t io n   m et h o d o lo g i es   i n   R E - i n t e g r ate d   M G   p o w e r   n etw o r k s   a n d   d ev el o p in g   r o b u s t e n s em b le - b ased   ap p r o a ch es f o r   r ea l - w o r ld   a p p licatio n s .   T h s tu d y ' s   p r im ar y   c o n tr i b u tio n s   ar e:     s tack in g   tec h n iq u e   o f   a n   e n s em b le  class if ier   is   p r o p o s ed   to   d if f er en tiate  H I   f a u lt  f r o m   o th er   f a u lts   an d   tr an s ien ts   in   PV - g en er ated   MG   p o wer   s y s tem .     Usi n g   th d is cr ete  wav elet  tr an s f o r m   ( DW T )   m eth o d ,   f ea t u r es  o f   th d ataset  f r o m   f a u lts   an d   tr an s ien s ig n als ar g en er ated   t o   tr ain   t h s u g g ested   s tack in g   a n d   in d i v id u al  class if ier s .     T o   v er if y   th e f f icac y   o f   t h s u g g ested   s tack in g   tech n iq u e,   class if icatio n   an aly s is   is   p er f o r m ed   in   ter m s   o f   ac cu r ac y   an d   p er f o r m a n ce   m etr ics ( PM)   wh ile  MG   is   o p er atin g   u n d er   s tan d a r d   test   co n d itio n .     T o   v er if y   th r esil ien ce   o f   th s u g g ested   en s em b le  m o d el,   class if icatio n   s tu d y   is   ca r r ied   o u u n d er   a   n o is y   en v ir o n m e n t o f   e v en t sig n als.   S t r u c t u r e   o f   t h m a n u s c r i p t :   s ec t i o n   2   d e s c r i b e s   M G   m o d e l ,   H I   f a u l t   m o d e l ,   a n d   p r o c e s s   s te p s   o f   c l ass i f i c at i o n   m o d el;  s ec tio n   3   d ef i n es  D W T   m eth o d ;   s ec tio n   4   p r esen ts   th d etails  o f   m ater ials   an d   m eth o d o l o g y ;     s ec tio n   5   d is cu s s es c lass if icati o n   r esu lts ; a n d   s ec tio n   s u m m ar izes   r esear ch   f in d i n g s   an d   f u tu r s tep s .       2.   DE SCR I P T I O O F   P I NT E G RAT E M G   M O D E L   T h is   s tu d y   u s es  th e n s em b l class if ier   to   d is tin g u is h   HI   f au lts   f r o m   o th e r   tr an s ien ts   in   PV - g en er ated   MG   m o d el.   MA T L AB - Simu lin k   is   u s ed   t o   s im u late  an d   an al y s e   MG   n et wo r k   m o d el.   Fig u r e   1   s h o ws  th s im p le  d iag r am   o f   an   is lan d ed   PV  g en er ate d   MG   p o wer   s y s tem   with   in teg r atio n   o f   f o llo win g   elem en ts s o lar   PV  s y s tem 3   u n its   r ated   3 0 0   k W p   ( 1 0 0   k W p /u n it);  DC - DC   p o wer co n v e r ter   ( 2 9 0   V/5 0 0   V   DC )   with   m ax im u m   p o wer   p o in tr ac k in g   co n t r o l;  v o lta g s o u r ce   in v er ter   i n ter f ac e   PV  s o u r ce   in t o   AC   n etwo r k   th r o u g h   tr an s f o r m er   T 1   ( 0 . 2 6 0   k V/1 1   k V,   3 0 0   k V A,   5 0   Hz) d iesel  en g in g en er ato r   ( DE G) 3 . 2 5   MV DE i s   in ter co n n ec ted   to   AC   n etwo r k   th r o u g h   tr a n s f o r m er   T 2 AC   lo ad   m ax im u m   ca p ac ity   o f   2 . 2   MW  at  1 1   k V;  c ap ac ito r   b an k   m ax im u m   ca p ac ity   o f   7 0 0   k VAR  at  1 1   k V;  an d   HI   f a u lt  m o d el  with   an ti - p ar allel  d io d es,  r esis to r s   ( R 1   a n d   R 2 ) ,   an d   v o ltag s o u r ce s   ( V1   an d   V2 ) .   Th is   s tu d y   u s es  s p ec if ic  p r o ce d u r to   g en er ate  8 0 0   c u r r e n s ig n al  s am p les  ( 1 0 0   s am p les p er   ev en t) ,   with   an   MG   m o d el  s im u latio n   tim o f   0 . 5   s ec o n d s i)   T h e   HI   f au lt  m o d el  ( Fig u r e   2 ( a) )   g en er ates  n o n - lin ea r   v o ltag e - cu r r en s am p les  b y   v a r y in g   r esis to r   v alu es  ( R S1   an d   R S2 )   b etwe en   0 . 1 0   k Ω   an d   5 . 2   k Ω ,   an d   v o lta g s o u r ce s   ( VS1   an d   VS2 )   b etw ee n   0 . 5   k an d   1 0 . 2   k in   0 . 3   s   to   0 . 3 5   s .   ii)  C u r r e n s ig n al  s am p les  f o r   lo im p ed an ce   f a u lts   ( L GF,  L L GF,  L L L GF,  an d   L L F)  ar g en e r ated   b y   ad ju s tin g   r esis tan ce   v alu es  ( 1 0 - 1 2 0 )   in   0 . 3 - 0 . 3 5   s   s tep s .   i ii)  Hea v y   lo ad s   ( 0 . 5   MW - 2 . 4   MW)  a n d   ca p ac ito r   b a n k s   ( 2 5 0   k V AR - 7 0 0   k VAR)  ar e   tu r n ed   o n   in   s tag es to   g en er ate   L ST  an d   C ST  s ig n als ( 0 . 3   s   s witch in g ) .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Ma r ch   20 2 6 :   9 8 - 1 09   100   2 . 1 .     H i g h im peda nce  f a ult  t r a ns ient   m o del   T h h ig h   im p e d an ce   ( H I )   f a u lt  m o d el  is   cir c u it  th at  m im ics  th p r o p er ties   o f   t h e   E m an u el     m o d el  [ 7 ] ,   co n s is tin g   o f   an ti - p ar allel  d io d es,  ad ju s tab le  r esis to r s ,   an d   DC   s o u r ce   v o ltag es  [ 1 9 ] .   I g en er ates   d is tin ct  n o n - lin ea r   v o ltag e - cu r r en cu r v es  b y   v ar y i n g   r esi s tan ce   v alu es  an d   v o ltag le v els.  T h HI   f a u lt  v o ltag an d   cu r r en p atter n s   with in   th m icr o g r id   n etwo r k   ex h ib it  n o n lin ea r ,   asy m m etr ical,   lo w - am p litu d e   cu r r en t   wav ef o r m   d o m in ated   b y   s ec o n d -   an d   th ir d - o r d er   h ar m o n ics.  T h m o d el' s   co n f ig u r atio n   an d   V - ch ar ac ter is tics   o f   f au lt si g n al  a r illu s tr ated   in   Fig u r es 2 ( a )   a n d   2 ( b ) ,   r esp ec tiv ely .           Fig u r 1 .   PV in teg r ate d   MG   m o d el           ( a)   ( b )     Fig u r 2 .   HI   f au lt m o d el:  ( a)   b asic c o n f ig u r atio n   an d   ( b )   V - I   cu r v es       2 . 2 .     Sig na pro ce s s ing   wit h dis cr et wa v elet   t ra ns f o rm   ( DWT )   DW T   m eth o d   is   u tili s ed   in   t h is   wo r k   to   d ec o m p o s th HI   f au lt  an d   o t h er   tr an s ien s ig n als  to   r etr iev f ea tu r es o f   d ata  s et  f o r   lear n in g   th e   class if ier s .   T h ex p r ess io n   o f   DW T   is   wr itten   a s   ( 1 )   [ 2 4 ] .      ( , ) = 1 ( ) × × (  )   ( 1 )     W h er   is   th s ca lin g   p ar am et er ,     is   th tr an s latio n   p a r am ete r ,   f   is   th e   m o th e r   wav elet  f u n c tio n ,   p   an d   m   ar in teg er   v ar iab les,  x ( m )   is   tim s ig n al,   an d   k   is   th n u m b er   o f   s am p les   of   an   in p u s ig n al.   ( 2 ) - ( 4 )   ex p r ess   co - ef f icien t   an d   en e r g y   v alu e   ( E V)   [ 2 2 ] .   T h is   s tu d y   c o n s id er s   m o th er   wav elet   Dau b ec h i es  4   ( d b 4 )   f u n ctio n   an d   d ec o m p o s itio n   lev el  ( 5 th )   f o r   s ig n al  d ec o m p o s itio n .   T h ea r lier   s tu d y   [ 2 3 ]   d is cu s s es D W T   ap p r o ac h .     ( ) = ( ) ×  1 × ( 2 )   ( 2 )     ( ) = ( ) ×  1 × ( 2 )   ( 3 )      = [ | | 2 ] = 1 + | | 2   ( 4 )     W h er L F1   an d   HF1   s tan d   f o r   lo an d   h ig h   p ass   f ilter s ,   d en o tes n u m b e r   o f   d ec o m p o s itio n   lev el,   Ai  an d   DJ   r ep r esen t th ap p r o x im ate  an d   d etailed   co ef f icien ts ,   r esp ec ti v ely .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Hig h   imp ed a n ce   fa u lt d is crimin a tio n   in   micro g r id   p o w er sys tem  u s in g     ( A r a n g a r a ja n   V i n a ya g a m )   101   3.   M AT E R I AL S AN M E T H O O F   CL ASS I F I CA T I O N   T h co m p lete  class if icatio n   p r o ce s s ,   s h o wn   in   Fig u r 3 ,   in cl u d es  v ar io u s   s tep s   o f   an aly s is .   First,  th e   PV - in teg r ated   MG   m o d el  is   c r ea ted ,   an d   s im u latio n   an al y s is   is   ca r r ied   o u with   th i n tr o d u ctio n   o f   d if f er en t   f au lts   an d   tr an s ien ev en ts   in   th MA T L AB / Si m u lin k   s o f twar en v ir o n m en t.  Als o ,   u s in g   MA T L AB /S im u lin k ,   u s in g   th DW T   tech n iq u e,   th f ea tu r e s   o f   th e   d ataset  ar e x tr ac ted   f r o m   t h f a u lts   an d   tr an s ien ev en ts .   T h e   f ea tu r es   ar e   u tili s ed   to   tr ain   th ML   class if ier s   ( NB ,   DT J ,   KNN,   an d   SEC)  u s in g   a n   o p en - s o u r ce   to o l,  W E KA.   T h W E KA  p r o v id es  s u p er v i s ed   an d   u n s u p er v is ed   ML   m eth o d s ,   in clu d i n g   g r o u p in g ,   v is u alis atio n ,   r e g r e s s io n ,   an d   class if icatio n   [ 2 3 ] .   Fro m   t h r esu lts   o f   th e   co n f u s io n   m atr i x ,   th e   class if icatio n   ac cu r ac y   o f   ea c h   class if icatio n   m eth o d   is   esti m ated .   T h ev e n ts   lik n o r m al  co n d itio n ,   L GF,  L L GF,  L L L GF,  L L F,  HI   f au l t,  L ST,   an d   C ST  in   th n etwo r k   ar class if ied   in   th class   n am es  C S1   to   C S8 .   W h ile  tr ain in g   th class if ier s ,   k - f o ld   cr o s s   v alid atio n   tech n iq u is   u s ed   to   lear n   class if ier s ,   wh ich   is   m o r ef f ec tiv th a n   th e   h o ld   o u d ata  s et  m eth o d   a n d   c a n   o v e r co m e   o v e r f itti n g   is s u es  with   lim ited     d atasets   [ 3 ] ,   [ 2 3 ] .   1 0 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   s tr ateg y   h as  b ee n   s u cc ess f u in   e v alu atin g   class if ier   ef f ec tiv en ess ,   o f f er i n g   ac cu r ate  ap p r o x im atio n s   f o r   class if icatio n   ac cu r ac y   ac r o s s   v ar io u s   task s   [ 3 ] ,   [ 2 3 ] .   T h is   s tu d y   u s es  1 0 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   m eth o d o lo g y   to   tr a in   class if icatio n   m o d els,  f o c u s in g   o n   p r o p o s ed   s tack in g   ( SEC)  an d   in d i v id u al   class if ier s   ( N B ,   DT J ,   an d   KNN) .   Fin ally ,   th class if icatio n   m o d els  ef f ec tiv ely   id en tify   f au lt  ty p es  b ased   o n   th ese  p r ed ictio n s .   I n   ca s o f   a   f au lt,  th p r o ce d u r e   is   co m p leted   with   a   tr ip   s ig n al   an d   p ass es  to   th p r o tectiv e   s y s tem ,   o r   r ep ea ted   in   ca s o f   n o r m al   co n d itio n s .   I n   ad d itio n ,   th e   m ater ials ,   m eth o d s ,   an d   co n ce p ts   o f   ea ch   ML   alg o r ith m   e m p lo y e d   in   th is   s tu d y   ar d elin ea ted   as f o llo ws:     3 . 1 .     M a t er ia ls   T h m ater ials   an d   to o ls   u s ed   in   th is   s tu d y   ar s u m m ar ized   a s   f o llo ws:     MA T L AB /S im u lin k   ( R 2 0 1 9 b )   s o f twar to o l:  u s ed   f o r   M m o d el  d ev elo p m en t/s im u latio n   an d   s ig n al   p r o ce s s in g   ( w av elet  to o l b o x )   with   DW T   ap p r o ac h .     W E KA  ( 3 . 9 . 6 )   o p en - s o u r ce   to o l: m ac h in lear n in g   m o d els   ( f o r   class if icatio n   o f   ev en ts ) .     Per s o n al  co m p u ter I n tel  i5   C PU r u n n in g   at  2 . 4   GHz   an d   1 6   GB   o f   R AM .     Data s et:  ex tr ac ted   f ea tu r es f r o m   th s im u lated   cu r r en t sig n al s   ( f au lts /tra n s ien ts ) .     3 . 2 .     M et ho ds   T h o v e r all  m eth o d o lo g y   ad o p ted   in   th is   s tu d y   c o n s is ts   o f   th f o llo win g   s tag es:     MG   m o d el  s im u latio n   an al y s is : w ith   in tr o d u ctio n   o f   f a u lts   an d   tr an s ien ts   s witch in g .     Sig n al  p r o ce s s in g   a n aly s is ap p ly   DW T   m eth o d   ( d ec o m p o s th s ig n als  to   ex t r ac f e atu r es  f r o m   th ev alu ated   wav elet  co e f f icien ts ) .     C las s if icatio n   an aly s is : tr ain   th class if ier   m o d els ( NB ,   DT J ,   KNN ,   an d   SEC)  an d   e v alu at th r esu lts .     Sy s tem   o p er atio n :   g e n er ates  t h tr ip   s ig n al  o n   f au lt  d etec tio n   a n d   r ep ea ts   th e   p r o ce s s   in   ca s o f   n o   f au lt   co n d itio n s .           Fig u r 3 .   B lo ck   d iag r am   o f   cla s s if icatio n   p r o ce s s     M i c r o g r i d   M o d el  D e v e lo p m e n t / S i m u l a t i o n E x t r a c t ed   F ea t u r es   f r o m   F a u lt / T r a n s ien t   S I g n a ls T r a i n   t h M L  M o d els N a i ve  Ba yes   ( N B) . D ec i s i o n   t r ee J4 8  ( D T J) K - N e a r e s t   N e ig h b o r   ( K N N ) S t a c ki n g  E n s em b l C l a s s i f i er   ( S E C ) T r ig g er T r ip   S I g n a ls   u n d er   f a u lt   ( O R) Rep ea t s   M o n i t o r i n g   u n d er   N o r m a l F a u l t s / T r a n s i en t s C u r r en t   S I g n a l s S ig n a l P r o c e s s in g D W T   A p p r o a c h C l a s s i f i c a t i o n   H I   F a u l t s / T r a n s i e n t s M A T LA B / SI M U L IN K ( Si m u l a ti o n   A n a l y s i s ) M A T L A B / SIM U L IN K ( DW T   A n a ly s is ) W E K A ( C la s s if ica t io n An a ly s is ) A D V A N C E D   P RO T E C T IV E   SY ST E M Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Ma r ch   20 2 6 :   9 8 - 1 09   102   3 . 3   Cla s s if ica t io m et ho d:  Na ïv ba y es   ( NB )   T h p r o f icien NB   class if ier   u s es  B ay es '   p r o b ab ilit y   th eo r y   f o r   ca teg o r izatio n   [ 2 5 ],   [ 2 6 ] ,   r en o wn ed   f o r   its   co m p u te  p o wer ,   s im p licity ,   an d   lo v ar iatio n   [ 2 6 ] .   I tr ea ts   ea ch   ch ar ac ter is tic   in d ep en d en tly   d u r in g   t r a i n i n g ,   a ll o w i n g   f o r   t h c o m p u t a t i o n   o f   p o s t e r i o r   p r o b a b i l i ty   d u r i n g   c l a s s i f i ca t i o n   [ 2 6 ] .   T h e   o u t p u t   p r o b a b i l i t y   i s   t h e   m a x i m u m   a r g u m e n t   f o r   t h e   g i v e n   c l a s s i f i ca t i o n   p r o b l e m .   T h e   c l a s s i f i e r ' s   o u t p u t   p r o b a b i l i t y   c a n   b e   r e g a r d e d   a s   t h e   m a x i m u m   a r g u m e n t   ( a r g .   m a x )   f o r   t h e   g i v e n   c l a s s i f i ca t i o n   p r o b l e m ,   w r it t e n   as   ( 5 )   [ 2 7 ] ,   [ 28] .     M a x. [ ( | ) = ( ) × ( | ) ( ) ]   ( 5 )     Sin ce   th v alu o f   th PR ( XL )   attr ib u te  v alu r ar ely   c h an g es   with   class ,   ( 5 )   ca n   b e   ex p r ess ed   as   ( 6 ) .     M a x. [ ( | ) = ( ) × ( | ) ]   ( 6 )     W h en   co n s id er in g   t h lik elih o o d   PR ( XL | C L )   o f   v ar iab les  i n   d ata  s et  ( XL )   is   d ef in ed   a s   [ XL 1 ,   XL 2 ,   XL 3 ,     XL N]   f o r   th class   ( C L )   as  [ C L 1 ,   C L 2 ,   C L 3 ,     C L K] .   I n   th f in al  ass ess m en p h ase,   th NB   class if ier   lab els th class   o f   ev en ts   b ased   o n   th m o s t p r o b ab le  o u tp u o f   ea ch   class   v alu e .     3 . 4 .     Cla s s if ica t io m et ho d:  de cisi o n t re J 4 8   ( DT J )   T h DT J   m eth o d   with   W E KA  is   C 4 . 5   d ec is io n   tr ee   ap p r o ac h   th at  ca n   h an d le   lar g s ca l d ata  s ets   with   n u m er ical   an d   m is s in g   v alu es  [ 2 3 ] ,   [ 2 9 ] .   I c o n s is ts   o f   r o o ts ,   b r an ch es,   n o d es,  an d   leav es,  with   class if icatio n   s tar tin g   f r o m   th r o o n o d e.   T h al g o r ith m ' s   wo r k in g   f u n ctio n   is   d et er m in ed   b y   e n tr o p y   r ed u ctio n .   E ac h   n o d e   r ec eiv es   test   attr ib u te  v alu es  f r o m   lear n in g   i n s tan ce s ,   an d   a   s u b s et  o f   th ese  in s tan ce s   is   u s ed   to   b u ild   n ew  n o d es.  T h o u tp u t a ttrib u te  is   ad d ed   with   th leaf   g en er atio n ,   a n d   n o d es a r cr ea ted   u n til all  in s tan ce s   ar u s ed   u p   [ 2 1 ] .   T h m eth o d   u s es  m in im al   co n f id e n ce   f ac to r   o f   0 . 2 5   t o   p r u n th t r ee ,   co n s id er in g   1 0   leav es a n d   1 8   t r ee   s izes f o r   th p r u n e d   tr ee .     3 . 5 .     Cla s s if ica t io m et ho d:  K - nea re s t   neig hb o ( K NN)   T h is   is   s tr aig h tf o r war d   m et h o d ,   a n d   lear n in g   f r o m   in s tan ce s   u s in g   th tr ain in g   s et' s   cl o s est  to   k   v alu es  to   ca teg o r ize  u n k n o w n   s am p le  d is tr ib u tio n s   [ 3 0 ] .   I u s es  d is tan ce   m etr ic  f u n cti o n s   lik E u clid ea n ,   tr ian g u lar ,   Gau s s ian ,   an d   C o s in to   ca lcu late  d is tan ce s   b etwe en   s am p les  an d   d eter m in n ea r est    n eig h b o r s   [ 3 1 ] .   I n s tan ce s   ar allo ca ted   to   th m aj o r ity   class   o f   th n ea r est  k   wh e n   th er a r m u ltip le  n ea r est   n eig h b o r s .   T h m a x im u m   p r o b ab ilit y   o f   XT 1   b ein g   ass o ciate d   with   class   C S1   is   ex p r ess ed   as  ( 7 )   [ 3 2 ] .      ( 1 ) =  ( 1 , 1 )   ( 7 )     W h er th p r o b ab ilit y   o f   XT 1   in   class   C S1   i s   d en o ted   b y   P   ( C S1 ,   XT 1 ) .   T h s tu d y   u s es a   KNN  class if ier   with   m u ltip le  s ca n n in g   tech n i q u es  to   f in d   n ea r est  n eig h b o u r s .   T h o p tim al   v alu e   o f   is   ar o u n d   6 ,   as  it  h as  b ee n   p r o v e n   to   p r o d u ce   th m a x im u m   class if icatio n   ac cu r ac y .     3. 6 .     P r o po s ed  cla s s if ica t io n m et ho d:  s t a c k ing   ens em ble c la s s if ier  ( SE C)   T h s tack in g   en s em b le  m o d e ( Fig u r 4 )   u s es  DW T   an aly s is   to   r etr iev f ea tu r es  f r o m   f au lts   an d   tr an s ien s ig n als,  wh ich   ar t h en   u s ed   as  in p u tr ain in g   d a tasets   ( DSET )   f o r   class if ier s .   I n   th f ir s p h ase,   s in g le  b ase  class if ier s   lik NB ,   DT J ,   an d   KNN  ar e   lear n ed   u s in g   a   1 0   f o ld s   c r o s s   v alid a tio n   tech n iq u [ 3 0 ] .   T h KNN  m eth o d   is   u s ed   at  m eta  lev el,   as  it  o u tp er f o r m s   NB   an d   DT J   at  th f ir s lev el.   I n   t h s ec o n d   p h ase,   th e   m eta  class if ier   KN is   tr ain ed   u s in g   s in g le  b ase   class if ier   p r ed ictio n s ,   with   v alu e   o f   6   an d   an   E u clid ea n   d is tan ce   m etr ic  f u n ctio n .   T h m eta - lear n er   p r ed i cts  class   lab el s   ( C S1   to   C S8 )   f o r   v a r io u s   ev e n ts .   T ab le  1   illu s tr ates th p r o ce s s   s tep s   o f   SEC.       T ab le  1 .   Pro ce s s   s tep s   o f   s tack in g   en s em b le  class if ier   S t e p   D e scri p t i o n   I n p u t   Tr a i n i n g   d a t a se t   (D S E T =   {( x ᵢₐ ,   y ᵢₒ ) },  w h e r e   x ᵢₐ     ⁿ a n d   y ᵢₒ     Y   O u t p u t   Ta r g e t   o u t p u t   c l a sses  f r o t h e   e n s e m b l e   c l a ss i f i e r   E P   ( a )   A p p l y   k - f o l d   c r o ss - v a l i d a t i o n   ( K f   =   1 0 )   a n d   p a r t i t i o n   D S E i n t o   K   e q u a l   su b se t s:   D S ET  =   {D S ET₁ ,   D S ET₂ ,   …,   D S ETₖ}   ( b )   Tr a i n   i n d i v i d u a l   b a se  c l a ssi f i e r s A C L₁ ,   A C L₂ ,   …,   A C Lₙ   u s i n g   e a c h   su b se t .   I n   t h i s wo r k :   A C L₁  =   N B ,   A C L₂  =   D T,   a n d   A C L₃  =   K N N   ( S t a g e   1 )   ( c )   C o n st r u c t   n e w   t r a i n i n g   d a t a   f r o b a s e   c l a ssi f i e r   o u t p u t s :   f o r   e a c h   s u b s e t   X     D S ETₖ,   c r e a t e   i n st a n c e ( X 'ⱼ ,   y )   w h e r e   X 'ⱼ   =   {A C L₁( X ) ,   A C L₂( X ) ,   …,   A C Lₙ( X ) }   ( d )   Tr a i n   t h e   me t a - l e a r n e r   ( K N N )   u si n g   t h e   c o n s t r u c t e d   d a t a s e t   ( S t a g e   2 )   ( e )   G e n e r a t e   f i n a l   p r e d i c t e d   c l a ss l a b e l s :   Eₐ ( x )   =   Lₐ ( C S ₁( x ) ,   C S ₂( x ) ,   …,   C S ( x ) ) ,   w h e r e   M   =   8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Hig h   imp ed a n ce   fa u lt d is crimin a tio n   in   micro g r id   p o w er sys tem  u s in g     ( A r a n g a r a ja n   V i n a ya g a m )   103       Fig u r 4 .   Pro p o s ed   s tack in g   e n s em b le  class if icatio n   m o d el       4.   RE SU L T ANA L YS I S AN DIS CU SS I O N   T h MG   m o d el  was  s im u late d   with   v ar io u s   class   ev en ts ,   in clu d in g   n o r m al,   HI F,  L GF,  an d   L L GF   ( Fig u r es  5 ( a )   t o   5 ( d ) )   a n d   L L L GF,  L L F,  L ST,   an d   C ST  ( F ig u r es  6 ( a)   t o   6 ( d ) ) .   T h e   r esu l ts   o f   d ec o m p o s in g   s ig n als  o f   v ar io u s   ev en ts   u s in g   th e   DW T   ap p r o ac h   ar e   ex p lain ed   in   s ec tio n   4 . 1 .   Ad d itio n ally ,   in   s ec tio n   4 . 2 ,   th r esu lts   o f   th clas s if icatio n   an aly s is   f o r   th ca s e s   o f   PV - c o n n ec ted   MG   u n d e r   s tan d ar d   test   co n d itio n s   an d   ev en t sig n als ex p o s ed   t o   n o is y   en v ir o n m en ts   ar d is cu s s ed .             Fig u r 5 .   Sig n als o f   p h ase  cu r r en t : ( a)   n o r m al ,     ( b )   HI   f a u l t ,   ( c)   L GF ,   an d   ( d )   L L GF     Fig u r 6 .   Sig n als o f   p h ase  cu r r en t:  ( a)   L L L GF ,     ( b )   L L F ,   ( c )   C ST ,   an d   ( d )   L ST     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Ma r ch   20 2 6 :   9 8 - 1 09   104   4 . 1 .     Resul t s   o f   deco m po s ed  s ig na ls   T h is   an aly s is   g en er ated   wav e let  co ef f icien ts   b y   d ec o m p o s i n g   HI   f au lt  a n d   o th e r   tr an s ie n cu r r en s ig n als  at  s ev er al  lev els.  ( 4 )   a s s es s ed   f ea tu r en er g y   u s in g   r ec o v er ed   co ef f icien ts .   SEC  an d   o th er   s in g le  b ase   class if ier s   ( N B ,   DT J ,   an d   KNN)   wer tr ain ed   u tili s in g   th ese  f ea tu r es  f o r   class if icatio n .   Fo r   d ec o m p o s in g   s ig n als,  d ec o m p o s itio n   at  5 th   lev el,   th m o t h er   wav elet  f u n ctio n   d b 4 ,   a n d   s am p lin g   f r eq u en cy   o f   2 4   k Hz   wer tak en   in to   ac co u n t.  Fig u r es  7 ( a)   to   7 ( d )   d ep ict  d ec o m p o s ed   wav ef o r m s   f o r   n o r m al ,   HI   f au lt,  L GF,  an d   C ST  ev en ts   in   an   is lan d e d   MG   n etwo r k ,   alo n g   wit h   wav elet  c o ef f icien r ep r e s en tatio n s .   T h ese  d ec o m p o s itio n s   h elp ed   id en tif y   d is tin g u is h in g   f ea tu r es  o f   e ac h   class   ev en in   th n etwo r k .   No   s p ik es  wer e   o b s er v ed   in   th e   wav ef o r m   c o e f f icien ts   o f   t h n o r m al  s tate  e v en t,  b u s p ik es  wer e   o b s er v e d   f o r   L GF  an d   C ST  ev en ts .   L GF  cu r r en m ag n it u d was  lar g er   th an   th HI   f au lt' s   s m all  cu r r en t.  Similar   d ec o m p o s itio n   p r o ce d u r es we r ap p lie d   to   ex t r ac t w av elet  co ef f icien ts   f r o m   all  o th er   f au lt a n d   tr a n s ien t e v en ts .           ( a )   ( b )       ( c)   ( d )     Fig u r 7 .   R esu lts   o f   d ec o m p o s ed   s ig n als:   ( a)   n o r m al  s tate ,   ( b )   HI   f au lt ,   ( c)   L GF ,   an d   ( d )   C ST       4 .2   Resul t s   o f   cla s s if ica t io n   T h s tu d y   u s ed   attr ib u tes  f r o m   f au lts   an d   tr an s ien s ig n als  to   tr ain   class if ier s   u s in g   1 0 - f o ld   cr o s s - v alid atio n   tech n iq u [ 2 3 ] .   T h e   d is cr im in atio n   o f   HI   f a u lt f r o m   o th er   f au lts   an d   tr a n s ien ts   in   PV g en er ated   MG   n etwo r k s   was  co n s id er ed .   T h ac cu r ac y   an d   HI   f au lt  s u cc ess   r ate  o f   en s em b le  ( SEC)  a n d   in d iv id u al  ( NB ,   DT J ,   an d   KNN)   class if ier s   w er ev alu ated   b ased   o n   co n f u s io n   m atr ix   o u tc o m es.  T h d e f in itio n   o f   ac cu r ac y   an d   s u cc ess   r ate  o f   HI   f au lt is   ex p r ess ed   as  ( 8 )   a n d   ( 9 )   [ 3 ] .     C las s if icatio n   a cc u r ac y   =    C or r e c tl c las s if ied  ins tanc e s T otal  numb e r   of   ins tanc e s   × 1 0 0   %   ( 8 )     HI   f au lt su cc esiv r ate  =    C or r e c tl c las s if ied  ins tanc e s   of   e ve nt T otal  numb e r   of   ins tanc e s   of   e ve nt  × 1 0 0   %   ( 9 )     4 . 2 . 1 .   Cla s s if ica t io n   a na ly s is i n P co nn ec t ed  MG   net wo rk   ( un der  s t a nd a rd  t est  co nd it io n )   T h is   an aly s is   d is tin g u is h ed   b etwe en   f au lts   an d   tr an s ien ts   in   PV - g en er ated   MG   p o wer   s y s t em .   Fro m   th r esu lts   o f   c o n f u s io n   m atr ix   ( T ab les  2   to   5 ) ,   class if icatio n   ac cu r ac y ,   H I   f a u lt  s u cc ess   r ate,   an d   p er f o r m a n ce   in d ices  wer ass es s ed .   Acc o r d in g   to   t h r esu lts ,   th NB   class if ier   in co r r ec tly   class if ied   1 4 0   in s tan ce s ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Hig h   imp ed a n ce   fa u lt d is crimin a tio n   in   micro g r id   p o w er sys tem  u s in g     ( A r a n g a r a ja n   V i n a ya g a m )   105   co m p ar ed   t o   8 0   a n d   7 0   f o r   DT J   ( 9 0 an d   8 2 %)  an d   KNN,   r esp ec tiv ely .   T h is   r esu lted   in   lo wer   ac cu r ac y   a n d   HI   f au lt  s u cc ess   r ate   co m p a r e d   to   DT J   ( 9 1 . 2 5 a n d   7 8 %)  a n d   KNN  ( 9 1 . 2 5 an d   8 8 %)  c lass if ier s .   Stack in g   class if ier   h ad   h ig h er   ac cu r ac y   ( 9 6 . 2 5 %)  an d   HI   f au lt  s u cc e s s   r ate  ( 9 2 %)  th an   b ase  class i f ier s .   T h s tack in g   class if ier   h ad   3 0   m is class if ie d   in s tan ce s ,   th f ewe s t.  Ov er all,   th p r o p o s ed   s tack in g   m o d el  s u r p ass es  b ase  class if icatio n   m eth o d s   with   r esp ec to   ac cu r ac y   an d   r ate  o f   s u cc ess   in   d etec tin g   HI   Fau lt  in   PV - co n n ec te d   MG   n etwo r k s .       T ab le  2 .   C lass if icatio n   r esu lts :   NB   c lass if ier   Ev e n t s   C l a s ses   C S 1   C S 2   C S 3   C S 4   C S 5   C S 6   C S 7   C S 8   I n c o r r e c t l y   c l a ss i f i e d   C o r r e c t l y   c l a ssi f i e d   N o r mal   C S 1   1 0 0   0   0   0   0   0   0   0   0   1 0 0   LG F   C S 2   12   88   0   0   0   0   0   0   12   88   LLG F   C S 3   0   0   82   10   0   0   8   0   18   82   LLLGF   C S 4   4   12   4   80   0   0   0   0   20   80   LLF   C S 5   10   10   0   0   80   0   0   0   20   80   H I   f a u l t   C S 6   0   0   0   0   0   80   0   20   20   80   LST   C S 7   0   0   12   0   0   0   62   26   38   62   C S T   C S 8   0   12   0   0   0   0   0   88   12   88   O v e r a l l   a c c u r a c y   =   8 2 . 5 %   a n d   s u c c e s s rat e   o f   H I   f a u l t   =   8 0 %       T ab le  3 .   C lass if icatio n   r esu lts :   DT J   c lass if ier   Ev e n t s   C l a s ses   C S 1   C S 2   C S 3   C S 4   C S 5   C S 6   C S 7   C S 8   I n c o r r e c t l y   c l a ss i f i e d   C o r r e c t l y   c l a ssi f i e d   N o r mal   C S 1   1 0 0   0   0   0   0   0   0   0   0   1 0 0   LG F   C S 2   0   96   4   0   0   0   0   0   4   96   LLG F   C S 3   0   10   90   0   0   0   0   0   10   90   LLLGF   C S 4   0   0   4   96   0   0   0   0   4   96   LLF   C S 5   0   12   0   0   88   0   0   0   12   88   H I   f a u l t   C S 6   0   0   0   0   0   82   8   10   18   82   LST   C S 7   0   0   0   0   0   10   80   10   20   80   C S T   C S 8   0   0   0   0   0   0   12   88   12   88   O v e r a l l   a c c u r a c y   =   9 0 %   a n d   s u c c e ss r a t e   o f   H I   f a u l t   =   8 2 %       T ab le  4 .   C lass if icatio n   r esu lts :   KNN  c lass if ier   Ev e n t s   C l a s ses   C S 1   C S 2   C S 3   C S 4   C S 5   C S 6   C S 7   C S 8   I n c o r r e c t l y   c l a ss i f i e d   C o r r e c t l y   c l a ssi f i e d   N o r mal   C S 1   1 0 0   0   0   0   0   0   0   0   0   1 0 0   LG F   C S 2   0   96   4   0   0   0   0   0   4   96   LLG F   C S 3   0   12   88   0   0   0   0   0   12   88   LLLGF   C S 4   0   12   0   88   0   0   0   0   12   88   LLF   C S 5   0   0   12   0   88   0   0   0   12   88   H I   F a u l t   C S 6   0   0   0   0   4   88   0   8   12   88   LST   C S 7   0   0   0   0   0   0   90   10   10   90   C S T   C S 8   0   0   0   0   4   0   4   92   8   92   O v e r a l l   a c c u r a c y   =   9 1 . 2 5 a n d   s u c c e ss rat e   o f   H I   f a u l t   =   8 8 %       T ab le  5 .   C lass if icatio n   r esu lts :   SEC  c las s if ier       4 . 2 . 2 .   Resul t s   o f   p er f o rm a nc a na ly s is   T o   ass ess   th class if ier   ef f ec tiv en ess   in   f u r th e r   lev el,   p er f o r m an ce   m ea s u r es  ( PM)   lik e   p r ec is io n   ( PR ) ,   r ec all  ( R C ) ,   F - m ea s u r ( FMS) ,   a n d   r ec eiv er   o p er atin g   c h ar ac ter is tics   ( R OC S)  wer ass ess ed .   Per f o r m an ce   m ea s u r es  a r d etailed   in   ea r lier   wo r k s   [ 2 2 ] .   T a b le  6   illu s tr ate  p er f o r m a n ce   p ar am eter s   ( PR ,   R C ,   FMS,  an d   R OC S)  r esu lts   o f   a ll  class if ier s .   I n d iv id u al   b ase  class if ier   PR   an d   R C   v alu es  v ar y   f r o m   0 . 8 8 6   to   0 . 9 2 9   an d   0 . 8 9 6   to   0 . 9 1 3 .   I n d iv id u al  b ase  class if ier   FMS a n d   R OC s co r es r an g f r o m   0 . 8 9 8   to   0 . 9 0 7   an d   0 . 9   to   0 . 9 7 6 .   I n   co m p ar is o n   to   N B   an d   DT J ,   th KNN  ex h ib its   p r o m is in g   r esu lts   an d   o u t p er f o r m s .   Ad d itio n ally ,   th p r o p o s ed   s tack in g   class if ier   s u r p ass es in d iv id u al  b ase  class if ier s   in   P R ,   R C ,   FMS,  an d   R OC S,  with   v alu es  ab o v 0 . 9 6   an d   0 . 9 8 ,   r esp ec tiv ely .   Ev e n t s   C l a s ses   C S 1   C S 2   C S 3   C S 4   C S 5   C S 6   C S 7   C S 8   I n c o r r e c t l y   c l a ss i f i e d   C o r r e c t l y   c l a ssi f i e d   N o r mal   C S 1   1 0 0   0   0   0   0   0   0   0   0   1 0 0   LG F   C S 2   0   1 0 0   0   0   0   0   0   0   0   1 0 0   LLG F   C S 3   0   0   1 0 0   0   0   0   0   0   0   1 0 0   LLLGF   C S 4   0   0   0   1 0 0   0   0   0   0   0   1 0 0   LLF   C S 5   0   0   10   0   90   0   0   0   10   90   H I   F a u l t   C S 6   0   0   0   0   0   92   4   4   8   92   LST   C S 7   0   0   0   0   0   8   92   0   8   92   C S T   C S 8   0   0   0   0   4   0   0   96   4   96   O v e r a l l   a c c u r a c y   =   9 6 . 2 5 a n d   s u c c e ss rat e   o f   H I   f a u l t   =   9 2 %   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 2 5 2 - 8 7 9 2   I n t J Ap p l Po wer   E n g Vo l.  1 5 ,   No .   1 ,   Ma r ch   20 2 6 :   9 8 - 1 09   106   4 . 2 . 3 .   Cla s s if ica t io n a na ly s is   wit h   no is y   ev ent   s ig na ls   T h p o wer   s y s tem ' s   elec tr ical   s ig n als  ar o f ten   n o is y .   T o   r ea lize  d is r u p tio n   in   n o is y   en v ir o n m en ts ,   p o wer   s y s tem   ev en s ig n als  ar an aly s ed   with   th ad d itio n   o f   wh ite  Gau s s ian   n o is ( W G N)   [ 3 3 ] .   T h s tu d y   u s ed   n o is le v els  with   s ig n al - to - n o is r atio   ( SNR )   v alu es  b etwe en   2 0   an d   4 0   d B .   T h e   SNR   is   co m p u ted   as   ( 1 0 )   [ 3 3 ] .      (  ) = 10  (   )   ( 1 0 )     T h p r o p o s ed   en s em b le  class if ier ' s   cla s s if icat io n   ac cu r ac y   a d if f er en n o is lev els  is   s h o wn   in   T ab le  7 .   T h e   class if ier ' s   ac cu r ac y   an d   HI   F au lt  s u cc ess   r ate  r an g ed   f r o m   9 1 to   9 4 . 7 5 at  2 0   d B   to   4 0   d B ,   an d   8 4 to   9 0 at  2 0   d B   o f   SNR .   Ho we v er ,   at  h ig h er   n o is lev els,  b o th   ac cu r ac y   a n d   HI   Fau lt  s u cc e s s   r ate  wer lo wer .   Desp ite  th n o is ier   en v ir o n m en t,  th en s em b le  class if ier   s t ill  s h o wed   g o o d   r esu lts   with   r esp ec to   ac cu r ac y   ( 9 1 %)  an d   r ate  o f   s u cc ess   ( 8 4 %)  in   d etec tin g   H I   f au lt.  T h p r o p o s ed   en s em b le  class if ier   d em o n s tr ates  s u p er io r   p r ec is io n   an d   r o b u s tn ess   in   th p r esen ce   o f   ele v ated   n o is lev els with   ev en t sig n al s .       T ab le  6 .   R esu lts   o f   p er f o r m a n ce   an aly s is   ( u n d er   STC)   W e i g h t e d   a v e r a g e   m e t r i c s   C l a s si f i e r s   PR   RC   F M S   R O C S   NB   0 . 8 8 6   0 . 8 9 6   0 . 8 9 8   0 . 9 0 0   D TJ   0 . 9 0 9   0 . 9   0 . 9   0 . 9 6 2   K N N   0 . 9 2 9   0 . 9 1 3   0 . 9 0 7   0 . 9 7 6   S EC   0 . 9 6 6   0 . 9 6 3   0 . 9 6 2   0 . 9 8 4   R e s u l t o f   m e t r i c s wi t h   H I   f a u l t   e v e n t   NB   0 . 8 7 5   0 . 6 1 2   0 . 7 7 8   0 . 8 4 1   D TJ   0 . 8 7 8   0 . 6 2 2   0 . 7 8 6   0 . 9 8 2   K N N   1   0 . 7   0 . 8 6 7   1   S EC   0 . 9 0 9   1   0 . 9 5 2   1       T ab le  7 .   R esu lts   o f   class if icati o n   u n d er   n o is y   en v i r o n m e n t   C l a s s   e v e n t s   N o   N o i se   2 0   d B   3 0   d B   4 0   d B   A c c u r a c y   ( %)   Mis - c l a ss i f i e d   i n s t a n c e s   A c c u r a c y   ( %)   Mis - c l a ss i f i e d   i n s t a n c e s   A c c u r a c y   ( %)   Mis - c l a ss i f i e d   i n s t a n c e s   A c c u r a c y   ( %)   C S 1   1 0 0   5   95   3   97   1   99   C S 2   1 0 0   4   96   2   98   2   98   C S 3   1 0 0   4   96   3   97   1   99   C S 4   1 0 0   6   94   3   97   1   99   C S 5   90   15   85   12   88   11   89   C S 6   92   16   84   12   88   10   90   C S 7   92   13   87   11   89   10   90   C S 8   96   9   91   8   92   6   94   O v e r a l l   a c c u r a c y   9 6 . 2 5 %   9 1 %   9 3 . 2 5 %   9 4 . 7 5 %   S u c c e ss ra t e   o f   H I   f a u l t   9 2 %   8 4 %   8 8 %   9 0 %       5.   CO NCLU SI O N   T h is   s tu d y   p r o p o s es  s tack in g   en s em b le  class if ier   to   d if f e r en tiate  b etwe en   HI   f au lts   an d   tr an s ien t s   in   PV - g en e r ated   Mic r o g r id   p o wer   s y s tem .   T h DW T   ap p r o ac h   is   em p l o y ed   in   th e   p r e - s tag o f   d ata  a n aly s is   to   ex tr ac tr ain in g   s et  f ea tu r es  f r o m   tr an s ien ts   an d   f au lt  ev e n ts .   T h p r o p o s ed   s tack in g   m o d el  h as  two   s tep s :   lear n in g   in d iv id u al  class if ier s   ( NB ,   DT J ,   an d   KNN)   u s in g   1 0 - f o l d   cr o s s - v alid atio n   m eth o d   an d   lear n in g   th e   m eta - lear n er   ( KNN)   to   o b ta in   tar g eted   class   lab els.  T h e   o u tco m es  f r o m   th is   s tu d y   ar as  f o llo ws:   i)   Acc o r d in g   to   th e   o u tco m es  o f   th an al y s is   in   th MG   n et wo r k   ( at  STC),   t h s u g g ested   m o d el  o u tp er f o r m s   NB ,   DT J ,   an d   KNN  wi th   r es p ec to   ac cu r ac y   ( 9 6 . 2 5 %)  an d   r ate  o f   s u cc ess   ( 9 2 %)  in   d e tectin g   HI   f au lts .   ii)   T h s u g g ested   s tack in g   m o d e ac h iev es  9 1 ac cu r ac y   a n d   8 4 s u cc ess   r ate  in   d etec tin g   HI   f au lts ,   ev en   in   n o is y   ev en d ata.   iii)  T h p er f o r m an ce   m ea s u r es  ( PR 0 . 9 6 6 R C :   0 . 9 6 3 FMS:  0 . 9 6 2 a n d   R OC S:   0 . 9 8 4 )   p r o v t h at  th s u g g ested   s tack in g   m o d el  p er f o r m s   well  in   id e n tify in g   f au lts   in   MG   p o wer   s y s tem s .   T h u s ,   th en s em b le  class if ier ' s   co n s i s ten r esu lts   d em o n s tr ate  its   ad ap tab ilit y   an d   u s ef u ln ess   in   p r ac tical  s itu atio n s .   Ad o p tin g   s u g g ested   en s em b le  class if ier   co u ld   im p r o v f a u lt  d etec tio n   s y s tem s   in   n o is y   an d   d y n am ic   en v ir o n m en ts ,   e n h an cin g   d e p en d a b ilit y   a n d   o p er atio n al  e f f icien cy .   Fu tu r s tu d y   will  i n v esti g ate  th ap p licatio n   o f   s o p h is ticated   d ee p   lear n i n g   tech n iq u es   to   d if f er e n tiate  b etwe en   HI   f au lts   an d   o th er   tr an s ien ts   in   m u lti - MG   p o wer   s y s tem s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ap p l Po wer   E n g   I SS N:   2252 - 8 7 9 2       Hig h   imp ed a n ce   fa u lt d is crimin a tio n   in   micro g r id   p o w er sys tem  u s in g     ( A r a n g a r a ja n   V i n a ya g a m )   107   F UNDING   I NF O R M A T I O N   T h au th o r s   s tate  n o   f u n d in g   is   in v o lv ed .       AUTHO CO NT RI B UT I O NS ST A T E M E N T     T h is   jo u r n al  u s es  th C o n tr ib u to r   R o les  T ax o n o m y   ( C R ed iT)   to   r ec o g n ize  in d iv id u al  au th o r   co n tr ib u tio n s ,   r ed u ce   au th o r s h ip   d is p u tes,  an d   f ac ilit ate  co llab o r atio n .     Na m o f   Aut ho r   C   M   So   Va   Fo   I   R   D   O   E   Vi   Su   P   Fu   Ar an g ar ajan   Vin a y ag am                               R am an   Mo h an d as                               Me y y ap p a n   C h in d am a n i                               B h ad r av ath Gav ir an g ap a   Su jath a                               So u m y Mish r a                               Ar iv o li Su n d ar a m u r th y                                 C     C o n c e p t u a l i z a t i o n   M     M e t h o d o l o g y   So     So f t w a r e   Va     Va l i d a t i o n   Fo     Fo r mal   a n a l y s i s   I     I n v e s t i g a t i o n   R     R e so u r c e s   D   :   D a t a   C u r a t i o n   O   :   W r i t i n g   -   O r i g i n a l   D r a f t   E   :   W r i t i n g   -   R e v i e w   &   E d i t i n g   Vi     Vi su a l i z a t i o n   Su     Su p e r v i s i o n   P     P r o j e c t   a d mi n i st r a t i o n   Fu     Fu n d i n g   a c q u i si t i o n         CO NF L I C T   O F   I N T E R E S T   ST A T E M E NT   T h au th o r s   s tate  n o   co n f lict o f   in ter est.       DATA AV AI L AB I L I T Y   T h d ata  th at  s u p p o r th f i n d in g s   o f   th is   s tu d y   ar a v ailab le  f r o m   th c o r r esp o n d in g   au t h o r ,   [ AV] ,   u p o n   r ea s o n ab le  r eq u est.       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   N .   H a t z i a r g y r i o u ,   E d . ,   M i c r o g ri d s:   a r c h i t e c t u res   a n d   c o n t r o l .   H o b o k e n ,   N J ,   U S A :   Jo h n   W i l e y   & S o n s ,   2 0 1 4 .   [ 2 ]   M .   M a n o h a r ,   E.   K o l e y ,   a n d   S .   G h o s h ,   R e l i a b l e   p r o t e c t i o n   sc h e me  f o r   P V   i n t e g r a t e d   m i c r o g r i d   u s i n g   a n   e n s e mb l e   c l a ss i f i e r   a p p r o a c h   w i t h   r e a l t i me  v a l i d a t i o n ,   I ET  S c i e n c e ,   Me a s u reme n t   T e c h n o l o g y ,   v o l .   1 2 ,   n o .   2 ,   p p .   2 0 0 2 0 8 ,   M a r .   2 0 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 0 4 9 / i e t - sm t . 2 0 1 7 . 0 2 7 0 .   [ 3 ]   K .   S .   V .   S w a r n a ,   A .   V i n a y a g a m,   M .   B .   J .   A n a n t h ,   P .   V .   K u mar,  V .   V e e r a samy ,   a n d   P .   R a d h a k r i s h n a n ,   A   K N N   b a s e d   r a n d o m   su b s p a c e   e n s e mb l e   c l a ssi f i e r   f o r   d e t e c t i o n   a n d   d i s c r i mi n a t i o n   o f   h i g h   i mp e d a n c e   f a u l t   i n   P V   i n t e g r a t e d   p o w e r   n e t w o r k ,   Me a su r e m e n t ,   v o l .   1 8 7 ,   n o .   1 ,   p .   1 1 0 3 3 3 ,   Ja n .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . m e a s u r e men t . 2 0 2 1 . 1 1 0 3 3 3 .   [ 4 ]   A .   G h a d e r i ,   H .   A .   M o h a m ma d p o u r ,   H .   L.   G i n n ,   a n d   Y . - J.  S h i n ,   H i g h - i m p e d a n c e   f a u l t   d e t e c t i o n   i n   t h e   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   u si n g   t h e   t i m e - f r e q u e n c y - b a se d   a l g o r i t h m ,   I EE T r a n s a c t i o n o n   Po w e r   D e l i v e ry ,   v o l .   3 0 ,   n o .   3 ,   p p .   1 2 6 0 1 2 6 8 ,   Ju n .   2 0 1 4 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TPW R D . 2 0 1 4 . 2 3 6 1 2 0 7 .   [ 5 ]   B .   K .   C h a i t a n y a ,   A .   Y a d a v ,   a n d   M .   P a z o k i ,   A n   i n t e l l i g e n t   d e t e c t i o n   o f   h i g h - i m p e d a n c e   f a u l t f o r   d i st r i b u t i o n   l i n e i n t e g r a t e d   w i t h   d i st r i b u t e d   g e n e r a t o r s ,”  I E EE  S y st e m J o u r n a l ,   v o l .   1 4 ,   n o .   1 ,   p p .   8 7 0 8 7 9 ,   M a r .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / JS Y S T . 2 0 1 9 . 2 9 1 1 5 2 9 .   [ 6 ]   S .   W a n g   a n d   P .   D e h g h a n i a n ,   O n   t h e   u s e   o f   a r t i f i c i a l   i n t e l l i g e n c e   f o r   h i g h   i mp e d a n c e   f a u l t   d e t e c t i o n   a n d   e l e c t r i c a l   saf e t y ,   I E EE   T ra n s a c t i o n o n   I n d u st r y   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   5 6 ,   n o .   6 ,   p p .   7 2 0 8 7 2 1 6 ,   N o v .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TI A . 2 0 2 0 . 3 0 1 7 6 9 8 .   [ 7 ]   V .   V e e r a s a m y   e t   a l . ,   A   n o v e l   d i s c r e t e   w a v e l e t   t r a n sf o r m‐ b a s e d   g r a p h i c a l   l a n g u a g e   c l a ssi f i e r   f o r   i d e n t i f i c a t i o n   o f   h i g h i m p e d a n c e   f a u l t   i n   d i s t r i b u t i o n   p o w e r   sy s t e m ,   I n t e r n a t i o n a l   T r a n sa c t i o n o n   El e c t r i c a l   E n e rg y   S y st e m s ,   v o l .   3 0 ,   n o .   6 ,   Ju n .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 2 / 2 0 5 0 - 7 0 3 8 . 1 2 3 7 8 .   [ 8 ]   K .   S e k a r   a n d   N .   K .   M o h a n t y ,   A   f u z z y   r u l e   b a se  a p p r o a c h   f o r   h i g h   i mp e d a n c e   f a u l t   d e t e c t i o n   i n   d i s t r i b u t i o n   s y st e u si n g   mo r p h o l o g y   g r a d i e n t   f i l t e r ,   J o u r n a l   o f   K i n g   S a u d   U n i v e rs i t y   -   E n g i n e e r i n g   S c i e n c e s ,   v o l .   3 2 ,   n o .   3 ,   p p .   1 7 7 1 8 5 ,   M a r .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j k su e s. 2 0 1 8 . 1 2 . 0 0 1 .   [ 9 ]   M .   S a r w a r ,   F .   M e h mo o d ,   M .   A b i d ,   A .   Q .   K h a n ,   S .   T .   G u l ,   a n d   A .   S .   K h a n ,   H i g h   i m p e d a n c e   f a u l t   d e t e c t i o n   a n d   i so l a t i o n   i n   p o w e r   d i st r i b u t i o n   n e t w o r k u si n g   su p p o r t   v e c t o r   mac h i n e s,”   J o u r n a l   o f   K i n g   S a u d   U n i v e rsi t y   -   E n g i n e e r i n g   S c i e n c e s ,   v o l .   3 2 ,   n o .   8 ,   p p .   5 2 4 5 3 5 ,   D e c .   2 0 2 0 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . j k su e s. 2 0 1 9 . 0 7 . 0 0 1 .   [ 1 0 ]   I .   B a q u i ,   I .   Za m o r a ,   J .   M a z ó n ,   a n d   G .   B u i g u e s,  H i g h   i m p e d a n c e   f a u l t   d e t e c t i o n   me t h o d o l o g y   u si n g   w a v e l e t   t r a n sf o r a n d   a r t i f i c i a l   n e u r a l   n e t w o r k s,”   E l e c t r i c   P o w e S y s t e m s   R e se a rc h ,   v o l .   8 1 ,   n o .   7 ,   p p .   1 3 2 5 1 3 3 3 ,   J u l .   2 0 1 1 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . e p sr . 2 0 1 1 . 0 1 . 0 2 2 .   [ 1 1 ]   V .   V e e r a s a my   e t   a l . ,   H i g h - i mp e d a n c e   f a u l t   d e t e c t i o n   i n   me d i u m - v o l t a g e   d i s t r i b u t i o n   n e t w o r k   u si n g   c o m p u t a t i o n a l   i n t e l l i g e n c e - b a s e d   c l a ss i f i e r s,   N e u r a l   C o m p u t i n g   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   v o l .   3 1 ,   n o .   1 2 ,   p p .   9 1 2 7 9 1 4 3 ,   D e c .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 0 0 7 / s 0 0 5 2 1 - 0 1 9 - 0 4 4 4 5 - w.   [ 1 2 ]   Q .   C u i ,   K .   El - A r r o u d i ,   a n d   Y .   W e n g ,   A   f e a t u r e   s e l e c t i o n   m e t h o d   f o r   h i g h   i mp e d a n c e   f a u l t   d e t e c t i o n ,   I E EE   T ra n s a c t i o n s   o n   Po w e r D e l i v e r y ,   v o l .   3 4 ,   n o .   3 ,   p p .   1 2 0 3 1 2 1 5 ,   J u n .   2 0 1 9 ,   d o i :   1 0 . 1 1 0 9 / TP W R D . 2 0 1 9 . 2 9 0 1 6 3 4 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.