I nte rna t io na l J o urna l o f   E lect rica l a nd   Co m pu t er   E ng ineering   ( I J E CE )   Vo l.   1 6 ,   No .   4 A u g u s t   20 2 6 ,   p p .   1 7 0 4 ~ 1 7 2 3   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 1 6 i 4 . pp 1 7 0 4 - 1 7 2 3           1704       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   A deep  learning - d riv en t ra v eling  w a v e met ho d f o G PS - f ree    a nd no ise - resilien fault  loca tion in   co mpens a ted  po w er  networks       Asm a   T a lbi ,   Abdeha f id  B a y a di   A u t o ma t i c   l a b o r a t o r y   o f   S e t i f ,   e l e c t r i c a l   e n g i n e e r i n g   d e p a r t m e n t ,   U n i v e r si t y   o f   F e r h a t   A b b a s Se t i f   1 ,   S e t i f ,   A l g e r i a         Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   2 ,   2 0 2 6   R ev is ed   Ma y   1 6 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   J u l 2 2 ,   2 0 2 6       Th is  p a p e in tr o d u c e a   n o v e h y b rid   fa u lt   l o c a ti o n   tec h n i q u e   fo h ig h - v o lt a g e   tran sm issio n   li n e s,  i n te g ra ti n g   trav e ll in g   wa v e   (T W)   p rin c i p les ,   d isc re te  wa v e let  tran sfo rm (D WT ),   a n d   lo n g   s h o rt - term   m e m o ry   (LS TM )   n e u ra n e two rk s.  T h e   p r o p o se d   m e th o d   e n h a n c e fa u lt   d e tec ti o n   s p e e d ,   imp ro v e l o c a ti o n   a c c u ra c y ,   a n d   d e m o n stra tes   re sili e n c e   a g a in st  h i g h - imp e d a n c e   fa u lt s.  Th e   LS T M   n e two rk   is  sp e c ifi c a ll y   train e d   to   d e tec th e   a rriv a o th e   in it ial  wa v e fro n t h ro u g h   sin g le - e n d e d   m e a su re m e n ts,  wh il e   DWT   e ffe c ti v e l y   e x trac ts  th e   h ig h - fre q u e n c y   c o m p o n e n ts   o f   tran sie n t   sig n a ls.  sim u lati o n   o a   4 0 0   k V,  1 2 0   k m   tran sm issio n   li n e ,   m o d e led   o n   re a p a ra m e ter fro m   th e   Alg e ria n   g rid ,   wa c o n d u c ted   u sin g   ATP - EM TP .   Th e   m e th o d o l o g y   wa s imp lem e n ted   in   M ATLAB  a n d   c o m p a re d   wi th   se v e ra sta te - of - th e - a rt  a p p r o a c h e s,  in c l u d i n g   g lo b a p o siti o n i n g   sy ste m   ( G P S sy n c h r o n ize d   TW   m e th o d s ,   u n d e v a rio u n o ise   c o n d i ti o n wit h   sig n a l - to - n o ise   ra ti o ( S NR)  a l o a 5   d B.   Ad d it i o n a ll y ,   th e   in fl u e n c e   o f   th y risto r - c o n tro ll e d   se ries   c o m p e n sa to rs   ( TCS C)  o n   lo c a ti o n   a c c u ra c y   wa e x p l o re d .   Th e   re su lt c o n firm  th e   a p p l ica b il it y   o t h e   p ro p o se d   tec h n iq u e   in   m o d e rn   wid e - a re a   p ro tec ti o n   sc h e m e s,   e sp e c ially   fo re m o te  re lay s   a n d   n e x t - g e n e ra ti o n   d i g it a fa u lt   re c o r d e rs (DF Rs).   K ey w o r d s :   Fau lt lo ca tio n   L o n g   s h o r t - ter m   m e m o r y   Neu r al  n etwo r k   Neu r al  n etwo r k   i m ag p r o ce s s in g   T r av elin g   wav e     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 :   Asma   T alb i   Au to m atic  lab o r ato r y   o f   Setif  elec tr ical  en g in ee r in g   d ep a r tm en t,  Un iv er s ity   o f   Fer h at  Ab b a s   Setif  1   Setif,   Alg er   E m ail: a s m atalb i@ u n iv - s etif . d z       1.   I NT RO D UCT I O N   T h r eliab ilit y   o f   p o wer   s y s tem s   is   o f   p ar am o u n im p o r ta n ce   in   to d ay ' s   en er g y   lan d s ca p e,   wh er u n in ter r u p ted   s er v ice  is   cr itical  f o r   b o t h   r esid en tial  an d   i n d u s tr ial  co n s u m er s .   As  th elec tr icity   d em an d   co n tin u es  to   g r o w,   th e   ab ilit y   t o   q u ick ly   a n d   ac cu r ately   id en t if y   an d   lo ca te   f au lts   in   h ig h - v o ltag tr an s m is s io n   lin es  b ec o m es  in cr ea s in g ly   ess en tial.  E f f ec tiv f au lt  lo ca tio n   m in im izes  o u tag tim es  an d   en h a n ce s   th o v er all  s tab ilit y   o f   p o wer   n et wo r k s .   T o   t h is   en d ,   r esear ch e r s   h av d e v elo p e d   r a n g o f   m eth o d s   aim e d   at  im p r o v in g   f a u lt d etec tio n   an d   lo ca lizatio n ,   u tili zin g   ad v an ce m en ts   in   tech n o lo g y   a n d   s ig n a l p r o ce s s in g .     Fau lt  lo ca tio n   m eth o d s   th at  u s tr av elin g   wav th e o r y   ar c h ar ac ter ized   b y   th eir   ab ilit y   to   ac cu r ately   esti m ate  an d   th eir   e n h an ce d   r esis tan ce   to   v ar iatio n s   in   f a u lt  r esis tan ce ,   f au lt  ty p e ,   an d   o p er atin g   co n d itio n s .   Alth o u g h   s in g le - e n d ed   m eth o d s   ar m o r ec o n o m ical  [ 1 ] ,   th ey   ten d   to   b less   ac cu r ate  th an   d o u b le - en d ed   ap p r o ac h es.  Glo b al  p o s itio n in g   s y s tem   ( GPS)  s y n ch r o n ized   d o u b le - e n d ed   m eth o d s   o f f er   h ig h   p r ec is io n   [ 2 ] b u im p lem e n tin g   th em   co m es  with   s ev er al  ch allen g es.  Hig h - ac cu r ac y   GPS  s y n ch r o n izatio n   s y s tem s   ar e   ex p en s iv e,   o f te n   co s tin g   th o u s an d s   to   ten s   o f   th o u s an d s   o f   d o llar s   p er   u n it,  n o in clu d i n g   in s tallatio n   an d   m ain ten an ce   co s ts .   T h is   m ak es  lar g e - s ca le  d ep lo y m en d if f icu lt,  esp ec ially   in   wid e - ar ea   p r o tectio n   s y s tem s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   d ee p   lea r n in g - d r iven   tr a ve lin g   w a ve   meth o d   f o r     ( A s ma   Ta lb i )   1705   [ 3 ] .   R ec en ad v a n ce m en ts   in   t r av elin g - wav e - b ased   f au lt  lo c atio n   tech n iq u es  h a v s ig n if ic an tly   im p r o v ed   th e   p r ec is io n   an d   s p ee d   o f   d etec ti n g   f au lts   in   h ig h - v o ltag tr a n s m is s io n   lin es.  T r ad itio n al  m et h o d s   r ely   o n   GPS - s y n ch r o n ize d   p h aso r   m ea s u r e m en u n its   ( PMUs)  to   ac h iev ac cu r ate  tim alig n m en b et wee n   m ea s u r em en p o in ts ,   en ab lin g   d o u b le - en d e d   tr av elin g - wav f au lt  lo ca tio n   [ 4 ] Ho wev er ,   t h p r ac tical   im p lem en tatio n   o f   GPS - d ep en d en s ch em es  f ac e s   cr itical  ch allen g es.  GP s ig n als  m ay   b u n av ailab le  o r   u n r eliab le  in   r em o te  ar ea s .   T h ey   ar also   v u ln e r ab le  to   s p o o f in g   attac k s .   F u r th er m o r e,   t h r e q u ir em e n f o r   s y n ch r o n ized   m ea s u r em en u n its   in cr ea s es  s y s tem   co m p lex ity   an d   c o s t,  p ar ticu lar ly   in   wid e - a r ea   p r o t ec tio n   s y s tem s   [ 5 ] Ad d itio n ally ,   GPS - b ased   s o l u tio n s   ar n o alwa y s   r eliab l u n d e r   r ea l - wo r ld   co n d itio n s .   Sig n als  m ay   b u n av ailab le   in   r em o te   ar ea s ,   a n d   th e   tech n o lo g y   is   v u ln e r ab le  to   s p o o f in g   attac k s   t h at  ca n   in tr o d u ce   s er io u s   er r o r s   in   f a u lt  lo ca tio n .   T h es lim itatio n s   u n d er s co r e   th n ec ess ity   f o r   f au lt  lo ca tio n   m eth o d s   th at   d o   n o t   d ep en d   o n   GPS  wh ile  s till   en s u r in g   h ig h   ac cu r ac y   an d   r eliab ilit y .   R ec en ad v an ce m e n ts   in   tr a v elin g - wav e - b ased   f au lt lo ca tio n   tec h n iq u e s   h av s ig n if ican tly   im p r o v e d   th ac cu r ac y   a n d   r a p id ity   o f   f a u lt id en tific atio n   in   h ig h - v o ltag tr an s m is s io n   n et wo r k s   [ 6 ] .   An o th er   im p o r tan ch allen g e   is   th p r esen ce   o f   s er ie s   co m p en s atio n   d ev ices,  s u ch   as  th y r is to r - co n tr o lled   s er ies  ca p ac ito r s   ( T C SC ) ,   wh ich   d is to r tr av elli n g   wav e   s ig n als.  R esear ch   co n f ir m s   th at  v ar y in g   co m p en s atio n   r atio s   s ig n if ican tly   im p ac p r o p a g atio n   ch ar ac ter is tics ,   n ec es s itatin g   ad v an ce d   alg o r ith m s   to   m ain tain   ac cu r ac y   in   co m p en s ated   co n d itio n s   [ 7 ] .   T h e   p ap er   b y   [ 8 ]   p r o p o s es  an   in n o v ati v m eth o d   f o r   f au lt   lo ca tio n   o n   th r ee - ter m in al   tr a n s m is s io n   lin es  with   s er ies  co m p en s atio n   u s in g   d ee p   n eu r al   n etwo r k s   ( DNNs) .   T h is   ap p r o ac h   u s es  cu r r e n a n d   v o ltag m ea s u r em en ts   f r o m   all  th r ee   ter m in als  to   ac cu r ately   esti m ate  f au lt   lo ca tio n s ,   ev en   in   th e   p r esen c o f   n o n lin ea r ities   in tr o d u ce d   b y   s er ies  co m p e n s atio n .   T h r esu lts   d em o n s tr ate  h ig h   r o b u s tn ess   an d   ac cu r ac y ,   o u tp er f o r m in g   tr a d itio n al  m et h o d s ,   p ar ticu lar ly   u n d er   c o m p lex   co n d itio n s   s u ch   as  v ar iab le  f a u lt  r esis tan ce s   an d   d i v er s f au lt  t y p es.  T h at  is   wh y ,   i n   r ec e n y ea r s ,   f au lt  lo ca lizatio n   h as  b ee n   g r ea tly   im p r o v e d   th r o u g h   t h u s o f   v ar io u s   in tellig en tech n iq u es,  s u ch   as  ar tific ial  n e u r a n etwo r k s   ( ANNs) ,   as  p r o p o s ed   in   r ef er e n ce   [ 9 ] .   An   in n o v ativ e   ap p r o ac h   is   p r o p o s ed   f o r   f au lt  d etec tio n ,   class if icatio n ,   an d   d is tan ce   esti m atio n   o n   f ix ed   s er ies  co m p en s atio n   ( FS C )   h i g h - v o ltag tr an s m is s io n   lin es   u s in g   m etal  o x id v ar is to r   ( MO V)   en er g y   as  in p u to   an   ANN.   T h is   m eth o d   p r o v id es  h ig h   ac cu r ac y   an d   in cr ea s ed   r o b u s tn ess .   I t   also   s im p lifie s   co m p u tatio n al   co m p lex ity   b y   u s in g   o n e - way   d ata.   ANNs  o f f er   p o wer f u c ap ab ilit ies  f o r   f au lt  lo ca tio n .   Ho wev er ,   th e y   s u f f er   f r o m   lim itatio n s   r elate d   to   d ata  ac q u is itio n   an d   q u ality ,   m o d el  co m p lex ity ,   an d   th n ee d   f o r   f r eq u en u p d at es   [ 9 ] ,   [ 1 0 ] .   h y b r id   ap p r o ac h   co m b i n in g   ANN  with   tr ad itio n al  m eth o d s   ( tr av ellin g   wav es,  an d   im p e d an ce . )   h as  b ee n   p r o p o s ed   in   t h liter atu r [ 1 1 ] ,   [ 1 2 ] .   Alth o u g h   s o m p r ev i o u s   s tu d ies h av attem p ted   to   u s t r ad itio n al  ANNs to   an aly ze   tr av elin g   wav s ig n als f o r   f au lt lo ca tio n   [ 1 2 ] ,   th ese  m o d els  h av lim itatio n s   in   h a n d lin g   c o m p lex   tem p o r al  d ata .   ANNs  lack   th "m em o r y m ec h an is m   to   ca p tu r lo n g   tem p o r al  d ep e n d en cies,  m ak in g   th em   less   ef f ec tiv at  an aly zin g   elec tr ical  s ig n als  th at  co n tain   im p o r ta n tem p o r al  in f o r m atio n .   L o n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L ST M)   n eu r al  n etwo r k s   ar e   ca p ab le  o f   ef f icien tly   p r o ce s s in g   tem p o r al   s eq u en ce s   b ec au s th ey   ar e   s p ec if ically   d esig n e d   to   h a n d le  l o n g   an d   co m p lex   tem p o r a l   d ep en d e n cies.  Stu d ies  h av s h o wn   th at  L STM s   o u t p er f o r m   ANNs  in   tim s er ies  p r ed ictio n   task s ,   m ak in g   th em   b etter   ch o ice  f o r   an aly zin g   tr av elin g   wav s ig n als an d   lo ca tin g   f a u lts   with   g r ea ter   a cc u r ac y   [ 1 3 ] .   Fu r th er m o r e ,   co n v en tio n al  f a u lt  lo ca tio n   m eth o d s   o f ten   d e g r ad in   p er f o r m an ce   i n   th p r esen ce   o f   s er ies  co m p en s atio n   d e v ices,  s u ch   as  T C SC s ,   an d   u n d e r   l o s ig n al - to - n o is r atio   ( SN R )   co n d itio n s .   T h is   lim its   th eir   r o b u s tn ess   in   r ea l - wo r ld   tr an s m is s io n   n etwo r k s .   Acc u r ate  f au lt  d etec tio n   in   s u ch   en v ir o n m en ts   is   cr u cial  to   en s u r in g   th r eliab i lity   o f   d is tan ce   r elay s ,   o v er cu r r en r elay s ,   an d   d if f e r en tial  p r o tectio n   s ch em es  an d   p r e v en tin g   m is   o p er atio n   o r   d elay s   in   f au lt c lear an ce   t h a t c o u ld   co m p r o m is s y s tem   s t ab ilit y   [ 1 4 ] .      Ho wev er ,   ex is tin g   f au lt  lo ca t io n   m eth o d s   ex h ib it  s ig n if ica n p er f o r m an ce   d e g r ad atio n   u n d er   lo SNR   co n d itio n s   an d   in   th p r esen ce   o f   s er ies  co m p e n s atio n   d ev ices  s u ch   as  T C SC s .   Mo r eo v e r ,   m o s h i g h - ac cu r ac y   a p p r o ac h es  r ely   o n   GPS  s y n ch r o n izatio n ,   wh ic h   lim its   th eir   p r ac ticality ,   i n cr ea s es  co s t,  an d   in tr o d u ce s   v u l n er ab ilit y   to   s ig n al  lo s s   o r   s p o o f in g .   T h er e f o r e,   th er is   clea r   n ee d   f o r   r o b u s t,  GPS - in d ep en d en f au lt  lo ca tio n   m eth o d   ca p a b le  o f    m ain tain i n g   h ig h   ac c u r ac y   u n d er   n o is y   an d   co m p en s ated   n etwo r k   c o n d itio n s T o   clea r l y   h ig h li g h th e   lim itatio n s   o f   ex is tin g   ap p r o ac h es  a n d   p o s itio n   th p r o p o s ed   s o lu tio n   with in   th e   cu r r e n s tate  o f   th a r t,  s tr u ct u r ed   co m p ar is o n   o f   r ec en f a u lt  l o ca tio n   m eth o d s   is   p r esen ted   in   T a b le  1 .   As  s h o wn   in   T ab le  1 ,   r ec en t   ap p r o ac h es  eith er   r ely   o n   c o m p lex   m u lti - ter m in al  s y n ch r o n izatio n ,   s u f f er   f r o m   lim ited   r o b u s tn ess   u n d er   n o is y   co n d itio n s ,   o r   lack   th ab ilit y   to   ef f ec tiv ely   ca p tu r tem p o r a l   d y n am ics.  I n   co n t r ast,  th p r o p o s ed   T W   L STM   f r am ewo r k   p r o v id es a   b alan ce d   s o lu tio n   b y   co m b in in g   h ig h   ac cu r ac y ,   s tr o n g   r o b u s tn ess ,   a n d   p r ac tical  d e p lo y m en t f ea s i b ilit y   with o u t r eq u ir in g   GPS s y n ch r o n izatio n .   T h is   s tu d y   p r esen ts   n o v el,   GPS - f r ee ,   d ep lo y a b le  h y b r id   f au lt  lo ca tio n   f r a m ewo r k   f o r   h i g h - v o ltag tr an s m is s io n   lin es.  T h is   f r am ewo r k   in teg r ates  tr av elin g   wav ( T W )   th eo r y   an d   d ee p   lear n in g b ased   L STM   n eu r al  n etwo r k .   U n lik co n v e n tio n al  T W   an d   m ac h in e   lear n in g - b ased   a p p r o ac h es,  wh ich   r eq u ir p r ec is tim s y n ch r o n izatio n   o r   i d ea lized   s ig n al  co n d itio n s ,   th p r o p o s ed   f r am ewo r k   ca n   ac c u r ately   id en tify   th a r r iv al   tim es  o f   th e   f ir s tr an s ien wav with o u GPS.  I t   m ain tain s   h ig h   p er f o r m an ce   u n d er   lo SNR   an d   co m p en s ated   n etwo r k   co n d iti o n s .   C o m b in in g   d ata - d r iv en   t em p o r al  f ea tu r ex tr ac tio n   with   th p r in cip les  o f   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   1 7 0 4 - 1723   1706   p h y s ical  s ig n al  p r o p a g atio n   e n h an ce s   th e   m eth o d ' s   r o b u s tn ess   ag ain s n o is an d   s tr en g th en s   th o p er atio n al   r eliab ilit y   o f   p r o tectiv r elay s   ( in clu d in g   d is tan ce ,   o v er cu r r en t,  an d   d if f e r en tial  s ch em es).   T h is   en s u r es  th f r am ewo r k ' s   p r ac tical  ap p lica b ilit y   an d   d e p lo y m e n t f ea s ib ilit y   in   r ea l - wo r l d   h ig h - v o ltag n etwo r k s .       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   with   r ec en t state - of - th e - ar f au lt lo ca ti o n   m eth o d s   T AB L E   I .   S tudy/ M e t hod   T AB L E   I I .   T e c hnique   T AB L E   I I I .   GPS   R e quir e ment   T AB L E   I V .   Nois e   R obus tnes s   T AB L E   V .   C ompens a ti on  Ha ndli ng   T AB L E   VI .   S tr e ng ths   T AB L E   VI I .   L im i tations   T AB L E   VI I I .   De ploym e nt  F e a s ibi li ty   T AB L E   I X .   L e al.   2026  [ 15]   T AB L E   X .   T W   +   R e dunda nt  I nf o r matio n   T AB L E   XI .   R e quir e ( mu lt i - ter mi na s ync hr oniza ti o n)   T AB L E   XI I .   High   T AB L E   XI I I .   Not  a ddr e s s e d   T AB L E   XI V .   Ac c ur a te  f or   c omp lex  DC   ne twor ks r e dun da nc im pr o ve s   r e li a bil it y   T AB L E   XV .   R e quir e s   mul ti p le  s ync hr onize mea s ur e ments c ompl e inf r a s tr uc tu r e   T AB L E   XV I .   L ow   T AB L E   XV I I .   Dhole   2024  [ 16 ]   T AB L E   XV I I .   DNN   T AB L E   XI X.   Not  r e quir e d   T AB L E   XX .   M ode r a te   T AB L E   XX I .   L im i ted   T AB L E   XX I I .   G oo lea r ning  c a pa bil it y;  s uit a ble  f or   nonl inea r   s ys tems   T AB L E   XX I I I .   W e a tempor a modeling r e quir e s   lar ge   da tas e t   T AB L E   XX I V.   M ode r a te   T AB L E   XX V .   R a ha ngda le  a nd   G up ta,   2024   [ 17]   T AB L E   XXVI .   DW T   +   E R T   T AB L E   XX VI I .   Not  r e quir e d   T AB L E   XX VI I I .   S e ns it ive  to  nois e   T AB L E   XX I X .   Not  a ddr e s s e d   T AB L E   XX X .   G oo a c c ur a c unde r   idea c ondit ions s im ple  im pleme n tation   T AB L E   XX XI .   P e r f o r manc e   de gr a de s   unde r   nois e li mi ted  a da ptabili ty   T AB L E   XX XI I .   M ode r a te   T AB L E   XX XI I I .   T his   W or   ( T W   +   L S T M )   T AB L E   XX XI V .   Hybr id  T W   +   L S T M     ( G P S - f r e e )   T AB L E   XX XV .   Not  r e quir e d   T AB L E   XX XV I .   High  ( r ob us a low  S NR )   T AB L E   XX XV I I .   E f f e c t ive  ( tes ted   with  T C S C )   T AB L E   XX XV I I I .   Ac c ur a te,   nois e - r e s il ient,   ha ndles   tempor a dyna mi c s va li da ted  on  r e a li s ti c   s ys tem   T AB L E   XX XI X.   R e quir e s   tr a ini ng  da ta;  model  tr a in ing  ne e de d   T AB L E   XL .   High  ( c os t - e f f e c ti ve   de ployable )       T h k ey   c o n tr ib u tio n s   o f   th is   wo r k   ar s u m m ar ized   as f o llo ws:     E n h an ce d   d ep lo y m en f ea s ib ilit y   th r o u g h   GPS - f r ee   o p er atio n ;   Un lik co n v en tio n al  t r av eli n g - wav e - b ased   m eth o d s   th at  r ely   o n   p r ec is tim s y n ch r o n izatio n ,   th p r o p o s ed   ap p r o ac h   elim in ates  th n ee d   f o r   GPS   s ig n als  wh ile  p r eser v in g   h ig h   lo ca lizatio n   ac cu r ac y .   T h is   s ig n if ican tly   im p r o v es  th m eth o d ' s   d ep lo y m en f ea s ib ilit y ,   esp ec ially   in   r em o t o r   r eso u r ce - co n s tr ain ed   p o wer   s y s tem s .     Hig h   r o b u s tn ess   u n d er   n o is y   an d   lo SNR   co n d itio n s .   T h e   p r o p o s ed   f r a m ewo r k   is   r o b u s ag ain s n o is e   an d   elec tr o m ag n etic  i n ter f er e n ce   b ec au s it   ef f ec tiv ely   lear n s   th tem p o r al  f ea t u r es  o f   tr a n s ien s ig n als.  I m ain tain s   ac cu r ate  p e r f o r m a n ce   ev en   u n d er   s ev er e   n o is lev els  ( as  lo as  5   d B ) ,   o v er co m i n g   th lim itatio n s   o f   tr ad itio n al  s ig n a l p r o ce s s in g   tech n iq u es.     Stro n g   p r ac tical  ap p licab ilit y   i n   m o d e r n   co m p en s ated   n etwo r k s .   T h m eth o d   r e m ain s   ef f ec tiv in   co m p lex   tr an s m is s io n   s y s tem s ,   in clu d in g   t h o s with   s er ies  co m p en s atio n   d ev ices,  s u ch   a s   T C SC s .   T h is   d em o n s tr ates  its   ef f ec tiv e n ess   in   r ea l - wo r ld   g r id   co n f ig u r atio n s ,   wh er e   co n v en tio n al  m eth o d s   o f ten   ex p er ien ce   p er f o r m an ce   d eg r a d atio n .     Valid atio n   o n   r ea lis tic,   lar g e - s ca le  p o wer   s y s tem   m o d el:   T h p r o p o s ed   a p p r o ac h   was  v alid ated   u s in g   a   4 0 0   k V,   1 2 0   k m   tr a n s m is s io n   lin m o d el  im p lem en te d   in   AT P - E MT P.  T h is   m o d el  in c o r p o r ates  d iv e r s e   f au lt  s ce n ar io s   an d   p r ac tical  o p er atin g   c o n d itio n s .   R ely in g   o n   r ea lis tic  s y s tem   p ar am eter s   en s u r es  th at  th e   s im u latio n   en v ir o n m en clo s e ly   em u lates  r ea l - wo r ld   p o we r   n etwo r k s .   T h is   s ig n if ican tly   s tr en g th en s   th e   r eliab ilit y ,   s ca lab ilit y ,   an d   p r ac tical  ap p licab ilit y   o f   th p r o p o s ed   m eth o d ,   s u p p o r tin g   it s   s u itab ilit y   f o r   r ea l - wo r ld   d e p lo y m e n t.   T h r em ai n d er   o f   th is   p a p er   is   s tr u ctu r ed   as  f o llo ws:   Se ctio n   2   o u tlin es  t h r elev a n t   th eo r etica b ac k g r o u n d   to   th s tu d y .   Sec tio n   3   d etails  th p r o p o s ed   m eth o d o l o g y   an d   d escr ib es  th s im u latio n   s etu p .   Sectio n   4   p r esen ts   an d   d is cu s s es th r esu lts   f o r   h ig h - v o ltag tr an s m is s io n   n etwo r k s ,   with   p ar ticu lar   f o c u s   o n   th ac cu r ac y   an d   r o b u s tn ess   o f   f au lt  lo ca tio n   u n d e r   v a r io u s   n o is co n d itio n s .   Sectio n   5   co m p a r es  th e   p r o p o s ed   m eth o d   with   o th e r   s tate - of - th e - a r t a p p r o ac h es.  Fin ally ,   s ec tio n   6   co n clu d es th p ap er .       2.   T H E   O RE T I CAL  B ACK G RO UND    2 . 1 .     T ra v elling   wa v t heo ry   d is tu r b an ce   r ef er s   to   an y   e v en th at  alter s   t h n o r m al  o p er atin g   co n d itio n s   o f   a   tr an s m is s io n   lin e,   in clu d in g   s witch in g   o p er atio n s   o r   f a u lt  o cc u r r en ce s   s u c h   as   s h o r cir c u its .   T h e   r esu ltin g   t r an s ien p r o p ag ates   alo n g   th lin in   b o th   d ir ec ti o n s   with   v elo city   clo s to   th s p ee d   o f   lig h t.  T r an s m is s io n   lin co n d u cto r s   in h er en tly   p o s s ess   r esis tan ce   an d   in d u ctan ce   p ar a m eter s   d i s tr ib u ted   co n tin u o u s ly   o v e r   th en tire   lin e   len g t h .   As s h o wn   in   Fig u r 1 ,   d if f er en tial sectio n   o f   th tr an s m is s i o n   lin m ay   b m o d ele d   as a   q u ad r u p o le  n etwo r k   [ 1 8 ] ,   [ 1 9 ]   wh er Z   is   th s er ies im p ed an ce   a n d   s h u n t a d m itta n ce   Y   d ef in ed   p er   u n it len g t h .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   d ee p   lea r n in g - d r iven   tr a ve lin g   w a ve   meth o d   f o r     ( A s ma   Ta lb i )   1707     x L   x R   x G   x C   x +   x I +   x ) V +   x ) I x ) V x )     Fig u r 1 .   Diag r a m   o f   b asic tr a n s m is s io n   lin co m p o n e n ts         T h teleg r a p h   e q u atio n   f u lly   d escr ib es  th in ter ac tio n   b etw ee n   v o ltag e,   cu r r en t,   d is tan ce ,   an d   tim in   tr an s m is s io n   lin es  m o d eled   with   d is tr ib u ted   p ar am eter s .   I r ev er ts   to   th well - k n o wn   w av eq u atio n   wh en   lo s s es a r n eg lig ib le  [ 2 0 ] .     { 2 ( , ) 2 =  2 ( , ) 2 2 ( , ) 2 =  2 ( , ) 2                                                    ( 1 )     W o b tain   class ic  wav eq u a tio n   o f   th e   f o r m                 2 2 = 1 2 2 2                                         ( 2 )     W ith   =   or   ,   an d   = 1       : w av e   p r o p ag atio n   s p ee d   ( m /s )     T h g en er al  s o lu tio n   is   th s u p er p o s itio n   o f   two   wav es,  s o   th at  th v o ltag s ig n al  ca n   b ex p r ess ed   as   th s u m   o f   a n   in cid e n t tr av elli n g   wav an d   r e f lecte d   tr av el lin g   wav e.     ( , ) = 1 ( /  ) + 2 ( + /  )         ( 3 )       1 : is th in cid en t w av e,   a n d   2 : is a  r ef lecte d   wav   I n   d is tr ib u te d   tr a n s m is s io n   lin m o d els,  t h c h ar ac ter is tic  im p ed an ce   d ep e n d s   o n   t h lin e   in d u cta n ce   L   an d   ca p ac itan ce   C   p er   u n it  len g th .   Un d e r   th r ee - p h ase   o p e r atin g   co n d itio n s ,   th e   v o ltag an d   c u r r en t   wav ef o r m s   p r o p ag atin g   th r o u g h   th n etwo r k   ar m u tu ally   co u p led   b ec a u s o f   th m u tu al  in d u ctan ce s   an d   ca p ac itan ce s   b etwe en   p h ases .   As  r esu lt,  th e   s y s tem   o f   eq u atio n s   g o v e r n in g   th e   b eh a v io r   o f   th e   lin b ec o m es  v ec to r ial,   with   d ep en d en cies  ac r o s s   all  p h ases .   T o   s im p lify   th an aly s is   an d   is o late  in d iv id u al  p r o p ag atio n   p ath s ,   m o d al  tr a n s f o r m atio n   m atr ix   is   ap p lied .   T h is   p r o ce s s   d ec o u p les th p h ase  d o m ain   q u an titi es in to   s et  o f   in d e p en d e n t m o d al  e q u atio n s ,   ea ch   co r r esp o n d i n g   to   d if f er en t p r o p ag atio n   m o d [ 2 0 ] .     { ( , ) = ( , ) ( , ) = ( , )   ( 4 )       T h r ee - p h ase  v o ltag ( cu r r e n t)   s ig n als in to   th eir   m o d al  co m p o n en ts :     { 0 ,  = 1 × , , 0 ,  = 1 × , ,     ( 5 )        I n   th e   ca s o f   b alan ce d ,   f u lly   tr an s p o s ed   t h r ee - p h ase  tr an s m is s io n   lin es,  th m o d al  tr an s f o r m atio n   m atr ices     an d     th ey   a r id e n tical  an d   co n s is o f   d is tin ct,   r ea l - v alu ed   elem e n ts .   T h is   p r o p e r t y   is   co n s is ten t   with   th Kar r e n b au e r   tr a n s f o r m atio n   [ 2 1 ] wid ely   r e co g n ized   m eth o d   i n   elec tr ic al  en g in ee r in g   f o r   d ec o u p lin g   m u lti - p h ase  s y s tem s .   I n   th co n tex o f   th is   s tu d y ,   wh ich   is   b ased   o n   tr av elin g   wav th eo r y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   1 7 0 4 - 1723   1708   co m b in ed   with   th d is cr ete  wav elet  tr an s f o r m   ( DW T ) ,   th Kar r en b au e r   tr an s f o r m atio n   p r o v es  to   b th m o s ef f ec tiv ap p r o ac h   f o r   en h an ci n g   s ig n al  s ep ar atio n .   As  r es u lt,  it  s ig n if ican tly   im p r o v es  th ac cu r ac y   o f   f a u lt  lo ca tio n   in   h i g h - v o ltag tr an s m is s io n   lin es   [ 2 2 ] .     = = [ 1 1 1 1 2 1 1 1 2 ]      ( 6 )     1 = 1 = 1 3 [ 1 1 1 1 1 0 1 0 1 ]        ( 7 )     2 . 2 .   Wa v elet   t r a ns f o rm s   I n   th is   s tu d y ,   th DW T   is   e m p lo y ed   d u to   its   ef f ec tiv e n ess   in   p r ac tical  im p lem en tatio n   an d   its   p r o v e n   p er f o r m an ce   i n   p o w er   s y s tem   f au lt  an aly s is .   A m o n g   v a r io u s   wav elet  f am il ies,  th Dau b ec h ies  wav elets,  p ar ticu lar ly   d b 4 ,   ar e   s elec ted   f o r   th eir   o r th o g o n ality ,   co m p ac t su p p o r t,  an d   ab ilit y   to   p r eser v s ig n al   en er g y .   T h e   d b 4   wav elet,   ch ar ac ter ized   b y   f o u r   v an is h in g   m o m en ts ,   p r o v id es  s u itab l tr ad e - o f f   b etwe en   tim an d   f r e q u en c y   r eso lu tio n ,   en ab lin g   ac c u r ate  d etec tio n   o f   f au lt - in d u ce d   tr an s ien ts .   T h th e o r etica f o u n d atio n   o f   DW T   is   b ased   o n   th e   s ca lin g   an d   tr a n s latio n   o f   a   m o t h er   w av elet.   T h e   s ca lin g   p ar am eter   co n tr o ls   th d ilatio n   an d   co m p r ess io n   o f   th wav e f o r m ,   wh ile  th e   tr an s latio n   p ar am eter   d eter m in es  its   p o s itio n   in   tim e.   T h ese  p ar am eter s   ar d is cr etize d   lo g ar ith m ically ,   lead in g   to   s et  o f   wav elet   b asis   f u n ctio n s   d ef in e d   as  [ 2 3 ] :     , ( ) = 2 / 2 ( 2 )     ( 8 )     Fo r   d is cr ete  s ig n al  [ ]   th e   d ec o m p o s itio n   u s in g   d b 4   is   p er f o r m ed   v ia   co n v o lu tio n   with   lo w - p ass   an d   h ig h - p ass   f ilter s ,   f o llo we d   b y   d o wn   s am p lin g .   T h e   ap p r o x im atio n   a n d   d etail  co e f f i cien ts   at  lev el  1   a r e   g iv en   b y   ( 9 )   an d   ( 1 0 ) .     1 [ ] = [ ] [ 2 ]     ( 9 )     1 [ ] = [ ] [ 2 ]     ( 1 0 )     T h is   h ier ar ch ical   s tr u ctu r e n ab les  ac cu r ate  e x tr ac tio n   o f   tim e - lo ca lized   f ea t u r es  f o r   ef f i cien f au lt  d etec tio n ,   class if icatio n ,   an d   lo ca lizatio n   in   h ig h - v o ltag tr a n s m is s io n   n etwo r k s .   T h DW T - d b 4   c o ef f icien ts ,   wh ich   ca p tu r tr an s ien s ig n al  f ea tu r es,  s er v as  in p u ts   to   th L STM   n etwo r k .   T h is   co m b in atio n   en ab les  th e   m o d el  to   lear n   tem p o r al  p atter n s   cr u cial  f o r   ac cu r ate  f a u lt c lass if icatio n   an d   lo ca lizatio n   [ 2 4 ] .     2 . 3 .   L ST M   a rc hite ct ure  f o f a ult  lo ca t io n   L o n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM )   n eu r al   n etwo r k s   ar an   ad v an ce d   class   o f   r ec u r r en n eu r al   n etwo r k s   ( R NNs)  s p ec if ically   d esig n ed   to   p r o ce s s   tem p o r al  s eq u en ce s   an d   o v er c o m th m em o r y   lim itatio n s   o f   co n v en tio n al  ar c h itectu r es.  Owin g   to   th eir   s tr u ctu r e,   w h ich   in clu d es  m em o r y   ce lls   an d   g atin g   m ec h an is m s ,   L STM   n etwo r k s   ca n   ef f ec tiv ely   ca p tu r lo n g - te r m   tem p o r al   d ep en d en cies  [ 2 4 ] .   T h is   ca p a b ilit y   m ak es  th em   well  s u ited   f o r   an aly zin g   tr a n s ien elec tr ical  s ig n als,  s u ch   as  th o s g en er ated   b y   f au lts   in   h ig h - v o ltag tr an s m is s io n   n etwo r k s ,   an d   s u p p o r ts   th eir   ap p licatio n   in   in te llig en f au lt  lo ca tio n   an d   p r e d i ctiv m ain ten an ce   s tr ateg ies  [ 2 4 ] .     An   L STM   u n it  co n s is ts   o f   c ell  s tate  an d   th r ee   m ain   g ates  ( in p u t,  f o r g et,   a n d   o u tp u t)   w h ich   r eg u late   th f lo o f   in f o r m atio n   b y   d e ter m in in g   wh at  is   s to r ed ,   u p d ated ,   o r   d is ca r d ed   at  ea ch   tim s tep   b ased   o n   th in p u v ec to r ,   p r ev io u s   h id d e n   s tate,   an d   p r ev io u s   ce ll  s tate .   Fig u r 2   s h o ws  th b asic   u n it  o f   an   L STM   n etwo r k   [ 2 4 ] ,   [ 2 5 ] .   a.     Fo r g et  g ate :   T h f o r g et  g at r em o v es o l d ,   u s eless   tr ac es.     = ( . [ 1 , ] + )     ( 1 1 )     wh er Fo r g ettin g   g ate  o u tp u ( b etwe en   0   an d   1 ) ,   Sig m o id   ac tiv atio n   f u n ctio n ,   Ob liv io n   g at e   weig h t ,   1 : Pr ev io u s   h id d en   s tat e ,   : I n p u t a t tim e ,   an d   : Bi as o f   th f o r g ettin g   g ate.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   d ee p   lea r n in g - d r iven   tr a ve lin g   w a ve   meth o d   f o r     ( A s ma   Ta lb i )   1709   s i g t a nh s i g s i g t a nh x t h t - 1 C t - 1 f t Č t   i t   C t h t o t Ou t p u t  G at e   In t p u t  Gat e   F or ge t  Gat e C e ll  S t at e  U p d at e L STM   CE L L     Fig u r 2 .   T h b asic u n it  o f   an   L STM   n etwo r k       T h g ate' s   f u n ctio n   is   to   d eter m in wh ich   n ew  i n f o r m atio n   s h o u ld   b s to r ed   i n   th ce ll st ate.   a .   I n p u g ate  an d   ca n d id ate  m em o r y :   Dec id es wh at  n ew  i n f o r m atio n   will b s to r ed   i n   m em o r y .     = ( [ 1 , ] + )      ( 1 2 )     ̃ =  ( [ 1 , ] + )      ( 1 3 )     wh er   : A ctiv atio n   o f   th in p u t g ate ,   an d   ̃ : N ew  ca n d id ate  v a lu f o r   m em o r y .   b .     C ell  s tate  u p d ate T h is   g ate   d eter m in es wh at  n ew  I n f o r m a tio n   is   s to r ed   in   m em o r y .     ~ 1 t t t t t C f C i C =+      ( 1 4 )     wh er    : N ew  s tate  o f   th m em o r y .   : H ad am ar d   p r o d u ct  ( ele m en t b y   elem e n t) .   c.     Ou tp u g ate  an d   h id d e n   s tate I d ec id es  wh at  in f o r m ati o n   is   tr an s m itted   f r o m   th L STM   o u tp u to   th e   d ec is io n   lay er .     = ( [ 1 , ] + )            ( 1 5 )     ta n h ( ) t t t h o C =                                 ( 1 6 )     wh er : A ctiv atio n   o f   th o u tp u t g ate ,   an d   : N ew  h id d en   s tate  ( u s ed   f o r   p r e d ictio n ) .   T h f o r g et  g ate   f ilter s   o u ir r elev an p ast  in f o r m atio n ,   p r es er v in g   ess en tial  co n te x t.  T h e   in p u g ate  s elec ts   r elev an cu r r en d ata  t o   u p d ate  th ce ll  s tate,   wh ile  th o u tp u g ate  d eter m in es  th n ex h id d en   s tate.   T o g eth er ,   th ese  g ates e n ab le  L STM s   to   ca p tu r lo n g - ter m   d e p en d en cies e f f icien tl y   [ 2 6 ] .     2 . 4 .     T he  im pa ct   o f   t hy risto r - co ntr o lled series c a pa cit o rs o n wa v pro pa g a t io   R ec en tly ,   s ev er al  s tu d ies  h av f o cu s ed   o n   f au lt  lo ca tio n   in   lin es  eq u ip p ed   with   T C SC s .   W h il e   class ical   im p ed an ce - b ased   a p p r o ac h es  r em ain   wid ely   u s ed ,   o th er   m eth o d s   ex p lo it  n eu r al  n etwo r k s   an d   d eter m in is tic  m o d els  to   esti m ate  th v o ltag ac r o s s   th e   co m p en s atio n   d ev ice  [ 2 7 ] .   T h T C SC   co n s is t s   o f   s er ies  ca p ac ito r ,   th y r is to r - co n tr o lled   r ea cto r ,   an d   m etal - o x id v ar is to r   ( MO V)   f o r   o v er v o ltag p r o tectio n .   T h f ir in g   an g le  d eter m in es its   eq u iv alen t im p ed an ce   α   an d   c an   b ex p r ess ed   as f o llo ws :      ( ) = ( ) ( )         ( 1 7 )     = 1             ( 1 8 )     ( ) = 2 +  ( 2 )                   ( 1 9 )     T h eq u iv ale n t lin im p e d an c b ec o m es:   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   1 7 0 4 - 1723   1710     ,  = +  ( )                 ( 2 0 )     W h ich   m o d if ies th p r o p ag ati o n   co n s tan t:      = +  = ( +  ) ( +  )            ( 2 1 )     wh er L '   an d   C '   ar ef f ec tiv v alu es u n d er   c o m p e n s atio n .   T h p h ase  v elo city   is   th en :      =            ( 2 2 )     wh er atten u atio n   co n s tan ( i n   n e p er s   p e r   m ete r ,   Np / m ) ,   :   p h ase  co n s tan t ( in   r ad ian s   p er   m eter ,   r a d /m ) .   T h er ef o r   If      At  0   °,  th lin is   id ea l ( n o   lo s s es);  o n ly   p h ase  s h if t o cc u r s .   If  0   T h wa v am p litu d d ec r ea s es  alo n g   th e   lin e,   wh ic h   i s   r ea lis tic  ca s in   p r ac tical  tr an s m is s io n   s y s tem s .   I n   ca p ac itiv m o d (  <0 ) ,   th s er ies  r ea ctan ce   d ec r ea s es,  r e d u cin g     an d   th er ef o r in c r ea s in g    in   in d u ctiv m o d (  >0 ) ,     in cr ea s es,  th u s   r ed u cin g vp   [ 2 8 ] Mo r eo v er ,   th T C SC   in tr o d u ce s   a   d is co n tin u ity   in   lin i m p ed a n c e,   with   th r ef lectio n   co ef f icie n t   d ef in ed   as :     =             ( 2 3 )       T h is   in cr ea s es  th m is m atch   b etwe en   ad jace n s ec tio n s ,   d is to r tin g   th r ef lecte d   an d   tr an s m itted   wav es.  T h ese  d is to r tio n s   m ak it  d if f icu lt  to   id en tify   th f i r s wav ef r o n a r r iv al,   a   cr itica s tep   in   tr av elin g - wav e - b ased   f a u lt  lo ca tio n   m e th o d s   [ 2 9 ] .   R ec en r esear ch   h as  em p h asized   th u s o f   d is tr ib u ted - p a r am eter   lin m o d els  an d   ad v an ce d   tec h n iq u es,  s u ch   as  wav elet  tr an s f o r m s   an d   d ee p   lear n i n g ,   to   i m p r o v th ac cu r ac y   o f   f au lt lo ca tio n   in   c o m p en s at ed   n etwo r k s   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] .       3.   T H E   P RO P O SE M E T H O DO L O G Y   I n   h ig h - v o ltag t r an s m is s io n   n etwo r k s ,   p ar ticu lar l y   at  4 0 0   k V,   f ast  an d   ac cu r ate  f au lt  l o ca tio n   is   ess en tial  f o r   m ain tain in g   s y s tem   s tab ilit y   an d   m in im izin g   o u tag d u r atio n s .   T r av elin g   wav ( T W )   m eth o d s   ex p lo it  h ig h - f r e q u en c y   tr an s ie n ts   g en er ated   at  f a u lt  in ce p tio n ,   en ab lin g   p r ec is f a u lt  lo ca lizatio n   u s in g   s in g le - en d ed   o r   d o u b le - en d ed   m ea s u r em en ts .   W h ile  s in g le - en d ed   ap p r o ac h es  a r ea s ier   to   im p lem en t,   th e y   g en er ally   o f f er   l o wer   ac cu r ac y   co m p ar e d   to   GPS - s y n ch r o n iz ed   d o u b le - en d ed   m eth o d s .   T o   ad d r ess   th is   lim itatio n ,   a   L STM   n eu r al  n etwo r k   is   in teg r ated   to   ef f ec tiv ely   p r o ce s s   co m p lex   tem p o r al  s ig n als  an d   ac c u r atel y   d etec th ar r iv al  o f   th f ir s tr av ellin g   wav e.   T h p r o p o s e d   h y b r id   ap p r o ac h   co m b in es  th e   h ig h   tem p o r al  r eso lu tio n   o f   T W   an al y s is   with   th lear n in g   ca p ab ilit y   o f   L STM   n etwo r k s ,   r esu ltin g   in   r o b u s a n d   ac c u r ate  f a u lt  lo ca tio n   f r a m ewo r k   s u itab le  f o r   co m p le x   an d   c o m p en s ated   p o wer   s y s tem s .   T h o v er all  p r o ce d u r o f   th p r o p o s ed   m eth o d   is   illu s tr ated   in   Fig u r 3 ,   wh ich   p r e s en ts   th GPS - f r ee   f au lt  lo ca tio n   s ch em in teg r atin g   DW T - b ased   f ea tu r ex tr ac tio n   with   L STM - b ased   d etec tio n   f o r   n o is e - r esil ien t a n d   ac cu r ate  f a u lt lo c aliza tio n .       L S T M   N e t w o r k F a u l t   l o c a t i o n B U S   A B U S   B F au l t I n p u t   : V ( t r e c o r d e d Wa v e l e t   d e c o m p o s i t i o n   D W T K a r r e n b a u r   t r a n s f o r m a t i o n   P e a k   p r e d i c t i o n   p o s i t i o n s C a l c u l a t e   t i m e   i n t e r v a l   b e t w e e n   t h e   t w o   d e t e c t e d   p e a k s   T C S C T r a v e l l i n g   w a v e   D F R     Fig u r e   3 .   Flo wch ar o f   th e   p r o p o s ed   m eth o d o lo g y   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   d ee p   lea r n in g - d r iven   tr a ve lin g   w a ve   meth o d   f o r     ( A s ma   Ta lb i )   1711   3 . 1 .   Sim ula t i o n f ra m ewo rk  f o f a ult  lo c a t io n us ing   T W - L ST M   T o   v alid ate   th e   ef f ec tiv en ess   o f   th e   p r o p o s ed   T W - L STM   f au lt  lo ca tio n   ap p r o ac h ,   a   r ep r esen tativ p o r tio n   o f   th Alg e r ian   4 0 0   k tr an s m is s io n   n etwo r k   wa s   m o d eled   u s in g   AT P/EM T P .   T h e   test   s y s tem   co n s is ts   o f   a   1 2 0   k m   lin e   co n n ec tin g   O u ed   Ath m an ia   to   R a m d an e   Djam el,   wh ich   in clu d e s   m id - li n T C SC   m o d u le   to   e m u late  s er ies  c o m p en s atio n   ef f ec ts .   T h e   tr an s m i s s io n   lin was  r e p r esen ted   u s in g   Ma r ti’s   m o d el   to   ca p tu r its   tr an s ien b eh a v io r   ac cu r ately .   Fig u r 4   illu s tr ates  th s ch em atic  m o d el  im p lem en ted   i n   AT P/EM T P.        A i r - ga ps M O V s S C s T CS C G e ne r a t or L i ne   L i ne         CB 1 CB 2 B U S   A BU S   B     S ou r c e t r a n s f o r m er 60 km 60 km     Fig u r 4 .   Sch em atic  tr a n s m is s io n   lin with   T C SC   m o d u le  i m p lem en ted   in   AT P/EM T P       T h T C SC   m o d u le   is   co n n ec ted   in   s er ies  with   th tr a n s m is s io n   lin an d   is   eq u ip p ed   wi th   s u r g ar r ester   f o r   o v er v o ltag p r o te ctio n ,   th is   s ch em atic  h ig h lig h ts   th ess en tial  co m p o n en ts   in f lu en cin g   tr an s ien t   wav p r o p a g atio n   with o u d e lv in g   in to   u n n ec ess ar y   im p le m en tatio n   d etails,  m ak in g   it  well - s u ited   f o r   th e   p u r p o s o f   f a u lt  lo ca tio n   a n aly s is .   T h o v er all  s im u latio n   s ch em is   d ep icted   in   Fig u r 5 ,   wh er f au lt  is   ap p lied   at  d if f er en t lo ca tio n s   alo n g   th lin e   to   g e n er ate  tr an s i en t sig n als u s ed   in   th an al y s is .           Fig u r 5 .   Mo d el  o f   tr an s m is s io n   lin e       T h tr an s m is s io n   lin e   m o d el  is   d ef in e d   b ased   o n   k e y   ele ctr ical  an d   g eo m et r ical  p ar a m eter s   th at   s ig n if ican tly   in f lu en ce   t h p r o p ag atio n   o f   tr an s ien wav es.  I n   p ar ticu lar ,   th g eo m etr ical  c o n f ig u r atio n   o f   th e   to wer   p lay s   cr u cial  r o le  i n   ac cu r ately   r ep r esen tin g   th p h y s ical  lay o u o f   th e   co n d u cto r s .   T h m ain   p ar am eter s   o f   t h tr an s m is s io n   lin ar s u m m ar ized   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   Key   t r an s m is s io n   lin an d   to wer   g eo m etr ical  p ar am eter s   P a r a me t e r   S a mp l i n g   f r e q u e n c y   ( f s)   R e si st a n c e   p e r   u n i t   l e n g t h   ( R )   C o n d u c t o r   e x t e r n a l   r a d i u s (r )   To t a l   c r o ss - a r l e n g t h   H o r i z o n t a l   sp a c i n g   b e t w e e n   c o n d u c t o r s   V e r t i c a l   h e i g h t   ( t o p   c o n d u c t o r   l e v e l )   M i d - sp a n   h e i g h t   S u b - c o n d u c t o r   sp a c i n g   V a l u e   2   M H z   0 . 0 5 8 3   Ω / k m   1 5 . 5 2 5   mm   1 3 . 7   m   10   m   25 . 05   m   1 7 . 7 2   m   50   cm   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   1 6 ,   No .   4 Au g u s t   20 2 6 :   1 7 0 4 - 1723   1712   Fig u r 6   s h o ws  d etailed   s ch em atic  d iag r a m   o f   T C SC   m o d u le  th at  h as  b ee n   im p le m en ted   in   AT P/EM T P.  T h is   co n f ig u r ati o n   co m p r is es  s ev er al  id en tical  s in g le - p h ase  u n its   co n n ec te d   in   s er ies  with   th tr an s m is s io n   lin e.   E ac h   m o d u le  is   d esig n ed   to   en ab le  d y n a m ic  lin r ea ctan ce   co n tr o an d   is   eq u ip p ed   with   r o b u s p r o tectio n   co m p o n en t s .   E ac h   T C S C   u n it  co n s i s ts   o f   th y r is to r - co n tr o lled   r ea cto r   ( T C R ) ,   wh ich   co m p r is es  an tip ar allel  th y r is to r s   co n n ec ted   in   s er ies  with   an   in d u ctan ce   ( L T ) .   T h T C R   is   co n tr o lled   v ia  a   tr ig g er in g   m ec h an is m   r ep r ese n ted   b y   th ' MO DE L '   b lo ck .   T h is   b r an ch   o p er ates  as  v ar iab le  in d u ctan ce ,   m o d u latin g   t h n et  r ea ctan ce   i n tr o d u ce d   b y   t h m o d u le.   f i x ed   ca p ac ito r   ( C T )   co n n ec ted   i n   p ar allel  with   th T C R   p r o v id es  th ca p ac itiv co m p o n en t.  T o   en h an ce   p r o tectio n   ag ain s o v er v o lta g e,   m etal  o x id v ar is to r   ( MO V)   is   co n n ec ted   in   p a r allel  with   ea ch   m o d u le.   T h MO ac ts   as  n o n - lin ea r   r esis to r ,   d iv er tin g   e x ce s s iv cu r r en t   d u r i n g   tr an s ien co n d i tio n s ,   s u ch   as   f au lts   o r   s witch in g   o p er atio n s .   E ac h   m o d u l also   in co r p o r ates  r esis tiv an d   ca p ac itiv s n u b b er   cir cu its   ( R S   an d   C S )   an d   d am p in g   r esis to r s   ( R R   an d   R F )   to   r estrict  v o ltag e   tr an s ien ts   ac r o s s   th th y r is to r s   an d   g u a r an tee  s tab le  o p e r at io n .   T h is   m o d u lar   c o n f ig u r ati o n   im p r o v es  f au lt  to ler an ce   an d   e n ab les  ef f ec tiv s er ies  co m p en s atio n   an d   d y n am ic  co n t r o o f   p o wer   f lo o n   lo n g   t r an s m is s io n   lin es.            Fig u r 6 .   T h y r is to r - c o n tr o lled   s tatic  co m p en s ato r   m o d el  i n   A T P - EMTP       T h f o llo win g   p ar am eter s   f o r   th y r is to r   c o n tr o lled   s tatic  co m p e n s ato r   ar e:   = 160    = 13 . 31    = 0 . 01   = 0 . 1    = 0 . 05   ,    = 0 . 05     s u r g ar r ester s   in s talled   in   th e   co m p en s atio n   o f   ty p AB B   ( E XL I Q - D)   with   th r ef er en ce   v o ltag ( V REF )   1 7 0   k V ,   an d   its   tech n ical   ch ar ac ter is tics   ar in   T ab le  3   [ 3 2 ] .       T ab le  3 .   T ec h n ical  d ata  o f   th AB B   s u r g ar r ester   EX LI M   Q - D    /    /      ( )   0 . 5   1   2   5   10   20   40   ( )   2 5 4   2 6 2   2 7 2   2 9 5   3 1 1   3 4 2   3 8 2       Var io u s   f au lt   s ce n ar io s   ( L G,   L L ,   L L G,   a n d   L L L )   w er s im u lated   o n   4 0 0   k V   tr a n s m is s io n   lin to   ev alu ate  th p r o p o s ed   m eth o d .   T h p r esen ce   o f   th T C SC   af f ec ts   wav p r o p ag atio n   an d   in f l u en ce s   th e   ar r iv al  tim o f   tr av elin g   wav e s .   Simu latio n s   wer p er f o r m e d   in   AT P/EM T P,  with   v o ltag an d   cu r r en s ig n als  m ea s u r ed   at  s in g le  s u b s tati o n .   Un lik co n v en tio n al  ap p r o ac h es,  th is   s tu d y   em p h asizes  th u s o f   v o ltag e   s ig n als f o r   f au lt d etec tio n   an d   lo ca tio n   in   co m p en s ated   n etwo r k s .   T h r ec o r d ed   s ig n als  wer p r o ce s s ed   in   MA T L AB ,   b eg in n in g   with   m o d al  tr a n s f o r m atio n   an d   s q u ar in g   to   en h an ce   th d is tu r b an ce s   in d u ce d   b y   t h f au lt.   Dis cr ete  wav elet  tr an s f o r m   with   Dau b ec h ies - ( DB 4 )   was  th en   ap p lied   an d   th ex tr ac ted   d etail  co ef f icie n ts   ( D1 D3 )   wer e   u s ed   as  in p u t   f ea tu r es  to   tr ain   a   L STM   n eu r al  n etwo r k   f o r   au to m atic  f au lt  d etec tio n .   As  il lu s tr ated   in   Fig u r 7 ,   th r esu lts   o f   th wav elet   an aly s is   f o r   two - p h ase  ( L L )   f au lt  o cc u r r in g   3 0 0   k m   f r o m   B u s   d em o n s tr ate  th ef f ec tiv en ess   o f   th e   p r o p o s ed   ap p r o ac h .   T h d b 4   wav elet,   with   it s   f o u r   v an is h in g   m o m en ts ,   s tr ik es  an   o p tim al  b alan ce   b etwe en   tim an d   f r eq u e n cy   r eso lu tio n ,   r en d er in g   it  p ar ticu lar ly   well - s u ited   to   h ig h - v o ltag f au lt  an aly s is .   L ev el  D1   was  s elec ted   d u e   to   its   a b ilit y   to   ca p tu r th e   h i g h - f r eq u e n cy   co n ten ass o ciate d   with   th e   in i tial  f au lt  tr a n s ien t.  T h is   m eth o d o lo g y   alig n s   with   p r e v io u s   s tu d ies  [ 3 3 ] ,   wh ic h   co n f ir m ed   th e   ef f ec tiv e n ess   o f   co m b in in g   d b 4 - DW T   with   AI   m o d els in   tr an s ien t sig n al  an aly s is .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J E lec  &   C o m p   E n g     I SS N:   2088 - 8 7 0 8         A   d ee p   lea r n in g - d r iven   tr a ve lin g   w a ve   meth o d   f o r     ( A s ma   Ta lb i )   1713       Fig u r 7 .   W av elet   d etail  co ef f i cien ts   ( L ev el  1   -   d b 4 )       As  s h o wn   in   Fig u r 7 ,   th d e tail  co ef f icien ts   o b tain ed   f r o m   th DW T   ar u s ed   as  in p u v ec to r s   to   tr ain   L STM   r ec u r r en n e u r a n etwo r k .   T h is   ty p o f   n etw o r k   is   p ar ticu lar ly   well - s u ited   to   an aly zin g   tim s er ies  d ata  d u to   its   ab ilit y   to   ca p tu r lo n g - ter m   tem p o r a d ep en d e n cies.  I n   th is   s tu d y ,   th L STM   m o d el   u tili ze s   th tem p o r al  p atter n s   i n   th e   wav elet  co e f f icien ts   to   lear n   th e   d is tin g u is h in g   f ea t u r e s   o f   d if f er e n f a u lt  ty p es  an d   esti m ate  th eir   lo ca ti o n s   alo n g   th e   tr an s m is s io n   lin e.   Sp ec if ically ,   th n etwo r k   is   tr ain ed   to   p r ed ict   two   k ey   m o m en ts   in   th s ig n al:  ,   th ar r iv al  tim o f   th f i r s wav ef r o n p ea k   ( ty p ically   at  m ea s u r em en t   s tatio n   A) ,   an d   ,   th ar r iv al  tim o f   th s ec o n d   p ea k   ( d u t o   eith er   r ef lectio n   o r   ar r iv al  at  s tatio n   B ) .   On ce   th ese  two   in s tan ts   h av b ee n   id en tifie d ,   th f a u lt  lo ca tio n   c an   b d eter m i n ed   u s in g   th cl ass ical  tr av el - tim e   f o r m u la.     = . ( 2 1 ) 2                    ( 2 3 )     W h er   : is th v elo city   at  wh i ch   th tr av ellin g   wav p r o p a g ates in   th tr an s m is s io n   lin e.   T h p r o p o s ed   m o d el  was  im p lem en ted   in   MA T L AB   as  a   s im u lated   L STM   s tr u ctu r b ased   o n   f ee d f o r war d   n eu r al   n etwo r k .   T h in p u c o n s is ts   o f   th f ir s t - lev el  d etail  c o ef f icien ts .   D1 ,   t ak en   f r o m   th e   DW T ,   is   n o r m alize d   b ef o r e   tr ain in g .   s lid in g   win d o is   ap p lied ,   allo win g   ea ch   in p u v ec to r   to   r ep r esen t   co n s ec u tiv s am p les  o f   D1 ,   th er eb y   en a b lin g   th e   n etwo r k   to   ca p tu r th tem p o r al  d ep en d e n ce   o f   th e   tr av elin g   wav s ig n al.   T h n etwo r k   is   co m p o s ed   o f   1 0   h i d d en   n eu r o n s   an d   h as  b ee n   t r ain ed   u s in g   th L e v en b e r g - Ma r q u ar d ( tr ain lm )   b ac k p r o p ag atio n   alg o r ith m   o v er   1 0 0   ite r atio n s   ( ep o ch s ) .   T h co s f u n ctio n   ch o s en   is   th m ea n   s q u a r e r r o r   ( MSE ) ,   an d   th d ata  is   n o r m alize d   to   s p ee d   u p   c o n v e r g en ce .   At  t h e n d   o f   th e   tr ain i n g ,   th n etwo r k ' s   o u tp u c o r r esp o n d s   to   a   p r e d icted   v e r s io n   o f   th co ef f icien ts   D1 ,   f r o m   w h ich   th m o s r elev a n t   p ea k s   ar a u to m atica lly   d ete cted .   T h f ir s two   h ig h - am p litu d p ea k s ,   c o r r esp o n d in g   r esp ec tiv ely   to   th e   in cid en wav an d   its   r ef lecte d   ec h o ,   ar r etain ed   to   lo ca te  th f au lt.  T h tim in ter v al  ( Δ t)   b etwe en   th ese  two   p ea k s   is   th en   en te r ed   in to   th tr av ellin g   wav e   eq u atio n   to   esti m ate  th e   d is tan ce   o f   t h f a u lt  alo n g   t h e   tr an s m is s io n   lin e.   Fig u r 8   s h o ws th ar ch itectu r o f   th p r o p o s ed   L STM .           Fig u r 8 .   Ar c h itectu r o f   th p r o p o s ed   L STM - b ased   f au lt lo c atio n   m o d el       Fig u r 8   p r esen ts   th p r o p o s e d   h y b r id   f r am ewo r k ,   wh er e   DW T   is   u s ed   to   ex tr ac th h i g h - f r eq u e n cy   d etail  co ef f icien ts   ( D1 ) ,   wh ic h   ar th e n   p r o ce s s ed   b y   th e   L STM   n etwo r k   u s in g   s lid in g   win d o to   ca p t u r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.