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.   16 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   2 3 7 9 ~ 2 3 9 2   I SS N:  2088 - 8 7 0 8 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijece. v 16 i 5 . pp 2 3 7 9 - 2 3 9 2           2379       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ij ec e. ia esco r e. co m   Stato r  int ertu rn s ho rt  circ uit  fault i dentif i ca tion in  d o ubly - fed  induction  gen erat o r and its ana ly sis  using  artificial  n eura l  network       Viv ek   K us hwa ha 1 , 3 ,   Sa nja y   K um a r  M a ury a 1 ,   Arv ind   K um a r  Ya da v 1   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   G LA   U n i v e r si t y ,   M a t h u r a ,   I n d i a   2 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g ,   G y a n   G a n g a   I n st i t u t e   o f   Te c h n o l o g y   a n d   S c i e n c e s ,   Ja b a l p u r ,   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   Mar   5 ,  2 0 2 6   R ev is ed   May   1 ,  2 0 2 6   Acc ep ted   J u l   22 ,  2 0 2 6       In ter - tu r n   sh o r t  c ircu it   (IT S C)  issu e s  a re   a   c o m m o n   e lec tri c a l  fa il u re   m a in ly   c a u se d   b y   t h e   d e teri o ra ti o n   o f  wi n d i n g   in s u latio n   i n   th e   m a c h i n e   o v e r  t ime .   F a il in g   to   d e tec t  su c h   issu e s  e a rly   c a n   lea d   to   c a tas tro p h ic  c o n s e q u e n c e s.  Th is  a rti c le  in v e stig a tes   th e   in tert u rn   fa u l t  in   th e   sta to r  wi n d i n g   o f  a   d o u b ly - fe d   in d u c ti o n   g e n e ra to r   (D F IG )   u se d   i n   win d   t u rb i n e s.  A  fl u x   li n k a g e   d iffere n c e   v e c to r  ( F LDV)  m o d e l  is  in tr o d u c e d   i n   t h is  stu d y   fo r  fa u l t   d e tec ti o n .   A d d it i o n a l ly ,   a n   a rti ficia l  n e u ra l  n e two rk   (AN N)  m o d e l  is  p ro p o se d   to   c las sify   th e se   fa u lt s.  S p e c ifi c a ll y ,   a   sh o rt - c ircu i t  fa u lt   i s  in d u c e d   in   e a c h   p h a se   o f  th e   sta t o r  wi n d i n g ,   a n d   th e   fa u lt s   a re   c las sified   b y   a ss ig n in g   d iffere n t  m a g n it u d e s to   t h e   re sp e c ti v e   p h a se s.  Th e   AN N i s tr a in e d   to   id e n ti fy   wh ich   p h a se   c o n tai n s  a n   in tert u rn   fa u lt ,   wi th   o u tp u t  wa v e fo rm   a m p li tu d e s  o f   1 ,   2 ,   o r  3   c o rre sp o n d in g   t o   fa u lt s  in   p h a se s  " a , "   " b , "   a n d   " c . "   If   n o   fa u lt   is   p re se n t,   t h e   wa v e fo rm   m a g n it u d e   is  d e sig n a ted   a s  " 0 . "   Th is   a p p r o a c h   e n a b les   e a rly   fa u lt   d iag n o sis  b y   a n a ly z in g   wa v e fo rm   p a tt e rn s ,   th e re b y   p re v e n ti n g   o v e rh e a ti n g   c a u se d   b y   s h o rt   c ircu it s   a n d   a v o id i n g   se v e re ,   irrev e rsib le d a m a g e   to   th e   wi n d i n g s.   K ey w o r d s :   Ar tific ial  n eu r al  n etwo r k   Do u b ly - f e d   in d u ctio n   g en er at o r   I n ter - tu r n   s h o r t c ir c u it   f au lt   Simu latio n   Stato r   cu r r en t   T h is i s  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 :   Viv ek   Ku s h wah a   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   R esear ch   Sch o lar ,   G L A  Un iv er s ity   1 7 k m   Sto n e ,   NH - 1 9 ,   Ma th u r a - Delh i Ro ad ,   C h au m u h an ,   B h ar th ia,   Uttar   Pra d esh   2 8 1 4 0 6 ,   I n d ia   E m ail:  v iv ek k u s h wa h a@ g g its . o r g       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e  escalatin g   g lo b al   en er g y   d em an d   an d   r is in g   en v ir o n m e n tal  wo r r ies  h av e   h asten ed   th e  s h if t  to   r en ewa b le  en er g y   s o u r ce s .   A m o n g   th ese,   win d   a n d   s o lar   e n er g y   h av e  em er g ed   as  th e  m o s t  wid ely   ad o p ted   o p tio n s   b ec au s e  o f   th eir   s u s tai n ab ilit y   an d   av ailab ilit y .   W in d   en er g y   c o n v e r s io n   s y s tem s   ( W E C S)  ar e  cr u cial   f o r   co n tem p o r ar y   elec tr icity   g en er atio n ,   with   d o u b ly   f ed   in d u ctio n   g en e r ato r s   ( DFI Gs)  b ein g   wid ely   u tili ze d   b ec au s e  o f   th eir   h ig h   ef f icien c y ,   ab ilit y   to   o p er ate  at  v a r iab l e  s p ee d s ,   an d   in d ep en d en t  m a n ag em en t  o f   ac tiv e   an d   r ea ctiv e  p o we r .   E v en   wit h   th ese  b en ef its ,   DFI Gs  ar e  s u s ce p tib le  to   d if f er en t  ty p es  o f   elec tr ical  f au lts ,   with   in ter   tu r n   s h o r t  cir c u it  ( I T SC )   f au lts   in   s tato r   win d in g s   b ein g   esp ec ially   s er io u s .   I T SC   f au lts   lead   to   a  r is e  in   lo ca lized   cu r r en t,  o v er h ea tin g ,   d eter io r atio n   o f   in s u l atio n ,   an d   u ltima tely   m ac h in e   f ailu r e  if   th ey   ar e   n o t  ca u g h t  ea r ly   o n .   Hen ce ,   t o   g u ar an tee  d e p en d a b le  f u n ct io n in g ,   lo wer   u p k ee p   e x p en s e s ,   an d   av er t  p o wer   lo s s ,   it is   cr u cial  to   d etec t I T SC   f au lts   ac cu r ately   an d   p r o m p tly .   T h e  liter atu r e   h as  p u t   f o r t h   s e v er al  m eth o d s   f o r   id en tify i n g   an d   d iag n o s in g   I T SC   d e f ec ts   in   DFI Gs.   I n   [ 1 ] ,   a  ze r o - s eq u en ce   v o ltag e - b ased   m eth o d   is   in tr o d u ce d ,   u s in g   MA T L AB - b ased   m o d ellin g   an d   s im u latio n   to   f ac ilit ate  f au lt d etec tio n   a n d   lo ca lizatio n .   A   1 0 0   k W   DFI G   win d   tu r b in e' s   is s u e  is   d iag n o s ed   v ia  co r r elatio n   an aly s is   b etwe en   v ib r atio n   s i g n als  an d   ex ter n al   m ag n etic  s ig n als  in   [ 2 ] .   I n   [ 3 ] ,   s tato r   an d   r o to r   f laws  ar e   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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 3 7 9 - 2 3 9 2   2380   ex am in ed   u n d er   co n tr o lled   c o n d itio n s   u tili zin g   a   5   k W   test   eq u ip m en t   f o r   e x p er im e n tal  v alid atio n .   T h er e   h as  also   b ee n   m u c h   r esear ch   d o n e  o n   ad v an ce d   s ig n al  p r o ce s s in g   m eth o d s .   I n   [ 4 ] ,   t h e  n o tio n   o f   m a g n etic  f lu x   leak ag e   ( MFL )   is   u s ed   to   id e n tify   ea r ly   d e f ec ts .   I n   [ 5 ] ,   s tato r   in ter tu r n   d ef ec ts   ar e  id en tifie d   an d   th ei r   s ev er ity   ass es s ed   u s in g   m o to r   cu r r en t  s ig n atu r e  an aly s is   ( MCS A)   in   co n j u n ctio n   with   m u lti - s ca le  Par k ' s   v ec to r   ap p r o ac h .   Fo r   a u to m ated   DFI G  test in g ,   th e   in v er ted   em b ed d ed   o f f lin e   test   is   u s ed   in   [ 6 ] .   T h e   s u g g ested   tech n iq u e  d etec ts   an d   ca teg o r izes  th e  d ef ec ts   in   th e  s tato r   co r e  in ter lam in ar   in s u latio n ,   r o to r   win d in g   tu r n   in s u latio n ,   an d   s lip   r in g   b r u s h   co n tact.   A  m icr o m ac h in e   an d   a   s tan d ar d   litt le  s to r e - b o u g h t   wo u n d   r o to r   in d u ctio n   m ac h i n e  ( W R I M)   ar e  co m p ar ed   in   [ 7 ] .   I n   th is   s tu d y ,   r o to r   in ter tu r n   f au lts   in   lar g e - s ca le  an d   m icr o m ac h in es  ar e  co m p ar ed .   B ec au s e  m icr o m ac h in es  ar e  p r o p o r tio n ate  r ep licas  o f   b ig g er   m ac h in es,  th ey   o f f er   an   id ea l  r e p r esen tatio n   o f   wh at  is   e x p ec ted   u n d er   th e  t r an s ito r y   f u n ctio n i n g   c o n d itio n s   o f   win d   tu r b in es.  T h is   wo u ld   f ac ilit ate  th e  d ev elo p m en t  o f   co n d itio n   m o n ito r in g   s o lu tio n s   s u itab le  f o r   th e  in d u s tr y ' s   r ea l   s y s tem s .   W ei  et  a l.  [ 8 ]   s u g g ests   th e  en lar g ed   Par k ' s   v e cto r   m eth o d ,   wh ic h   ca lcu lates  th e  m ath em atica l  r elatio n s h ip   b etwe en   u n b alan c ed   v o ltag e,   l o ad   v a r iatio n ,   an d   th e  n eg ativ e  s eq u e n ce   cu r r en t   in   th e  s tato r   u s in g   th e  Fry ze - B u ch h o lz - Dp en b r o c k   alg o r ith m   an d   t h e  n o n - lin ea r   least sq u ar es a p p r o ac h .   A  m o d el  b ased   o n   th e  f in ite  elem en t m eth o d   ( FEM )   is   d ev el o p ed   in   [ 9 ]   t o   co m p r eh e n d   th e   m ac h in e' s   b eh av io r   in   b o th   h ea lth y   an d   I T SC   f au lt  co n d itio n s   i n   th e   r o to r   win d in g .   Attallah   et   a l.   [ 1 0 ]   p r o p o s es  d ee p   lear n in g - b ased   co n v o lu tio n al  n eu r al  n etwo r k s   ( C NNs)  with   n o n - in tr u s iv e   in f r a r ed   im a g in g   f o r   p r ec is e  d ef ec t   lo ca lizatio n   an d   class if icatio n .   I n   I T SC   f au lt  d etec tio n ,   m o d el - b ased   a n d   o b s er v e r - b ase d   ap p r o ac h es  h av e   d em o n s tr ated   e n co u r ag in g   o u t co m es.  A  n ew  f a u lt  f ea tu r e  f o r   p r ec is e  d iag n o s is   is   o f f er ed   b y   th e  b ilater al  f lu x   lin k ag e  d if f e r en ce   v ec t o r   ( FL DV)   ap p r o ac h ,   wh ich   was  f ir s t  p r esen ted   in   [ 1 1 ] .   I n   [ 1 2 ] ,   m o d els  b ased   o n   th e   FEM   ar e  cr ea ted   t o   ex a m in e   m ac h in e  b eh av i o r   in   b o t h   b r o k e n   an d   h ea lth y   s ce n ar io s .   Fo r   DFI G  win d   tu r b in es,  a  f au lt  r id e - th r o u g h   tech n iq u e  is   s u g g ested   in   [ 1 3 ]   f o r   s tato r   in ter tu r n   s h o r t   cir cu it  f au lts .   T h e   s u g g ested   co n ce p t  r ed u ce s   m ain ten an ce   wh e n   an   I T SC   f a ilu r e  o cc u r s ,   in cr ea s es  o p er at io n   ca p ac ity ,   an d   p r ev en ts   p o wer   lo s s   f r o m   s h u td o wn .   I n   [ 1 4 ] ,   a  r o b u s t  m eth o d   f o r   esti m atin g   r o t o r   I T SC   d ef ec ts   is   d ev is ed   u s in g   an   H - in f in ity   o b s er v e r .   I n   [ 1 5 ] ,   an   ex p er im en tal  s y s tem   is   cr ea ted   to   m im ic  th e  r ea l  o p er atio n   o f   a   wo u n d   r o to r   in d u ctio n   m ac h in e  ( W R I M) .   T h e   s tato r   I T SC F  is   d etec ted   u s in g   em p i r ical  m o d e  d ec o m p o s itio n   ( E MD )   an d   tim e  d o m ain   an al y s is .   Ad d itio n ally ,   co m p ar ed   to   tr ad itio n al  p r o ce d u r es,  d ata - d r iv en   ap p r o ac h es   lik e  lo n g   s h o r t - ter m   m em o r y   ( L STM )   n etwo r k s   in   [ 1 6 ]   s h o w  b etter   d iag n o s tic  ac cu r ac y   a n d   q u ick er   r ea ctio n .   Fo r   f au lt  id en tific atio n ,   s tatis tical  an aly s is ,   an d   f r eq u en c y - d o m ain   tech n iq u es  ar e  also   f r e q u en tly   em p l o y ed .   An   ex p er im en tal  s etu p   h as  b e en   co n s tr u cted   in   [ 1 7 ]   to   id en t if y   th e  in ter - tu r n   f a u lt  ( ITF )   in   th e  r o to r   tu r n s   o f   a   DFI G  with   a  m ag n etic  f lu x   m ea s u r in g   co il  a n ten n a.   I t  s u g g ests   th at,   to   id en tify   an   I T SC   p r o b lem   in   DFI G,   s ea r ch   co il  v o ltag e  at  v ar io u s   f r eq u e n cies  is   a  m o r e  ef f icien t   an d   s o p h is ticated   m eth o d   th a n   cu r r e n t  s ig n atu r e   an aly s is .   Fau lt - r elate d   f ea tu r es  ca n   b e  ef f ec tiv ely   ex tr ac ted   u s in g   m eth o d s   lik e  p o wer   s p e ctr al  d en s ity   ( PS D) ,   tim e  s y n ch r o n o u s   av er a g in g   ( T SA)   [ 1 8 ] ,   Kalm a n   f ilter in g   [ 1 9 ] ,  m ax im u m   p o wer   p o in t   tr ac k in g   ( MPPT) - b ased   d etec tio n   [ 2 0 ] ,   an d   T SA,  as we ll a s   C S A  tech n iq u es a r e  ap p lied   in   [ 2 1 ]   to   d etec t  f au l ts .   I n   [ 2 2 ] ,   an   I T SC   f au lt  b etwe en   r o to r   an d   s tato r   is   h y p o th esized .   Her e,   th e  b est  ac ti v e  p o wer   p r o d u ctio n   f o r   v a r y in g   win d   s p ee d s   is   en s u r ed   b y   ap p ly in g   m a x im u m   p o wer   p o i n t  tr ac in g   ( MPPT)   m an ag em en t.   W in d in g   f u n ctio n   a n aly s is   ( W FA) ,   d q 0   tr an s f o r m atio n ,   an d   m u lti - cir cu it  t h eo r y   ar e   ex am p les   o f   ad v an ce d   m o d ellin g   tech n iq u es  th at  h a v e  b ee n   u s ed   to   en h an ce   f au lt  an al y s is   an d   co m p r eh en s io n   [ 2 3 ] .  Ad d itio n ally ,   m ea s u r es  in clu d in g   R MS  cu r r en t,   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD) ,   s eq u e n c e  co m p o n en ts ,   an d   p h ase  d if f er e n ce s   ar e  u s ed   in   an aly tical  an d   ex p er im en tal  r e s ea r ch   to   d etec t  I T SC   f au lts   [ 2 4 ] – [ 2 6 ] .   T h e  Fas t  Fo u r ier   T r a n s f o r m   is   s u g g ested   in   [ 2 7 ] ,   an d   m u lti - cir c u it  th e o r y   is   s u g g ested   in   [ 2 8 ] ,   an d   t h e  o u tc o m es  o f   th e   s u g g ested   ex p er im en tal  m o d el  ar e  co n f ir m e d   f o r   I T S C   f au lt  d etec tio n .   Hig h   ac cu r ac y ,   ea r ly - s tag e   id en tific atio n ,   an d   r ea l - tim e   ap p licatio n   co n tin u e  to   b e   h u r d les  d esp ite  th e  d e v elo p m en t  o f   n u m er o u s   ap p r o ac h es.  Fo r   I T SC   f au lt  d etec tio n   in   DFI G - b ased   win d   en er g y   s y s tem s ,   m o r e  ef f ec tiv e  an d   d ep en d ab le   d iag n o s tic  m eth o d s   ar e  th er ef o r e  r eq u ir ed .   I T SC   f au lt  d etec tio n   in   DFI G - b ased   win d   en e r g y   s y s tem s   h as  b ee n   ex ten s iv ely   s tu d ie d ,   b u t  th er e  ar e   s till   a  f ew  im p o r tan t  is s u es  th at  n ee d   to   b e   ad d r ess ed .   Fo r   ex am p le,   m an y   o f   th e  c u r r e n t  m eth o d s   r ely   o n   in tr u s iv e  m ea s u r em en t   tech n i q u es,  ex p e n s iv e  s en s o r s ,   o r   c o m p lex   m at h em atica l  m o d elli n g ,   wh ich   r estricts  th eir   p r ac tical  im p lem en tatio n   in   r ea l - tim e  ap p licatio n s .   Sig n al  p r o ce s s in g   ap p r o ac h es  lik e  FF T ,   C NN,   SVM,   an d   MCS A  f r eq u en tly   f ail  to   d etec t  in cip ien t  f au lts   u n d er   v ar y in g   lo ad   a n d   n o is e  co n d i tio n s ,   an d   th e y   ar e   co s tly   to o ,   wh ile  m o d el - b ase d   an d   o b s er v er - b ased   tech n i q u es  ar e  s en s itiv e  to   p ar am eter   v ar iatio n s   an d   m o d ellin g   er r o r s .   Mo r e o v er ,   ev en   wh ile  d ata - d r iv en   m eth o d s   lik e  d ee p   lear n in g   h av e  d em o n s tr ated   en co u r a g in g   o u tco m es,  th ey   f r eq u e n tly   n ee d   b ig   d atasets ,   a  lo t  o f   p r o c ess in g   p o wer ,   an d   ar e  d if f icu lt  to   u n d er s tan d .   As  a  r esu lt,   a  r elia b le,   p r ec is e,   a n d   co m p u tatio n a lly   ef f ec tiv e  tec h n iq u e   f o r   ea r l y - s tag e  I T SC   f au lt   d etec tio n   u n d er   v ar i o u s   o p er a tin g   s itu atio n s   is   r e q u ir ed .   T h is   p ap er   u s es  MA T L AB /Si m u lin k   m o d ellin g   an d   in tellig en t  d ata  an aly s is   tech n iq u es  to   o f f er   a n   ef f icien t  I T SC   f au lt  d etec tio n   an d   an al y s is   f r am ewo r k   f o r   DFI G  to   o v er co m e  th ese  is s u es.  T h is   p ap er   h as  a  d etailed   MA T L AB /S im u lin k   m o d el  o f   a  DFI G  s y s tem ,   wh ich   ac cu r ately   r ep r esen ts   t h e  d y n am ics  o f   s tato r   f au lts   u n d er   b o th   h ea lth y   an d   I T SC   f au lt  s tates.  Stato r   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         S ta to r   in tert u r n   s h o r t c ir cu it  fa u lt id en tifi ca tio n   in   d o u b ly - f ed   in d u ctio n   g e n era to r   …  ( V iv ek   K u s h w a h a )   2381   cu r r en t,  v o ltag e,   f lu x   lin k a g e  d if f er en ce   ( FLD) ,   an d   FLDV   ar e  ex tr ac ted   an d   an aly ze d   f o r   f au lt  id en tific atio n .   T o   class if y   h ea lth y   a n d   f au lty   co n d itio n s   with   im p r o v e d   ac c u r ac y   a n d   r eliab ilit y ,   an   in telli g en t  f au lt d etec tio n   ap p r o ac h   ( e. g . ,  ar tific ial  n eu r al  n etwo r k   ( ANN) )   is   p r o p o s ed .   E f f ec tiv en ess   o f   th e  p r o p o s ed   m eth o d   is   an aly ze d   an d   co m p ar ed   with   o th er   co n v en tio n al  tech n i q u es  in   ter m s   o f   ac cu r ac y ,   r o b u s tn ess ,   an d   co m p u tatio n al   ef f icien c y   t o   d e tect  in cip ien t  f au lt  in   ea r l y   s ta g e,   wh ich   r e d u ce s   th e   r is k   o f   s ev er e  d am a g e  a n d   im p r o v es sy s tem   r eliab ilit y .       2.   DF I G   SI M UL AT I O N  M O D E L   As  w e   k n o w ,   to   i n cr ea s e  th e   l if e   o f   a   m ac h i n e ,   o n e  s h o u l d   av o i d   t h e   f a u lts   an d   a ls o   n e e d s   t o   d ete ct   an d   r em o v e   t h e   f a u lt   as  ea r l y   as   p o s s ib le .   F ig u r e   1   s h o ws   a  s i m u la ti o n   m o d el   o f   DF I G   wit h   a  wi n d   t u r b in e  d e v e lo p ed ,   an d   I T F   is   cr ea t e d   i n   a ll t h r e e  p h ases   o f   s t at o r   wi n d i n g .   S h o r t c ir c u its   ar e  c r ea t ed   in   p h as es a ,   b ,   a n d   c  s im u l ta n e o u s l y   f o r   d i f f er en t   t im e   p er io d s .   A f te r   t h at,   a n   NN   m o d el   is   p r o p o s ed   a n d   tr ain e d   t o   i d e n ti f y   t h e   f a u lts   i n   d if f e r e n t   p h ases .   As  t h e   m o d e l is   t r a in ed ,   it   m a y   d e t er m i n e   t h e   p h ase   i n   w h i c h   a  s h o r t  ci r c u it   o cc u r s .           Fig u r e  1 .   Sch em atic  d iag r am   o f   s im u latio n   m o d el       3.   I NT E R T URN  SH O R T   CIR CUIT   F A UL T   An   I T SC   d ef ec t  is   ch ar ac ter i ze d   b y   th e   s h o r t - cir c u itin g   o f   2   o r   m o r e  tu r n s   in   th e  s tato r   o r   r o to r   win d in g .   B ec au s e  o f   th is   f au lt ,   s u d d en ly ,   t h e  cu r r en t  in cr ea s es  in   th e  p h ase  wh er e  th e  f a u lt  o cc u r r e d ,   wh ich   in cr ea s es th e  tem p er atu r e  in   th e  win d in g .   Du e  to   t h e  co n tin u o u s   h ea tin g   in   th e  win d in g   f o r   a  lo n g   tim e,   it m ay   d am ag e  th e  wh o le  win d in g .   T h er ef o r e ,   to   s av e  th e  m ac h in e  f r o m   s ev er e  d am a g e,   it is   r eq u ir ed   to   d iag n o s e  th e   f au lt  at  an   ea r ly   s tag e  an d   tak e   n ec ess ar y   ac tio n .   T h e  n e u r al  n etwo r k   to o l  in   MA T L AB   Simu lin k   is   ap p lied   to   d iag n o s e  th e  in te r tu r n   f au lt in   th e  s tato r   win d in g .     3 . 1 .    M a t hema t ica l  m o dellin g   o f   I T F   I n   th is   ar ticle,   f au lts   ar e  cr ea ted   in   all  th r ee   p h ases   f o r   d if f er en t  tim e  p e r io d s .   I n   Fi g u r e  2 ,   t h e   in ter tu r n   f a u lt  in   p h ase  ‘ a’   is   cr ea ted   b y   s h o r t - ci r cu itin g   th e   p h ase  win d in g .   Similar ly ,   an   I T F  ca n   b e  cr ea ted   in   ev er y   p h ase.             Fig u r e  2 .   Sh o r t c ir cu it d ia g r a m   o f   s tato r   win d i n g   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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 3 7 9 - 2 3 9 2   2382   T u r n s   in   s tato r   w in d i n g ,   N s   =  4 8 ,   T u r n s   in   r o to r   w in d in g ,   N r   =  3 2     T u r n s   r atio ,   = = 48 32 = 1 . 5 .   Nu m b er   o f   tu r n s   s h o r t - cir cu ite d   in   th e  s tato r   win d in g ,        T h e  n u m b er   o f   tu r n s   r em ain s   h ea lth y   in   th e   s tato r   win d in g ,    = −    T h e  m ag n etic  p er m ea n ce   =       T o tal  I n d u ctan ce   o f   s tato r   win d in g ,   = 2   I n d u ctan ce   o f   s h o r t - cir cu ited   tu r n s ,        =     2 =   (  ) 2   I n d u ctan ce   o f   r em ain in g   h ea lt h y   tu r n s ,        =     ( −  ) 2     =     ( −  ) 2   Mu tu al  in d u ctan ce   am o n g   s h o r ted   an d   t h e  r em ain i n g   win d i n g   in   th e  s am e  p h ase.    =  ( −  )   =  ( −  ) 2     Per   p h ase  in d u cta n ce   m atr ix   is    = [      ]   R esi s tan ce   p er   tu r n    =   R esi s tan ce   o f   s h o r t - cir c u ited   t u r n s ,      =  ⋅  =      ( 1 )     R esi s tan ce   to   r em ain in g   h ea lth y   tu r n s      = ( −  )    =   −    ( 2 )     ,  ,   an d   ѱ   T h e  v o ltag e,   cu r r e n t,  an d   f lu x   lin k a g e  m atr ices  ar e  s h o wn   in   ( 3 )   an d   ( 4 ) .   W h er e,   s u b s cr ip t  ,  ,   an d     r ep r esen t   s tato r ,   r o to r ,   an d   f au lt,  r esp ec tiv ely .   ,  ,   an d     r ep r esen t  s elf - i n d u ctan ce ,   r esis tan ce ,   an d   m u tu al  in d u cta n ce .     [ ѱФ ѱ ѱ  ] = [      0  0  ] [  ]   ( 3 )     [  ] = [  0 0 0  0 0 0  ] [  ] + [ ѱ ѱ ѱ  ]   ( 4 )      = [       µ 2 (  −  )   − µ 2  − µ 2  − µ 2  (  −  ) − µ 2  − µ 2  − µ 2  (  −  ) ]         ( 5 )      = [         ζ 2 (  −  )   − ζ 2  − ζ 2  − ζ 2  (  −  ) − ζ 2  − ζ 2  − ζ 2  (  −  ) ]           ( 6 )        an d      ar e  th e   s elf - in d u cta n ce   m atr ices  r esp ec tiv ely   f o r   th e  s tato r   an d   r o to r   win d in g ,   w h e r e  µ  an d   ζ   ar e   s h o r t   cir cu it  c o ef f ici en ts ,   r esp ec tiv ely   f o r   s tato r   an d   r o t o r   win d in g s .   µ   =  No .   o f   f au lt  tu r n s   in   s tato r   win d in g /To tal  No .   s tato r   win d in g   ζ   =  No .   o f   f a u lt  tu r n s   i n   r o to r   win d i n g /To tal  N o .   r o to r   win d in g .  I f   t h er e  is   n o   f au lt,  t h en   th e  v alu e  o f   th e  s h o r t c ir cu it c o ef f icien t w ill b e  ‘ 0 ’ .      =  [ µ ζ  Ѳ   µ c os ( Ѳ + 120 0 ) µ c os ( Ѳ − 120 0 ) ζ c os ( Ѳ − 120 0 )  Ѳ c os ( Ѳ + 120 0 ) ζ c os ( Ѳ + 120 0 ) c os ( Ѳ − 120 0 )  Ѳ ]   ( 7 )   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         S ta to r   in tert u r n   s h o r t c ir cu it  fa u lt id en tifi ca tio n   in   d o u b ly - f ed   in d u ctio n   g e n era to r   …  ( V iv ek   K u s h w a h a )   2383      =  Mu tu al  in d u ctan ce   m atr ix   b etwe en   s tato r   an d   r o to r .     3 . 2 .     I dentif ica t io n  m et ho d ba s ed  o n F L DV   Flu x   lin k ag es   in   DFI G  ca n   b e  s h o wn   as  in   t h e  f o llo win g   eq u atio n .   I n   ( 18 )   an d   ( 19 )   r e p r esen t  th e  cu r r en t a n d   v o ltag e  m o d el  to   g et  th e  f lu x   lin k ag es f o r   DFI G.     [ ѱ ] = [ ѱ  ѱ  ] = [     ] [ ]   ( 8 )     [ ѱ ] = [ ѱ  ѱ  ] = [ ] − [  0 0  ] [ ]     ( 9 )     T h e  DFI G  is   a f f ec ted   b y   th e   s lip   r atio ;   th e  r o to r   cu r r en t   f au lt  f ea tu r es  ar e   d im in is h ed ,   an d   it  is   ch allen g in g   to   p r ec is ely   i d en tify   th e   r o to r   s id e   I T F,  w h ich   ar e   th e   lim itatio n s   o f   th e   ex is tin g   d iag n o s is   ap p r o ac h   as  a  ch ar ac ter is tic  q u an tity .   T h er e f o r e,   a  n ew  a p p r o ac h   is   p r o p o s ed ,   ch ar ac t er ized   b y   th e  f lu x   lin k ag e  an d   th e  FLDV .   Du e   t o   th e  f l u ctu atio n   i n   th e  im p ed an ce   o f   th e  s tato r   an d   r o to r   win d in g   b e f o r e   an d   af ter   th e  I T F,  th e  o b s er v ed   f au lt v o ltag e  an d   c u r r e n t a r e  in co r p o r ated   i n to   th e  v o ltag e  an d   f lu x   eq u atio n .   T h u s ,   th e  f lu x   lin k ag e  o b tain ed   is       ѱ =   ѱ − ѱ   ( 1 0 )     ѱ = [     ] [ ] − ∫ ( [ ] − [  0 0  ] [ ] )   ( 1 1 )     T h e  eq u atio n   r ep r esen ts   a  f a u lt  ch ar ac ter is tic  q u a n tity .   ѱ an d   ѱ   ar e  cu r r en t  a n d   v o ltag e  m o d els,   r esp ec tiv ely ,   an d   th eir   d if f er en ce   r ep r esen ts   th e  FLD.     £ = ѱ  +   ѱ  + ѱ    ( 1 2 )     £ = ѱ  +   ѱ  + ѱ    ( 1 3 )     £ s   an d   £   ar e  t h e  r esp ec tiv e  FLD V  in   th e  s tato r   a n d   r o to r   win d in g .   T h e  s tato r   a n d   r o to r   FLDV s   r o tate  at  d if f er en t f r eq u en cies  b ec au s e  o f   DFI G' s   asy n ch r o n o u s   m o to r   f ea tu r es.  T h e  s lip   r atio   is   m u ltip lied   b y   th e   r o to r   FLDV   f r eq u en cy ,   wh ile  th e  FLDV   f r eq u en c y   o f   t h e  s tato r   is   a  p o wer   f r eq u en cy .   I t  is   p o s s ib le  to   d eter m in e  i f   an   I T F h ap p en s   o n   th e  r o t o r   o r   th e  s tato r   u s in g   th is   f r e q u en c y .     3 . 3 .    F L DV  t heo ry   Ass u m e  th at  th e  p h ase  ‘ a’   o f   th e  s tato r   win d in g   is   s h o r t - cir cu ited   an d   its   s h o r t  cir cu it  f ac to r   is   ‘ µ’ .   ( 1 1 )   r ep r esen ts   th e  FLDV   ca lcu latio n   f o r m u la  u n d er   f au lt c o n d itio n s .   No w,   ѱ =   [ ѱ ѱ ѱ ]   =   ѱ  − ѱ  .   = [       ] [   ] − ∫ (  − [      0 ] [   ] )   ( 1 4 )     Su f f ix     s h o ws   f au lty   q u an titi es  with   DFI G  p ar am eter s   i n   ( 1 4 ) .   C alcu latio n   o f   th e  s h o r t  cir cu it  ad d itio n al  f lu x   lin k ag e  in   th e   f au lt  m o d el  is   n o t  r eq u ir ed ,   as  th er e  is   n o   ad d itio n al  ter m   f o r   th e  f au lt  in   th e   n o r m al  m ac h in e  m o d el.   T h e  v alu es  o f   f lu x   lin k ag e   o b tain e d   f r o m   th e   v o ltag e   an d   f lu x   lin k ag e  eq u atio n s   b y   a   ty p ical  DFI G  ar e  th e  s am e.       ѱ =   ѱ  − ѱ  =   ( ѱ  − ѱ  ℎ ) − ( ѱ  −   ѱ  ℎ )   ( 1 5 )     I n   ( 1 5 ) ,   th e   f au lty   a n d   h ea lth y   DFI G’ s   cu r r en t e q u atio n   r ep r e s en ts   th e  ch an g es to   th e  f lu x   d if f er en ce .   T h is   allo ws FLD V  to   b e  ca lcu lated   s ep ar ately .     ѱ    =   ( ѱ  − ѱ  ℎ )     ѱ  =   (  −  ) (   µ 2   −   2µ )    +   µ ( 1 −   µ )  +   µ 2  (  +    )   −   µ  [   Ѳ +                                   ( Ѳ +   120 0 ) +     ( Ѳ −   120 0 ) ]   ( 1 6 )   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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 3 7 9 - 2 3 9 2   2384   T h e  3 - p h ase  u n b alan ce d   r o to r   cu r r en t c a n   b e  n eg lecte d   f o r   th e  s tato r   p h ase  ‘ a’   ter m   I T F; th er ef o r e,   th e  last   ter m   in   ( 1 5 )   ca n   b e  ig n o r ed .     ѱ  =   (  −  ) (   µ 2   −   2µ )    +   µ ( 1 −   µ )  +   µ 2  (  +    )   ( 1 7 )     Similar ly ,   th e  f lu x   lin k ag e  o f   t h e  h ea lth y   p h ase  o f   s tato r   win d in g   ‘ b ’   an d   ‘ c’   is   g iv en   b y   ( 1 8 ) .     ѱ  =   ѱ  =   µ 2  (  +    )   ( 1 8 )     ѱ  =   [ ѱ  ѱ  ѱ  ] = µ  (  −    ) [  Ѳ  ( Ѳ +   120 0 )  ( Ѳ −   120 0 ) ]   ( 1 9 )     In   ( 1 9 )   s h o ws  th e  f lu x   lin k ag e  o f   th e   h ea lth y   win d in g   o f   e ac h   p h ase  in   th e  r o to r .   T h e  F L D  in   th e  v o ltag e   eq u atio n   o b tain ed   b y      ѱ  = ѱ  − ѱ    = µ   (  −    )   ( 2 0 )     Ass u m e   −    = ( + Ѳ 0 )   ѱ  = −   µ      (  + Ѳ 0 )   ( 21)     B y   u s in g   ( 1 7 ) ,   ( 1 8 ) ,   ( 1 9 )   an d   ( 2 1 ) ,   s ix - p h ase  FLDs  ca n   b e   f o u n d ;  also   ( 1 1 )   an d   ( 1 2 )   g iv es FL DV.   B y   th e  eq u atio n s ,   FLDs  o f   3 - p h ases   o f   r o to r   win d in g   ar e  s y m m etr ical,   s o   th eir   s u m   ( £ )   is   ze r o .   C o n ce r n in g   th e   s tato r   win d in g s ,   th e   am p litu d e   o f   f au lt  p h ase  ‘ a’   d if f er s   s ig n if ican tly   f r o m   th at   o f   th e  o th e r   p h ases .   Sin ce   t h e  v ec to r   s u m   o f      an d      is   d ir ec te d   o p p o s ite  to   th at  o f    ,     f o llo ws  th e  s am e  d ir ec tio n   as   .   Ph as e  a’ s   FLD  an g le  tr ac k s   its   cu r r en t.  I n   th e  ca s e  o f   a n   I T F  in   th e  s t ato r ,   th e  f au lt  cu r r en t  t y p icall y   ex h i b its   a  h ig h e r   am p litu d e  th an   th at  o f   th e  s tato r   cu r r e n t.  C o n s eq u en tly ,   th e  FLD  in   th e  o th er   two   p h ases   will  b e  o p p o s ite  to   th at  o f   p h ase  a.   No w,   FLDV   o f   th e  s tato r   win d in g   is   o b tain e d   as:     £ =   µ  ( µ − 2 )    +   µ      (  + Ѳ 0 ) +   µ  [ ( µ −   5   2 )  +   (   3   2 −   µ )    +   1   2   (       ) ]   ( 2 2 )     £ =   µ  ( µ − 2 )    +   µ      (  + Ѳ 0 ) +   µ  [ ( µ −   5   2 )  +   (   3   2 −   µ )    +   1   2   (  +      ) ]   ( 2 3 )       4.   Art if icia l neura l net wo rk   ( A NN)   An   ANN  is   b ased   o n   th e  c o m p o s itio n   an d   ca p ab ilit ies  o f   th e  h u m an   b r ain ,   an aly ze s   d ata,   an d   d r aws   co n clu s io n s   b y   u s in g   in ter c o n n ec ted   n o d es,  o r   ar tific ial  n eu r o n s .   Neu r al  n etwo r k s   ar e   h elp f u l  f o r   im a g e  id en tific atio n ,   n atu r al  la n g u a g e  p r o ce s s in g ,   an d   p r e d ictiv e  a n aly tics   ap p licatio n s   b ec a u s e  o f   th eir   ca p ac ity   to   lear n   f r o m   d ata  a n d   s p o t  p at ter n s .   T r ain in g   d ata  is   ess en tial  f o r   n e u r al  n etwo r k s   to   le ar n   an d   g r a d u ally   in cr ea s e  th eir   ac cu r ac y .   A  s tan d ar d   f ee d - f o r war d   ANN,   o f ten   ca lled   a  m u ltil ay er   p er ce p tr o n   ( ML P) ,   is   co m p o s ed   o f   an   i n p u t la y er ,   o n e  o r   m o r e  h id d en   lay er s ,   an d   an   o u tp u t la y er ,   as sh o w n   in   F ig u r e  3 .   E ac h   lay e r   c o n s is ts   o f   in ter c o n n ec ted   n o d es  ( n eu r o n s )   t h at  p r o ce s s   in f o r m atio n   u s in g   n o n - lin ea r   ac tiv atio n   f u n ctio n s ,   en a b lin g   th e  n etwo r k   to   lear n   co m p l ex   p atter n s   f r o m   d ata.   T h e   lear n in g   p r o ce s s   is   g o v er n ed   b y   a   tr ain in g   a lg o r ith m ,   with   b ac k p r o p ag atio n   b ein g   th e   m o s t  f u n d am en tal  m eth o d .   B ac k p r o p ag atio n   ca lcu lates  th e  g r ad ien t  o f   a  lo s s   f u n ctio n   ( cr o s s - en tr o p y )   with   r esp ec t  to   th e  n etwo r k ’ s   weig h ts ,   allo win g   th e  m o d el   t o   iter ativ ely   ad ju s t  its   p ar am e ter s   v ia  an   o p tim izatio n   alg o r ith m   lik e  s to ch asti c   g r ad ien t  d escen t  ( SGD)   o r   A d am   to   m in im ize  p r ed ictio n   e r r o r .   T h is   ca p a b ilit y   to   lear n   in tr icate ,   n o n - lin ea r   d ec is io n   b o u n d ar ies with o u t e x p licit f ea tu r e  en g in ee r in g   m a k es AN Ns   h ig h ly   ef f ec tiv e  f o r   class if icat io n   task s   s u ch   as th e  f au lt d iag n o s is   p r e s en ted   in   th is   wo r k .     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         S ta to r   in tert u r n   s h o r t c ir cu it  fa u lt id en tifi ca tio n   in   d o u b ly - f ed   in d u ctio n   g e n era to r   …  ( V iv ek   K u s h w a h a )   2385       Fig u r e  3 .   Neu r al  n etwo r k   m o d el       5.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   Simu latio n   r esu lts   f r o m   MA T L AB   Simu lin k   ar e  s h o wn   in   t h e  f ig u r es  g i v en   b elo w.   T h e  s im u latio n   m o d el  s h o w n   in   Fig u r e  1 ,   h as  a  DFI G  win d   tu r b in e   o f   1   MV A,   4 0 0 V,   5 0 Hz   co n n ec ted   wit h   a  n eu r al  n etwo r k  m o d el.   I n   th e   p r o p o s ed   m o d el,   I T F  is   cr ea ted   in   p h ase  ‘ a , ’   p h ase  ‘ b , ’   an d   p h ase  ‘ c’   s im u ltan eo u s ly .  Fig u r e  4   s h o ws th e  wav ef o r m s   o f   h ea lth y   DFI G  f o r   p . u .   v alu e  o f   3 - p h ase  v o ltag e,   cu r r en t,  ac tiv e  a n d   r ea ctiv e  p o wer   in   f ig u r es  4 ( a)   to   4 ( d )   r esp ec ti v ely .   T h e  wav e f o r m   f o r   ea c h   q u an tity   ( v o ltag e,   c u r r e n t,  ac tiv e  an d   r ea ctiv e   p o wer )   h as a   g en er al  c h ar ac ter is tic  with o u t a n y   d is tu r b an ce s ,   as th e  h ea lth y   m ac h in e  s h o ws   in   th e  f ig u r e.         ( a)     ( b )     ( c)     ( d )     Fig u r e  4 .   T h e  wav ef o r m   o f   3 - p h ase  v o ltag e  ( a)   an d   cu r r en t ( b ) ,   ac tiv e  ( c )   an d   r ea ctiv e  ( d )   p o wer   f o r   DFI G  u n d er   n o r m al  co n d itio n s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 7 0 8   I n t J E lec  &   C o m p   E n g ,   Vo l.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 3 7 9 - 2 3 9 2   2386   No w,   co n s id er   th e   in ter - tu r n   f au lt  in   t h e  s tato r   win d in g   o n ly ,   an d   th e  r o to r   win d in g   is   h e alth y .   W e   g et  d if f e r en t  r esu lts ,   wh ich   ar e  s h o wn   in   F ig u r e   5 .  First,  a   f au lt  in v o lv i n g   5   s h o r ted   tu r n s   in   p h ase  ‘ a’   o f   th e   s tato r   win d in g   is   in tr o d u ce d   f r o m   0 . 5   to   0 . 7   s ec .   As s h o wn   in   Fig u r e  5 ( a) ,   th e  FLD  is   ze r o   p r io r   to   0 . 5   s ec   an d   in cr ea s es  u p o n   f au lt  in ce p tio n .   Similar ly ,   th e  m ag n itu d e  o f   FLDV   in cr ea s es,  as  d ep ic ted   in   Fig u r e   5 ( b ) .   C o n s eq u en tly ,   th e  p h ase  ‘ a’   cu r r en t  s ig n atu r e  ex h ib its   an   in cr ea s e  in   m ag n itu d e  d u e  to   th e  r ed u ce d   p h ase  im p ed an ce ,   as  illu s tr ated   in   Fig u r e  5 ( c)   ( r e d   cu r v e) .   C o n v e r s ely ,   th e  p h ase  ‘ a’   v o ltag e  am p litu d e  is   r ed u ce d ,   as sh o wn   in   Fig u r e  5 ( d )   ( r ed   c u r v e) .   Similar ly ,   an   i n ter - tu r n   f au lt  ( I T F)  is   cr ea te d   in   p h ase  ‘ b ’   f r o m   1 . 0   to   1 . 3   s ec .   Fig u r e   5 ( e)   s h o ws     th e  in cr ea s ed   cu r r en t  am p litu d e  in   p h ase  ‘ b ’   ( y ello w  cu r v e) ,   wh ile  Fig u r e  5 ( f )   s h o ws  th e  co r r esp o n d in g   d ec r ea s e  in   v o ltag e  am p litu d e   f o r   p h ase  ‘ b ’   ( y ello w  cu r v e) .   Fin ally ,   an   I T F  is   estab li s h ed   in   p h ase  ‘ c’   f r o m   1 . 5   t o   1 . 7   s ec .   As  s h o wn   in   Fig u r e  5 ( g ) ,   th e   cu r r en t  a m p li tu d e  in   p h ase  ‘ c’   in cr ea s es  ( b lu e  cu r v e) ,   an d   th e  co r r esp o n d in g   v o ltag e  r esp o n s e  in   Fig u r e  5 ( h )   d em o n s tr at es  s h o r ter   b lu e  v o ltag e  p ea k s   co m p ar ed   to   th e  h ea lth y   p h ases .             ( a)     ( b )       ( c)     ( d )       ( e)     (f)       ( g )   ( h )     Fig u r e  5 .   FLD,   FLDV ,   cu r r en t   an d   v o ltag e  r esp o n s es in   th e  s tato r   win d in g   o f   DFI G,   wh e n   5   –   tu r n s   o f   th e   s tato r   win d in g   ar e  s h o r ted   ( a)   r ep r esen tin g   th e   FLD,   ( b )   FL DV  u n d er   f a u lt,  ( c)   s h o w  th e  c u r r en t ,    ( d )   v o ltag e  r esp o n s es wh en   5   t u r n s   o f   p h ase  ‘ a’   a r e  s h o r te d   i n   th e  s tato r   win d in g ,   ( e )   s h o wi n g   cu r r en t,    ( f )   v o ltag e  r esp o n s es wh en   5   t u r n s   o f   p h ase  ‘ b ’   ar e  s h o r ted   i n   th e  s tato r   win d in g ,   ( g )   s h o w  th e  cu r r e n t,    ( h )   v o ltag e  r esp o n s es wh en   5   t u r n s   o f   p h ase  ‘ c’   a r e  s h o r te d   i n   th e  s tato r   win d in g     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         S ta to r   in tert u r n   s h o r t c ir cu it  fa u lt id en tifi ca tio n   in   d o u b ly - f ed   in d u ctio n   g e n era to r   …  ( V iv ek   K u s h w a h a )   2387   As  th e  cu r r en t  in cr ea s es  in   th e   win d in g ,   th e  tem p er atu r e  o f   th e  win d in g   also   in cr ea s es,  d u e  to   wh ich   th e  in s u latio n   m ay   f ail,   r esu ltin g   in   p er m an e n t  d am ag e  to   th e  win d in g .   So ,   it  is   n ec es s ar y   to   ea r ly   id en tify   th e  in ter - tu r n   f au lt   to   s av e   th e  m a ch in e  f r o m   d am ag e   an d   to   g et   s tab le  an d   r eliab le  p o wer   in   th e  s y s tem .   T h u s ,   th e  n eu r al  n etwo r k   to o l  is   ap p lied   in   MA T L AB   f o r   class if icatio n   an d   id en tific atio n   o f   f au lts .   Firstl y ,   th e  m o d el  is   tr ain ed   f o r   th e   f au lts   o cc u r r e d   in   all  t h e  p h ases   at  d if f er e n t  tim es,  an d   ea ch   p h ase  is   a s s ig n ed   a  d if f e r en t   m ag n itu d e.   Af ter   th at,   th is   tr ai n ed   m o d el  o f   NN   is   co n n ec ted   to   th e  s im u latio n   m o d el  o f   DFI G,   wh ich   f u r th e r   id en tifie s   th e  f au lt in   win d i n g s   as p er   th e  tr ain in g .     I n   MA T L AB ’ s   n eu r al  n etwo r k   to o lb o x ,   th e  “b est” p er f o r m a n ce   r an g e  f o r   a  r e g r ess io n   cu r v e  d ep en d s   o n   th e  s p ec if ic  p r o b lem   an d   d ata,   b u t  g e n er ally ,   a  lo w  m ea n   s q u ar ed   e r r o r   ( MSE )   a n d   a  h ig h   R - v alu e  ( co r r elatio n   co e f f icien t)   in d ica te  g o o d   p er f o r m an ce .   T h e  r an g e  o f   p er f o r m an ce   f o r   a  r eg r es s io n   cu r v e  d ep en d s   o n   th e  p r o b lem   an d   d ata,   b u t  a  lo w  v alu e  o f   MSE ,   i.e . ,   clo s e  to   ‘ 0 ’   an d   a   h ig h   R - v alu e  ( c o r r elatio n   co ef f icien t) ,   i.e . ,   clo s e  to   1 ,   d e s ig n ates  g o o d   p er f o r m an ce .   A n   ex ce s s iv e  R - v alu e  m ea n s   th at  th e  p r e d icted   an d   r ea l  v alu es  ar e  s tr o n g ly   co n n e cted   alo n g   a  s tr aig h t  lin e,   wh ich   m ea n s   th at  th e  r eg r ess io n   is   ac cu r ate.   Fig u r e  6   in d icate s   th e  b est  v alid atio n   p er f o r m a n ce   is   0 . 1 0 3 9 3   at  e p o ch   2 3   ( i.e . ,   2 3   iter atio n s ) ,   wh i ch   m ea n s   th e  v alu e   o f   MSE   is   cl o s e  to   ‘ 0 , ’  i.e . ,   0 . 1 0 3 9 3 .   T h u s ,   th e  t r ain in g   p er f o r m an ce   cu r v e   d esig n ates  g o o d   p er f o r m an ce   o f   th e  n eu r al  n etwo r k .   Fig u r e  7   s h o ws  th e  r eg r ess io n   cu r v e  o f   th e  n e u r al  n etwo r k   f o r   tr ain i n g ,   v alid atio n ,   an d   test in g .   Fo r   tr ain in g ,   th e  v alu e   o f   R   =  0 . 9 6 9 6 7 ,   f o r   v alid atio n ,   R   =  0 . 9 5 3 7 4 ,   a n d   f o r   test ,   R   =  0 . 9 6 9 5 7 ,   a n d   th e   o v er all  v al u e  o f   R   =   0 . 9 6 7 1 5 .   T h er ef o r e,   th e   r eg r ess io n   cu r v e  is   also   s tip u latin g   g o o d   p e r f o r m an ce   as  R   h as  a   v alu e  v er y   clo s e  to   1 .           Fig u r e  6 .   T r ain in g   p er f o r m an c e  cu r v e  o f   n e u r al  n etwo r k   b y   MA T L AB                   Fig u r e  7 .   R eg r ess io n   cu r v e  o f   n eu r al  n etwo r k   b y   MA T L AB   f o r   tr ain in g ,   v alid atio n   an d   test   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.   16 ,   No .   5 ,   Octo b e r   20 26 :   2 3 7 9 - 2 3 9 2   2388   Her e,   a  f ee d - f o r war d   ANN  is   d ev elo p e d   f o r   th e  m u lti - class   class if icatio n   o f   th e  o p er atio n al  s tate  o f   a   s y s tem   in to   o n e  o f   f o u r   ca teg o r ies:   Hea lth y ,   p h ase  ‘ a’   f a u lt,  p h ase  ‘ b ’   f au lt,  an d   p h as e  ‘ c’   f au lt.  Fig u r e  8   s h o ws  a  co n f u s io n   m atr ix   with   a  to tal  d ataset  co m p r is ed   o f   1 0 , 0 0 1   s am p les,  with   a  n o tab le  class   im b alan ce   wh er e  th e  h ea lth y   class   co n t ain ed   1 3 0 1   in s tan ce s ,   an d   ea ch   o f   th e  t h r ee   f au lt  class es,  p h ase  ‘ a ’   an d   ‘ c ’   co n tain ed   2 0 0   in s tan ce s ,   an d   p h ase  ‘ b ’   h ad   3 0 0   in s tan ce s .   T o   m itig ate  th e  b ias  in tr o d u ce d   b y   th is   im b alan ce ,   th e  s y n th etic  m in o r ity   o v er - s am p lin g   tech n iq u e   ( SMOT E )   was  ap p lied   to   th e  tr ain i n g   p ar titi o n   to   g en er ate   s y n th etic  s am p les  f o r   th e  m in o r ity   class es.  T h e  m o d el  ar ch itectu r e  co n s is ted   o f   an   in p u t  lay er ,   two   h id d en   lay er s   with   6 4   an d   3 2   n e u r o n s   r esp ec tiv ely   em p lo y in g   th e  r ec tifie d   lin ea r   u n it  ( R eL U)   a ctiv atio n   f u n ctio n ,   an d   an   o u t p u t la y er   with   f o u r   n eu r o n s   u s in g   th e  s o f tm ax   f u n ctio n   to   o u tp u t c lass   p r o b a b ilit ies.  T h e  m o d el  was   co m p iled   with   th e   Ad am   o p t im izer   an d   ca te g o r ical  cr o s s - en tr o p y   lo s s   f u n ctio n   an d   w as  tr ain ed   f o r   1 0 0   ep o ch s   with   a   b atc h   s ize  o f   3 2 .   T h e   m o d el’ s   p e r f o r m an ce   was  ev alu ated   o n   a   h o ld - o u t  t est  s et.   T h e  r esu ltin g   co n f u s io n   m atr ix   d em o n s tr at ed   ex ce p tio n al  class if icatio n   ca p ab ilit y ,   with   th e  m o d el  c o r r ec tly   class if y in g   1 2 9 6   o u t   o f   1 3 0 1   h ea lth y   i n s tan ce s ,   1 9 9   o u t  o f   2 0 0   in s tan c es  f o r   p h ase  ‘ a’   an d   ‘ c’   f au lt  an d   2 9 9   o u t  o f   3 0 0   in s tan ce s   f o r   p h ase  ‘ b ’   f a u lt,  a ch iev in g   a  f in al  o v e r all  class if icatio n   ac cu r ac y   o f   9 9 . 6 0 %.           Fig u r e  8 .   C o n f u s io n   m atr i x       Pre v io u s ly ,   a u th o r s   a n aly ze d   t h e  I T SC   f au lt   ( lik e  2   o r   5   tu r n s   s h o r ted )   f o r   a  p ar ticu lar   p h as e  o f   s tato r   win d in g .   B u t,  in   th is   s tu d y ,   t h e  f au lts   ar e  cr ea ted   in   all  th e  3   p h ases ,   an d   th e y   ar e  clas s if ied   b y   d if f e r en t   am p litu d es.  As  p er   th e  tr ain i n g ,   Fig u r e  9   s h o ws  th at  a  f a u lt  in   p h ase  ‘ a’   wh ich   is   o cc u r r ed   b etwe en   tim e     0 . 5   to   0 . 7   s ec ,   h a v in g   a m p litu d e  1 ; a   f a u lt o cc u r r ed   in   p h ase   ‘ b ’   b etwe en   tim e  1 . 1   to   1 . 4   s ec ,   h av in g   am p litu d e   2 ;  an d   a  f au lt  o cc u r r e d   in   p h ase  ‘ c’   b etwe en   tim e  1 . 5   to   1 . 7   s ec ,   h av in g   am p litu d e  3 .   T h is   m ea n s   we  h av e  tr ain ed   th e  n e u r al  n etwo r k   m o d el  d u r i n g   a  f a u lt  wh en   th e   wav ef o r m   h as  an   am p litu d e   eq u al  to   1 ,   w h ich   m ea n s   th e  in ter - tu r n   f a u lt  o cc u r r ed   in   p h ase  ‘ a ’ .   Similar ly ,   as  th e  wav ef o r m   h as  its   v alu e   as  2 ,   t h en   t h e  s h o r t  cir cu it  will  b e  in   p h ase  ‘ b , ’   an d   f o r   th e   am p litu d e   as  3 ,   th e   f au lt  will  b e  in   p h ase   ‘ c , ’   o th er wis e,   th e  am p litu d e   will b e  ze r o ,   wh ich   m ea n s   wh en   th er e  is   n o   f au lt,  th e  wa v ef o r m   h as z er o   m ag n itu d e.           Fig u r e  9 .   I n p u t  p r o v id ed   t o   th e   n eu r al  n etwo r k   to   tr ain   th e  m o d el  f o r   id en tify i n g   tu r n   f a u lt o cc u r r e d   in   p h ase  ‘ a , ’   ‘ b , ’   an d   ‘ c ’   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.