Fast Identification of Series Arc Faults Based on Singular Spectrum Statistical Features

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作者
Dezhi Xiong,Shuai Yang,Yang Xue,Penghe Zhang,Runan Song,Jian Song
出处
期刊:Electronics [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:14 (16): 3337-3337 被引量:1
标识
DOI:10.3390/electronics14163337
摘要

Series arc faults are a major cause of electrical fires, posing significant risks to life and property. Their negative-resistance characteristics make fault features difficult to detect, and the existing methods often suffer from high false-alarm rates, poor adaptability, and reliance on high sampling rates and long sampling windows. To enhance the accuracy and efficiency of series AC arc fault detection, this paper proposes a rapid identification method based on singular spectrum statistical features and a differential evolution-optimized XGBoost classifier. The approach first constructs the singular spectrum of current waveforms via a Hankel matrix singular value decomposition and extracts nine statistical features. It then optimizes seven XGBoost hyperparameters using differential evolution to build an efficient classification model. The experiments on 18,240 current samples covering 16 load conditions (including eight arc fault types) show that the method achieves an average identification accuracy of 98.90% using only three nominal cycles (60 ms) of current waveform. Even with a training set ratio as low as 5%, it maintains 97.11% accuracy, outperforming Back-propagation Neural Network, Support Vector Machine, and Recurrent Neural Network methods by up to three percentage points. The method avoids the need for high sampling rates or complex time–frequency transformations, making it suitable for resource-constrained embedded platforms and offering a generalizable solution for series arc fault detection.
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