xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không sử dụng phương pháp biến đổi wavelet

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN ThS... Tên đề tài LVTN: Xác định

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG

SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI

WAVELET

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN SINH VIÊN THỰC HIỆN

ThS Đỗ Anh Tùng Phạm Văn Lợi (MSSV: 1111011) ThS Nguyễn Đăng Khoa Ngành: Kỹ thuật điện 1 – Khóa 37

Tháng 04/2015

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015

PHIẾU ĐỀ NGHỊ ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP CỦA SINH VIÊN

HỌC KỲ II NĂM HỌC 2014 – 2015

1 Họ và tên sinh viên: Phạm Văn Lợi MSSV: 1111011

Ngành: Kỹ thuật điện Khoá: 37

2 Tên đề tài (LVTN): Xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không

sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet

3 Địa điểm thực hiện: Truyền tải điện Miền Tây 41 Đường 3 tháng 2 - Q.Ninh Kiều – TP Cần Thơ Số ĐT 0710 222 0239

4 Họ tên của người hướng dẫn khoa học (NHDKH) 1 và 2:

ThS Đỗ Anh Tùng và ThS.Nguyễn Đăng Khoa

5 Mục tiêu của đề tài: Áp dụng phép biến đổi Wavelet kết hợp với giải thuật lọc nhiễu để xác định tín hiệu và thời gian sóng truyền từ điểm ngắn mạch về hai đầu cuối của đường dây và sau đó tính toán được khoảng cách vị trí xảy ra ngắn mạch

6 Các nội dung chính và giới hạn của đề tài:

Nội dung chính:

Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Chương III: Một số phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải Chương IV: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố đường dây trên không

220kV tiêu biểu

Chương V: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố đường dây trên không

220kV thực tế

Chương VI: Kết luận và kiến nghị

Giới hạn đề tài: Có nhiều phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải nhưng với đề tài này chỉ áp dụng phương pháp biến đổi Wavelet

7 Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài:

Xin số liệu thực tế từ Công Ty Truyền tải điện Miền Tây

8 Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài:

SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ (Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Văn Lợi

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Cán bộ hướng dẫn 1 và 2: ThS Đỗ Anh Tùng và ThS Nguyễn Đăng Khoa

1 Tên đề tài: Xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không

sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet

2 Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Lợi

MSSV: 1111011 Lớp: Kỹ Thuật Điện 1– Khoá 37

3 Nội dung nhận xét:

a Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:

b Nhận xét về bản vẽ:

c Nhận xét về nội dung của luận văn:

- Các công việc đã đạt được:

- Những vấn đề còn hạn chế:

d Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:

e Kết luận và đề nghị:

a Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:

b Nhận xét về bản vẽ:

c Nhận xét về nội dung của luận văn:

- Các công việc đã đạt được:

- Những vấn đề còn hạn chế:

d Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:

e Kết luận và đề nghị:

5 Điểm đánh giá:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 CÁN BỘ PHẢN BIỆN 1

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

1 Cán bộ phản biện:

2 Tên đề tài: Xác định vị trị sự cố trên đường dây trên không

Sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet

3 Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Lợi

b Nhận xét về bản vẽ:

c Nhận xét về nội dung của luận văn:

- Các công việc đã đạt được:

- Những vấn đề còn hạn chế:

d Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:

e Kết luận và đề nghị:

5 Điểm đánh giá:

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2

Xin chân thành cảm ơn quý Công Ty Truyền Tải Điện Miền Tây đã cho phép

và tạo điều kiện thuận lợi để em thực tập

Xin cảm ơn cha mẹ đã động viên trong suốt quá trình học tập và làm luận văn, cảm ơn bạn bè đã nhiệt tình giúp đỡ để em hoàn thành tốt luận văn

Tuy nhiên, kinh nghiệm, kiến thức thực tế còn hạn chế và thời gian thực hiện

đề tài có phần hạn hẹp nên không tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết Thêm nữa, vì Wavelet là một lĩnh vực còn mới nên rất mong quý thầy bỏ qua và góp ý để bài luận văn của em được hoàn thiện hơn

Cuối lời em kính chúc quý Thầy dồi dào sức khỏe và thành công trong sự nghiệp cao quý Đồng kính chúc các Cô, Chú, Anh, Chị trong Công Ty Truyền Tải Điện Miền Tây luôn dồi dào sức khỏe, đạt được nhiều thành công trong công việc

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Lợi

Hệ thống đường dây truyền tải điện là phần tử đặc biệt quan trọng trong việc truyền tải điện năng đi xa với công suất lớn Nói cách khác, nó được xem là các mạch máu của một hệ thống điện Khi có sự cố xảy ra trên đường dây, rơle bảo vệ cần xác định sự cố và gửi tín hiệu cắt đến các máy cắt tương ứng để bảo vệ an toàn

hệ thống Như vậy, việc xác định được vị trí sự cố xảy ra trên đường dây là công việc hết sức quan trọng vì nó sẽ rút ngắn đáng kể thời gian tìm kiếm và khắc phục

sự cố, tiết kiệm chi phí do sự gián đoạn cung cấp điện gây ra Chính vì những lý do trên, việc vận hành hệ thống đường dây truyền tải đảm bảo độ tin cậy cao, an toàn

và ổn định luôn là yêu cầu cấp thiết và là ưu tiên hàng đầu của các Công ty Truyền tải Điện

Xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện, là một vấn đề quan trọng

và phức tạp trong vận hành hệ thống điện Trong bài luận văn này, em nghiên cứu việc áp dụng phương pháp biến đổi Wavelet kết hợp lọc nhiễu cho việc xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải Khi sự cố xảy ra các thành phần của sóng quá độ truyền về hai đầu đường dây khảo sát được mô phỏng bởi phần mềm Matlab - Simulink Các tín hiệu sóng truyền này sẽ được phân tích thành các hệ số Wavelet bằng việc sử dụng biến đổi Wavelet rời rạc, dựa trên thời gian sóng truyền đến lần thứ nhất và lần thứ hai từ đó tính toán được vị trí sự cố Phương pháp kiến nghị có

ưu điểm là xác định nhanh chóng và chính xác sóng truyền do sự cố gây ra Nhằm đánh giá khả năng áp dụng và tính hiệu quả của phương pháp này, em đã áp dụng phương pháp kiến nghị trên so sánh kết quả với đường dây truyền tải tiêu biểu từ bài báo IEEE [7] và ứng dụng khảo sát các vị trí sự cố trên đường dây thực tế 220kV Rạch Giá – Trà Nóc

Nội dung của luận văn bao gồm 6 chương:

Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Chương III: Một số phương pháp xác định vị trí sự cố

Chương IV: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố đường dây trên không 220kV tiêu biểu

Chương V: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không 220kV Rạch Giá – Trà Nóc

Chương VI: Kết luận và kiến nghị

Cần Thơ, ngày tháng năm 2015 Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Lợi

GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET 6

2.1 Sơ lược về biến đổi Wavelet 6

2.1.1 Lịch sử Wavelet 6

2.1.2 Ưu điểm của phân tích Wavelet 6

2.1.3 Thế nào là phân tích Wavelet 7

2.2 Cơ sở toán học 7

2.3 Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) [11],[12] 10

2.4 Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA) [11] 10

2.5 Biến đổi wavelet tĩnh (Stationary wavelet transform -SWT) [8] 12

2.6 Vài nét ứng dụng trong hệ thống điện (HTĐ) 13

2.6.1 Những ứng dụng chính của Wavelet trong HTĐ 13

2.6.2 Ứng dụng trong bảo vệ hệ thống điện 13

CHƯƠNG III 15

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ 15

3.1 Phương pháp giải tích dựa vào phương trình Telegrapher 15

3.1.1 Tổng quan phương pháp [7] 15

3.1.2 Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp 16

3.2 Phương pháp sử dụng thiết bị phát sóng kết hợp biến đổi Wavelet để xác định điểm sự cố 16

3.2.1 Tổng quan phương pháp 16

3.2.2 Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp 17

3.3 Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng 17

3.3.1 Tổng quan về phương pháp 17

3.3.2 Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp 20

3.4 Áp dụng phương pháp biến đổi Wavelets 20

3.4.1 Phương pháp Wavelets trong việc xử lý tín hiệu số 21

3.4.2 Phương pháp [8] 21

CHƯƠNG IV 24

KHẢO SÁT MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 220KV TIÊU BIỂU 24

4.1 Giới thiệu 24

4.2 Mô phỏng đường dây trên không từ bài báo IEEE 24

4.3 Kết quả mô phỏng 25

4.3.1 Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận 25

4.3.2 Các dạng sóng điện áp đầu phát tại các vị trí khác nhau 27

4.3.3 Thực hiện biến đổi Wavelet 31

4.3.4 Minh họa kết quả tính toán 41

CHƯƠNG V 45

KHẢO SÁT MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG 220kV RẠCH GIÁ – TRÀ NÓC 45

5.1 Lý lịch đường dây 45

5.2 Các thông số vận hành 47

5.3 Mô hình mô phỏng đường dây trên không 220kV Rạch Giá – Trà Nóc 48

5.4 Kết quả mô phỏng 49

5.4.1 Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận 49

5.4.2 Điện áp đầu phát khi xảy ra sự cố ngắn mạch tại các vị trí khác nhau 51 5.4.3 Ảnh hưởng của các loại ngắn mạch ở các vị trí ngắn mạch khác nhau 55 5.4.4 Ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch khác nhau 56

5.5 Khảo sát các sự cố xảy ra trên đường dây 220kV Rạch Giá – Trà Nóc 57

5.5.1 Sự cố trên đường dây 220kV Rạch Giá-Trà Nóc 57

5.5.2 Công tác ứng trực xử lý sự cố trong quản lý vận hành 57

5.5.3 Kết quả kiểm tra truy tìm sự cố đường dây 220kV Rạch Giá-Trà Nóc 59 5.5.4 Thông số vận hành đường dây trước thời điểm xảy ra sự cố 62

5.6 Ứng dụng phương pháp biến đổi Wavelet tính toán vị trí sự cố 64

5.6.1 Kết quả tính toán vị trí sự cố theo phương pháp biến đổi Wavelet 64

5.6.2 So sánh khoảng cách vị trí sự cố: 64

5.6.3 So sánh khoảng trụ tương ứng vị trí sự cố ngắn mạch 65

CHƯƠNG VI 66

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66

Bảng 5.2 Số liệu vận hành trước lúc xảy ra sự cố 49

Bảng 5.3 Ảnh hưởng của loại ngắn mạch ở các vị trí ngắn mạch khác nhau 55

Bảng 5.4 Ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch khác nhau 56

Bảng 5.5 Sự cố trên đường dây Rạch Giá – Trà Nóc 57

Bảng 5.6 Khoảng cách hành lang an toàn 59

Bảng 5.7 Khoảng cách hành lang an toàn 59

Bảng 5.8 Kết quả truy tìm sự cố trên đường dây Rạch Giá – Trà Nóc 60

Bảng 5.9 Thông số vận hành đường dây trước thời điểm xảy ra sự cố 63

Bảng 5.10 Kết quả tính toán vị trí sự cố theo phương pháp biến đổi Wavelet 64

Bảng 5.11 So sánh vị trí sự cố trên đường dây truyền tải Rạch Giá – Trà Nóc 220kV 64

Bảng 5.12 So sánh khoảng trụ tương ứng vị trí sự cố ngắn mạch 65

MỤC LỤC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Các dạng ngắn mạch [1] 2

Hình 1.2 Đứt dây chạm đất trên đường dây “PTC 4” 4

Hình 1.3 Phóng điện trên chuỗi sứ “PTC 4” 3

Hình 1.4 Đứt dây trên đường dây truyền tải “NPT 4” 3

Hình 1.5 Hiện trường xảy ra sự cố trên đường dây 500kV 22/5/2013, Di Linh - Tân Định trong lúc đường dây này đang truyền tải công suất cao làm mất liên kết hệ thống điện 500kV Bắc – Nam “http://nangluongvietnam.vn/” 4

Hình 2.1 Miền phân tích [9, tr 27] 7

Hình 2.2 Họ Wavelet Haar (db1) và họ Wavelet Meyer 9

Hình 2.3 Họ Wavelet Daubechies 2 (db2) và Daubechies 3 (db3) 9

Hình 2.4 Họ Wavelet Daubechies 4 (db4) và Wavelet Daubechies 5 (db5) 9

Hình 2.5 Phân tích Wavelet được xem như hai bộ lọc tần số cao và thấp 10

Hình 2.6 Minh họa tín hiệu vào là dạng Sin chuẩn với nhiễu tần số cao [3] 11

Hình 2 7 Phân ly bậc 2 11

Hình 2.8 Minh họa cho phân ly bậc 3 12

Hình 2.9 Tỷ lệ ứng dụng về những lĩnh vực khác nhau trong HTĐ được xuất bản 13

Hình 3.1 Sơ đồ phương trình Telegrapher 15

Hình 3.2 Sơ đồ mạch của thiết bị phát sóng 17

Hình 3.3 Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện kháng đơn 18

Hình 3.4 Minh họa phương pháp Takagi trên mạch điện một pha hai nguồn 19

Hình 3 5 Sơ đồ giải thuật [8] 22

Hình 3.6 Minh họa về sơ đồ sóng truyền [8] 23

Hình 4.1 Mô hình đường dây trên không bài báo IEEE 24

Hình 4.2 Mô phỏng đường dây trên không bài báo IEEE 25

Hình 4.3 Điện áp tại đầu phát 25

Hình 4.4 Điện áp tại đầu nhận 26

Hình 4.5 Dòng điện tại đầu phát 26

Hình 4.6 Dòng điện tại đầu nhận 27

Hình 4 7 Điện áp đầu phát tại x = 95km 28

Hình 4 8 Điện áp đầu phát tại x = 85km 28

Hình 4 9 Điện áp đầu phát tại x = 79.5km 29

Hình 4 10 Điện áp đầu phát tại x = 59.5km 29

Hình 4.11 Điện áp đầu phát tại x=34km 30

Hình 4.12.Điện áp đầu phát tại x = 17km 30

Hình 4.13 Điện áp đầu nhận x=4km 31

Hình 4.14 Tín hiệu điện áp đầu phát pha A 32

Hình 4.25 Ma trận tương quan bậc 3 n = 1 37

Hình 4.26 Ma trận tương quan bậc 1 n = 2 38

Hình 4.27 Ma trận tương quan bậc 2 n = 2 38

Hình 4.28 Ma trận tương quan bậc 3 n = 2 39

Hình 4.29 Ma trận tương quan bậc 1 n = 7 39

Hình 4.30 Ma trận tương quan bậc 2 n = 7 40

Hình 4.31 Ma trận tương quan bậc 3 n = 7 40

Hình 4.32 Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan sau cùng 41

Hình 5.1 Trụ một mạch 46

Hình 5.2 Trụ hai mạch 47

Hình 5.3 Mô hình đường dây trên không 220kV Rạch Giá - Trà Nóc 48

Hình 5.4 Mô phỏng Matlab – Simulink đường dây trên không Rạch Giá – Trà Nóc 49

Hình 5.5 Điện áp đầu phát 49

Hình 5.6 Điện áp đầu nhận 50

Hình 5.7 Dòng điện đầu phát 50

Hình 5.8 Dòng điện đầu nhận 51

Hình 5.9 Điện áp đầu phát tại x = 67km 52

Hình 5.10 Điện áp đầu phát tại x = 60km 52

Hình 5.11 Điện áp đầu phát tại x = 51km 53

Hình 5.12 Điện áp đầu phát x = 45km 53

Hình 5.13 Điện áp đầu phát tại x = 39km 54

Hình 5.14 Điện áp đầu phát tại x = 25km 54

Hình 5.15 Điện áp đầu phát tại x = 5km 55

Hình 5.16 Phóng điện trên chuỗi sứ - “PTC 4” 61

Hình 5.17 Phóng điện trên sừng phóng điện “PTC 4” 61

Hình 5.18 Xáng cạp nạo vét kênh Lung Ngang vi phạm khoảng cách an toàn gây phóng điện điện “PTC 4” 62

Biến đổi wavelet tĩnh

DWT (Discrete Wavelet Transform)

Biến đổi wavelet rời rạc MRA (Multi-Resolution Analysis)

Kỹ thuật phân tích đa phân giải

IEEE (Institute of Electrical and Electronics

SCADA

(Supervisory Control And Data Acquisition)

Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu

Đường dây truyền tải điện được sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện xa xôi tới các trung tâm phụ tải lớn Sự tăng trưởng nhanh chóng của hệ thống điện theo đà phát triển kinh tế xã hội của một quốc gia, đã dẫn đến một sự gia tăng

số lượng các đường dây truyền tải, vận hành với nhiều cấp điện áp khác nhau và tổng chiều dài của nó Vì thế, sự cố xảy ra trên tuyến đường dây truyền tải là không thể tránh khỏi Ngắn mạch trên đường dây truyền tải chỉ hiện tượng các dây dẫn pha chạm nhau, chạm đất với hệ thống điện có dây trung tính nối đất hoặc chạm dây trung tính Lúc ngắn mạch xảy ra tổng trở của hệ thống giảm đi, điện áp, dòng điện

sẽ thay đổi và mạch trải qua quá trình quá độ

Ngắn mạch thường là ngắn mạch thoáng qua, là loại ngắn mạch có thể tự hết

và được loại trừ khi rơle tự đóng lại, tác động máy cắt đóng lại thì không xuất hiện

sự cố trở lại Ngắn mạch lâu dài khác với ngắn mạch thoáng qua, là loại ngắn mạch vẫn còn tồn tại sau khi rơle tự đóng lại tác động máy cắt đóng lại nhưng không thành công

Quá trình quá độ dòng ngắn mạch phụ thuộc vào thời điểm xảy ra ngắn mạch, nguồn có thể cung cấp dòng ngắn mạch, tình trạng tải, vị trí điểm ngắn mạch, thời gian ngắn mạch, cấu trúc hệ thống và đặc điểm của các phần tử trong hệ thống điện

Dòng điện tức thời chạy qua các phần tử trong hệ thống, ngay sau khi xảy ra

sự cố ngắn mạch thì không giống như sau đó vài chu kỳ trước khi máy cắt được mở

ở hai đầu đường dây sự cố Và dòng điện cả hai thời điểm trên cũng khác rất nhiều

so với dòng điện ngắn mạch duy trì nếu ngắn mạch không được cô lập bởi máy cắt Thời gian cô lập ngắn mạch sẽ ảnh hưởng đến sức chịu đựng của trang thiết bị có dòng điện ngắn mạch đi qua và tính ổn định của hệ thống [1],[2]

1.2 Các dạng sự cố

Có các dạng sự cố sau (hình 1.1):

- Ngắn mạch ba pha, tức ba pha chập nhau, ký hiệu N(3)

- Ngắn mạch hai pha, tức hai pha chập nhau, ký hiệu N(2)

- Ngắn mạch một pha, tức một pha chập đất hoặc chập dây trung tính, ký hiệu N(1)

- Ngắn mạch hai pha xuống đất, tức hai pha chập nhau đồng thời chập đất, ký hiệu

N(1,1)

dạng ngắn mạch hình vẽ quy ước kí hiệu xác suất xảy ra %

Khả năng xảy ra ngắn mạch theo các dạng kể trên trong mạng điện thực tế không giống nhau Xác suất xảy ra lớn nhất đối với ngắn mạch một pha (65%), ít nhất đối với ngắn mạch ba pha (5%) Ngắn mạch ba pha tuy xảy ra ít nhưng lại được quan tâm nhiều nhất Đó là vì ngắn mạch ba pha thường nặng nề nhất, ảnh hưởng nhiều đến chế độ truyền tải[1]

1.3 Nguyên nhân và hậu quả

Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố trên đường dây truyền tải, như kết quả của sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào đường dây, với điện áp cao được gây ra do sét giữa dây dẫn và cột gây ra sự ion hóa tạo một đường dẫn điện từ đất đến dây dẫn Xâm phạm hành lang an toàn đường dây do các hoạt động của con người như thả diều, điều khiển các vật thể đến gần công trình lưới điện, đào đất gây lún sụt công trình lưới điện hoặc do bão làm gẫy cây, đổ cột, dây dẫn chập nhau, quá tải và đường dây quá cũ

Một số hình ảnh sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải:

Hình 1.2 Phóng điện trên chuỗi sứ -“PTC 4”

Hình 1.3 Đứt dây trên đường dây truyền tải - “PTC 4”

Hình 1.4 Đứt dây chạm đất trên đường dây -“PTC 4”

Hình 1.5 Hiện trường xảy ra sự cố trên đường dây 500kV 22/5/2013, Di Linh - Tân

Định trong lúc đường dây này đang truyền tải công suất cao làm mất liên kết hệ

thống điện 500kV Bắc – Nam “http://nangluongvietnam.vn/”

Để xác định vị trí ngắn mạch trên đường dây truyền tải có thể chia làm hai trường phái chính như sau:

 Phương pháp dựa trên việc đo trở kháng sau khi xảy ra ngắn mạch hay còn gọi là thuật toán dựa trên pha Phương pháp này chủ yếu dựa vào các tín hiệu

đo đạc được

 Phương pháp dựa trên việc đo đạc sự truyền sóng Phương pháp này ngày càng được sử dụng để nghiên cứu và áp dụng nhiều hơn, do có nhiều ưu thế như: không bị ảnh hưởng nhiều bởi sai số thiết bị đo, thuật toán dựa trên những kỹ thuật tính toán hiện đại ngày càng mạnh mẽ và đáp ứng chính xác hơn, cùng với sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ máy tính, vi xử lý

Sau đây giới thiệu phương pháp biến đổi Wavelet để xử lý tín hiệu sóng truyền thu được, một số phương pháp tiêu biểu để xác định vị trí điểm ngắn mạch trên đường dây truyền tải Sau đó đi vào mô phỏng và giới thiệu phương pháp xác định vị trí điểm ngắn mạch của một đường dây trên không

CHƯƠNG II GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET

2.1 Sơ lược về biến đổi Wavelet

2.1.1 Lịch sử Wavelet

Từ góc độ lịch sử, phân tích Wavelet là một phương pháp mới, cho dù nền

tảng toán học của nó đã có từ những lí thuyết của Joseph Fourier vào thế kỷ 19

Fourier đã đặt nền tảng với lí thuyết phân tích tần số mà ý nghĩa to lớn và quan

trọng đã được chứng minh

Từ “Wavelet” lần đầu được sử dụng là vào năm 1909, trong một luận văn

của Alfred Haar Còn khái niệm Wavelet được dùng cho các sách lý thuyết đưa ra

bởi Jean Morlet và nhóm nghiên cứu Marseille thuộc Trung tâm Nghiên cứu Lý

thuyết Vật lý tại Pháp

Phương pháp phân tích Wavelet đã được phát triển chủ yếu bởi Y.Meyer và

các đồng nghiệp của ông, những người đã phổ biến rộng rãi phương pháp này

Thuật toán chính dựa vào các công trình trước đó của Stephane Mallat năm 1988

Từ đây, việc nghiên cứu Wavelet trở nên mang tính quốc tế Đặc biệt là những

nghiên cứu tại Mỹ, nơi có những nhà khoa học đi đầu về lĩnh vực này như Ingrid

Daubechies, Ronald Coifman, Victor Wickerhauser[9, tr.51]

2.1.2 Ưu điểm của phân tích Wavelet

Phân tích Wavelet đại diện cho sự tiến triển logic: kỹ thuật cửa sổ với miền

kích thước biến đổi Đối với phân tích Fourier, khoảng thời gian khảo sát là toàn bộ

chiều dài tín hiệu Đối với phân tích Fourier thời gian ngắn (Short - Time Fourier

Transform/STFT), chia tín hiệu thành nhiều khoảng thời gian xác định và các

khoảng thời gian này giống nhau Trong phân tích Wavelet, kích thước của cửa sổ

này sẽ thay đổi tương ứng với mỗi tần số Phân tích Wavelet cho phép sử dụng

khoảng thời gian dài khi ta cần thông tin tần số thấp chính xác hơn và miền ngắn

hơn đối với thông tin tần số cao Ở đây cho thấy sự tương phản với cách nhìn tín

hiệu dựa theo thời gian, tần số, STFT

Hình 2.1 Miền phân tích [9, tr 27]

Ta thấy rằng phân tích Wavelet không dùng một miền thời gian – tần số, mà

là miền thời gian – tỉ lệ

Một trong những ưu điểm chính của phân tích Wavelet là khả năng thực hiện

phân tích cục bộ mà nhờ vậy có thể phân tích một vùng cục bộ trong cả tín hiệu lớn

Phân tích Wavelet có khả năng thực hiện đặc tính của dữ liệu mà các kỹ thuật phân

tích khác không có, các điểm bập bềnh, các điểm gãy, các điểm gián đoạn với độ

dốc lớn… Hơn nữa, vì đạt được cách nhìn khác với dữ liệu so với các kỹ thuật cổ

điển, phân tích Wavelet có thể thực hiện nén hoặc khử nhiễu tín hiệu mà không có

suy giảm, thực vậy, chỉ với lịch sử ngắn ngủi trong lĩnh vực xử lý tín hiệu, Wavelet

chứng tỏ rằng nó đã trở thành không thể thiếu trong bộ công cụ phân tích

2.1.3 Thế nào là phân tích Wavelet

Năm 1975, Jean Morlet phát triển phương pháp đa phân giải Trong đó, ông

sử dụng một xung dao động, được hiểu là một “Wavelet” (dịch theo từ gốc của nó

là một sóng nhỏ) cho phép thay đổi kích thước và so sánh với tín hiệu ở từng đoạn

riêng biệt Kỹ thuật này bắt đầu với sóng nhỏ Wavelet chứa các dao động tần số

thấp, sóng nhỏ này được so sánh với tín hiệu phân tích để có một bức tranh toàn cục

của tín hiệu ở độ phân giải thô Sau đó sóng nhỏ được nén lại để nâng cao dần tần

số dao động Quá trình này gọi là làm thay đổi tỉ lệ (scale) phân tích, khi thực hiện

tiếp bước so sánh, tín hiệu sẽ được nghiên cứu chi tiết ở các độ phân giải cao hơn,

giúp phát hiện các thành phần biến thiên còn ẩn bên trong tín hiệu

Wavelet là một dạng sóng có thời gian duy trì tới hạn với giá trị trung bình

bằng 0 So sánh Wavelet với sóng Sin (cơ sở của phân tích Fourier) Sóng sin không

có thời gian giới hạn, nó kéo từ âm vô cùng đến dương vô cùng Và trong khi sóng

sin là trơn tru và có thể dự đoán, Wavelet lại bất thường và bất đối xứng

2.2 Cơ sở toán học

Biến đổi wavelet ra đời chẳng những khắc phục được những bất lợi của biến

đổi Fourier truyền thống mà nó còn có những ưu điểm mới lạ, hấp dẫn, thu hút

nhiều nhà khoa học trên thế giới nghiên cứu, phát triển và triển khai ứng dụng,

mang lại hiệu quả thiết thực Ưu điểm nổi bật của phân tích Wavelet là khả năng

phân tích cục bộ, tức phân tích một vùng nhỏ trong một tín hiệu lớn Khả năng này

đã khắc phục nhược điểm của biến đổi Fourier và biến đổi Fourier thời gian ngắn

Wavelet là hàm được tạo ra từ hàm (x) - được gọi là Wavelet mẹ Hàm

)

(x

 được định nghĩa cho biến thực x và có thể mang giá trị phức Nói cách khác,

 là một ánh xạ từ R vào C, có chuẩn giới hạn L2,  được định nghĩa:

bằng cách chuẩn hóa hàm  thông qua việc nhân hàm  với hệ số 

K

1, hàm wavelet mẫu phải thỏa mãn điều kiện tương thích:

| (2.2) Trong đó:  là phép biến đổi Fourier của  Từ điều kiện tương thích trên suy ra:

( dx x

 (2.3) Hàm wavelet được tạo bằng cách dịch chuyển (translation) và co giãn

(dilation) hàm wavelet mẹ (x):

R b R a a

b x a

1 )

có chuẩn bằng 1 nếu như  có chuẩn bằng 1

Đa số các lớp hàm đều có thể biểu diễn như một tổ hợp tuyến tính của các

hàm Wavelet mẹ Nghĩa là các hàm được biểu diễn như sự kết hợp tuyến tính hữu

hạn các phép dịch chuyển và co giãn của một hàm wavelet mẹ

Dưới đây là một số họ Wavelet thông dụng [3] :

Hình 2.2 Wavelet Haar (db1) và Wavelet Meyer

Hình 2.3 Wavelet Daubechies 2 (db2) và Daubechies 3 (db3)

Hình 2.4 Wavelet Daubechies 4 (db4) và Wavelet Daubechies 5 (db5)

2.3 Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) [11],[12]

DWT là biến đổi tuyến tính tác động trên vector 2n chiều (vector trong không

gian Euclide 2n chiều) vào một vector trong không gian tương tự DWT là một biến

đổi trực giao Biến đổi trực giao có thể xem như là phép quay trong không gian

vector, chúng không thay đổi độ dài

Trong DWT một wavelet được dịch chuyển và mở rộng bởi những giá trị rời

rạc Thông thường ta sử dụng hệ số theo lũy thừa của 2

Một định nghĩa tổng quát của wavelet rời rạc:

Z k j k t

j k

,),2

(2)

 (2.5) Biến đổi wavelet rời rạc:

dt t t f k j f DWT( )( , ) ( )j,k( ) (2.6) Với điều kiện trực giao chuẩn, ta có biến đổi ngược :







Z k j

k

j t k j f DWT C

t f

,

, ( ) ) , )(

(

1 ) (  (2.7) Phương trình (7) cũng được gọi là phân tích wavelet của f(t)

2.4 Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA) [11]

Kỹ thuật phân tích đa phân giải là một trong những đặc điểm quan trọng nhất

của kỹ thuật biến đổi Wavelet rời rạc

Phần lớn các tín hiệu thực tế, thành phần tần số thấp là thành phần thực sự

quan trọng và mang nét đặc trưng của tín hiệu Còn thành phần tần số cao được hiểu

như là các sắc thái khác nhau của tín hiệu Lấy giọng nói làm ví dụ, ta thấy khi lọc

bỏ thành phần tần số cao thì giọng nói có thể khác đi nhưng ta vẫn nghe và hiểu

được, nhưng khi lọc bỏ thành phần tần số thấp thì không nghe được gì cả

Phân tích đa phân giải là có khả năng như hai bộ lọc, tạo nên hai thành phần:

xấp xỉ và chi tiết của tín hiệu vào Thành phần xấp xỉ có hệ số tỷ lệ cao, tương ứng

với tần số thấp Thành phần chi tiết có hệ số tỷ lệ thấp, tương ứng với tần số cao

Hình 2.5 Phân tích Wavelet được xem như hai bộ lọc tần số cao và thấp

Hình 2.6 Minh họa tín hiệu vào là dạng Sin chuẩn với nhiễu tần số cao [3]

Quá trình trên gọi là phân ly bậc một, quá trình có thể lập đi lập lại để tạo

 4

Hình 2.8 Minh họa cho phân ly bậc 3

2.5 Biến đổi wavelet tĩnh (Stationary wavelet transform -SWT) [8]

Biến đổi wavelet tĩnh được phát triển tiếp theo từ biến đổi wavelet rời rạc

như sau: Giả thiết một hàm f(x) được chia thành các tập con sau j bước chia là Vj

(…V3  V2  V1  V0) Sự phân chia này được xác định bởi việc nhân tỷ lệ cj,k

với f(x):

) ( ) ( ),

c j k  j k j k (2.8)

)2

(2)(

k

j     

 (2.9) Với  (x) là hàm tỷ lệ, như là một hàm lọc thấp cj,k còn được gọi là xấp xỉ

rời rạc tại độ phân giải 2j

Nếu hàm φ(x) là hàm wavelet, thì hệ số wavelet được tính toán bởi:

)2

(2),(

k

j     

 (2.10) Với ωj,k được gọi là tín hiệu rời rạc chi tiết tại độ phân giải 2j

2 2

1

(2.11) Với h(n) là bộ lọc băng thông thấp, thì cj+1,k có thể được tính trực tiếp từ cj,k

2 2

1

(2.12) Với g(n) là bộ lọc băng thông cao

Chất lượng điện năng 32%

Đo lường 2%

Bảo vệ HT 36% Quá độ HT

11%

Khác 12% Thay đổi cục bộ

4%

Dự báo phụ tải 3%

 

l

jl k j k

j 1, g(l)c , 2

 (2.15) Với l là chiều dài giới hạn

2.6 Vài nét ứng dụng trong hệ thống điện (HTĐ)

2.6.1 Những ứng dụng chính của Wavelet trong HTĐ

Biến đổi Wavelet là một công cụ xử lý tín hiệu kỹ thuật số mạnh mẽ hiện

nay, đang được áp dụng nhiều lĩnh vực của vật lý như thiên văn học, địa chấn

học, quang học, y học, xử lý hình ảnh, xử lý tín hiệu nói chung…

Wavelet được dùng trong hệ thống điện lần đầu vào năm 1994 bởi Robertson

và Ribeiro Những ứng dụng chính của biến đổi Wavelet trong hệ thống điện có thể

chia như sau:

- Đo lường trong hệ thống

2.6.2 Ứng dụng trong bảo vệ hệ thống điện

Lợi ích của việc áp dụng biến đổi Wavelet nâng cao khả năng hoạt động của

rơle được nhận ra trong vài năm gần đây Năm 1996, Chaariel giới thiệu wavelet

cho bảo vệ rơle trong mạng phân phối để phân tích tín hiệu ngắn mạch chạm đất ở

Hình 2.9 Tỷ lệ ứng dụng về những lĩnh vực khác nhau trong HTĐ được xuất bản

cấp 20 kV nối đất lập lại, mô phỏng trong EMTP Trong cùng năm J.Monoh giới

thiệu thuật toán để đào tạo chính xác cho Hệ Trí tuệ Nhân tạo cũng sử dụng biến đổi

Wavelet Năm 1998 Magnago và Abur đã phát triển một kỹ năng mới để xác định vị

trí ngắn mạch trên đường dây cũng sử dụng Wavelet và mô phỏng trên EMTP để

kiểm định Đến năm 1999 các tác giả trên đã phát triển đề tài trên cho mạng phân

phối hình tia …

Và rất nhiều công trình khác đã được công bố trên thế giới về vấn đề bảo vệ

trong hệ thống điện như bảo vệ cho thanh cái, động cơ, máy phát, máy biến áp,

nhận dạng chất lượng điện năng, giải tích tín hiệu, lọc sóng hài …

Giới thiệu những vấn đề trên để cho thấy sử dụng biến đổi wavelet vào bài

toán trong Hệ thống điện nói chung hay Bảo vệ Hệ thống nói riêng đang là những

nhu cầu cũng như khuynh hướng chung của ngành điện trên toàn thế giới

3.1.1 Tổng quan phương pháp [7]

Phương pháp này dựa vào đặc tính điện áp và dòng điện là hàm theo khoảng cách của đường dây truyền tải và thời gian Những thông số này có quan hệ với thông số của đường dây do đó nên gọi là phương trình Telegrapher

Ri,

t

i l x

Hình 3.1 Sơ đồ phương trình Telegrapher

Có thể giải phương trình trên bằng các điều kiện biên như hình 3.1 với việc thay thế ZC = (R  jl)/(G  jC) và   (R jl)  (G jC), Vo=VR và I0=IR, cách giải là:

C

C

I

V x Z

x

x Z

x Ix

Vx

)cosh(

/)sinh(

)sinh(

)cosh(

C

C

I

V x L Z

x L

x L Z

x L Ix

Vx

))(cosh(

)/)(sinh(

)(sinh)

(cosh

Với việc ngắn mạch xảy ra tại điểm F, cách đầu nhận D km Đường dây do

đó được chia thành hai phần đồng nhất Phần đầu từ đầu phát đến F, SF với chiều dài (L-D) km Phần thứ hai từ đầu nhận đến F, RF với chiều dài D km Hai phần

đường dây có thể coi như hai đường dây hoàn chỉnh Nghĩa là điện áp tại bất kỳ điểm nào trên đường dây cũng là hàm của điện áp và dòng điện tại cuối đường dây trong trạng thái bình thường Hơn nữa, tại điểm ngắn mạch F điện áp được diễn tả qua hai tập dữ liệu (VS, IS) và (VR, IR) là tương đương Do đó, từ phương trình (3.2) hoặc (3.3), điện áp tại điểm ngắn mạch cách đầu cuối D km có thể diễn tả như sau:

V F cosh(D)V RZ Csinh(D)I R

S C

S

V cosh((  ))  sinh((  ) (3.4) Với VF là điện áp tại điểm F, giải phương trình (3.4) cho kết quả khoảng cách D như sau:

D 1tanh1(A/B)

 (3.5)

Với: Acosh(L)V S Z C sinh(L)I S V R,

S C

S C

 Mô phỏng và thí nghiệm thực tế, trực quan rõ ràng

 Kết quả thực hiện mô phỏng tốt

Nhược điểm:

 Phụ thuộc nhiều vào điều kiện thực tế, nên độ chính xác khó xác định

 Sai số do thiết bị đo và mô hình so với thực tế, nên độ chính xác không cao

3.2 Phương pháp sử dụng thiết bị phát sóng kết hợp biến đổi Wavelet để xác định điểm sự cố

Hình 3.2 Sơ đồ mạch của thiết bị phát sóng Với:

T1: Biến áp tự ngẫu; T2: Biến áp tăng áp;

D: Chỉnh lưu silicon cao áp;

R: Điện trở bảo vệ; C: Tụ tích lũy; G: Khe hở;

L: Biến dòng tuyến tính

Sử dụng phương pháp này về nguyên lý rất đơn giản nhưng thực tế sóng thu được có rất nhiều nhiễu Sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet, ở đây chính là để giảm thiểu lượng nhiễu này Việc áp dụng cụ thể dựa trên việc phân tích cấu trúc sóng thành nhiều thành phần theo tần số và thời gian Thông qua việc sử dụng bộ lọc để đạt được kết quả mong muốn

3.2.2 Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp

 Hạn chế chỉ chính xác với những trường hợp điện trở ngắn mạch cao

3.3 Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng

3.3.1 Tổng quan về phương pháp

Phương pháp trở kháng được dùng phổ biến nhất trong các rơle khoảng cách

kỹ thuật số được đặt trong trạm biến áp để bảo vệ cho các đường dây Ngoài trở kháng, khi xảy ra sự cố rơle còn tính toán và ghi lại các thông số sự cố trong bản ghi của rơle như: dạng sự cố, vùng sự cố, vị trí sự cố, giá trị tức thời của điện áp và dòng điện xung quanh thời điểm sự cố Việc xác định vị trí sự cố bằng rơle khoảng cách trong thực tế còn gặp nhiều sai số do những nguyên nhân khác nhau như: ảnh

hưởng của điện trở quá độ đến sự làm việc của bộ phận khoảng cách, ảnh hưởng của trạm trung gian, ảnh hưởng của tổ nối dây máy biến áp, ảnh hưởng của sai số máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU), sai số của rơle do thành phần tự

do gây ra khi tính toán các giá trị hiệu dụng, độ không lý tưởng của các bộ lọc số, sai số của các thiết bị đo góc pha, việc tính toán cài đặt và chỉnh định rơle cũng như

do việc đã loại bỏ các thành phần tín hiệu biến thiên nhanh dẫn tới mất đi một phần thông tin trong tín hiệu , từ đó dẫn đến việc xác định vị trí sự cố của rơle khoảng cách chưa được chính xác[5]

3.3.1.1 Phương pháp trở kháng đơn [5],[6]

Các giá trị điện áp, dòng điện đo lường được ở đầu đường dây sẽ được sử

dụng để tính toán trở kháng của đường dây đến vị trí điểm sự cố l sự cố và được biểu

diễn theo phương trình (3.7) Khi trở kháng đã được xác định trên mỗi chiều dài đường dây, khoảng cách sự cố có thể được tính theo các phương trình (3.8) và (3.9)

UA = lsự cố ZL.IA+Uf (3.7) Trong đó:

 UA: Điện áp tại đầu nguồn A

 ZL: Tổng trở của đường dây

 IA: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A

 lsự cố: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A

 Uf: Điện áp sự cố

UA = lsự cố.ZL.IA + Rf.If (3.8) Trong đó:

xuất hiện sự cố Phương pháp này cũng nâng cao được độ chính xác hơn so với phương pháp điện kháng đơn như giảm bớt ảnh hưởng của điện trở sự cố và làm giảm ảnh hưởng của dòng tải Sơ đồ minh họa như hình 3.4

Hình 3.4 Minh họa phương pháp Takagi trên mạch điện một pha hai nguồn Điện trở sự cố được tính toán theo biểu thức (3.10)

A

suco A

c A f

I l Z

U

l I

Z U R

tanh

tanh

 UA: Điện áp đo lường đầu nguồn A

 UA ’’: Điện áp xếp chồng , là sự chênh lệch giữa điện áp sự cố và điện

áp trước sự cố

 ZL: Tổng trở của đường dây

 IA: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A

A A L m

A A m suco

I I Z I

I U I

l 

Trong đó:

 Im : Phần ảo

 ZL =  ZC (3.12) Với ZC = 1/ωC

3.3.1.3 Phương pháp TAKAGI cải tiến [5],[6]

Phương pháp Takagi cải tiến này cũng còn được gọi là phương pháp dòng điện thứ tự không Phương pháp này không yêu cầu dữ liệu trước sự cố vì nó sử dụng dòng điện thứ tự không thay vì xếp chồng dòng điện của sự cố chạm đất Vị trí

sự cố trong phương pháp này được tính toán trong phương trình (3.13)



j R A L m

j R A m suco

e I I Z I

e I U I





* 1

*

(3.13)Trong đó:

 Im : Phần ảo

 IR: Dòng điện thứ tự không, IR* là liên hợp phức của dòng điện thứ tự không

  : Góc dòng điện thứ tự không.

 Z1L: Tổng trở thứ tự thuận của đường dây

 UA: Điện áp đo lường đầu nguồn A

 IA: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A

 lsự cố: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A

3.3.2 Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp

 Phương pháp Takagi ta cần phải biết chính xác được các thông số dòng điện pha của sự cố ngay trước thời điểm xuất hiện sự cố Dẫn đến sai số trong ước lượng sự cố

 Phương pháp Takagi cải tiến ta không cần dùng giá trị của dòng điện trước sự cố nhưng lại phải xác định góc pha dòng điện của thứ tự không Đây cũng

là một nguồn sai số lớn của phương pháp

3.4 Áp dụng phương pháp biến đổi Wavelets

Chính vì vậy, phương pháp được chọn cho đề tài là phương pháp biến đổi Wavelet, phương pháp này giải quyết hoàn toàn các nhược điểm của phương pháp Fourier Hiện nay, sử dụng phương pháp Wavelet để giải bài toán phân tích tín hiệu

số là xu hướng chủ đạo trong các nghiên cứu và ứng dụng thực tế

3.4.2 Phương pháp [8]

Điểm mạnh của phương pháp là tránh được những sai số do thiết bị và sự

đồng bộ thông tin từ hai đầu như trong phương pháp Phương trình Telegrapher

Việc lấy thông tin từ một đầu cuối sẽ xử lý dễ dàng và chính xác hơn

Tín hiệu quá độ bao giờ cũng có rất nhiều tín hiệu bất thường, những tín hiệu này có chứa rất nhiều thông tin hữu ích Tuy nhiên, đối với bài toán xác định vị trí ngắn mạch chỉ có thông tin quá độ tại một tần số nhất định là có ý nghĩa Do đó, trong bài toán này, ta xem những tín hiệu không cần thiết này là nhiễu Thuật toán mới để lọc nhiễu này sẽ được áp dụng, tín hiệu phản hồi từ vị trí ngắn mạch sẽ được xác định Từ đó, xác định vị trí ngắn mạch Giải thuật này dựa trên những hệ số tương quan có được qua phép biến đổi Wavelet với nhiều cấp phân giải

Sau khi biến đổi Wavelet, sóng được phân tích thành hai nhóm chính là nhóm các hệ số xấp xỉ và nhóm các hệ số chi tiết Thông thường, các hệ số xấp xỉ chứa đựng các thành phần tần số thấp; Các hệ số chi tiết chứa thông tin về các thành phần tần số cao Để nhận biết việc xảy ra ngắn mạch, các hệ số xấp xỉ thường được

sử dụng Còn trong việc xác định vị trí điểm ngắn mạch các hệ số chi tiết sẽ được sử dụng như giải thuật sẽ được sử dụng sau đây:

Sơ đồ giải thuật:

Hình 3 5 Sơ đồ giải thuật [8]

Tính toán khoảng cách

Số tín hiệu đủ?

Biến đổi Wavelets Tính toán hệ số Dnj,

j=1,2,3,4

“Correlation 1”

Corr1=D1 x D2

If, abs(Corr_new1)<abs(D1) Corr_new1=0, D1=0

n=n+1

Lấy mẫu (Điện áp hoặc dòng trên pha a,b,c)

quan, kết quả chưa đủ để xác định vị trí ngắn mạch, giá trị n tăng thêm 1

Từ đó, tính toán khoảng cách dựa trên thời gian phản hồi sóng truyền:

(3.14)

Với V là vận tốc của sóng truyền

Như minh họa hình 3.4: TP1 là thời điểm sóng truyền đến đầu nhận lần đầu tiên, sau đó sóng truyền đến điểm ngắn mạch rồi lại phản hồi truyền đến đầu nhận

lần thứ hai tại thời điểm T P2

Hình 3.6 Minh họa về sơ đồ sóng truyền [8]

2

) (T P1 T P2Vx

CHƯƠNG IV

KHẢO SÁT MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY

TRÊN KHÔNG 220KV TIÊU BIỂU

4.1 Giới thiệu

Để khảo sát quá trình quá độ diễn ra trong môi trường đường dây trên không, chúng ta cần phải sử dụng công cụ phần mềm có khả năng mô phỏng những bài toán kỹ thuật điện Hiện nay có rất nhiều công cụ phần mềm được dùng để mô phỏng như: ATP-EMTP, MATLAB-SIMULINK

Trong luận văn này, sẽ áp dụng công cụ phần mềm Matlab-Simulink để mô phỏng khảo sát quá trình quá độ khi xảy ra ngắn mạch trong hệ thống đường dây trên không Ưu điểm của phần mềm Matlab là rất mạnh mẽ và linh động cho phép người sử dụng, nghiên cứu can thiệp được sâu vào hệ thống cần mô phỏng và tính toán

Từ mô hình đường dây trên không tham khảo bài báo IEEE[7] Áp dụng phương pháp biến đổi Wavelet tĩnh kết hợp giải thuật lọc nhiễu và thực hiện mô phỏng bằng phần mềm Matlab-Simulink, để xác định vị trí sự cố ngắn mạch, so sánh kết quả đạt được với bài báo

4.2 Mô phỏng đường dây trên không từ bài báo IEEE

Xem xét mô hình đường dây trên không đã được trình bày trong bài báo IEEE [7], với chiều dài 100km và các thông số như hình 4.1

Hình 4.1 Mô hình đường dây trên không bài báo IEEE

Mô phỏng trên Matlab-Simulink

Hình 4.2 Mô phỏng đường dây trên không bài báo IEEE

4.3 Kết quả mô phỏng

4.3.1 Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận

Minh họa cho chế độ ngắn mạch pha A chạm đất Rsuco=0.001 Ω, vị trí sự cố tính từ đầu nhận

 Tại x = 96.5km

Hình 4.3 Điện áp tại đầu phát

Hình 4.4 Điện áp tại đầu nhận