Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thuộc lưới điện phức tạp

1. Tính cấp thiết của đề tài Việc xác định chính xác điểm sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện mang một ý nghĩa thiết thực đối với hệ thống truyền tải điện; định vị chính xác điểm sự cố sẽ làm giảm thời gian ngừng cấp điện với các sự cố duy trì, giảm nhân công huy động tìm kiếm vị trí sự cố và góp phần nâng cao độ tin cậy của lƣới điện truyền tải. a. Qui trình tìm kiếm vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đang được áp dụng tại các công ty truyền tải điện Việt Nam  Khi có sự cố trên đƣờng dây, hệ thống rơle bảo vệ tại trạm biến áp sẽ cắt điện đƣờng dây đó và thực hiện tự đóng lại; đồng thời chức năng báo khoảng cách của các rơle bảo vệ khoảng cách hoặc bảo vệ so lệch sẽ báo vị trí sự cố tính theo km từ vị trí đặt điểm đo của rơle.  Sự cố có thể là thoáng qua hoặc duy trì, tuy nhiên theo qui định hiện hành các đội quản lý đƣờng dây đều phải tìm kiếm và xác định vị trí cũng nhƣ loại sự cố để có các giải pháp tránh sự cố tƣơng tự có thể lặp lại hoặc có thể nhanh chóng thay thế các trang thiết bị hỏng hóc.  Thông thƣờng các đơn vị quản lý đƣờng dây cần phải cử nhân công đến vị trí cột tƣơng ứng với khoảng cách sự cố rơle đã báo và chia thành hai nhóm để tìm kiếm về hai phía. Tại các vị trí cột đều cần phải kiểm tra bằng mắt thƣờng xem có hƣ hỏng hay bất thƣờng. Quá trình tìm kiếm tiếp diễn cho đến khi nào tìm đƣợc vị trí sự cố thực thì sẽ chụp ảnh ghi nhận và báo cáo. b. Các khó khăn còn tồn tại  Chức năng báo khoảng cách sự cố của các rơle bảo vệ khoảng cách thƣờng báo vị trí sự cố với sai số tƣơng đối lớn. Sai số của vị trí sự cố trong nhiều trƣờng hợp có thể lên tới nhiều kilômét. Số liệu thống kê ở một số nƣớc cho thấy cho thấy sai số gặp phải có thể từ 0,5÷2% [57], với đƣờng dây dài 300km thì sai số ±1% tƣơng đƣơng với việc phải đi tìm kiếm trong phạm vi 6 kilômét (khoảng 20 khoảng cột).  Các đƣờng dây truyền tải điện thƣờng đi qua các địa hình đồi núi hoặc xa dân cƣ, xa đƣờng giao thông (lƣới điện truyền tải khu vực phía Tây Bắc). Do vậy rất nhiều trƣờng hợp phải mất tới cả ngày để tìm chính xác một vị trí sự cố với lƣợng nhân công từ 4÷6 ngƣời. c. Các nguyên nhân kỹ thuật có thể liên quan tới việc định vị sự cố không chính xác Phân tích các yếu tố đầu vào của các thuật toán định xác định điểm sự cố cho thấy sai số về đo lƣờng và mô hình đƣờng dây sử dụng trong các thuật toán là các yếu tố chính ảnh hƣởng tới sai số của kết quả định vị:  Các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là tín hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng từ các đầu đƣờng dây truyền tải điện, vì vậy khi có sai số đo lƣờng thì kết quả định vị sự cố sẽ gặp phải sai số. Trong đó, sai số đo lƣờng bao gồm:  Sai số của thiết bị biến đổi: theo tiêu chuẩn IEC60044_1_1996 về sai số của máy biến điện áp (VT) và IEC60044_2_1997 cho máy biến d ng điện (CT), thiết bị biến đổi có thể có sai số lớn nhất ±10% đối với CT và ±6% đối với VT. Do đó sai số của các thiết bị này có ảnh hƣởng đáng kể đến độ chính xác của phƣơng pháp định vị, độ không đồng nhất của sai số cũng là yếu tố có thể có ảnh hƣởng lớn đến kết quả định vị sự cố. Tuy nhiên, sai số của thiết bị biến đổi

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2017

Trang 2

iii

MỤC LỤC

Tr ang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vii

DANH MỤC CÁC BẢNG viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ix

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu 4

3 Các đóng góp mới của luận án 5

4 Cấu trúc nội dung của luận án 5

1 TỔNG QUAN 7

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 7

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước 7

Thuật toán định vị sự cố áp dụng đường dây đơn đồng nhất với yêu 1.2.1 cầu biết chính xác thông số đường dây 8

Thuật toán định vị sự cố không yêu cầu thông số đường dây áp dụng 1.2.2 với đường dây đơn đồng nhất 10

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây đơn không đồng 1.2.3 nhất với yêu cầu biết chính xác thông số đường dây 12

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện rẽ 1.2.4 nhánh với yêu cầu biết chính xác thông số đường dây 14

Đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố 16

1.2.5 1.3 Những vấn đề c n tồn tại và hướng nghiên cứu 17

2 THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CẢI TIẾN ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY ĐƠN KHÔNG ĐỒNG NHẤT 18

2.1 Đặt vấn đề 18

2.2 Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây không đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây 18

Mạng hai cửa tương đương của đường dây không đồng nhất 18

2.2.1 Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây 2.2.2 đơn không đồng nhất 20

2.3 Thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây 27

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC 27

2.3.1

Trang 3

iv

Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC 28

2.3.2

Bước 3: Xác định vị trí sự cố 292.3.3

2.4 Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây

truyền tải điện không đồng nhất 30

Kết quả định vị sự cố 312.4.1

So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với kết quả định 2.4.2

vị sự cố của thuật toán [48] 312.5 Kết luận 33

3 PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ KHÔNG BIẾT TRƯỚC THÔNG SỐ

ĐƯỜNG DÂY ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RẼ

NHÁNH KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHỦNG LOẠI DÂY 343.1 Đặt vấn đề 343.2 Thuật toán xác định thông số đường dây của đường dây rẽ nhánh không

đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ ba đầu đường dây 34

Mạng hai cửa tương đương của đường dây rẽ nhánh 343.2.1

Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số 3.2.2

đường dây khác nhau 353.3 Thuật toán xác định vị trí sự cố cho đường dây rẽ nhánh không đồng nhất

sử dụng tín hiệu đo lường từ ba đầu đường dây 50

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ 50

3.4 Thuật toán xác định thông số đường dây đồng thời định vị sự cố áp dụng

với đường dây rẽ nhánh, các phân đoạn có cùng chủng loại dây, sử dụng một bản

3.5 Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây

truyền tải điện rẽ nhánh 54

Trường hợp đường dây truyền tải điện rẽ nhánh có các phân đoạn sử 3.5.1

dụng các chủng loại dây khác nhau 55

Trường hợp đường dây rẽ nhánh có hai phân đoạn có cùng thông số 3.5.2

đường dây nhưng khác thông số của phân đoạn thứ ba 57

Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số 3.5.3

đường dây giống nhau 593.6 Kết luận 61

4 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ ĐO LƯỜNG ĐẾN KẾT QUẢ

Trang 4

v

ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 63

4.1 Cơ sở đề xuất phương pháp 63

4.2 Mô phỏng Monte Carlo 64

4.3 Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của thuật toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất 65

Kịch bản mô phỏng 66

4.3.1 Đặc tính thống kê 66

4.3.2 4.4 Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh 70

Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh có thông số 4.4.1 đường dây khác nhau 70

Trường hợp hai phân đoạn có cùng thông số đường dây nhưng khác 4.4.2 thông số của phân đoạn thứ ba 74

Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh sử dụng cùng 4.4.3 chủng loại dây 78

4.5 Kết luận 82

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

1 Đóng góp khoa học của luận án 84

2 Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 91

PHỤ LỤC 92

A.1 Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất 92

A.2 Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trường hợp phân đoạn SJ, RJ, TJ có thông số có thông số đường dây khác nhau 96

A.3 Kết quả định vị sư cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trường hợp phân đoạn SJ, TJ có cùng thông số đường dây nhưng khác thông số đường dây của phân đoạn RJ 98

A.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trường hợp đường dây rẽ nhánh đồng nhất, phân đoạn SJ, RJ, TJ có cùng thông số đường dây 100

A.5 Phương trình (2.48) 102

Trang 5

vi

Trang 6

BCG Ngắn mạch hai pha BC với đất

AC D ng điện xoay chiều (Alternating Current)

ANFIS Mạng nơ ron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy training of

Sugeno-type) COMTRADE Tiêu chuẩn định dạng tập tin để trao đổi tín hiệu sự cố (COMmon

format for TRAnsient Data Exchange )

CT Máy biến d ng điện (Current transformer)

DC D ng điện một chiều (Direct Current)

DFT Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform)

GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)

IEC Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (International Electrotechnical

Commission)

IEEE Viện kỹ thuật điện và điện tử (Institute of Electrical and Electronics

Engineers)

MLP Mạng nơ ron truyền thẳng nhiều lớp (Multilayer Perceptron)

Trang 7

viii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Định nghĩa V sf , I sf , ΔI sf cho các loại sự cố 8

Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l1 =100km 30

Bảng 2.2 Thông số phân đoạn CR, l2 =20km 30

Bảng 2.3 Thông số nguồn 30

Bảng 2.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất 31

Bảng 3.1 Thông số nguồn 54

Bảng 3.2 Thông số phân đoạn SJ 54

Bảng 3.3 Thông số phân đoạn RJ 54

Bảng 3.4 Thông số phân đoạn TJ 55

Bảng 3.5 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh không đồng nhất 55

Bảng 3.6 Kết quả định vị sự cố trên đường dây có thông số SJ, TJ khác RJ 57

Bảng 3.7 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh đồng nhất 59

Bảng 4.1 Sai số giới hạn của máy biến d ng điện [34] 65

Bảng 4.2 Sai số giới hạn của máy biến điện áp [35] 65

Bảng 4.3 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây không đồng nhất 67

Bảng 4.4 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC 68

Bảng 4.5 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG 69

Bảng 4.6 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC 69

Bảng 4.7 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh không đồng nhất 72

Bảng 4.11 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – SJ, TJ khác thông số RJ 76

Bảng 4.15 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh đồng nhất 80

Trang 8

ix

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Đường dây truyền tải đồng nhất 8

Hình 1.2 Đường dây không đồng nhất 12

Hình 1.3 Đường dây rẽ nhánh 14

Hình 2.1 Đường dây truyền tải không đồng nhất 19

Hình 2.2 Nối tiếp mạng hai cửa 19

Hình 2.3 Bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây 220kV Hưng Đông – Hà Tĩnh 20

Hình 2.4 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F 1 21

Hình 2.5 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F1 xảy ra trên SC 22

Hình 2.6 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F 2 23

Hình 2.7 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F 2 xảy ra trên SC 23

Hình 2.8 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC 24

Hình 2.9 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên RC 24

Hình 2.10 Thuật toán xác định thông số đường dây không đồng nhất 27

Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC 27

Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC 28

Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất 29

Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đường dây không đồng nhất 30

Hình 2.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [48] 32

Hình 3.1 Đường dây truyền tải rẽ nhánh 34

Hình 3.2 Mô hình mạng hai cửa đường dây rẽ nhánh 35

Hình 3.3 Sự cố trên phân đoạn SJ 40

Hình 3.4 Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn SJ 40

Hình 3.5 Sự cố trên phân đoạn RJ 42

Hình 3.6 Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn RJ 42

Hình 3.7 Sự cố trên phân đoạn TJ 45

Hình 3.8 Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn TJ 45

Hình 3.9 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh không đồng nhất 48

Hình 3.10 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh – SJ, TJ thông số khác RJ 49

Hình 3.11 Thuật toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh 51 Hình 3.12 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây truyền tải rẽ nhánh đồng nhất 53 Hình 3.13 Mô hình mô phỏng đường dây rẽ nhánh 54

Trang 9

x

Hình 4.1 Thuật toán đánh giá ảnh hưởng sai số của đo lường đến kết quả định vị sự cố 64

Hình 4.2 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây không đồng nhất 66

Hình 4.3 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào 67

Hình 4.4 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố ˗ SJ, RJ, TJ khác nhau thông số 70

Hình 4.6 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - SJ, TJ khác thông số RJ 75

Hình 4.8 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây rẽ nhánh đồng nhất 79

Trang 10

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Việc xác định chính xác điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện mang một ý nghĩa thiết thực đối với hệ thống truyền tải điện; định vị chính xác điểm sự cố sẽ làm giảm thời gian ngừng cấp điện với các sự cố duy trì, giảm nhân công huy động tìm kiếm vị trí sự cố và góp phần nâng cao độ tin cậy của lưới điện truyền tải

a Qui trình tìm kiếm vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đang được áp dụng tại các công ty truyền tải điện Việt Nam

 Khi có sự cố trên đường dây, hệ thống rơle bảo vệ tại trạm biến áp sẽ cắt điện đường dây đó và thực hiện tự đóng lại; đồng thời chức năng báo khoảng cách của các rơle bảo vệ khoảng cách hoặc bảo vệ so lệch sẽ báo vị trí sự cố tính theo km

từ vị trí đặt điểm đo của rơle

 Sự cố có thể là thoáng qua hoặc duy trì, tuy nhiên theo qui định hiện hành các đội quản lý đường dây đều phải tìm kiếm và xác định vị trí cũng như loại sự cố để có các giải pháp tránh sự cố tương tự có thể lặp lại hoặc có thể nhanh chóng thay thế các trang thiết bị hỏng hóc

 Thông thường các đơn vị quản lý đường dây cần phải cử nhân công đến vị trí cột tương ứng với khoảng cách sự cố rơle đã báo và chia thành hai nhóm để tìm kiếm

về hai phía Tại các vị trí cột đều cần phải kiểm tra bằng mắt thường xem có hư hỏng hay bất thường Quá trình tìm kiếm tiếp diễn cho đến khi nào tìm được vị trí

sự cố thực thì sẽ chụp ảnh ghi nhận và báo cáo

b Các khó khăn còn tồn tại

 Chức năng báo khoảng cách sự cố của các rơle bảo vệ khoảng cách thường báo vị trí sự cố với sai số tương đối lớn Sai số của vị trí sự cố trong nhiều trường hợp có thể lên tới nhiều kilômét Số liệu thống kê ở một số nước cho thấy cho thấy sai số gặp phải có thể từ 0,5÷2% [57], với đường dây dài 300km thì sai số ±1% tương đương với việc phải đi tìm kiếm trong phạm vi 6 kilômét (khoảng 20 khoảng cột)

 Các đường dây truyền tải điện thường đi qua các địa hình đồi núi hoặc xa dân cư,

xa đường giao thông (lưới điện truyền tải khu vực phía Tây Bắc) Do vậy rất nhiều trường hợp phải mất tới cả ngày để tìm chính xác một vị trí sự cố với lượng nhân công từ 4÷6 người

c Các nguyên nhân kỹ thuật có thể liên quan tới việc định vị sự cố không chính xác

Phân tích các yếu tố đầu vào của các thuật toán định xác định điểm sự cố cho thấy sai số về đo lường và mô hình đường dây sử dụng trong các thuật toán là các yếu tố chính ảnh hưởng tới sai số của kết quả định vị:

 Các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là tín hiệu điện

áp và d ng điện đo lường từ các đầu đường dây truyền tải điện, vì vậy khi có sai

số đo lường thì kết quả định vị sự cố sẽ gặp phải sai số Trong đó, sai số đo lường bao gồm:

 Sai số của thiết bị biến đổi: theo tiêu chuẩn IEC60044_1_1996 về sai số của máy biến điện áp (VT) và IEC60044_2_1997 cho máy biến d ng điện (CT), thiết bị biến đổi có thể có sai số lớn nhất ±10% đối với CT và ±6% đối với VT

Do đó sai số của các thiết bị này có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phương pháp định vị, độ không đồng nhất của sai số cũng là yếu tố có thể có ảnh hưởng lớn đến kết quả định vị sự cố Tuy nhiên, sai số của thiết bị biến đổi

Trang 11

2

có tính chất xác suất do vậy sai số của thiết bị biến đổi không thể loại bỏ mà chỉ

có thể đánh giá ảnh hưởng của sai số này đến kết quả định vị sự cố Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định

vị sự cố là cần thiết để xác định định lượng các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến thuật toán định vị, từ đó có thể đưa ra các quy định về sai số của thiết bị đo lường, cũng như cải tiến các thuật toán định vị sự cố, hoặc khuyến cáo về sai số gặp phải khi sử dụng các thuật toán định vị sự cố Hiện nay có một số nghiên cứu như trong [7], [8], [9] sử dụng mạng nơ ron hoặc mạng nơ ron kết hợp logic mờ sử dụng một tập lớn các mẫu huấn luyện nhằm mục đích giảm sai số tuy nhiên hiệu quả đạt được vẫn là vấn đề cần quan tâm, đồng thời các nghiên cứu theo hướng này yêu cầu số lượng lớn bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện để huấn luyện mạng nơ ron và đây là yêu cầu rất khó đáp ứng trong thực tế

 Sai số do hiện tượng bão h a CT: khi CT bị bão h a thì số liệu d ng điện đo lường không c n chính xác làm ảnh hưởng đến kết quả định vị sự cố Để khắc phục hiện tượng bão h a CT, một số tài liệu sử dụng phân tích Prony hoặc phương pháp bình phương cực tiểu kết hợp biến đổi Fourier rời rạc với mục đích khôi phục dạng sóng bão h a như đã được tổng kết trong bài báo đã công

bố số [4,5] của luận án Tuy nhiên, kết quả phục hồi dạng sóng d ng điện của các thuật toán này bị ảnh hưởng bởi tần số lấy mẫu của tín hiệu, số lượng hài có trong tín hiệu

 Sai số do tín hiệu đo lường từ các phía đường dây không được đồng bộ: điện trở

sự cố là yếu tố bất định có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả định vị sự cố của các thuật toán sử dụng tín hiệu đo lường từ một phía; và để không bị ảnh hưởng bởi điện trở sự cố các nghiên cứu hiện nay tập trung vào các thuật toán sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây Vì vậy, nếu tín hiệu không được đồng bộ thì kết quả định vị sự cố sẽ bị sai lệch, và hiện này có một số nghiên cứu tập trung vào phương pháp đồng bộ tín hiệu đo lường từ các phía như đã được tổng kết trong các công trình đã công bố số [1,3,6] của luận án

 Sai số do tín hiệu đo lường có thành phần một chiều (DC): nếu tín hiệu đo lường có thành phần DC thì khi sử dụng biến đổi Fourier để xác định phasor của tín hiệu điện áp và d ng điện sẽ gặp phải sai số, từ đó kết quả định vị sự cố

sẽ sai lệch do đầu vào của thuật toán định vị là phasor của tín hiệu đo lường Các nghiên cứu đã đề xuất các phương pháp như bộ lọc Kalman hoặc bộ lọc mô phỏng số kết hợp DFT như được tổng kết trong công trình đã công bố [2] của luận án, để lọc bỏ thành phần DC góp phần nâng cao độ chính xác của các thuật toán định vị sự cố

 Mô hình đường dây được sử dụng trong các thuật toán định vị là yếu tố có ảnh hưởng lớn đến kết quả định vị sự cố:

 Phần lớn các thuật toán định vị sự cố sử dụng mô hình đường dây thông số tập trung vì khối lượng tính toán không nhiều, tính toán đơn giản và thường được

sử dụng cho đường dây ngắn, tuy nhiên kết quả định vị sẽ gặp sai số, vì theo tài liệu [1] nếu đường dây có chiều dài 100km thì sai số của mô hình thông số tập trung khoảng 0,2% so với mô hình thông số rải và sai số tăng nhanh theo chiều dài đường dây

 Các thuật toán định vị của rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số hiện có đều sử dụng các biến thể của phương pháp tổng trở nhằm xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện, sử dụng các tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường từ một phía đầu đường dây Về mặt toán học, đây là mô hình không chính xác, do tổng

Trang 12

3

trở biểu kiến khi nhìn từ một phía đường dây phụ thuộc vào vị trí sự cố, điện trở

sự cố, đường dây truyền tải có nhiều nguồn cũng như trào lưu công suất giữa hai phía đường dây trước khi xảy ra sự cố

 Thông số đường dây có thể coi là một đại lượng có tính bất định, đặc biệt là thành phần tổng trở thứ tự không phụ thuộc rất nhiều vào điện trở của đất Trên thực tế, thông số của đường dây tải điện có sự khác biệt nhất định dọc theo tuyến đường dây Do vậy, các thuật toán định vị sử dụng mô hình tính toán với giả thiết đường dây đồng nhất khi áp dụng định vị sự cố cho các mô hình đường dây thực tế thì kết quả định vị sẽ bị sai số

 Lưới truyền tải điện hiện nay vẫn c n một số đường dây có rẽ nhánh; lý do của việc rẽ nhánh các đường dây có thể do yêu cầu đấu nối cấp điện cho phụ tải mới

ở giữa đường dây hoặc có các nhà máy điện đấu nối lên lưới Các đường dây rẽ nhánh này có thể sử dụng cùng chủng loại dây với đường dây chính hoặc có thể

sử dụng loại dây khác Việc xuất hiện đường dây có rẽ nhánh gây nhiều khó khăn cho việc cài đặt chỉnh định các rơle bảo vệ khoảng cách; đồng thời khi đường dây không đồng nhất thì việc định vị sự cố gặp sai số lớn do các rơle chỉ cho phép cài đặt với một bộ thông số tổng trở đường dây

 Các kỹ sư tính toán chỉnh định rơle thường không thể có được số liệu chính xác của thông số của các đường dây, vì thông số của đường dây truyền tải điện thường khó xác định được chính xác do chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng như điện trở suất của các vùng đất dọc đường dây thay đổi, đường dây có các phân đoạn

sử dụng chủng loại dây khác nhau và để xác định thông số đường dây, các công ty điện lực có thể áp dụng các phương pháp như:

- Sử dụng các công thức tính toán thông số đường dây [6] Tuy nhiên, xác định thông số đường dây theo phương pháp này có thể gặp phải sai số

do các phép tính trung gian (ví dụ như tính điện kháng đường dây phải qua một loạt phép tính trung gian như khoảng cách xà cột, chủng loại đường dây, lộ đơn hay lộ kép, đường dây điện có dây dẫn phân pha…, tính dung dẫn thì phải sử dụng một loạt các công thức tính toán xét đến ảnh hưởng của đất, đường dây có dây chống sét…), vì vậy khi áp dụng công thức tính toán thì thông số đường dây sẽ gặp sai số so với thông số thực tế của đường dây

- Sử dụng thiết bị đo lường thông số đường dây như OMICRON CPC

100, tuy nhiên sai số tổng trở đường dây đo được khoảng 5% so với kết quả tính toán [29] do các yếu tố như: khi đo lường thông số để khắc phục nhiễu từ các hệ thống mang điện khác, thông số đo lường được thực hiện với nguồn có tần số 30Hz và 70Hz, và giá trị trung bình của hai phép đo chính là tổng trở đường dây ở tần số 50Hz; mô hình đường dây được áp dụng để xác định thông số đường dây là mô hình thông số tập trung có độ chính xác nhỏ hơn mô hình đường dây thông số rải [1] Phần lớn các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là thông số chính xác của đường dây, vì vậy khi thông số đường dây không chính xác thì vị trí sự cố tính được sẽ bị sai số

Từ những phân tích nêu trên cho thấy hướng nghiên cứu với mục tiêu chính xác hóa mô hình đường dây – sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ các phía đường dây – cho bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện là hướng nghiên cứu phù hợp và việc lựa chọn luận án “Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thuộc lưới điện phức tạp” là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng đối với các công ty đang vận hành, quản lý lưới điện truyền tải

Trang 13

4

2 Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu

Đề xuất được các thuật toán định vị sự cố không yêu cầu biết chính xác thông số đường dây, có sai số kết quả định vị sự cố phù hợp với tính toán lý thuyết Thuật toán định vị sự

cố có khả năng áp dụng cho các đường dây thuộc lưới điện phức tạp

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là thuật toán định vị sự cố áp dụng cho các đường dây truyền tải điện với đặc điểm như sau:

 Thuật toán định vị sự cố mà dữ liệu đầu vào không yêu cầu biết trước thông số của đường dây Giải pháp này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của thông số đường dây không chính xác và nâng cao độ chính xác định vị sự cố Thuật toán định vị sự cố chỉ sử dụng thành phần thứ tự thuận của tín hiệu điện áp và d ng điện vì thế có thể áp dụng định vị cho mọi loại sự cố và không yêu cầu thuật toán phân loại sự

cố

 Đánh giá được ảnh hưởng của các sai số đo lường do các biến điện áp và biến

d ng điện gây ra đối với kết quả định vị sự cố khi sử dụng thuật toán được đề xuất nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung nghiên cứu là thuật toán định vị sự cố áp dụng cho các đường dây truyền tải điện với đặc điểm như sau:

 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây truyền tải điện không rẽ nhánh,

có hai phân đoạn đường dây sử dụng chủng loại dây khác nhau Đường dây truyền tải điện hoán vị hoàn toàn

 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây tải điện có rẽ nhánh, các đoạn đường dây có thể có chủng loại dây đồng nhất hoặc không Đường dây truyền tải điện hoán vị hoàn toàn

 Tín hiệu đo d ng điện và điện áp tại các đầu đường dây được đồng bộ về mặt thời gian (các rơle tại các đầu đường dây được đồng bộ thời gian qua hệ thống đồng hồ GPS)

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều cách tiếp cận:

 Sử dụng phân tích tổng quan để tìm hướng phát triển của nghiên cứu

 Sử dụng các phân tích lý thuyết để xây dựng các công thức và thuật toán

 Kiểm chứng tính hiệu quả của các thuật toán được đề xuất thông qua kết quả mô phỏng

Trang 14

5

Ý nghĩa thực tiễn

Kết quả nghiên cứu nâng cao độ chính xác định vị sự cố với các thuật toán đề xuất

và có khả năng áp dụng với các đường dây thuộc lưới điện phức tạp có ý nghĩa thực tiễn cao Ngoài ra, khi áp dụng các thuật toán này trong thực tế sẽ không yêu cầu phải đầu tư thêm nhiều các thiết bị phần cứng, và chủ yếu thu thập dữ liệu bản ghi sự cố về trung tâm xử lý số liệu, do vậy có tính khả thi để triển khai và phù hợp với điều kiện của kinh tế - xã hội của Việt Nam

3 Các đóng góp mới của luận án

Nội dung của luận án đã tập trung nghiên cứu tính toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện đơn không đồng nhất và mở rộng cho đường dây rẽ nhánh không đồng nhất Luận án đã đạt được một số kết quả nghiên cứu có thể được tóm lược như sau:

Đóng góp 1:

Đề xuất được các thuật toán tính toán cho bài toán định vị sự cố trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất, sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây Dữ liệu đầu vào thuật toán không yêu cầu thông

số của đường dây Giải pháp này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của thông số đường dây không chính xác và nâng cao độ chính xác định vị sự cố

Đây cũng là kết quả có ý nghĩa thực tế quan trọng, vì thông số của các đường dây bao gồm các phần tự cảm và hỗ cảm, vì vậy rất khó để xác định chính xác và thường lấy theo kinh nghiệm Việc hiệu chỉnh lại thông số đường dây trước khi tiến hành định vị sự cố cho phép nâng cao độ chính xác của thuật toán, đồng thời cập nhật lại thông số của đường dây truyền tải cho các bài toán kỹ thuật có sử dụng thông số đường dây

Đóng góp 2

Mở rộng được phạm vi áp dụng của thuật toán cho cả đường dây truyền tải điện có rẽ nhánh, các đoạn đường dây có thể có chủng loại dây đồng nhất hoặc không Sai số của kết quả định vị sự cố của phương pháp được đề xuất phù hợp với tính toán lý thuyết

Đóng góp 3:

Đề xuất được thuật toán đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường tới kết quả định vị sự

cố Phương pháp phân tích dựa trên mô phỏng Monte-Carlo với các kịch bản khác nhau của sai số đo lường d ng điện và điện áp Kết quả của mô phỏng Monte-Carlo cho thấy các phương pháp đề xuất có độ tin cậy tương đối cao, với sai số tối đa kết quả định vị sự cố đạt

ở mức chấp nhận được khi tín hiệu đo lường gặp phải sai số ±5%

4 Cấu trúc nội dung của luận án

Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày trong 5 chương và phụ lục, cụ thể:

Mở đầu: Trình bày các vấn đề chung của luận án: Tính cấp thiết của đề tài; mục tiêu,

đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu; các đóng góp của luận án

Trang 15

6

Chương 1: Tổng quan

Giới thiệu tổng quát về các thuật toán định vị sự cố đối với đường dây tải điện đã được công bố trong và ngoài nước Phân tích các ưu và nhược điểm của các nghiên cứu đã có này, từ đó đề xuất hướng nghiên cứu mới để khắc phục các vấn đề c n tồn tại

Chương 2: Phương pháp định vị sự cố cải tiến áp dụng với đường dây đơn không đồng nhất

Trình bày thuật toán đề xuất để định vị sự cố trên đường dây tải điện có hai phân đoạn

sử dụng chủng loại dây khác nhau Ưu điểm của thuật toán đề xuất là dữ liệu đầu vào không yêu cầu thông số đường dây, do đó giảm được sai số định vị sự cố Các kết quả mô phỏng kiểm chứng tính đúng đắn của đề xuất và kết quả so sánh với các phương pháp khác cùng được trình bày trong chương này

Chương 3: Phương pháp định vị sự cố không biết trước thông số đường dây áp dụng với đường dây dây truyền tải điện rẽ nhánh không đồng nhất chủng loại dây

Trình bày thuật toán đề xuất định vị sự cố áp dụng cho các đường dây tải điện có rẽ nhánh, các nhánh sử dụng chủng loại dây khác nhau Ưu điểm của thuật toán đề xuất tương

tự như thuật toán ở Chương 2, tuy nhiên mở rộng được khả năng áp dụng cho các đường dây có rẽ nhánh

Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố

Trình bày phương thức tính toán, đánh giá sai số định vị có thể gặp khi xét tới sai số của các biến d ng điện và biến điện áp Phương pháp đánh giá sử dụng mô phỏng Monte Carlo Qua việc đánh giá được sai số có thể xác định được mức độ tin cậy của kết quả thu được và mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới

Chương 5: Kết luận và kiến nghị

Đánh giá tổng hợp các kết quả đã đạt được và so sánh với các mục tiêu nghiên cứu đã

đề ra; đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu trong tương lai để khắc phục các hạn chế

c n tồn tại trong luận án

Trang 16

7

Tóm lược nội dung: Nội dung chương giới thiệu tổng quát về các thuật toán định vị sự cố đối với đường dây tải điện đã được công bố trong và ngoài nước Phân tích các ưu và nhược điểm của các nghiên cứu đã có này, từ đó đề xuất hướng nghiên cứu mới để khắc phục các vấn đề còn tồn tại

1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu trong nước liên quan tới thuật toán định vị sự cố trên đường dây tải điện được công bố c n khá ít và tập trung theo các hướng sau:

Nghiên cứu [7] sử dụng mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp (MLP) kết hợp với phân tích Wavelet để định vị sự cố Ưu điểm của thuật toán là sai số định vị sự cố nhỏ (kết quả

mô phỏng có sai số lớn nhất khoảng 1,49% với đường dây dài 118,5km) Nhược điểm thuật toán cần có số lượng bản ghi đủ lớn để huấn luyện mạng Nghiên cứu đề xuất sử dụng tới 2136 bản ghi sự cố cho một đường dây, đây là yêu cầu rất khó đáp ứng được trong thực tế

Nghiên cứu [8], [9] sử dụng mạng nơ ron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy training of Sugeno-type - ANFIS) là sự kết hợp giữa mạng nơ ron và hệ suy diễn mờ để định vị sự cố Ưu điểm và nhược điểm của thuật toán gần tương tự như nghiên cứu [7] Nghiên cứu [2] phân tích, đánh giá phương pháp định vị sự cố được sử dụng trong các rơle kỹ thuật số Schneider P132, P443 Thuật toán định vị có xét đến thành phần d ng điện tải trước lúc sự cố và thông số của nguồn phía đầu đường dây đối diện Thuật toán làm việc chính xác khi điện trở sự cố có giá trị nhỏ và thông số tổng trở đường dây biết chính xác

Nghiên cứu [3] trình bày các phương pháp định vị sự cố của các hãng rơle như SEL, TOSHIBA và GE Các phương pháp được phân tích có khả năng áp dụng cho đường dây truyền tải có rẽ nhánh và có nguồn cấp từ các phía Tuy nhiên, cả 3 thuật toán được trình bày đều dựa trên giả thiết biết trước thông số chính xác của đường dây

Nghiên cứu [4] trình bày phương pháp sử dụng phần mềm phân tích sự cố SIGRA 4 của Siemens để phân tích và định vị sự cố Thuật toán định vị dựa trên các bản ghi sự cố từ hai đầu đường dây; tín hiệu d ng điện và điện áp đo được tại hai đầu có thể được đồng bộ về mặt thời gian hoặc không Nghiên cứu này mang tính áp dụng

1.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Phần tổng quan về nghiên cứu ngoài nước sẽ tập trung phân tích chi tiết về các công trình

đã công bố có liên quan tới hướng nghiên cứu của đề tài

Trang 17

Nghiên cứu [26] trình bày thuật toán điện kháng đơn áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện đồng nhất hình 1.1, sử dụng tín hiệu đo lường điện áp và d ng điện từ một đầu đường dây Thuật toán thì đơn giản, dễ dàng lập trình, tuy nhiên kết quả định vị bị sai số bởi giá trị của điện trở sự cố, d ng điện của tải và dữ liệu đầu vào của thuật toán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây Thuật toán [26] được tóm lược như sau:

Hình 1.1 Đường dây truyền tải đồng nhất Trong đó: V sf,V rf,I sf,I rf điện áp và d ng điện trong sự cố đo lường từ điểm S, R; l chiều

dài đường dây

Nghiên cứu [26] đề xuất phương trình xác định vị trí sự cố như sau:

sf sf 1

imag(V / I ) d

imag(Z )

Trong đó: d khoảng cách từ điểm S đến vị trí sự cố F; Z1 – tổng trở thứ tự thuận của

đường dây; imag – trích phần ảo của số phức; V sf , I sf , ΔI sf được tra theo bảng 1.1

Bảng 1.1 Định nghĩa V sf , I sf , ΔI sf cho các loại sự cố

Trong đó k = Z0 /Z 1 – 1

Trong đó: Vaf ,V bf ,V cf ,I af ,I bf ,I cf điện áp và d ng điện của pha A, B, C trong sự cố; I apre

I bpre I cpre d ng điện của pha A, B, C trước sự cố

Để khắc phục các hạn chế của thuật toán [26], nghiên cứu [58], [62], [69] trình bày thuật toán định vị sự cố Takagi, là thuật toán cải tiến so với thuật toán được trình bày trong [26], thuật toán Takagi sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường trước sự cố và trong

sự cố, vì thế kết quả định vị của thuật toán không bị ảnh hưởng bởi d ng điện của tải, điện trở sự cố Thuật toán định vị sự cố Takagi đề xuất phương trình sau để xác định vị trí sư cố:

Trang 18

9

imag(V I ) d

imag(Z I I )

D D

×

=

Nghiên cứu [16], [41] đưa ra các chỉ số để đánh giá các bộ lọc DC, từ đó đưa ra khuyến

nghị sử dụng bộ lọc số mô phỏng kết hợp DFT hoặc phương pháp lọc Kalman cải tiến ứng dụng lọc DC là hiệu quả nhất và mô phỏng rơ le khoảng cách bằng phần mềm MATLAB,

áp dụng thuật toán định vị sự cố cho đường dây đơn đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lường

từ một đầu đường dây và yêu cầu phải biết trước thông số đường dây

Nghiên cứu [65], [67] trình bày thuật toán định vị sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường từ hai đầu đường dây, trong đó thuật toán [65], [67] chỉ sử dụng thành phần thứ tự nghịch của tín hiệu điện áp và d ng điện vì thế thuật toán không bị ảnh hưởng bởi

d ng điện của tải, tính bất định của tổng trở thứ tự không của đường dây truyền tải điện, điện trở sự cố… Tuy nhiên, thuật toán [65], [67] chỉ áp dụng được cho kiểu sự cố không đối xứng vì chỉ sử dụng thành phần thứ tự nghịch của tín hiệu đo lường, và dữ liệu đầu vào của thuật toán yêu cầu phải biết chính xác thông số đường dây

Nghiên cứu [45] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đồng nhất, sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây

và mô hình đường dây thông số rải Thuật toán đề xuất phương trình toán học để phát hiện,

và xác định vị trí sự cố, thuật toán cũng đề xuất phương pháp để phân biệt giữa sự cố thoáng qua và sự cố duy trì để tránh tự động đóng lại khi có sự cố duy trì Tuy nhiên, thuật toán này yêu cầu phải biết trước thông số chính xác của đường dây truyền tải điện

Nghiên cứu [20] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải Thuật toán yêu cầu dữ liệu đầu vào là thông số đường dây, tổng trở nguồn ở hai đầu đường dây và tín hiệu điện áp đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây mà không yêu cầu tín hiệu

d ng điện Vì vậy, thuật toán định vị sự cố không bị ảnh hưởng bởi bão h a của máy biến

d ng điện đo lường, nhưng thuật toán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây, và yêu cầu biết chính xác tổng trở nguồn phát ở hai đầu đường dây là rất khó đáp ứng trong thực

Nghiên cứu [22], [36] đề xuất phương trình cân bằng điện tại điểm sự cố sử dụng tín hiệu đo lường từ hai đầu và áp dụng thuật toán lặp Newton-Raphson để xác định góc đồng

bộ tín hiệu và xác định vị trí sự cố xảy trên đường dây truyền tải, trong đó nghiên cứu [36] trình bày thuật toán áp dụng xác định nghiệm ban đầu – góc đồng bộ tín hiệu – cho thuật toán lặp, đảm bảo cho thuật toán lặp hội tụ về nghiệm chính xác Tuy nhiên, thuật toán [22], [36] chỉ áp dụng để định vị sự cố cho đường dây đồng nhất và dữ kiện đầu vào của thuật toán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây

Nghiên cứu [25] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải sử dụng phân bố điện áp Thuật toán xác định điện áp tại điểm sự cố sử dụng tín hiệu đo lường từ hai đầu, và giao điểm của phân bố điện áp là vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải, thuật toán chỉ sử dụng biên độ của điện áp vì thế kết quả định vị không bị ảnh hưởng trong trường hợp tín hiệu đo lường từ hai đầu không được đồng bộ chính xác Tuy

Trang 19

sự cố của thuật toán đề xuất không bị ảnh hưởng bởi điện trở sự cố, và tín hiệu trước sự cố Tuy nhiên, thuật toán chỉ áp dụng cho đường dây truyền tải đơn đồng nhất và yêu cầu biết trước thông số đường dây

Nghiên cứu [37] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố sử dụng tín hiệu điện áp và

d ng điện đo lường không đồng bộ từ hai đầu đường dây Thuật toán đề xuất phương trình xác định góc đồng bộ tín hiệu đo lường từ hai phía đường dây Tuy nhiên, thuật toán [37] yêu cầu phải biết trước thông số đường dây, kết hợp với thuật toán phân loại sự cố, và chỉ

đo lường đồng bộ, nhưng nghiên cứu [59] yêu cầu phải biết trước thông số đường dây Điểm chung của các nghiên cứu này là:

 Giải pháp sử dụng tín hiệu đo từ các phía luôn cho kết quả định vị sự cố chính xác hơn so với chỉ sử dụng tín hiệu đo lường từ một phía;

 Các mô hình đường dây đều giả thiết là đối xứng và đảo pha hoàn toàn; Việc kiểm chứng đều dựa trên mô phỏng EMTP, MATLAB;

 Chủ yếu sử dụng thành phần thứ tự thuận của d ng điện và điện áp đo được để tính toán định vị sự cố: mục đích là giảm thiểu ảnh hưởng của hỗ cảm thứ tự không khi có sự cố chạm đất, và không yêu cầu thuật toán phân loại sự cố

 Các tính toán đều phải yêu cầu biết chính xác tổng trở đường dây Vì vậy, kết quả định vị sự cố của các thuật toán này sẽ gặp phải sai số do quá trình tính toán thông số đường dây phải qua một loạt các phép tính trung gian [6]; nếu sử dụng thiết bị đo lường thông số đường dây như OMICRON CPC 100 thì kết quả định

vị vẫn gặp phải sai số do sai số đo lường [29]

Thuật toán định vị sự cố không yêu cầu thông số đường dây áp dụng với 1.2.2

đường dây đơn đồng nhất

Các nghiên cứu trình bày ở phần trên đều yêu cầu dữ liệu đầu vào các thuật toán định vị là thông số chính xác của đường dây Tuy nhiên, trong thực tế thông số đường dây thường không biết chính xác, vì thế sẽ ảnh hưởng đến tính chính xác của kết quả định vị sự cố Vì vậy, trong những năm vừa qua đã có một số nghiên cứu tập trung bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không yêu cầu biết trước thông số đường dây

Thuật toán [23] định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện đồng nhất như hình 1.1, sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ và không yêu cầu biết trước thông số đường dây, sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ từ hai phía đường dây truyền tải điện, thuật toán đề xuất hệ phương trình để xác định đồng thời: vị trí sự cố, góc đồng bộ tín hiệu, tổng

Trang 20

Khi sự cố ngắn mạch xảy ra, điện áp tại điểm sự cố tính toán sử dụng số liệu đo lường

từ hai điểm S, R phải bằng nhau:

j

cosh d V + Z sinh d I = cosh  l - d V + Z sinh  l - d I e (1.5)

Trong đó: Vsf1, Isf1, Vrf1, Irf1 điện áp và d ng điện thứ tự thuận trong sự cố đo lường từ

điểm S, R ;d = x khoảng cách từ điểm S đến điểm sự cố F 6

Giải hệ phương trình (1.3), (1.4), (1.5), được: Zc= x1+ jx2, = x + jx 3 4,d = x 5,d = x 6

Nghiên cứu [13] trình bày thuật toán xác định thành phần thứ tự không, thứ tự thuận, thứ tự nghịch của tổng trở đường dây sử dụng bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, tuy nhiên thuật toán chỉ dừng lại ở bài toán xác định thông số đường dây mà chưa giải quyết bài toán định vị sự cố

Nghiên cứu [61] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện

sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ và không yêu cầu biết trước thông số đường dây Nghiên cứu đề xuất và so sánh thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện sử dụng thuật toán lặp và không sử dụng thuật toán lặp Tuy nhiên, thuật toán chỉ áp dụng cho đường dây truyền tải đơn đồng nhất, và yêu cầu sử dụng thuật toán phân loại sự

cố

Nghiên cứu [43] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải Sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường không đồng bộ từ hai đầu đường dây, thuật toán [43] đề xuất hệ phương trình và sử dụng phương pháp lặp để xác định góc đồng

bộ tín hiệu, vị trí sự cố và thông số đường dây Tuy nhiên, trong trường hợp không có tín hiệu đo lường trước sự cố, thuật toán định vị chỉ áp dụng được cho loại sự cố không đối xứng và yêu cầu phải có thuật toán phân loại sự cố

Nghiên cứu [27], [28] thuật toán sử dụng mô hình đường dây thông số tập trung và sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ đo lường từ hai đầu đường dây Thuật toán có hai bước: đồng bộ lại các tín hiệu đo từ hai đầu đường dây và xác định thông số đường dây; xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện đồng nhất

Nghiên cứu [14] giới thiệu thuật toán định vị sự cố mà không yêu cầu sử dụng thông số đường dây Thuật toán gồm hai bước: giả thiết dung dẫn của đường dây bằng không từ đó đồng bộ sơ bộ tín hiệu đo lường và tính toán vị trí sự cố; dùng thuật toán lặp để tìm vị trí

sự cố chính xác Tuy nhiên, thuật toán [14] sử dụng đầy đủ đại lượng ba pha của tín hiệu

Trang 21

từ hai đầu đường dây để xác định vị trí sự cố, do đó thuật toán chỉ áp dụng được cho các dạng sự cố không đối xứng

Nghiên cứu [52] đề xuất thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không yêu cầu biết trước thông số đường dây, vì thế có thể xem thuật toán đề xuất thuộc lớp các thuật toán không phụ thuộc thông số Tuy nhiên, thuật toán [52] chỉ áp dụng định

vị cho các loại sự cố không đối xứng Hiện nay, các công ty điện lực thường sử dụng phương pháp tính toán thông số đường dây như trong tài liệu [6], hoặc sử dụng thiết bị đo lường thông số đường dây như OMICRON CPC 100 [29] Tuy nhiên, thông số đường dây của cả hai phương pháp này đều gặp phải sai số do sai số của các phép tính trung gian hoặc sai số đo lường Vì thế, các thuật toán xác định vị trí sự cố không yêu cầu biết trước thông

số đường dây thì chính xác và linh hoạt hơn các thuật toán định vị sự cố yêu cầu phải biết thông số đường dây Tuy nhiên, các thuật toán được tổng quan trong phần này chỉ áp dụng định vị sự cố với đường dây đơn đồng nhất

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây đơn không đồng nhất với 1.2.3

yêu cầu biết chính xác thông số đường dây

Trong những năm vừa qua đã có một số công trình nghiên cứu và sách tham khảo [54] được công bố liên quan đến bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải không

rẽ nhánh và có nhiều chủng loại dây (để ngắn gọn thì trong luận án qui ước gọi là đường dây đơn không đồng nhất)

Nghiên cứu [48] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải không đồng nhất hình 1.2, và thuật toán có khả năng áp dụng cho định vị cho sự cố xảy ra trên đường dây song song Thuật toán sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường đồng

bộ từ các phía của đường dây, mô hình đường dây thông số rải để nâng cao tính chính xác của thuật toán từ đó đưa ra phương trình xác định chính xác vị trí sự cố, và đây là ưu điểm của thuật toán so với các thuật toán sử dụng thuật toán lặp Tóm lược thuật toán [48] như sau:

Hình 1.2 Đường dây không đồng nhất Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC:

Trang 22

Trong đó: Z c2 = Z / Y 2 2 và g 2 = Z Y 2 2 là tổng trở đặc tính và hệ số truyền sóng; Z2

và Y2 là tổng trở và tổng dẫn thứ tự thuận của đoạn RC; l2 là chiều dài phân đoạn RC

Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC:

Nghiên cứu [33] trình bày thuật toán sử dụng phân bố điện áp thứ tự nghịch của tín hiệu

đo lường từ hai đầu đường dây Điện áp thứ tự nghịch tại điểm sự cố sẽ bằng nhau khi tính tới từ hai đầu đường dây Việc sử dụng thành phần thứ tự nghịch có ưu điểm là giảm được ảnh hưởng của hỗ cảm giữa các pha, điện trở sự cố, tải và hệ thống không đồng nhất Tuy nhiên cần phải xác định loại sự cố trước khi định vị và thuật toán chỉ áp dụng định vị cho các loại sự cố không đối xứng

Nghiên cứu [44] trình bày thuật toán cải tiến của [48] áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải không đồng nhất, và thuật toán có khả năng áp dụng cho định vị cho

sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh Tuy nhiên, thuật toán [44] và [48] đều yêu cầu dữ

Trang 23

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện rẽ nhánh với 1.2.4

yêu cầu biết chính xác thông số đường dây

Trên lưới truyền tải điện có thể gặp một số đoạn đường dây có rẽ nhánh, lý do của việc rẽ nhánh các đường dây có thể do yêu cầu đấu nối cấp điện cho phụ tải ở giữa đường dây hoặc có các nhà máy điện nhỏ đấu nối lên lưới Việc xuất hiện các đường dây rẽ nhánh này gây nhiều khó khăn cho công tác định vị sự cố và thiết kế các hệ thống rơle bảo vệ Trong những năm vừa qua đã có một số bài báo được công bố liên quan đến bài toán định vị sự

cố xảy ra trên đường dây truyền tải có rẽ nhánh như được tổng kết ở phần tiếp sau

Nghiên cứu [47] trình bày thuật toán định vị sự cố cho đường dây rẽ nhánh đồng nhất có

ba đầu cuối sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường từ ba đầu cuối hình 1.3, và thuật toán có thể áp định vị cho đường dây song song có rẽ nhánh Thuật toán sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây, mô hình đường dây thông số rải để nâng cao tính chính xác của thuật toán từ đó đưa ra phương trình xác định chính xác vị trí sự cố, và đây là ưu điểm của thuật toán so với các thuật toán sử dụng thuật toán lặp Tóm lược thuật toán [47] như sau:

Hình 1.3 Đường dây rẽ nhánh Xác định điện áp và d ng điện tại điểm nối J sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo

Y là tổng trở và tổng dẫn thứ tự thuận của đường dây

Áp dụng định luật Kirchkoff tại điểm nối J, được:

Trang 24

Nếu 0<Ds ≤1 và 0<D t <1: sự cố xảy trên RJ, và D s = D t là vị trí sự cố chính xác; nếu

D s >1 và D t =1: sự cố xảy trên SJ, và D s là vị trí sự cố chính xác; D s =1 và D t >1: sự cố xảy

trên TJ, và Dt là vị trí sự cố chính xác

Nghiên cứu [10], [32] đề xuất thuật toán mới cho bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải rẽ nhánh sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường từ đầu cuối của mỗi phân đoạn đường dây Nghiên cứu [10], [32] cũng đã đề xuất thuật toán đồng bộ tín hiệu đo lường và xác định chính xác phân đoạn đường dây xảy ra sự cố Kết quả định vị

sự cố không bị ảnh hưởng bởi thông số nguồn phát và thuật toán có thể áp dụng cho đường dây truyền tải có nhiều đường dây rẽ nhánh, tuy nhiên thuật toán yêu cầu phải có thông số của tất cả các phân đoạn đường dây

Nghiên cứu [11], [44], [46] trình bày thuật toán định vị sự cố cho đường dây rẽ nhánh

có ba đầu cuối sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lường từ ba đầu cuối Kết quả định

vị sự cố cho thấy thuật toán không bị ảnh hưởng bởi điện trở sự cố, thông số nguồn phát, cấu hình đường dây, sai số thiết bị biến đổi; và thuật toán sử dụng thành phần xếp chồng của tín hiệu đo lường vì thế kết quả định vị không bị ảnh hưởng bởi d ng điện của tải, tuy nhiên thuật toán yêu cầu thông số của các phân đoạn đường dây

Nghiên cứu [19] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải rẽ nhánh có nhiều đầu cuối Thuật toán định vị sự cố chỉ sử dụng tín hiệu điện áp đo lường đồng bộ từ các đầu cuối, vì thế kết quả định vị không bị ảnh hưởng bởi sai số của máy biến d ng điện; và thuật toán có thể áp dụng để định vị sự cố xảy ra trên đường dây

Trang 25

Nghiên cứu [38] trình bày thuật toán định vị sự cố cho đường dây rẽ nhánh chỉ sử dụng tín hiệu d ng điện đo lường đồng bộ từ ba đầu cuối của đường dây rẽ nhánh và tín hiệu điện áp của một đầu cuối Tuy nhiên, thuật toán yêu cầu phải có dữ liệu về thông số đường dây và thuật toán phân loại sự cố

Có thể thấy rằng các nghiên cứu về định vị sự cố với đường dây rẽ nhánh là khá đa dạng, tuy nhiên điểm bất lợi của các thuật toán là đều yêu cầu phải biết chính xác thông số các phân đoạn đường dây Trong thực tế thông số của đường dây không thể biết được chính xác do sai số trong quá trình tính toán thông số đường dây phải qua một loạt các phép tính trung gian [6]; nếu sử dụng phương pháp đo lường thông số đường dây thì kết quả định vị sự cố vẫn gặp phải sai số do sai số đo lường [29]

Đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố

1.2.5

Hầu hết sự cố xảy ra trong hệ thống điện là xảy ra đối với đường dây truyền tải điện Thông tin chính xác về vị trí xảy ra sự cố sẽ giúp việc sửa chữa và khôi phục cung cấp điện được nhanh và hiệu quả Tuy nhiên, việc xác định chính xác vị trí sự cố bị ảnh hưởng bởi một vài yếu tố ngẫu nhiên Trong số các yếu tố, sai số của thiết bị biến đổi sử dụng trong

đo lường như CT và VT, sai số biến đổi tương tự - số, sai số của bộ lọc số gây ảnh hưởng đến tính chính xác của kết quả định vị sự cố Sai số của kết quả định vị sự cố là do dữ liệu đầu vào của các thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện được đo lường trực tiếp Vì vậy, việc phát triển một phương pháp cho phép ước tính ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố là cần thiết

Nghiên cứu [56] trình bày thuật toán định vị sự cố sử dụng thông tin thống kê về tổng trở tương đương của nguồn phát các phía của đường dây truyền tải không có thiết bị đo lường và phương pháp Monte Carlo Tuy nhiên, thuật toán không quan tâm đến sai số của tín hiệu đo lường

Nghiên cứu [15], [18], [24], [42] trình bày phương pháp phân tích độ nhạy dựa vào phân ly phương sai để đánh giá ảnh hưởng của kết quả định vị sự cố gây ra bởi sai số của tín hiệu đo lường như điện áp, d ng điện và tổng trở nguồn Trong đó, nghiên cứu [18] và [42] cho rằng sai số của máy biến điện áp và máy biến d ng điện đo lường là sai số có hệ thống; Nghiên cứu [15] chỉ quan tâm đến sai số của kết quả đo lường của d ng điện đến

kết quả định vị sự cố; Nghiên cứu [24] chỉ quan tâm đến sai số của điện trở sự cố và biên

độ của điện áp đo lường

Nghiên cứu [17], [50], [53], [55], [68]–[70] trình bày phân tích độ nhạy kết hợp phương pháp Monte Carlo để xác định ảnh hưởng của những yếu tố bất định như điện trở

sự cố, d ng điện của tải, tổng trở nguồn, thông số đường dây đến kết quả định vị sự cố Trong đó, nghiên cứu [17] có xét đến sai số của tín hiệu đo lường nhưng cho rằng sai số có tính hệ thống

Trang 26

17

1.3 Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu

Thông qua tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước và ngoài nước liên quan đến bài toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, có thể nhận thấy c n một vài vấn đề cần có sự nghiên cứu sâu hơn:

1 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất và

rẽ nhánh đã được nghiên cứu và được công bố trong các tài liệu, công trình trong

và ngoài nước Tuy nhiên, các thuật toán định vị sự cố yêu cầu phải biết trước thông số chính xác của đường dây

2 Các nghiên cứu chỉ quan tâm đến bài toán xác định vị trí sự cố và chưa đề cập đến phương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của các thuật toán

Luận án đề xuất hướng nghiên cứu mục đích khắc phục các vấn đề c n tồn tại nêu trên:

1 Nghiên cứu thuật toán tính toán cho bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất, sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây và không yêu cầu phải biết trước thông số đường dây Thuật toán mô hình đường dây không đồng nhất, có hai phân đoạn sử dụng hai chủng loại dây khác nhau bằng hai mạng hai cổng nối tiếp nhau, có bộ thông số A, B, C, D Giải pháp này có ưu điểm: loại trừ được sai số do phép tính trung gian (ví dụ: như tính điện kháng phải qua một loạt phép tính trung gian ví dụ như là khoảng cách xà cột,

số liệu đường dây, chủng loại dây…[6]) và như thế dùng công thức tính toán trung gian sẽ gặp sai số so với thông số thực tế của đường dây; loại trừ được sai số đo lường do sử dụng thiết bị đo thông số đường dây như OMICRON CPC 100 [29]

2 Nghiên cứu thuật toán tính toán cho bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh, các phân đoạn đường dây có cùng chủng loại đường dây hoặc không, và không yêu cầu phải biết trước thông số đường dây

3 Nghiên cứu phương pháp đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định

vị sự cố của các thuật toán

Trang 27

18

ĐƯỜNG DÂY ĐƠN KHÔNG ĐỒNG NHẤT

Tóm lược nội dung: Nội dung chương trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất với các đặc điểm: Dữ liệu đầu vào của thuật toán không yêu cầu thông số đường dây, do vậy kết quả định vị không bị ảnh hưởng khi thông số đường dây bị sai lệch

2.1 Đặt vấn đề

Độ chính xác của kết quả định vị sự cố bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như sai số đo lường,

mô hình đường dây được sử dụng trong các thuật toán định vị Trong đó, sai số đo lường của các thiết bị biến đổi là sai số có tính xác suất, và khó loại trừ; trong khi đó sai số mô hình đường dây của các thuật toán có thể khắc phục bằng cách sử dụng mô hình đường dây thông số rải và thông số chính xác của đường dây, sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía của đường dây để loại bỏ ảnh hưởng của điện trở sự cố, thuật toán định vị trình bày trong chương này sử dụng mô hình đường dây thông số rải, đồng thời xác định chính xác thông

số đường dây của các phân đoạn từ đó góp phần nâng cao độ chính xác của kết quả định vị

sự cố

Thuật toán đề xuất áp dụng định vị sự cố cho đường dây truyền tải điện không đồng nhất, dữ liệu đầu vào của thuật toán không yêu cầu thông số đường dây, và sử dụng thành phần thứ tự thuận của tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai phía đầu đường dây Thành phần thứ tự thuận có mặt trong tất cả các loại sự cố vì vậy thuật toán có thể áp dụng để định vị cho tất cả các loại sự cố và không yêu cầu sử dụng thuật toán phân loại sự cố Để đơn giản trong trình bày, ký hiệu “1” cho thành phần thứ tự thuận được lược bỏ

Thuật toán bao gồm hai bước: i) sử dụng hai bản ghi sự cố để xác định tổng trở sóng và

hệ số truyền sóng của hai phân đoạn đường dây; ii) sử dụng thông số đã xác định và một

bản ghi sự cố để xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải không đồng nhất

2.2 Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây không đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây

Mạng hai cửa tương đương của đường dây không đồng nhất

2.2.1

Áp dụng lý thuyết mạng hai cửa mỗi phân đoạn đường dây tương đương một mạng hai cửa, vì thế đường dây truyền tải không đồng nhất như hình 2.1 tương đương hai mạng hai cửa nối tiếp nhau như hình 2.2

Trang 28

19

Hình 2.1 Đường dây truyền tải không đồng nhất

Hình 2.2 Nối tiếp mạng hai cửa

Xác định V I S, S sử dụng điện áp V C và d ng điện I C của điểm nối C , áp dụng lý thuyết mạng hai cửa [1], [5], [6], [12], [40]:

Trang 29

20

Trong đó: Z =x +i.x c1 1 2 và Z =x +i.x c2 3 4 là tổng trở đặc tính của phân đoạn SC và CR;

1 =x +i.x 5 6

g và g 2 =x +i.x 7 8 là hằng số truyền sóng của phân đoạn SC và CR; l ,l 1 2 là chiều dài

của các phân đoạn SC và CR

Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây đơn không 2.2.2

đồng nhất

Thuật toán trình bày ở phần này xem xét một đường dây truyền tải điện không đồng nhất

có hai phân đoạn, mỗi phân đoạn có thông số đường dây khác nhau, áp dụng phân tích ở trên có thể xem đường dây truyền tải không đồng nhất tương đương với đường dây truyền

tải đồng nhất có bộ thông số là A, B, C, D

Dữ liệu ngõ vào của thuật toán bao gồm: hai bản ghi sự cố xảy ra tại hai vị trí khác nhau, có đầy đủ tín hiệu trước và trong sự cố như hình 2.3; chiều dài của các phân đoạn

đường dây SC và CR là l 1 và l 2 ; vị trí sự cố d 1 , d 2

Hình 2.3 Bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây 220kV Hưng Đông – Hà Tĩnh

2.2.2.1 Thành lập phương trình quan hệ giữa điện áp đo lường đầu S và điện áp tính toán của đầu S sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu R của bản ghi thứ nhất (PT1)

Sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện trước sự cố của bản ghi sự cố thứ nhất và kết hợp với phương trình (2.3), xác định điện áp V s1 sử dụng điện áp V r1 và d ng điện I r1 đo lường

PT 1 := V cosh l cosh l + sinh l Z sinh l Z V

cosh l sinh l Z + sinh l Z cosh

Trang 30

cosh x + ix l cosh x + ix l + sinh x + ix l x + ix sinh x + ix l / x + ix cosh x + ix l sinh x + ix l x + ix

+ sinh x + ix l x + ix cosh x + ix l I = 0

é

ù úû é

ë

ù úû

PT 2 := V sinh l Z sinh l Z + cosh l cosh l V

cosh l sinh l Z + sinh l Z c osh l I = 0

cosh x + ix l sinh x + ix l x + ix + sinh x + ix l x + ix cosh x + ix l

- ë

ù úû

(2.16)

2.2.2.3 Thành lập phương trình quan hệ giữa điện áp tính toán tại điểm sự cố sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu S và điện áp tính toán tại điểm sự cố sử dụng điện áp

và dòng điện đo lường từ đầu R của bản ghi sự cố thứ nhất (PT3)

Hình 2.4 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F1

Trang 31

22

Hình 2.5 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F1 xảy ra trên SC

Trong đó: i = 1, 2 biểu thị sự cố 1, 2; d 1 , d 2 là khoảng cách từ đầu S đến vị trí sự cố F

Hình 2.4 và hình 2.5 minh họa sự cố F1 và mạng hai cổng tương đương khi sự cố xảy ra

trên phân đoạn SC, sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện trong sự cố của bản ghi sự cố thứ nhất, xác định điện áp V cf1 và d ng điện I cf1 tại điểm nối C sử dụng điện áp V rf1 và dòng điện I rf1 đo lường từ đầu R:

Trong đó: V rfi,I rfi,V cfi,I cfi là điện áp và d ng điện trong sự cố tại các điểm R và C

Xác định điện áp V fc1 và d ng điện I fc1 tại điểm sự cố F1 sử dụng điện áp V cf1 và dòng điện I cf1 tại điểm nối C từ phương trình (2.18), được:

Trong đó: V fci,I fci là điện áp và d ng điện trong sự cố tại điểm sự cố xác định dựa vào

tín hiệu d ng điện và điện áp tại điểm nối C

Trong đó: V fsi,I fsi là điện áp và d ng điện trong sự cố tại điểm sự cố xác định dựa vào

tín hiệu d ng điện và điện áp đo lường từ đầu S

Trang 32

và dòng điện đo lường từ đầu R sử dụng bản ghi sự cố thứ hai (PT4)

a) Trường hợp sự cố 2 xảy ra trên cùng phân đoạn đường dây với sự cố 1

Hình 2.6 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F 2

Hình 2.7 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên SC Hình 2.6 và hình 2.7 minh họa sự cố F2 và mạng hai cổng tương đương khi sự cố xảy ra trên phân đoạn SC, sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện trong sự cố của bản ghi sự cố thứ

hai, xác định điện áp V cf2 và d ng điện I cf2 tại điểm nối C sử dụng điện áp V rf2 và dòng điện I rf2 đo lường từ đầu R:

Trang 33

b) Trường hợp sự cố 1 và 2 xảy ra trên hai phân đoạn đường dây khác nhau

Hình 2.8 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC

Hình 2.9 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F 2 xảy ra trên RC

Trang 34

25

Hình 2.8 và hình 2.9 minh họa sự cố F 2 và mạng hai cổng tương đương khi sự cố xảy ra

trên phân đoạn RC, sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện trong sự cố của bản ghi sự cố thứ

hai, xác định điện áp V cf2 và d ng điện I cf2 tại điểm nối C sử dụng điện áp V sf2 và dòng điện I sf2 đo lường từ đầu S:

D A

= -C

2.2.2.5 Xác định thông số đường dây

Hệ phương trình PT1, PT2, PT3 và PT4 là hệ có 4 phương trình phức, để giải hệ phương trình phức, tách các phương trình thành phần thực và phần ảo được hệ phương trình thực

sau (chi tiết phương trình (2.48) tham khảo phụ lục A.5 ):

Trang 35

Hệ phương trình (2.48) là hệ phương trình phi tuyến, có 8 biến thực, sử dụng phần mềm MATLAB và phương pháp số tìm kiếm trong miền tin cậy (trust-region) với giá trị 1e-5 được chọn là giá trị nghiệm ban đầu của 8 biến, được:

íïï ìï

Phương pháp xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây không đồng nhất được trình bày ở phần trên được tổng kết thành lưu đồ thuật toán như hình 2.10:

Trang 36

27

Hình 2.10 Thuật toán xác định thông số đường dây không đồng nhất

2.3 Thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC

2.3.1

Hình 2.11 được sử dụng để minh họa cho phương pháp xác định vị trí sự cố xảy ra trên

phân đoạn SC thuộc đường dây truyền tải điện không đồng nhất

Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC

Trang 37

28

Trong đó: d ,d 1 2 là khoảng cách từ đầu S và điểm nối C đến điểm sự cố F;

s s r r c c

V I V I V I, , , , , là điện áp và d ng điện trước sự cố tại đầu S, R và điểm nối C

Xác định điện áp V cf và d ng điện I cf tại điểm nối C sử dụng điện áp V r và d ng điện

Trong đó: V rf,I rf,V cf,I cf là điện áp và d ng điện trong sự cố tại điểm R và C

Áp dụng phương trình (2.31), xác định điện áp V fc tại điểm sự cố sử dụng điện ápV cf

và d ng điện I cf tại điểm nối C được xác định từ (2.50):

fc 1 1 1 cf c1 1 1 1 cf

V = cosh g l - d V - Z sinh g l - d I (2.51) Trong đó: V fc là điện áp trong sự cố tại điểm sự cố F;

Xác định điện áp V fs tại điểm sự cố sử dụng điện áp V sf và d ng điện I sf đo lường từ

Hình 2.12 được sử dụng để minh họa cho phương pháp xác định vị trí sự cố xảy ra trên

phân đoạn RC thuộc đường dây truyền tải điện không đồng nhất

Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC

Xác định điện áp V cf và d ng điện I cf tại điểm nối C sử dụng điện áp V s và d ng điện

Trang 38

29

Áp dụng phương trình (2.41), xác định điện áp V fc tại điểm sự cố sử dụng điện áp V cf

và d ng điện I cf tại điểm nối C từ (2.55):

V = cosh g2 2d .V - Z 2.sinh g2 2d .I (2.56)

Áp dụng phương trình (2.44), xác định điện áp V fr tại điểm sự cố sử dụng điện áp V rf

và d ng điện I rf đo lường từ đầu R, được:

fr 2 2 2 rf c2 2 2 2

V = cosh g l - d V - Z sinh g l - d (2.57)

Biên độ điện áp tại điểm sự cố F được tính toán từ các tín hiệu điện áp và d ng điện đầu

R và điểm nối C phải bằng nhau [25], [33]:

Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất

Phương trình (2.54) là phương trình phi tuyến một biến thực d , sử dụng phần mềm MATLAB với phương pháp số tìm kiếm lát cắt vàng (golden section search) trong khoảng

1

0 léë ùû, được nghiệm d 1 chính là vị trí sự cố xảy ra trên phân đoạn SC

Áp dụng phân tích tương tự cho phương trình (2.59), với biến d 2 trong khoảng 0 léë 2ùû , được nghiệmd 2 chính là vị trí sự cố xảy ra trên phân đoạn RC Áp dụng điều kiện sau để chọn vị trí sự cố chính xác d :

1 2

fval EQ1 fval EQ2 d d fval EQ1 fval EQ2 d d

Trang 39

Cho đường dây truyền tải có phân đoạn như hình 2.14, chiều dài phân đoạn SC l1 =100km,

chiều dài phân đoạn CR l2 =20km Thông số chính của hệ thống được trình bày trong bảng

2.1, bảng 2.2, bảng 2.3, được mô phỏng trong môi trường Simulink của phần mềm MATLAB

Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đường dây không đồng nhất

 Áp dụng thuật toán luận án đề xuất để định vị sự cố xảy ra trên đường dây tại các vị trí khác nhau, kết quả định vị sự cố được trình bày trong bảng 2.4

 Áp dụng thuật toán được trình bày trong nghiên cứu [48] để định vị sự cố xảy ra

trên đường dây không đồng nhất có cùng cấu trúc và thông số đường dây tại các

vị trí sự cố khác nhau và so sánh với kết quả định vị sự cố do luận án đề xuất, kết quả thể hiện trong hình 2.15

Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l1 =100km

Trang 40

Sai số (%)

d tớnh toỏn (km)

Sai số (%)

Trong đú: Sai số định vị (%) = vị trí sự cố chính xác - vị trí sự cố tính toán 100%

Nhận xột: Bảng 2.4 trỡnh bày kết quả của thuật toỏn xỏc định vị trớ sự cố xảy ra trờn

đường dõy truyền tải khụng đồng nhất, bao gồm hai bước: xỏc định thụng số của cỏc phõn đoạn đường dõy sử dụng hai bản ghi sự cố xảy ra trờn đường dõy truyền tải được lưu trữ trong bộ nhớ rơ le; xỏc định vị trớ sự cố xảy ra trờn đường dõy truyền tải điện khụng đồng nhất

Kết quả mụ phỏng cho thấy thuật toỏn đề xuất cho kết quả phự hợp với lý thuyết, với sai

số định vị đối với cỏc loại sự cố điển hỡnh AG, BC, BCG, ABC khụng vượt quỏ 0,12% với chiều dài toàn tuyến là 120km

So sỏnh kết quả định vị sự cố của thuật toỏn đề xuất với kết quả định vị sự cố 2.4.2

của thuật toỏn [48]

Trong phần này trỡnh bày kết quả so sỏnh sai số định vị sự cố của phương phỏp đề xuất với sai số định vị sự cố của phương phỏp [48] Việc so sỏnh được thực hiện với cả 4 dạng sự

cố ngắn mạch và với cỏc vị trớ khỏc nhau của điểm ngắn mạch Ưu điểm của thuật toỏn được đề xuất là khụng bị ảnh hưởng bởi sai số của thụng số đường dõy → do vậy sẽ kiểm chứng với cỏc kịch bản sai số của thụng số đường dõy từ 0ữ5%

Định dạng
Số trang	139
Dung lượng	3,89 MB