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

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 m

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG 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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG 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

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 62520202

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1 TS NGUYỄN XUÂN TÙNG

2 TS NGUYỄN ĐỨC HUY

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quảnghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiệntrong công bố của các tác giả khác Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực

Hà Nội, ngày 29 tháng 08 năm 2017

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc và kính trọng đến hai thầy hướng dẫn khoa họctrực tiếp, TS Nguyễn Xuân Tùng và TS Nguyễn Đức Huy đã trực tiếp hướng dẫn, định hướngkhoa học trong quá trình nghiên cứu Hai thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết, hỗ trợ vềmọi mặt để tác giả hoàn thành luận án

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạoSau Đại học, Viện Điện và Bộ môn Hệ thống Điện tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nghiêncứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu Chân thành cảm ơn các Giảng viên và cán

bộ Bộ môn Hệ thống điện, đã hỗ trợ tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, BanChủ nhiệm khoa Điện – Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả được tập trungnghiên cứu tại Hà Nội trong suốt thời gian qua Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ

và động viên của các đồng nghiệp, nhóm nghiên cứu sinh của Viện Điện

Cuối cùng, tác giả thực sự cảm động và từ đáy lòng mình xin bày tỏ lòng biết ơn đến cácÔng bà nội ngoại hai bên của con tôi và người vợ yêu quý cùng con trai thân yêu đã luôn ở bêntác giả những lúc khó khăn nhất, những lúc mệt mỏi nhất, để động viên, để hỗ trợ về tài chính

và tinh thần, giúp tác giả có thể đứng vững trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện bản luận

án này

Tác giả luận án

Nguyễn Xuân Vinh

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ viii

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 cầu biết chính xác thông số đường dây 8

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

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

1.3 Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu 16

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

Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây 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 26

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC 26

Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC 27

Bước 3: Xác định vị trí sự cố 28

2.4 Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất 29

Kết quả định vị sự cố 30

So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với kết quả định vị sự cố của thuật toán [48] 30

2.5 Kết luận 32

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 33

3.1 Đặt vấn đề 33

3.2 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 33

Mạng hai cửa tương đương của đường dây rẽ nhánh 33

Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số đường dây khác nhau 34

3.3 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 49

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ 49

Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ 49

Bước 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ 49

Bước 4: Xác định vị trí sự cố 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 ghi sự cố 51

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ 51

Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ 51

Bước 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ 51

Bước 4: Xác định thông số đường dây và vị trí sự cố 52

3.5 Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh 53

Trường hợp đường dây truyền tải điện rẽ nhánh có các phân đoạn sử dụng các chủng loại dây khác nhau 53

Trường hợp đường dây rẽ nhánh có hai phân đoạn có cùng thông số đường dây nhưng khác thông số của phân đoạn thứ ba 55

Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số đường dây giống nhau 57

3.6 Kết luận 60

4 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ ĐO LƯỜNG ĐẾN KẾT QUẢ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 62

4.1 Cơ sở đề xuất phương pháp 62

4.2 Mô phỏng Monte Carlo 63

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 64

Kịch bản mô phỏng 65

Đặc tính thống kê 65

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 69

Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh có thông số đường dây khác nhau 69

Trường hợp hai phân đoạn có cùng thông số đường dây nhưng khác thông số của phân đoạn thứ ba 73

Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh sử dụng cùng chủng loại dây 77

4.5 Kết luận 81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 83

1 Đóng góp khoa học của luận án 83

2 Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 90

PHỤ LỤC 91

A.1 Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất 91

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 95

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 97

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 .99

A.5 Phương trình (2.48) 101

A.6 Phương trình (3.103) 105

A.7 Phương trình (3.105) 117

A.8 Phương trình (3.111) 125

A.9 Phương trình (3.112) 127

A.10 Phương trình (3.113) 128

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

AC Dòng 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 dòng điện (Current transformer)

DC Dòng 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)

VT Máy biến áp (Voltage Transformer)

DANH MỤC CÁC BẢNG

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

Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l 1=100km 29

Bảng 2.2 Thông số phân đoạn CR, l 2=20km 29

Bảng 2.3 Thông số nguồn 29

Bảng 2.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất 30

Bảng 3.1 Thông số nguồn 53

Bảng 3.2 Thông số phân đoạn SJ 53

Bảng 3.3 Thông số phân đoạn RJ 53

Bảng 3.4 Thông số phân đoạn TJ 53

Bảng 3.5 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh không đồng nhất 54

Bảng 3.6 Kết quả định vị sự cố trên đường dây có thông số SJ, TJ khác RJ 56

Bảng 3.7 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh đồng nhất 58

Bảng 4.1 Sai số giới hạn của máy biến dòng điện [34] 64

Bảng 4.2 Sai số giới hạn của máy biến điện áp [35] 64

Bảng 4.3 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây không đồng nhất 66

Bảng 4.4 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC 67

Bảng 4.5 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG 68

Bảng 4.6 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC 68

Bảng 4.7 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh không đồng nhất 71

Bảng 4.8 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC 71

Bảng 4.9 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG 72

Bảng 4.10 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC 73

Bảng 4.11 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – SJ, TJ khác thông số RJ 75

Bảng 4.12 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC 76

Bảng 4.13 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG 76

Bảng 4.14 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC 77

Bảng 4.15 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh đồng nhất 79

Bảng 4.16 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC 80

Bảng 4.17 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG 80

Bảng 4.18 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC 81

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 18

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 F 1 xảy ra trên SC 21

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 F 2 xảy ra trên RC 24

Hình 2.10 Thuật toán xác định thông số đường dây không đồng nhất 26

Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC 26

Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC 27

Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất 28

Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đường dây không đồng nhất 29

Hình 2.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [48] 31

Hình 3.1 Đường dây truyền tải rẽ nhánh 33

Hình 3.2 Mô hình mạng hai cửa đường dây rẽ nhánh 34

Hình 3.3 Sự cố trên phân đoạn SJ 39

Hình 3.4 Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn SJ 39

Hình 3.5 Sự cố trên phân đoạn RJ 41

Hình 3.6 Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn RJ 41

Hình 3.7 Sự cố trên phân đoạn TJ 44

Hình 3.8 Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn TJ 44

Hình 3.9 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh không đồng nhất 47

Hình 3.10 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh – SJ, TJ thông số khác RJ 48

Hình 3.11 Thuật toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh50 Hình 3.12 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây truyền tải rẽ nhánh đồng nhất 52 Hình 3.13 Mô hình mô phỏng đường dây rẽ nhánh 53

Hình 3.14 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] 55

Hình 3.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] 57

Hình 3.16 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] 59

Hình 4.1 Thuật toán đánh giá ảnh hưởng sai số của đo lường đến kết quả định vị sự cố 63

Hình 4.2 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây không đồng nhất 65

Hình 4.3 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào 66

Hình 4.4 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố ˗ SJ, RJ, TJ khác nhau thông số 69

Hình 4.5 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào 70

Hình 4.6 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - SJ, TJ khác thông số RJ 74

Hình 4.7 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào 74

Hình 4.8 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây rẽ nhánh đồng nhất 78

Hình 4.9 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào 78

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 thiếtthực đối với hệ thống truyền tải điện; định vị chính xác điểm sự cố sẽ làm giảm thời gianngừng cấp điện với các sự cố duy trì, giảm nhân công huy động tìm kiếm vị trí sự cố và gópphần 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 đườngdây đó và thực hiện tự đóng lại; đồng thời chức năng báo khoảng cách của các rơlebảo vệ khoảng cách hoặc bảo vệ so lệch sẽ báo vị trí sự cố tính theo km từ vị trí đặtđiểm đo của rơle

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

• Thông thường các đơn vị quản lý đường dây cần phải cử nhân công đến vị trí cộttương 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 hưhỏng 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 vịtrí sự cố với sai số tương đối lớn Sai số của vị trí sự cố trong nhiều trường hợp cóthể lên tới nhiều kilômét Số liệu thống kê ở một số nước cho thấy cho thấy sai sốgặp phải có thể từ 0,5÷2% [57], với đường dây dài 300km thì sai số ±1% tươngđương 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 nhiềutrường hợp phải mất tới cả ngày để tìm chính xác một vị trí sự cố với lượng nhâncông 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 chínhảnh 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 dòng 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 baogồm:

 Sai số của thiết bị biến đổi: theo tiêu chuẩn IEC60044_1_1996 về sai số của máybiến điện áp (VT) và IEC60044_2_1997 cho máy biến dòng điện (CT), thiết bịbiến đổi có thể có sai số lớn nhất ±10% đối với CT và ±6% đối với VT Do đósai số của các thiết bị này có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phươngpháp định vị, độ không đồng nhất của sai số cũng là yếu tố có thể có ảnh hưởnglớn đến kết quả định vị sự cố Tuy nhiên, sai số của thiết bị biến đổi có tính chất

xác suất do vậy sai số của thiết bị biến đổi không thể loại bỏ mà chỉ có thể đánhgiá ảnh hưởng của sai số này đến kết quả định vị sự cố Vì vậy, việc nghiên cứuphương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố làcần thiết để xác định định lượng các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến thuật toánđịnh vị, từ đó có thể đưa ra các quy định về sai số của thiết bị đo lường, cũng nhưcải tiến các thuật toán định vị sự cố, hoặc khuyến cáo về sai số gặp phải khi sửdụng 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 mộttập lớn các mẫu huấn luyện nhằm mục đích giảm sai số tuy nhiên hiệu quả đạtđược vẫn là vấn đề cần quan tâm, đồng thời các nghiên cứu theo hướng này yêucầu số lượng lớn bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện để huấnluyện mạng nơ ron và đây là yêu cầu rất khó đáp ứng trong thực tế.

 Sai số do hiện tượng bão hòa CT: khi CT bị bão hòa thì số liệu dòng điện đolường không còn chính xác làm ảnh hưởng đến kết quả định vị sự cố Để khắcphục hiện tượng bão hòa CT, một số tài liệu sử dụng phân tích Prony hoặc phươngpháp bình phương cực tiểu kết hợp biến đổi Fourier rời rạc với mục đích khôiphục dạng sóng bão hòa 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 dòng điện của các thuật toánnày 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 cácthuật toán sử dụng tín hiệu đo lường từ một phía; và để không bị ảnh hưởng bởiđiện trở sự cố các nghiên cứu hiện nay tập trung vào các thuật toán sử dụng tínhiệu đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây Vì vậy, nếu tín hiệu khôngđược đồng bộ thì kết quả định vị sự cố sẽ bị sai lệch, và hiện này có một số nghiêncứu tập trung vào phương pháp đồng bộ tín hiệu đo lường từ các phía như đãđược 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 tínhiệu điện áp và dòng điện sẽ gặp phải sai số, từ đó kết quả định vị sự cố sẽ sailệch do đầu vào của thuật toán định vị là phasor của tín hiệu đo lường Các nghiêncứu đã đề xuất các phương pháp như bộ lọc Kalman hoặc bộ lọc mô phỏng số kếthợp 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 sựcố

• Mô hình đường dây được sử dụng trong các thuật toán định vị là yếu tố có ảnhhưởng 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 tậptrung vì khối lượng tính toán không nhiều, tính toán đơn giản và thường được sửdụng 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 trungkhoảng 0,2% so với mô hình thông số rải và sai số tăng nhanh theo chiều dàiđường dây

 Các thuật toán định vị của rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số hiện có đều sửdụng các biến thể của phương pháp tổng trở nhằm xác định vị trí sự cố trên đườngdây tải điện, sử dụng các tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ một phía đầuđường dây Về mặt toán học, đây là mô hình không chính xác, do tổng trở biểukiến 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 phíađường 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 thànhphần 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 tuyếnđường dây Do vậy, các thuật toán định vị sử dụng mô hình tính toán với giả thiếtđường dây đồng nhất khi áp dụng định vị sự cố cho các mô hình đường dây thực

 Các kỹ sư tính toán chỉnh định rơle thường không thể có được số liệu chính xáccủa thông số của các đường dây, vì thông số của đường dây truyền tải điện thườngkhó xác định được chính xác do chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng như điện trở suấtcủa các vùng đất dọc đường dây thay đổi, đường dây có các phân đoạn sử dụngchủng loại dây khác nhau và để xác định thông số đường dây, các công ty điệnlực có thể áp dụng các phương pháp như:

- Sử dụng các công thức tính toán thông số đường dây [6] Tuy nhiên, xácđịnh thông số đường dây theo phương pháp này có thể gặp phải sai số docác phép tính trung gian (ví dụ như tính điện kháng đường dây phải quamột loạt phép tính trung gian như khoảng cách xà cột, chủng loại đườngdây, lộ đơn hay lộ kép, đường dây điện có dây dẫn phân pha…, tính dungdẫn thì phải sử dụng một loạt các công thức tính toán xét đến ảnh hưởngcủa đất, đường dây có dây chống sét…), vì vậy khi áp dụng công thứctính toán thì thông số đường dây sẽ gặp sai số so với thông số thực tế củađường 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 quảtính toán [29] do các yếu tố như: khi đo lường thông số để khắc phụcnhiễu từ các hệ thống mang điện khác, thông số đo lường được thực hiệnvới nguồn có tần số 30Hz và 70Hz, và giá trị trung bình của hai phép đochính là tổng trở đường dây ở tần số 50Hz; mô hình đường dây được ápdụng để xác định thông số đường dây là mô hình thông số tập trung có độchính 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 làthông số chính xác của đường dây, vì vậy khi thông số đường dây không chínhxác 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 môhình đường dây – sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ các phía đường dây – cho bài toánđịnh vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện là hướng nghiên cứu phù hợp và việc lựachọn luận án “Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thuộclưới 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

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 đườngdây, 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 tảiđiện với đặc điểm như sau:

• Thuật toán định vị sự cố mà dữ liệu đầu vào không yêu cầu biết trước thông số củađường dây Giải pháp này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của thông số đường dây khôngchính xác và nâng cao độ chính xác định vị sự cố Thuật toán định vị sự cố chỉ sửdụng thành phần thứ tự thuận của tín hiệu điện áp và dòng điện vì thế có thể ápdụng 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 dòngđiện gây ra đối với kết quả định vị sự cố khi sử dụng thuật toán được đề xuất nghiêncứu

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

• Tín hiệu đo dòng điện và điện áp tại các đầu đường dây được đồng bộ về mặt thờigian (các rơle tại các đầu đường dây được đồng bộ thời gian qua hệ thống đồng hồGPS)

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 môphỏng

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 thựctiễn cao Ngoài ra, khi áp dụng các thuật toán này trong thực tế sẽ không yêu cầuphải 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 vớiđiều 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 trênđường dây truyền tải điện đơn không đồng nhất và mở rộng cho đường dây rẽ nhánh khôngđồng 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 trênđường dây truyền tải điện không đồng nhất, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lườngđồng bộ từ các phía của đường dây Dữ liệu đầu vào thuật toán không yêu cầu thông số củađường dây Giải pháp này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của thông số đường dây không chínhxác 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 baogồm các phần tự cảm và hỗ cảm, vì vậy rất khó để xác định chính xác và thường lấy theokinh nghiệm Việc hiệu chỉnh lại thông số đường dây trước khi tiến hành định vị sự cố chophép nâng cao độ chính xác của thuật toán, đồng thời cập nhật lại thông số của đường dâytruyền 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 rẽnhánh, các đoạn đường dây có thể có chủng loại dây đồng nhất hoặc không Sai số của kếtquả 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 củasai số đo lường dòng điện và điện áp Kết quả của mô phỏng Monte-Carlo cho thấy cácphương pháp đề xuất có độ tin cậy tương đối cao, với sai số tối đa kết quả định vị sự cốđạt

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 trìnhbày 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

Chương 1: Tổng quan

Giới thiệu tổng quát về các thuật toán định vị sự cố đối với đường dây tải điện đã đượccông 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

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 sửdụng chủng loại dây khác nhau Ưu điểm của thuật toán đề xuất là dữ liệu đầu vào khôngyêu cầu thông số đường dây, do đó giảm được sai số định vị sự cố Các kết quả mô phỏngkiểm chứng tính đúng đắn của đề xuất và kết quả so sánh với các phương pháp khác cùngđược 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 nhưthuật toán ở Chương 2, tuy nhiên mở rộng được khả năng áp dụng cho các đường dây có rẽnhánh

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 củacác biến dòng 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 đềra; đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu trong tương lai để khắc phục các hạn chế còntồn tại trong luận án

1 TỔNG QUAN

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 điệnđược công bố còn 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 tíchWavelet để định vị sự cố Ưu điểm của thuật toán là sai số định vị sự cố nhỏ (kết quả môphỏng có sai số lớn nhất khoảng 1,49% với đường dây dài 118,5km) Nhược điểm thuật toáncần có số lượng bản ghi đủ lớn để huấn luyện mạng Nghiên cứu đề xuất sử dụng tới 2136bản 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 cácrơle kỹ thuật số Schneider P132, P443 Thuật toán định vị có xét đến thành phần dòng điệntải trước lúc sự cố và thông số của nguồn phía đầu đường dây đối diện Thuật toán làm việcchính 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 dâytruyền tải có rẽ nhánh và có nguồn cấp từ các phía Tuy nhiên, cả 3 thuật toán được trình bàyđều 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 củaSiemens để phân tích và định vị sự cố Thuật toán định vị dựa trên các bản ghi sự cố từ haiđầu đường dây; tín hiệu dòng điện và điện áp đo được tại hai đầu có thể được đồng bộ vềmặt 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 đãcông bố có liên quan tới hướng nghiên cứu của đề tài

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

Các nghiên cứu về thuật toán định vị sự cố trên đường dây tải điện đã được công bố trên rấtnhiều bài báo, phần lớn các nghiên cứu tập trung vào bài toán định vị sự cố xảy ra trên đườngdây truyền tải đồng nhất, với yêu cầu dữ liệu đầu vào các thuật toán là thông số chính xáccủa đường dây, và một vài thuật toán yêu cầu dữ liệu về tổng trở nguồn phát hai đầu đườngdây

Nghiên cứu [26] trình bày thuật toán điện kháng đơn áp dụng định vị sự cố xảy ra trênđường dây truyền tải điện đồng nhất hình 1.1, sử dụng tín hiệu đo lường điện áp và dòngđiện từ một đầu đường dây Thuật toán thì đơn giản, dễ dàng lập trình, tuy nhiên kết quảđịnh vị bị sai số bởi giá trị của điện trở sự cố, dòng điện của tải và dữ liệu đầu vào của thuậttoán 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 nhấtTrong đó: V sf,V rf,I sf,I rf điện áp và dòng 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; Z 1– 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 sfcho các loại sự cố

AG Vaf Iaf + kIg0 Iaf – Iapre

BG Vbf Ibf + kIg0 Ibf – Ibpre

CG Vcf Icf + kIg0 Icf – Icpre AB,ABG,ABC Vaf – Vbf Iaf – Ibf (Iaf – Iapre) – (Ibf – Ibpre) BC,BCG,ABC Vbf – Vcf Ibf – Icf (Ibf – Ibpre) – (Icf – Ibpre) CA,CAG,ABC Vcf – Vaf Icf – Iaf (Icf – Icpre) – (Iaf – Iapre)

vì thế kết quả định vị của thuật toán không bị ảnh hưởng bởi dòng 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:

Nghiên cứu [16], [41] đưa ra các chỉ số để đánh giá các bộ lọc DC, từ đó đưa ra khuyếnnghị sử dụng bộ lọc số mô phỏng kết hợp DFT hoặc phương pháp lọc Kalman cải tiến ứngdụng 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 từmột 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 dòng điện

đo lường từ hai đầu đường dây, trong đó thuật toán [65], [67] chỉ sử dụng thành phần thứ tựnghịch của tín hiệu điện áp và dòng điện vì thế thuật toán không bị ảnh hưởng bởi dòng điệncủa tải, tính bất định của tổng trở thứ tự không của đường dây truyền tải điện, điện trở sựcố… 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 toányêu 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 đồngnhất, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây và môhình đường dây thông số rải Thuật toán đề xuất phương trình toán học để phát hiện, và xácđịnh 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 yêucầu 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 Thuậttoán yêu cầu dữ liệu đầu vào là thông số đường dây, tổng trở nguồn ở hai đầu đường dây vàtín hiệu điện áp đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây mà không yêu cầu tín hiệu dòngđiện Vì vậy, thuật toán định vị sự cố không bị ảnh hưởng bởi bão hòa của máy biến dòngđiện đo lường, nhưng thuật toán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây, và yêu cầu biếtchính xác tổng trở nguồn phát ở hai đầu đường dây là rất khó đáp ứng trong thực tế

Nghiên cứu [30] áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đồng nhất, thuậttoán chỉ sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ một đầu đường dây, thông số và

mô hình tập trung của đường dây truyền tải điện Nghiên cứu đề xuất thuật toán định vị cókhả năng áp dụng định vị cho đường dây đơn đồng nhất, mở rộng áp dụng cho đường dâysong song, và cũng đề xuất phương pháp bù sai số định vị khi đường dây truyền tải có hainguồn sử dụng tổng trở nguồn phát ở hai đầu đường dây

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 tínhiệu và xác định vị trí sự cố xảy trên đường dây truyền tải, trong đó nghiên cứu [36] trìnhbày 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 yêucầu 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 sửdụng 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 trongtrường hợp tín hiệu đo lường từ hai đầu không được đồng bộ chính xác Tuy nhiên, thuậttoán [25] chỉ áp dụng được cho đường dây truyền tải đồng nhất và dữ kiện đầu vào của thuậttoán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây

Nghiên cứu [49] trình bày phương pháp định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tảiđiện sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ Nghiên cứu [49] đề xuất thuật toán xác định

góc đồng bộ tín hiệu; và sử dụng phương trình phân bố điện áp tại điểm sự cố từ đó đưa racông thức xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, kết quả định vị sự cốcủa thuật toán đề xuất không bị ảnh hưởng bởi điện trở sự cố, và tín hiệu trước sự cố Tuynhiên, thuật toán chỉ áp dụng cho đường dây truyền tải đơn đồng nhất và yêu cầu biết trướcthông số đường dây.

Nghiên cứu [37] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố sử dụng tín hiệu điện áp vàdòng điện đo lường không đồng bộ từ hai đầu đường dây Thuật toán đề xuất phương trìnhxác 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

áp dụng cho đường dây đồng nhất

Nghiên cứu [59] trình bày thuật toán định vị sự cố trên đường dây truyền tải, sử dụng tínhiệu điện áp và dòng điện đo lường từ hai đầu đường dây từ đó thành lập phân bố điện áp tạiđiểm sự cố xác định từ tín hiệu đo lường của hai đầu đường dây và giao điểm của hai phân

bố điện áp là vị trí xảy ra sự cố trên đường dây Thuật toán chỉ sử dụng biên độ của điện áptại điểm sự cố vì vậy thuật toán không yêu cầu tín hiệu điện áp và dòng điện phải đo lườngđồng 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 xáchơn 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 kiểmchứng đều dựa trên mô phỏng EMTP, MATLAB;

• Chủ yếu sử dụng thành phần thứ tự thuận của dòng điện và điện áp đo được đểtính toán định vị sự cố: mục đích là giảm thiểu ảnh hưởng của hỗ cảm thứ tự khôngkhi 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 quảđịnh 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 vẫngặp 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 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 làthông số chính xác của đường dây Tuy nhiên, trong thực tế thông số đường dây thườngkhông biết chính xác, vì thế sẽ ảnh hưởng đến tính chính xác của kết quả định vị sự cố Vìvậy, 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 hình1.1, sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ và không yêu cầu biết trước thông số đườngdây, sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ từ hai phía đường dây truyền tải điện, thuậttoán đề xuất hệ phương trình để xác định đồng thời: vị trí sự cố, góc đồng bộ tín hiệu, tổngtrở sóng và hệ số truyền sóng của đường dây Tuy nhiên thuật toán [23] chỉ áp dụng chođường dây truyền tải đơn đồng nhất Thuật toán [23] được tóm lược như sau:

Điện áp và dòng điện thứ tự thuận trước sự cố đo lường từ điểm S và điểm R phải thỏamãn biểu thức sau:

V e = cosh( l)V + Z sinh( l)I   (1.4)

Trong đó: V s1 , I s1 , V r1 , I r1điện áp và dòng điện thứ tự thuận trước sự cố đo lường từ điểm

cosh d V + Z sinh d I = cosh  l - d V + Z sinh  l - d I e  (1.5)

Trong đó: V sf1 , I sf1 , V rf1 , I rf1 điện áp và dòng điện thứ tự thuận trong sự cố đo lường từđiểm 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, = 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 tảiđiện, tuy nhiên thuật toán chỉ dừng lại ở bài toán xác định thông số đường dây mà chưa giảiquyết 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 dụngcho 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 truyềntải Sử dụng tín hiệu điện áp và dòng 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 tínhiệu đo lường trước sự cố, thuật toán định vị chỉ áp dụng được cho loại sự cố không đốixứng 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 sửdụng tín hiệu đo lường không đồng bộ đo lường từ hai đầu đường dây Thuật toán có haibước: đồng bộ lại các tín hiệu đo từ hai đầu đường dây và xác định thông số đường dây; xácđịnh 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 sốđường dây Thuật toán gồm hai bước: giả thiết dung dẫn của đường dây bằng không từ đóđồng 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 điện

áp, dòng điện, tổng trở và tổng dẫn của đường dây vì thế phương pháp này có khối lượngtính toán lớn và khó lập trình

Nghiên cứu [51], [64], [66] đưa ra thuật toán định vị sự cố đơn giản, chỉ sử dụng tín hiệuđiện áp và dòng điện đo lường không cần đồng bộ từ hai đầu đường dây Tuy nhiên, thuậttoán [51], [64] cần sử dụng kết hợp với thuật toán phân loại sự cố; thuật toán [66] sử dụngthành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch của tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường 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 điệnkhông yêu cầu biết trước thông số đường dây, vì thế có thể xem thuật toán đề xuất thuộc lớpcác thuật toán không phụ thuộc thông số Tuy nhiên, thuật toán [52] chỉ áp dụng định vị chocác loại sự cố không đối xứng Hiện nay, các công ty điện lực thường sử dụng phương pháptính toán thông số đường dây như trong tài liệu [6], hoặc sử dụng thiết bị đo lường thông sốđường dây như OMICRON CPC 100 [29] Tuy nhiên, thông số đường dây của cả hai phươngpháp này đều gặp phải sai số do sai số của các phép tính trung gian hoặc sai số đo lường Vìthế, các thuật toán xác định vị trí sự cố không yêu cầu biết trước thông số đường dây thìchính xác và linh hoạt hơn các thuật toán định vị sự cố yêu cầu phải biết thông số đườngdây Tuy nhiên, các thuật toán được tổng quan trong phần này chỉ áp dụng định vị sự cố vớiđường dây đơn đồng nhất

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây đơn không đồng nhất với 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] đượccông 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 đơnkhông đồng nhất)

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

từ các phía của đường dây, mô hình đường dây thông số rải để nâng cao tính chính xác củathuật toán từ đó đưa ra phương trình xác định chính xác vị trí sự cố, và đây là ưu điểm củathuật 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 nhấtGiả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC:

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 tínhtới từ hai đầu đường dây Việc sử dụng thành phần thứ tự nghịch có ưu điểm là giảm đượcảnh hưởng của hỗ cảm giữa các pha, điện trở sự cố, tải và hệ thống không đồng nhất Tuynhiên cần phải xác định loại sự cố trước khi định vị và thuật toán chỉ áp dụng định vị chocác 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 trênđường 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 liệuđầu vào là thông số chính xác của các phân đoạn đường dây, và kết quả định vị sự cố củathuật toán gặp sai số khi tín hiệu đo lường không được đồng bộ

Nghiên cứu [31] trình bày phương pháp định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tảiđồng nhất và đường dây không đồng nhất, sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầuđường dây Thuật toán đề xuất phương trình xác định vị trí sự cố và không yêu cầu thuậttoán lặp Tuy nhiên, các thuật toán đều phải yêu cầu biết chính xác thông số đường dây, vìvậy kết quả định vị sự cố các thuật toán này sẽ gặp phải sai số do các phép tính trung giantrong quá trình tính toán thông số đường dây [6]; hoặc nếu sử dụng thiết bị đo thông sốđường dây thì kết quả định vị sự cố vẫn gặp phải sai số do sai số đo lường [29]

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện rẽ nhánh với 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 rẽnhánh 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 gâynhiều khó khăn cho công tác định vị sự cố và thiết kế các hệ thống rơle bảo vệ Trong nhữngnăm vừa qua đã có một số bài báo được công bố liên quan đến bài toán định vị sự cố xảy ratrên 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 dòng điện đo lường từ ba đầu cuối hình 1.3, và thuậttoán có thể áp định vị cho đường dây song song có rẽ nhánh Thuật toán sử dụng tín hiệuđiện áp và dòng 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 chínhxác vị trí sự cố, và đây là ưu điểm của thuật toán so với các thuật toán sử dụng thuật toánlặp Tóm lược thuật toán [47] như sau:

Hình 1.3 Đường dây rẽ nhánhXác định điện áp và dòng điện tại điểm nối J sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo

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

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

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

và D tlà 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 đườngdây truyền tải rẽ nhánh sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ đầu cuối của mỗiphân đoạn đường dây Nghiên cứu [10], [32] cũng đã đề xuất thuật toán đồng bộ tín hiệu đolường 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 cácphân 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 dòng 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, cấuhình đường dây, sai số thiết bị biến đổi; và thuật toán sử dụng thành phần xếp chồng của tínhiệu đo lường vì thế kết quả định vị không bị ảnh hưởng bởi dòng điện của tải, tuy nhiênthuật 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 truyềntải rẽ nhánh có nhiều đầu cuối Thuật toán định vị sự cố chỉ sử dụng tín hiệu điện áp đo lườngđồng bộ từ các đầu cuối, vì thế kết quả định vị không bị ảnh hưởng bởi sai số của máy biếndòng điện; và thuật toán có thể áp dụng để định vị sự cố xảy ra trên đường dây hoán vị hoặckhông hoán vị, tuy nhiên thuật toán yêu cầu phải có thông số đường dây cũng như tổng trởcủa các nguồn phát

Nghiên cứu [21], [39] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dâytruyền tải có nhiều đầu cuối Thuật toán sử dụng thành phần thứ tự thuận trước sự cố vàtrong sự cố của điện áp và dòng điện đo lường đồng bộ từ các đầu cuối của đường dây đểxác định tổng trở nguồn phát, kết hợp với tổng trở đường dây thành lập ma trận tổng trở củalưới điện từ đó áp dụng thuật toán lặp để xác định vị trí sự cố Thuật toán có thể áp dụng đểđịnh vị sự cố cho tất cả các loại sự cố, kết quả định vị không bị ảnh hưởng bởi điện trở ngắnmạch, tuy nhiên thuật toán yêu cầu phải biết trước thông số chính xác của đường dây là dữliệu đầu vào của thuật toán

Nghiên cứu [38] trình bày thuật toán định vị sự cố cho đường dây rẽ nhánh chỉ sử dụngtín hiệu dòng 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 cácphân 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 trunggian [6]; nếu sử dụng phương pháp đo lường thông số đường dây thì kết quả định vị sự cốvẫn 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

Hầu hết sự cố xảy ra trong hệ thống điện là xảy ra đối với đường dây truyền tải điện Thôngtin chính xác về vị trí xảy ra sự cố sẽ giúp việc sửa chữa và khôi phục cung cấp điện đượcnhanh và hiệu quả Tuy nhiên, việc xác định chính xác vị trí sự cố bị ảnh hưởng bởi một vàiyếu tố ngẫu nhiên Trong số các yếu tố, sai số của thiết bị biến đổi sử dụng trong đo lườngnhư CT và VT, sai số biến đổi tương tự - số, sai số của bộ lọc số gây ảnh hưởng đến tínhchính xác của kết quả định vị sự cố Sai số của kết quả định vị sự cố là do dữ liệu đầu vàocủa các thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện được đo lường trựctiếp Vì vậy, việc phát triển một phương pháp cho phép ước tính ảnh hưởng của sai số đolường 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 trởtương 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, dòng điện và tổng trở nguồn Trong đó, nghiên cứu [18] và [42] chorằng sai số của máy biến điện áp và máy biến dòng điện đo lường là sai số có hệ thống;Nghiên cứu [15] chỉ quan tâm đến sai số của kết quả đo lường của dòng điện đến kết quảđịnh vị sự cố; Nghiên cứu [24] chỉ quan tâm đến sai số của điện trở sự cố và biên độ củađiện áp đo lường

Nghiên cứu [17], [50], [53], [55], [68]–[70] trình bày phân tích độ nhạy kết hợp phươngpháp Monte Carlo để xác định ảnh hưởng của những yếu tố bất định như điện trở sự cố, dòngđiện của tải, tổng trở nguồn, thông số đường dây đến kết quả định vị sự cố Trong đó, nghiêncứu [17] có xét đến sai số của tín hiệu đo lường nhưng cho rằng sai số có tính hệ thống

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 toánxác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, có thể nhận thấy còn 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 sốchính xác của đường dây.

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

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

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

2 THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CẢI TIẾN ÁP DỤNG VỚI 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, môhình đường dây được sử dụng trong các thuật toán định vị Trong đó, sai số đo lường củacác thiết bị biến đổi là sai số có tính xác suất, và khó loại trừ; trong khi đó sai số mô hìnhđường 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 đườngdây 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 dâycủa 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 phầnthứ tự thuận của tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai phía đầu đường dây Thành phần thứ tựthuận có mặt trong tất cả các loại sự cố vì vậy thuật toán có thể áp dụng để định vị cho tất cảcác loại sự cố và không yêu cầu sử dụng thuật toán phân loại sự cố Để đơn giản trong trìnhbày, 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

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 cửanối tiếp nhau như hình 2.2

Hình 2.1 Đường dây truyền tải không đồng nhất

Hình 2.2 Nối tiếp mạng hai cửa.

Xác địnhV I S S, sử dụng điện ápV C và dòng điện I C của điểm nối C, áp dụng lý thuyếtmạng hai cửa [1], [5], [6], [12], [40]:

Kết hợp phương trình (2.1) và (2.2), xác địnhV I s s, sử dụng điện ápV R và dòng điện I R

đo lường từ đầu R:

Kết hợp phương trình (2.4) và (2.5), xác địnhV I R R, sử dụng điện ápV s và dòng điện I s

đo lường từ đầuS :

 và  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 đồng nhất

Thuật toán trình bày ở phần này xem xét một đường dây truyền tải điện không đồng nhất cóhai 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 cốd 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 dòng điện trước sự cố của bản ghi sự cố thứ nhất và kết hợp vớiphương trình (2.3), xác định điện ápV s1sử dụng điện ápV r1và dòng điện I r1đo lường từ đầu

cosh l sinh l Z + sinh l Z cosh

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

2.2.2.2 Thành lập phương trình quan hệ điện áp đo lường của đầu R và điện áp tính toán đầu R sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu S của bản ghi thứ nhất (PT2)

Sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện trước sự cố của bản ghi sự cố thứ nhất và kết hợp vớiphương trình (2.6), xác định điện ápV r1 sử dụng điện ápV s1 và dòng điện  I s1 đo lường từ

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

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 F 1

Hình 2.5 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F 1 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 F 1và mạng hai cổng tương đương khi sự cố xảy ratrên phân đoạn SC, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện trong sự cố của bản ghi sự cố thứnhất, xác định điện áp V cf1 và dòng điện I cf1 tại điểm nối C sử dụng điện áp  V rf1 và dòng điện

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

Xác định điện áp V fc1 và dòng điện I fc1 tại điểm sự cố F 1sử dụng điện ápV cf1 và dòngđiện  I cf1 tại điểm nối C từ phương trình (2.18), được:

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

hiệu dòng điện và điện áp tại điểm nối C.

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

hiệu dòng điện và điện áp đo lường từ đầu S.

2.2.2.4 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 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 F 2 xảy ra trên SC Hình 2.6 và hình 2.7 minh họa sự cố F 2và mạng hai cổng tương đương khi sự cố xảy ra trên

phân đoạn SC, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện trong sự cố của bản ghi sự cố thứ hai,

xác định điện áp V cf2 và dòng điện I cf2 tại điểm nối C sử dụng điện áp  V rf2 và dòng điệnI  rf2

đo lường từ đầu R:

Điện áp tại điểm sự cố xác định sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện từ đầu S và điểm nối C phải bằng nhau, kết hợp (2.31) và (2.34), được:

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

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

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

D A

= -C

Trong đó:V sfi,I sfi,V cfi,I cfi là điện áp và dòng điện trong sự cố tại các điểm S và C

Xác định điện áp  V fc2 và dòng điện I fc2 tại điểm sự cố F 2sử dụng điện ápV cf2 và dòngđiện  I cf2 tại điểm nối C từ phương trình (2.38), được:

Xác định điện ápV fr2 và dòng điện I fr2 sử dụng điện áp  V rf2 và dòng điện  I rf2 đo lường

Điện áp tại điểm sự cố sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện từ đầu R và từ điểm nối C

phải bằng nhau, kết hợp (2.41) và (2.44), được:

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 ):

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

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.

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

là điện áp và dòng điện trước sự cố tại đầu S, R và điểm nối C.

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

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

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

và dòng điện I  c f tại điểm nối C được xác định từ (2.50):

Trong đó:V fc là điện áp trong sự cố tại điểm sự cố F;

Xác định điện áp V  f s tại điểm sự cố sử dụng điện áp V  s f và dòng điện I  sf đo lường từ

Biên độ điện áp tại điểm sự cố F được tính toán từ tín hiệu điện áp và dòng điện tại điểm

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

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

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  c f và dòng điện I  c f tại điểm nối C sử dụng điện áp V s và dòng điện

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

và dòng điện I  c f tại điểm nối C từ (2.55):

Biên độ điện áp tại điểm sự cố F được tính toán từ các tín hiệu điện áp và dòng 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 mềmMATLAB với phương pháp số tìm kiếm lát cắt vàng (golden section search) trong khoảng

1

 0 l , 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 l 2 ,được nghiệmd 2 chính là vị trí sự cố xảy ra trên phân đoạn RC Áp dụng điều kiện sau đểchọn vị trí sự cố chính xácd :

Trong đó:fval EQ 1( ) là giá trị của EQ1 khi thế giá trị d 1; fval E Q 2( ) là giá trị của EQ2 khithế giá trịd 2.

Phương pháp định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất được trình bày ở phầntrên được tổng kết thành lưu đồ thuật toán như hình 2.13

2.4 Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất

Cho đường dây truyền tải có phân đoạn như hình 2.14, chiều dài phân đoạn SC l 1=100km,

chiều dài phân đoạn CR l 2=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 mềmMATLAB

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 ratrên 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, kếtquả thể hiện trong hình 2.15

Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l 1=100km.