Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)

Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái. (tt)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH MỘT SỐ

THÔNG SỐ SỰ CỐ KHI XẢY RA NGẮN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY CAO

ÁP ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN

TỈNH YÊN BÁI

Mã số: ĐH2013-TN02-02

Chủ nhiệm đề tài: TS Trương Tuấn Anh

THÁI NGUYÊN, 04/ 2017

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC

XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN XÁC ĐỊNH MỘT SỐ

THÔNG SỐ SỰ CỐ KHI XẢY RA NGẮN MẠCH TRÊN ĐƯỜNG DÂY CAO

ÁP ÁP DỤNG CHO LƯỚI ĐIỆN TỈNH YÊN BÁI

Mã số: ĐH2013-TN02-02

Xác nhận của tổ chức chủ trì Chủ nhiệm đề tài

KT.HIỆU TRƯỞNG (Ký, họ tên)

PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS.TS Vũ Ngọc Pi Trương Tuấn Anh

Thái Nguyên, 04/ 2017

DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI

VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1 PGS.TSKH Trần Hoài Linh

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

2 ThS Dương Hòa An

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên

3 ThS Đào Duy Yên

Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp – Đại học Thái Nguyên

MỤC LỤC DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN

VỊ PHỐI HỢP CHÍNH 1

MỤC LỤC 2

MỞ ĐẦU 7

1 Tính cấp thiết của đề tài 7

2 Mục đích nghiên cứu 7

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 7

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 7

Chương 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 8

Chương 2: CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT TRONG ĐỀ TÀI 8

2.1 Sơ đồ khối tổng thể ước lượng vị trí sự cố 8

2.2 Mạng nơron MLP và ứng dụng ước lượng vị trí sự cố 9

2.2.1 Mạng nơron MLP hoạt động độc lập ước lượng vị trí sự cố 9

2.2.2 Mạng nơron MLP phối hợp song song với một thuật toán tổng trở (thuật toán mô phỏng trên máy tính; thuật toán tích hợp trong rơle khoảng cách thực tế) 9

2.3 Phần mềm ATP/EMTP và ứng dụng để tạo mẫu số liệu 10

2.4 Hợp bộ thí nghiệm CMC-356 thử nghiệm kết quả tác động của rơle khoảng cách thực tế 10

Chương 3: CÔNG CỤ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG 11

3.1 Phần mềm mô phỏng ATP/EMTP 11

3.2 Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha công suất lớn CMC 356 - OMICRON 11

3.3 Wavelet và ứng dụng trong phân tích tín hiệu 11

3.4 Mạng nơron nhân tạo và ứng dụng xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện 11

Chương 4: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 11

4.1 ATP/EMTP mô phỏng ngắn mạch trên đường dây 11

4.2 Kết quả xác định thời điểm xuất hiện sự cố 13

4.3 Kết quả ước lượng vị trí, điện trở và dạng sự cố 13

4.3.1 Trích xuất số liệu và các thông tin đặc trưng 13

4.3.2 Đánh giá, lựa chọn các đầu vào cho mạng MLP 14

4.3.3 Mạng nơron MLP ước lượng vị trí sự cố, dạng sự cố và điện trở sự cố 14

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 19

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

Đơn vị: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung

- Tên đề tài: Xây dựng mô hình tính toán xác định một số thông số sự cố khi xảy ra ngắn mạch trên đường dây cao áp áp dụng cho lưới điện tỉnh Yên Bái

- Mã số: ĐH2013-TN02-02

- Chủ nhiệm: TS Trương Tuấn Anh

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp

- Thời gian thực hiện: 2013-2014

2 Mục tiêu

Xây dựng được mô hình sử dụng độc lập một mạng nơron MLP và mô hình sử dụng song song một thuật toán tổng trở (thuật toán tổng trở chạy trên máy tính hoặc thuật toán tổng trở của một rơle khoảng cách thực tế 7SA522) với một mạng nơron MLP để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện

3 Tính mới sáng tạo

- Khắc phục những nhược điểm của các phương pháp định vị sự cố trên đường dây tải điện hiện có, đề xuất và thực hiện thành công nghiên cứu mới về định vị sự cố như kết quả của đề tài đã nghiên cứu

4 Kết quả nghiên cứu

- Khảo sát và đề xuất ứng dụng wavelet Daubechies bậc 3 để phân tích thành phần d1 của tín hiệu lấy mẫu với tần số 100kHz để làm cơ sở phát hiện thời điểm xuất hiện sự cố trên đường dây truyền tải

- Khảo sát các đặc tính dựa trên hệ số tương quan giữa đầu vào và đầu ra để lựa chọn các đặc tính

có hệ số tương quan cao để dùng trong các mô hình ước lượng Các kết quả tính toán đã đưa ra danh sách 84 giá trị đặc trưng tính toán từ 6 đường tín hiệu u-i để làm cơ sở tính toán thông số vị trí sự cố

- Đề xuất ứng dụng hợp bộ mô phỏng CMC-356 của Omicron kết hợp với rơle thực tế (7SA522) để so sánh chất lượng tính toán của mô hình về vị trí sự cố với tác động của rơle trên đường dây thực tế Đồng thời các kết quả hoạt động của rơle khoảng cách thực tế sẽ được sử dụng

để tạo mẫu học một mạng nơron MLP mới để bù sai số cho rơle thực tế

5 Sản phẩm đề tài

5.1 Bài báo khoa học

[1] Trương Tuấn Anh, Trần Hoài Linh, Đinh Văn Nhượng (2013), “Phối hợp mạng Nơ-rôn

và phương pháp tổng trở để xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây tải điện”, Hội nghị toàn quốc về Điều khiển và Tự động hoá VCCA-2013, Trang 663-669, Đà Nẵng

[2] Trương Tuấn Anh, Trần Hoài Linh, Nguyễn Đức Thảo (2014), “Khảo sát trên hợp bộ thí nghiệm CMC-356 khả năng cải thiện sai số của rơle khoảng cách bằng mạng nơ-ron MLP”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên Tập 122, số 08, 2014, Trang 87-93

[3] Trương Tuấn Anh (2015), “Ứng dụng biến đổi wavelet và mạng nơ-ron nhân tạo phát hiện

sự cố ngắn mạch 2 pha trên đường dây tải điện”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Thái Nguyên Tập 139, số 09, 2015, Trang 193-199

- Tài liệu tham khảo cho các học viên thạc sĩ, nghiên cứu sinh, kỹ sư Kết quả nghiên cứu là cơ

sở cho việc chế tạo thiết bị định vị sự cố trên đường dây tải điện

- Áp dụng tính toán xác định vị trí sự cố trên đường dây thực tế (Yên Bái – Khánh Hòa) Ngày 27 tháng 4 năm 2017

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information

- Project title: Development of mathematical formulation for determining the fault parameters of high-voltage transmission systems in short-circuits applied to electric grid in Yen Bai

- Code number: ĐH2013-TN02-02

- Chairman: Dr Truong Tuan Anh

- Responsible agency: Thai Nguyen University of Technology

- Duration: From 2013 to 2014

2 Objectives

Design a new model using an independent MLP neural network and a new model using MLP

in parallel with a total resistance algorithm (the total resistance algorithm run on a computer or the total resistance algorithm of actual distance relay, 7SA522) with a MLP neural network to estimate the fault location on the transmission lines

3 Creativeness and innovativeness

- The result of the study is a basis for overcoming the disadvantages of the incident positioning method of the electricity transmission lines, proposed and implemented successfully a new study about the incident positioning;

4 Research results

- Survey and research appling the wavelet Daubechies at level 3 to analyze the d1 component for the signals of the sample at 100kHz frequency to detect the fault time occured on the electricity transmission line

- Investigate the features based on the correlation coefficients between input and output to select the features of the high correlation coefficient applied to the estimation model The calculated results issued a list with 84 characterized values calculated from six signal lines to calculate the incident location parameters

- Recommend the application of CMC-356 simulation of Omicron combined with the actual relay (7SA522) to compare the quality of the calculation model at the incident location in the impact of the actual relay on the actual line And the operating results of the actual distance relays will be used to create a sample that learn the new MLP neural network to compensate error for the actual relays

5 Products

5.1 Scientific paper

[1] Truong Tuan Anh, Tran Hoai Linh, Dinh Van Nhuong (2013), “Integration of neural network and impedance based method to estimate the shortage fault location on a transmission line”, The second VietNam conference on control and automation VCCA 2013, page 663-669, Đa Nang

[2] Truong Tuan Anh, Tran Hoai Linh, Nguyen Duc Thao (2014), “Testing the capability of MLP neural network in distance relay error correction using CMC-356”, Journal of science and technology, Thai Nguyen University 122(08), 87-93

[3] Truong Tuan Anh (2015), “Two-phase short-circuit fault detections for transmission line using wavelet transform and neural network”, Journal of science and technology, Thai Nguyen University 139(09), 193-199

5.2 Training

- The result of the study has been applied successfully to the PhD thesis

Truong Tuan Anh (2015), Research and development a new method on fault location on transmission lines using MLP neural network, PhD thesis, Hanoi Univesity of Science and Technology

6 Transfer alternatives, application institutions, impacts and benefits of research results

- The result of the study was used as the references to masters students, graduate students and engineers The research results are the basis for the positioning device manufacturing incident on electric lines

- The result of the study was applied to calculate incident positioning on the actual electricity transmission lines (from Yen Bai to Khanh Hoa)

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Khi lưới điện bị sự cố, quá trình nhận dạng, phát hiện, cách ly và xác định chính xác vị trí sự

cố càng nhanh càng có lợi, giúp cho việc khôi phục lại chế độ làm việc bình thường của hệ thống điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ Hiện nay, để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thường dùng nguyên lý khoảng cách với sai số về vị trí sự cố thay đổi tùy theo từng trường hợp cụ thể (độ chính xác thống

kê khoảng từ 1 đến 5%) Bài toán xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện đã và đang được quan tâm và nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên hiện nay các kết quả vẫn còn nhiều hạn chế, việc phát triển của các thiết bị đo mới cũng như các thuật toán xử lý tín hiệu mới để tiếp tục cải thiện được

độ chính xác là cần thiết và có ý nghĩa thực tế cao

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích của đề tài là nghiên cứu và phát triển một phương pháp mới sử dụng mạng nơron nhân tạo MLP (MultiLayer Perceptron) độc lập hoặc phối hợp với thuật toán tổng trở (thuật toán tổng trở lập trình trên máy tính; thuật toán tổng trở được cài đặt trong các rơle khoảng cách thực tế)

để cho phép ước lượng vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện được chính xác hơn Đồng thời các mạng nơron MLP cũng được sử dụng để ước lượng giá trị của điện trở sự cố và xác định dạng

sự cố với độ chính xác cao

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu:

• Các phần mềm sử dụng trong đề tài: ATP/EMTP, Matlab 7.1, DIGSI 4.82, Test Universe V2.30 - Omicron, EView

• Các thiết bị sử dụng trong đề tài: rơle khoảng cách 7SA522, hợp bộ thí nghiệm CMC-356 của Omicron

Phạm vi nghiên cứu:

• Ứng dụng phần mềm ATP/EMTP (Alternative Transients Program/ Electromagnetic Transients Program) mô phỏng một số dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện để tạo

dữ liệu mẫu cho quá trình nghiên cứu

• Lập trình các thuật toán phân tích và xử lý tín hiệu bằng các công cụ như Wavelet, mạng nơron, để xây dựng mô hình xác định vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố trên đường dây truyền tải

• Nghiên cứu về lý thuyết và các mô hình tính toán xử lý tín hiệu ứng dụng mạng nơron nhân tạo trong bài toán xác định vị trí điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện

• Tìm hiểu và ứng dụng thiết bị mô phỏng CMC-356 của OMICRON để xác định tác động thực tế của rơle khoảng cách nhằm kiểm chứng các thuật toán đã đề xuất

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

Bài toán xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải có nhu cầu thực tế cao Phương pháp mới của đề tài sẽ góp phần bổ sung số lượng các giải pháp để tạo điều kiện cho việc lựa chọn ứng dụng thực tế được dễ dàng hơn Phương pháp chỉ yêu cầu sử dụng các tín hiệu dòng điện và điện áp

ở đầu đường dây nên các khâu đo lường thu thập số liệu cũng khá đơn giản

Chương 1: CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN

ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Khi có một sự cố ngắn mạch xảy ra trên đường dây truyền tải điện, điện áp tại điểm sự cố đột ngột giảm đến một giá trị thấp, dòng điện tại điểm sự cố đột ngột tăng lên rất lớn Từ các giá trị

đo lường ta có thể xác định tổng trở sự cố, sự phân cực,… để xác định chính xác vị trí sự cố Mục tiêu chính của đề tài này là xây dựng một phương pháp mới nhằm xác định chính xác hơn vị trí sự

cố trên các đường dây truyền tải điện áp cao Tầm quan trọng của nghiên cứu này phát sinh từ sự cần thiết nhằm giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện và thời gian sửa chữa giúp xác định chính xác hơn vị trí sự cố, khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị sự cố Các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải đã được nghiên cứu nhiều năm do yêu cầu rất cao trong thực tế về việc ước lượng chính xác được vị trí của điểm sự cố Những phương pháp này có thể được phân loại theo nhiều nhóm, ví dụ những phương pháp kinh điển như: phương pháp dựa trên trở kháng, phương pháp dựa vào sự lan truyền sóng, Ngoài ra còn có các hướng nghiên cứu mới như các phương pháp dựa trên các thuật toán xử lý tín hiệu mới

để phân tích các tín hiệu đo lường nhằm đưa ra được kết quả ước lượng vị trí sự cố với độ chính xác cao hơn các phương pháp kinh điển Có thể kể tới các phương pháp sử dụng biến đổi sóng con (wavelet) để phát hiện điểm thay đổi đột ngột (điểm bắt đầu xuất hiện một tần số mới); sử dụng phép biến đổi S trong miền tần số; các phương pháp sử dụng thuật toán di truyền để tối ưu hóa các

mô hình nhận dạng phi tuyến; các phương pháp nơron và nơron lô-gíc mờ để xây dựng mô hình nhận dạng phi tuyến; phương pháp tổng hợp kết quả nhiều hệ nhận dạng, Nhìn chung các phương pháp đều có những khả năng ứng dụng nhất định, tuy nhiên tất cả các phương pháp đều có những tồn tại nhất định, và đây cũng sẽ là khả năng để có thể tìm được một giải pháp tốt hơn cho bài toán xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện

Chương 2: CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT TRONG ĐỀ TÀI 2.1 Sơ đồ khối tổng thể ước lượng vị trí sự cố

Các giải pháp hiện nay thường được giới hạn trong một nhóm đối tượng cho nên ta khó áp dụng được giải pháp của hệ thống này sang hệ thống khác, hoặc thậm chí trong cùng một hệ thống nhưng với các thông số các phần tử khác nhau, Vì vậy một trong những ý tưởng hiện nay của các nghiên cứu đó là xây dựng các giải pháp "mềm dẻo" có khả năng tự học Có nghĩa là cần xây dựng một hệ thống thu thập, phân tích và xử lý tín hiệu có cấu trúc khá cố định nhưng có các tham số có thể điều chỉnh được để có thể thích nghi với các tín hiệu đầu vào mới Khi đó nếu có một đối tượng mới hoặc một bài toán mới, có thể tiến hành thu thập các mẫu tín hiệu mới để đưa vào cho hệ thống điều chỉnh lại các tham số để có thể hoạt động tốt hơn với các mẫu tín hiệu mới này Quá trình điều chỉnh thích nghi hệ thống theo các mẫu số liệu mới được gọi là quá trình học của hệ thống Trường hợp các mẫu học bao gồm cả cặp tín hiệu đầu vào và các đáp ứng đích mong muốn được gọi là quá trình học có hướng dẫn

Phương pháp được đề xuất trong đề tài được thực hiện tuần tự qua ba bước như sau Sơ đồ khối của ý tưởng này được trình bày như hình 2.1