Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đại nhận dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện tt

Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của luận án là phát triển phương pháp mới sử dụng những thuật toán hiện đại cho phép xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện không

MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp trong cả cấu trúc và vận hành, khi xẩy ra

sự cố bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống đều ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện

năng và gây thiệt hại lớn về kinh tế Vì vậy, nội dung của đề tài đề cập đến “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đại nhận dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện” nhằm hỗ trợ quá

trình định vị và khắc phục các sự cố trên đường dây truyền tải điện, qua đó giảm bớt những thiệt hại về kinh

tế và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ

Bài toán phát hiện dạng sự cố và vị trí của sự cố trên đường dây truyền tải điện là một bài toán kinh điển của lý thuyết mạch và hệ thống điện Hiện nay, có nhiều nghiên cứu đã và đang được thực hiện về vấn đề này Tuy nhiên các kết quả vẫn còn nhiều hạn chế do có nhiều trường hợp sự cố và giá trị phần tử gây sự cố gây ra các hiện tượng tương tự như khi tham số của đường dây biến thiên nên các phương pháp như rơle tổng trở sẽ gây sai số lớn Việc phát triển của các thiết bị đo mới cũng như của các thuật toán xử lý tín hiệu mới có khả năng để tiếp tục cải thiện được các kết quả phân tích

Việc xây dựng thành công một giải pháp phân tích và phát hiện vị trí điểm sự cố sẽ có ý nghĩa thực tế tốt, nếu đưa vào vận hành sẽ có khả năng mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế - kỹ thuật do tăng cường được độ chính xác nhằm hỗ trợ cho quá trình khắc phục sự cố được nhanh hơn

Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của luận án là phát triển phương pháp mới sử dụng những thuật

toán hiện đại cho phép xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện (không phân nhánh và có nhiều nhánh rẽ) một cách chính xác hơn với ít thiết bị đo nhất có thể

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu và đưa ra phương pháp xác định vị trí sự

cố trên đường dây truyền tải điện không phân nhánh và có phân nhánh Luận án chưa xét đến ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm đến sai số của phương pháp

Trọng tâm nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu các thuật toán phân tích và xử lý tín hiệu bằng các công cụ

Matlab, wavelet, mạng nơron, hàm tương quan, phân tích tín hiệu trên miền thời gian và tần số để xác định vị trí sự cố, dạng sự cố trên đường dây truyền tải không phân nhánh và đường dây truyền tải có nhiều nhánh Nghiên cứu ảnh hưởng của điện trở, điện cảm sự cố trên đường dây đến sai số của phương pháp Tìm hiểu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với một vài dạng sự cố nhằm kiểm chứng các thuật toán đã đề xuất Nghiên cứu lý thuyết truyền sóng trên đường dây truyền tải điện từ đố dùng phần mềm Matlab mô phỏng các dạng ngắn mạch trên đường dây để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết

Phương pháp nghiên cứu: Phân tích hệ thống và xác định đặc thù của đối tượng nghiên cứu thông qua

nhiều cách tiếp cận Lựa chọn và xây dựng những công cụ toán học cần thiết cho nghiên cứu Lựa chọn công

cụ đánh giá và kiểm chứng kết quả nghiên cứu, cụ thể là: Mô hình hóa mô phỏng bằng phần mềm Matlab và cài đặt thử nghiệm thuật toán nhận dạng sự cố

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:

­ Ý nghĩa khoa học chính của đề tài là đề xuất phương pháp xác định vị trí trên đường dây truyền tải bổ xung vào các phương pháp hiện có, xây dựng và giải quyết được bài toán xác định chính xác vị trí sự cố với các dạng vị trí sự cố khác nhau với sai số cho phép

­ Ý nghĩa thực tiễn chính của phương pháp của luận án góp phần bổ xung cho các giải pháp xác định vị trí

sự cố trên đường dây truyền tải có một hoặc nhiều nhánh Phương pháp chỉ yêu cầu sử dụng ít nhất các tín

hiệu đo từ các đầu của đường dây truyền tải điện, nên các khâu đo lường và thu thập số liệu cũng đơn giản, tính kinh tế cao

Chương 1:

TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

1.1 Giới thiệu chung

1.2 Tổng quan về các phương pháp định vị sự cố trên đường dây tải điện

1.3 Phương pháp đo lường từ một phía

1.3.1 Phương pháp điện kháng đơn

1.3.2 Phương pháp Takagi

1.3.3 Phương pháp Takagi cải tiến

1.4 Phương pháp đo lường từ hai đầu

1.5 Phương pháp sử dụng mạng nơron

1.6 Phương pháp sóng lan truyền

1.6.1 Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự cố

1.6.2 Phương pháp sóng lan truyền từ đầu đường dây

1.7 Kết luận chương 1

Qua trình bày về phân tích các phương pháp xác định vị trí sự cố có thể tóm tắt hiện nay có các phương pháp xác định sự cố kinh điển như phương pháp dựa trên đo lường từ một đầu đường dây, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây Các phương pháp mới như phương pháp sử dụng mạng nơron, phương pháp sóng lan truyền Mỗi một phương pháp, thuật toán khác nhau vì vậy có ưu nhược điểm riêng Đối tượng đường dây truyền tải điện rất đa dạng, đường dây truyền tải với các cấp điện áp khác nhau, có một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp, đường dây đơn, đường dây kép, đường dây có một hoặc nhiều nhánh rẽ Tính chất của sự cố cũng khác nhau như điện trở, điện cảm sự cố thay đổi Do đó một phương pháp không thể áp dụng chung cho tất cả các dạng đường dây truyền tải điện Các giải pháp đơn giản như phương pháp điện kháng đơn dễ thực hiện như có độ chính xác không cao, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây hay phương pháp dựa trên sóng từ điểm sự cố có độ chính xác cao hơn nhưng sử dụng nhiều thiết bị và yêu cầu đồng bộ

về thời gian dẫn tới phức tạp, chi phí tốn kém

Luận án tập trung nghiên cứu để đưa ra các giải pháp cho các hệ thống tải điện ba pha không phân nhánh và có nhánh rẽ Đối với hệ thống có nhánh rẽ, luận án sẽ đặt mục tiêu sử dụng ít thiết bị đo nhất có thể

và không yêu cầu đồng bộ về thời gian

Trong các chương tiếp theo luận án sẽ tập trung nghiên cứu phương pháp chủ động phát xung từ đầu đường dây truyền tải để xác định sự cố Do phương pháp sử dụng ít thiết bị, không yêu cầu đồng bộ về thời gian Luận án nghiên cứu các giải pháp phát xung chủ động theo miền thời gian (TDR) và phương pháp phát xung chủ động theo miền thời gian và tần số (TFDR)

CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP CỦA LUẬN ÁN TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN SÓNG

LAN TRUYỀN 2.1 Mô hình toán học sóng lan truyền trên đường dây

2.1.1 Mô hình đường dây truyền tải điện

Để mô phỏng đường dây truyền tải theo [2], [22] thường sử dụng mô hình  và mô hình thông số đường dây phân tán (Distributed Parameter Line)

a) Mô hình 

Hình 2 1: Mô hình đường dây truyền tải hình  một pha

Mô hình  ba pha với các tham số trong một phân đoạn PI như thể hiện trong hình bên dưới

Hình 2 2: Mô hình một phân đoạn đường dây truyền tải

hình  ba pha

b) Mô hình đường dây thông số rải

Theo [6, 22] hệ phương trình trạng thái của

đường dây dài đều là:

Hình 2.3: Sơ đồ thay thế đường dây có thông số rải

trong đó: R, L, C, G là các thông số của đường dây trên một đơn vị chiều dài

2.1.2 Nguyên lý lan truyền sóng trên đường dây

Theo [6], [22] sóng lan truyền trên đường dây bao gồm sóng thuận u+(x,t) và sóng ngược u-(x,t), các thông số đặc trưng cho sự truyền sóng trên đường dây dài bao gồm: Tổng trở sóng ZC, hệ số tắt , hệ số pha

 , vận tốc truyền sóng v

j C

2.1.3 Sóng điện từ trên đường dây tải điện không sự cố

Giả sử tại thời điểm t=0 ta đóng vào đầu đường dây một nguồn áp V inc( )t Dùng mô hình mạch (mô hình Petersen) tương đương mô tả quan hệ trên như sau, trong đó t=0 là thời điểm sóng đánh tới cuối đường dây

Theo [6] khi đường dây có tổng trở sóng

Z0 và tải cuối đường dây Z2 thì các hệ số



Hình 2.3: Mô hình Petersen tương đương để giải bài toán truyền sóng

trong đó Vref – biên độ sóng phản xạ, Vinc – biên độ sóng tới

Nếu đường dây không có sự cố thì thời gian từ lúc bắt đầu đóng nguồn vào đường dây cho đến khi có sóng

a) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây thuần trở:

Theo [6] khi đóng một nguồn điện áp Vinc

vào đầu đường dây có tổng trở sóng Z0 và

tải cuối đường dây thuần trở Rt thì thành

phần phản xạ cuối đường dây là:

0 0

Hình 2.4: Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần trở

b) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R nt L):

Giải mạch Hình 2.5 ta có tín hiệu điện áp đo được ở

đầu đường dây khi có phản xạ về:

c) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R || L):

Tương tự như trên ta có tín hiệu điện áp đo được ở

đầu đường dây khi có phản xạ về:

d

1

t T

Hình 2.6: Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải

thuần R song song L

d) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R || C):

Giải mạch Hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu

đường dây khi có phản xạ về:

e) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R nt C):

Giải mạch Hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo

được ở đầu đường dây khi có phản xạ về:

trong đó T (R Z 0) .C Hình 2.8: Mô hình Petersen tương đương của mạch R nối tiếp C

2.1.4 Sóng điện từ trên đường dây tải điện khi có điểm sự cố:

Khác với trường hợp đường dây không có sự cố, khi có điểm sự cố thì sóng tới chạy từ đầu đường dây đến vị trí sự cố sẽ xuất hiện thành phần phản xạ quay lại đầu đường dây Trong đó, xét trường hợp sự cố ngắn mạch có điện trở và điện cảm sự cố là Z fault R f  j X f Khi đó ta có:

2

0

t t

  



2.2 Các giải pháp đề xuất trong luận án

2.2.1 Sơ đồ khối ước lượng vị trí sự cố

Luận án đề xuất 2 phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động TDR và TFDR

Hình 2.9: Sơ đồ khối tổng quan phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện

2.2.2 Phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động đối với đường dây không có nhánh rẽ

Đối với đường dây không có nhánh rẽ luận án đề xuất sử dụng phương pháp TDR Nội dung của phương pháp là chủ động phát một tín hiệu (điện áp, dòng điện dạng xung vuông) vào đầu đường dây truyền tảỉ điện Tín hiệu phản hồi thu được từ đầu đường dây sẽ được phân tích để xác định thời điểm sóng phản hồi

từ điểm sự cố và cuối đường dây

Trong luận án đề xuất phương pháp phân

tích tín hiệu bằng công cụ wavelet Phương

pháp này cho phép phát hiện thời điểm

thay đổi đột ngột của tín hiệu Tín hiệu sau

khi qua phân tích wavelet xác định sơ bộ

được thời điểm sóng phản hồi sẽ được đưa

vào mạng nơron hoặc sử dụng thuật toán

phân tích để ước lượng vị trí sự cố, như

nhánh trên của Hình 2.11 Hình 2.10: Sơ đồ khối xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải Với những đường dây không có nhánh rẽ nhưng yêu cầu độ chính xác cao (hoặc đường dây có thể có nhiều lộ trên một hệ thống cột) luận án đề xuất sử dụng phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động TFDR Nội dung chính của phương pháp này là sử dụng mạch phát tín hiệu chirp (tín hiệu có biên độ và tần

số thay đổi theo thời gian) vào đầu đường dây, sau đó phân tích tín hiệu phản hồi để xác định vị trí sự cố

2.2.3 Phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động đối với đường dây có nhiều nhánh rẽ

2.3 Phương pháp mô phỏng kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu trên cơ sở sử dụng công cụ Matlab/Simulink

2.3.1 Mô phỏng quá trình sóng trên đường dây truyền tải điện:

Luận án sử dụng phần mềm

Matlab/Simulilnk mô phỏng quá trình truyền

sóng trên đường dây truyền tải điện trong

trường hợp đường dây không có nhánh rẽ và

đường dây có nhiều nhánh rẽ với các dạng

thông số sự cố thay đổi Ý tưởng cho quá trình

xây dựng mô hình này được trình bày trên Hình

đường dây truyền tải điện

2.3.2 Xây dựng các phần tử sử dụng trong mô phỏng

Hình 2.12: Sơ đồ khối mô phỏng các dạng ngắn mạch, nguồn

phát xung 1 chiều, nguồn phát tín hiệu hình chirp

Hình 2.13: Mô hình khối thiết bị đo tín hiệu phản hồi từ

điểm sự cố và cuối đường dây

2.4 Kết luận chương 2

Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các nghiên cứu trước đây, luận án đã đề xuất các giải pháp để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện 3 pha:

 Đề xuất phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động trên miền thời gian (TDR) để ước lượng vị trí và dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện không có nhánh rẽ sử dụng phân tích Wavelet và mạng nơron

 Đề xuất phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động trên miền thời gian và tần số (TFDR) để ước lượng vị trí và dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện không có nhánh rẽ và đường dây truyền tải điện có nhiều nhánh rẽ sử dụng phân tích hàm tương quan

 Đề xuất ứng dụng phần mềm Matlab/Simunlink làm công cụ mô phỏng kiểm nghiệm các kết quả nghiên cứu

Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TDR XÁC ĐỊNH SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY

3.1 Mô tả phương pháp

Nguyên lý chính của phương pháp phân tích sóng

phản hồi chủ động (TDR - Time Domain

Reflectometry) là sử dụng một mạch phát xung (điện

áp/dòng điện) vào đầu đường dây truyền tải điện sau

khi trên đường dây đã xảy ra sự cố và các phần tử

bảo vệ đã tác động cắt các nguồn phát điện cơ sở lên

3.2.2 Thuật toán biến đổi wavelet rời rạc

Biến đổi wavelet liên tục (Continuous Wavelet Transform - CWT) của một hàm f(t) được bắt đầu từ một hàm wavelet mẹ (Mother Wavelet) ψ(t)

3.2.3 Thuật toán Wavelet phân tích sóng phản hồi:

Khi sử dụng một họ wavelet, một tín hiệu hàm thời gian có thể được phân tích theo cấu trúc như trên Hình 3.2 như sau:f t ( )  a t ( )  d t ( ) với a được gọi là thành phần "xấp xỉ" (approximation) chứa các thành phần biến thiên chậm trong f(t) và d được gọi là thành phần "chi tiết" (detail) chứa các thành phần biến thiên nhanh Ta có thể tiếp tục quá trình phân tích tương tự cho thành phần a để có được kết quả phân tích phổ

Để lấy ví dụ, ta sử dụng wavelet phân tích tín

hiệu của hàm số như sau:

Trên Hình 3.3 biểu diễn đồ thị của hàm y(t),

Hình 3.4 biểu diễn đồ thị phân tích thành phần

bậc 1 đầu tiên wavelet của tín hiệu y(t) Từ kết

quả phân tích có thể nhận thấy rằng tín hiệu y(t)

được phân tích thành thành phần chi tiết (biến

đổi nhanh D1) và thành phần xấp xỉ (biến đổi

chậm) Căn cứ vào đồ thị của thành phần chi tiết

D1 của phân tích phổ wavelet Daubechies ta thấy

rằng tín hiệu biến đổi đột ngột tại vị trí tần số

biến đổi đột ngột

Hình 3.2: Cấu trúc các bước liên tiếp phân tích một tín hiệu ban đầu thành các thành phần chi tiết và xấp xỉ

Như vậy căn cứ vào phân tích wavelet sẽ xác định được thời điểm tín hiệu biến đổi đột ngột

Hình 3.3: Tín hiệu gốc hàm y(t) Hình 3.4: Phân tích phổ wavelet Daubechies của tín hiệu y(t)

Trong luận án này đề xuất sử dụng họ wavelet Daubechies bậc 4 để xác định các thời điểm có sóng phản hồi từ đường dây truyền về gây ra sự biến thiên đột ngột trong tín hiệu điện áp đầu đường dây Trong trường hợp đường đường dây có tải R-L bị sự cố ngắn mạch tại vị trí 20km, tín hiệu phản hồi đo được ở đầu đường dây như Hình 3.5 Ta có thể thấy một số thời điểm có biến thiên đột ngột trong tín hiệu điện áp như: tại2

t ms ta đóng nguồn TDR vào đầu đường dây khiến điện áp tăng đột ngột lên xấp xỉ 70V Tại thời điểm 2,17

t mscó điện áp phản xạ về từ điểm sự cố, tại t2, 4mscó điện áp phản xạ từ tải R-L Khi tính toán thành phần chi tiết bậc 1 (thành phần d1 của tín hiệu) như trên Hình 3.5 và được phóng to trên Hình 3.6, ta có thể thấy tất cả các điểm biến thiên đột ngột của tín hiệu trên Hình 3.5 đều tương ứng với các mức tăng đột ngột rất lớn của thành phần d1 Vì vậy có thể thấy wavelet là một công cụ rất hiệu quả để xác định các thời điểm sự cố này

Hình 3.5: Tín hiệu đầu đường dây có tải R-L và sự cố 3 pha tại vị trí l=20km và thành phần chi tiết d 1 của tín hiệu

-0.5 0 0.5 1

Approximation A1

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -0.2

-0.1 0 0.1 0.2

Detail D1

Times(s)

Hình 3.6: Thành phần d 1 của tín hiệu điện áp từ Hình 3.5 được phóng to

Để ứng dụng phân tích Wavelet xác định vị trí sự cố đường dây có chiều dài L, ta tiến hành theo trình tự các bước như sau:

Bước 1: Tại thời điểm t0 sử dụng một mạch phát

xung u(t) (điện áp/dòng điện) 1 chiều vào đầu đường

dây truyền tải điện sau khi trên đường dây đã xảy ra

sự cố và các phần tử bảo vệ đã tác động cắt các

nguồn phát điện cơ sở lên đường dây

0 0

dây và phản xạ về đầu đường dây

Bước 2: Sử dụng các thiết bị đo tín hiệu phản hồi tại

đầu đường dây với tần số lấy mẫu là  và thời gian

Bước 6: Thời điểm đầu tiên t0 tương ứng với thời

điểm đóng nguồn phát xung (trong luận án này chọn

tại thời điểm 2ms) được chọn 0 1

xạ ngược trở lại tới đường dây sẽ xấp xỉ 0,4ms nên

Bước 8: Nếu tồn tại một thời điểm t1 có giá trị d1

vượt ngưỡng sẽ chứng tỏ tồn tại điểm sự cố ở giữa đường dây:

  quay lại từ bước 7

Bước 10: Nếu không tồn tại điểm t1 có giá trị d1

vượt ngưỡng trên đường dây không có sự cố.Vị trí của điểm sự cố (nếu tồn tại t1) sẽ được tính theo

t t t

x v   v  với v vận tốc truyền sóng trên đường dây, được xác định từ trường hợp tính toán khi đường dây không có sự cố, nghĩa là:

2 l v

3.3 Mạng nơron mờ và ứng dụng để hiệu chỉnh thời điểm sóng phản hồi

3.3.1 Quy tắc suy luận mạng TSK

Mô hình mạng TSK xử lý các quy tắc logic mờ dưới dạng [10]: If x A then y=q0.x + q1 .Với trường hợp nhiều đầu vào xx x1, 2,,x N, ta có quy tắc suy luận TSK cho dưới dạng: If x A then

Times(s)

Các tác giả Takagi,

Sugeno và Kang đã xây

dựng mô hình toán học dưới

3.3.3 Thuật toán học của mạng nơron mờ TSK

Theo [10] đã đề xuất một thuật toán hỗn hợp theo đó tách quá trình điều chỉnh thích nghi thành hai quá trình điều chỉnh thông số tuyến tính và điều chỉnh các thông số phi tuyến Thuật toán được mô tả như sau:

Bước 1: Khởi tạo các giá trị ban đầu của các thông số phi tuyến và tuyến tính

Bước 2: Giữ nguyên giá trị các thông số tuyến tính, sử dụng thuật toán giảm bước cực đại điều chỉnh các

thông số phi tuyến

Bước 3: Giữ nguyên các giá trị của các thông số phi tuyến, sử dụng thuật toán điều chỉnh các thông số tuyến

3.3.6 Mạng TSK để hiệu chỉnh thời điểm sóng phản hồi

Tín hiệu phản hồi đo được ở đầu đường dây có dạng y j  y1j,y2j,  ,y Nj Sử dụng phân tích wavlet xác định tương đối chính xác thời điểm biến thiên đột ngột của tín hiệu (ký hiệu là thời điểm t1) như trình bày trên, Trong luận án sẽ trích chọn 20 giá trị tức thời xung quanh thời điểm t1 với khoảng lấy mẫu 1ms t1h ms( ) với h  1, 0,1, ,18., tương ứng với 20 giá trị yy t(1h y t), ( ), (1 y t120h)

Hình 3.8: Dạng sóng điện áp đầu đường dây khi sự cố 3

pha tại l=10km khi sự cố RL

Hình 3.9: Hình ảnh phóng to tín hiệu đầu đường

dây ở hình bên

x 104-20

Trên Hình 3.8 là dạng sóng phản hồi điện áp đầu đường dây khi sự cố 3 pha tại L=10km Hình 3.9 là hình ảnh phóng to tín hiệu đầu đường dây Sử dụng phân tích wavelet sẽ xác định được tương đối chính xác thời gian sóng phản hồi từ điểm sự cố về đầu đường dây t1 từ đó lấy dữ liệu trích mẫu như Hình 3.10

Luận án đã xây dựng mạng nơron logic mờ TSK

có 20 đầu vào (ứng với các giá trị

 (1 ), ( ), (1 1 18 )

y y t h y t y t  h ) và một đầu

ra với các giá trị sai số s Trong đó sai số s là sai số

giữa thời điểm sóng phản hồi từ điểm sự cố về đầu

đường dây truyền tải và thời điểm t1 ước lượng bằng

xung quanh thời điểm t o để làm dữ liệu cho mạng nơron

3.4 Kết quả mô phỏng và tính toán khi sử dụng phương pháp TDR

3.4.1 Mô hình mô phỏng sóng lan truyền trên đường dây dài sử dụng công cụ Matlab/Simulink

Trong luận án đã xây dựng mô hình mô phỏng trên Matlab – Simulink tương đương với đường dây truyền tải đã được lựa chọn là đường dây 110kV Lào Cai lộ 171 với các thông số của đường dây:

AB

Mô hình mô phỏng như Hình

3.11 với nguồn phát xung 1 chiều và

đường dây không bị sự cố

Với mô hình thiết bị đo và

nguồn phát xung là tín hiệu 1 chiều

như Hình 3.11 trong Hình 3.12,

Hình 3.13 lần lượt mô phỏng quá

trình truyền sóng trên đường dây 3

pha sự cố không có tải và có tải ở

cuối đường dây

Hình 3.11: Mô hình mô phỏng xác định các thành phần sóng lan truyền và phản xạ trên đường dây 3 pha không có sự cố ở giữa đường dây với nguồn

phát xung 1 chiều

Hình 3.12: Mô hình mô phỏng xác định các thành phần

sóng lan truyền và phản xạ trên đường dây 3 pha có sự cố

ở giữa đường dây

Hình 3.13: Mô hình mô phỏng xác định các thành phần sóng lan truyền và phản xạ trên đường dây 3 pha có sự cố

ở giữa đường dây khi không có tải

3.4.2 Kết quả mô phỏng sóng lan truyền từ Matlab- Simulink

a) Khi đường dây không sự cố

Sử dụng mô hình như Hình 3.11 để mô phỏng quá trình truyền sóng trên đường dây truyền tải trong các trường hợp tải R, R nt L và R||C kết hợp với chạy chương trình trong Matlab như phụ lục 1 ta có được các kết quả như trên Hình 3.14, Hình 3.15, Hình 3.16 và Hình 3.17

25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75

Time (micro second) y(to)

Hình 3.14: Dạng sóng điện áp đầu đường dây khi

tải thuần trở R tai =100()

Hình 3.15: Dạng sóng điện áp đầu đường dây khi tải R || C

( R tai =100(), C=1µF)

Hình 3.16 : Dạng sóng điện áp đầu đường dây khi

tải R ntL (R tai =100(), L=10mH)

Hình 3.17: Tín hiệu đầu đường dây đo được khi không có sự

cố và hình ảnh phóng to tín hiệu phản hồi từ cuối đường dây

Khi đường dây không bị sự cố sử dụng Daubechies wavelet level 4 để phân tích hình dạng của sóng phản hồi kết hợp với phương pháp đã trình bày để xác định thời t2 (thời điểm có sóng phản hồi từ cuối đường dây) t0 (thời điểm phát tín hiệu vào đầu đường dây đã biết) Vận tốc truyền sóng trên đường dây truyền tải điện được tính theo công thức (3.20) Các kết quả tính toán được trình bày trên Bảng 3.1

Bảng 3.1: Vận tốc truyền sóng trên đường dây truyền tải điện

b) Khi đường dây sự cố:

Ngắn mạch 1 pha chiếm tỷ lệ 60% sự cố trong hệ thống điện Sự cố ngắn mạch một pha với điện trở

sự cố Rsc = 10(Ω) và L=0,5mH có kết quả như Hình 3.18a và Hình 3.18b

Hình 3.18 : Dạng sóng điện áp đầu đường dây khi sự cố 1 pha tại vị trí l=20km a) Khi sự có thuần trở Rfault=10 ,

R load =100 b) Sự cố R fault =10 và L fault =0,5mH, Rload=100

Sự cố ngắn mạch 3 pha (ABCG) với điện trở sự cố Rfault=10(Ω), Lfault=0,1mH với các dạng tải khác nhau có kết quả như, Hình 3.19, Hình 3.20, Hình 3.21, Hình 3.22 và Hình 3.23

Times

x 10 -3 0

0 10 20 30 40 50 60 70