Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thuộc lưới điện phức tạp701

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN XUÂN VINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 62520202 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội – 2017 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN TÙNG TS NGUYỄN ĐỨC HUY Phản biện 1: GS TS LÊ KIM HÙNG Phản biện 2: PSG TS ĐẶNG NGỌC DINH Phản biện 3: TS NGUYỄN ĐỨC CƯỜNG Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi 30, ngày 16 tháng 10 năm 2017 Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia Việt Nam MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Việc xác định xác điểm cố đường dây truyền tải điện mang ý nghĩa thiết thực hệ thống truyền tải điện; định vị xác điểm cố làm giảm thời gian ngừng cấp điện với cố trì, giảm nhân cơng huy động tìm kiếm vị trí cố góp phần nâng cao độ tin cậy lưới điện truyền tải Do việc lựa chọn luận án với hướng nghiên cứu “Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí cố đường dây tải điện thuộc lưới điện phức tạp” cần thiết có ý nghĩa quan trọng công ty vận hành, quản lý lưới điện truyền tải Mục tiêu, đối tượng, phương pháp phạm vi nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu: Đề xuất thuật toán định vị cố khơng u cầu biết xác thơng số đường dây, có sai số kết định vị cố phù hợp với tính tốn lý thuyết Thuật tốn định vị cố có khả áp dụng cho đường dây thuộc lưới điện phức tạp Đối tượng nghiên cứu: Thuật toán định vị cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện với đặc điểm sau: i) thuật toán định vị cố mà liệu đầu vào không yêu cầu biết trước thông số đường dây, giải pháp loại trừ ảnh hưởng thông số đường dây không xác nâng cao độ xác định vị cố Thuật toán định vị cố sử dụng thành phần thứ tự thuận tín hiệu điện áp dịng điện áp dụng định vị cho loại cố không yêu cầu thuật toán phân loại cố; ii) đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường biến điện áp biến dòng điện gây kết định vị cố sử dụng thuật toán đề xuất nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu: Thuật toán định vị cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện với đặc điểm sau: i) thuật toán định vị cố áp dụng với đường dây truyền tải điện không rẽ nhánh, có phân đoạn đường dây sử dụng chủng loại dây khác nhau, đường dây hốn vị hồn tồn; ii) thuật toán định vị cố áp dụng với đường dây tải điện có rẽ nhánh, đoạn đường dây có chủng loại dây đồng khơng, đường dây hốn vị hồn tồn; iii) tín hiệu đo dòng điện điện áp đầu đường dây đồng mặt thời gian Phương pháp nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều cách tiếp cận: i) sử dụng phân tích tổng quan để tìm hướng phát triển nghiên cứu; ii) sử dụng phân tích lý thuyết để xây dựng cơng thức thuật tốn; iii) kiểm chứng tính hiệu thuật tốn đề xuất thơng qua kết mô Ý nghĩa khoa học: i) nghiên cứu giải tốn nâng cao độ xác định vị cố đường dây truyền tải điện theo hướng xác hóa mơ hình đường dây; ii) mở rộng phạm vi áp dụng cho đường dây với chủng loại dây không đồng có rẽ nhánh/khơng rẽ nhánh; iii) đánh giá ảnh hưởng sai số máy biến áp đo lường gây đến kết định vị cố Phương pháp đánh giá dựa mô Monte Carlo Ý nghĩa thực tiễn: Kết nghiên cứu nâng cao độ xác định vị cố với thuật tốn đề xuất có khả áp dụng với đường dây thuộc lưới điện phức tạp có ý nghĩa thực tiễn cao Ngoài ra, áp dụng thuật tốn thực tế khơng u cầu phải đầu tư thêm thiết bị phần cứng, chủ yếu thu thập ghi cố trung xử lý số liệu, có tính khả thi để triển khai phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội Việt Nam Các đóng góp luận án Nội dung luận án tập trung nghiên cứu tính tốn xác định vị trí cố xảy đường dây truyền tải điện đơn không đồng mở rộng cho đường dây rẽ nhánh không đồng Luận án đạt số kết nghiên cứu tóm lược sau: Đóng góp 1: Đề xuất thuật tốn tính tốn cho tốn xác định vị trí cố xảy đường dây truyền tải điện khơng đồng nhất, sử dụng tín hiệu điện áp dòng điện đo lường đồng từ phía đường dây Dữ liệu đầu vào thuật tốn khơng u cầu thơng số đường dây Giải pháp loại trừ ảnh hưởng thông số đường dây khơng xác nâng cao độ xác định vị cố Đây kết có ý nghĩa thực tế quan trọng, thơng số đường dây bao gồm phần tự cảm hỗ cảm, khó để xác định xác thường lấy theo kinh nghiệm Việc hiệu chỉnh lại thông số đường dây trước tiến hành định vị cố cho phép nâng cao độ xác thuật tốn, đồng thời cập nhật lại thông số đường dây truyền tải cho tốn kỹ thuật có sử dụng thơng số đường dây Đóng góp 2: Mở rộng phạm vi áp dụng thuật toán cho đường dây truyền tải điện có rẽ nhánh, đoạn đường dây có chủng loại dây đồng khơng Sai số kết định vị cố phương pháp đề xuất phù hợp với tính tốn lý thuyết Đóng góp 3: Đề xuất thuật tốn đánh giá ảnh hưởng sai số máy biến áp đo lường gây tới kết định vị cố Phương pháp phân tích dựa mơ Monte-Carlo với kịch khác sai số đo lường dịng điện điện áp Kết phân tích Monte-Carlo cho thấy phương pháp đề xuất có độ tin cậy tương đối cao, với sai số tối đa kết định vị cố 8,68% đạt mức chấp nhận tín hiệu đo lường gặp phải sai số ±5% Cấu trúc nội dung luận án Luận án trình bày chương phụ lục, cụ thể: Mở đầu; Tổng quan; Phương pháp định vị cố cải tiến áp dụng với đường dây đơn không đồng nhất; Phương pháp định vị cố trước thông số đường dây áp dụng với đường dây truyền tải điện rẽ nhánh không đồng chủng loại dây; Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố; Kết luận kiến nghị TỔNG QUAN 1.1 Tình hình nghiên cứu nước Các nghiên cứu nước liên quan tới thuật toán định vị cố đường dây tải điện cơng bố cịn tập trung theo hướng sử dụng mạng nơron nghiên cứu mang tính áp dụng thuật tốn cơng bố giới 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Thuật tốn định vị cố áp dụng đường dây đơn đồng với yêu cầu biết xác thơng số đường dây Các nghiên cứu thuật toán định vị cố đường dây tải điện công bố nhiều báo, hướng nghiên cứu tập trung thuật tốn định vị cố, tóm lược điểm chung nghiên cứu là: i) giải pháp sử dụng tín hiệu đo từ phía ln cho kết định vị cố xác so với sử dụng tín hiệu đo lường từ phía; ii) tính tốn phải u cầu biết xác tổng trở đường dây; iii) mơ hình đường dây giả thiết đối xứng đảo pha hoàn tồn; iv) kiểm chứng dựa mơ EMTP, MATLAB; v) chủ yếu sử dụng thành phần thứ tự thuận dịng điện điện áp 1.2.2 Thuật tốn định vị cố không yêu cầu thông số đường dây áp dụng với đường dây đơn đồng Các hướng nghiên cứu yêu cầu liệu đầu vào thuật tốn định vị thơng số xác đường dây Tuy nhiên, thông số đường dây thường khơng biết xác thơng số đường dây thay đổi ảnh hưởng đến kết định vị cố Vì vậy, năm vừa qua có số nghiên cứu tập trung toán định vị cố xảy đường dây truyền tải điện không yêu cầu thông số đường dây Tuy nhiên thuật toán áp dụng cho đường dây truyền tải đơn đồng nhất, yêu cầu phải kết hợp với thuật toán phân loại cố 1.2.3 Thuật toán định vị áp dụng cho đường dây đơn không đồng với u cầu biết xác thơng số đường dây Trong năm vừa qua có số cơng trình nghiên cứu sách tham khảo cơng bố liên quan đến toán định vị cố xảy đường dây truyền tải không rẽ nhánh có nhiều chủng loại dây, thuật tốn có khả áp dụng cho định vị cho cố xảy đường dây song song Tuy nhiên, thuật toán cần phải xác định loại cố trước định vị, yêu cầu liệu đầu vào thông số xác phân đoạn đường dây, kết định vị cố thuật toán gặp sai số tín hiệu đo lường khơng đồng 1.2.4 Thuật toán định vị cố cho đường dây truyền tải điện rẽ nhánh với yêu cầu biết xác thông số đường dây Trên lưới truyền tải điện gặp số đoạn đường dây có rẽ nhánh, lý việc rẽ nhánh đường dây yêu cầu đấu nối cấp điện cho phụ tải đường dây có nhà máy điện nhỏ đấu nối lên lưới Việc xuất đường dây rẽ nhánh gây nhiều khó khăn cho công tác định vị cố thiết kế hệ thống rơle bảo vệ Trong năm vừa qua có số báo cơng bố liên quan đến toán định vị cố xảy đường dây truyền tải có rẽ nhánh Tuy nhiên, điểm bất lợi thuật toán u cầu phải biết xác thơng số đoạn đường dây 1.2.5 Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố Bài tốn xác định xác vị trí cố bị ảnh hưởng vài yếu tố ngẫu nhiên Trong số yếu tố, sai số đo lường gây ảnh hưởng đến tính xác kết định vị cố Sai số kết định vị cố liệu đầu vào thuật tốn định vị cố sử dụng tín hiệu điện áp dòng điện đo lường trực tiếp Vì vậy, việc phát triển phương pháp cho phép ước tính ảnh hưởng sai số thiết bị biến đổi đến kết định vị cố cần thiết Tuy nhiên, phần lớn nghiên cứu có xét đến sai số tín hiệu đo lường cho sai số có tính hệ thống 1.3 Những vấn đề tồn hướng nghiên cứu Vấn đề cịn tồn tại: i) Thuật tốn định vị cố xảy đường dây truyền tải điện không đồng rẽ nhánh nghiên cứu Tuy nhiên, thuật toán định vị cố yêu cầu phải biết trước thơng số xác đường dây; ii) Các nghiên cứu quan tâm đến toán xác định vị trí cố chưa đề cập đến phương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố thuật toán Đề xuất hướng nghiên cứu: i) thuật toán tính tốn cho tốn định vị cố trí cố xảy đường dây truyền tải điện không đồng không yêu cầu phải biết trước thơng số đường dây; ii) thuật tốn tính tốn cho tốn định vị cố trí cố xảy đường dây truyền tải điện rẽ nhánh, phân đoạn đường dây có chủng loại đường dây không, không yêu cầu phải biết trước thông số đường dây; iii) phương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố thuật tốn THUẬT TỐN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CẢI TIẾN ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY ĐƠN KHƠNG ĐỒNG NHẤT 2.1 Đặt vấn đề Thơng số đường dây tải điện thường khó xác định xác chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng điện trở suất đất không đồng dọc tuyến, khoảng cách hình học pha khơng nhau… thơng số đường dây khơng xác kết định vị cố thuật toán bị sai lệch Để khắc phục hạn chế thuật tốn trước đó, chương trình bày thuật tốn định vị cố cho đường dây không đồng mà liệu đầu vào không yêu cầu thông số đường dây 2.2 Thuật tốn xác định thơng số phân đoạn thuộc đường dây không đồng sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây 2.2.1 Mạng hai cửa tương đương đường dây không đồng Áp dụng lý thuyết mạng hai cửa phân đoạn đường dây Hình 2.1 tương đương mạng cửa Hình 2.1 Đường dây truyền tải khơng đồng Hình 2.2 Nối tiếp mạng hai cửa VS A1 B1 A2 B V R A B VR = = IS C D1 C D I R C D I R VR D -B D -B V S D -B V = = I R -C A -C A I S -C A I S S 2.2.2 Thuật tốn xác định thơng số phân đoạn thuộc đường dây đơn khơng đồng Hình 2.4 Sự cố xảy phân đoạn SC vị trí F1 Hình 2.5 Mạng cổng đường dây khơng đồng cố F xảy SC , ,ri Iri, Vci Ici tín hiệu trước cố S, R,C; Trong đó: i 1,2 biểu thị cố 1, 2; Vsi, ,I si V tín hiệu cố S, R, C; V fs 1, V fs điện áp cố F , F xác V sfi , I sfi ,V rfi , I r fi ,V cf i , I cf i định dựa vào tín hiệu đo từ đầu S; V fr 1,V fr điện áp cố F , F xác định dựa vào tín hiệu đo lường từ đầu R; V fc ,V fc A1a = ch B1a = Z c1sh d1 = D 1a; B1b = Z c1sh l 1- d ; điện áp cố F , F xác định dựa vào tín hiệu C; C 1b = sh d1 ; l 1- d C 1a = sh /Z d1 /Z c1; A1b = ch l 1- d = D ;1b c1 Giả thiết cố F F xảy phân đoạn SC vị trí khác Dữ liệu: tín hiệu đo từ phía; chiều dài SC, CR l1 , l2 ; khoảng cách từ S đến vị trí cố d1 , d2 2.2.2.1 Thành lập phương trình quan hệ điện áp đo lường đầu S điện áp tính tốn đầu S sử dụng điện áp dòng điện đo lường từ đầu R ghi thứ (PT1) PT1 := V cosh s1 + l 1.cosh cosh l 2+ sinh 1l1 sinh l 1.Z sinh c1 2l Z c2 + sinh l 22 Z/ l1 Z c1.cosh l V c2 2 I r1 r1= (2.11) 2.2.2.2 Thành lập phương trình quan hệ điện áp đo lường đầu R điện áp tính tốn đầu R sử dụng điện áp dòng điện đo lường từ đầu S ghi thứ (PT2) PT2 := V r1 sinh l cosh 11 Z/ sinh c1 1l1 sinh l Z +c2cosh 2l Z c2 + sinh l 1.cosh l 22 l1 Z cosh c1 l 2.I V s1 =0 s1 (2.15) 2.2.2.3 Thành lập phương trình quan hệ điện áp tính tốn điểm cố sử dụng điện áp dòng điện đo lường từ đầu S điện áp tính tốn điểm cố sử dụng điện áp dòng điện đo lường từ đầu R ghi cố (PT3) Điện áp điểm cố xác định sử dụng tín hiệu đo lường từ đầu S C phải nhau: PT3 := cosh 1d1 V sf1 cosh Z c1 sinh l1 d1 1d V cf I sf1 Zc1 sinh l1 d I cf =0 (2.26) 2.2.2.4 Thành lập phương trình quan hệ điện áp tính tốn điểm cố sử dụng điện áp dòng điện đo lường từ đầu S điện áp tính tốn điểm cố sử dụng điện áp dòng điện đo lường từ đầu R ghi cố thứ hai (PT4) a) Trường hợp cố xảy phân đoạn đường dây với cố Hình 2.6 Sự cố xảy phân đoạn SC vị trí F2 Hình 2.7 Mạng cổng đường dây khơng đồng cố F xảy SC Điện áp điểm cố xác định sử dụng tín hiệu từ đầu S C phải nhau: PT4 := cosh 1d V sf2 cosh Z c 1.sinh l1 1d d1 V cf I sf2 Z c1 sinh l1 d I cf b) Trường hợp cố xảy phân đoạn đường dây khác =0 (2.36) Hình 2.8 Sự cố xảy phân đoạn RC Hình 2.9 Mạng cổng cố RC Điện áp điểm cố sử dụng tín hiệu từ đầu R từ điểm nối C phải nhau: PT4 := cosh 2l d2 V rf cosh Z c2 sinh cf 2d V 2l d I rf Z c 2sinh 2d I cf2 (2.46) =0 2.2.2.5 Xác định thông số đường dây Tách phương trình PT1, PT2, PT3 PT4 thành phần thực, ảo hệ phương trình sau f1 x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ,x7 ,x8 = real PT1 f x ,x ,x ,x ,x ,x ,x ,x 8= real PT3 f2 x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ,x7 ,x8 = imag PT1 f x ,x ,x ,x ,x ,x ,x ,x 8= imag PT3 f3 x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ,x7 ,x8 = real PT2 f f4 x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ,x7 ,x8 = imag PT2 Giải phương trình, được: Zc1 x1 i.x2; (2.48) x1,x2 ,x3 ,x ,x ,x ,x ,x = real PT4 f8 x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ,x6 ,x7 ,x8 = imag PT4 x5 i x;6 Zc2 x3 i x4; x7 i x;8 Hình 2.10 Thuật tốn xác định thơng số đường dây khơng đồng 2.3 Thuật tốn định vị cố sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây 2.3.1 Bước 1: Giả thiết cố xảy phân đoạn SC Q1 : cosh( 1d1 )V sf Z c 1sinh( d1 1) I sf cosh l (11d ) V cf Z1 csinh l1 ( dI 1) cf (2.54) 2.3.2 Bước 2: Giả thiết cố xảy phân đoạn RC EQ2 : cosh 2(l d 2) V rf Z csinh (l 2 d 2) cosh(d 2)V cf Z sinh( c d ) I 2 cf (2.59) 2.3.3 Bước 3: Xác định vị trí cố Xác định nghiệm phương trình (2.54) với biến d , (2.59) với biến d Áp dụng điều kiện sau để chọn vị trí cố xác d : NÕu fval(EQ1) fval(EQ1) fval(EQ2) fval(EQ2) d d d d Hình 2.13 Thuật tốn định vị cố xảy đường dây không đồng 2.4 Mơ kiểm chứng thuật tốn định vị cố xảy đường dây truyền tải điện không đồng Nguồn S R Hình 2.14 Mơ hình mơ Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l1=100km Thông số Thứ tự thuận Thứ tự nghịch 0,28575 6,16625 R (Ω/km) L (H/km) 0,0434195 0,15443 C (F/km) 1,3426e-008 8,5885e-009 Bảng 2.3 Thông số nguồn Điện áp X/R (KV) 230 10 235 10 Góc pha (độ) Bảng 2.2 Thơng số phân đoạn CR, l2=20km Thông số Thứ tự thuận Thứ tự nghịch 0,01143 0,24665 R (Ω/km) L (H/km) 0,00086839 0,0030886 C (F/km) 1,3426e-008 8,5885e-009 2.4.1 Kết định vị cố Bảng 2.4 Kết định vị cố xảy đường dây không đồng LOẠI SỰ CỐ d thực tế TT (km) 10 15 25 35 45 55 65 75 85 95 AG d tính Sai số toán (km) (%) 5,0099 15,0292 25,0237 34,9910 45,0030 54,9982 65,0067 74,9897 84,9815 94,9849 0,0083 0,0244 0,0197 0,0075 0,0025 0,0015 0,0056 0,0086 0,0154 0,0126 BC d tính tốn (km) Sai số (%) 5,0470 14,9845 24,8601 34,9475 44,9207 54,9626 64,9477 74,9087 84,9597 94,9798 0,0392 0,0129 0,1165 0,0438 0,0661 0,0311 0,0436 0,0761 0,0336 0,0168 BCG d tính tốn Sai số (km) (%) 5,0407 14,9854 24,8739 34,9515 44,9279 54,9670 64,9515 74,9155 84,9597 94,9802 0,0339 0,0121 0,1051 0,0404 0,0601 0,0275 0,0404 0,0704 0,0336 0,0165 ABC d tính tốn Sai số (km) (%) 5,0415 15,0034 24,9005 34,9616 44,9464 54,9696 64,9708 74,9262 84,9659 94,9877 0,0346 0,0028 0,0829 0,0320 0,0447 0,0253 0,0244 0,0615 0,0284 0,0102 Nhận xét: Bảng 2.4 kết mơ cho thấy thuật tốn đề xuất cho kết phù hợp với lý thuyết, với sai số định vị loại cố điển hình ≤0,12% với chiều dài tồn tuyến 120km 2.4.2 So sánh kết định vị cố thuật toán đề xuất với kết định vị cố thuật toán [51] (Liu Chih-wen, Tzu-chiao Lin, Chi-shan Yu et al (2012) A Fault Location Technique for TwoTerminal Multisection Compound Transmission Lines Using Synchronized Phasor Measurements IEEE Trans Smart Grid, vol 3, no 1, pp 113–121) Nhận xét: Khi thơng số đường dây biết xác, kết phương pháp [51] 0P tương đồng với kết thuật toán đề xuất 2S, kết định vị thuật tốn có sai số định vị ≤0,12% với loại cố điển hình Khi thơng số đường dây sai lệch 3% sai số kết định vị cố 0,9% 3P; thông số sai lệch 5% sai số kết định vị 1,4% 5P Trong kết định vị thuật toán đề xuất bao gồm thuật toán xác định thơng số đường dây dựa vào tín hiệu đo lường, kết định vị thuật toán đề xuất khơng bị ảnh hưởng sai Hình 2.15 So sánh kết định vị cố thuật tốn lệch thơng số đường dây đề xuất với thuật tốn [51] 2.5 Kết luận Chương trình bày chi tiết việc xây dựng mơ hình tốn thuật tốn tính tốn cho tốn định vị cố trí cố xảy đường dây truyền tải điện không đồng nhất, không cần biết trước thông số đường dây Thuật toán bao gồm bước: i) xác định thông số phân đoạn đường dây; ii) xác định vị trí cố Thuật tốn kiểm chứng thông qua mô MATLAB, sai số kết định vị ≤0,12% với đường dây dài 120km Kết định vị cố thuật toán đề xuất so sánh với kết định vị phương pháp [51] Kết định vị cố hai thuật tốn thơng số đường dây không bị sai số tương đồng, sai số kết định vị ≤0,12% Khi thông số đường dây bị sai lệch 3% kết thuật tốn [51] có sai số 0,9%, thơng số sai lệch 5% sai số kết định vị cố 1,4% Trong kết định vị thuật tốn đề xuất khơng bị ảnh hưởng sai lệch thơng số đường dây Thuật tốn định vị cố sử dụng thành phần thứ tự thuận tín hiệu đo lường, áp dụng định vị cho loại cố sử dụng thuật toán phân loại cố PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ KHÔNG BIẾT TRƯỚC THÔNG SỐ ĐƯỜNG DÂY ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RẼ NHÁNH KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHỦNG LOẠI DÂY 3.1 Đặt vấn đề Trong chương trình bày thuật tốn định vị cố cho đường dây đơn không đồng nhất, q trình tính tốn khơng u cầu phải biết trước thơng số tổng trở đường dây Thuật tốn trình bày chương áp dụng định vị cho đường dây truyền tải điện rẽ nhánh, mục đích kiểm chứng khả phương pháp trình bày chương mở rộng áp dụng để định vị cố cho đường dây có cấu hình phức tạp đường dây rẽ nhánh Điểm thuật tốn khơng u cầu phải biết trước thơng số tổng trở phân đoạn đường dây áp dụng cho đường dây rẽ nhánh với phân đoạn có chủng loại dây khác 3.2 Thuật tốn xác định thơng số đường dây rẽ nhánh khơng đồng sử dụng tín hiệu đo lường từ ba đầu đường dây 3.2.1 Mạng hai cửa tương đương đường dây rẽ nhánh Xét đường dây truyền tải rẽ nhánh Hình 3.1, phân đoạn SJ có chiều dài la , RJ có chiều dài lb , TJ có chiều dài lc Hình 3.1 Đường dây truyền tải rẽ nhánh Hình 3.2 Mơ hình mạng cửa đường dây rẽ nhánh Áp dụng lý thuyết mạng hai cửa cho đường dây mơ hình tương đương Hình 3.2: Trong đó: Aa ch ala C a sh ala / Zca; Da ; Ba Z ca sh ala ; Bb Z cbsh Cb sh bl b / Zcb Ab ch bl b D b; Ac Zca x1 i.x2 , Zcb x i x4 , Zcc=x 5+i.x ; a ch x i x8 , clc Bc Dc ; x i.x10 , b c Z ccsh clc ; Cc sh cl c bl b ; / Z cc; x11 i.x12 ; Trong đó: i 1,2,3 cố 1, 2, 3; Vsi , I si , Vri , I ri ,Vti , I ti tín hiệu trước cố đầu S, R, T; V s f i , I sfi , V r f i , I rfi tín hiệu cố đầu S, R, T; V fs , I fs ,V fr , I fr ,V ft , I ft tín hiệu điểm cố F xác định dựa vào tín hiệu đo lường cố từ đầu S, R, T; V fr t , I frt ,V f t s , I fts , V fs r , I fsr điện áp dòng điện điểm cốF xác định dựa vào tính hiệu cố điểm nối J Hình 3.3 Sự cố phân đoạn SJ Hình 3.4 Mơ hình mạng cửa cố SJ 3.2.2 Trường hợp phân đoạn đường dây rẽ nhánh có thơng số đường dây khác 3.2.2.1 Trường hợp phân đoạn có thơng số có thơng số đường dây khác Hình 3.5 Sự cố phân đoạn RJ Hình 3.6 Mơ hình mạng cửa cố RJ Trong đó: Aa ch a da Aa ch a Ab1 ch bd b Ab2 ch b al lb Da ;Ba da Da ;Ba D b1 ;B b1 db Zca sh a d a Zcash Z cbsh bd b Db2 ;B b2 ;Ca a ;C Z cbsh sh b1 b al a ad ad sh lb C ;a db bd / Zca sh al b /Z ;C b2 a d a Z/ ca cb sh bbl d b Z/ cb Giải (3.105), được: Zca Zcc x1 i.x2; Z cb x3 i.x4 ; a c x5 i x6 ; b x7 i.x8 Hình 3.10 Thuật tốn xác định thông số đường dây rẽ nhánh – SJ, TJ thơng số khác RJ 3.3 Thuật tốn xác định vị trí cố cho đường dây rẽ nhánh khơng đồng sử dụng tín hiệu đo lường từ đầu đường dây 3.3.1 Bước 1: Giả thiết cố xảy phân đoạn SJ EQ1 := D a1.V sf B a1.I sf A a2A b+ B a2 C V b rf A a2 B - bB Da2 Ib + B a2C .V c tf- B a2D .I c rf tf = (3.107) 3.3.2 Bước 2: Giả thiết cố xảy phân đoạn RJ EQ2 := A b1.V rf B b1 I rf A D + B Cb2 Vc c b2 tf B Db2 + Bc D c I b2 + B b2C .V a sf A aB b2 I tf sf = (3.108) 3.3.3 Bước 3: Giả thiết cố xảy phân đoạn TJ EQ3 := A c1.V tf B c1 I tf B c2C a+ D Da c2V sf A Ba +c2B D a c2 I + B c2C .V b rf B c2D .Ib sf rf= (3.109) 3.3.4 Bước 4: Xác định vị trí cố Giải để xác định nghiệm phương trình (3.107) với biếnd a , phương trình (3.108) với biến d b , phương trình (3.109) với biến d c Áp dụng điều kiện sau để chọn vị trí cố xác d : NÕu fval EQ fval EQ fval EQ fval EQ fval EQ fval EQ vµ fval EQ vµ fval EQ vµ fval EQ fval EQ d d a fval EQ d d b fval EQ d dc (3.110) Trong đó: fval( EQ1) , fval( EQ2 ) , fval( EQ3) giá trị EQ1 , EQ2 , EQ3 giá trị da , db , dc cách tương ứng 11 Hình 3.11 Thuật tốn xác định vị trí cố xảy đường dây truyền tải điện rẽ nhánh 3.4 Thuật tốn xác định thơng số đường dây đồng thời định vị cố áp dụng với đường dây rẽ nhánh, phân đoạn có chủng loại dây, sử dụng ghi cố Hình 3.12 Thuật toán định vị cố áp dụng với đường dây truyền tải rẽ nhánh đồng Dữ liệu: ghi cố SJ, RJ TJ có Zc x1 i x2 , x i.x , vị trí cố d =x Giải hệ phương trình: 12 f1 (x1 ,x2 ,x3 ,x4 , x5 ) = real(PT1) = f3 (x 1,x ,x ,x ,x ) = real(PT2) = f (x2 ,x1 ,x2 ,x3 x4 ,) 5= imag( PT1) = f (x 4,x ,x ,x3 x ), =5 imag( PT2) = ; ; f5SJ (x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ) = real(PT4) = (3.111)(3.312)(3.313) f 5RJ (x ,x1 ,x2 ,x3 x4 ,) 5= real( PT5) = hc hcf5TJ (x1 ,x2 ,x3 ,x4 ,x5 ) = real(PT6) = Giải (3.111), (3.112), (3.113), áp dụng điều kiện sau để xác định vị trí cố: NÕu Trong đó: fval(f5 S J ) fval(f5SJ ) fval(f5RJ ) fval(f5TJ ) fval(f5RJ ) fval(f5TJ ) fval(f5SJ ) vµ fval(f5SJ ) vµ fval(f5RJ ) vµ fval(f5TJ ) fval(f5TJ ) fval(f5SJ ) fval(f5RJ ) d d d da db dc (3.314) , fval(f5 R J ) , fval(f T J ) giá trị f5SJ , f5RJ , f5TJ giá trị x 1,x ,x ,x 4, x5 da , db , dc cách tương ứng 3.5 Mô kiểm chứng thuật toán định vị cố xảy đường dây truyền tải điện rẽ nhánh Hình 3.13 Mơ hình mơ đường dây rẽ nhánh Bảng 3.1 Thông số nguồn Điện áp Nguồn X/R Pha (°) (KV) S 230 10 R, T 235 10 Bảng 3.3 Thông số phân đoạn RJ Thứ tự Thông số Thứ tự thuận nghịch 0,0571 1,2333 R (Ω/km) L (H/km) 0,0017 0,0062 C (F/km) 1,3426e-008 8,5885e-009 Bảng 3.2 Thông số phân đoạn SJ Thông số Thứ tự thuận Thứ tự nghịch 0,01143 0,24665 R (Ω/km) L (H/km) 0,00086839 0,0030886 C (F/km) 1,3426e-008 8,5885e-009 Bảng 3.4 Thông số phân đoạn TJ Thứ tự Thông số Thứ tự thuận nghịch 0,0229 0,4933 R (Ω/km) L (H/km) 0,0043 0,0154 C (F/km) 1,3426e-008 8,5885e-009 3.5.1 Trường hợp đường dây truyền tải điện rẽ nhánh có phân đoạn sử dụng chủng loại dây khác 3.5.1.1 Kết qủa định vị cố LOẠI SỰ CỐ d thực tế TT (km) 5 13 21 29 37 Bảng 3.5 Kết định vị cố xảy đường dây rẽ nhánh không đồng AG BC BCG ABC d tính Sai số d tính tốn Sai số d tính tốn Sai số d tính tốn Sai số tốn (km) (%) (km) (%) (km) (%) (km) (%) 9951 12,9977 20,9999 29,0022 37,0046 0098 0,0046 0,0001 0,0044 0,0093 9972 12,9938 20,9942 29,0011 37,0061 0056 0,0124 0,0116 0,0022 0,0122 9969 12,9946 20,9953 29,0013 37,0059 0062 0,0109 0,0094 0,0027 0,0117 9957 12,9952 20,9967 29,0015 37,0053 0087 0,0095 0,0066 0,0030 0,0106 Nhận xét: Bảng 3.5 kết mô cho thấy thuật toán đề xuất cho kết khả quan, với sai số định vị loại cố điển hình ≤0,04% với chiều dài đường dây l=50km 3.5.1.2 So sánh kết định vị cố thuật toán đề xuất với kết định vị cố thuật toán [50] (Liu Chih-wen, Kai-ping Lien, Ching-shan Chen (2008) A Universal Fault Location Technique 13 for N-Terminal (N>=3) Transmission Lines IEEE Trans Power Deliv., vol 23, no 3, pp 1366– 1373) Nhận xét: Kết định vị cố [50] 0P thông số đường dây không bị sai số tương đồng với kết thuật toán đề xuất 3S, sai số kết định vị ≤0,04% Khi thông số đường dây sai lệch 3% [50] có sai số kết định vị cố 1% 3P, thơng số sai lệch 5% sai số kết định vị cố 1,5% 5P Trong kết định vị thuật tốn đề xuất khơng bị ảnh hưởng sai lệch thông số đường dây Hình 3.14 So sánh kết định vị cố thuật toán đề xuất với thuật toán [50] 3.5.2 Trường hợp đường dây rẽ nhánh có phân đoạn có thơng số đường dây khác thơng số phân đoạn thứ ba 3.5.2.1 Kết định vị cố Nhận xét: Bảng 3.6 kết mô cho thấy thuật tốn đề xuất có sai số định vị ≤0,03% với chiều dài đường dây l=50km Bảng 3.6 Kết định vị cố xảy đường dây rẽ nhánh có thơng số SJ,TJ khác RJ LOẠI SỰ CỐ AG BC BCG ABC d thực tế d tính Sai số d tính Sai số d tính Sai số d tính TT (km) tốn (km) (%) tốn (km) (%) toán (km) % toán (km) 4,9965 0,0069 4,9935 0,0130 4,9942 0,0115 4,9948 13 12,9973 0,0054 12,9969 0,0063 12,9972 0,0056 12,9973 21 20,9977 0,0045 21,0021 0,0042 21,0017 0,0034 21,0007 29 28,9983 0,0034 29,0006 0,0013 29,0007 0,0014 29,0007 37 36,9990 0,0020 37,0013 0,0025 37,0014 0,0028 37,0017 Sai số (%) 0,0103 0,0054 0,0013 0,0013 0,0033 3.5.2.2 So sánh kết định vị cố thuật toán đề xuất với kết định vị cố thuật toán [50] Nhận xét: Kết định vị cố thuật tốn [50] 0P thơng số đường dây không bị sai lệch tương đồng với kết thuật toán đề xuất 3S, sai số kết định vị ≤0,03% Khi thông số đường dây bị sai lệch từ 3% kết thuật toán [50] bị gặp phải sai số 1% 3P, thơng số sai lệch 5% sai số kết 1,5% 5P Trong kết định vị thuật tốn đề xuất khơng bị ảnh hưởng sai lệch thơng số đường dây Hình 3.15 So sánh kết định vị cố thuật toán đề xuất với thuật toán [50] 3.5.3 Trường hợp phân đoạn đường dây rẽ nhánh có thơng số đường dây giống 3.5.3.1 Kết định vị cố Nhận xét: Bảng 3.7 kết mô cho thấy thuật toán đề xuất cho kết khả quan, với sai số định vị đối ≤0,06% với chiều dài đường dây l=50km 14 LOẠI SỰ CỐ TT d thực tế (km) 5 13 21 29 37 Bảng 3.7 Kết định vị cố xảy đường dây rẽ nhánh đồng AG BC BCG ABC d tính dtính d tính Sai số Sai số Sai số d tính tốn toán toán toán (%) (%) (%) (km) (km) (km) (km) 5,0001 0,0002 4,9722 0,0556 4,9777 0,0446 4,9860 13,0000 0,0000 12,9906 0,0188 12,9924 0,0152 12,9952 21,0000 0,0000 20,9912 0,0176 20,9928 0,0144 20,9955 28,9999 0,0002 28,9942 0,0116 28,9952 0,0096 28,9971 36,9999 0,0002 36,9995 0,0010 36,9995 0,0010 36,9997 Sai số (%) 0,0280 0,0096 0,0090 0,0058 0,0006 3.5.3.2 So sánh kết định vị cố thuật toán đề xuất với kết định vị cố thuật toán [50] Nhận xét: Kết định vị cố thuật toán [50] 0P thông số đường dây không bị sai số tương đồng với kết thuật toán đề xuất 3S, sai số kết định vị ≤0,06% Khi thông số đường dây bị sai lệch từ 3% kết thuật tốn [50] bị sai số 0,8% 3P, thơng số sai lệch 5% sai số kết định vị cố 1,3% 5P Trong kết định vị thuật tốn đề xuất không bị ảnh hưởng sai lệch thông số đường dây Hình 3.16 So sánh kết định vị cố thuật toán đề xuất với thuật toán [50] 3.6 Kết luận Chương trình bày chi tiết việc xây dựng mơ hình tốn thuật tốn tính tốn cho tốn định vị cố xảy đường dây truyền tải điện có rẽ nhánh không đồng (các phân đoạn sử dụng chủng loại dây khác nhau) Thuật tốn sử dụng tín hiệu đo lường đồng từ phía đường dây để xác định thơng số đường dây Giải pháp có ưu điểm loại trừ sai số phép tính trung gian q trình tính tốn thơng số đường dây; loại trừ sai số đo lường sử dụng thiết bị đo thơng số đường dây Thuật tốn bao gồm hai bước: i) xác định thông số đường dây phân đoạn; ii) xác định vị trí cố Trong chương trình bày chi tiết việc xây dựng mơ hình tốn thuật tốn tính tốn cho tốn định vị cố xảy đường dây truyền tải điện có rẽ nhánh đồng (các phân đoạn đường dây có chủng loại dây) Thuật toán sử dụng ghi cố, tín hiệu đo lường đồng từ phía đường dây để xác định thơng số đường dây đồng thời xác định vị trí cố Thuật tốn kiểm chứng thơng qua mơ sử dụng phần mềm MATLAB Kết định vị cố có sai số ≤0,06% với chiều dài đường dây l=50km Kết định vị cố thuật toán [50] thông số đường dây không bị sai số tương đồng với kết thuật toán đề xuất, sai số kết định vị ≤0,06% Kết định vị thuật toán [50] bị sai số thông số đường dây sai lệch 3% 1%, thơng số sai lệch 5% sai số kết định vị cố 1,5% Trong kết định vị thuật tốn đề xuất không bị ảnh hưởng sai lệch thông số đường dây Thuật toán định vị cố sử dụng thành phần thứ tự thuận tín hiệu đo lường, thuật tốn áp dụng xác định vị trí cố cho loại cố khơng phải sử dụng thuật tốn phân loại cố 15 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ CỦA ĐO LƯỜNG ĐẾN KẾT QUẢ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 4.1 Cơ sở đề xuất phương pháp Để khắc phục giới hạn thuật toán đánh giá đề cập nghiên cứu, kiểm tra tính hiệu khả xác định vị trí cố tín hiệu đầu vào thuật tốn có sai số, đồng thời xác định khoảng tin cậy kết quả, luận án đề xuất sử dụng mô Monte Carlo để đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố thuật tốn đề xuất 4.2 Mơ Monte Carlo i) xác định mơ hình tốn quan hệ biến ngõ vào biến ngõ thuật toán định vị cố đề xuất; ii) xác định luật phân phối cho biến ngõ vào; iii) tạo giá trị ngẫu nhiên cho biến ngõ vào theo phân bố chọn bước 2; iv) xác định vị trí cố sử dụng giá trị ngẫu nhiên biến ngõ vào, thu thập kết vị trí cố; v) lặp lại bước 4,với số lần lặp đủ lớn; vi) tổng hợp phân bố sai số vị trí cố tính tốn các số thống kê, phân tích độ nhạy Hình 4.1 Thuật tốn đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố Bảng 4.1 Sai số giới hạn máy biến dòng điện Sai số Độ dịch pha Sai số Cấp dòng tổng hợp xác Phút Centi radian điện % % 5P 10P ±1 ±3 ±60 ˗ ±1 ˗ 10 Bảng 4.2 Sai số giới hạn máy biến điện áp Độ dịch pha Cấp Sai số điện Centi xác áp (%) Phút radian 3P 6P ±3 ±6,0 ±120 ±240 ±3 ±7 4.3 Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố thuật toán định vị cố xảy đường dây truyền tải điện không đồng Cho đường dây truyền tải có phân đoạn Hình 2.14, thơng số hệ thống trình bày Bảng 2.1, Bảng 2.2, Bảng 2.3 16 4.3.1 Kịch mơ Điện áp dịng điện đo lường tạo sai số; số lần chạy 15000; số biến đầu vào 120, biến đầu vị trí cố, mơ hình mơ thuật tốn định vị cố, thu thập kết xác định số thống kê 4.3.2 Đặc tính thống kê Hình 4.2 Hàm mật độ phân bố sai số định vị cố Hình 4.3 Phân tích độ nhạy kết định vị cố Nhận xét: Hình 4.2 kết tính tốn giá trị trung bình cho thấy kết định vị cố loại cố điển hình có sai số ≤ 0,8% với đường dây có chiều dài 100km; độ lệch chuẩn ≤7,53% Với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số ≤0,9% Hình 4.3 cho thấy kết định vị cố thuật toán định vị đề xuất bị ảnh hưởng sai số biên độ, kết định vị bị ảnh hưởng sai số góc pha điện áp dịng điện d thực tế (km) 25 45 65 85 Bảng 4.3 Chỉ số thống kê loại cố AG – đường dây không đồng Khoảng tin cậy Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) Cận Cận 5,1336 5,1281 2,4391 5,0956 5,1717 25,0597 24,6928 5,9062 24,9633 25,1561 44,7877 44,5402 6,0293 44,6858 44,8896 64,3131 64,5918 6,4848 64,2064 64,4197 84,3414 84,8147 6,6826 84,2374 84,4454 Nhận xét: Hình 4.2 Bảng 4.3 cho thấy sai số kết định vị cố loại cố AG ≤0,8%; độ lệch chuẩn kết định vị ≤7,53%; với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số ≤0,9% cho đường dây có chiều dài 100km Bảng 4.4 Chỉ số thống kê loại cố BC d thực tế (km) 25 45 65 85 Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0069 24,8408 44,9009 64,9015 84,9294 5,0217 24,8146 44,8748 64,8937 84,9368 0,2312 1,0648 1,4495 1,1861 0,7542 Khoảng tin cậy Cận Cận 5,0017 5,0122 24,8220 24,8597 44,8757 44,9262 64,8800 64,9230 84,9160 84,9427 Nhận xét: Hình 4.2 Bảng 4.4 cho thấy sai số kết định vị cố loại cố BC ≤0,2%; độ lệch chuẩn ≤1,56%; với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số ≤0,2% cho đường dây có chiều dài 100km Bảng 4.5 Chỉ số thống kê loại cố BCG d thực tế (km) 25 45 65 85 Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0001 24,8605 44,9155 64,9462 84,9491 5,0102 24,8442 44,8931 64,9106 84,9509 0,1767 1,2154 1,7942 1,3149 0,7365 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9960 5,0041 24,8409 24,8801 44,8874 44,9436 64,9245 64,9679 84,9368 84,9614 17 Nhận xét: Hình 4.2 Bảng 4.5 cho thấy sai số kết định vị cố loại cố BCG ≤0,1%; độ lệch chuẩn ≤1,80%; với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số ≤ 0,2% với đường dây có chiều dài 100km Nhận xét: Hình 4.2 Bảng 4.6 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số vị trí cố loại cố ABC ≤0,2%, độ lệch chuẩn ≤1,54%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị có sai số khơng vượt q 0,2% với đường dây có chiều dài 100km Bảng 4.6 Chỉ số thống kê loại cố ABC d thực tế (km) 25 45 65 85 Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0029 24,8428 44,9014 64,9224 84,9792 5,0063 24,8533 44,9207 64,9438 84,9702 0,1063 0,6819 0,9432 1,5360 0,4257 Khoảng tin cậy Cận Cận 5,0004 5,0054 24,8315 24,8542 44,8859 44,9169 64,8993 64,9454 84,9718 84,9866 4.4 Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố thuật toán định vị cố xảy đường dây truyền tải điện rẽ nhánh Mơ hình đường dây rẽ nhánh Hình 3.13 sử để minh họa cho phương pháp đánh giá sai số đo lường đến kết định vị Thơng số mơ hình đường dây rẽ nhánh cho Bảng 3.1, Bảng 3.2, Bảng 3.3, Bảng 3.4 4.4.1 Trường hợp phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh có thơng số đường dây khác 4.4.1.1 Kịch mô phỏng: Điện áp dòng điện đo lường tạo sai số, số lần chạy mô 15000, số biến đầu vào 252, biến đầu vị trí cố, mơ hình mơ thuật tốn định vị cố đề xuất, thu thập kết mô để xác định số thống kê 4.4.1.2 Đặc tính thống kê Hình 4.4 Hàm mật độ phân bố sai số kết định vị cố Hình 4.5 Phân tích độ nhạy kết định vị cố Nhận xét: Hình 4.4 kết tính tốn giá trị trung bình kết định vị cố cho thấy sai số ≤6,4%; độ lệch chuẩn ≤8,68%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn định vị đề xuất có sai số ≤6,67% đường dây có chiều dài 50km Hình 4.5 cho thấy kết định vị cố thuật toán định vị đề xuất bị ảnh hưởng sai số biên độ điện áp, dòng điện đo lường từ phía, kết định vị bị ảnh hưởng sai số góc pha điện áp dòng điện d thực tế (km) 13 21 29 37 18 Bảng 4.7 Chỉ số thống kê loại cố AG – đường dây rẽ nhánh khơng đồng Khoảng tin cậy Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) Cận Cận 5,3585 5,3162 4,2595 5,3026 5,4144 12,8814 12,5721 5,8685 12,8102 12,9525 20,6479 19,8636 7,6182 20,5559 20,7399 28,3709 27,1785 8,5671 28,2605 28,4813 35,4957 34,5083 8,1963 35,3787 35,6126 Nhận xét: Hình 4.4 Bảng 4.7 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số kết định vị cố loại cố AG ≤6,4%, độ lệch chuẩn ≤8,68%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số ≤6,67% đường dây có chiều dài 50km Bảng 4.8 Chỉ số thống kê loại cố BC d thực tế (km) 13 21 29 37 Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0399 12,9810 20,9518 28,9286 36,8869 5,0716 12,9133 20,7601 28,5709 36,4643 2,3013 2,4542 3,0847 4,1006 4,9334 Khoảng tin cậy Cận Cận 5,0093 5,0706 12,9487 13,0133 20,9115 20,9921 28,8754 28,9818 36,8221 36,9517 Nhận xét: Hình 4.4 Bảng 4.8 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị cố loại cố BC ≤1,34%, độ lệch chuẩn ≤ 5,07%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn định vị đề xuất có sai số ≤1,46% đường dây có chiều dài 50km Bảng 4.9 Chỉ số thống kê loại cố BCG d thực tế (km) 13 21 29 37 Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 4,9948 12,9838 20,9089 28,9098 36,8778 5,0121 12,9385 20,7758 28,7175 36,6140 1,7663 1,8863 2,4046 3,1446 3,9203 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9714 5,0182 12,9587 13,0088 20,8772 20,9407 28,8686 28,9510 36,8261 36,9294 Nhận xét: Hình 4.4 Bảng 4.9 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị cố loại cố BCG ≤0,84%, độ lệch chuẩn ≤4,17%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số ≤0,94% đường dây có chiều dài 50km d thực tế (km) 13 21 29 37 Bảng 4.10 Chỉ số thống kê loại cố ABC Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0031 12,9914 20,9732 28,9541 36,9532 5,0073 12,9770 20,9386 28,8938 36,8696 0,8704 0,9298 1,1895 1,5486 1,9606 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9916 5,0147 12,9790 13,0038 20,9575 20,9890 28,9334 28,9749 36,9270 36,9793 Nhận xét: Hình 4.4 Bảng 4.10 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị cố loại cố ABC ≤0,16%, độ lệch chuẩn ≤2,37%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số ≤0,22% đường dây có chiều dài 50km 4.4.2 Trường hợp phân đoạn có thông số đường dây khác thông số phân đoạn thứ ba 4.4.2.1 Kịch mô phỏng: Điện áp dòng điện đo lường biến đầu vào tạo sai số có phân bố với khoảng sai số Bảng 4.1 Bảng 4.2, tiến hành mô phỏng: số lần chạy mô 15000, số biến đầu vào 180, biến đầu vị trí cố, mơ hình mơ thuật tốn định vị cố đề xuất, thu thập kết mô để xác định số thống kê 19 4.4.2.2 Đặc tính thống kê Hình 4.6 Hàm mật độ phân bố sai số định vị cố Hình 4.7 Phân tích độ nhạy kết định vị cố Nhận xét: Hình 4.6 cho thấy kết định vị cố thuật tốn đề xuất có sai lệch phù hợp với tính tốn lý thuyết tín hiệu đo lường gặp phải sai số 5% Kết tính tốn giá trị trung bình kết định vị cố cho thấy kết định vị cố loại cố điển hình có sai số ≤6,88%; độ lệch chuẩn ≤8,74%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn định vị đề xuất có sai số ≤7,1% đường dây có chiều dài 50km Hình 4.7 cho thấy kết định vị cố thuật toán định vị đề xuất bị ảnh hưởng sai số biên độ điện áp, dòng điện đo lường từ phía đường dây, kết định vị bị ảnh hưởng sai số góc pha d thực tế (km) 13 21 29 37 Bảng 4.11 Chỉ số thống kê loại cố AG – SJ, TJ khác thông số RJ Khoảng tin cậy Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) Cận Cận 5,4284 5,5039 3,9859 5,3760 5,4807 12,9021 12,6167 5,4543 12,8378 12,9665 20,6309 19,8045 7,2540 20,5445 20,7174 28,1989 26,9591 8,5155 28,0907 28,3070 35,3703 34,2166 8,1624 35,2547 35,4859 Nhận xét: Hình 4.6 Bảng 4.11 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số vị trí cố loại cố AG ≤6,88%, độ lệch chuẩn ≤8,74%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn định vị đề xuất có sai số ≤7,1% đường dây có chiều dài 50km d thực tế (km) 13 21 29 37 Bảng 4.12 Chỉ số thống kê loại cố BC Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0115 12,9846 20,9415 28,8821 36,8501 5,1127 12,9138 20,7267 28,5264 36,3726 2,1926 2,1473 2,8952 3,9647 5,0052 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9825 5,0405 12,9562 13,0131 20,9040 20,9791 28,8310 28,9332 36,7845 36,9157 Nhận xét: Hình 4.6 Bảng 4.12 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị loại cố BC ≤1,64%, độ lệch chuẩn ≤5,02%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn đề xuất có sai số ≤1,76% đường dây có chiều dài 50km d thực tế (km) 13 21 29 37 Bảng 4.13 Chỉ số thống kê loại cố BCG Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0154 12,9800 20,9823 28,9418 36,8755 5,0639 12,9343 20,8734 28,7391 36,5944 1,6250 1,6023 2,1249 2,9034 3,7466 Khoảng tin cậy Cận 4,9940 12,9588 20,9544 28,9035 36,8263 Cận 5,0368 13,0013 21,0102 28,9800 36,9248 Nhận xét: Hình 4.6 Bảng 4.13 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị cố loại cố BCG ≤0,66%, độ lệch chuẩn ≤4,03, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật toán định vị đề xuất có sai số ≤0,76% đường dây có chiều dài 50km 20 Bảng 4.14 Chỉ số thống kê loại cố ABC d thực tế (km) 13 21 29 37 Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 4,9925 12,9921 20,9982 28,9946 37,0153 5,0092 12,9886 20,9675 28,9605 36,9540 0,8368 0,7487 0,9093 1,2216 1,5930 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9813 5,0036 12,9820 13,0021 20,9860 21,0103 28,9784 29,0108 36,9940 37,0365 Nhận xét: Hình 4.6 Bảng 4.14 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị cố loại ABC ≤0,06%, độ lệch chuẩn ≤1,95%, mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn đề xuất có sai số ≤0,12% đường dây có chiều dài 50km 4.4.3 Trường hợp phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh sử dụng chủng loại dây 4.4.3.1 Kịch mô phỏng: Điện áp dòng điện đo lường tạo sai số, tiến hành mô phỏng: số lần chạy mô 15000, số biến đầu vào 72, biến đầu vị trí cố, mơ hình mơ thuật tốn định vị cố đề xuất, thu thập kết mô để xác định số thống kê 4.4.3.2 Đặc tính thống kê Hình 4.8 Hàm mật độ phân bố sai số định vị cố Hình 4.9 Phân tích độ nhạy kết định vị cố Nhận xét: Hình 4.8 kết tính tốn giá trị trung bình kết định vị cố cho thấy kết định vị cố loại cố điển hình có sai số ≤0,42%, độ lệch chuẩn ≤3,78%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật toán định vị đề xuất có sai số ≤0,52% đường dây có chiều dài 50km Hình 4.9 cho thấy kết định vị cố thuật toán định vị đề xuất bị ảnh hưởng sai số biên độ điện áp, dòng điện trước cố cố đo lường từ phía đường dây, kết định vị bị ảnh hưởng sai số góc pha điện áp dịng điện d thực tế (km) 13 21 29 37 Bảng 4.15 Chỉ số thống kê loại cố AG – đường dây rẽ nhánh đồng Khoảng tin cậy Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) Cận Cận 5,2128 5,2477 3,4085 5,1644 5,2611 13,0573 13,1928 3,6591 13,0085 13,1061 21,0326 21,1441 3,3034 20,9887 21,0765 29,0240 29,0865 3,0152 28,9837 29,0643 37,0218 37,0474 2,7731 36,9844 37,0591 Nhận xét: Hình 4.8 Bảng 4.15 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị loại cố AG ≤0,42%, độ lệch chuẩn ≤3,78%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị sử dụng thuật tốn đề xuất có sai số ≤0,52% đường dây có chiều dài 50km Bảng 4.16 Chỉ số thống kê loại cố BC d thực tế (km) 13 21 29 37 Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 5,0037 13,0039 21,0170 29,0089 37,0023 5,0420 13,0495 21,0459 29,0182 37,0150 2,0242 1,8281 1,5999 1,4085 1,2758 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9767 5,0307 12,9795 13,0282 20,9955 21,0384 28,9899 29,0280 36,9850 37,0196 21 Nhận xét: Hình 4.8 Bảng 4.16 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị cố loại cố BC ≤0,04%, độ lệch chuẩn ≤2,02%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn đề xuất có sai số ≤0,1% đường dây có chiều dài 50km d thực tế (km) 13 21 29 37 Bảng 4.17 Chỉ số thống kê loại cố BCG Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 4,9986 13,0034 21,0122 29,0064 37,0020 5,0212 13,0248 21,0338 29,0076 37,0138 1,4896 1,3532 1,1952 1,0577 0,9516 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9785 5,0188 12,9852 13,0216 20,9960 21,0284 28,9920 29,0208 36,9890 37,0150 Nhận xét: Hình 4.8 Bảng 4.17 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị loại cố BCG ≤0,04%, độ lệch chuẩn ≤1,49%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật tốn định vị đề xuất có sai số ≤0,08% đường dây có chiều dài 50km d thực tế (km) 13 21 29 37 Bảng 4.18 Chỉ số thống kê loại cố ABC Trung bình (km) Trung vị (km) Độ lệch chuẩn (%) 4,9951 12,9933 21,0034 28,9958 37,0032 5,0083 12,9929 21,0072 28,9967 37,0029 0,7251 0,6302 0,5510 0,4772 0,4228 Khoảng tin cậy Cận Cận 4,9853 5,0050 12,9848 13,0018 20,9960 21,0108 28,9894 29,0022 36,9975 37,0089 Nhận xét: Hình 4.8 Bảng 4.18 kết tính tốn giá trị trung bình vị trí cố cho thấy sai số định vị cố loại cố ABC ≤0,02%, độ lệch chuẩn ≤0,73%, với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố sử dụng thuật toán định vị đề xuất có sai số ≤0,04% đường dây có chiều dài 50km 4.5 Kết luận Thuật toán đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường sử dụng mô Monte Carlo áp dụng đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến đết định vị cố thuật toán định vị cố xảy đường dây không đồng nhất, biến ngẫu nhiên đầu vào mơ hình tín hiệu điện áp dòng điện tạo sai lệch phạm vi qui định theo tiêu chuẩn IEC Thuật toán áp dụng đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố thuật tốn định vị cho đường dây khơng đồng nhất: Kết tính tốn giá trị trung bình kết định vị cố cho thấy kết định vị cố loại cố điển hình sai số khơng vượt q 7,53% đường dây có chiều dài 100km Với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số khơng vượt q 0,9% Thuật tốn đề xuất áp dụng để đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết thuật toán định vị xảy đường dây rẽ nhánh: • Đường dây rẽ nhánh, phân đoạn sử dụng chủng loại dây khác nhau: Kết định vị cố loại cố điển hình có sai số khơng vượt 8,68% đường dây có chiều dài 50km Với mức độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số khơng vượt q 6,67% • Đường dây rẽ nhánh, phân đoạn sử dụng chủng loại dây khác chủng loại dây phân đoạn thứ 3: Kết định vị cố loại cố điển hình có sai số khơng vượt q 8,74% đường dây có chiều dài 50km Với độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số khơng vượt q 7,1% • Đường dây rẽ nhánh, phân đoạn sử dụng chủng loại dây: Kết định vị cố loại cố điển hình có sai số khơng vượt q 3,78% đường dây có chiều dài 50km Với độ tin cậy 95% kết định vị cố có sai số khơng vượt q 0,52% 22 Thuật toán đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết định vị cố cho thấy thông số đầu vào bị sai lệch, sai số tối đa kết định vị cố 8,68% đạt mức chấp nhận Kết phân tích độ nhạy cho thấy kết định bị ảnh hưởng sai số biên độ điện áp dòng điện Tuy nhiên, kết định vị cố bị ảnh hưởng sai số góc pha dòng điện điện áp KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Đóng góp khoa học luận án Định vị cố đường dây truyển tải điện đã, vấn đề kỹ thuật có tính thực tiễn cao q trình vận hành hệ thống đường dây tải điện Việc định vị xác, chí giảm sai số định vị cố cho phép rút ngắn thời gian khắc phục cố, góp phần nâng cao độ tin cậy hệ thống lưới điện truyền tải Cho đến nay, hầu hết tất rơ le kỹ thuật số sử dụng biến thể phương pháp tổng trở nhằm xác định vị trí cố đường dây tải điện, dựa ghi rơ le từ phía đầu đường dây Về mặt tốn học, mơ hình khơng xác, tổng trở biểu kiến rơ le phụ thuộc vào vị trí cố trào lưu cơng suất hai phía đường dây trước xảy cố Mặc dù mơ hình tính tốn khơng xác, phương pháp dựa ghi cố phía có tính thực tế cao, dễ áp dụng Về lý thuyết, áp dụng ghi cố từ hai phía đường dây cho phép nâng cao độ xác định vị Rất nhiều nghiên cứu triển khai nhằm khai thác ghi cố từ hai phía đầu đường dây nhằm định vị với tính xác cao Cách tiếp cận sử dụng thông tin đo lường từ hai phía, mặt khác, tồn nhiều thách thức kỹ thuật: rơ le hai phía khơng đồng thời gian, hai ghi rơ le có tần số lấy mẫu khác nhau, đường dây có thơng số khơng đồng Độ xác số liệu đường dây vấn đề kỹ thuật khó, mạch vòng tổng trở cố pha đất phụ thuộc nhiều vào điện trở nối đất, thay đổi Bên cạnh đó, việc phát triển mơ hình tốn học phù hợp để tính tốn định vị cố với ghi hai phía toán phức tạp: hầu hết lý thuyết tính tốn ngắn mạch dựa giả thiết dòng ngắn mạch bao gồm thành phần 50Hz Tuy nhiên thực tế, dịng ngắn mạch ln tồn thành phần tự do, giá trị dòng điện ghi nhận chịu ảnh hưởng sai số đo lường, cấp xác máy biến dòng điện phục vụ cho bảo vệ không cao Luận án tác giả thực giải số vấn đề kỹ thuật đặt toán định vị cố dựa ghi rơ le từ hai phía đường dây Các kết tóm lược sau: • Thứ nhất, luận án phát triển mơ hình toán học cho phép định vị cố đường dây tải điện mà không cần biết thông tin tổng trở đường dây Như nói trên, thơng số đường dây coi đại lượng có tính bất định, đặc biệt thành phần hỗ cảm Việc loại bỏ biến tổng trở đường dây cho phép tăng độ xác Mặt khác, mơ hình tính tốn phát triển luận án cho phép xác định thông số đường dây truyền tải Kết sử dụng để đối chiếu với phiếu chỉnh định sử dụng, nhằm đưa hiệu chỉnh phù hợp • Thứ hai, luận án phát triển mơ hình tính tốn cho phép định vị cố với ghi từ hai phía, đường dây có thơng số khơng đồng Trên thực tế, thông số đường dây tải điện có khác biệt định dọc theo tuyến đường dây Do vậy, việc sử dụng mơ hình tính tốn với giả thiết thơng số khơng đồng có tính tổng qt áp dụng với mơ hình đường dây thực tế Các kết luận án cho thấy cải thiện độ xác, kết định vị khơng bị ảnh hưởng thơng số đường dây bị sai lệch • Thứ ba, luận án đề xuất quy trình nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng sai số thiết bị đo lường đến thuật toán đề xuất Như nói trên, thiết bị đo lường dùng cho mục đích bảo vệ có u cầu sai số khơng cao, ví dụ máy biến dịng cho phép sai số đến 5-10% Do sai số thiết bị đo lường có ảnh hưởng đáng kể đến độ xác phương pháp định vị Độ không đồng sai số yếu tố có ảnh hưởng lớn, sơ đồ tính tốn đơn giản nhất, thuật tốn định vị phải sử dụng tín hiệu điện áp tín hiệu dịng điện khác Chương luận án đề xuất mơ hình nghiên cứu đánh giá ảnh 23 hưởng sai số đo lường dựa mô Monte-Carlo, nhằm xác định định lượng yếu tố có ảnh hưởng lớn đến thuật tốn định vị Trong số trường hợp, sai số tối đa kết định vị cố 8,68% đạt mức chấp nhận Kết cho thấy giới hạn độ xác định vị cố dựa công nghệ đo lường bảo vệ Nói cách khác, luận án đề xuất phương pháp đánh giá định lượng độ bất định phương pháp định vị cố gây thiết bị đo Kết cho thấy hiệu phương pháp định vị cố cần đánh giá dựa đặc tính thống kê sai số gây yếu tố đầu vào, thay sử dụng số lượng giới hạn mô Một hạn chế luận án, giống cơng trình nghiên cứu có chủ đề, chưa thử nghiệm đầy đủ với ghi cố thực tế Đây thử nghiệm cần thiết, nhiên tính khả thi cịn thấp, số lượng ghi thực tế ghi nhận ít, đường dây truyền tải cụ thể Mặt khác, việc lưu trữ ghi cố từ hai phía, với biên kiểm tra xác định vị trí cố thường khơng đầy đủ, dẫn đến khó kiểm chứng xác Kiến nghị nghiên cứu Các kết nghiên cứu luận án phát triển hướng sau: • Áp dụng thuật toán đề xuất cho định vị cố sử dụng ghi cố từ hai phía, với ghi cố thực tế • Mở rộng tốn xác định vị trí cố xảy đường dây truyền tải khơng đồng nhất, có phân đoạn đường dây sử dụng cấu hình đường dây song song, không cần biết trước thông số đường dây • Mở rộng tốn xác định vị trí cố xảy đường dây không đồng nhất, đường dây rẽ nhánh không đồng lưới phân phối • Phát triển mơ hình phân tích Monte-Carlo kết hợp với giải thuật định vị, cho phép xác định ước lượng vị trí cố đồng thời khoảng tin cậy kết ước lượng 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Xuân Tùng, Nguyễn Đức Huy (2015) Định vị cố đường dây truyền tải sử dụng số liệu đo lường từ hai đầu đường dây không sử dụng thơng số chiều dài đường dây Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 1(86), pp 100-102 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng (2015) Khử thành phần chiều tín hiệu đo lường ứng dụng toán định vị cố đường dây truyền tải Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 5(90), pp 116-118 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng (2015) Resynchronization of measurement signals from two-ends for fault location on transmission lines Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Đại học Đà Nẵng, số 6(91), pp 78-81 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng (2015) Khôi phục dạng sóng dịng điện biến dịng điện bị bão hịa sử dụng phân tích Prony Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 11(96), pp 7680 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng (2015) Fault location for non-homogeneous transmission lines using measurement signals from two-ends without utilizing line parameters Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường Ðại học Kỹ thuật, số 109, pp.8-14 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xn Tùng (2016) Khơi phục dạng sóng biến dịng điện bị bão hòa ứng dụng định vị cố đường dây truyền tải điện Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 1(98), pp 80-83 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng (2016) Định vị cố đường dây truyền tải sử dụng phương pháp đồng tín hiệu khơng xét tới thơng số đường dây Tạp chí Khoa học Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 3(100), pp 99-102 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng (2016) Influence of measurement errors on fault location accuracy applied for power transmission lines Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ trường Ðại học Kỹ thuật, số 113, pp 27-34 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Xuân Tùng, Nguyễn Đức Huy (2017) Thuật toán định vị cố đường dây truyền tải rẽ nhánh trước thông số đường dây Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ trường Ðại học Kỹ thuật, số 117, pp 14-20 ... kiếm vị trí cố góp phần nâng cao độ tin cậy lưới điện truyền tải Do việc lựa chọn luận án với hướng nghiên cứu ? ?Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí cố đường dây tải điện thuộc lưới điện phức. .. tốn định vị cố có khả áp dụng cho đường dây thuộc lưới điện phức tạp Đối tượng nghiên cứu: Thuật toán định vị cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện với đặc điểm sau: i) thuật toán định vị cố. .. tốn định vị cố trí cố xảy đường dây truyền tải điện không đồng không yêu cầu phải biết trước thơng số đường dây; ii) thuật tốn tính tốn cho tốn định vị cố trí cố xảy đường dây truyền tải điện