Ứng dụng mạng nơ ron để nhận dạng sự cố trên đường dây truyền tải

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHỆ THỦ ĐỨC KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ oOo— BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Đề tài: ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON ĐỂ NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ Tác giả: Nguyễn Phát Lợi - Tháng 2/2017 - Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Chương TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung vấn đề nghiên cứu Việc phát phân loại dạng cố đường dây truyền tải dựa vào tín hiệu điện áp dịng điện ba pha biết đến từ lâu Trước đây, người ta thường sử dụng loại rơ le truyền thống để giải vấn đề này, chẳng hạn rơ le bảo vệ dòng, bảo vệ khoảng cách, bảo vệ áp - thấp áp, bảo vệ so lệch… Tất loại rơ le hoạt động dựa nguyên tắc so sánh thông số đo từ biến dịng biến áp với thơng số cài đặt trước xác định việc tính tốn chế độ làm việc bình thường xảy cố Mỗi rơ le có chức riêng biệt, nhiều rơ le kết hợp với tạo thành hệ thống rơ le bảo vệ đủ tin cậy để bảo vệ cho hệ thống điện Ưu điểm hệ thống rơ le bảo vệ truyền thống cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt Tuy nhiên, q trình vận hành gặp khó khăn phối hợp rơ le với để đạt hiệu bảo vệ tối ưu Bên cạnh đó, hệ thống có nhiều rơ le làm giảm độ tin cậy bảo vệ rơ le bị cố Vì vậy, cần xây dựng hệ thống bảo vệ có cấu tạo đơn giản đảm bảo tính chọn lọc độ tin cậy vận hành cao 1.2 Các kết nghiên cứu ngồi nước cơng bố 1.2.1 Phương pháp mạng nơ - ron nhân tạo để bảo vệ khoảng cách cho đường dây truyền tải [1] Rơ le khoảng cách để bảo vệ cho đường dây truyền trải thường thiết kế dựa sở thiết lập cố định Phạm vi bảo vệ rơ le bị ảnh hưởng thay đổi điều kiện lưới điện Việc thực nhận dạng mẫu cho chẩn đoán hệ thống điện cung cấp cải tiến đáng kể lĩnh vực bảo vệ Nghiên cứu chứng minh cho việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo phương pháp phân loại mẫu cho hoạt động rơ le khoảng cách Phương pháp sử dụng biên độ điện áp dòng điện ba pha làm ngõ vào Hiệu cải thiện với việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo làm cho rơ le hoạt động xác hơn, Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử phải đối mặt với điều kiện cố khác thay đổi cấu trúc lưới điện Việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo phương pháp phân loại mẫu để mô rơ le khoảng cách đưa kết đáng khích lệ Rơ le ANN cung cấp hoạt động nhanh xác, giữ phạm vi xác đối mặt với điều kiện cố khác hệ thống điện (ngay có diện thành phần DC làm dịch chuyển dạng sóng dịng điện), thay đổi mạng điện Đây điểm cải tiến đáng kể so với loại rơ le thông thường Do việc sử dụng ANN làm cho mở rộng phạm vi bảo vệ vùng thứ nhất, tăng cường bảo vệ hệ thống Quá trình có liên quan đến việc huấn luyện kiểm tra cấu hình mạng khác đạt kết mong muốn Công cụ mở chiều hướng nghiên cứu rơ le, cho phép giải số vấn đề nghiêm trọng liên quan đến bảo vệ khoảng cách đường dây truyền tải 1.2.2 Áp dụng nhận dạng mẫu bảo vệ khoảng cách [2] Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo (ANNs) phân loại mẫu cho hoạt động rơ le bảo vệ khoảng cách Mạng nơ - ron thực nên nắm bắt kiến thức cho hoạt động rơ le phải đối mặt với nhiều điều kiện khác mạng điện Phương pháp sử dụng biên độ dòng điện điện áp ba pha (bao gồm thành phần thứ tự không) ngõ vào Phần mềm Alternative Transient Program (ATP) sử dụng để tạo liệu cho đường dây truyền tải điều kiện cố cho trình huấn luyện kiểm tra Một cải tiến liên quan đến việc sử dụng ANNs cho mục đích bảo vệ tìm thấy Việc sử dụng mạng nơ - ron nhân tạo công cụ phân loại mẫu cho mô rơ le khoảng cách nghiên cứu Phần mở rộng vùng I bảo vệ khoảng cách lên đến 96% chiều dài đường dây thực hiện, tăng cường an ninh cho hệ thống, cải thiện hiệu suất rơ le thông thường xét đến 97,3% 1050 trường hợp thử nghiệm có kết đáp ứng mong đợi cho rơ le khoảng cách ANN Tổng số sai số thu mức 2,7% Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Cũng cần lưu ý rằng, nghiên cứu đưa vào tài khoản cố chạm đất Để mở rộng kế hoạch đề xuất với tình thực tế, phân loại dạng cố tương tự trình bày nghiên cứu Neural Network Approach to Fault classification for High Speed Protective Relay tạp chí IEEE Transmission on Power Delivery, vol 10, 1995, nên sử dụng trình huấn luyện áp dụng cho dạng cố khác 1.2.3 Phương pháp Nơ - ron mờ (Fuzzy neural) để phân loại cố cho bảo vệ đường dây truyền tải [3] Nghiên cứu giới thiệu phương pháp để phát phân loại cố thời gian thực hệ thống truyền tải việc sử dụng kỹ thuật nơ - ron mờ Việc tích hợp kỹ thuật mạng nơ - ron nâng cao khả học tập hệ thống logic mờ Các thành phần đối xứng kết hợp với dòng điện ba pha dùng để phát loại cố, chẳng hạn cố pha chạm đất, hai pha chạm nhau, hai pha chạm đất ba pha chạm đất, sau xác định đường dây bị lỗi Các kết mô máy tính trình bày nghiên cứu chúng cho thấy phương pháp sử dụng công cụ hiệu cho rơ le kỹ thuật số tốc độ cao 1.2.4 Thuật toán mạng nơ - ron cải tiến cho việc phân loại cố đường dây truyền tải [8] Nghiên cứu giới thiệu khái niệm trí thơng minh nhân tạo dựa thuật toán để phân loại cố mạng điện Việc phân loại xác định xác loại cố vùng bị cố Thuật toán dựa dạng đặc biệt mạng nơ - ron phát triển để đối phó với tập hợp lớn liệu ngõ vào Một cải tiến thuật toán đề xuất cách thực bước khác tiền xử lí tín hiệu ngõ vào, thơng qua việc lựa chọn thông số cho lọc tương tự, giá trị cho cửa sổ liệu tần số lấy mẫu Ngoài ra, kỹ thuật cải tiến cho việc phân loại mẫu kiểm tra thảo luận ưu điểm so với việc sử dụng phân loại lân cận gần trước trình bày Nghiên cứu đưa hướng dẫn để cải thiện thuật tốn mạng nơ ron có cho việc phân loại cố đường dây truyền tải Thuật toán Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử sử dụng trước nỗ lực nhằm thay rơ le khoảng cách loại rơ le mà không sử dụng cài đặt truyền thống Thuật toán dạng đặc biệt giải thuật phân cụm Nó dịch chuyển mẫu ngõ vào vào mẫu ban đầu Cấu trúc cụm đại diện cho việc phân loại khác tập liệu ngõ vào Thuật toán linh hoạt dễ dàng cho phép thay đổi nâng cấp Điều kiện tín hiệu ngõ vào việc lựa chọn giá trị cho lọc tương tự, cửa sổ liệu để lấy mẫu, tần số lấy mẫu đóng vai trị quan trọng thuật tốn suốt trình huấn luyện kiểm tra Các khía cạnh khác yếu tố minh hoạ thơng qua số ví dụ Hơn nữa, việc phân loại mẫu kiểm tra phân tích thơng qua việc so sánh phương pháp phân loại lân cận gần K sử dụng nay, cách tiếp cận mờ Phương pháp đề xuất cải tiến thuật toán mạng nơ - ron phân loại tốt loại cố vùng bị cố Kết hợp việc sử dụng mạng nơ - ron kỹ thuật mờ thuật toán dẫn đến suy luận phức tạp để cải thiện khả phân loại kiện cho việc nhận dạng loạt kiện xảy mạng điện 1.2.5 Xác định vị trí xảy cố hệ thống điện: phương pháp nhận dạng mẫu [9] Hệ thống điện hệ thống nhân tạo phức tạp giới nay, mà hoạt động an toàn, ổn định, kinh tế đáng tin cậy đóng vai trị quan trọng phát triển kinh tế xã hội, chí ổn định xã hội Các cố xảy hệ thống điện hồn tồn khơng thể tránh khỏi Trong nghiên cứu này, phương pháp hình thành nhằm giải vấn đề vị trí xảy cố hệ thống điện, dựa phép đo thời gian thực đơn vị đo lường vecto Kỹ thuật phân loại mẫu sử dụng chủ yếu nguyên tắc phân biệt tuyến tính lý thuyết nhận dạng mẫu để tìm kiếm luật đại lượng điện đánh dấu thay đổi Các kết mô cho thấy nghiên cứu tương ứng điện áp pha, điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự nghịch, dòng điện pha, dòng điện thứ tự thuận, dòng điện thứ tự nghịch cố chạm đất pha, điện áp thứ tự thuận, điện áp thứ tự nghịch, dòng điện thứ tự thuận cố ngắn mạch ba pha, kỹ thuật phân loại mẫu ngun tắc phân biệt tuyến tính xác định cách nhanh Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử chóng xác thành phần bị cố, cuối cô lập cố Trong nghiên cứu hệ thống điện, lý thuyết nhận dạng mẫu có triển vọng tốt ứng dụng 1.3 Các dạng rơ le bảo vệ đường dây 1.3.1 Bảo vệ dòng điện cực đại (51) Bảo vệ dịng điện cực đại làm việc theo đặc tính thời gian độc lập: Khi dịng điện ngắn mạch nằm khoảng từ 10 ÷ 20 lần dịng định mức, thời gian tác động khơng phụ thuộc vào trị số dòng ngắn mạch hay vị trí ngắn mạch (đường thẳng) Bảo vệ dịng điện cực đại làm việc theo đặc tính thời gian phụ thuộc: dòng điện ngắn mạch nhỏ 10 lần dòng định mức, thời gian tác động tỉ lệ nghịch với dòng điện chạy qua bảo vệ, dòng ngắn mạch lớn thời gian tác động bé Ưu điểm dạng bảo vệ cách tính toán cài đặt bảo vệ đơn giản dễ áp dụng Khi sử dụng, cần phải phối hợp với để điều chỉnh thời gian đặt cho rơ le cho thời gian cắt ngắn mạch nhanh đảm bảo tính cắt chọn lọc Bảo vệ dịng điện cực đại sử dụng tín hiệu dịng điện từ phía thứ cấp CT để điều khiển 1.3.2 Bảo vệ dòng điện cắt nhanh (50) Nguyên tắc làm việc bảo vệ dòng điện cắt nhanh chọn dòng khởi động lớn dòng ngắn mạch lớn qua chỗ đặt bảo vệ hư hỏng phần tử bảo vệ Bảo vệ dòng điện cắt nhanh thường làm việc tức thời với thời gian bé Thực tế rơ le thời gian trì hỗn chỉnh khoảng 0,05 ÷ 0,08 giây, rơ le số khoảng 0,03 ÷ 0,05 giây Giá trị đặt bảo vệ dòng cắt nhanh phải chọn cho lớn dòng ngắn mạch cực đại qua chỗ đặt rơ le có ngắn mạch ngồi vùng bảo vệ Do vùng tác động bảo vệ cắt nhanh không bao trùm hoàn toàn đường dây nên làm bảo vệ phụ phối hợp với bảo vệ khác Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Bảo vệ dòng cắt nhanh sử dụng tín hiệu dịng điện để điều khiển với đặc tính thời gian độc lập 1.3.3 Bảo vệ khoảng cách (21) Bảo vệ khoảng cách bảo vệ dựa vào giá trị dịng điện điện áp đo từ tính tốn giá trị tổng trở so sánh với giá trị đặt vùng với hướng công suất đường dây để tổng hợp đưa định thao tác Bảo vệ khoảng cách có vùng tác động: Vùng 1: thời gian tác động chọn giây; Vùng 2: thời gian tác động trì hỗn so với vùng 0,5 giây; Vùng 3: thời gian tác động trì hỗn so với vùng 0,5 giây Được dùng làm bảo vệ phụ cho rơ le so lệch 1.3.4 Bảo vệ dịng có hướng (67) Bảo vệ dịng điện có hướng thực chất bảo vệ q dịng thơng thường có gắn thêm phận định hướng công suất để phát chiều công suất qua đối tượng bảo vệ Bảo vệ tác động dòng điện qua bảo vệ lớn dòng điện khởi động rơ le hướng cơng suất ngắn mạch từ góp vào đường dây Bảo vệ dịng điện có hướng vừa đảm bảo chức cắt nhanh, vừa đóng vai trị bảo vệ dự trữ Bảo vệ q dịng có hướng cho mạng hình tia có hai nguồn cung cấp: Bảo vệ cấp I: Thời gian tác động chọn giây, thực tế người ta chọn có thời gian trễ khoảng 0,01 ÷ 0,05 giây Bảo vệ cấp II chọn thời gian trễ khoảng 0,3 ÷ 0,5 giây Bảo vệ cấp III chọn thời gian trễ khoảng 0,2 ÷ 0,3 giây so với bảo vệ liền kề Bảo vệ q dịng có hướng áp dụng cho mạng vòng nguồn cung cấp Bảo vệ q dịng có hướng sử dụng tín hiệu dịng áp để xác định hướng cơng suất thơng qua so sánh pha Là bảo vệ phụ cho rơ le khoảng cách 1.3.5 Bảo vệ dòng thứ tự nghịch (46) Khi xảy cố cân tải ngắn mạch không đối xứng, lúc xuất dòng thứ tự nghịch Rơ le phát dòng thứ tự nghịch vượt giá trị đặt tác động đến máy cắt Dịng thứ tự nghịch I2 lớn thời gian cho phép tồn Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử bé, bảo vệ chống dịng điện thứ tự nghịch có thời gian tác động t phụ thuộc tỉ lệ nghịch với dòng I2 Bảo vệ có đặc tính thời gian phụ thuộc tỉ lệ nghịch Hình 2.1a đặc tính thời gian độc lập hai cấp Hình 2.1b, với cấp cảnh báo cấp hai cắt máy cắt Hình 1.1 Đặc tính thời gian phụ thuộc đặc tính thời gian độc lập 1.3.6 Bảo vệ nhiệt (49) Bảo vệ tác động nhiệt độ phần ứng động AC, cuộn dây mang tải, biến tần, chỉnh lưu điện, hay máy biến áp (bao gồm biến áp chỉnh lưu) vượt giá trị đặt 1.3.7 Bảo vệ tự động đóng trở lại (79) Sự cố thống qua cố mà loại trừ tác động cắt tức thời máy cắt để cô lập cố cố khơng xuất trở lại đường đóng trở lại sau Các đường dây khơng vận hành với điện áp cao có khả xảy cố thoáng qua (chiếm tới 80 - 90%), đường dây có điện áp cao phần trăm xảy cố thống qua lớn Để giảm thời gian ngừng cung cấp điện cho hộ tiêu thụ, thao tác đóng trở lại đường dây cần thực cách tự động nhờ thiết bị tự động đóng trở lại Áp dụng có hiệu đường dây có nguồn cung cấp từ phía Ở mạng vịng, cắt đường dây không làm ngừng cung cấp điện, nhiên áp dụng làm tăng nhanh việc loại trừ chế độ khơng bình thường khơi phục sơ đồ mạng đảm bảo vận hành kinh tế tin cậy Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử 1.3.8 Bảo vệ so lệch dòng điện (87) Bảo vệ so lệch dòng điện bảo vệ dựa nguyên tắc so sánh trực tiếp dòng điện hai đầu phần tử bảo vệ Bảo vệ so lệch dịng điện sử dụng tín hiệu từ biến dòng CT đặt hai đầu phần tử bảo vệ, hai biến dịng phải có tỉ số biến Bảo vệ có tính chọn lọc tuyệt đối nên khơng cần phải phối hợp với bảo vệ phần tử liền kề khác mà thực để tác động khơng thời gian Nhược điểm chủ yếu bảo vệ có sử dụng dây dẫn phụ Khi đứt dây dẫn phụ làm ngừng hoạt động bảo vệ bảo vệ tác động không Được dùng rộng rãi để bảo vệ cho máy phát, máy biến áp, góp… 1.3.9 Sơ đồ chức hệ thống rơ le bảo vệ đường dây 1.3.9.1 Rơ le bảo vệ cho mạng điện hình tia nguồn cung cấp Hình 1.2 Sơ đồ bảo vệ mạng điện hình tia rơ le Siemens - 7SJ60 Mạng điện hình tia có nguồn cung cấp mạng đơn giản chi phí rẻ nhất, mạch thông dụng Các dạng rơ le dùng để bảo vệ cho mạng điện hình tia rơ le dòng cực đại (51), rơ le dòng chống chạm đất thời gian trễ (51N), rơ le tự động đóng trở lại (79) có đường dây khơng, rơ le bảo vệ dịng thứ tự nghịch (46) có chức bảo vệ dự trữ chống lại cố không đối xứng Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Rơ le điểm xa D có thời gian tác động ngắn Các rơ le gần phía nguồn có thời gian tác động chậm so với rơ le liền kề sau khoảng thời gian 0,2 ÷ 0,3 giây rơ le số; 0,4 giây rơ le tĩnh 0,5 giây rơ le 1.3.9.2 Rơ le bảo vệ cho mạng điện mạch vòng Các dạng rơ le dùng để bảo vệ cho mạng điện mạch vòng rơ le dòng cực đại (51), rơ le dòng chống chạm đất thời gian trễ (51N), rơ le bảo vệ dịng thứ tự nghịch (46) có chức bảo vệ dự trữ chống lại cố không đối xứng, rơ le bảo vệ nhiệt cho cáp Thời gian tác động rơ le bảo vệ q dịng phối hợp với cầu chì bên để bảo vệ cho máy biến áp tải (sử dụng đặc tính thời gian dốc tốt khoảng 0,2 giây trì hỗn chọn lọc) Hình 1.3 Sơ đồ bảo vệ mạng điện mạch vòng rơ le Siemens - 7SJ60 1.3.9.3 Rơ le bảo vệ cho đường dây song song Mạch sử dụng nhiều cho nguồn cung cấp phép gián đoạn dành cho khách hàng quan trọng mà khơng cần phải có nguồn cung cấp ngược lại đáng kể Các rơ le bảo vệ có hướng 67/67N cắt tức thời cố xuất đường dây mà bảo vệ Điều tiết kiệm khoảng thời gian phân hạng rơ le bảo vệ dòng ngõ vào cung cấp Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Thiết kế mạng điện Hình 3.1 Sau cho phần mềm hoạt động chế độ Run Mode, vào menu Tools để sử dụng công cụ Fault Analysis Cửa sổ Fault Analysis xuất Hình 3.2 Hình 3.2 Cửa sổ Fault Analysis Trong vùng Fault Location, chọn loại cố đường dây (In - line Fault) từ Bus đến Bus Phần mềm cho phép thay đổi vị trí xảy cố đường dây cách thay đổi thông số ô Location % Trong vùng Fault Type có bốn lựa chọn tương ứng với bốn loại cố thường gặp hệ thống điện: Single Line - to Ground (Sự cố ngắn mạch pha chạm đất); Line - to - line (Sự cố ngắn mạch hai pha); Phase Balanced (Sự cố ngắn mạch ba pha cân bằng) Double Line - to Ground (Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất) Sau thiết lập thông số dạng cố, chọn thẻ Calculate để phần mềm tiến hành tính tốn Bảng thơng số xuất bên cửa sổ FaultAnalysis Lần lượt chọn thẻ Bus Records hay Lines để lấy thông Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 35 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử số đặc trưng cần thiết cho tập liệu Ngồi ra, chọn thẻ cịn lại để xem thông số máy phát, tải… hệ thống 3.4.2 Phần mềm Matlab Matlab mơi trường tính tốn số lập trình, thiết kể cơng ty MathWorks Matlab cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện người dùng liên kết với chương trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác Matlab giúp đơn giản hố việc giải tốn tính tốn kỹ thuật so với ngơn ngữ lập trình truyền thống C, C++ Fortran Matlab sử dụng nhiều lĩnh vực, bao gồm xử lí tín hiệu ảnh, truyền thông, thiết kế điều khiển tự động, đo lương kiểm tra, phân tích mơ hình tài chính, hay tính tốn sinh học… Trong nghiên cứu này, phần mềm Matlab sử dụng để huấn luyện mạng nơ - ron, sử dụng phiên 7.11.0.584 (2010b) Trong cửa sổ WorkSpace, chọn Import Data để mã hoá liệu thành ma trận phục vụ cho việc huấn luyện mạng nơ - ron Tập liệu ngõ vào đặt tên input, tập liệu mục tiêu đặt tên target Trong cửa sổ Command Window, nhập dòng lệnh sau: Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 36 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử inputs = input1; % gán tập liệu cho ngõ vào targets = target; % gán tập liệu cho mục tiêu hiddenLayerSize = 13; % Số nơ - ron lớp ẩn net = patternnet(hiddenLayerSize); % Khởi tạo mạng nơ - ron % Chia tập liệu thành tập liệu net.divideParam.trainRatio = 70/100; % tập liệu huấn luyện net.divideParam.valRatio = 15/100; % tập liệu đánh giá net.divideParam.testRatio = 15/100; %tập liệu kiểm nghiệm % Huấn luyện mạng nơ - ron [net,tr] = train(net,inputs,targets); % Đánh giá huấn luyện mạng outputs = net(inputs); trOut = outputs(tr.trainInd); vOut = outputs(tr.valInd); tsOut = outputs(tr.testInd); trTarg = targets(tr.trainInd); vTarg =targets(tr.valInd); tsTarg =targets(tr.testInd); errors = gsubtract(targets,outputs); performance = perform(net,targets,outputs) Cho chương trình chạy quan sát kết xuất hình Kết luận: Mơ hình mạng điện đưa nghiên cứu cấp nguồn từ máy phát, với đường dây ngắn dài Các tín hiệu dịng điện điện áp đường dây có tác động lớn đến hệ thống thu thập cách mơ hình hố mơ Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 37 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử phỏng, sử dụng phần mềm PowerWord 17 tạo tập liệu ngõ vào input tập liệu mục tiêu target cho huấn luyện mạng nơ - ron Cách đưa liệu vào Matlab cho việc huấn luyện trình bày cụ thể Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 38 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Chương 4: NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Giới thiệu Chương trình bày kết phân loại dạng cố đường dây dựa mạng nơ - ron đa lớp sử dụng giải thuật Scaled Conjugate Gradient Bảng tổng hợp kết huấn luyện thay đổi số nơ - ron lớp ẩn trình bày phần Kết phân loại tối ưu trình bày chi tiết phần hai 4.1 Nhận dạng cố đường dây Bằng cách tăng dần số nơ ron lớp ẩn thuật toán huấn luyện mạng nơ ron theo phương pháp Scaled Conjugate Gradient, thu kết trình bày Bảng 4.1 Bảng 4.1: Các kết huấn luyện mạng nơ - ron Số nơ - ron 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Độ xác 66,4% 56,1% 67,1% 88,5% 50% 92,8% 88,9% 94,7% 99,6% 97,9% 49,9% Gradient(a) Epoch(b) MSE(c) 0,037618 0,036783 0,021808 0,024096 0,014281 0,012475 0,038656 0,012103 0,006908 0,018006 0,020119 27 33 47 84 102 137 86 172 182 134 30 0,0994 0,1340 0,1020 0,0524 0,1410 0,0447 0,0471 0,0368 0,0293 0,0314 0,1580 (a): Độ dốc (b): Số lần lặp (c): Sai số bình phương trung bình 4.2 Nhận xét kết mô Cấu trúc mạng nơ - ron bao gồm ba lớp cụ thể sau: Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 39 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử - Lớp ngõ vào (input layer): có sáu nơ - ron tương ứng với sáu tính chất dòng điện điện áp pha - Lớp ngõ (output layer): có bốn nơ - ron tương ứng với bốn dạng cố cần nhận dạng - Lớp ẩn (hidden layer): Lớp ẩn kết nối lớp ngõ vào lớp ngõ ra, mạng nơ - ron dùng nhiều lớp ẩn Tuy nhiên, LiMin Fu (1994) chứng minh cần lớp ẩn mạng đủ mơ hình hố hàm Hơn nữa, số lớp ẩn nhiều làm cho thời gian huấn luyện kéo dài, yêu cầu cho rơ le phải tác động nhanh Vì vậy, tác giả chọn mạng nơ - ron có lớp ẩn Khơng có ngun tắc hướng dẫn lớp ẩn có nơ - ron, việc xác định dựa kinh nghiệm phép thử sai Trong báo cáo áp dụng phương pháp thử sai để tìm kết huấn luyện tối ưu Từ kết trình bày Bảng 4.1, với số ngõ vào mạng nơ - ron 6, số ngõ mạng nơ - ron 4, việc huấn luyện lặp lặp lại nhiều lần đến đạt khả nhận dạng tối ưu Số lượng tối ưu nơ - ron ẩn tìm sau áp dụng 16 Việc huấn luyện chấm dứt sau 182 lần lặp với khả nhận dạng xác thuật toán lên đến 99,6% Như vậy, toán nhận dạng cố đường dây, chọn số nơ - ron lớp ẩn 16 phù hợp Cấu trúc mạng nơ - ron lựa chọn trình bày Hình 4.1 Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 40 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 Lớp ngõ vào (Input layer) TDC - Khoa Điện - Điện tử Lớp ẩn (Hidden layer) Lớp ngõ (Output layer) VA VB AN VC AB IA ABC IB ABN IC Hình 4.1 Cấu trúc mạng nơ - ron lựa chọn Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 41 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử (a) (b) (c) (d) Hình 4.2 Kết huấn luyện mạng nơ - ron với 16 nơ - ron lớp ẩn Với số lượng 960 mẫu liệu ban đầu, thuật toán lấy 85% số lượng mẫu dành cho tập huấn luyện, tương ứng 816 mẫu; 10% số lượng mẫu dành cho tập đánh giá, tương ứng 96 mẫu 5% số lượng mẫu dành cho tập kiểm nghiệm, tương ứng 48 mẫu Hình 4.2 mơ tả khả nhận dạng xác thuật toán tập liệu tổng quát 960 mẫu đưa vào huấn luyện Hình 4.2(a) cho thấy số 816 mẫu lấy ngẫu nhiên, có 204 mẫu dạng cố pha chạm đất, 207 mẫu dạng cố chạm hai pha, 202 mẫu dạng cố ba pha cân 203 mẫu dạng cố hai pha chạm đất Trong dạng cố pha chạm đất, cố ba pha cân cố hai pha chạm đất nhận dạng với độ xác tuyệt đối Dạng cố chạm hai pha nhận dạng xác 203 mẫu Tập đánh giá với 96 mẫu lấy ngẫu nhiên, có 26 mẫu dạng cố pha chạm đất, 21 mẫu dạng cố chạm hai pha, 29 mẫu dạng cố ba pha cân 20 mẫu dạng cố hai pha chạm đất Với kết đánh giá mô tả Hình 4.2(b) cho thấy thuật có độ nhận dạng xác cao Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 42 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Hình 4.3 Biểu đồ sai số bình phương trung bình Hình 4.4 Mối quan hệ tuyến tính ngõ mục tiêu huấn luyện Trong số 48 mẫu lấy ngẫu nhiên để kiểm chứng thuật tốn nhận dạng, có 10 mẫu dạng cố pha chạm đất, 12 mẫu dạng cố chạm hai pha, mẫu dạng cố ba pha cân 17 mẫu dạng cố hai pha chạm đất Kết Hình 4.2(c) cho thấy 48 mẫu nhận dạng xác Tác giả: Nguyễn Phát Lợi Trang 43 Đề tài Nghiên cứu khoa học - 2017 TDC - Khoa Điện - Điện tử Hình 4.2(d) cho thấy số 960 mẫu đưa vào huấn luyện, thuật toán nhận dạng xác 956 mẫu 4.3 Kiểm tra nhận dạng cố đường dây Sau mạng nơ - ron huấn luyện, dùng phần mềm PowerWorld để mô trường hợp cố đường dây - mạng điện vận hành kín vận hành hở đường dây - Chế độ tải chọn ngẫu nhiên từ 75% đến 110% tải định mức ban đầu Vị trí xảy cố nằm đường dây - Các trường hợp cố mô tả Bảng 4.2 Bảng 4.2: Các trường hợp cố dùng để kiểm tra thuật toán nhận dạng Trường hợp 10 Cấu trúc mạng điện Vận hành kín Vận hành kín Vận hành kín Vận hành kín Vận hành kín Vận hành hở - Vận hành hở - Vận hành hở - Vận hành hở - Vận hành hở - Chế độ tải Dạng cố 100% 100% 96% 80% 107% 100% 105% 90% 85% 93% AN ABC AB ABN ABC AB AN ABN ABN AN Vị trí xảy cố 25% 40% 58% 3% 97% 22% 80% 70% 34% 78% Tổng trở cố ohm ohm 12 ohm ohm 18 ohm ohm ohm ohm 14 ohm 19 ohm Thơng số điện áp dịng điện ba pha cho trường hợp cố tạo thành ma trận cột bốn dòng, đặt tên test Trong cửa sổ Command Window, nhập dòng lệnh sau: output = net(test) if(output(1,1)>0.5)&(output(2,1)