KHÔI PHỤC DẠNG SÓNG KHI BIẾN DÒNG ĐIỆN BỊ BÃO HÒA ỨNG DỤNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

80 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng KHÔI PHỤC DẠNG SÓNG KHI BIẾN DÒNG ĐIỆN BỊ BÃO HÒA ỨNG DỤNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RESTORATION OF WAVEFORM WHEN CURRENT TRANS[.]

80 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng KHƠI PHỤC DẠNG SĨNG KHI BIẾN DỊNG ĐIỆN BỊ BÃO HÒA ỨNG DỤNG ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RESTORATION OF WAVEFORM WHEN CURRENT TRANSFORMER IS SATURATED, APPLYING FAULT LOCATION ON A TRANSMISSION LINE Nguyễn Xuân Vinh1, Nguyễn Đức Huy2, Nguyễn Xuân Tùng2 Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long; vinhnx@vlute.edu.vn Đại học Bách khoa Hà Nội; huy.nguyenduc1@hust.edu.vn, tung.nguyenxuan@hust.edu.vn Tóm tắt - Bài báo trình bày thuật tốn cải tiến xác định vị trí cố xảy đường dây truyền tải điện máy biến dòng điện đo lường đầu đường dây bị bão hịa Thuật tốn sử dụng tín hiệu điện áp dịng điện đo lường từ hai đầu đường dây Thuật toán bao gồm hai bước: áp dụng thuật toán hồi quy Fourier rời rạc (DFT ) để khơi phục lại dạng sóng tín hiệu dịng điện máy biến dịng điện bị bão hịa; xác định vị trí cố sử dụng tín hiệu điện áp đo lường từ hai đầu, dịng điện đo lường từ đầu đường dây không bị bão hịa dịng điện bão hịa sau khơi phục dạng sóng Tính xác hiệu thuật tốn mơ kiểm chứng sử dụng môi trường Simulink phần mềm Matlab Abstract - This paper presents an improved algorithm to locate the fault that occurs on the power transmission line when current transformer at one end is saturated The algorithm uses only the voltage signals and measurement currents from two-ends The algorithm consists of two steps: applying the regression discrete Fourier transformation (DFT ) to restore electrical current signal waveform due to saturated current transformer; locating the fault using voltage measurement signals from two-ends, unsaturated measurement currents from one end and saturated current signals from the other end after waveform being restored The accuracy and efficiency of the algorithm is modeled and verified using Simulink environment of Matlab software Từ khóa - bão hịa máy biến dòng; định vị cố; đường dây truyền tải; lọc thành phần chiều; biến đổi Fourier rời rạc Key words - saturated current transformer; fault location; transmission line; DC filter; DFT Đặt vấn đề Bài toán xác định xác điểm cố đường dây tải điện mang ý nghĩa quan trọng hệ thống truyền tải điện công ty điện lực Định vị xác điểm cố làm giảm thời gian ngừng cấp điện, giảm nhân công huy động, nâng cao độ tin cậy lưới điện truyền tải, giảm than phiền khách hàng góp phần tăng lợi nhuận công ty điện lực Bài tốn định vị cố có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ xác định vị cố: đường dây khơng đồng nhất, dịng tải trước cố, điện trở cố, sai số thiết bị đo lường tượng bão hòa máy biến dòng đo lường thành phầnDC có dịng điện q độ dẫn đến kết đo lường định vị cố bị sai số Tài liệu [1] trình bày thuật tốn phát phục hồi dạng sóng máy biến dịng điện bị bão hịa Thuật tốn phân tích thành phầnDC tín hiệu dịng điện cố, từ phát máy biến dịng bị bão hịa Sau thuật tốn áp dụng thuật tốn hồi quyDFT sử dụng chu kỳ dòng điện chưa bị bão hịa để phục hồi dạng sóng dịng điện bị bão hịa Nhưng thuật tốn [1] chưa đề cập đến tốn định vị cố Tài liệu [2] trình bày thuật toán định vị cố đường dây truyền tải, sử dụng tín hiệu điện áp dịng điện đo lường từ hai đầu đường dây, từ thành lập phân bố điện áp điểm cố xác định từ tín hiệu hai đầu đường dây giao điểm hai phân bố điện áp vị trí xảy cố đường dây Thuật toán sử dụng biên độ điện áp điểm cố, thuật tốn khơng u cầu tín hiệu điện áp dòng điện phải đo lường đồng bộ, tài liệu [2] không đề cập đến vấn đề khơi phục dạng sóng dịng điện bị méo dạng máy biến dòng điện bị bão hòa Tài liệu [3], [4] trình bày thuật tốn định cố xảy đường dây truyền tải Thuật toán yêu cầu liệu đầu vào thông số đường dây, tổng trở nguồn hai đầu đường dây tín hiệu điện áp đo lường đồng từ hai đầu đường dây, mà khơng u cầu tín hiệu dịng điện Vì vậy, thuật tốn định vị cố khơng bị ảnh hưởng bão hòa máy biến dòng điện đo lường, thuật toán định vị cố sử dụng tín hiệu điện áp Vì thế, tài liệu [3], [4] chưa quan tâm đến vấn đề khơi phục dạng sóng dòng điện bị méo dạng máy biến dòng điện bị bão hịa Thuật tốn [1-4] dừng lại định vị cố đường dây truyền tải định vị cố sử dụng tín hiệu điện áp Vì vậy, thuật tốn khơng bị ảnh hưởng tượng bão hịa biến dịng, thuật tốn u cầu phải biết thông số đường dây thông số tổng trở nguồn phát hai đầu đường dây, chưa quan tâm đến vấn đề khôi phục dạng sóng dịng điện bị méo dạng máy biến dịng điện bị bão hòa quan tâm đến vấn đề khơi phục dạng sóng dịng điện bị méo dạng máy biến dịng điện bị bão hịa mà khơng quan tâm đến toán định vị cố Do vậy, báo đề xuất thuật toán cải tiến sở tổng hợp ưu điểm thuật tốn nêu Thuật tốn có hai bước: phục hồi dạng sóng dịng điện máy biến dịng điện bị bão hịa; xác định vị trí cố sử dụng phân bố điện áp tính từ hai đầu đường dây Thuật toán sử dụng biên độ điện áp điểm cố, thuật tốn khơng bị sai số trường hợp tín hiệu đo lường khơng đồng xác Thuật tốn sử dụng thành phần thứ tự thuận tín hiệu điện áp dòng điện đo lường từ hai đầu đường dây Thành phần có mặt tất kiểu cố, giải thuật trình bày báo áp dụng định vị cố cho tất loại cố, đồng thời không yêu cầu phân loại cố ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(98).2016 Thuật tốn 2.1 Xác định phasor tín hiệu đo lường Áp dụng thuật tốn phân tích Fourier rời rạc kết hợp thuật toán hồi quy [5] xác định phasor tín hiệu đo lường, xét tín hiệu đo lường có biểu thức sau: x  t   Xm cos  t    (1) Trong đó: Xm : Biên độ thành phần xoay chiều;  : Góc pha ban đầurad ;  Biểu diễn (1) dạng véctơ (phasor) X :   (2)  Trong đó: Xre : Phần thực X ; Xim : Phần ảo X Nếu tín hiệu (1) lấy mẫu với tần số fs số mẫu tín hiệu thu chu kỳ N  fs / 50 Áp dụng thuật tốn bình phương cực tiểu xác định phasor tín hiệu đo lường: cos   cos    x0 x1 x2 x N 1   sin    sin    Xre (3) cos  2.   sin  2.  X im cos   N      sin   N     Trong đó:   2 / N 2.2 Lọc DC phục hồi dạng sóng dịng điện bị bão hịa Áp dụng thuật tốn [1], xét dịng điện q độ (4) bao gồm thành phần xoay chiều tần số f  50Hz thành phần chiều tắt dầnDC : (4) i  t   I cos  t     I dce t /  Trong đó: I : Biên độ thành phần xoay chiều(A);  : Góc pha ban đầu(rad); : Tần số góc   2f (rad / s); I dc : Biên độ thành phần chiều(A);  : Thời Nếu dòng điện lấy mẫu với tần số fs số mẫu tín hiệu thu chu kỳ N  fs / 50, mẫu thứ m dịng điện biểu diễn sau: i  m   i  m t   I cos  m      I dc m (5) t / Áp dụng phân tích Fourier rời rạc kết hợp thuật tốn hồi quy [5] xác định phasorước lượng (vì thành phần DC ) i  m : - Sử dụng giá trị mẫu i mẫu i1 xác định phasor ước lượng i  : i0 cos    sin   I 1re (7)  i1 cos     sin    I 1im - Sử dụng giá trị mẫu i1 mẫu i2 xác định phasor ước lượng i  : i1 cos     sin    I 2re (8)  i2 cos  2.   sin  2.  I 2im f : Tần số lưới điện50Hz ; : Tần số góc  2f (rad / s) X  Xre  j.Xim X X  m cos     j m sin    2 81 Trong đó:   e Áp dụng công thức (5), ta biểu diễn mẫu thứ 1, 2, sau:  i    i  1.t   I cos  1.     I 1  dc  i  i 2.t  I cos 2.    I 2 (6)     dc      i    i  3.t   I cos  3.     I dc   Trong đó: t  /  50.N  - Sử dụng giá trị mẫui2 mẫui xác định phasor ước lượng i  : i2 cos  2.   sin  2.  I 3re (9)  i3 cos  3.   sin  3.  I 3im Trong đó, i0 , i1 , i2 , , iN 1: Giá trị dòng điện thời điểm lấy mẫu I : Phần thực ước lượng dòng điện i m ;   I im : Phần ảo ước lượng dòng điện i  m    i    AC  DC    (10)   i    AC  DC    i  AC  DC 3     So sánh phasor i  m , từ xác định mối liên hệ i  , i   i  : re   AC  AC  AC     DC  DC     DC  DC 1.2  DC     Xác định thành phần: i    i   AC  AC  DC  DC  i    i  1 AC  AC1  DC  DC1 (11) (12) Kết hợp (11) (12) kết sau: i    i   DC1 3  DC1 2 DC1     2   i    i  1 DC1      DC1 2  DC1.    et /   i  3  i 2 i    i  1 (13) Khi xác định thành phầnet /trong thành phần DC tắt dần, áp dụng thuật toán [5] để xác định phasor biên độ I dc thành phần DC tắt dần tín hiệu dịng điện đo lường: cos    sin   e 0.t /  i0 I i1 cos     sin    e 1.t /  re (14)  I im i2 cos  2.   sin  2.  e 2.t /  I dc i3 cos  2.   sin  2.  e 3.t /  82 Nguyễn Xuân Vinh, Nguyễn Đức Huy, Nguyễn Xuân Tùng Hình thể kết áp dụng thuật toán phục hồi dạng sóng dịng điện bị bão hịa Hình vẽ cho thấy dạng sóng dịng điện sau phục hồi hồn tồn trùng khớp với dạng sóng lý tưởng Hình thể kết áp dụng thuật toán phục hồi dạng sóng bão hịa kết hợp lọc thành phần DC Dòng điện bão hòa Dòng điện điều chỉnh Dòng điện lý tưởng Biênđộ -1 -2 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 Vfr  cosh  1  l  d   Vrf  Zc1 sinh  1  l  d   I rf (16) Điện áp điểm sư cốF xác định sử dụng tín hiệu đầu S phải với điện áp điểm cố xác định sử dụng tín hiệu đầuR : Vfs  Vfr (17)  cosh  1d  Vsf  Zc1 sinh  1d  I sf  cosh  1 l  d   Vrf  Zc1 sinh  1  l  d   I rf  (18) Hàm mục tiêu (18) hàm phi tuyến biếnd , sử dụng lệnhf bndtrong phần mềm Matlab với ràng buộc biến  d  l , từ xác định khoảng cách từ đầu S đến điểm cố F d Thời gian Kết mơ Hình thể đường dây truyền tải điện mô sử dụng môi trường Simulink phần mềm Matlab Mô hình sử dụng để kiểm chứng tính xác, hiệu thuật toán đề xuất Để trích xuất tín hiệu điện áp dịng điện từ hai đầu đường dây thơng số phần tử mơ hình phải cung cấp: thơng số đường dây cho Bảng 1, thông số nguồn trình bày Bảng Hình Phục hồi dạng sóng dịng điện bị bão hịa Dịng điện bão hòa Điều chỉnh kết hợp lọc DC Biênđộ -2 -4 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 0.22 Thời gian Hinh Phục hồi dạng sóng dịng điện bị bão hịa kết hợp lọcDC 2.3 Thuật toán định vị cố Trong Hình 3, đường dây truyền tải sử dụng để minh họa cho thuật toán định vị cố Vs IS F IR d S Vr l-d Hình Mơ hình mơ đường dây truyền tải Bảng Thông số đường dây Line 1,2l = 100km Thông số R l Thứ tự thuận Thứ tự không R (/km) 0.01143 0.24665 L (H/km) 0.00086839 0.0030886 C (F/km) 1.3426e-008 8.5885e-009 Bảng Thơng số nguồn Hình Mơ hình đường dây truyền tải bị cố Ký hiệu: Nguồn Điện áp (KV) X/R Góc pha Vs ,Vr , I s , I r : Điện áp dòng điện trước cố; S 230 10 Vsf ,Vrf , I sf , I rf : Điện áp dòng điện cố; R 235 10 Vsi ,Vri , I si , I ri ,Vsfi ,Vrfi , I sfi , I rfi : Điện áp dòng điện thành phần đối xứng trước cố; i  0,1,2: Thành phần thứ tự không, thuận, nghịch; d : Khoảng từ đầu S đến điểm cốF ; l : Chiều dài đường dây Áp dụng thuật toán [2], xác định điện áp điểm cố F sử dụng tín hiệu điện áp dịng điện đo lường từ đầu S : Vfs1  cosh  1d  Vsf  Zc1.sinh  1d  I sf (15) Xác định điện áp điểm cố F sử dụng tín hiệu điện áp dịng điện đo lường từ đầu R : Để trích xuất tín hiệu điện áp dòng điện sử dụng khối đo lường B1,B2 (Three-PhaseV-IMeasurement SimPowerSystems\Measurements); tín hiệu dịng điện B1,B2 đưa qua máy biến dòng điện để tạo dạng sóng dịng điện bị méo dạng máy biến dịng điện bị bão hịa Sau đó, sử dụng thuật tốn trình bày Phần 2.2 phục hồi dạng sóng dịng điện bị méo dạng, sử dụng thuật tốn Phần 2.3 với tín hiệu điện áp đo lường từ hai đầu đường dây tín hiệu dịng điện đo lường từ hai đầu đường dây sau khơi phục dạng sóng để định vị cố xảy đường dây truyền tải, kết định vị cố Bảng ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 1(98).2016 Bảng Kết thuật toán Thứ tự 10 d thực tế (km) 15 30 35 50 60 70 80 85 95 d kết thuật toán (km) 5.0540 15.2937 29.2882 35.7966 50.5284 58.4080 69.9791 79.6778 83.7415 94.1614 83 lường từ hai đầu đường dây Sai số (%) 0.0540 0.2937 0.7118 0.7966 0.5284 1.5920 0.0209 0.3222 1.2585 0.8386 Kết luận Bài báo trình bày thuật toán cải tiến sở tổng hợp thuật toán [1-4] Thuật toán áp dụng để định vị cố xảy đường dây truyền tải máy biến dòng điện đầu bị bão hịa:  Thuật tốn có hai bước: khơi phục dạng sóng dịng điện bị méo dạng máy biến dịng điện bị bão hịa sử dụng thuật tốn hồi quyDFT ; định vị cố sử dụng phân bố điện áp điểm cố xác định từ tín liệu đo  Định vị cố sử dụng biên độ điện áp, nên thuật toán tránh sai số tín hiệu đo lường từ hai đầu đường dây khơng đồng xác  Kết mơ khả quan với sai số định vị cố lớn khoảng1.59%, qua thể tính xác, hiệu khả ứng dụng thuật toán cho định vị cố xảy đường dây lưới truyền tải lưới phân phối TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C Yu, “Detection and Correction of Saturated Current Transformer Measurements Using Decaying DC Components”, IEEE Trans POWER Deliv VOL 25, NO 3, JULY 2010, vol 25, no 3, pp 1340–1347, 2010 [2] E G Silveira and C Pereira, “Transmission Line Fault Location Using Two-Terminal Data Without Time Synchronization”, IEEE Trans Power Syst., vol 22, no 1, pp 498–499, Feb 2007 [3] S M Brahma and a a Girgis, “Fault Location on a Transmission Line Using Synchronized Voltage Measurements”, IEEE Trans Power Deliv., vol 19, no 4, pp 1619–1622, Oct 2004 [4] S M Brahma, “Fault Location Scheme for a Multi-Terminal Transmission Line Using Synchronized Voltage Measurements”, IEEE Trans Power Deliv., vol 20, no 2, pp 1325–1331, Apr 2005 A G Phadke and J S Thorp, Synchronized Phasor Measurements and Their Applications Springer International Publishing, 2008 (BBT nhận bài: 09/06/2015, phản biện xong: 07/12/2015) ... dụng để định vị cố xảy đường dây truyền tải máy biến dòng điện đầu bị bão hịa:  Thuật tốn có hai bước: khơi phục dạng sóng dịng điện bị méo dạng máy biến dòng điện bị bão hòa sử dụng thuật toán... điện bị bão hòa kết hợp lọcDC 2.3 Thuật tốn định vị cố Trong Hình 3, đường dây truyền tải sử dụng để minh họa cho thuật toán định vị cố Vs IS F IR d S Vr l-d Hình Mơ hình mơ đường dây truyền tải. .. lường từ hai đầu đường dây tín hiệu dịng điện đo lường từ hai đầu đường dây sau khôi phục dạng sóng để định vị cố xảy đường dây truyền tải, kết định vị cố Bảng ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC