NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN

MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Đặt vấn đề ..................................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................... 3 3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 4 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................... 4 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ................................................... 5 6. Bố cục của luận án ........................................................................................ 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ ............................................................................................................... 9 1.1 Mở đầu ................................................................................................................ 9 1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu ....................................................................... 10 1.2.1 Giải pháp dựa trên kỹ thuật quản lý vận hành ...................................... 12 1.2.2 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu ở tần số lưới điện ................................................................................................... 14 1.2.3 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu cao tần ........... 22 1.2.4 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật hệ thống thông minh ................... 27 1.2.5 Hướng nghiên cứu dựa trên phương pháp lai ....................................... 32 1.3 Kết luận ............................................................................................................. 34 CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ SỰ NHẬN DẠNG SỰ CỐ CỦA BẢO VỆ RƠLE ............................ 36 2.1 Mở đầu .............................................................................................................. 36 2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ trong hệ thống điện ................................ 37 2.2.1 Sóng hài trong hệ thống điện ................................................................ 37 2.2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ ..................................................... 39 2.2.3 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 42 2.3 Ảnh hưởng điện trở sự cố đến vùng làm việc rơle khoảng cách ....................... 43 2.3.1 Điện trở sự cố ........................................................................................ 43 2.3.2 Điện trở sự cố trên đường dây có nguồn cung cấp từ một phía ........... 43 2.3.3 Điện trở sự cố trên đường dây có nguồn cung cấp từ hai phía ............ 44 2.3.4 Khắc phục ảnh hưởng điện trở sự cố đến vùng làm việc rơle............... 46 2.3.5 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 48 2.4 Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường của rơle ............................... 48 2.4.1 Sai số BI, BU ......................................................................................... 48 2.4.2 Giải pháp cải thiện sai số BI, BU .......................................................... 50 2.4.3 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 52 2.5 Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của rơle ................ 52 2.5.1 Công thức tính hệ số k ........................................................................... 52 2.5.2 Xác định trở kháng đường dây và hệ số k ............................................. 53 2.5.3 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 58 2.6 Kết luận ............................................................................................................. 58 CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ CỦA RƠLE KỸ THUẬT SỐ .................................................................. 59 3.1 Mở đầu .............................................................................................................. 59 3.2 Phần mềm phân tích bản ghi sự cố rơle bảo vệ ................................................. 60 3.2.1 Phần mềm phân tích sự cố Sigra 4 ........................................................ 63 3.2.2 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 65 3.3 Phương pháp định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường dòng điện, điện áp tại một đầu đường dây .................................................................................................. 65 3.3.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SEL và GE ................................................. 65 3.3.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA ................................................... 70 3.3.3 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SIEMENS ................................................... 71 3.3.4 Hãng sản xuất rơle bảo vệ ABB ............................................................ 76 3.3.5 Hãng sản xuất rơle bảo vệ AREVA ....................................................... 79 3.3.6 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 80 3.4 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ hai đầu đường dây ......................... 81 3.4.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA .................................................. 81 3.4.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SEL ............................................................. 82 3.4.3 Đánh giá phương pháp định vị sự cố .................................................... 84 3.4.4 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 86 3.5 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ ba đầu đường dây .......................... 87 3.5.1 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo không đồng bộ của hãng SEL ... 87 3.5.2 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo đồng bộ dòng điện và điện áp của hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA .............................................................. 89 3.5.3 Phương pháp định vị sử dụng biến đổi Clarke mở rộng của hãng sản xuất rơle bảo vệ GE ................................................................................................ 90 3.5.4 Đánh giá phương pháp định vị sự cố .................................................... 93 3.5.5 Nhận xét và đánh giá ............................................................................. 94 3.6 Kết luận ............................................................................................................. 94 CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN ............................................................ 96 4.1 Mở đầu .............................................................................................................. 96 4.2 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng hệ mờ ............................................... 97 4.2.1 Thuật toán phân loại sự cố .................................................................... 97 4.2.2 Đánh giá phương pháp phân loại sự cố trên cơ sở hệ mờ .................. 101 4.2.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 105 4.3 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng phân tích wavelet ........................... 105 4.3.1 Phân tích wavelet rời rạc .................................................................... 106 4.3.2 Tính toán độ lớn dòng điện ................................................................. 108 4.3.3 Thuật toán nhận dạng sự cố ................................................................ 108 4.3.4 Ứng dụng phương pháp phân loại dạng bằng wavelet ....................... 110 4.3.5 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 110 4.4 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng ANN ............................................... 111 4.4.1 Thủ tục xây dựng mô hình ANN để phân loại sự cố ........................... 112 4.4.2 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu ...................................................... 120 4.4.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 123 4.5 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng ANFIS ............................................ 124 4.5.1 Thủ tục xây dựng mô hình ANFIS để phân loại sự cố ........................ 124 4.5.2 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu ...................................................... 125 4.5.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 126 4.6 Kết luận ........................................................................................................... 126 CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ANN, ANFIS ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN .............................................. 128 5.1 Mở đầu ............................................................................................................ 128 5.2 Ứng dụng mạng ANN trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện............ 129 5.2.1 Xây dựng mô hình mạng ANN ............................................................. 129 5.2.2 Kết quả thử nghiệm ANN định vị sự cố ............................................... 132 5.2.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 132 5.3 Ứng dụng mạng ANFIS trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện ......... 133 5.3.1 Xây dựng mô hình mạng ANFIS .......................................................... 133 5.3.2 Kết quả thử nghiệm ANFIS định vị sự cố ............................................ 134 5.3.3 Nhận xét và đánh giá ........................................................................... 135 5.4 Thí nghiệm kiểm chứng .................................................................................. 135 5.4.1 Đường dây 110kV Đăk Mil – Đăk Nông .............................................. 137 5.4.2 Đường dây 220kV Hoà Khánh - Huế .................................................... 145 5.5 Kết luận ........................................................................................................... 149 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TIẾN SĨ (BẢN SAO) PHỤ LỤC.

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

VŨ PHAN HUẤN

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY

TRUYỀN TẢI ĐIỆN

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2014

VŨ PHAN HUẤN

NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY

TRUYỀN TẢI ĐIỆN

Chuyên ngành: Mạng và Hệ thống điện

Mã số: 62 52 50 05

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS LÊ KIM HÙNG

Đà Nẵng - Năm 2014

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Những số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công

bố trong bất kỳ công trình nào khác

Tác giả luận án

VŨ PHAN HUẤN

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Phương pháp nghiên cứu 4

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án 5

6 Bố cục của luận án 6

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ 9

1.1 Mở đầu 9

1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu 10

1.2.1 Giải pháp dựa trên kỹ thuật quản lý vận hành 12

1.2.2 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu ở tần số

lưới điện 14

1.2.3 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu cao tần 22

1.2.4 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật hệ thống thông minh 27

1.2.5 Hướng nghiên cứu dựa trên phương pháp lai 32

1.3 Kết luận 34

CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC VÀ SỰ NHẬN DẠNG SỰ CỐ CỦA BẢO VỆ RƠLE 36

2.1 Mở đầu 36

2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ trong hệ thống điện 37

2.2.1 Sóng hài trong hệ thống điện 37

2.2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ 39

2.2.3 Nhận xét và đánh giá 42

2.3 Ảnh hưởng điện trở sự cố đến vùng làm việc rơle khoảng cách 43

2.3.1 Điện trở sự cố 43

2.3.5 Nhận xét và đánh giá 48

2.4 Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường của rơle 48

2.4.1 Sai số BI, BU 48

2.4.2 Giải pháp cải thiện sai số BI, BU 50

2.4.3 Nhận xét và đánh giá 52

2.5 Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của rơle 52

2.5.1 Công thức tính hệ số k 52

2.5.2 Xác định trở kháng đường dây và hệ số k 53

2.5.3 Nhận xét và đánh giá 58

2.6 Kết luận 58

CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ ĐIỂM SỰ CỐ CỦA RƠLE KỸ THUẬT SỐ 59

3.1 Mở đầu 59

3.2 Phần mềm phân tích bản ghi sự cố rơle bảo vệ 60

3.2.1 Phần mềm phân tích sự cố Sigra 4 63

3.2.2 Nhận xét và đánh giá 65

3.3 Phương pháp định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường dòng điện, điện áp tại một đầu đường dây 65

3.3.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SEL và GE 65

3.3.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA 70

3.3.3 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SIEMENS 71

3.3.4 Hãng sản xuất rơle bảo vệ ABB 76

3.3.5 Hãng sản xuất rơle bảo vệ AREVA 79

3.3.6 Nhận xét và đánh giá 80

3.4 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ hai đầu đường dây 81

3.4.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA 81

3.5 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ ba đầu đường dây 87

3.5.1 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo không đồng bộ của hãng SEL 87

3.5.2 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo đồng bộ dòng điện và điện áp của hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA 89

3.5.3 Phương pháp định vị sử dụng biến đổi Clarke mở rộng của hãng sản xuất rơle bảo vệ GE 90

3.5.4 Đánh giá phương pháp định vị sự cố 93

3.5.5 Nhận xét và đánh giá 94

3.6 Kết luận 94

CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN LOẠI SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 96

4.1 Mở đầu 96

4.2 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng hệ mờ 97

4.2.1 Thuật toán phân loại sự cố 97

4.2.2 Đánh giá phương pháp phân loại sự cố trên cơ sở hệ mờ 101

4.2.3 Nhận xét và đánh giá 105

4.3 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng phân tích wavelet 105

4.3.1 Phân tích wavelet rời rạc 106

4.3.2 Tính toán độ lớn dòng điện 108

4.3.3 Thuật toán nhận dạng sự cố 108

4.3.4 Ứng dụng phương pháp phân loại dạng bằng wavelet 110

4.3.5 Nhận xét và đánh giá 110

4.4 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng ANN 111

4.4.1 Thủ tục xây dựng mô hình ANN để phân loại sự cố 112

4.4.2 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu 120

4.4.3 Nhận xét và đánh giá 123

4.5.3 Nhận xét và đánh giá 126

4.6 Kết luận 126

CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ANN, ANFIS ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 128

5.1 Mở đầu 128

5.2 Ứng dụng mạng ANN trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện 129

5.2.1 Xây dựng mô hình mạng ANN 129

5.2.2 Kết quả thử nghiệm ANN định vị sự cố 132

5.2.3 Nhận xét và đánh giá 132

5.3 Ứng dụng mạng ANFIS trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện 133

5.3.1 Xây dựng mô hình mạng ANFIS 133

5.3.2 Kết quả thử nghiệm ANFIS định vị sự cố 134

5.3.3 Nhận xét và đánh giá 135

5.4 Thí nghiệm kiểm chứng 135

5.4.1 Đường dây 110kV Đăk Mil – Đăk Nông 137

5.4.2 Đường dây 220kV Hoà Khánh - Huế 145

5.5 Kết luận 149

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TIẾN SĨ (BẢN SAO)

PHỤ LỤC

STT Chữ viết tắt Nguyên nghĩa

1 ANFIS Mạng nơ ron thích nghi

2 ANN Mạng nơ ron nhân tạo

3 BI Máy biến dòng điện

4 BU Máy biến điện áp

5 BVKC Bảo vệ khoảng cách

6 CWT Phân tích wavelet liên tục

7 DCL Dao cách ly

8 DWT Phân tích wavelet rời rạc

9 DZ Đường dây

10 EIOCR Rơle quá dòng cơ có đặc tính độc lập

11 ES Hệ chuyên gia

12 EVN Tập Đoàn Điện Lực Việt Nam

18 IED Thiết bị điện tử thông minh

19 ITOCR Rơle quá dòng cơ có đặc tính phụ thuộc

20 MBA Máy biến áp

30 SCADA

xử lý dữ liệu

31 TBA Trạm biến áp

32 THDi Tổng méo dạng sóng hài dòng điện

33 TTK Thành phần thứ tự không

34 TTN Thành phần thứ tự nghịch

35 TTT Thành phần thứ tự thuận

36 WT Phân tích Wavelet

Bảng 1.1 Công thức tính tổng trở sự cố 16 Bảng 2.1 Rơle bảo vệ tích hợp chức năng định vị sự cố được sử dụng phổ biến tại các TBA ở Việt Nam 36 Bảng 2.2 Kết quả dòng điện tác động và THDi 40 Bảng 2.3 Kết quả thời gian tác động và THDi 40 Bảng 2.4 Đo lường dòng điện có chứa thành phần sóng hài 41 Bảng 2.5 Kết quả đo hiển thị trên hợp bộ CPC 100 55 Bảng 3.1 Kết quả kiểm tra trên rơle SEL 421 68 Bảng 3.2 Kết quả thử nghiệm rơle 7SJ622 75 Bảng 3.3 Công thức tính dòng điện và điện áp sự cố 78 Bảng 3.4 Kết quả mô phỏng 85 Bảng 4.1 Kết quả α, β, R21, R02 tương ứng 10 kiểu sự cố 98 Bảng 4.2 Quan hệ giữa các biến ngôn ngữ 99 Bảng 4.3 Thông số hệ thống mô phỏng ngày 16/07/2012 101 Bảng 4.4 Đầu ra mong muấn mạng ANN 115 Bảng 5.1 Thông số cài đặt dữ liệu huấn luyện 130 Bảng 5.2 Kiến trúc ANN sử dụng trong định vị sự cố 131 Bảng 5.3 Kiến trúc mạng ANFIS dùng để định vị sự cố 134

Bảng 5.4

Tổng hợp số liệu kết quả kiểm tra định vị sự cố đường dây tại

TBA 110kV Đăk Nông và TBA 110kV Đăk Mil thu thập từ

Bảng 5.5 Thông số cài đặt dữ liệu huấn luyện 140 Bảng 5.6 Kiến trúc ANFIS dùng để định vị sự cố tại TBA 110kV Đăk Mil 142 Bảng 5.7 Kết quả kiểm tra sự cố pha AN 142 Bảng 5.8 Kết quả kiểm tra sự cố pha CN 143

Bảng 5.11 Tổng hợp số liệu sự cố đường dây 220kV Hoà Khánh – Huế 146 Bảng 5.12 So sánh kết quả tính toán và dữ liệu thu được trên rơle REL521 và ANFIS 147 Bảng 5.13 Thông số cài đặt dữ liệu huấn luyện 148 Bảng 5.14 Kiến trúc ANFIS dùng để định vị sự cố tại TBA 220kV Hòa Khánh 148

Hình 1.1 Sự cố trên đường dây tải điện 9 Hình 1.2 Sự cố cháy pha B của MBA AT2 tại TBA 500kV Đà Nẵng, và cành cây chạm vào đường dây 10 Hình 1.3 Các hướng nghiên cứu kỹ thuật phân loại và định vị sự cố 11 Hình 1.4 Cấu trúc hệ thống tự động hoá trạm dựa trên truyền thông IEC

Hình 1.5 Tương tác các miền của lưới điện thông minh 13 Hình 1.6 Sơ đồ một sợi hệ thống điện đồng nhất 15 Hình 1.7 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường hai đầu đường dây 17 Hình 1.8 Định vị sự cố sử dụng PMU 19 Hình 1.9 Hệ thống định vị sự cố băng sóng truyền 22 Hình 1.10 Phương pháp kiểu D 23 Hình 1.11 Phương pháp kiểu A 24 Hình 1.12 Phương pháp kiểu E 24 Hình 1.13 Phân loại mô hình mạng ANN 28 Hình 1.14 Kiến trúc mạng ANFIS 29 Hình 1.15 Kiến trúc mạng ANN cho định vị sự cố 31 Hình 1.16 Định vị sự cố sử dụng biến đổi wavelet kết hợp ANN 33 Hình 2.1 Kết quả đo dòng sóng hài và khi đóng xung kích MBA T1 tại TBA 110kV Đông Hà 37 Hình 2.2 Kết quả thông số sóng hài đo bằng Fluke 434 38 Hình 2.3 Biểu đồ quan hệ thành phần sóng hài bậc 3 (I3/I1), độ méo dạng THDi và dòng tác động rơle Ipickup 39 Hình 2.4 Kết quả bản ghi sự cố bằng phần mềm Sigra 4 41 Hình 2.5 Sự cố pha chạm đất, sự cố 3 pha 43 Hình 2.6 Vùng sự cố trên mặt phẳng tổng trở Mho 44 Hình 2.7 Sự cố có nguồn cung cấp từ hai phía 45 Hình 2.8 Dịch chuyển đặc tính Mho 46 Hình 2.9 Đặc tuyến tứ giác 46

Hình 2.12

Hình 2.13 Sơ đồ đấu nối BI, BU và MC truyền thống của rơle P545 sử dụng modun NCIT 50 Hình 2.14 Sơ đồ thử nghiệm rơle theo chuẩn IEC 61850 51 Hình 2.15 Sơ đồ thử nghiệm MU bằng SVScout 51 Hình 2.16 Vòng tổng trở sự cố pha – pha và pha – đất 52 Hình 2.17 Sơ đồ tổng trở sự cố 3 pha chạm đất 53 Hình 2.18 Đường dây tải điện 54 Hình 2.19 Sơ đồ đo trở kháng đường dây 55 Hình 2.20 Sơ đồ ĐZ sử dụng dữ liệu U, I đo lường đồng bộ 56

Hình 3.1

Sơ đồ đường dây có nguồn cung cấp từ ba phía TPP Plomin -

SS Sijana – SS Vincent phía tây hệ thống điện Croatian; Sơ đồ đường dây 400kV có nguồn cung cấp từ 5 phía tại Thụy Điển 59 Hình 3.2 Sơ đồ làm việc chức năng định vị sự cố của RLBV khoảng cách 60 Hình 3.3 Mô hình đọc và lưu trữ bản ghi sự cố rơle bằng phần mềm chuyên dụng 61 Hình 3.4 Định vị điểm sự cố có dữ liệu được lấy từ một phía 63 Hình 3.5 Kết quả định vị sự cố có dữ liệu được lấy từ hai phía 64 Hình 3.6 Sơ đồ một sợi đường dây đơn có sự cố 65 Hình 3.7 Hiệu chỉnh góc lệch dòng thứ tự không và dòng sự cố 66 Hình 3.8 Sơ đồ hệ thống điện 220kV 67 Hình 3.9 Công cụ tính toán khoảng cách sự cố rơle SEL 67 Hình 3.10 Kết quả hiển thị trên rơle SEL 421 68 Hình 3.11 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu 69 Hình 3.12 Hệ thống đường dây song song 70 Hình 3.13 Sự cố pha A chạm đất 72 Hình 3.14 Sự cố hai pha BC 73 Hình 3.15 Công cụ Quick CMC test view 75

Hình 3.19 Dạng sóng dòng điện và điện áp tại thời điểm IF = 0 80 Hình 3.20 Mô hình đường dây dùng rơle bảo vệ từ hai phía 81 Hình 3.21 Sơ đồ nối các thành phần thứ tự khi sự cố 1 pha chạm đất 83 Hình 3.22 Hệ thống điện có nguồn cung cấp từ hai phía 85 Hình 3.23 Sơ đồ đường dây song song có nguồn cung cấp từ ba phía 87 Hình 3.24 Biến đổi sơ đồ đường dây 3 nguồn cung cấp sang đường dây 2 nguồn cung cấp tương đương 88 Hình 3.25 Mô hình đường dây có nguồn cung cấp từ 3 phía 90 Hình 3.26 Sơ đồ định vị sự cố của hãng GE 91 Hình 3.27 Mô hình đường dây 110kV có nguồn cung cấp từ 3 phía 93 Hình 4.1 Sơ đồ thuật toán xác định dạng sự cố 97

Hình 4.2 Mô hình hệ thống điện 101 Hình 4.3 Sự cố pha A chạm đất 102

Hình 4.4 Cấu trúc hệ mờ xác định kiểu sự cố 103 Hình 4.5 Biến đầu vào alpha 103 Hình 4.6 Biến đầu vào beta 103 Hình 4.7 Biến đầu vào R21 103 Hình 4.8 Biến đầu vào R02 103 Hình 4.9 Biến đầu ra kiểu sự cố 104 Hình 4.10 Công cụ tạo luật mờ 104 Hình 4.11 Công cụ xem luật mờ 104 Hình 4.12 Phân tích đa phân giải DWT 106 Hình 4.13 Kết quả hệ số chi tiết và xấp xỉ 107 Hình 4.14 Sơ đồ thuật toán nhận dạng và phân loại sự cố 108 Hình 4.15 Mô hình hệ thống điện mô phỏng bằng Matlab Simulink 110 Hình 4.16 Thiết kế mạng ANN để phân loại sự cố 112 Hình 4.17 Xử lý tín hiệu đầu vào ANN 113

Hình 4.20 Sơ đồ thuật toán tìm số lượng nơron tối ưu cho nhận dạng và định vị sự cố 117 Hình 4.21 Mô hình đường dây 110kV có nguồn cung cấp từ 2 phía 120 Hình 4.22 Cấu trúc mạng ANN dùng để nhận dạng sự cố 121 Hình 4.23 Sai số quan phương huấn luyện mạng, hồi qui phù hợp của đầu ra và mục tiêu 122 Hình 4.24 Cấu trúc hệ thống suy diễn mờ dùng cho nhận dạng sự cố 124 Hình 4.25 Kết quả huấn luyện 125 Hình 4.26 Sơ đồ hệ thống điện sử dụng công cụ ANFIS 125 Hình 5.1 Sơ đồ thuật toán định vị sự cố 129 Hình 5.2 Kiến trúc mạng ANN dùng cho định vị sự cố 130 Hình 5.3 Cấu trúc của hệ thống suy diễn mờ dùng cho định vị sự cố 133 Hình 5.4 Ứng dụng ANFIS để nhận dạng sự cố đường dây tải điện 136 Hình 5.5 Sơ đồ đường dây 110kV Đăk Mil – Đăk Nông 137 Hình 5.6 Mô phỏng đường dây 110kV Đăk Mil – Đăk Nông 140 Hình 5.7 Sơ đồ ứng dụng ANFIS dùng cho định vị sự cố 141 Hình 5.8 Sơ đồ đường dây 220kV Hoà Khánh - Huế 145 Hình 5.9 Mô phỏng đường dây 220kV Hoà Khánh - Huế 148

MỞ ĐẦU

1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Hiện nay, cùng với sự phát triển của hệ thống điện đã hình thành những cấu trúc lưới có qui mô lớn và phức tạp Phần lớn việc mất điện của khách hàng bắt nguồn từ các sự cố lưới điện truyền tải do có độ dài lớn, vận hành lâu năm trong môi trường và vị trí địa lý khác nhau, đặc biệt đối với các khu vực đồi núi hiểm trở

có xác suất sự cố là khá cao Tất cả những sự cố gây hầu hết đều gây ảnh hưởng đến các thông số vận hành, có thể làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại rất lớn về kinh tế

Đứng trước thực tế đó, để đạt được hiệu quả trong kinh doanh thì công tác quản lý vận hành ngành điện luôn hướng vào việc củng cố, duy trì yếu tố ổn định và tin cậy, cho nên trách nhiệm chỉ huy vận hành, xử lý sự cố, đảm bảo chất lượng điện năng ngày càng nặng nề và được coi trọng Trong đó, việc cảnh báo và xử lý sự cố

là một nhiệm vụ còn khó khăn, đòi hỏi đơn vị quản lý phải mất nhiều công sức và thời gian để phát hiện chính xác dạng sự cố, vị trí điểm chạm chập và có các biện pháp khắc phục, sửa chữa kịp thời

Cho đến nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ trong lĩnh vực kỹ thuật

số, các thiết bị RLBV hiện đại nên việc phân loại sự cố đã tương đối tin cậy Vấn đề còn lại cần giải quyết là làm sao để định vị sự cố ngày càng tốt hơn Định vị sự cố với độ chính xác cao sẽ giúp cho nhân viên vận hành nhanh chóng tìm ra điểm sự cố

để làm các biện pháp sửa chữa, khôi phục lưới kịp thời, giảm thời gian mất điện, giảm chi phí và phàn nàn của khách hàng

Trong bối cảnh của HTĐ Việt Nam, điều này lại càng thể hiện rõ nét hơn EVN sử dụng hệ thống Scada, hệ thống tự động hóa trạm biến áp, RLBV và bộ ghi

sự cố để để thu thập thông tin giá trị điện áp, dòng điện, tình trạng làm việc của thiết

bị tại các đầu đường dây của TBA, NMĐ nhằm xử lý và cô lập sự cố, tránh lan tràn sang các phần tử còn lại đang vận hành Tuy nhiên, thuật toán phân loại và định vị

sự cố sử dụng dữ liệu đo lường trên nguyên tắc tổng trở tại một đầu đường dây được sử dụng khá phổ biến trên các RLBV tại các TBA, hiện nay vẫn làm việc độc

lập vì chưa đầy đủ kênh truyền thông tin nên kết quả chưa đảm bảo độ chính xác Ví

dụ tại TBA A và B sử dụng hai RLBV cho đường dây tải điện như trình bày trên hình 1 Phương pháp định vị điểm sự cố sử dụng dữ liệu đo tại một đầu đường dây

có cấp chính xác bị ảnh hưởng bởi các thông số như điện trở sự cố, góc sự cố, nguồn cung cấp từ hai phía… nên kết quả tính toán có sai số khá lớn so với số liệu thực tế [61], [76], [78], [82]

Hình 1: Sự cố trên đường dây

Bên cạnh đó, công tác truy tìm nguyên nhân sự cố trên đường dây còn thực hiện thủ công theo quy định hiện hành nên chưa đáp ứng được yêu cầu về thời gian

xử lý sự cố và chưa phù hợp vì tốn nhiều tiền của và công sức, phụ thuộc nhiều vào trình độ xử lý sự cố của điều độ viên cũng như thời gian triển khai lực lượng đi xử

lý sự cố

Mặc dầu các đơn vị quản lý vận hành đường dây thường xây dựng quy trình truy tìm sự cố bằng cách xác định ngăn lộ sự cố, giá trị dòng điện, điện áp, kiểu sự

cố, vị trí điểm sự cố và nguyên nhân xảy ra sự cố để lưu vào cơ sở dữ liệu, làm cơ

sở để dễ dàng xác định được sự cố xảy ra tương tự trong tương lai Tuy nhiên, công việc này sẽ làm mất nhiều thời gian thực nghiệm

Cùng với quá trình phát triển công nghệ, bài toán lắp đặt thêm hệ thống xác định vị trí sự cố áp dụng công nghệ truyền sóng và thành phần tần số cao có thể trực tuyến giám sát và xác định khoảng cách điểm sự cố từ 2 điểm đầu và cuối đường dây, với độ chính xác cao, sai số nhỏ cũng cần được xem xét và cân nhắc vì sẽ làm tăng chi phí đầu tư thiết bị

Có thể nói rằng, việc phân loại và định vị sự cố sao cho chính xác và nhanh chóng luôn là vấn đề nhận được sự quan tâm của các nhà quản lý cũng như nghiên cứu Trong thập niên vừa qua, phương pháp phân loại và định vị sự cố bằng Fuzzy Logic, Wavelet, ANN, ANFIS có nhiều ưu điểm và cấp chính xác cao, không cần phải bỏ ra nhiều chi phí để mua thêm thiết bị, nhưng việc áp dụng phương pháp này vẫn còn chưa được quan tâm, nghiên cứu một cách đầy đủ để triển khai ứng dụng

Vì vậy, trong định hướng phát triển của ngành điện, việc ứng dụng những công nghệ mới, thông minh vào thực tiễn sản xuất là vấn đề cần phải đầu tư nghiên cứu

Tóm lại, nghiên cứu phân loại dạng sự cố và đặc biệt là vấn đề định vị điểm sự

cố trên lưới điện truyền tải mang tính cấp thiết cả về lý thuyết cũng như thực tiễn

Do đó luận án: “Nghiên cứu các phương pháp thông minh để phân loại và định vị

sự cố trên đường dây truyền tải điện” được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề

nêu trên

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Để tìm lời giải cho bài toán xác định chính xác dạng sự cố và vị trí điểm sự cố lưới điện, phần lớn nội dung được nghiên cứu và triển khai trong luận án được xuất phát từ sự phát triển công nghệ RLBV và lý thuyết toán học từ đơn giản đến phức tạp Bên cạnh các phương pháp sử dụng phân tích Fourier để đo tín hiệu cơ bản như dòng điện, điện áp, thời gian, tần số của quá trình quá độ khi xảy ra sự cố, một hướng phát triển nữa của các nghiên cứu là về các thuật toán xử lý tín hiệu cao cấp

để phân tích các tín hiệu đo lường nhằm đưa ra được kết quả ước lượng vị trí sự cố với độ chính xác cao hơn các phương pháp xử lý tín hiệu kinh điển Mục đích chính của luận án là:

- Hệ thống hóa các phương pháp, công trình nghiên cứu đã được công bố trong lĩnh vực xác định sự cố trong lưới truyền tải điện cao áp

- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơle và phép tính khoảng cách đến điểm sự cố như sóng hài, điện trở sự cố, sai số BI, sai số

BU, và thông số đường dây

- Đánh giá các phương pháp định vị sự cố của hãng sản xuất rơle sử dụng phổ biến tại Việt Nam cho sơ đồ đường dây truyền tải sử dụng dữ liệu đo dòng điện, điện áp tại một, hai hoặc ba phía của đường dây

- Nghiên cứu sử dụng Fuzzy, Wavelet cho bài toán phân loại dạng sự cố lưới điện

- Nghiên cứu tìm hiểu bản chất và những ứng dụng của trí tuệ nhân tạo để từ

đó xây dựng qui trình huấn luyện, thử nghiệm ANN, ANFIS trong việc phân loại và định vị sự cố lưới điện

- Trình bày kết quả mô phỏng trong Matlab Simulink minh chứng tính chính xác và tin cậy của các phương pháp định vị sự cố

Bên cạnh đó, các phương pháp này cũng được đưa vào ứng dụng trong thực tiễn qua việc khảo sát cho HTĐ Miền trung để chứng minh tính đúng đắn của phương pháp đề xuất

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu của luận án sẽ tập trung vào nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm Việc nghiên cứu lý thuyết, luận án tổng hợp, phân tích, đánh giá các tài liệu kỹ thuật, thuật toán của các hãng sản xuất rơle kỹ thuật số sử dụng phổ biến tại Việt Nam, cũng như các kết quả công trình nghiên cứu của các tác giả đã công bố trong và ngoài nước liên quan đến đề tài luận án Về nghiên cứu thực nghiệm, luận án thực hiện thu thập, xử lý thống kê các số liệu sự cố của các TBA và NMĐ tại Việt Nam, đồng thời xây dựng các thuật toán ứng dụng phương pháp

“thông minh” kết hợp với mô phỏng trên máy tính để phân loại và định vị sự cố So sánh và đánh giá kết quả với kiểm tra thực nghiệm thí điểm trên đường dây truyền tải điện cao áp 110kV và 220kV Từ đó kết luận tính ưu việt của phương pháp

đề xuất

4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu: là nghiên cứu các phương pháp phân loại và định vị

sự cố trong lĩnh vực bảo vệ rơle kỹ thuật số của các hãng sản xuất ABB, AREVA, SEL, SIEMEN, TOSHIBA…tại các TBA và NMĐ, hệ thống Scada đến các phương pháp thông minh như Fuzzy, Wavelet, ANN và ANFIS

Phạm vi nghiên cứu: là tập trung vào nghiên cứu đường dây truyền tải điện

cao áp 110-220 kV của hệ thống điện Việt Nam

5 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA LUẬN ÁN

Đề tài thuộc dạng nghiên cứu lý thuyết và ứng dụng, mặc dù rơle kỹ thuật số

đã được đưa vào vận hành trong hệ thống điện từ nhiều năm qua nhưng ở Việt Nam vẫn chưa có nghiên cứu nào được tiến hành một cách có hệ thống cả về lý thuyết lẫn thực nghiệm trong lĩnh vực phân loại dạng sự cố và đặc biệt là định vị sự cố

5.1 Ý nghĩa khoa học:

Xuất phát từ thực tế sản xuất, việc truy tìm sự cố trên đường dây tải điện phải thực hiện thủ công, tốn nhiều thời gian và công sức lao động Việc nghiên cứu ứng dụng phương pháp thông minh sử dụng dữ liệu dòng điện, điện áp thu thập trên RLBV để phân loại và định vị sự cố sẽ tăng độ chính xác, nâng cao hiệu quả, rút ngắn thời gian truy tìm điểm sự cố và giảm tối đa chi phí Đây là một hướng phát triển cần thiết có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Trong quá trình thực hiện, việc phân tích và đánh giá các phương pháp xử lý

sự cố sử dụng trong rơle kỹ thuật số là cơ sở ban đầu để đi tìm lời giải của bài toán phân loại và định vị sự cố

Luận án đã cụ thể hoá phương pháp phân tích thành phần thứ tự về mối quan

hệ góc lệch và tỷ số độ lớn giữa dòng điện thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không khi xảy ra sự cố, nhằm ứng dụng vào việc xây dựng các luật mờ cho bài toán phân loại sự cố Trên cơ sở đó, thực hiện kiểm tra cho mô hình đường dây 220kV A Vương – Hoà Khánh

Cũng với mô hình đường dây 220kV này, tác giả xây dựng phương pháp phân loại sự cố dựa trên phân tích DWT của tín hiệu dòng điện (Ia, Ib, Ic và Io) kết hợp với thuật toán so sánh giá trị độ lớn dòng điện và ngưỡng dòng sự cố

Bên cạnh đó, tác giả đã nghiên cứu phương pháp phân loại sự cố sử dụng ANN (với thuật toán chọn số nơron lớp ẩn tối ưu), hoặc ANFIS (với cấu trúc 4 dữ liệu đầu vào và một đầu ra) cho 10 dạng sự cố khác nhau (AN, BN, CN, AB, BC,

AC, ABN, BCN, ACN, và ABC)

Ngoài ra, những nguyên nhân sự cố từ các năm trước được thống kê và cập nhập vào máy tính trên bảng Excel của các đơn vị truyền tải và lưới điện cao thế là

cơ sở để ANN, ANFIS tính toán vị trí sự cố tương tự có thể xảy ra trong tương lai một cách hiệu quả, chính xác và tiện ích sử dụng

5.2 Ý nghĩa thực tiễn:

Những vấn đề đã nghiên cứu và kết quả thu được trong luận án có thể ứng dụng trong công tác thiết kế, quản lý vận hành, định hướng chiến lược đầu tư xây dựng lưới điện

a Trong công tác thiết kế, quản lý vận hành:

Áp dụng phương pháp đề xuất từng bước trong công tác thiết kế, hợp lý hoá sản xuất vận hành sẽ nâng cao hiệu quả tìm kiếm sự cố, giảm hiện tượng chồng chéo nhiệm vụ, các quyết định được đưa ra kịp thời và hiệu quả kinh doanh được nâng cao

Luận án đã góp phần giải quyết nhanh một khối lượng lớn công việc phân loại

và định vị điểm sự cố theo yêu cầu của ngành điện Ngoài ra, đề tài cung cấp kiến thức trợ giúp trong công tác vận hành cho những người sử dụng rơle nhằm nâng cao

độ sẵn sàng cung cấp điện, nâng cao hiệu quả sử dụng rơle

b Định hướng đầu tư ngành điện:

Từ những kết quả đạt được, luận án kiến nghị những kinh nghiệm mà EVN có thể lưu ý khi tiến hành lựa chọn phương án đầu tư thiết bị cho dự án mới cũng như

dự án cải tạo Đồng thời, luận án còn là cơ sở để tác giả nêu lên một số gợi ý, góp phần cho việc cải thiện hệ thống định vị sự cố cho đường dây 110kV và 220kV bằng cách sử dụng hệ thống thông tin duy nhất trong cả ngành tại Trung tâm điều

độ Ngoài ra, luận án làm cơ sở để tiến tới xây dựng qui trình xử lý sự cố cho nhiều chủng loại đường dây tải điện trong điều kiện Việt Nam

6 BỐ CỤC CỦA LUẬN ÁN

Bố cục luận án gồm có: phần mở đầu, 5 chương nội dung, phần kết luận, danh mục các công trình công bố và danh mục các tài liệu tham khảo

Chương 1: Trình bày tổng quan các hướng nghiên cứu trong việc phân loại dạng sự cố và định vị sự cố trên lưới điện truyền tải ở trong nước và thế giới (trên quan điểm quản lý vận hành, sử dụng tín hiệu đo lường tần số lưới, phương pháp truyền sóng, hệ thống thông minh, phương pháp lai) để thấy những điểm tương đồng và sự khác biệt giữa chúng cũng như chỉ ra những hạn chế, ưu điểm của các phương pháp này về mức độ lý thuyết và thực tiễn khi ứng dụng trên lưới điện Các đóng góp chính của luận án được trình bày trong chương 2, 3, 4 và 5 Chương 2: Trình bày các đặc điểm chính và những vấn đề cần quan tâm trong

hệ thống bảo vệ rơle của hệ thống điện, thông qua việc xem xét các ảnh hưởng của thiết bị đo BU, BI, thông số đường dây, sóng hài, và điện trở sự cố Các vấn đề được xem xét và giải pháp khắc phục đề xuất sẽ tạo điều kiện cho việc thu thập dữ liệu đầu vào của bài toán phân loại và định vị sự cố được chính xác hơn

Chương 3: Thực hiện phân tích, đánh giá các phương pháp định vị sự cố sử dụng dữ liệu dòng điện, điện áp đo lường tại một, hai, ba đầu đường dây và lựa chọn phần mềm chuyên dụng thu thập, phân tích bản ghi sự cố trên rơle bảo vệ của các hãng sản xuất rơle đang được ứng dụng trên đường dây có cấp điện áp từ 110kV đến 220kV tại Việt Nam Dựa trên tài liệu và kết quả sai số đánh giá của các phương pháp, chương 3 cũng đề xuất sử dụng phương pháp định vị sự cố sử dụng

dữ liệu đo lường không đồng bộ từ hai đầu đường dây sẽ linh hoạt, phù hợp với điều kiện thực tế hệ thống điện Việt Nam Ngoài ra, có thể kết hợp sử dụng dữ liệu dòng điện, điện áp sự cố trên rơle tại một đầu đường dây dùng làm đầu vào cho phương pháp thông minh nhằm cải thiện cấp chính xác kết quả phép tính khoảng cách sự cố cho lưới điện thực tế

Chương 4: Trình bày phương pháp phân loại dạng sự cố bằng Fuzzy logic, Wavelet, ANN, ANFIS và sau đó phân tích, đánh giá kết quả thu được Từ đó, đề xuất sử dụng phương pháp Wavelet có kết quả chính xác để phân loại sự cố; chọn thông số dòng điện và điện áp sự cố cung cấp đầu vào cho ANN, ANFIS để định vị điểm sự cố trên đường dây

Chương 5: Trình bày việc xây dựng mô hình ANN, ANFIS dùng để định vị điểm sự cố đường dây So sánh kết quả đạt được của hai phương pháp đồng thời đề xuất chọn phương pháp định vị sự cố sử dụng ANFIS để kiểm chứng tại đường dây điển hình 110kV Đăk Mil – Đăk Nông và 220kV Hoà Khánh - Huế Kết quả cho thấy, phương pháp sử dụng ANFIS có thể áp dụng được không chỉ đối với đường dây truyền tải điện cao áp mà còn cho phép áp dụng được đối với các đường dây khác có trên hệ thống

Công cụ Matlab simulink đã được sử dụng để xây dựng mô hình kiểm chứng các đề xuất trong chương 4 và chương 5

Cuối cùng, phần kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo của luận án: trình bày tóm tắt các kết quả đạt được của luận án và nêu ra hướng phát triển tiếp theo của đề tài cũng như nghiên cứu dự kiến sẽ thực hiện trong tương lai

cố thoáng qua càng lớn [7]

Hình 1.1: Sự cố trên đường dây tải điện

Sự cố thoáng qua chủ yếu do quá điện áp khí quyển gây ra phóng điện cách điện đường dây, còn các nguyên nhân khác thường do sự dao động của dây dẫn gây

ra phóng điện hoặc cây trong hành lang mọc quá nhanh, cây ngoài hành lang đổ chạm đường dây đi qua khu vực đồi núi hiểm trở trong mùa mưa bão, độ võng khoảng vượt xuống thấp do đường dây cũ luôn vận hành quá tải trong mùa nóng… Trong trường hợp khu vực có khí hậu khắc nghiệt, địa hình phức tạp, thì sự cố thoáng qua tập trung chủ yếu vào sự cố cách điện đường dây vì chất lượng cách điện sản xuất trong nước chưa thích hợp với điều kiện khí hậu ở một số địa điểm ở Việt Nam nên khi có sương muối, bụi bẩn bám dính trên bề mặt cách điện dễ gây ra

phóng điện Ngoài ra, hiện tượng tụt khí SF6 xảy ra ở hầu hết các máy cắt (MC) do thiết bị này chưa được nhiệt đới hoá đúng mức (hình 1.2)

Hình 1.2a: Sự cố do cành cây chạm vào

đường dây Hình 1.2b: Sự cố cháy pha B của MBA AT2 tại TBA 500kV Đà Nẵng

Đối với sự cố vĩnh cửu, nguyên nhân thường do thiết bị, trong đó: Sự cố cách điện chiếm tỷ lệ 36-38%, sự cố máy biến áp (MBA) 10-12%, MC 3-5%, chống sét van 6-8%, biến dòng và biến điện áp 2-3%, còn lại do các nguyên nhân khác [11]

Để đáp ứng nhu cầu xử lý sự cố lưới điện nhanh chóng và chính xác, các đơn

vị quản lý vận hành và các nhà kỹ thuật đã bắt tay vào nghiên cứu những công nghệ, giải pháp có thể phát hiện hiệu quả vị trí điểm sự cố trên đường dây truyền tải, nhằm nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, giảm thiểu được thời gian xác định vị trí sự cố và đáp ứng yêu cầu thực tế đặt ra Phân tích các phương pháp phân loại và định vị sự cố (được trình bày chi tiết trong mục 1.2) cho thấy độ chính xác kết quả

đo vị trí điểm sự cố tuỳ thuộc vào bản chất của từng phương pháp

1.2 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

Tại Việt Nam việc nghiên cứu ứng dụng phân loại và định vị điểm sự cố lưới điện truyền tải chưa nhiều, mới chỉ có một vài bài báo có tính chất giới thiệu khái quát và ứng dụng một vài phần mềm tại TBA tự động hoá, chưa đi sâu vào xây dựng thuật toán cho một bài toán cụ thể Để hoà nhập cùng với sự phát triển chung của thế giới trong lĩnh vực, việc nghiên cứu hệ thống bị định vị sự cố (Fault Locating System - FLS) nói chung và nghiên cứu ứng dụng vào lưới điện tại Việt

Nam là cần thiết và đang là thời điểm thích hợp để triển khai, khai thác tiềm năng của một công cụ tính toán mạnh cho các bài toán khoa học kỹ thuật

Hình 1.3: Các hướng nghiên cứu kỹ thuật phân loại và định vị sự cố

Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về phân tích phân loại dạng sự

cố và phát hiện vị trí điểm sự cố trên đường dây truyền tải, đặc biệt phát triển mạnh trong vài thập kỷ gần đây và trở thành điểm nóng của nhiều tranh luận khoa học theo nhiều hướng, có thể phân loại thành 01 giải pháp kỹ thuật quản lý vận hành và

04 hướng nghiên cứu chính (phân tích tín hiệu ở tần số lưới, phân tích tín hiệu cao tần, hệ thống thông minh, và phương pháp lai) được trình bày sơ lược trên hình 1.3 Mỗi hướng sẽ được trình bày theo các mục riêng, nhằm giải quyết vấn đề đặc thù có

Phân tích sóng hài

Phương pháp truyền sóng

Biến đổi wavelet Biến đổi wavelet packet

PHÂN TÍCH TÍN HIỆU CAO TẦN

Phương pháp sử dụng tín hiệu đo từ nhiều phía

Phương pháp sử dụng tín hiệu đo hai đầu đường dây

Phương pháp sử dụng tín hiệu đo một đầu đường dây PHÂN TÍCH TÍN

cấp chính xác phụ thuộc vào mô hình đường dây, khả năng thu thập dữ liệu và bản chất của phương pháp đó [61], [81], [85]

1.2.1 Giải pháp dựa trên kỹ thuật quản lý vận hành

1.2.1.1 Nội dung của giải pháp

Việc xác định sự cố thông dụng hiện nay căn cứ vào sự điều hành theo kinh nghiệm của điều độ các cấp (quốc gia, vùng và điện lực) và sự chấp hành thao tác của nhân viên vận hành cấp dưới (trực ca tại các TBA, NMĐ) Cơ sở xử lý sự cố căn cứ theo quy trình điều độ Hệ thống điện Quốc gia, quy trình xử lý sự cố các điện lực và TBA cụ thể Khi có sự cố trên lưới, nhân viên vận hành khu vực báo cáo

và nhận lệnh thao tác từ điều độ viên để tiến hành cô lập điểm sự cố và giao cho đơn vị sửa chữa kiểm tra, xử lý [4], [5]

1.2.1.2 Các kỹ thuật chính đã được tiến hành

Khi có sự cố trên đường dây máy cắt hai đầu đường dây (hoặc đầu nguồn) cắt, điều độ viên hoặc nhân viên quản lý vận hành căn cứ vào tác động của thiết bị bảo

vệ, tình trạng thiết bị liên quan, bảng đèn tín hiệu tại TBA, thông tin phát hiện sự cố

từ người dân hoặc khách hàng sử dụng điện để có phương án xử lý phù hợp Với trường hợp chưa xác định được ngay điểm sự cố thì phải thực hiện tìm kiếm sự cố thủ công (đội quản lý đường dây rải quân băng qua rừng, lội suối, đi đến từng vị trí cột trên toàn tuyến bị sự cố để kiểm tra bằng mắt thường và tìm điểm sự cố)

Tại Việt Nam, việc quản lý và vận hành đường dây truyền tải và xử lý sự cố như trên dẫn đến yêu cầu sửa chữa nhiều và tốn kém chi phí Cho nên Tập đoàn Điện lực Việt Nam (EVN) đã lên kế hoạch hiện đại hoá các hệ thống điều khiển, giám sát của cả hệ thống điện bằng hệ thống giám sát điều khiển và thu thập xử lý

dữ liệu (Supervisory Control And Data Acquisition – SCADA) nhằm thu thập dữ liệu và điều khiển các TBA từ xa Trong giải pháp điều khiển phân tán (hình 1.4) có sẵn hệ thống truyền thông ở cấp dưới (bus xử lý, bus trường) và ở cấp trên (Ethernet) thì trọng tâm của việc xây dựng hệ SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống sử dụng chuẩn IEC61850 cho phép

nhân viên vận hành sử dụng hệ thống máy tính thay thế cho hệ thống điều khiển bằng các tủ bảng vặn khoá truyền thống [14]

Hình 1.4: Cấu trúc hệ thống tự động hoá trạm dựa trên truyền thông IEC 61850

Hình 1.5: Tương tác các miền của lưới điện thông minh

Hơn nữa, để tiến tới một hệ thống điện thông minh (hình 1.5) thực hiện liên kết thông minh hai chiều giữa người tiêu dùng và nguồn điện, cần hiện đại hoá cả

lưới truyền tải và phân phối theo hướng nâng cấp và cập nhật hệ thống điện hiện có

ở công nghệ đo lường, điều khiển và bảo vệ kỹ thuật số với hệ thống truyền thông hiện đại nhằm đáp ứng nhu cầu về độ tin cậy, an toàn, chất lượng điện, tiết kiệm năng lượng [46]

Từ các công nghệ mới, cho phép các hệ thống điều khiển, giám sát và bảo vệ trên diện rộng phối hợp với nhau như là các giải pháp hiệu quả Điểm mấu chốt của giải pháp này là khả năng ứng dụng các thiết bị điều khiển nhanh và mạnh, hệ thống truyền thông, và các thuật toán thông minh hay nói cách khác đây là một “hệ thống điều khiển và bảo vệ trên diện rộng đích thực” [24]

1.2.1.3 Nhận xét và đánh giá:

Giải pháp kỹ thuật này đã và đang được EVN triển khai ứng dụng tại Việt Nam Ta nhận thấy rằng, để truy tìm sự cố vẫn còn chủ yếu dựa vào công tác kiểm tra thủ công theo quy định hiện hành, chưa đáp ứng được yêu cầu về thời gian xử lý

sự cố và chưa phù hợp [15]

Bên cạnh đó, EVN đã và đang ứng dụng hệ thống SCADA tại Trung tâm điều

độ Đây là một hệ thống giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu cùng với các chức năng tích hợp của hệ thống quản lý lưới điện và hệ thống đo đếm điện năng tiêu thụ

tự động từ xa theo thời gian thực trên màn hình máy tính Chức năng của hệ thống

sẽ giúp cho các kỹ thuật viên có khả năng điều hành, quan sát và quản lý toàn bộ hoạt động của tất cả các thiết bị trong hệ thống điện (HTĐ) Nếu hệ thống được khai thác hiệu quả với đầy đủ chức năng thì việc điều hành lưới điện trở nên đơn giản hơn, đáp ứng kịp thời, chính xác yêu cầu trong vận hành lưới điện như: phân tích hệ thống, giảm nhiều công sức xử lý sự cố và góp phần nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh

1.2.2 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu ở tần số lưới

1.2.2.1 Nội dung của phương pháp

Khoảng cách sự cố từ thanh cái đến điểm sự cố được tính toán theo phương pháp tổng trở sự cố ở tần số lưới thông qua giá trị đo lường dòng điện và điện áp của một, hoặc hai và ba đầu đường dây (sử dụng kênh truyền thông tin và thiết bị

động bộ thời gian) được đo bằng thiết bị như biến dòng (BI), biến điện áp (BU),

role bảo vệ (RLBV) hoặc bộ đo lường đồng bộ góc pha (Phasor Measurement Unit – PMU) đặt trên mỗi đầu đường dây Các số liệu đo được sử dụng để phân tích

thành phần thứ tự, xác định kiểu sự cố, pha sự cố và kết hợp phương trình toán học nhằm ước tính vị trí điểm sự cố [61], [85]

1.2.2.2 Các nghiên cứu chính đã được tiến hành

Phương pháp điện kháng đơn giản được đưa vào sử dụng đầu tiên cho hệ thống đường dây truyền tải điện đồng nhất được minh hoạ như hình 1.6, giả sử có

sự cố tại điểm F, giá trị điện trở sự cố RF và dòng điện phụ tải không đáng kể [69]

Hình 1.6: Sơ đồ một sợi hệ thống điện đồng nhất

Điện áp đo trên rơle tại đầu A của đường dây truyền tải ở tần số định mức là:

UA = m.ZL.IA + RF.IF (1.1) Trong đó:

m : Khoảng cách từ rơle đến điểm sự cố [km]

ZL : Tổng trở thứ tự thuận của đường dây được bảo vệ [Ω/km]

IA, IB: Dòng điện sự cố đo lường trên rơle đặt tại A và B [A]

Từ công thức (1.1) ta có 4 tham số chưa biết là: m, góc pha và giá trị dòng sự cố

IF, điện trở sự cố RF Bằng cách thực hiện phép chia hai vế phương trình cho IA, ta có:

Tổng trở sự cố đo tại A:

A

F F L A

A FA

I

I R mZ I

U

Lấy thành phần ảo của hai vế phương trình và giả sử ngắn mạch trực tiếp:

L A

F F m L m A

A

I

I R I mZ I I

U

I ( ) ( ) ( )

Suy rakhoảng cách điểm sự cố:

L A

A m

X I

U I m

Bảng 1.1: Công thức tính tổng trở sự cố

Như vậy, sai số tính toán vị trí sự cố bằng 0 nếu góc pha I A I F hoặc RF =

0 Do đó, phương pháp trở kháng đơn giản, đủ chính xác cho nhiều ứng dụng bảo vệ rơle Tuy nhiên, sai số sẽ tăng lên nếu ứng dụng cho hệ thống có nguồn cung cấp từ

2 hoặc 3 phía bởi vì IB ≠ 0 và I AI B, RF ≠ 0, tổng trở tải và góc tổng trở khác nhau (Z A Z B Z L) Dẫn đếnI F I A có thể mang tính cảm hoặc dung

Từ năm 1950 đến nay, có thêm nhiều thuật toán mới được đề xuất với nhiều

ưu điểm mới khắc phục được nhược điểm này Tiêu biểu cho hướng nghiên cứu này phải kể đến công trình của các tác giả như Eriksson et al [76] sử dụng một mô hình lưới điện có nguồn cung cấp từ hai phía được đưa vào tính toán Trở kháng nguồn

và dòng điện phụ tải trước sự cố được sử dụng để bù điện kháng sự cố Trong các thử nghiệm thực tế sự cố pha-pha và pha-đất, sai số vị trí sự cố tính toán nằm trong khoảng 3% chiều dài đường dây Richards và Tan [100] sử dụng dữ liệu đo điện áp

và dòng điện trên đường dây truyền tải có chiều dài 100 dặm để tính toán giá trị vị trí sự cố và điện trở sự cố (RF) Tại vị trí 50 dặm, sự cố một pha chạm đất có sai số 1% đối với RF < 30 Ω, và 6% khi RF = 100Ω Sachdev và Agarwal [78] đưa ra phương pháp tính sử dụng điện áp và dòng điện thứ tự thuận Kết quả mô phỏng định vị sự cố cho độ chính xác nhỏ hơn 5% chiều dài đường dây

Năm 2004, J Izykowski, E Rosolowski, và M Mohan Saha đề xuất phương

pháp ước lượng vị trí sự cố cho các đường dây truyền tải song song bằng cách sử dụng các điện áp và dòng điện đo ở một đầu đường dây [63] Trong đó, các tác giả

đã nêu nội dung cơ bản cho tính toán vị trí sự cố và không sử dụng thành phần thứ

tự không nên không bị ảnh hưởng bởi trở kháng nguồn hoặc điện trở sự cố

Bên cạnh hướng tiếp cận đo dữ liệu tại một đầu đường dây, các công trình

nghiên cứu của Jiang, Brahma, Girgis, Lee, Liao và Izykowski sử dụng dữ liệu đo

lường dòng điện, điện áp đồng bộ hoặc không đồng bộ hai đầu hoặc ba đầu đường dây đường dây (hình 1.7) cho kết quả chính xác cao hơn một đầu đường dây khi điều kiện làm việc của hệ thống thay đổi, không cần biết thông số đường dây và cho phép xác định được điện trở sự cố [51]

Hình 1.7: Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường tại hai đầu đường dây

Năm 1997, hai nhà nghiên cứu Hong và Colwell đã giới thiệu phương pháp tự động xác định kiểu sự cố hai đầu đường dây và tính toán vị trí sự cố đường dây dựa trên dữ liệu vận hành thời gian thực hoặc bản ghi off line phù hợp cho hệ thống truyền tải điện [56] Tại đây, dữ liệu trước và tại thời điểm sự cố được sử dụng trên rơle bảo vệ, phần mềm lọc các thành phần tần số cơ bản sử dụng biến đổi Fourier nhanh Việc xác định vị trí sự cố được giải quyết hoàn toàn bằng mô hình lưới ba pha và sử dụng 15 công thức để tìm vị trí sự cố Sự cố pha chạm đất được tính toán bằng mô hình thành phần thứ tự nghịch, ảnh hưởng của hệ số tương hỗ đường dây, kết hợp thuật toán hai đầu đường dây với kỹ thuật công nghệ thông tin truyền thông

và kỹ thuật toán học tiên tiến để xác định vị trí sự cố đường dây truyền tải

Năm 2007, tác giả Maja Knezev xây dựng thuật toán lựa chọn phương pháp

định vị sự cố tối ưu dựa trên các thuật toán định vị sự cố của các nghiên cứu trước

đó về định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo tại một đầu, hai và ba đầu đường dây cho từng trường hợp cụ thể [82]

Ngoài ra, phương pháp định vị sự cố dựa trên các bộ PMU đã được đề xuất bởi các tác giả Jiang et al (2000); Chen et al (2002); Yu et al (2002); Lin et al (2002), Saini et al (2012) và F V Lopes (2013) với sơ đồ cấu trúc mô tả ở hình 1.8 PMU có chức năng đo lường các đại lượng phức gồm độ lớn và góc pha của điện

áp, dòng điện tại hai đầu đường dây trong cùng một thời gian được đồng bộ bằng GPS và truyền dữ liệu này đến bộ tập hợp dữ liệu (Phasor Date Concentrator –

PDC) Chức năng đặc trưng của PDC là tập hợp dữ liệu từ PMU, sắp xếp theo thời gian và tạo ra một bảng ghi các dữ liệu đo lường một cách đồng thời trong HTĐ theo thời gian thực, sau đó dữ liệu từ PDC được truyền về trung tâm điều khiển để phân tích, giám sát, điều khiển và sử dụng 4 phương pháp định vị sự cố cho đường dây 230kV có chiều dài 300km [48] Nhờ hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System – GPS) đảm bảo mức độ chính xác và đồng bộ của các mẫu với sai số thời gian đồng bộ nhỏ hơn 1µs và sai số tuyệt đối góc pha nhỏ hơn 0.10 [69]

Hình 1.8a: Cấu trúc PMU thu thập dữ liệu dòng điện, điện áp

Hình 1.8b: Định vị sự cố sử dụng PMU

Công trình nghiên cứu khác của Brahma (2006) đề xuất phương pháp mới để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải có nguồn cung cấp từ nhiều phía bằng cách sử dụng dòng điện và điện áp đo lường đồng bộ từ tất cả các đầu đường dây bằng PMU Các thành phần thứ tự thuận của dạng sóng trước, tại thời điểm sự

cố và tổng trở thứ tự thuận được sử dụng để tạo thành ma trận tổng trở thanh cái thứ

Hệ thống điện

U, I tại TBA B

Mạch điều khiển tín hiệu

Thu thập dữ liệu phasor

Bộ chuyển đổi A/D

U, I tại TBA A

Thanh cái B

Thanh cái A

PMU

Thành phần thứ tự

Định vị sự cố

Phương pháp

II và IV Phương pháp

I và III

tự thuận Khó khăn áp dụng kỹ thuật này là PMU không được lắp đặt tại tất cả các đầu đường dây Cho nên, để có thể định vị sự cố cho toàn bộ lưới điện cần phải xét đến bài toán tối ưu cho chi phí và số lượng tối thiểu PMU lắp đặt dựa trên lưới điện được đề xuất bởi Burnett et al (1994), Lien et al (2006), Wang et al (2007), S.Geramian et al (2008), K.Mazlumi et al (2008), và S.El Safty et al (2008) bằng phương pháp thuật toán di truyền Cấp chính xác của thuật toán đề xuất không phụ thuộc vào các kiểu sự cố, điện trở sự cố và được thử nghiệm trên lưới điện truyền tải 230kV gồm 41 thanh cái tại Tehran [66], [67], [102], [103]

Trong thực tế, thông số đường dây được tính toán bằng tay hoặc phần mềm để

sử dụng trong công thức tính toán vị trí sự cố Tuy nhiên, do ảnh hưởng của môi trường và điều kiện vận hành nên dẫn đến thông số tính toán sai khác so với các thông số đường dây thực tế Do đó, các tác giả Lin et al (2004); Brahma and Girgis, (2004); Yu et al (2002); Jiang et al (2000) và F Chunju et al (2007) đã đề xuất sử dụng giá trị dòng điện và điện áp đường dây đo được bằng PMU, để tính toán thông

số đường dây trực tuyến như tổng trở đường dây, điện dung đường dây Sau đó đưa vào công thức tính toán điểm sự cố với độ chính xác cao cho mô hình đường dây đơn, đường dây song song cũng như đường dây có nguồn cung cấp từ ba phía [47], [77] Thuật toán tiến hành theo hai bước: đầu tiên là xác định đường dây bị sự cố và sau đó là tính toán vị trí sự cố trên đường dây Kết quả mô phỏng bằng EMTP, cũng như thử nghiệm bằng dữ liệu thực tế cho thấy cấp chính xác định vị sự cố không ảnh hưởng bởi các hệ số như chế độ vận hành, điện trở sự cố, kiểu sự cố, tải trước

sự cố và khoảng cách sự cố

Ngày nay, hướng nghiên cứu dựa trên phân tích tín hiệu ở tần số cơ bản đã và đang được các hãng sản xuất BVRL nổi tiếng như ABB, SIEMENS, SEL, AREVA,

GE, TOSHIBA… ứng dụng trên thiết bị của mình nhằm phục vụ công tác phân loại

và định vị điểm sự cố Tuy nhiên, cấp chính xác dòng điện đo lường phụ thuộc vào cấp chính xác của BI sử dụng Đặc biệt là trong trường hợp BI bị bão hoà do dòng ngắn mạch có giá trị lớn làm cho dạng sóng dòng điện nhị thứ bị méo dạng dẫn đến

dòng nhị thứ của BI không hiển thị chính xác giá trị dòng nhất thứ Do đó, BVRL hiển thị sai giá trị khoảng cách sự cố

Vì vậy các nhà nghiên cứu và hãng sản xuất thiết bị đã đưa ra một số biện pháp nhằm khắc phục chế độ BI bị từ hoá Vào năm 2004, M Saha, J Izykowski, E Rosolowski sử dụng thuật toán sử dụng giá trị điện áp của hai đầu đường dây và dòng điện tại đầu BI không bị bão hoà Tuy nhiên giải thuật này không phải luôn luôn đúng

vì có thể BI tại đầu đường dây đặt FLS bị bão hoà [79] Do đó, các tác giả C de Morais Pereira, và L Zanetta Jr (2004) đã đưa ra giải pháp cho phép sử dụng điện áp một đầu đường dây tại thời điểm sự cố và giá trị dòng điện trước thời điểm sự cố (khi

BI chưa bị bão hoà) nhằm giảm thiểu sai số định vị sự cố gây ra bởi từ hoá BI [36] Hơn nữa, tác giả Abdullah Assuhaimi Mohd Zin (2009) phát triển thuật toán bù dòng điện cho RLBV khoảng cách khi xảy ra hiện tượng bão hoà BI [25]

Theo hướng giải quyết khác, các nhà nghiên cứu Brahma SM, Girgis AA (2004) đề xuất phương pháp định vị sự cố chỉ sử dụng tín hiệu điện áp đo lường đồng bộ tại hai đầu đường dây nên không bị ảnh hưởng bởi sai số BI [35] Hãng ABB, AREVA đề xuất sử dụng thiết bị BI không truyền thống (Non Conventional Instrument Transformer - NCIT) để loại trừ hiện tượng bão hoà [39]

1.2.2.3 Nhận xét và đánh giá

Phương pháp định vị sự cố sử dụng dữ liệu dòng điện, điện áp đo tại một đầu đường dây trong hướng nghiên cứu này có ưu điểm là phù hợp với hầu hết điều kiện lưới điện và công nghệ sản xuất rơle bảo vệ hiện nay nên đang được áp dụng ở nhiều quốc gia Tuy nhiên, do công thức được xây dựng trên mô hình lưới điện đồng nhất nên phương pháp có nhược điểm là cấp chính xác bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như: Ảnh hưởng hỗn hợp của dòng điện phụ tải và điện trở sự cố, giá trị này

có thể cao khi sự cố chạm đất; Độ chính xác của thông số đường dây cài đặt trên rơle; Sai số đo lường

Phương pháp định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo từ hai hoặc ba đầu đường dây cho kết quả chính xác hơn phương pháp tổng trở dựa trên tín hiệu đo tại một đầu đường dây [16]; Hạn chế của phương pháp này là chi phí đầu tư thiết bị cao, tín

hiệu đo nhiều và cần được thực hiện đồng bộ Tuy nhiên, trong tương lai gần, khi thiết bị điều khiển, giám sát từ xa SCADA đã và đang được lắp đặt trong hệ thống điện phát huy đầy đủ chức năng thì việc áp dụng phương pháp này sẽ hiệu quả hơn nhờ khả năng mạnh trong chia sẻ thông tin

1.2.3 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu cao tần

1.2.3.1 Nội dung của phương pháp

Hình 1.9: Hệ thống định vị sự cố bằng sóng truyền

Hệ thống định vị sự cố bằng sóng truyền là một công nghệ tiên tiến, kinh tế,

đã được các đơn vị như QUALITROL của Anh, NIPPON, KINKEI của Nhật Bản, ISA của Italia và SEL của Mỹ ứng dụng cho hệ thống lưới điện trung áp và đặc biệt

sử dụng cho tất cả các ngăn lộ của hệ thống lưới điện truyền tải tại các quốc gia như

Mỹ, Trung Quốc, Nam Phi, Scotland, và Canada Một hệ thống định vị sự cố bằng sóng truyền hoàn chỉnh sử dụng nguyên lý đo lường dạng sóng tại hai đầu đường dây (phương pháp kiểu D) bao gồm các thiết bị: Bộ định vị sự cố (Khối thu nhận sóng truyền từ BI hoặc BU, Khối xử lý dữ liệu); Khối định vị thời gian GPS; Phần mềm dùng cho máy chủ và hệ thống truyền thông thông tin (hình 1.9) Khi xảy ra sự

cố trên đường dây, các tín hiệu dòng hoặc áp của pha bị sự cố sẽ đạt tới giá trị ngưỡng Các bộ định vị sự cố đặt tại hai đầu đường dây sẽ gửi tín hiệu về máy tính chủ Máy tính chủ sử dụng phần mềm phân tích sóng truyền để lựa chọn các dữ liệu

MC

Mạng truyền thông

F

B

A

Khối thu tín hiệu GPS GPS

Khối thu nhận sóng truyền

cần thiết từ dạng sóng tín hiệu dòng hoặc tín hiệu áp với tần số lấy mẫu là 1MHz, 2MHz, 10MHz, 200MHz… nhằm xử lý phân tích, và tự động tính toán đưa ra giá trị khoảng cách đến điểm sự cố [15] Ngoài ra, các hãng sản xuất cũng bổ sung thêm phương pháp kiểu A và E để hỗ trợ thêm cho việc đo khoảng cách điểm sự cố

Phương pháp kiểu D: thực hiện đo lường sóng truyền cả hai đầu đường dây

Sóng tạo ra tạo từ điểm sự cố chạy về hai phía TBA A và B ngược nhau trong vài

ms Do đó cần phải sử dụng hai bộ định vị sự cố được đồng bộ tín hiệu GPS ở cả hai đầu đường dây như trên hình 1.10

m  A B 

(1.3) Trong đó:

tA, tB: thời gian sóng đầu tiên của điểm sự cố truyền đến bộ định vị A, B[s]

l : chiều dài đường dây

v : vận tốc truyền sóng [m/s]

Phương pháp kiểu A: xác định khoảng cách vị trí sự cố bằng việc phân tích

sóng truyền sự cố tại một đầu đường dây (hình 1.11) Khoảng cách sự cố được tính theo công thức [3], [85]: m t t v

F Điểm sự cố

t3: thời gian sóng phản hồi đầu tiên từ điểm sự cố truyền đến Bộ ghi kiểu A [s] v: vận tốc truyền sóng [m/s]

Hình 1.11: Bộ định vị sự cố loại A

Sai số của loại A phụ thuộc vào thời gian sự cố, điện trở sự cố, và nhận dạng sóng thích hợp Điều này sẽ được khắc phục khi sử dụng bộ định vị loại D

Phương pháp kiểu E: là thực hiện đo lường sóng truyền tại một đầu đường

dây (hình 1.12) khi MC đóng vào đường dây không mang điện

Hình 1.12: Bộ định vị sự cố loại E

Thời gian giữa các xung tạo ra từ MC đóng và sóng phản xạ từ điểm ngắn mạch, hoặc đứt dây được sử dụng để tính khoảng cách sự cố theo công thức sau [41]:

v t t

t1: thời gian sóng tạo ra khi đóng MC

t2: thời gian sóng phản hồi đến TBA

1.2.3.2 Các nghiên cứu chính đã được tiến hành

Năm 1999, Bo Z.Q, Weller G, và Redfern M.A trình bày phương pháp phân biệt sóng phản xạ từ các điểm sự cố và thanh cái từ xa Sự cố được phát hiện bằng các tín hiệu điện áp cao có tần số từ 1 đến 10MHz Phương pháp này loại trừ được ảnh hưởng của nấc phân áp [34]

Đến năm 2001, Zeng Xiangjun và các đồng nghiệp trình bày định vị sự cố

bằng phương pháp truyền sóng sử dụng hai cảm biến sóng truyền dòng điện, điện áp

và tín hiệu đồng bộ thời gian GPS cho lưới điện siêu cao áp và mang lại hiệu quả chi phí [130] Vị trí sự cố được tính toán từ thời gian nhận sóng truyền tại mỗi trạm

có đặt bộ định vị sự cố

Tiếp đó, Krzysztof Glik, Désiré Dauphin Rasolomampionona, và Ryszard

Kowalik (2012) mô tả thuật toán truyền sóng để nhận dạng và định vị sự cố dựa trên

biến đổi wavelet cho đường dây cao áp [74]

Vào năm 2012, K Kunadumrongrath and A Ngaopitakkul tiếp tục phát triển

kỹ thuật sử dụng biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform - DWT) bằng họ Wavelet Daubechies 4 (db4) để phân tích tín hiệu cao tần trong việc định vị

sự cố trên đường dây đơn [65]

Các nhà nghiên cứu A Borghetti, S Corsi, C A Nucci, M Paolone và L Peretto et al đã đề xuất phương pháp sử dụng biến đổi wavelet liên tục (Continuous Wavelet transform - CWT) cho việc phân tích quá độ điện áp do sự cố đường dây Mối tương quan tồn tại giữa các tần số điển hình của các tín hiệu chuyển đổi CWT

và đường dẫn cụ thể trong lưới bao phủ bởi sóng truyền sự cố Tuy nhiên, phương pháp có cấp chính xác kết quả tính toán vị trí sự cố thấp khi làm việc với dải tần thấp hơn 200Hz [19]

Vào năm 1998, Qin Jian Chen cùng các đồng nghiệp trình bày nguyên lý định

vị sự cố mới dựa trên phương pháp hai đầu đường dây của sóng truyền bằng cách sử dụng biến đổi CWT [96] Do sự suy giảm và biến dạng của sóng truyền trên đường dây truyền tải nên CWT được sử dụng để có độ phân giải tốt hơn nhiều để định vị

sự cố thoáng qua, thời gian đến có thể xác định bằng điểm đặc trưng của sóng