Nghiên Cứu Ứng Dụng Mạng Nơron Nhân Tạo Để Định Vị Sự Cố Trên Lưới Điện.pdf

Untitled BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ÐỂ ÐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ÐIỆN NGÀNH KỸ TH[.]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ÐỂ ÐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ÐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202 S K C0 8 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN-60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS-TS NGUYỄN MINH TÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS-TS NGUYỄN MINH TÂM (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP HCM ngày tháng 10 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Chức danh Hội đồng Họ tên PGS.TS Trương Việt Anh PGS.TS Dương Hoài Nghĩa Phản biện PGS.TS Trương Đình Nhơn Phản biện PGS.TS Lê Minh Phương TS Nguyễn Phan Thanh Chủ tịch Ủy viên Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: PHẠM VĂN TÍNH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1992 Nơi sinh: Quảng Trị Quê quán: Xã Cam Nghĩa, H Cam Lộ, T Quảng Trị Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Số 49c Lò Lu, P Trường Thạnh, Quận Thành phố Hồ Chí Minh Số điện thoại: 01649846069 E-mail: tinhpv29@gmail.com II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ năm 2010 - 2015 Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Ngành học: Kỹ thuật điện Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 10/2016 đến 04/2018 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để định vị cố lưới điện” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP HCM ngày 28 tháng 06 năm 2018 Người hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Minh Tâm III Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP CAO HỌC: Thời gian 2015-2018 Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Công ty cổ phần tư vấn xây dựng tổng hợp Bình Dương Cán kỹ thuật phòng tư vấn điện LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Văn Tính LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, giúp đỡ hướng dẫn quý thầy cô, hồn thành luận văn tốt nghiệp Tơi chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng quản lý khoa học – Đào tạo sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu thực tốt đề tài thời gian qua Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS Nguyễn Minh Tâm, Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn tốt nghiệp Chân thành cảm ơn quý thầy, cô tận tâm dẫn, truyền đạt kiến thức cho trình học trường Xin gửi lời cảm ơn đến thành viên Hội đồng phản biện góp ý để tơi hồn thiện luận văn Cảm ơn bạn học viên lớp cao học Kỹ thuật điện 2016B đoàn kết, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trường Trân trọng TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 09 năm 2018 Học viên Phạm Văn Tính TĨM TẮT Hiện nay, với phát triển sở hạ tầng kỹ thuật mỹ quan thị việc ngầm hoá lưới điện phân phối thành phố lớn Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh… nhà nước quan tâm Ngoài nhu cầu sử dụng điện ngày tăng đòi hỏi mức độ xử lý thông tin kỹ thuật số phải nhanh chóng xác nên việc tìm vị trí ngắn mạch cáp ngầm cần thiết Theo Thố ng kê các nghiên cứu đã đươ ̣c thực hiê ̣n từ trước đế n liñ h vực xác định vị tri cố cáp ngầm phân phối đươ ̣c phân thành ba phương pháp chin ́ h đó là phương pháp bơm xung phản xa ̣, phương pháp tổng trở, phương pháp sóng truyền Trong các nghiên cứu [1] và [2] tác giả chỉ đươ ̣c thực hiê ̣n bằ ng các máy phát xung chuyên du ̣ng có tầ n số cao và chỉ xác đinh ̣ đươ ̣c vi ̣ trí ngắ n ma ̣ch sau đã cô lâ ̣p lưới điê ̣n Nhược điểm phương pháp làm tăng thời gian mấ t điê ̣n, giảm chấ t lươ ̣ng cung cấ p điê ̣n và phải đầ u tư khá lớn cho máy ta ̣o xung công suấ t lớn, tầ n số cao và yêu cầ u thiế t bi đo ̣ lường chấ t lươ ̣ng tố t với tầ n số đo lớn rấ t mắ c tiề n Phương pháp đươ ̣c đề xuấ t [3] sử dụng phương pháp giải lặp nên có nhược điểm sai số tính tốn cao Các nghiên cứu [4-7] yêu cầ u phải biết chọn kiểu phân tích wavelet nhận vị trí ngắn mạch Phương pháp đươ ̣c đề xuấ t [12] sử dụng phương pháp sóng truyền Nhược điểm phương pháp xây dựng đường đặc tính tương quan tần số cộng hưởng vị trí trước xảy cố Trong lưới điện phân phối phụ tải thay đổi liên tục theo thời gian nên độ xác phương pháp không cao áp dụng hệ thống lớn Vì qua tìm hiểu phân tić h về các giải thuâ ̣t xác đinh ̣ vi ̣ trí ngắ n ma ̣ch đã đươ ̣c đề xuất, dựa vào tính chất cộng hưởng cao tần chứa tín hiệu độ điện áp pha, luận văn đề xuất phương pháp định vị cố ngắn mạch nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron kết hợp với sóng truyền để giảm thiểu thời gian tính tốn, chi phí nâng cao tính hiệu Hình 4.3 Dạng sóng điện áp trước hai pha bc chạm đất 2600m Trong trình xác định điểm tương quan vị trí ngắn mạch – tần số cộng hưởng, kết thu có mơ tả Hình 4.18 nhận thấy điểm có đồ thị đường cong phi tuyến Hình 4.18 Đồ thị điểm tương quan vị trí – tần số hai pha bc chạm đất 66 Huấn luyện mạng nơ ron để nhận dạng hàm phi tuyến qua điểm Hình 4.18 ta thu kết Hình 4.419 Qua kết nhận thấy mạng nơ ron tìm hàm số qua điểm với độ xác đến 1e-7 67 Hình 4.49 Kết huấn luyện mạng nơ ron 68 Sau trình nhận dạng, kết ước lượng vị trí cố ngắn mạch thể Hình 4.20 Qua kết nhận thấy sai số giá trị đặt giá trị đo 2.7m Giá trị chứng tỏ phương pháp đề xuất có độ xác cao Hình 4.20 Kết tính tốn thu hai pha bc chạm đất 2600m 69 Hình 4.21 Kết tạo file mơ pha ab chạm đất 1330m Hình 4.22 Kết tính tốn thu ngắn mạch pha ab chạm đất 1330m 70 4.4.3 Khi ngắn mạch ba pha abc chạm đất 3900m Hình 4.23 Kết tạo file mô ba pha abc chạm đất 3900m Để thực thí nghiệm này, việc tạo cố ngắn mạch ba pha abc chạm đất 3900m Giao diện chương trình thực cơng việc sau điền thông số tương ứng bấm nút “Tao file mo phong” Kết thu sau thực thi hiển thị qua giao diện Hình 4.23 Dạng sóng dịng điện điện áp sau q trình mơ thể Hình 4.24 Hình 4.25 Qua đồ thị nhận thấy tăng dòng giảm áp xuất pha gặp cố ngắn mạch 71 Hình 4.24 Dạng sóng dịng điện trước ba pha abc chạm đất 3900m Trong trình xác định điểm tương quan vị trí ngắn mạch – tần số cộng hưởng, kết thu có mơ tả Hình 4.24 nhận thấy điểm có đồ thị đường cong phi tuyến Hình 4.25 Dạng sóng điện áp trước ba pha abc chạm đất 3900m 72 Hình 4.26 Đồ thị điểm tương quan vị trí – tần số ba pha abc chạm đất 3900m Huấn luyện mạng nơ ron để nhận dạng hàm phi tuyến qua điểm Hình 4.26 ta thu kết Hình 4.27 Qua kết nhận thấy mạng nơ ron tìm hàm số qua điểm với độ xác đến 1e-7 73 Hình 4.27 Kết huấn luyện mạng nơ ron 74 Sau trình nhận dạng, kết ước lượng vị trí cố ngắn mạch thể Hình 4.28 Qua kết nhận thấy sai số giá trị đặt giá trị đo 2.1m Giá trị chứng tỏ phương pháp đề xuất có độ xác cao Hình 4.28 Kết tính tốn thu ba pha abc chạm đất 3900m 75 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Những kết đạt được: - Luâ ̣n văn đã đề xuấ t đươ ̣c mô ̣t PHƯƠNG PHÁP xác định vị trí cố ngắn mạch lưới điện phân phối dựa thành phần tần số cộng hưởng kết hợp với nhận dạng dựa mạng nơ ron - Luâ ̣n văn đã tìm hiể u về nguyên tắ c làm viê ̣c, điể m ma ̣nh và điể m yế u của các phương pháp tiń h toán vi ̣trí và điê ̣n trở sự cố đã đươ ̣c đề xuấ t trước Từ đó đề xuấ t phương pháp nghiên cứu mới luâ ̣n văn đã đề câ ̣p - Luâ ̣n văn đã đề xuấ t đươ ̣c các giải thuâ ̣t, lưu đồ , phương trình tính toán tương ứng cho từng loa ̣i sự cố khác lưới điê ̣n - Xây dựng đươ ̣c mô hình hóa mô phỏng nề n Matlab/Simulink để mô phỏng và đánh giá giải thuâ ̣t xác đinh ̣ vi ̣ trí sự cố đã đưa thông qua các dữ liê ̣u ̣ thố ng thu thâ ̣p đươ ̣c và giá tri ̣dòng điê ̣n và điê ̣n áp thu đươ ̣c ta ̣i thời điể m xảy sự cố ngắ n ma ̣ch Qua luận văn đã chứng minh khả xác đinh ̣ chính xác vi ̣trí sự cố ngắ n ma ̣ch có thể xảy lưới điê ̣n 5.2 Hướng phát triển đề tài Trong trình làm việc, hạn chế nhiều mặt nên luận văn khơng thể hồn thành trọn vẹn yêu cầu thực tiễn đề nhằm tiến tới sản xuất định vị cung cấp thị trường để làm điều này, luận văn đề xuất số nhiệm vụ phát triển sau: - Xây dựng mô hình thử nghiệm phương pháp xác đinh ̣ vi tri ̣ ́ sự cố ngắ n ma ̣ch đươ ̣c đề xuấ t luận văn vào lưới điê ̣n phân phố i thực tế - Xây dựng mô ̣t giải thuâ ̣t dự báo phu ̣ tải chin ́ h xác mạng nơ ron để phương pháp xác đinh ̣ vi ̣trí sự cớ xác 76 - Từ kế t thu đươ ̣c qua các nghiên cứu về lý thuyế t cũng thực tế áp du ̣ng ở trên, luận văn đề xuấ t thiế t kế , chế ta ̣o bô ̣ thiế t bi ̣ xác đinh ̣ vi ̣ trí và điê ̣n trở sự cố có thể áp du ̣ng rô ̣ng rãi thực tế lưới điê ̣n hiên 77 TÀI LIỆU TRÍCH DẪN [1] W S McCulloch and W Pitts, “A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity,” Bull Math Biophys., vol 5, no 4, pp 115–133, 1943 [2] P F Gale, B Tech, and D Ph, “Cable-fault location by impulse-current method,” in PROC 1EE, Vol 122, No 4, APRIL 1975, 1975, vol 122, no 4, pp 403–408 [3] Qinghai Shi and Olfa Kanoun, “A New Algorithm for Wire Fault Location Using Time-Domain Reflectometry,” IEEE Sensor Journal, vol 14, no pp 1171– 1178, 2014 [4] A D Filomena, M Resener, R H Salim, and A S Bretas, “Distribution systems fault analysis considering fault resistance estimation,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 33, no 7, pp 1326–1335, 2011 [5] R H Salim, M Resener, A D Filomena, K R C de Oliveira, and A S Bretas, “Extended fault-location formulation for power distribution systems,” IEEE Trans Power Deliv., vol 24, no 2, pp 508–516, 2009 [6] R H Salim, K C O Salim, and A S Bretas, “Further improvements on impedance-based fault location for power distribution systems,” IET Gener Transm Distrib., vol 5, no 4, p 467, 2011 [7] E T P Thomas, David W P., Ricardo J Carvalho, “Fault Location in Distribution Systems Based on Traveling Waves,” in 2003 IEEE Bologna PowerTech Conference, 2003, pp 23–26 [8] A Borghetti, S Corsi, C A Nucci, M Paolone, L Peretto, and R Tinarelli, “On the use of continuous-wavelet transform for fault location in distribution power systems,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 28, no SPEC ISS., pp 608– 617, 2006 [9] F H Magnago and a Abur, “A new fault location technique for radial distribution systems based on high frequency signals,” 199 IEEE Power Eng Soc Summer 78 Meet Conf Proc (Cat No.99CH36364), vol 1, pp 426–431, 1999 [10] H Nouri, C Wang, and T Davies, “An accurate fault location technique for distribution lines with tapped loads using wavelet transform,” 2001 IEEE Porto Power Tech Proc., vol 3, pp 203–206, 2001 [11] X Lin, F Zhao, G Wu, Z Li, and H Weng, “Universal wavefront positioning correction method on traveling-wave-based fault-location algorithms,” IEEE Trans Power Deliv., vol 27, no 3, pp 1601–1610, 2012 [12] Trần Anh Chương, “Định vị cố ngắn mạch lưới cáp ngầm phân phối phương pháp sóng truyền,” Đại học Công nghệ TP HCM, 2016 79