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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀN ỘI NGUYỄNXUÂNVINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊNĐƯỜNGDÂYTRUYỀNTẢIĐIỆNTHUỘCLƯỚIĐIỆNPHỨCTẠP LUẬNÁNTIẾNSĨKỸ THUẬTĐIỆN HàNội–2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNGĐẠIHỌCBÁCHKHOAHÀN ỘI NGUYỄNXUÂNVINH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊNĐƯỜNGDÂYTRUYỀNTẢIĐIỆNTHUỘCLƯỚIĐIỆNPHỨCTẠP Chuyên ngành: Kỹ thuật điệnMãsố: 62520202 LUẬNÁNTIẾNSĨKỸ THUẬTĐIỆN NGƯỜIHƯỚNGDẪN KHOAHỌC: TS.NGUYỄNXUÂNTÙNG TS.NGUYỄNĐỨCHUY LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan kết khoa học trình bày luận án thành quảnghiên cứu thân suốt thời gian làm nghiên cứu sinh chưa xuất hiệntrongcơng bốcủacáctác giảkhác Cáckết quảđạtđượclàchínhxácvàtrungthực HàNội, ngày29 tháng08 năm2017 XÁCNHẬNCỦATẬPTHỂHƯỚNGDẪN GV.HƯỚNGDẪN1 GV.HƯỚNGDẪN2 TÁCGIẢLUẬNÁN TS.Nguyễn XuânTùng TS.Nguyễn ĐứcHuy NguyễnXuânVinh LỜICẢM ƠN Đầu tiên, xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc kính trọng đến hai thầy hướng dẫn khoa họctrựctiếp,TS.NguyễnXnTùngvàTS.NguyễnĐứcHuyđãtrựctiếphướngdẫn,địnhhướngkhoa học trongqtrìnhnghiêncứu.Haithầyđãdànhnhiềuthờigianvàtâmhuyết,hỗtrợvềmọimặtđểtácgiảhồn thành luận án Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạoSauĐạihọc,ViệnĐiệnvàBộmơnHệthốngĐiệntạomọiđiềukiệnthuậnlợinhấtchonghiêncứusinhtro ngsuốtqtrìnhhọctậpvànghiên cứu.Chânthànhcảmơn cácGiảngviênvàcánbộBộ mơnHệthốngđiện, đãhỗtrợ tậntình giúpđỡtrongqtrình thựchiệnluận án TơixintrântrọngcảmơnBanGiámhiệutrườngĐạihọcSưphạmKỹthuậtVĩnhLong,BanChủnhiệmkhoaĐiện –ĐiệntửđãtạomọiđiềukiệnthuậnlợinhấtchotácgiảđượctậptrungnghiêncứutạiHàNộitrongsuốtthờigianqua.Xinchânthànhcảmơnsựquantâm, giúpđỡvàđộngviên củacácđồngnghiệp, nhómnghiêncứu sinh củaViện Điện Cuối cùng, tác giả thực cảm động từ đáy lịng xin bày tỏ lịng biết ơn đến cácƠngbànộingoạihaibêncủacontơivàngườivợuqcùngcontraithânuđãlnởbêntác giả lúc khókhănnhất,nhữnglúcmệtmỏinhất,đểđộngviên,đểhỗtrợvềtàichínhvà tinh thần, giúp tác giả đứng vững q trình nghiên cứu hồn thiện luậnánnày Tácgiảluận án NguyễnXuânVinh MỤCLỤC Trang LỜICAMĐOAN i LỜICẢM ƠN .ii DANHMỤCCÁCKÝHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT vi DANHMỤCCÁCBẢNG vii DANHMỤCCÁCHÌNHẢNH, ĐỒTHỊ viii MỞĐẦU .1 1 Tínhcấpthiếtcủađềtài .1 Mụctiêu,đốitượng,phươngphápvàphạmvinghiên cứu Cácđónggópmới củaluậnán .5 Cấutrúcnội dungcủaluậnán TỔNGQUAN 1.1 Tìnhhìnhnghiêncứutrongnước 1.2 Tìnhhìnhnghiêncứungồinước Thuậttốnđịnhvịsựcốápdụngđườngdây đơnđồngnhấtvớiucầubiếtchính xácthơngsốđườngdây Thuậttốnđịnhvịsựcốkhơngucầuthơngsốđườngdâpdụngvớiđườngdâyđ ơn đồngnhất 10 Thuậttốnđịnhvịsựcốápdụngchođườngdâyđơnkhơngđồngnhấtvới u cầubiết xácthơngsốđườngdây 12 Thuậttoánđịnhvịsựcốápdụngchođườngdâytruyềntảiđiệnrẽnhánhvớiyêu cầubiết xácthơngsốđườngdây 14 Đánhgiáảnhhưởngcủa sai số đolườngđếnkếtquảđịnhvịsựcố 16 1.3 Nhữngvấnđề tồntại vàhướngnghiêncứu 16 THUẬTTỐNĐỊNHVỊSỰCỐCẢITIẾNÁPDỤNGV Ớ I ĐƯỜNGDÂYĐ ƠNKHƠNGĐỒNGNHẤT .18 2.1 Đặtvấnđề 18 2.2 Thuậttốn xácđịnh thơngsốcủacác phânđoạnthuộcđườngdâykhơngđồngnhấtsửdụngtín hiệuđo lườngtừhai phía đầu đườngdây 18 Mạnghai cửa tươngđươngcủa đườngdâykhơng đồngnhất .18 Thuậttốnxácđịnhthơngsốcủacácphânđoạnthuộcđườngdâyđơnkhơ ngđồngnhất .20 dây 2.3 Thuậtt o n đ ị n h v ị s ự c ố s d ụ n g t ín h i ệ u đ o l n g t h a i p h í a đ ầ u đ n g 26 Bước1:Giảthiếtsựcốxảyratrên phânđoạnSC 26 Bước2:Giảthiếtsựcốxảyratrên phânđoạnRC 27 Bước3:Xácđịnhvịtrí sựcố .28 2.4 Mơphỏngkiểmchứngthuậttốnđịnhvịsựcốxảyratrênđườngdâytruyềntảiđiệ n khơngđồngnhất .29 Kếtquảđịnh vịsựcố .30 Sosánhkếtquảđịnhvịsựcốcủathuậttoánđềxuấtvớikếtquảđịnhvịsựcốcủat huậttoán[48] 30 2.5 Kếtluận 32 PHƯƠNGPHÁPĐỊNHVỊSỰCỐKHÔNGBIẾTTRƯỚCTHÔNGSỐĐƯỜNGDÂ YÁPDỤNGVỚIĐƯỜNGDÂYDÂYTRUYỀNTẢIĐIỆNRẼNHÁNHKHÔNGĐỒNGNHẤT CHỦNGLOẠIDÂY 33 3.1 Đặtvấnđề 33 3.2 Thuật toán xác định thông số đường dây đường dây rẽ nhánh khơng đồngnhấtsửdụngtín hiệu đo lườngtừ bađầuđườngdây 33 Mạnghai cửatươngđươngcủađườngdâyrẽnhánh 33 Trường hợp phân đoạn đường dây rẽ nhánh có thơng số đườngdâykhác .34 3.3 Thuật tốn xác định vị trí cố cho đường dây rẽ nhánh khơng đồng sửdụngtín hiệu đo lườngtừbađầu đườngdây 49 Bước1:Giảthiếtsự cố xảyratrênphânđoạnSJ 49 Bước2:Giảthiếtsự cố xảyratrênphânđoạnRJ 49 Bước3:Giảthiếtsựcốxảyratrên phânđoạnTJ 49 Bước4:Xácđịnhvịtrí sựcố .50 3.4 Thuật toán xác định thông số đường dây đồng thời định vị cố áp dụng vớiđườngdây rẽ nhánh, phân đoạn có chủng loại dây, sử dụng ghi sựcố 51 Bước1:Giảthiếtsự cố xảyratrênphânđoạnSJ 51 Bước2:Giảthiếtsự cố xảyratrênphânđoạnRJ 51 Bước3:Giảthiếtsựcốxảyratrên phânđoạnTJ 51 Bước4: Xácđịnh thôngsố đườngdâyvàvị trísựcố 52 3.5 Mơphỏngkiểmchứngthuậttốnđịnhvịsựcốxảyratrênđườngdâytruyềntảiđiệ nrẽnhánh 53 Trườngh ợp đ n g dâytruyền t ả i đ i ệ n r ẽ nhánh c ó c c phân đ o n s dụngcácchủngloại dâykhácnhau 53 Trườngh ợ p đ n g d â y r ẽ n h n h c ó h a i p h â n đ o n c ó c ù n g t h ô n g s ố đườngdâynhưngkhác thôngsố củaphânđoạn thứba 55 Trườnghợpcácphânđoạncủađườngdâyrẽnhánhcóthơngsốđườngdâygi ốngnhau 57 3.6 Kếtluận 60 ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ ĐO LƯỜNG ĐẾN KẾT QUẢ ĐỊNHVỊSỰ CỐ .62 4.1 Cơsởđềxuấtphươngpháp 62 4.2 MôphỏngMonteCarlo 63 4.3 Đánhgiáảnhhưởngsaisốđolườngđếnkếtquảđịnhvịsựcốcủathuậttốnxácđịnh vị trí sựcố xảyra trênđườngdâytruyền tảiđiện khơngđồngnhất 64 Kịchbản mô 65 Đặctính thốngkê 65 4.4 Đánhgiáảnhhưởngsaisốđolườngđếnkếtquảđịnhvịsựcốcủathuậttoánđịnhvị sựcốxảyratrênđườngdâytruyền tảiđiệnrẽnhánh 69 Trườnghợpcácphânđoạnthuộcđườngdâyrẽnhánhcóthơngsốđườngdâykhác .69 Trườngh ợ p h a i p h â n đ o n c ó c ù n g t h ô n g s ố đ n g d â y n h n g k h c thôngsố củaphân đoạn thứba .73 Trườngh ợ p c c p h â n đ o n t h u ộ c đ n g d â y r ẽ n h n h s d ụ n g c ù n g chủngloại dây 77 4.5 Kếtluận 81 KẾT LUẬNVÀKIẾN NGHỊ 83 Đónggóp khoahọccủaluận án 83 Kiếnnghịvềnhữngnghiêncứutiếptheo .84 TÀILIỆUTHAMKHẢO 85 DANHMỤCCƠNGTRÌNH ĐÃCƠNGBỐCỦA LUẬNÁN .90 PHỤLỤC 91 A.1 Kết mô định vị cố xảy đường dây truyền tải điện khôngđồngnhất 91 A.2 Kếtquảmôphỏngđịnhvịsựcốxảyratrênđườngdâytruyềntảiđiệnrẽnhánh:Trườnghợp phân đoạn SJ, RJ, TJcó thơngsố có thơngsốđườngdâykhácnhau95 A.3 Kết định vị sư cố xảy đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: TrườnghợpphânđoạnSJ,TJcócùngthơngsốđườngdâynhưngkhácthơngsốđườngdâycủaphânđoạnRJ 97 A.4 Kết định vị cố xảy đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trườnghợpđườngdâyrẽnhánh đồngnhất,phânđoạnSJ,RJ,TJ cócùngthơngsốđườngdây 99 A.5 Phươngtrình(2.48) .101 A.6 Phươngtrình (3.103) 105 A.7 Phươngtrình (3.105) 117 A.8 Phươngtrình (3.111) 125 A.9 Phươngtrình (3.112) 127 A.10 Phươngtrình (3.113) 128 DANHMỤCCÁCKÝHIỆUVÀCHỮVIẾTTẮT ABC Ngắnmạch3pha AG NgắnmạchphaAvớiđất BC NgắnmạchhaiphaBC BCG NgắnmạchhaiphaBCvớiđất AC Dòngđiệnxoaychiều(AlternatingCurrent) ANFIS Mạngnơronthíchnghimờ(AdaptiveNeuroFuzzyt r a i n i n g ofSugeno-type) COMTRADE Tiêuchuẩn đị nh ng tập ti n đ ể trao đổ it ín hi ệu s ự cố (CO M m on formatforTRAnsient DataExchange) CT Máybiếndịngđiện(Currenttransformer) d Vịtrísựcố DC Dịngđiệnmộtchiều(DirectCurrent) DFT BiếnđổiFourierrờirạc(DiscreteFourierTransform) GPS Hệthốngđịnhvịtồncầu (GlobalPositioningSystem) IEC Ủyba n K ỹ t hu ật Đ i ệ n Q u ố c t ế ( I n t e r n a t i o n a l E l e c t r o t e c h n i c a l Commission) HT Hệthốngđiện IEEE Việnkỹthuậtđiệnvàđiệntử(InstituteofElectricalandElectronicsEn gineers) imag Phầnảocủasốphức l Chiều dài đườngdây MLP Mạng nơ ron truyền thẳng nhiều lớp (Multilayer Perceptron)real Phầnthựccủasố phức VT Máybiếnáp(VoltageTransformer) Zc Tổngtrở sóngcủa đường dây γ Hệsố truyền sóngcủa đườngdây DANHMỤCCÁCBẢNG Bảng1.1 Định nghĩaVsf,Isf, ΔIΔIIsfcho ΔIcácloại cố .8 Bảng2.1 Thôngsố phânđoạnSC,l1=100km 29 Bảng2.2 Thôngsố phânđoạnCR,l2=20km 29 Bảng2.3 Thôngsố nguồn .29 Bảng2.4 Kết quảđịnh vị sựcố xảyratrênđườngdâykhôngđồngnhất .30 Bảng3.1 Thôngsố nguồn .53 Bảng3.2 Thôngsố phânđoạnSJ 53 Bảng3.3 Thôngsố phânđoạnRJ 53 Bảng3.4 Thôngsố phânđoạnTJ 53 Bảng3.5 Kết quảđịnh vị sựcố xảyratrênđường dâyrẽnhánhkhôngđồngnhất 54 Bảng3.6 Kết quảđịnh vị sựcố trênđườngdâycóthơngsốSJ,TJkhácRJ 56 Bảng3.7 Kết quảđịnh vị sựcố xảyratrênđường dâyrẽnhánhđồngnhất 58 Bảng4.1 Sai sốgiới hạncủamáybiến dòng điện [34] 64 Bảng4.2 Sai sốgiới hạncủamáybiếnđiệnáp [35] 64 Bảng4.3 Chỉ số thốngkêđối với loại sựcốAG– đườngdâykhôngđồngnhất 66 Bảng4.4 Chỉ số thốngkêđối với loại sựcốBC .67 Bảng4.5 Chỉ số thốngkêđối với loại sựcốBCG 68 Bảng4.6 Chỉ số thốngkêđối với loại sựcốABC 68 Bảng4.7 Chỉ số thốngkêđối với loại sựcốAG– đườngdâyrẽnhánh khôngđồngnhất 71 Bảng4.8 Chỉ số thốngkêđối với loại sựcốBC 71 Bảng4.9 Chỉ số thốngkêđối với loại sựcốBCG 72 Bảng4.10 Chỉ số thốngkê loại sựcốABC 73 Bảng4.11 Chỉ số thốngkê đối vớiloại sựcốAG–SJ,TJkhácthôngsốRJ 75 Bảng4.12 Chỉ số thốngkê loại sựcốBC 76 Bảng4.13 Chỉ số thốngkê loại sựcốBCG 76 Bảng4.14 Chỉ số thốngkê loại sựcốABC 77 Bảng4.15 Chỉ số thốngkê loại sựcốAG–đườngdâyrẽnhánh đồngnhất .79 Bảng4.16 Chỉ số thốngkê loại sựcốBC 80 Bảng4.17 Chỉ số thốngkê loại sựcốBCG 80 Bảng4.18 Chỉ số thốngkê loại sựcốABC 81 DANHMỤCCÁCHÌNHẢNH,ĐỒTHỊ Hình1.1 Đườngdâytruyền tảiđồngnhất Hình 1.2 Đườngdâykhơngđồngnhất 12 Hình 1.3 Đườngdâyrẽnhánh .14 Hình 2.1 Đườngdâytruyền tải khơngđồngnhất 18 Hình2.2.Nốitiếpmạnghaicửa .19 Hình2.3 Bảnghi sựcố xảyratrênđườngdây220kVHưngĐơng– HàTĩnh 20 Hình2.4 Sựcốxảyratrên phân đoạnSCtại vịtríF1 21 Hình 2.5 Mạnghai cổngcủađườngdâykhơngđồngnhất sựcốF1xảyra trênSC 21 Hình2.6 SựcốxảyratrênphânđoạnSCtại vị tríF2 23 Hình 2.7 Mạnghai cổngcủađườngdâykhơngđồngnhất sựcốF2xảyra trênSC 23 Hình2.8 Sựcố xảyratrên phânđoạnRC 24 Hình 2.9 Mạnghai cổngcủađườngdâykhơngđồngnhất sựcốF2xảyratrênRC 24 Hình 2.10 Thuật tốn xácđịnh thơngsố đườngdâykhơngđồngnhất .26 Hình2.11 Sựcốxảyratrên phân đoạnSC .26 Hình2.12 Sựcốxảyratrên phân đoạnRC 27 Hình 2.13 Thuật tốnđịnh vị sựcốxảyratrênđườngdâykhơngđồngnhất 28 Hình 2.14Mơ hìnhmơ phỏngđườngdâykhơngđồngnhất 29 Hình2.15So sánhkết quảđịnhvị sựcố củathuậttốnđềxuất vớithuậttốn [48] 31 Hình3.1 Đườngdâytruyềntải rẽnhánh 33 Hình 3.2 Mơ hình mạnghai cửađườngdâyrẽnhánh .34 Hình3.3Sựcố trênphânđoạnSJ 39 Hình3.4.Mơ hìnhmạnghaicửakhisựcốtrênphânđoạnSJ .39 Hình3.5Sựcố trênphânđoạnRJ 41 Hình3.6.Mơ hìnhmạnghaicửakhisựcố trênphânđoạnRJ 41 Hình3.7 Sựcố trênphân đoạnTJ 44 Hình3.8.Mơ hìnhmạnghaicửakhisựcốtrênphânđoạnTJ .44 Hình 3.9 Thuật tốn xác định thơngsố đườngdâyrẽnhánh khơngđồngnhất 47 Hình3.10 Thuật tốn xácđịnh thơngsố đườngdâyrẽnhánh –SJ,TJt h n g số khácRJ 48 Hình 3.11 Thuật tốn xác định vị trí cố xảy đường dây truyền tải điện rẽ nhánh50Hình3.12 Thuật tốn định vị sựcố áp dụngvớiđườngdâytruyền tải rẽnhánhđồngnhất52Hình3.13.Mơhình mơphỏngđườngdâyrẽ nhánh 53 Hình3.14 Sosánh kếtquảđịnh vịsựcốcủathuậttốn đềxuấtvới thuật tốn[47]55 Hình3.15 Sosánh kếtquảđịnh vịsựcốcủathuậttốn đềxuấtvới thuật tốn[47]57