Định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện

Tuy nhiên, các kỹ thuật này cũng tồn tại một số hạn chế mà có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả định vị sự cố ngắn mạch như sự thay đổi của các thông số đường dây truyền tải; đặĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điệnĐịnh vị sự cố trên đường dây truyền tải điện

Chương 4 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải sử dụng các thuật toán meta-heuristic

4.1 Giới thiệu

Điện năng được tạo ra từ nhà máy điện được phân phối đến các hộ tiêu thụ thông qua các đường dây truyền tải và phân phối Vì vậy, đường dây là một trong những thành phần quan trọng của hệ thống điện và là kết nối quan trọng Trong khi đó, đường dây là phần tử có xác suất sự cố ngắn mạch lớn nhất Điều này làm ảnh hưởng đến vai trò của đường dây trong hệ thống truyền tải nói riêng và hệ thống điện nói chung Các sự cố ngắn mạch xảy ra có thể là do các rủi ro tự nhiên như cây ngã đổ đè lên đường dây; điều kiện thời tiết xấu như bão lớn, sét, mưa; hỏng hóc thiết bị; sự cố cách điện; do chim và các vật thể bên ngoài khác gây ra; v.v

Các sự cố ngắn mạch cũng có thể tạm thời hoặc vĩnh viễn Trong trường hợp sự cố ngắn mạch tạm thời, các sự cố ngắn mạch chủ yếu thường bắt nguồn từ môi trường ô nhiễm, không đủ mức cách điện, sự can thiệp của động vật, Trong trường hợp sự cố ngắn mạch vĩnh viễn, việc xác định vị trí ngắn mạch chính xác trên toàn bộ chiều dài của đường dây truyền tải là khó khăn và gần như không thể thực hiện được việc này bằng mắt thường Nếu vị trí sự cố được định vị chính xác trên các đường dây, thì kết quả này có thể giúp giảm thời gian cần thiết để khôi phục các đường dây Do đó, dẫn đến việc giảm chi phí khôi phục và tăng tính liên tục cung cấp điện của hệ thống truyền tải và phân phối điện đến các hộ tiêu thụ

Để định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải, các kỹ thuật cụ thể sau đây có thể được áp dụng bao gồm kỹ thuật bơm xung phản xạ, kỹ thuật dựa trên các giá trị của dòng điện và điện áp tại tần số cơ bản mà chủ yếu liên quan đến việc đo lường tổng trở, kỹ thuật dựa trên hiện tượng sóng truyền, và kỹ thuật dựa trên các mạng nơ-rôn nhân tạo, biến đổi wavelet, học máy và máy véc-tơ hỗ trợ

Trong đó, kỹ thuật dựa trên các giá trị của dòng điện và điện áp tại tần số cơ bản ở các đầu nhận và đầu phát của đường dây truyền tải và các thông số của đường dây truyền tải sẽ xác định được tổng trở của đường dây Trên cơ sở giá trị tổng trở của đường dây được xác định, vị trí của sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải được ước lượng Kỹ thuật này phổ biến vì đơn giản và tiết kiệm chi phí so với các kỹ thuật định vị sự cố ngắn mạch khác Tuy nhiên, các kỹ thuật này cũng có một số vấn đề có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả ước lượng vị trí sự cố ngắn mạch như: ảnh hưởng tổng hợp của dòng điện tải và điện trở ngắn mạch, ảnh hưởng của điện dung đối với đường dây dài, ảnh hưởng tương hỗ thứ tự không giữa các đường dây truyền tải song song, v.v

Kỹ thuật dựa trên hiện tượng sóng truyền đã được biết rằng các sóng truyền của điện áp và dòng điện bắt đầu và di chuyển từ vị trí sự cố ngắn mạch đến các đầu phát và đầu nhận của đường dây truyền tải Bằng việc sử dụng kỹ thuật này, kết quả định vị sự cố ngắn mạch là chính xác nhưng phức tạp và khó khăn Độ chính xác của các kỹ thuật này phụ thuộc phần lớn vào độ chính xác của các thông số đường dây truyền tải, độ chính xác của các đầu dò, băng thông, v.v

Kỹ thuật dựa vào mạng nơ-rôn nhân tạo, biến đổi wavelet, học máy và máy véc-tơ hỗ trợ đã cho thấy được các ưu điểm của chúng trong bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải Tuy nhiên, các kỹ thuật này cũng tồn tại một số hạn chế mà có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả định vị sự cố ngắn mạch như sự thay đổi của các thông số đường dây truyền tải; đặc biệt, liên quan đến tổng trở thành phần thứ tự không, sự không cân bằng của phân bố tải, điện trở ngắn mạch, dòng tải, v.v…

Với các phân tích trên, luận án này đề xuất kỹ thuật định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải sử dụng các thuật toán meta-heuristic trên cơ sở biến đổi bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải thành bài toán tối ưu hóa

Các dạng đường dây truyền tải khác nhau sẽ được mô hình, các dạng sự cố ngắn mạch khác nhau trên đường dây truyền tải sẽ được giả lập, các vị trí sự

cố ngắn mạch khác nhau trên đường dây truyền tải sẽ được mô tả và định vị bằng việc áp dụng các thuật toán được đề xuất

4.2 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải hai đầu cực 4.2.1 Mô hình toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải hai đầu cực

Một đường dây truyền tải hai đầu cực được khảo sát trong nghiên cứu này Để định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải của hệ thống truyền tải, đường dây truyền tải cần được mô hình toán dưới các dạng như sau:

+ Mô hình thông số rải; và + Mô hình thông số gộp

Trong nghiên cứu này, mô hình thông số rải của đường dây truyền tải được đề xuất lựa chọn bởi vì mô hình thông số rải chi tiết hơn so với mô hình thông số gộp Mô hình thông số rải bao gồm đầy đủ các thông số nối tiếp của điện trở và điện cảm; và các thông số song song của điện dung Điều này giúp cải thiện độ chính xác của việc xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải

Mô hình toán của bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải ba pha được trình bày bởi sơ đồ của đường dây truyền tải một pha như Hình 4.1 Trong đó, S và R biểu diễn cho các đầu phát và đầu nhận của đường dây truyền tải; F là vị trí sự cố ngắn mạch được giả định dọc theo đường dây truyền tải với khoảng cách d từ đầu phát S

Hình 4.1 Sơ đồ đơn tuyến của đường dây truyền tải ba pha

Khi đó, mô hình thông số rải của đường dây truyền tải khi có sự cố ngắn mạch xảy ra được mô tả theo thành phần đối xứng thứ n được thể hiện như Hình 4.2 [57]

Hình 4.2 Mô hình thông số rải của đường dây truyền tải khi có sự cố ngắn

mạch xảy ra được mô tả theo thành phần đối xứng thứ n

Điện áp tại vị trí sự cố ngắn mạch, F đối với thành phần đối xứng thứ n, nhìn từ các đầu phát và nhận, S và R như sau [1]:



sinhcosh

dlI

Z

dlV

dV

nSn

CnnSn

S















ldI

Z

ldV

dV

nRn

CnnRn

RFn

1sinh

1cosh



LnLnn  Z Y

LnLnCn

YZZ



Trong đó: n: Thành phần đối xứng thứ n (n = 1: thứ tự thuận; n = 2: thứ tự nghịch; và n = 0: thứ tự không);

VSn và VRn: Điện áp tại các đầu phát và nhận, S và R của đường dây truyền tải được biểu diễn theo các thành phần đối xứng thứ n (V);

ISn và IRn: Dòng điện tại các đầu phát và nhận, S và R của đường dây truyền tải được biểu diễn theo các thành phần đối xứng thứ n (A);

ZCn: Tổng trở đặc tính của đường dây truyền tải được biểu diễn theo các thành phần đối xứng thứ n ();

Z’Ln: Tổng trở nối tiếp trên một đơn vị chiều dài của đường dây truyền tải được biểu diễn theo các thành phần đối xứng thứ n ();

Y’Ln: Tổng dẫn song song trên một đơn vị chiều dài của đường dây truyền tải được biểu diễn theo các thành phần đối xứng thứ n (-1);

n: Hằng số truyền sóng của đường dây truyền tải được biểu diễn theo các thành phần đối xứng thứ n;

n: Góc không đồng bộ của các tín hiệu đo lường được tại đầu phát và đầu nhận của đường dây truyền tải được biểu diễn theo các thành phần đối xứng thứ n; d: Khoảng cách từ đầu phát đến vị trí sự cố ngắn mạch (km);

l: Chiều dài của đường dây truyền tải (km)

Được nhận ra rằng điện áp tại vị trí sự cố ngắn mạch phải là duy nhất bất kể dữ liệu được sử dụng để xác định giá trị này Điều này cũng có nghĩa là điện áp tại vị trí sự cố ngắn mạch, F theo các đo lường tại các đầu phát và nhận S và R, VSFn và VRFn phải bằng nhau tại tất cả các thời điểm lấy mẫu

Khi ấy, vị trí sự cố ngắn mạch chưa được xác định sẽ đạt được bằng cách cực tiểu hóa hàm mục tiêu như sau

 dV  dV  d

Các ràng buộc của bài toán cực tiểu hóa này liên quan đến khoảng cách từ đầu phát đến vị trí sự cố ngắn mạch và góc không đồng bộ của các tín hiệu đo lường được tại đầu phát và đầu nhận của đường dây truyền tải

Khi ấy:

ld 

 

Để giải bài toán cực tiểu hóa này, thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến được đề xuất Khi ấy, kết quả của bài toán cực tiểu hóa này chính là kết quả của bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải

4.2.2 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải hai đầu cực sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến

Thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến được trình bày như một thuật toán tìm kiếm lời giải toàn cục ngẫu nhiên dựa trên hành vi lai tạo thú vị như ký sinh trùng bố mẹ của một số loài chim tu hú [76]

Thuật toán tìm kiếm chim tu hú được lấy cảm hứng từ chiến lược sinh sản của một số loài chim tu hú bằng cách đẻ trứng vào tổ của chim chủ Thuật toán đã áp dụng hành vi lai tạo của chúng cho các bài toán tối ưu hóa khác nhau Chim chủ có thể ném trứng đi hoặc từ bỏ tổ, và xây một tổ hoàn toàn mới trong các áp dụng tìm lời giải cho các bài toán tối ưu hóa

Chim tu hú chọn ngẫu nhiên vị trí tổ để đẻ trứng là một giải pháp mới, xit + 1 của bài toán tối ưu hóa thông qua phân bố Lévy [77]

  Levyx

Trong đó:

> 0: Kích thước bước của bài toán tối ưu hóa

Phân bố Lévy thể hiện một chuyến đi tìm kiếm thức ăn ngẫu nhiên của các loài chim Việc hình thành các chuyến đi ngẫu nhiên được mô tả bởi phân bố Lévy như sau:

Được nhận ra rằng số của các thông số điều khiển của thuật toán tìm kiếm chim tu hú ít hơn số của các thông số điều khiển của các thuật toán di truyền và thuật toán tối ưu hóa bầy đàn Do đó, thuật toán tìm kiếm chim tu hú có nhiều tiềm năng hơn để thích ứng và giải nhiều dạng bài toán tối ưu hóa hơn

Tuy nhiên, được nhận ra rằng thuật toán tìm kiếm chim tu hú được thực hiện với kích thước bước của phân phối Lévy,  = 1 [76] Điều này đã ảnh hưởng đến khả năng tìm kiếm cục bộ của thuật toán khi việc tìm kiếm tiến gần đến lời giải

Để khắc phục các nhược điểm của thuật toán tìm kiếm chim tu hú, thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến đã được đề xuất Trong thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến này, giá trị của  sẽ theo xu hướng giảm khi số thế hệ tăng lên để cải thiện hiệu suất tìm kiếm Giá trị ban đầu của kích thước bước của phân bố Lévy, 0 = A = 1 được chọn Sau đó, kích thước bước của phân bố Lévy mới được xác định lại ở mỗi thế hệ như sau:

ii

GA



Trong đó: Gi: Thế hệ thứ i

Thuật toán tìm kiếm chim tu hú được đề xuất để định vị sự cố ngắn mạch theo khoảng cách từ đầu phát đến vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải và góc không đồng bộ của các tín hiệu đo lường được tại đầu phát và đầu nhận của đường dây truyền tải

Phần trăm sai số định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải được xác định như sau:

%100

ldd

Trong đó: de: Khoảng cách ước lượng từ đầu phát đến vị trí xảy ra sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải (km);

da: Khoảng cách thực tế từ đầu phát đến vị trí xảy ra sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải (km);

l: Chiều dài của đường dây truyền tải (km)

4.2.3 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải hai đầu cực sử dụng thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến

Thuật toán bầy ong nhân tạo được lấy cảm hứng từ hành vi tìm kiếm thức ăn của ong trong tự nhiên do Karaboga giới thiệu vào năm 2005 [74] Giả

thiết rằng ong “Employed”, ong “Onlooker” và ong “Scout” là ba loại ong nhân tạo trong bầy được sử dụng trong thuật toán bầy ong nhân tạo Thuật toán bầy ong nhân tạo cũng là một trong những thuật toán có ít các thông số điều khiển tương tự như thuật toán tìm kiếm chim tu hú mà được sử dụng phổ biến để giải quyết các bài toán tối ưu hóa

Thuật toán bầy ong nhân tạo khởi tạo N vị trí của nguồn thức ăn ngẫu nhiên Mỗi một vị trí của nguồn thức ăn hoặc mỗi lời giải đại diện cho một con ong “Employed”

Bằng việc sử dụng thuật toán bầy ong nhân tạo, lời giải của bài toán tối ưu hóa là:

  maxmin

min

1,

xijmax, xijmin: Giới hạn trên và dưới của góc không đồng bộ và vị trí sự cố ngắn mạch;

N: Số lượng ong “Employed” tương ứng với số lượng lời giải; M: Số lượng của các tham số được ước tính Trong nghiên cứu này, số lượng của các tham số được ước tính, M = 2 Trong đó, khoảng cách từ đầu phát đến vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải, x và góc không đồng bộ của các tín hiệu đo lường được tại đầu phát và đầu nhận của đường dây truyền tải, 

là hai tham số được ước tính cho định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải của hệ thống điện

Sau đó, mỗi con ong “Employed” tạo ra một nguồn thức ăn có biến đổi tùy thuộc vào vùng lân cận của nguồn thức ăn hiện tại, và đồng thời, đánh giá chất lượng của nguồn thức ăn

Khi nhóm ong “Employed” hoàn thành việc tìm kiếm, nó sẽ chia sẻ thông tin liên quan đến lượng và vị trí nguồn thức ăn với nhóm ong “Onlooker” trên khu vực nhảy múa

Một con ong “Onlooker” đánh giá thông tin thức ăn được lấy từ tất cả những con ong “Employed” và chọn một vị trí nguồn thức ăn với xác suất liên quan đến lượng thức ăn của nó

Trong nghiên cứu này, kỹ thuật lựa chọn bánh xe roulette được áp dụng để chọn vị trí nguồn thức ăn mà có xác suất của hàm thích nghi cao hơn, pi Xác suất của hàm thích nghi được biểu diễn như sau:

FitnessFitnessp

1

(4.13)

Một con ong “Onlooker” đánh giá thông tin thức ăn được lấy từ tất cả những con ong “Employed” và chọn một nguồn thức ăn, Xi tùy thuộc vào giá trị xác suất của nó, pi

Nếu nguồn thức ăn, Xi không thể được cải thiện hơn nữa thông qua một số lần thử nghiệm định trước, Lim, thì nguồn thức ăn được cho là sẽ bị bỏ rơi Sau đó, con ong “Employed” tương ứng trở thành một con ong “Scout” Con ong “Scout” ngẫu nhiên tạo ra một nguồn thức ăn như biểu thức (4.12)

Số thử nghiệm xác định trước là:

MN

Được nhận ra rằng cả khả năng thăm dò và khai thác đều cần thiết cho các thuật toán dựa trên quần thể Để đạt được hiệu quả tối ưu hóa tốt, kỹ thuật cân bằng của hai khả năng này là rất quan trọng

Trong thuật toán bầy ong nhân tạo, những con ong “Employed” khám phá nguồn thức ăn mới và gửi thông tin đến những con ong “Onlooker”, trong khi những con ong “Onlooker” khai thác nguồn thức ăn mà được khám phá bởi những con ong “Employed” Rõ ràng rằng là giai đoạn làm việc của những con ong “Employed” đại diện cho khả năng thăm dò và giai đoạn làm việc của những con ong “Onlooker” đại diện cho khả năng khám phá Phương trình tìm kiếm của thuật toán bầy ong nhân tạo là tốt trong việc thăm dò nhưng không tốt trong việc khai thác Điều này chắc chắn ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ của thuật toán bầy ong nhân tạo Nó được lấy cảm hứng từ thuật toán tối ưu hóa bầy đàn

Thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến được đề xuất để cải thiện việc khai thác của thuật toán bầy ong nhân tạo trên cơ sở kết hợp của thuật toán bầy ong nhân tạo cải và thuật toán tối ưu hóa bầy đàn [77] Thuật toán lai này được gọi là thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến mà sẽ tận dụng các ưu điểm trong quá trình tìm kiếm của thuật toán tối ưu hóa bầy đàn Khi ấy, lời giải tốt nhất toàn cục sẽ được xem xét trong phương trình tìm kiếm mới trong giai đoạn làm việc của ong “Onlooker”

Quá trình tìm kiếm của thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến được thay đổi và viết lại trong giai đoạn làm việc của ong “Onlooker” là như sau:

 jij

ijij

Trong đó: yj: Tham số thứ j của lời giải tốt nhất toàn cục;

ij: Số ngẫu nhiên được phân phối đồng đều, ij [0, 1.5]

Thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến được đề xuất để ước tính góc không đồng bộ và định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải của hệ thống điện

4.3 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh 4.3.1 Mô hình toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh

Hiện nay, trong hệ thống truyền tải, các đường dây truyền tải có cấu trúc đa dạng và phức tạp như đường dây truyền tải nhiều nhánh rẽ; đường dây truyền tải nhiều mạch; đường dây truyền tải lai giữa đường dây truyền tải trên không và cáp ngầm; đường dây truyền tải có thiết bị bù, v.v

Trong phần này, một cấu trúc đường dây truyền tải rẽ nhánh được khảo sát, các dạng sự cố ngắn mạch khác nhau sẽ được giả lập tại các vị trí khác nhau trên đường dây truyền tải, Hình 4.3

Để giải quyết bài toán định vị sự cố ngắn mạch cho đường dây truyền tải có cấu trúc rẽ nhánh này, các kỹ thuật dựa trên tổng trở và hiện tượng sóng truyền sẽ không phù hợp

Hình 4.3 Đường dây truyền tải rẽ nhánh

Tương tự cách tiếp cận đã được trình, kỹ thuật định vị sự cố ngắn mạch được đề xuất cho các đường dây truyền tải rẽ nhánh mà sẽ được dựa trên việc biến đổi bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh thành bài toán tối ưu hóa

Để giải bài toán tối ưu hóa tương ứng với mục tiêu định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh, sẽ có nhiều thuật toán được áp dụng Nghiên cứu này tiếp tục khai thác các ưu điểm của các thuật toán meta-heuristic cho việc giải bài toán tối ưu hóa này Tương tự như đã phân tích, thuật toán tìm kiếm chim tu hú được phát triển trên cơ sở kết hợp cùng với các ánh xạ hỗn loạn để cải tiến hơn nữa hiệu quả của thuật toán trong việc áp dụng giải các bài toán tối ưu hóa hay bài toán định vị sự cố ngắn mạch, đặc biệt cho cấu trúc đường dây truyền tải rẽ nhánh

Thuật toán tìm kiếm chim tu hú điều chỉnh kích thước bước không đổi thành kích thước bước hỗn loạn thông qua ánh xạ hỗn loạn logistic để cải thiện hành vi của thuật toán tìm kiếm chim tu hú trong bài toán định vị sự cố ngắn

mạch trên đường dây truyền tải; đặc biệt, xét đường dây truyền tải rẽ nhánh Cải tiến này được đánh giá là phù hợp với các bài toán tối ưu hóa nói chung và bài toán định vị sự cố ngắn mạch nói riêng

Đường dây truyền tải rẽ nhánh được mô tả như trong Hình 4.3 Giả thiết rằng các thông số của đường dây truyền tải có rẽ nhánh là xác định và không có sự cố ngắn mạch xảy ra trên các nhánh của đường dây truyền tải này

Khi ấy, điện áp tại nút giao nhau, nút 4 được xác định như sau

11414 VZI

22424 VZI

33434 VZI





absabmabm

abmabsabm

abmabmabsab

ZZ

Z

ZZ

Z

ZZ

ZZ

_

_

_

(4.19)

32 _

abab

abs

ZZ

3

_

abab

abm

ZZ

Trong đó: V1, V2, V3 và V4: Điện áp tại các nút 1, 2, 3 và nút giao nhau, nút 4 (V); I1, I2 và I3: Dòng điện trên các nhánh 1-4, 2-4, và 3-4 (A);

Zab: Ma trận tổng trở nhìn từ nút a về nút b (); Zs_ab và Zm_ab: Các phần tử của ma trận tổng trở, Zab (); Z1_ab, Z2_ab và Z0_ab: Tổng trở thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không nhìn từ nút a về nút b ();

R1_ab, R2_ab và R0_ab: Điện trở thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không nhìn từ nút a về nút b ();

L1_ab, L2_ab và L0_ab: Điện cảm thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ tự không nhìn từ nút a về nút b (H);

lab: Chiều dài của phân đoạn đường dây nhìn từ nút a về nút b (km); f: Tần số của hệ thống truyền tải, f = 50 (Hz)

Nếu điện áp tại nút giao nhau, nút 4 trong các biểu thức (4.16)-(4.18) là giống nhau thì có nghĩa là sẽ không các sự cố ngắn mạch trên các phân đoạn của đường dây truyền tải này Ngược lại, sẽ có sự cố ngắn mạch trên một trong ba phân đoạn của đường dây truyền tải có rẽ nhánh này

Giả thiết rằng chỉ có một sự cố ngắn mạch xảy ra ở một trong ba phân đoạn của đường dây truyền tải có rẽ nhánh Trong nghiên cứu này, sự cố ngắn mạch được giả định tại F trên phân đoạn đường dây, 1-4 của đường dây truyền tải có rẽ nhánh

Ngoài ra, đặc biệt giả định rằng không có các thông tin của điện áp và cường độ dòng điện liên quan đến nút giao nhau, nút 4 Khi đó, hiệu điện thế trên các phân đoạn từ nút 1 đến nút sự cố ngắn mạch F và từ nút 2 đến nút sự cố ngắn mạch F được xác định như sau:

FF

FF

324 II

Thay (4.17) và (4.27) vào (4.26) Khi ấy, (4.26) được viết lại như sau:

422424 VZIZII

Trong nghiên cứu này, bài toán định vị sự cố ngắn mạch được biến đổi thành bài toán tối ưu hóa với hàm mục tiêu fobj được biểu diễn như sau:

41 FF

Trong đó: d: Khoảng cách từ nút 1 đến vị trí sự cố ngắn mạch, F (km)

Các ràng buộc của bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có rẽ nhánh là:

Trong đó: l14: Khoảng cách từ nút 1 đến nút giao nhau, nút 4 (km)

4.3.2 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú kết hợp với ánh xạ hỗn loạn logistic

Bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh được biến đổi thành bài toán cực tiểu hóa với hàm mục tiêu, fobj, (4.29) Trong nghiên này, thuật toán tìm kiếm chim tu hú kết hợp với ánh xạ hỗn loạn logistic được đề xuất để giải bài toán này

Thuật toán tìm kiếm chim tu hú đã được trình bày trong các phần trước, một phiên bản cải tiến khác của thuật toán tìm kiếm chim tu hú được trình bày trong nghiên cứu này trên cơ sở kết hợp với ánh xạ hỗn loạn logistic với mục tiêu tạo ra một không gian tìm kiếm lời giải tốt nhất và cân bằng được khả năng khám phá và khai thác của thuật toán

Ánh xạ hỗn loạn logistic được biểu diễn như sau:

114   

4.4 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có tụ bù dọc

Đường dây truyền tải có tụ bù dọc là một dạng cấu trúc đường dây truyền khá biến trong hệ thống truyền tải của hệ thống điện Một kỹ thuật định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có tụ bù dọc được đề xuất dựa trên việc biến đổi bài toán định vị sự cố ngắn mạch thành bài toán tối ưu hóa Điều này cũng có nghĩa là kết quả của bài toán tối ưu hóa chính là kết quả định vị sự cố ngắn mạch

Trong nghiên cứu này, thuật toán tìm kiếm chim tu hú được đề xuất để giải quyết vấn đề tối ưu hóa dựa trên các phép đo không đồng bộ của điện áp và dòng điện tại hai đầu cuối của đường dây truyền tải có tụ bù dọc Kết quả định vị sự cố ngắn mạch bằng việc sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú

được so sánh với kết quả định vị sự cố ngắn mạch bằng việc sử dụng thuật toán toán di truyền và thuật toán tối ưu hóa bầy đàn

4.4.1 Mô hình toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có tụ bù dọc

Xét một đường dây truyền tải có tụ bù dọc cố định (Fixed Series Compensator, FSC) và thiết bị bảo vệ quá điện áp phi tuyến tính (Meta-Oxide Varistor, MOV) như Hình 4.4

Hình 4.4 Đường dây truyền tải có tụ bù dọc

Trong sơ đồ khảo sát này, nút R được chọn làm nút tham chiếu Đường dây truyền tải được mô hình hóa bởi mô hình đường dây thông số rải

Tổng trở các pha a, b và c của tụ bù dọc cố định được biểu diễn như sau:

CFSC

FSCcFSCbFSC

fCXC



21

Trong đó: C: Điện dung của tụ bù dọc cố định (F); f: Tần số của hệ thống truyền tải, f = 50 (Hz)

Điện áp thứ tự không đồng bộ từ nút S đến bên trái và bên phải của tụ bù dọc cố định được biểu diễn như sau:

nleftSn

S và InS: Điện áp và dòng điện thứ tự n tại nút S (V); VnFSC: Điện áp thứ tự n trên tụ bù dọc cố định (V);

n: Hằng số lan truyền sóng thứ tự n; ZnC: Tổng trở đặc tính thứ tự n (); l1: Chiều dài đường dây truyền tải từ nút S đến tụ bù dọc cố định (km); l2: Chiều dài đường dây truyền tải từ nút R đến tụ bù dọc cố định (km);

r: Góc đồng bộ hóa tương đối cho các đo lường tại nút S tương ứng với các đo lường tại tụ bù dọc cố định

Các dòng điện thứ tự n đi vào và đi ra tụ bù dọc cố định được biểu diễn như sau:

SnFSC

nSn

rightSn

left

ZVI









Trong đó: InS_left và InS_right: Dòng điện thứ tự n từ nút S đến bên trái và bên phải của tụ bù dọc cố định (A)

Từ (4.36), góc đồng bộ hóa tương đối cho các đo lường tại nút S tương ứng với các đo lường tại tụ bù dọc cố định được biểu diễn như sau:









11

_

cosh

ZV

Ie

nn

SnFSC

nS

nleftSjr



1_

1_ cosh   sinh 

Tương tự, điện áp ngắn mạch thứ tự n được đồng bộ hóa tại vị trí ngắn mạch, F nhìn từ nút tham chiếu R được biểu diễn như sau:

VVRFn  Rncoshn1 2  RnCnsinh n1 2 (4.39) Trong đó:

d: Khoảng cách từ tụ bù dọc cố định đến vị trí ngắn mạch (km); Vn

R và InR: Điện áp và dòng điện thứ tự n tại nút R (V)

Từ (4.38) và (4.39), hàm mục tiêu của bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có bù dọc cố định được biểu diễn như sau:

RFnSFr

4.4.2 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có tụ bù dọc sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú

Thuật toán tìm kiếm chim tu hú được đề xuất áp dụng giải bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có tụ bù dọc

Trong bài toán này, một phiên bản khác của thuật toán tìm kiếm chim tu hú được đề xuất áp dụng mà khác so với thuật toán tìm kiếm chim tu hú truyền thống Trong thuật toán tìm kiếm chim tu hú truyền thống, phân bố Lévy được

sử dụng để tạo ra lời giải mới Trong biến thể của thuật toán tìm kiếm chim tu hú này, một sự thay đổi ngẫu nhiên có định hướng và có chọn lọc được sử dụng thay thế cho phân bố Lévy để tạo ra một thế hệ mới

Sự thay đổi ngẫu nhiên có định hướng và có chọn lọc được biểu diễn như sau:







khácx

prand

xx

randx

x

Gj

aG

jGjkG

jG

j

,

,,

,,

1,,

)1,0(1

,0

Trong đó: k và l: Lời giải thứ k và thứ l trong một quần thể tương ứng

Bằng việc so sánh giữa thuật toán tìm kiếm chim tu hú truyền thống và biến thể của thuật toán tìm kiếm chim tu hú cho thấy rằng đề xuất của việc sử dụng sự thay đổi ngẫu nhiên có định hướng và có chọn lọc có số của các thông số điều khiển ít hơn thuật toán tìm kiếm chim tu hú truyền thống Điều này có ý nghĩa lớn tác động đến hiệu quả áp dụng của thuật toán trong việc giải bài toán tối ưu hóa, cũng như bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có tụ bù dọc

4.5 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải mạch kép

Trong hệ thống điện truyền tải, đường dây truyền tải mạch kép, Hình 4.5 được sử dụng phổ biến hơn các đường dây truyền tải mạch đơn vì đường dây truyền tải mạch kép có nhiều ưu điểm hơn đường dây truyền tải mạch đơn về độ tin cậy, về tính kinh tế và về môi trường Rõ ràng rằng sự cố ngắn mạch có thể xảy ra trên đường dây truyền tải vào bất kỳ thời điểm nào và bất kỳ vị trí nào Vì vậy, việc xác định vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải mạch kép để đảm bảo hiệu quả truyền tải nói riêng và vận hành hệ thống điện nói chung lại một lần nữa cho thấy tính cần thiết Được nhận ra rằng việc định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải mạch kép mang nhiều thách thức và khó khăn hơn so với đường dây truyền tải mạch đơn do ảnh hưởng và tác

động tương hỗ giữa các mạch cũng như các sự cố ngắn mạch chéo giữa các mạch

Hình 4.5 Đường dây truyền tải mạch kép

Nghiên cứu này đề xuất kỹ thuật định vị sự cố ngắn mạch mới trên đường dây truyền tải mạch kép mà cũng được dựa trên kết quả của bài toán tối ưu hóa Đề xuất này đặc biệt nổi bật khi chỉ yêu cầu các phép đo điện áp và dòng điện tại hai đầu của đường dây truyền tải của các giai đoạn trong và trước sự cố ngắn mạch

Trong nghiên cứu này, thuật toán tìm kiếm chim cu hú cải tiến được đề xuất để tìm ra lời giải của bài toán tối ưu hóa mà trên cơ sở đó xác định được vị trí sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải mạch kép Thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến khai thác các ưu điểm của lý thuyết hỗn loạn để cải thiện hiệu quả của thuật toán, đặc biệt trong quá trình thăm dò và tìm ra lời giải tối ưu Kết quả định vị sự cố ngắn mạch của việc áp dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến được so sánh với các kết quả định vị sự cố ngắn mạch bằng việc áp dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú, thuật toán tối ưu hóa bầy đàn và thuật toán di truyền Điều này nhằm mục đích xác nhận tính hiệu quả của đề xuất đối với bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải mạch kép

Ia

Ib

Ic

IIa

IIbI

Ic

4.5.1 Mô hình toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải mạch kép

Xét một đường dây truyền tải mạch kép, Hình 4.5 Khi ấy, đường dây truyền tải mạch kép được mô hình như sau, Hình 4.6

Hình 4.6 Mô hình đường dây truyền tải mạch kép

Giả sử rằng một sự cố ngắn mạch xảy ra tại F trên mạch 2 của đường dây truyền tải mạch kép, Hình 4.6 Khi ấy, vị trí sự cố ngắn mạch trở thành một nút thứ 3 trên sơ đồ đường dây truyền tải mạch kép như Hình 4.7

Hình 4.7 Mô hình đường dây truyền tải mạch kép bị sự cố ngắn mạch trên

đường dây của mạch thứ 2

Khi ấy, ma trận tổng trở nút của hệ thống điện, Hình 4.7 được biểu diễn như sau:

Mạch 1 Mạch 2

l

  



F

IZZZ

ZZZ

ZZZ

VVV

00

333231

232221

131211

321

abc

IM

abc

VM

MZM





22

11

111





i

e 32

Sơ đồ hệ thống điện, Hình 4.7 cũng có thể được biểu diễn bởi ma trận tổng dẫn như sau:

  







0123

0122

0121

333231

232221

131211

00

VVV

YYY

YYY

YYY

IF

(4.50)

abci

TYM

Hình 4.7 cho thấy rằng mạch 1 liên kết nút 1 và nút 2 trong suốt quá trình xảy ra sự cố ngắn mạch Khi ấy, các tổng dẫn giữa nút 1 và nút 2 là như sau:

 012 1012

2101212





 0

012301223012201222012101221 V Y V Y V 

012012

13 dZ

 012012

23 1 dZ

012012

13

11

Zd

 012012

23

11

1

ZdY



Từ các phương trình (4.58) và (4.59), mối quan hệ giữa Y13012 và Y23012 được biểu diễn như sau:

 13012012

23

1 dYdY





dZ

Y

012201222

1





dZ

Yd

d

(4.63)

Từ phương trình (4.54) và (4.63), hàm mục tiêu của bài toán tối ưu hóa hay bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây mạch kép được biểu diễn như sau:

201222012101221012

201212012101211

1

VYVYd

dV

YVY











0122012

21

012012

10121

211

21

ZdZ

ddV

ZdZ

Vf

ss

Ánh xạ hỗn loạn được giới thiệu trong nghiên cứu này chính là ánh xạ Chebyshev mà được biểu diễn như sau:

Để định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có kết nối với nguồn điện năng lượng mặt trời, kỹ thuật dựa trên các thuật toán tối ưu hóa được đề xuất trong nghiên cứu này và tương tự, thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến cũng được đề xuất để giải bài toán tối ưu hóa Cấu trúc của đường dây truyền tải được khảo sát trong nghiên cứu này là một đường dây truyền tải với một đầu nguồn điện truyền thống và một đầu nguồn điện còn lại là nguồn điện năng lượng mặt trời

4.6.1 Mô hình toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có kết nối với nguồn điện năng lượng mặt trời

Xét hệ thống điện bao gồm một nguồn điện, SA, một đường dây truyền tải, AB và một nguồn điện mặt trời, SB, Hình 4.8 Trong hệ thống điện tích hợp này, nguồn điện mặt trời được sử dụng để tăng tính bền vững của hệ thống điện mà ngày càng trở nên phổ biến Các mảng pin quang điện mặt trời và bộ chuyển đổi DC/AC là những bộ phận quan trọng của nguồn điện mặt trời

Khi đó, các bài toán điều khiển và vận hành hệ thống điện tích hợp này có thể dẫn đến nhiều thách thức Điều này cũng tương tự như bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên các đường dây truyền tải của hệ thống điện tích hợp

Hình 4.8 Mô hình đường dây truyền tải bị sự cố ngắn mạch trong hệ thống

điện có kết nối với nguồn điện năng lượng mặt trời

Trong nghiên cứu này, đường dây truyền tải được mô hình hóa bằng việc sử dụng mô hình đường dây thông số rải như Hình 4.9

Hình 4.9 Mô hình đường dây thông số rải của đường dây truyền tải bị sự cố ngắn mạch trong hệ thống điện có kết nối với nguồn điện năng lượng mặt trời

Giả sử rằng một sự cố ngắn mạch xảy ra tại F Khi ấy, điện áp tại F được biểu diễn như sau:



sincos

sinhcosh

,,

dlI

Z

dlV

V

nn

ACn

nn

An









ldI

Z

ldV

V

nn

BCn

nn

BnFB

1sinh

1cosh

,,



nnCn

yz

nnn  zy

Trong đó: VFA và VFB: Điện áp tại vị trí sự cố ngắn mạch, F được nhìn từ các đầu đường dây A và B tương ứng (V);

VA và VB: Điện áp tại các đầu đường dây A và B tương ứng (V); IA và IB: Dòng điện tại các đầu đường dây A và B tương ứng (A); z: Tổng trở nối tiếp của đường dây truyền tải trên một đơn vị chiều dài (/km); y: Tổng dẫn song song của đường dây truyền tải trên một đơn vị chiều dài (-1/km);

ZC: Tổng trở đặc tính của đường dây truyền tải ();

: Hằng số lan truyền; d: Khoảng cách từ đầu đường dây, A đến vị trí sự cố ngắn mạch, F (km); l: Chiều dài của đường dây truyền tải, AB (km);

A IA,ne

VA,nej YFAYFA

ZFA

F IFA,n

YFBYFB

ZFBIB,nB

VB,n

IFB,n

: Góc không đồng bộ giữa các tín hiệu tại các đầu đường dây A và B

Theo xu hướng bảo tồn môi trường và các nguồn tài nguyên thiên nhiên, các nguồn điện năng lượng mặt trời và năng lượng gió nhận được nhiều quan tâm và khai thác một cách phổ biến Nghiên cứu này đề cập đến các hệ thống điện năng lượng mặt trời dựa trên mô-đun pin quang điện năng lượng mặt trời để tích hợp vào hệ thống điện truyền thống Mô hình mô-đun pin quang điện năng lượng mặt trời được thể hiện trong Hình 4.10 như sau:

Hình 4.10 Mô hình mô-đun pin quang điện năng lượng mặt trời

Điện áp, VB và dòng điện, IB của nguồn điện năng lượng mặt trời tại đầu đường dây, B được biểu diễn như sau:

Bsh

sBshs

pp

BssBp

php

RRVRN

NN

IRNVakT

qI

NIN















Trong đó: IB và VB: Dòng điện (A) và điện áp (V) của nguồn điện năng lượng mặt trời tương ứng;

Iph: Dòng nguồn của mô-đun pin quang điện năng lượng mặt trời (A); I0: Dòng điện bão hòa của điốt (A);

q: Điện tích electron, q = 1.602 × 10-19 (C); k: Hằng số Boltzmann, k = 1.38 × 10-23 (m2kg/s2); T: Nhiệt độ của mô-đun pin quang điện năng lượng mặt trời (0K);

RsIB

VB

D

a: Hệ số lý tưởng của điốt; Ns và Np: Số lượng của các tế bào pin quang điện năng lượng mặt trời nối tiếp và song song tương ứng;

Rsh và Rs: Điện trở nối tiếp và song song tương ứng ();

Từ (4.68) và (4.69), bài toán định vị sự cố ngắn mạch được chuyển thành bài toán tối ưu hóa với hàm mục tiêu được biểu diễn như sau:

nFBn

 

4.6.2 Định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có kết nối với nguồn điện năng lượng mặt trời sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến

Tương tự, thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến trên cơ sở sử dụng ánh xạ hỗn loạn được đề xuất áp dụng để giải bài toán tối ưu hóa nhằm định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải có kết nối với nguồn năng lượng mặt trời

Ánh xạ hỗn loạn được giới thiệu trong nghiên cứu này chính là ánh xạ sin mà được biểu diễn như sau:

 tit

Chương 5 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải sử dụng các thuật toán meta-heuristic

5.1 Giới thiệu

Kỹ thuật định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải tổng quát được đề xuất và trình bày trong các phần trước Kỹ thuật này được dựa trên cơ sở tiếp cận để biến đổi bài toán định vị sự cố ngắn mạch thành bài toán tối ưu hóa

Khi ấy, các thuật toán tối ưu hóa meta-heuristic đã được đề xuất cải tiến, sẽ được áp dụng để giải các bài toán tối ưu hóa Các thuật toán meta-heuristic được đề xuất cải tiến trong nghiên cứu này bao gồm:

+ Các thuật toán tìm kiếm chim tu hú; + Các thuật toán bầy ong nhân tạo Trong đó, các thông số của các thuật toán meta-heuristic được lựa chọn dựa trên phương pháp thử và sai

Các dạng cấu trúc đường dây truyền tải lần lượt được áp dụng bao gồm: + Đường dây truyền tải đơn giản với một đầu phát và một đầu nhận; + Đường dây truyền tải có rẽ nhánh;

+ Đường dây truyền tải có tụ bù dọc; + Đường dây truyền tải mạch kép; + Đường dây truyền tải có xét đến nguồn điện năng lượng mặt trời được tích hợp

Các kết quả định vị sự cố ngắn mạch trên các đường dây truyền tải đơn giản với một đầu phát và một đầu nhận, đường dây truyền tải có rẽ nhánh, đường dây truyền tải có tụ bù dọc, đường dây truyền tải mạch kép, đường dây truyền tải có xét đến nguồn điện năng lượng mặt trời được tích hợp được trình bày lần lượt như sau

5.2 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải hai đầu cực

5.2.1 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải hai đầu cực sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến

Một đường dây truyền tải 500 kV và 200 km được mô hình hóa bằng cách sử dụng mô hình đường dây thông số rải, Hình 5.1 Góc không đồng bộ dữ liệu đo lường được tại các đầu phát và đầu nhận được giả sử là /4 rad Các sự cố ngắn mạch được giả lập tại các vị trí khác nhau trên đường dây truyền tải Tốc độ lấy mẫu được giả sử là 100 mẫu mỗi chu kỳ Tổng trở ngắn mạch được giả sử là 15  Để xác nhận được tính hiệu quả của kỹ thuật định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải thông qua thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến, các so sánh kết quả đã được thực hiện giữa kỹ thuật dựa trên thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến, thuật toán tìm kiếm chim tu hú; và kỹ thuật dựa trên tổng trở

Hình 5.1 Đường dây truyền tải ba pha hai đầu cực

Các thông số của đường dây truyền tải được biểu diễn như Bảng 5.1 [78]

Bảng 5.1 Thông số của đường dây truyền tải hai đầu cực

kích thước bước trong phân bố Lévy,  Trong đó, kích thước bước trong phân bố Lévy là giá trị không đổi,  = 0.5 trong thuật toán tìm kiếm chim tu hú; và là một biến thay đổi theo thế hệ trong thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến Điều này nhằm cải thiện khả năng hội tụ của thuật toán tìm kiếm chim tu hú bao gồm cả tốc độ và giá trị hội tụ Trong cả hai thuật toán tìm kiếm chim tu hú và thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến, các thông số điều khiển của thuật toán được giả sử lần lượt là:

+ Số tổ chim là 10; + Số lần lặp tối đa là 200; + Xác suất của trứng lạ là 0.6

Bảng 5.2 Thông số của các thuật toán tìm kiếm chim tu hú và tìm kiếm chim

tu hú cải tiến

Thông số

Thuật toán Tìm kiếm

chim tu hú

Tìm kiếm chim tu hú cải tiến

Bảng 5.3 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch ba pha trên đường dây truyền tải

hai đầu cực

Ngắn mạch ba pha Khoảng

cách sự cố ngắn mạch được giả lập (km)

Kết quả định vị sự cố ngắn

mạch (km) Sai số định vị sự cố ngắn mạch (%) Kỹ

thuật dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu

hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

Kỹ thuật

dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu

hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

Bảng 5.4 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất trên đường dây

truyền tải hai đầu cực

Ngắn mạch ba pha chạm đất Khoảng

cách sự cố ngắn mạch được giả lập (km)

Kết quả định vị sự cố ngắn

mạch (km) Sai số định vị sự cố ngắn mạch (%) Kỹ

thuật dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

Kỹ thuật

dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu

hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

Bảng 5.5 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch hai pha trên đường dây truyền tải

hai đầu cực

Ngắn mạch hai pha Khoảng

cách sự cố ngắn mạch được giả lập

(km)

Kết quả định vị sự cố ngắn

mạch (km) Sai số định vị sự cố ngắn mạch (%) Kỹ

thuật dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

Kỹ thuật

dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu

hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

120 123.36 118.09 119.88 1.68 0.95 0.06 150 153.03 147.92 149.98 1.52 1.04 0.01 180 183.06 178.02 179.93 1.53 0.99 0.03

Bảng 5.6 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất trên đường dây

truyền tải hai đầu cực

Ngắn mạch hai pha chạm đất Khoảng

cách sự cố ngắn mạch được giả lập (km)

Kết quả định vị sự cố ngắn

mạch (km) Sai số định vị sự cố ngắn mạch (%) Kỹ

thuật dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

Phương pháp

dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu

hú

Thuật toán tìm

kiếm chim tu

hú cải tiến

120 116.91 121.93 119.89 1.55 0.97 0.05 150 152.98 147.91 149.87 1.49 1.05 0.06 180 177.12 181.02 179.90 1.44 0.51 0.05

Bảng 5.7 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch một pha trên đường dây truyền tải

hai đầu cực

Ngắn mạch một pha Khoảng

cách sự cố ngắn mạch được giả lập (km)

Kết quả định vị sự cố ngắn

mạch (km) Sai số định vị sự cố ngắn mạch (%) Kỹ

thuật dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu

hú

Thuật toán

tìm kiếm chim tu hú cải tiến

Phương pháp

dựa trên tổng trở

Thuật toán

tìm kiếm chim tu hú

Thuật toán

tìm kiếm chim tu

hú cải tiến

30 33.05 31.98 29.90 1.53 0.99 0.05 60 62.69 61.91 60.03 1.35 0.95 0.02 90 93.56 92.09 90.02 1.78 1.05 0.01 120 117.09 122.21 120.03 1.46 1.11 0.02 150 159.99 148.09 149.97 1.50 0.95 0.02 180 177.23 177.98 179.91 1.39 1.01 0.05

Trong nghiên cứu này, các dạng sự cố ngắn mạch được giả sử lần lượt là sự cố ngắn mạch ba pha, ngắn mạch ba pha chạm đất, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

Các Bảng 5.3-5.7 cho thấy rằng sai số định vị sự cố ngắn mạch khi sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến là nhỏ nhất mà được so sánh với sai số của việc sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú và kỹ thuật dựa trên tổng trở Sai số phần trăm của kết quả định vị sự cố trên đường dây truyền tải bằng việc sử dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú cải tiến luôn luôn nhỏ hơn 0.08%, tương đương với khoảng cách, 160 m của chiều dài đường dây, 200 km

5.2.2 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải hai đầu cực sử dụng thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến

Thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến được đề xuất để ước tính góc không đồng bộ và định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải

Các thông số của đường dây truyền tải được mô tả như Bảng 5.8 Tốc độ lấy mẫu được giả sử là 100 mẫu mỗi chu kỳ Tổng trở ngắn mạch được giả sử là 15 

Tương tự, các dạng sự cố ngắn mạch được giả sử trong khảo sát này cũng bao gồm ngắn mạch ba pha, ngắn mạch ba pha chạm đất, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất và ngắn mạch một pha

Kết quả định vị sự cố ngắn mạch bằng việc sử dụng thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến được so sánh với các kết quả định vị sự cố khác bằng việc sử dụng thuật toán bầy ong nhân tạo và kỹ thuật dựa vào tổng trở để xác nhận tính hiệu quả của đề xuất

Bảng 5.9 biểu diễn các thông số của các thuật toán bầy ong nhân tạo và thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến Sự khác biệt giữa hai thuật toán này là phương trình tìm kiếm lời giải của giai đoạn ong “Onlooker” mà được dựa trên thuật toán tối ưu hóa bầy đàn

Bảng 5.8 Thông số của đường dây truyền tải hai đầu cực

Thông số

nhân tạo cải tiến

Thuật toán Giá trị của các thông số Thuật toán bầy

ong nhân tạo

- Kích thước của quần thể, N = 50; - Số lần lặp cực đại, Itermax = 500; - Phương trình tìm kiếm lời giải trong giai đoạn của ong “Onlooker” là phương trình (4.12)

Thuật toán bầy ong nhân tạo cải

tiến

- Kích thước của quần thể, N = 50; - Số lần lặp cực đại, Itermax = 500; - Phương trình tìm kiếm lời giải trong giai đoạn của ong “Onlooker” là phương trình (4.15)

Bảng 5.10 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch 3 pha

Sự cố ngắn mạch 3 pha Kịch bản  (0) 20.00 15.00 10.00 5.00

x (km) 40.00 80.00 120.00 160.00 Kỹ thuật dựa

ong nhân tạo  (%) 1.45 1.73 1.80 1.40

x (km) 40.00 80.00 120.00 160.00 Kỹ thuật dựa vào

Bảng 5.13 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất

Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất Kịch bản  (0) 20.00 15.00 10.00 5.00

x (km) 40.00 80.00 120.00 160.00 Kỹ thuật dựa vào

x (km) 40.00 80.00 120.00 160.00 Kỹ thuật dựa vào

Bảng 5.15 Giá trị và số lần lặp hội tụ của các thuật toán bầy ong nhân tạo và

thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến

Dạng sự cố ngắn mạch

Thuật toán bầy ong nhân tạo

Thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến Giá trị

hội tụ Số lần lặp hội tụ Giá trị hội tụ Số lần lặp hội tụ Sự cố ngắn mạch

ba pha

Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất

Sự cố ngắn mạch hai pha

Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất

Sự cố ngắn mạch một pha

0.1 0.15 0.2 0.25

0.1 0.15 0.2 0.25

Số lần lặp

Bầy ong nhân tạo Bầy ong nhân tạo cải tiến Giá

trị hội

tụ

Giá trị hội

tụ

Hình 5.4 Đặc tính hội tụ của thuật toán bầy ong nhân tạo và thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến cho trường hợp ngắn mạch hai pha tại x = 40 km và  =

0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Số lần lặp

Bầy ong nhân tạo Bầy ong nhân tạo cải tiến Giá

trị hội

tụ

Giá trị hội

tụ

Hình 5.6 Đặc tính hội tụ của thuật toán bầy ong nhân tạo và thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến cho trường hợp ngắn mạch một pha tại x = 40 km và  = 200

Bảng 5.10-5.14 cho thấy sai số của góc không đồng bộ và vị trí sự cố ngắn mạch thông qua thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến luôn nhỏ hơn sai số thông qua kỹ thuật dựa trên tổng trở và thuật toán bầy ong nhân tạo tương ứng với các dạng sự cố ngắn mạch khác nhau

Phần trăm sai số của góc không đồng bộ luôn nhỏ hơn 0.2% Điều này dẫn đến phần trăm sai số của định vị sự cố ngắn mạch luôn nhỏ hơn 0.02% Tỷ lệ phần trăm sai số này tương đương với khoảng cách, 40 m của chiều dài đường dây truyền tải, 200 km

Kết quả ước lượng chính xác của góc không đồng bộ đã giúp cải thiện kết quả định vị sự cố ngắn mạch

Hơn nữa, Hình 5.2-5.6 và Bảng 5.15 cho thấy giá trị hội tụ và số lần lặp của thuật toán bầy ong nhân tạo cải tiến luôn tốt hơn của thuật toán bầy ong nhân tạo

5.3 Kết quả định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh

Đường dây truyền tải rẽ nhánh được mô hình hóa với các thông số như Bảng 5.16 Các thông số của các phân đoạn đường dây truyền tải khác nhau

0 0.05

0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

Số lần lặp

Bầy ong nhân tạo Bầy ong nhân tạo cải tiến

Giá trị hội

tụ

được giả sử là như nhau Các sự cố ngắn mạch được giả định tại các vị trí khác nhau trên một trong các phân đoạn của đường dây truyền tải rẽ nhánh bao gồm sự cố ngắn mạch ba pha, sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất, sự cố ngắn mạch hai pha, sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất và sự cố ngắn mạch một pha Tổng trở ngắn mạch được giả sử là 100 

Bảng 5.17-5.18 biểu biễn các thông số của các thuật toán tìm kiếm chim tu hú và thuật toán tìm kiếm chim tu hú kết hợp với ánh xạ hỗn loạn Trong cả hai thuật toán thuật toán tìm kiếm chim tu hú và thuật toán tìm kiếm chim tu hú kết hợp với ánh xạ hỗn loạn, số tổ chim là 20, số lần lặp tối đa là 200 và xác suất của trứng lạ là 0.6

Sự khác biệt giữa hai thuật toán tìm kiếm chim tu hú và thuật toán tìm kiếm chim tu hú kết hợp với ánh xạ hỗn loạn là giá trị được chọn của kích thước bước trong phân bố Lévy Trong thuật toán tìm kiếm chim tu hú, kích thước bước trong phân bố Lévy là giá trị không đổi,  = 0.5 Trong khi đó, trong thuật toán tìm kiếm chim tu hú kết hợp với ánh xạ hỗn loạn, kích thước bước trong phân bố Lévy là một ánh xạ hỗn loạn logistic Điều này là để cải thiện hiệu quả của thuật toán tìm kiếm chim tu hú nhằm mục đích đạt được kết quả định vị sự cố ngắn mạch chính xác và nhanh

Ngoài ra, để khẳng định tính hiệu quả của việc áp dụng thuật toán tìm kiếm chim tu hú kết hợp với ánh xạ hỗn loạn cho bài toán định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải rẽ nhánh, các kết quả định vị sự cố ngắn mạch trên đường dây rẽ nhánh bằng việc sử dụng thuật toán này sẽ được so sánh với các kết quả định vị sự cố ngắn mạch bằng việc áp dụng các thuật toán di truyền và thuật toán tìm kiếm chim tu hú Các thông số của thuật toán di truyền được thể hiện trong Bảng 5.19

Bảng 5.16 Thông số của đường dây truyền tải rẽ nhánh

Chiều dài phân đoạn đường dây 1-4, l14 (km) 200

Chiều dài phân đoạn đường dây 2-4, l24 (km) 100

Chiều dài phân đoạn đường dây 3-4, l34 (km) 150 Điện trở thứ tự thuận và thứ tự nghịch trên một đơn 0.011223