Ứng dụng logic mờ để xác định vị trí chống sét van

Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh v HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng TÓM TẮT Để bảo vệ sét đánh lan truyền vào trạm biến áp phân phối, phía cao thế của trạm thường sử dụng chống sét van. Trong lắp đặt thiết bị chống sét van, khoảng cách giữa thiết bị chống sét van và đầu cực cao thế của máy biến áp là hết sức quan trọng. Nếu chống sét van đặt tại đầu cực máy biến áp thì máy biến áp được bảo vệ an toàn nhất, nhưng chống sét van còn phải bảo vệ cho toàn bộ cách điện của trạm, cho nên trong trường hợp tổng quát giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp cần có một khoảng cách phân cách. Vì vậy, việc xác định khoảng cách phân cách hợp lý nhằm bảo vệ hiệu quả máy biến áp và các thiết bị đóng cắt trong trạm là rất cần thiết. Luận văn này đã đề xuất: - Phương pháp mới để tính khoảng phân cách giữa chống sét van và máy biến áp ở các trạm có cấu hình khác nhau (như trạm có một máy và trạm có hai máy biến áp) dựa trên đánh giá rủi ro hư hỏng tại các vị trí quan trọng trong trạm kết hợp với kỹ thuật logic mờ bằng nhiều tiêu chí ( tiêu chí rủi ro trung bình chung thấp nhất và tiêu chí rủi ro hư hỏng cho phép). Các đặc tính ngẫu nhiên như độ dốc đầu sóng và biên độ đỉnh sóng của xung sét được sử dụng để tính toán rủi hư hỏng của mạng điện. - Chương trình FUPOSA được xây dựng giúp người sử dụng dễ dàng xác định vị trí lắp đặt hợp lý chống sét van với các cấu hình trạm điện có sẵn. Kết quả nghiên cứu của luận văn sẽ giúp cho các công ty tư vấn thiết kế điện, các công ty điện lực xác định vị trí lắp đặt chống sét van hợp lý khi thiết kế trạm biến áp mới dựa trên đánh giá rủi ro hư hỏng của thiết bị khi có xem xét đến mật độ sét khu vực và các yếu tố ảnh hưởng. Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh vi HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng ABSTRACT To protect the distribution substation from lightning overvoltage, arresters are installed at the high voltage side of transformers. In installation of surge arresters, the separation length between the arresters and the high voltage terminals of transformers is very importance. If the lightning arrester is installed at the terminals of transformers, the transformer will be protected safety. However, lightning arresters must to protect for all insulation of the substation’s components, so that, in general cases between lightning arrester and the terminals transformer are needed a separation distance. Thus, the determination of a reasonable distance between the lightning arresters and terminals of transformer to protect efficiency the transformer and switching devices of the substation is very necessary. The thesis has presented: - A new menthode to dertermine separated distances between arresters and transformers with various configurations of substations (such as a substation with one or two transformers) base on estimating the risk of failure at important positions in subtation and using fuzzy logic. Random characterictis of lighting impulses such as the peak value of the return stroke current and the slope of the wave front are considered to canculate the risk of failure. - The FUPOSA program is developed to help the users easily determine the appropriate installed position of lightning arrester with existing configurations. The research results of the thesis will help the electrical consultancy and design companies, the power company determine the appropriate installed position of lightning arrester when installing a new substation base on evaluating the risk of failure that incluses traffic density in areas and other effects . Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh vii HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng MỤC LỤC Trang Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan iii Lời cảm tạ iv Tóm tắt v Mục lục vii Danh mục các ký hiệu, chữ cái viết tắt tiếng Anh x Danh mục các hình vẽ, đồ thị xi Danh mục các bảng xiv CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 1 1.1 Lý do chọn đề tài 1 1.2 Các phương pháp chọn vị trí chống sét van 4 1.2.1 Phương pháp xác định vị trí chống sét van dựa trên mô hình Petersen 4 1.2.2 Phương pháp D.Fulchiron 4 1.2.3 Phương pháp Benoît de Metz-Noblat 5 1.2.4 Phương pháp ABB 9 1.2.4.1 Trạm biến áp kết nối với đường dây trên không 9 1.2.4.2 Trạm biến áp kết nối với cáp ngầm 11 1.3 Các nghiên cứu vị trí lắp đặt chống sét van 14 1.3.1 Các nghiên cứu trong nước 14 1.3.2 Các nghiên cứu quốc tế 15 1.4 Mục tiêu luận văn 17 1.5 Điểm mới của đề tài 17 1.6 Nội dung luận văn 17 Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh viii HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng CHƯƠNG II: CƠ SỞ TÍNH TOÁN 18 2.1 Rủi ro hư hỏng 18 2.2 Logic mờ 23 2.3 Mô phỏng bằng simpowersystem 25 CHƯƠNG III: CẤU HÌNH MẠNG ĐIỆN 27 3.1 Cấu hình trạm biến áp 27 3.1.1 Cấu hình trạm một máy biến áp 27 3.1.2 Cấu hình trạm hai máy biến áp 28 3.2 Mô hình các phần tử của mạng 28 3.2.1 Mô hình đường dây 28 3.2.1.1 Mô hình hình pi 28 3.2.1.2 Mô hình tổng trở đặc tính 30 3.2.2 Mô hình chống sét van 31 3.2.3 Mô hình nguồn xung 33 3.3 Mô hình mạng điện cần mô phỏng 34 CHƯƠNG IV: CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN 37 4.1 Đặc tính ngẫu nhiên của xung sét 37 4.2 Tiêu chí bảo vệ 38 4.2.1 Bảo vệ dựa trên chỉ số rủi ro trung bình bé nhất 38 4.2.2 Bảo vệ dựa trên tiêu chí rủi ro hư hỏng cho phép 39 4.3 Sơ đồ khối chương trình 40 4.3.1 Chương trình tính toán theo chỉ tiêu rủi ro trung bình thấp nhất 40 4.3.2 Chương trình tính toán theo rủi ro cho phép 44 4.3.2.1 Cấu trúc chương trình 44 4.3.2.2 Chương trình logic mờ xác định vị trí chống sét van 47 4.4 Chương trình tính toán hỗ trợ 49 Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh ix HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng 4.4.1 Giao diện chương trình 49 4.4.2 Kết quả tính toán 52 4.4.2.1 Kết quả tính toán cho cấu hình trạm một máy biến áp 52 4.4.2.2 Kết quả tính toán cho cấu hỉnh trạm hai máy biến áp. 53 CHƯƠNG V: KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57 Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh x HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng KÝ TỰ VIẾT TẮT BIL: Basic Insulation Level MOV: Metal Oxide Varistor AI: Artificial Intelligence FDCL: Fuzzy Dependency and Command Language MIQ: Machine Intelligence quotient Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh xi HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Sơ đồ bảo vệ trạm để xét dòng qua chống sét van 4 Hình 1.2 Sơ đồ bảo vệ trạm để xét đến khoảng cách phân cách 5 Hình 1.3 Sơ đồ mạch (đường dây và trạm biến áp) dùng trong nghiên cứu truyền sóng quá điện áp sét 6 Hình 1.4 Sóng tới và sóng phản xạ khi trạm biến áp có chống sét van 7 Hình 1.5 Điện áp trên trên đường dây được bảo vệ bởi chống sét van theo thời gian (trường hợp 1 và 2 ở Bảng 2.1). 8 Hình 1.6 Quá áp cực đại tại đầu cực máy biến áp (B) theo thời gian τ (trường hợp 2 ở Bảng 1.1) 9 Hình 1.7 Quá điện áp ở cuối đường dây 10 Hình 1.8 Trạm biến áp được kết nối với cáp ngầm 13 Hình 1.9 Xác định vị trí chống sét van dựa trên đánh giá thời gian giữa hai lần hư hỏng 15 Hình 1.10: Lưu đồ giải thuật tối ưu hóa vị trí chống sét van 16 Hình 2.1: Dạng sóng hàm mật độ xác suất xuất hiện quá áp, hàm xác suất phóng điện đánh thủng và rủi ro hư hỏng 18 Hình 2.2: Lưu đồ tính toán rủi ro hư hỏng 20 Hình 2.3 Đặc tuyến giữa hệ số phối hợp thống kê và rủi ro hư hỏng 21 Hình 2.4: Đặc tuyến của hàm xác suất phóng điện đánh thủng P(V) theo số lượng các lớp cách điện đồng tâm. 22 Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh xii HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng Hình 2.5: Lưu đồ tính toán rủi ro hư hỏng bằng phương pháp tra bảng 22 Hình 3.1: Cấu hình trạm một máy biến áp 27 Hình 3.2: Cấu hình trạm hai máy biến áp 28 Hình 3.3: Mô hình hình pi cho đường dây. 29 Hình 3.4 : Các tham số có thể lựa chọn của một mô hình hình pi 30 Hình 3.5 : Mô hình tổng trở đặc tính 30 Hình 3.6 : Mô hình tổng trở đặc tính đơn giản 31 Hình 3.7 : Đặc tuyến V-I của chống sét van 32 Hình 3.8 : Các thông số có thể lựa chọn của chống sét van 32 Hình 3.9: Dạng xung sét tiêu chuẩn 33 Hình 3.10: Thông số của mô hình nguồn phát xung sét 34 Hình 3.11. Mô hình cho trạm một máy biến áp 34 Hình 3.12 Mô hình trạm hai máy biến áp khi chống sét van nằm trên những đoạn cáp ngầm khác nhau 35 Hình 3.13 Mô hình trạm hai máy biến áp khi sử dụng hai chống sét van. 36 Hình 4.1: Xác suất xuất hiện một xung sét có đại lượng ngẫu nhiên lớn hơn một giá trị xác định 38 Hình 4.2: Phân phối giá trị các biến ngẫu nhiên 38 Hình 4.3: Lưu đồ tính toán bảo vệ theo rủi ro trung bình cho cấu hinh một máy biến áp 41 Hình 4.4: Lưu đồ sử dụng một chống sét van để bảo vệ cho trạm hai máy biến áp 43 Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh xiii HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng Hình 4.5: Lưu đồ sử dụng hai chống sét van để bảo vệ cho trạm hai máy biến áp 44 Hình 4.6 Sơ đồ khối chương trình máy tính xác định vị trí lắp đặt chống sét van sử dụng logic mờ theo tiêu chuẩn rủi ro cho phép 45 Hình 4.7 Lưu đồ chương trình tính toán 46 Hình 4.8:Cấu tạo bộ quyết định mờ xác định vị trí chống sét van 47 Hình 4.9: Các biến ngôn ngữ của ngõ vào sai số rủi ro hư hỏng ở lần lặp thứ (k) 48 Hình 4.10: Các biến ngôn ngữ của ngõ vào độ dịch chuyển của chống sét van ở lần lặp thứ (k) 48 Hình 4.11 Các biến ngôn ngữ của ngõ ra độ dịch chuyển của chống sét van ở lần lặp thứ (k+1) 49 Hình 4.12 : Giao diện chính chương trình tính toán vị trí lắp đặt chống sét van 49 Hình 4.13 Chương trình tính toán bảo vệ cho trạm một chống sét van 50 Hình 4.14 Giao diện chương trình tính toán vị trí chống sét van cho cấu hình trạm hai máy biến áp 51 Hình 4.15 Rủi ro hư hỏng tại máy biến áp và tại điểm nối giữa đường dây trên không và cáp ngầm 52 Hình 4.16 Rủi ro hư hỏng tại các vị trí khi sử dụng một chống sét van bảo vệ trạm hai máy biến áp 54 Hình 4.17 Rủi ro hư hỏng tại các vị trí khi sử dụng hai chống sét van bảo vệ trạm hai máy biến áp 54 Lu ận văn thạc sỹ 2011 GVHD: PGS-TS Quyề n Huy Ánh xiv HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 Điện áp cực đại trên máy biến áp được bảo vệ bằng chống sét van 7 Bảng 1.2 Mức cách điện cơ bản (BIL) và mức điện áp bảo vệ của chống sét van (U p ) hiện đại với U p = 4.pu 11 Bảng 1.3 Độ dốc và giá trị điện áp phóng điện của cách điện đường dây trên không 11 Bảng 1.4 Chiều dài cho phép lớn nhất D k của đoạn cáp với một bên bảo vệ thiết bị chống sét. 12 Bảng 1.5 Khoảng cách phân cách tối đa cho phép chống sét giữa cáp và máy biến áp ở Hình 2.8 với b = 0. Hai chống sét van nối hai đầu cáp, tại MBA không có chống sét van 13 Bảng 3.1: Các dạng sóng tiêu chuẩn 33 Bảng 4.3 : Luật mờ của bộ ra quyết định mờ xác định vị trí lắp đặt chống sét van 48 [...]... 1.2 Các phương pháp lựa chọn vị trí chống sét van 1.2.1 Phương pháp xác định vị trí chống sét van dựa trên mô hình Petersen Phương pháp này giả thiết chống sét van đặt tại đầu cực máy biến áp cần bảo vệ (Hình 1.1) Vì vậy không quan tâm đến sóng phản xạ Transformer Ut Z Arrester Up Hình 1.1 Sơ đồ bảo vệ trạm để xét dòng qua chống sét van Trường hợp này dòng định mức chống sét van được chọn theo điều kiện:... các vị trí trong mạng điện sử dụng kỹ thuật logic mờ - Xây dựng một chương trình xác định vị trí hợp lý của chống sét van 1.5 Điểm mới của đề tài - Sử dụng thông số đánh giá mới là rủi ro hư hỏng để tính toán vị trí đặt chống sét van trong trạm biến áp bằng các tiêu chí: • Rủi ro hư hỏng trung bình là nhỏ nhất • Rủi ro tại mọi nút đều nhỏ hơn rủi ro cho phép - Áp dụng kỹ thuật mô phỏng để xác định. .. hiện tại vẫn chưa có một phương trình nào mô tả chính xác quá trình quá độ xảy ra trong mạng điện nên các phương pháp trí tuệ nhân tạo sẽ phù hợp cho bài toán thiết kế Xuất phát từ những thực tế trên, đề tài Ứng dụng logic mờ để xác định vị trí chống sét van đi sâu vào nghiên cứu tính toán và xây dựng chương trình để xác định vị trí đặt chống sét van cấp trung thế dạng MOV cho nhiều loại cấu hình trạm... cấu hình trạm phức tạp, mật độ sét khu vực, tổng trở các dây nối của hai đầu chống sét van, độ dốc chọn lựa theo kinh nghiệm 1.3 Các nghiên cứu vị trí lắp đặt chống sét van 1.3.1 Các nghiên cứu trong nước Một số nghiên cức trong nước [1] xác định vị trí chống sét van nhằm đảm bảo thời gian giữa hai lần hư hỏng dựa theo các yếu tố ảnh hưởng như hệ số che chắn, mật độ sét khu vực, giá trị điện cảm của... 1.3.2 Các nghiên cứu quốc tế Một số nghiên nước ngoài [4] sử dụng chỉ tiêu rủi ro hư hỏng để đánh giá bảo vệ Theo đó một hàm mục tiêu về rủi ro hư hỏng trung bình cho tất cả các vị trí quan trọng trong mạng điện được thành lập và vị trí chống sét van được chọn là vị trí làm cho giá trị trung bình đó nhỏ nhất Giải thuật tối ưu hóa vị trí chống sét van được thực hiện theo lưu đồ giải thuật ở Hình 1.10 Nhận... thời gian truyền sóng và mức bảo vệ của chống sét van khi xác định khoảng cách phân cách D Tuy nhiên phương pháp này vẫn còn một số hạn chế như: chưa tính đến tổng trở dây nối giữa chống sét van và thiết bị bảo vệ, cũng như giữa chống sét van và đất, đặc tính thực của chống sét van, cấu hình mạng điện, các phần tử mang tính dung (như máy biến áp)… Phương pháp xác định khoảng cách phân cách đề xuất bởi... thạc sỹ 2011 2.2 Logic mờ Logic mờ có hai nghĩa khác nhau Ở nghĩa hẹp, logic mờ là một hệ thống logic có khả năng mô tả nhiều giá trị logic khác nhau Mặc dù vậy, theo nghĩa rộng, logic mờ đồng nghĩa với lý thuyết về tập mờ, một lý thuyết dùng để phân loại các đối tượng mà đường biên của đối tượng đó không rõ ràng Trong luận văn này, logic mờ được dùng theo nghĩa rộng giống với các công cụ mờ đang được... vận tốc truyền sóng bằng vận tốc ánh sang và tiêu chí để đánh giá bảo vệ là khoảng thời gian giữa hai lần hư hỏng GVHD: PGS-TS Quyền Huy Ánh 14 HVTH: Nguyễn Mạnh Hùng Luận văn thạc sỹ 2011 Hệ số che chắn Mật độ sét khu vực Thời gian giữa hai lần hư hỏng> thời gian hư hỏng cho phép??? Vị trí chống sét van L đường dây Hình 1.9 Xác định vị trí chống sét van dựa trên đánh giá thời gian giữa hai lần hư hỏng... logic mờ, kỹ thuật này được thể hiện thông qua các luật mờ Việc tính toán của các luật mờ là nền tảng của ngôn ngữ lệnh-chấp hành mờ (Fuzzy Dependency and Command Language -FDCL) Mặc dù FDCL thường không được thể hiện trong các công cụ hỗ trợ tạo ra bộ điều khiển mờ nhưng nó thực sự là một công cụ hiệu quả khi triển khai các ứng dụng Trong các ứng dụng của logic mờ, một giải pháp sử dụng logic mờ là... vì chống sét van còn phải bảo vệ cho toàn bộ cách điện của trạm, cho nên trong trường hợp tổng quát này giữa chống sét van và đầu cực máy biến áp cần có một khoảng cách phân cách Việc tính toán lắp đặt bảo vệ cần tính đến các yếu tố ngẫu nhiên của xung sét để đảm bảo cả tính kinh tế và kỹ thuật của luận văn Vì vậy các giải pháp thống kê cần được sử dụng để xác định các thông số ngẫu nhiên của xung sét . những thực tế trên, đề tài Ứng dụng logic mờ để xác định vị trí chống sét van đi sâu vào nghiên cứu tính toán và xây dựng chương trình để xác định vị trí đặt chống sét van cấp trung thế dạng MOV. tính xác định vị trí lắp đặt chống sét van sử dụng logic mờ theo tiêu chuẩn rủi ro cho phép 45 Hình 4.7 Lưu đồ chương trình tính toán 46 Hình 4.8:Cấu tạo bộ quyết định mờ xác định vị trí chống. 1.2 Các phương pháp lựa chọn vị trí chống sét van 1.2.1 Phương pháp xác định vị trí chống sét van dựa trên mô hình Petersen Phương pháp này giả thiết chống sét van đặt tại đầu cực máy biến