Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đại nhận dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện tt

-1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài: Hệ thống điện hệ thống phức tạp cấu trúc vận hành, xẩy cố phần tử hệ thống ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện gây thiệt hại lớn kinh tế Vì vậy, nội dung đề tài đề cập đến “Nghiên cứu ứng dụng phương pháp đại nhận dạng cố ngắn mạch đường dây truyền tải điện” nhằm hỗ trợ trình định vị khắc phục cố đường dây truyền tải điện, qua giảm bớt thiệt hại kinh tế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Bài toán phát dạng cố vị trí cố đường dây truyền tải điện toán kinh điển lý thuyết mạch hệ thống điện Hiện nay, có nhiều nghiên cứu thực vấn đề Tuy nhiên kết cịn nhiều hạn chế có nhiều trường hợp cố giá trị phần tử gây cố gây tượng tương tự tham số đường dây biến thiên nên phương pháp rơle tổng trở gây sai số lớn Việc phát triển thiết bị đo thuật tốn xử lý tín hiệu có khả để tiếp tục cải thiện kết phân tích Việc xây dựng thành cơng giải pháp phân tích phát vị trí điểm cố có ý nghĩa thực tế tốt, đưa vào vận hành có khả mang lại hiệu cao mặt kinh tế - kỹ thuật tăng cường độ xác nhằm hỗ trợ cho trình khắc phục cố nhanh Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu luận án phát triển phương pháp sử dụng thuật toán đại cho phép xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện (không phân nhánh có nhiều nhánh rẽ) cách xác với thiết bị đo Đối tượng phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu đưa phương pháp xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện không phân nhánh có phân nhánh Luận án chưa xét đến ảnh hưởng yếu tố môi trường nhiệt độ độ ẩm đến sai số phương pháp Trọng tâm nghiên cứu luận án: Nghiên cứu thuật tốn phân tích xử lý tín hiệu công cụ Matlab, wavelet, mạng nơron, hàm tương quan, phân tích tín hiệu miền thời gian tần số để xác định vị trí cố, dạng cố đường dây truyền tải không phân nhánh đường dây truyền tải có nhiều nhánh Nghiên cứu ảnh hưởng điện trở, điện cảm cố đường dây đến sai số phương pháp Tìm hiểu thực nghiệm phịng thí nghiệm với vài dạng cố nhằm kiểm chứng thuật toán đề xuất Nghiên cứu lý thuyết truyền sóng đường dây truyền tải điện từ đố dùng phần mềm Matlab mô dạng ngắn mạch đường dây để kiểm chứng kết nghiên cứu lý thuyết Phương pháp nghiên cứu: Phân tích hệ thống xác định đặc thù đối tượng nghiên cứu thông qua nhiều cách tiếp cận Lựa chọn xây dựng cơng cụ tốn học cần thiết cho nghiên cứu Lựa chọn công cụ đánh giá kiểm chứng kết nghiên cứu, cụ thể là: Mơ hình hóa mơ phần mềm Matlab cài đặt thử nghiệm thuật toán nhận dạng cố Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: ­ Ý nghĩa khoa học đề tài đề xuất phương pháp xác định vị trí đường dây truyền tải bổ xung vào phương pháp có, xây dựng giải tốn xác định xác vị trí cố với dạng vị trí cố khác với sai số cho phép ­ Ý nghĩa thực tiễn phương pháp luận án góp phần bổ xung cho giải pháp xác định vị trí cố đường dây truyền tải có nhiều nhánh Phương pháp yêu cầu sử dụng tín -2- hiệu đo từ đầu đường dây truyền tải điện, nên khâu đo lường thu thập số liệu đơn giản, tính kinh tế cao Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Tổng quan phương pháp định vị cố đường dây tải điện 1.3 Phương pháp đo lường từ phía 1.3.1 Phương pháp điện kháng đơn 1.3.2 Phương pháp Takagi 1.3.3 Phương pháp Takagi cải tiến 1.4 Phương pháp đo lường từ hai đầu 1.5 Phương pháp sử dụng mạng nơron 1.6 Phương pháp sóng lan truyền 1.6.1 Phương pháp định vị cố dựa nguyên lý sóng lan truyền từ điểm cố 1.6.2 Phương pháp sóng lan truyền từ đầu đường dây 1.7 Kết luận chương Qua trình bày phân tích phương pháp xác định vị trí cố tóm tắt có phương pháp xác định cố kinh điển phương pháp dựa đo lường từ đầu đường dây, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây Các phương pháp phương pháp sử dụng mạng nơron, phương pháp sóng lan truyền Mỗi phương pháp, thuật tốn khác có ưu nhược điểm riêng Đối tượng đường dây truyền tải điện đa dạng, đường dây truyền tải với cấp điện áp khác nhau, có nguồn hay nhiều nguồn cung cấp, đường dây đơn, đường dây kép, đường dây có nhiều nhánh rẽ Tính chất cố khác điện trở, điện cảm cố thay đổi Do phương pháp khơng thể áp dụng chung cho tất dạng đường dây truyền tải điện Các giải pháp đơn giản phương pháp điện kháng đơn dễ thực có độ xác khơng cao, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây hay phương pháp dựa sóng từ điểm cố có độ xác cao sử dụng nhiều thiết bị yêu cầu đồng thời gian dẫn tới phức tạp, chi phí tốn Luận án tập trung nghiên cứu để đưa giải pháp cho hệ thống tải điện ba pha khơng phân nhánh có nhánh rẽ Đối với hệ thống có nhánh rẽ, luận án đặt mục tiêu sử dụng thiết bị đo không yêu cầu đồng thời gian Trong chương luận án tập trung nghiên cứu phương pháp chủ động phát xung từ đầu đường dây truyền tải để xác định cố Do phương pháp sử dụng thiết bị, khơng u cầu đồng thời gian Luận án nghiên cứu giải pháp phát xung chủ động theo miền thời gian (TDR) phương pháp phát xung chủ động theo miền thời gian tần số (TFDR) -3- CHƯƠNG CÁC GIẢI PHÁP CỦA LUẬN ÁN TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN SĨNG LAN TRUYỀN 2.1 Mơ hình tốn học sóng lan truyền đường dây 2.1.1 Mơ hình đường dây truyền tải điện Để mô đường dây truyền tải theo [2], [22] thường sử dụng mơ hình  mơ hình thơng số đường dây phân tán (Distributed Parameter Line) a) Mơ hình  Mơ hình  ba pha với tham số phân đoạn PI thể hình bên Hình 1: Mơ hình đường dây truyền tải hình  pha Hình 2: Mơ hình phân đoạn đường dây truyền tải hình  ba pha b) Mơ hình đường dây thông số rải Theo [6, 22] hệ phương trình trạng thái đường dây dài là: i (x, t)  u (x, t)   x  R  i (x, t)  L  dt   i (x, t)  G  u (x, t)  C  u (x, t) dt t  Hình 2.3: Sơ đồ thay đường dây có thơng số rải đó: R, L, C, G thơng số đường dây đơn vị chiều dài 2.1.2 Nguyên lý lan truyền sóng đường dây Theo [6], [22] sóng lan truyền đường dây bao gồm sóng thuận u+(x,t) sóng ngược u-(x,t), thơng số đặc trưng cho truyền sóng đường dây dài bao gồm: Tổng trở sóng ZC, hệ số tắt , hệ số pha  , vận tốc truyền sóng v Z0 R0  j L0   Z0e j Y0 G0  j Go a) Tổng trở sóng: ZC  b) Hệ số truyền sóng :     j  ZY c) Vận tốc truyền sóng: v  2   f    f đó:  bước sóng, f tần số   2.1.3 Sóng điện từ đường dây tải điện khơng cố Giả sử thời điểm t=0 ta đóng vào đầu đường dây nguồn áp Vinc (t ) Dùng mơ hình mạch (mơ hình Petersen) tương đương mơ tả quan hệ sau, t=0 thời điểm sóng đánh tới cuối đường dây -4- Theo [6] đường dây có tổng trở sóng Z0 tải cuối đường dây Z2 hệ số khúc xạ  phản xạ  tính theo:  V 2Z Z  Z0   ref  Z0  Z Vinc Z  Z Hình 2.3: Mơ hình Petersen tương đương để giải tốn truyền sóng Vref – biên độ sóng phản xạ, Vinc – biên độ sóng tới Nếu đường dây khơng có cố thời gian từ lúc bắt đầu đóng nguồn vào đường dây có sóng 2l phản hồi là: t  t2  tl  v a) Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây trở: Theo [6] đóng nguồn điện áp Vinc vào đầu đường dây có tổng trở sóng Z0 tải cuối đường dây trở Rt thành phần phản xạ cuối đường dây là: Vref    Vinc  Rt  Z  Vinc Rt  Z Hình 2.4: Mơ hình Petersen tương đương mạch có tải trở b) Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R nt L): Giải mạch Hình 2.5 ta có tín hiệu điện áp đo đầu đường dây có phản xạ về: t  R   Z0 t Vtd (t )   Vinc   e T   Rt  Z R  Z  Hình 2.5: Mơ hình Petersen tương đương mạch có tải R nối tiếp L c) Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R || L): Tương tự ta có tín hiệu điện áp đo đầu đường dây có phản xạ về: t  R   Vtd (t )   Vinc  *e T  R  Z1   đó: T  R  Z1 L R  Z1 Hình 2.6: Mơ hình Petersen tương đương mạch có tải R song song L d) Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R || C): Giải mạch Hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo đầu đường dây có phản xạ về: t   R  t T Vtd (t )   Vinc   (1  e )   Rt  Z  đó: T  có Vtd (0)  Rt  Z  Ct số thời gian Khi t=0 ta Rt  Z Hình 2.7: Mơ hình Petersen tương đương mạch R song song C -5- e) Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R nt C): Giải mạch Hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo đầu đường dây có phản xạ về: t    2.Rt Vtd (t )  Vinc  2  e T   Rt  Z  Hình 2.8: Mơ hình Petersen tương đương mạch R nối tiếp C T  ( R  Z ).C 2.1.4 Sóng điện từ đường dây tải điện có điểm cố: Khác với trường hợp đường dây khơng có cố, có điểm cố sóng tới chạy từ đầu đường dây đến vị trí cố xuất thành phần phản xạ quay lại đầu đường dây Trong đó, xét trường hợp cố ngắn mạch có điện trở điện cảm cố Z fault  R f  j  X f Khi ta có: Hệ số phản xạ vị trí cố: 1  Z 0  Z Z 0  Z Nếu đường dây không bị đứt có sóng khúc xạ tới cuối đường dây có phản xạ ngược lại với Z 0  Z fault || Z 02 Khi thành phần phản xạ quay lại đầu đường dây với độ lớn là: Vref  1Vinc  Z0  Z fault  Z  Vinc Và thành phần khúc xạ vào phần đường dây phía sau với độ lớn tăng 1   1 lần: Vinc  (1  1 ) Vinc Thành phần khúc xạ lan truyền tới cuối đường dây, đập vào tải cuối đường dây tạo thành sóng Z  Z0 phản xạ với hệ số phản xạ:   t Zt  Z0 2.2 Các giải pháp đề xuất luận án 2.2.1 Sơ đồ khối ước lượng vị trí cố Luận án đề xuất phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động TDR TFDR Hình 2.9: Sơ đồ khối tổng quan phương pháp xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện 2.2.2 Phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động đường dây khơng có nhánh rẽ Đối với đường dây khơng có nhánh rẽ luận án đề xuất sử dụng phương pháp TDR Nội dung phương pháp chủ động phát tín hiệu (điện áp, dịng điện dạng xung vng) vào đầu đường dây truyền tảỉ điện Tín hiệu phản hồi thu từ đầu đường dây phân tích để xác định thời điểm sóng phản hồi từ điểm cố cuối đường dây -6- Trong luận án đề xuất phương pháp phân tích tín hiệu cơng cụ wavelet Phương pháp cho phép phát thời điểm thay đổi đột ngột tín hiệu Tín hiệu sau qua phân tích wavelet xác định sơ thời điểm sóng phản hồi đưa vào mạng nơron sử dụng thuật tốn phân tích để ước lượng vị trí cố, Hình 2.10: Sơ đồ khối xác định vị trí cố đường dây truyền tải nhánh Hình 2.11 Với đường dây khơng có nhánh rẽ u cầu độ xác cao (hoặc đường dây có nhiều lộ hệ thống cột) luận án đề xuất sử dụng phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động TFDR Nội dung phương pháp sử dụng mạch phát tín hiệu chirp (tín hiệu có biên độ tần số thay đổi theo thời gian) vào đầu đường dây, sau phân tích tín hiệu phản hồi để xác định vị trí cố 2.2.3 Phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động đường dây có nhiều nhánh rẽ 2.3 Phương pháp mơ kiểm nghiệm kết nghiên cứu sở sử dụng cơng cụ Matlab/Simulink 2.3.1 Mơ q trình sóng đường dây truyền tải điện: Luận án sử dụng phần mềm Matlab/Simulilnk mơ q trình truyền sóng đường dây truyền tải điện trường hợp đường dây khơng có nhánh rẽ đường dây có nhiều nhánh rẽ với dạng thông số cố thay đổi Ý tưởng cho q trình xây dựng mơ hình trình bày Hình Hình 2.11: Mơ hình mơ q trình truyền sóng 2.11 đường dây truyền tải điện 2.3.2 Xây dựng phần tử sử dụng mơ Hình 2.12: Sơ đồ khối mơ dạng ngắn mạch, nguồn Hình 2.13: Mơ hình khối thiết bị đo tín hiệu phản hồi từ phát xung chiều, nguồn phát tín hiệu hình chirp điểm cố cuối đường dây 2.4 Kết luận chương Trên sở phân tích ưu nhược điểm nghiên cứu trước đây, luận án đề xuất giải pháp để xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện pha: -7-  Đề xuất phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động miền thời gian (TDR) để ước lượng vị trí dạng cố đường dây truyền tải điện khơng có nhánh rẽ sử dụng phân tích Wavelet mạng nơron  Đề xuất phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động miền thời gian tần số (TFDR) để ước lượng vị trí dạng cố đường dây truyền tải điện khơng có nhánh rẽ đường dây truyền tải điện có nhiều nhánh rẽ sử dụng phân tích hàm tương quan  Đề xuất ứng dụng phần mềm Matlab/Simunlink làm công cụ mô kiểm nghiệm kết nghiên cứu Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TDR XÁC ĐỊNH SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY 3.1 Mơ tả phương pháp Ngun lý phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động (TDR - Time Domain Reflectometry) sử dụng mạch phát xung (điện áp/dòng điện) vào đầu đường dây truyền tải điện sau đường dây xảy cố phần tử Hình 3.1: Nguyên lý làm việc Time Domain bảo vệ tác động cắt nguồn phát điện sở lên Reflectometer đường dây Sau có xung phát vào đường dây, ta tiến hành ghi lại tín hiệu phản hồi Dựa việc phân tích tín hiệu phản hồi mà ta xác định số thông số đường dây, vị trí điểm cố 3.2 Wavelet ứng dụng wavelet để phân tích sóng phản hồi 3.2.1 Phân tích phổ wavelet 3.2.2 Thuật tốn biến đổi wavelet rời rạc Biến đổi wavelet liên tục (Continuous Wavelet Transform - CWT) hàm f(t) hàm wavelet mẹ (Mother Wavelet) ψ(t) 3.2.3 Thuật tốn Wavelet phân tích sóng phản hồi: Khi sử dụng họ wavelet, tín hiệu hàm thời gian phân tích theo cấu trúc Hình 3.2 sau: f (t)  a(t)  d (t) với a gọi thành phần "xấp xỉ" (approximation) chứa thành phần biến thiên chậm f(t) d gọi thành phần "chi tiết" (detail) chứa thành phần biến thiên nhanh Ta tiếp tục q trình phân tích tương tự cho thành phần a để có kết phân tích phổ wavelet đa tầng: f (t )  a1 (t )  d1 (t ) a1 (t )  a ( t )  d (t ) ak (t )  ak 1 (t )  d k 1 ( t ) -8- Để lấy ví dụ, ta sử dụng wavelet phân tích tín hiệu hàm số sau:  t  500  sin(0.1t ) y (t)    sin(0.101t ) 500  t  1000 Trên Hình 3.3 biểu diễn đồ thị hàm y(t), Hình 3.4 biểu diễn đồ thị phân tích thành phần bậc wavelet tín hiệu y(t) Từ kết phân tích nhận thấy tín hiệu y(t) phân tích thành thành phần chi tiết (biến đổi nhanh D1) thành phần xấp xỉ (biến đổi chậm) Căn vào đồ thị thành phần chi tiết D1 phân tích phổ wavelet Daubechies ta thấy tín hiệu biến đổi đột ngột vị trí tần số Hình 3.2: Cấu trúc bước liên tiếp phân tích tín hiệu biến đổi đột ngột ban đầu thành thành phần chi tiết xấp xỉ Như vào phân tích wavelet xác định thời điểm tín hiệu biến đổi đột ngột Approximation A1 1 0.8 0.5 0.6 0.4 0.2 -0.5 -1 -0.2 100 200 300 400 500 Detail D1 600 700 800 900 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0.2 -0.4 0.1 -0.6 -0.8 -0.1 -1 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -0.2 Hình 3.4: Phân tích phổ wavelet Daubechies tín hiệu y(t) Hình 3.3: Tín hiệu gốc hàm y(t) Trong luận án đề xuất sử dụng họ wavelet Daubechies bậc để xác định thời điểm có sóng phản hồi từ đường dây truyền gây biến thiên đột ngột tín hiệu điện áp đầu đường dây Trong trường hợp đường đường dây có tải R-L bị cố ngắn mạch vị trí 20km, tín hiệu phản hồi đo đầu đường dây Hình 3.5 Ta thấy số thời điểm có biến thiên đột ngột tín hiệu điện áp như: t  2ms ta đóng nguồn TDR vào đầu đường dây khiến điện áp tăng đột ngột lên xấp xỉ 70V Tại thời điểm t  2,17 ms có điện áp phản xạ từ điểm cố, t  2, 4ms có điện áp phản xạ từ tải R-L Khi tính tốn thành phần chi tiết bậc (thành phần d1 tín hiệu) Hình 3.5 phóng to Hình 3.6, ta thấy tất điểm biến thiên đột ngột tín hiệu Hình 3.5 tương ứng với mức tăng đột ngột lớn thành phần d1 Vì thấy wavelet công cụ hiệu để xác định thời điểm cố Detail D1 70 40 60 30 50 20 10 40 30 -10 20 -20 10 0 -30 0.5 1.5 2.5 Time(s) 3.5 4.5 x 10 -3 -40 0.5 1.5 2.5 Times(s) 3.5 4.5 x 10 Hình 3.5: Tín hiệu đầu đường dây có tải R-L cố pha vị trí l=20km thành phần chi tiết d1 tín hiệu -9Detail D1 -1 -2 -3 -4 -5 0.5 1.5 2.5 3.5 4.5 Times(s) Hình 3.6: Thành phần d1 tín hiệu điện áp từ Hình 3.5 phóng to Để ứng dụng phân tích Wavelet xác định vị trí cố đường dây có chiều dài L, ta tiến hành theo trình tự bước sau: Bước 1: Tại thời điểm t0 sử dụng mạch phát Bước 7: Thời điểm T0 tương ứng với thời điểm sóng xung u(t) (điện áp/dịng điện) chiều vào đầu đường phản hồi từ cuối đường dây (được xác định theo dây truyền tải điện sau đường dây xảy thiết kế, khơng có cố) Ví dụ với chiều dài cố phần tử bảo vệ tác động cắt đường dây 46.7km, thời gian sóng lan truyền phản nguồn phát điện sở lên đường dây  t  T0 V đó: T0 thời gian sóng u (t)   inc t  T0  truyền từ đầu đường dây truyền tải đến cuối đường xạ ngược trở lại tới đường dây xấp xỉ 0,4ms nên T0 xấp xỉ 2,4ms Ta chọn T0  d1 (t )   t  2,4ms Bước 8: Nếu tồn thời điểm t1 có giá trị d1 vượt ngưỡng chứng tỏ tồn điểm cố đường dây: t1  d1 (t )   dây phản xạ đầu đường dây t0  t T0 Bước 2: Sử dụng thiết bị đo tín hiệu phản hồi đầu đường dây với tần số lấy mẫu  thời gian Bước 9: Nếu không tồn điểm    / đo t>T0   0.025 quay lại từ bước Bước 3: Thực biến đổi Wavelet để có Bước 10: Nếu khơng tồn điểm t1 có giá trị d1 W(a,b) từ u(t0,T0); Bước 4: Tính tốn thành phần d1 khai triển vượt ngưỡng đường dây cố.Vị trí điểm cố (nếu tồn t1 ) tính theo wavelet W(a,b); cơng thức Bước 5: Xác định thời điểm giá trị d1 lớn truyền sóng đường dây, xác định từ trường 0.1; hợp tính tốn đường dây khơng có cố, nghĩa Bước 6: Thời điểm t tương ứng với thời là: v  x  v t t t  v 2 với v  vận tốc 2l với T0  t0 thời gian sóng lan T0  t điểm đóng nguồn phát xung (trong luận án chọn thời điểm 2ms) chọn t0  d1 (t )   truyền phản hồi từ cuối đường dây t  ms   0,1; 3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ xác phân tích Wavelet để xác định thời điểm sóng phản hồi 3.3 Mạng nơron mờ ứng dụng để hiệu chỉnh thời điểm sóng phản hồi 3.3.1 Quy tắc suy luận mạng TSK Mơ hình mạng TSK xử lý quy tắc logic mờ dạng [10]: If x A then y=q0.x + q1 Với trường hợp nhiều đầu vào x   x1, x2 ,, xN  , ta có quy tắc suy luận TSK cho dạng: If x A then N y  f (x)  q0   qi xi qi số i 1 3.3.2 Mơ hình mạng nơron mờ TSK -10- Các tác giả Takagi, x Sugeno Kang xây W1(x1=A11 dựng mơ hình toán học Y1=f1( W(xA1 x1 W2(x2=A1 dạng tương tự mạng truyền thẳng với cấu trúc hình 3.7 Cấu trúc x W1(x1=A2 x2 mạng TSK xác Y2=f2( F1 W(xA2 W2(x2=A2 định thông số (N, M, K) với N số đầu vào (số Y=f(x) WN(xN=A2 thành phần vectơ x), M x số quy tắc suy luận, K W(xA W1(x1=AM X số đầu mạng TSK YM=fM(x W2(x2=AM mơ hình gồm lớp F2 WN(xN=AM Hình 3.7: Mạng nơron mờ TSK 3.3.3 Thuật tốn học mạng nơron mờ TSK Theo [10] đề xuất thuật tốn hỗn hợp theo tách q trình điều chỉnh thích nghi thành hai q trình điều chỉnh thơng số tuyến tính điều chỉnh thơng số phi tuyến Thuật tốn mơ tả sau: Bước 1: Khởi tạo giá trị ban đầu thơng số phi tuyến tuyến tính Bước 2: Giữ ngun giá trị thơng số tuyến tính, sử dụng thuật tốn giảm bước cực đại điều chỉnh thơng số phi tuyến Bước 3: Giữ nguyên giá trị thơng số phi tuyến, sử dụng thuật tốn điều chỉnh thơng số tuyến tính Bước 4: Kiểm tra hàm sai số mục tiêu, ERng (Rng=0.7 đường dây khơng có rẽ nhánh) gọi Rk Nếu tồn Rj>Rng tiếp tục tìm điểm có Rj có giá trị lớn Rmax lân cận điểm Rk tRmax tương ứng với Rmax thời điểm sóng phản hồi từ điểm cố đầu đường dây Ngược lại không tồn giá trị điểm Rj>Rng ngoại trừ lân cận điểm cuối đường dây đường dây khơng có cố 4.4.2 Xác định vị trí cố đường dây có nhánh rẽ Luận án xây dựng mơ hình tương đương với đường dây truyền tải lựa chọn đường dây 110kV Lào Cai với thông số đường dây mơ lộ 171: A trạm E 20.2 Lào Cai, C trạm E 29.2 Than Uyên, F trạm A 20.2 Séo Chông Hô, E trạm E29.1 Phong Thổ: Các đoạn AB, BC, -19- BD, DE có thơng số: l AB  46, km ; l BC L0  0, 992 mH km ; C  11,6452 nF km ;  21, km; l BD  24,8 km ; lDE  17 km; R0  17, 43m  / km ; Đoạn DF có thơng số: l DF  30, km ; R0  14, m  / km ; L0  25, 68  H km ; C  6, 991  F km ; Mơ hình hệ thống truyền tải biểu diễn hình 4.8 Hình 4.8: Hệ thống đường dây truyền tải mạch rẽ nhánh Hình 9: Mơ hình mơ xác định thành phần sóng lan truyền phản xạ đường dây pha khơng có cố đường dây Trong trường hợp đường dây có nhiều nhánh rẽ hình 4.8, đường dây khơng có cố phát tín hiệu chirp vào đầu đường dây (tín hiệu gửi từ A đầu đường dây) theo trình bày phần xác định thời điểm t A , t Ai ( i   ), thời điểm sóng phản xạ từ B, C, D, E, F (cuối đường dây điểm rẽ nhánh) Biết thời điểm sóng tới tA0 sóng phản xạ xác định vij (vận tốc truyền sóng phân đoạn khác khác thông số đường dây phân đoạn đường dây khác nhau) vij  Lij t ji  i  j  đó: t ji  ti  t j ; l01  l AB ; l12  l BC ; l13  l BD ; l34  l DE ; l35  l DF Khi đường dây có cố, gửi tín hiệu chirp gửi vào đầu đường dây từ A F Tương tự trường hợp khơng có cố xác định thời điểm giá trị hàm tương quan lớn tương ứng với thời điểm sóng phản xạ từ cuối đường dây từ điểm rẽ nhánh, điểm có điểm có giá trị hàm tương quan lớn tương ứng với giá trị sóng phản hồi lớn t fault Hình 4.10: Phân bố giản đồ thời gian phản hồi đầu Hình 4.11: Phân bố giản đồ thời gian phản hồi đầu đường đường dây phát tín hiệu từ A dây phát tín hiệu từ F Gọi thời điểm t A0 , t Ai ( i   ), t Afault thời điểm phát xung từ A, tín hiệu phản hồi từ B, C, D, E, F, từ điểm cố -20- Gọi thời điểm t F , t Fi ( i   ), t Ffault thời điểm phát xung từ F, tín hiệu phản hồi từ D, E, B, D, A, từ điểm cố  Nếu t Afault  t A1 cố thuộc phân đoạn AB  Nếu t Ffault  t F cố thuộc phân đoạn DF  Nếu t Afault  t Ffault  t F  t A cố thuộc phân đoạn BD  Nếu t Afault  t Ffault  t F  t A1   cố thuộc phân đoạn BC Trong  sai số cho phép  Nếu t Afault  t Ffault  t F  t A   cố thuộc phân đoạn DE Nếu biết thời điểm xẩy cố cố phân đoạn ta suy vị trí cố Khi cố đoạn AB BC, sóng phản xạ từ A có lần phản xạ khúc xạ sóng phản hồi từ F Nên cố đoạn AB BC ta sử dụng kết xác định thời điểm cố sóng phản hồi từ A Tương tự cố DF, DE ta sử dụng kết xác định thời điểm cố sóng phản hồi từ F Sự cố đoạn BD sử dụng kết xác định thời điểm cố sóng phản xạ từ A từ F Nếu cố phân đoạn AB, vị trí cố tính theo công thức sau: l fault  v01  (t Afault  t A0 ) Hình 4.12: Sơ đồ thuật toán xác định cố thuộc nhánh Nếu cố phân đoạn BC: l fault  l01  Nếu cố phân đoạn BD l fault  l01  Nếu cố phân đoạn DE l fault  l35  Nếu cố phân đoạn DF l fault  v12  (t Afault  t A1) v13  (t Afault  t A1) v34  (tFfault  tF1 ) v35  (tFfault  tF ) Phương pháp xác định vị trí cố đường dây rẽ nhánh sử dụng hàm tương quan ngược: Tuần tự bước tính tốn để xác định chuỗi giá trị hàm tương quan: X   x1 , x2 ,, xN    X    xN , xN 1,, x1  Y   y1 , y ,, y N    Y   y N , y N 1, , y1  -21- Gọi X   x1 , x ,  , x N  - giá trị chuỗi số hóa tín hiệu chirp truyền vào (trong khoảng 50ns) với n giá trị, X    xN , xN 1,, x1  , Y   y1 , y2 ,, ym  tín hiệu phản hồi đo đầu đường dây với m giá trị, Y    ym , ym1,, y1  Ta tính giá trị tương quan tín hiệu mẫu X’ với cửa sổ (có độ rộng với X’) liên tiếp từ Y’ theo công thức:    j  1,m  n  1: R j  R X ,Y j  R  xN ,, x1  ,  y j , y j  n1  Với việc chuyển giá trị X   x1 , x ,  , x N   thành X    xN , xN 1,, x1  Y   y1 , y2 ,, ym  thành Y    ym , ym1,, y1  lúc tín hiệu phản hồi từ điểm cố theo trục thời gian hình 4.3 Hình 4.13: a) Mơ hình giản đồ thời gian sóng phản hồi từ điểm cố b) mơ hình giản đồ thời gian sóng phản hồi từ điểm cố chuyển trục tọa độ theo chiều ngược lại 4.4.3 Một số kết mô sử dụng phương pháp TFDR Hình 4.14: Mơ hình mơ xác định thành phần Hình 4.15: Mơ hình mơ xác định thành phần sóng lan truyền phản xạ đường dây pha có cố sóng lan truyền phản xạ đường dây pha có cố đường dây khơng tải đường dây Mơ hình Hình 4.14 Hình 4.15 sử dụng để mơ với giá trị thông số sau cố ngắn mạch:  Mơ hình mơ cố: M =2 (có tải, khơng tải)  Điện trở cố Rfault: R=5 giá trị (1, 10, 20, 50)  Điện cảm cố: Lfaulf: L= giá trị (1mH, 10mH)  Vị trí cố phân đoạn AB, BC, BD, DE, DF Mỗi phân đoạn đường dây chọn vị trí cố Tổng cộng có P= 2x5=10 vị trí cố  Loại cố: K=5 loại (ngắn mạch pha, ngắn mạch pha, ngắn mạch pha chạm đất ngắn mạch pha) 4.4.3.1 Kết tính tốn thơng số đường dây vị trí cố cho đường dây không rẽ nhánh Bảng 1: Bảng kết xác định vị trí cố áp dụng phương pháp hàm tương quan Lfault Dạng cố Hệ số R L (km) Sai số(m) 10km ABCG 0.905 10.157 157 -22- ABC AG AB ABG ABCG ABC AG AB ABG ABCG ABC AG AB ABG 20km 30km 0.944 0.805 0.944 0.874 0.971 0.999 0.815 0.896 0.944 0.971 0.878 0.857 0.878 0.939 10.028 10.145 10.028 10.169 20.150 20.021 19.891 20.009 20.150 30.084 29.955 30.084 29.955 30.084 28 145 28 169 150 21 109 150 84 45 84 45 84 R hệ số tương quan tín hiệu điện áp đầu đường dây tín hiệu chirp Kết Bảng cho thấy phương pháp áp dụng luận án có độ sai số thấp, sai số phương pháp tốt so với sai số [14] Khảo sát trường hợp cố ngắn mạch vị trí khác với loại cố khác nhau, kết cho thấy phương pháp phân tích hàm tương quan áp dụng để định vị cố cho loại cố khác 4.4.3.2 Kết cho hệ thống có nhiều nhánh Khi đường dây không cố với sơ đồ mạch nguyên lý đường dây truyền tải Hình 4.6 mơ hình mơ q trình truyền sóng đường dây nhiều nhánh Hình Khi kết tín hiệu đo Hình 4.16, t A0 thời điểm phát tín hiệu hình chirp vào đường dây, t Ai ( i  ) thời điểm sóng phản xạ từ điểm B, C, D, E, F, tA1 , t A thời điểm tín hiệu sóng phản xạ lần hai từ B C 0.8 0.6 t tA1 t A0 t A2 A0 A0 t 0.4 t A2 A1 0.2 t A5 t'A1 0.6 t'A1 t A4 A0 t t A4 t A3 0.8 0.4 A3 t t' A2 A5 0.2 0 -0.2 -0.2 -0.4 -0.4 -0.6 -0.6 -0.8 -0.8 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Times 0.6 0.7 0.8 0.9 -3 x 10 -1 1000 2000 3000 4000 5000 Time(s) 6000 7000 8000 9000 10000 Hình 4.16: Tín hiệu đầu đường dây đo khơng có Hình 4.17: Đồ thị hàm tương quan tín đầu tới tín cố hiệu phản hồi đo khơng có cố Sử dụng hàm tương quan tín hiệu tới tín hiệu phản hồi trình bày tiểu mục 4.2 chạy chương trình phụ lục ta kết thể theo đồ thị Hình 4.17 Trong t A0 thời điểm phát tín hiệu hình chirp vào đường dây, t Ai ( i  ) thời điểm sóng phản xạ từ điểm B, C, D, E, F tA1 , t A thời điểm sóng phản xạ lần hai từ B C Hình 4.17 Khi đường dây bị cố sử dụng mơ Hình 4.14 tín hiệu phản hồi đo Hình 4.18 Trong ngồi thời điểm t A0 thời điểm t Ai ( i  ) cịn có thời điểm t AF thời điểm xung phản hồi từ điểm cố Sử dụng phương pháp so sánh hàm tương quan ta đồ thị hàm tương quan tín hiệu tới tín hiệu phản hồi có cố pha đoạn BC cách B 11 km -230.8 0.6 0.4 0.5 0.2 0 -0.2 -0.4 -0.5 -0.6 -0.8 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Times 0.6 0.7 0.8 0.9 x 10 -3 Hình 4.18: Tín hiệu đầu đường dây đo có cố pha đoạn BC cách B 11km -1 1000 2000 3000 4000 5000 Time(s) 6000 7000 8000 9000 10000 Hình 4.19: Đồ thị hàm tương quan tín hiệu tới tín hiệu phản hồi có cố pha đoạn BC cách B 11km Các kết tính tốn thơng số đường dây vị trí cố Bảng 2: Kết xác định thời điểm sóng phản hồi từ đầu đường dây khơng có cố Vị trí phản hồi B C D E B lần F Thời gian phản hồi (s) 398,6 582,6 608,9 753,0 791,9 866,7 Hệ số R T2( điểm) 0.9897 0.83835 0.7055 0.70373 0.8347 0.85 3986 5826 6089 7531 7919 8699 Bảng 3: Kết xác định vận tốc phân đoạn đường dây Phân đoạn AB BC BD DE DF VA (km/s) VF (km/s) 234850.3897 234850.3897 234850.3897 234850.3897 233846.1538 234850.3897 234850.3897 234850.3897 234850.3897 233846.1538 VA, VF vận tốc tính tốn theo sóng phản hồi từ A F, R hệ số tương quan tín hiệu điện áp đầu đường dây với tín hiệu chirp tính theo cơng thức (4.15) Với thời gian phản hồi cho Bảng 4.2, áp dụng công thức (4.16) bảng kết vận tốc phân đoạn đường dây Bảng Từ giá trị vận tốc Bảng với trường hợp mô khác nhau, ta tính tốn theo cơng thức (4.18  4.22) tổng hợp kết vị trí cố Bảng sau: Bảng 4: Kết xác định vị trí cố ngắn mạch Bảng 5: Kết xác định vị trí cố ngắn mạch pha pha chạm đất chạm đất Đoạn cố AB BC BD DE DF Lfault Hệ số R L (km) 10 20 30 50 55 60 50 55 60 35 40 45 15 20 25 0.905 0.971 0.971 0.757 0.958 0.904 0.757 0.959 0.563 0.79 0.87 0.88 0.969 0.957 0.954 10.16 20.15 30.08 49.85 54.84 59.80 49.85 54.83 59.79 34.98 39.97 44.75 15.16 20.13 24.82 Sai số (m) 160 150 150 160 200 150 170 210 20 30 250 160 130 180 Đoạn cố AB BC BD DE DF Lfault Hệ số R L (km) 10 20 30 50 55 60 50 55 60 35 40 45 15 20 25 0.805 0.815 0.857 0.5 0.58 0.56 0.51 0.87 0.28 0.54 0.67 0.593 0.819 0.754 0.66 10.14 19.89 30.08 49.84 54.85 60.06 49.84 54.84 59.79 34.98 39.97 44.75 14.89 20.13 24.82 Sai số (m) 140 110 160 150 160 160 210 20 30 50 110 130 120 Lfault khoảng cách tính từ A cố đoạn AB, BC, BD, khoảng cách tính từ F cố phân đoạn DF DE Bảng 6: Kết khảo sát vị trí cố với điện trở khác -24Dạng cố Lfault AG 55 km BC ABCG 55 km BC Rfault Hệ số R L(km) Sai số (m) 50 100 150 200 250 50 100 150 200 250 0.63 0.61 0.59 0.58 0.58 0.95 0.96 0.96 0.96 0.961 54.85 54.85 54.85 54.85 54.85 54.84 54.84 54.84 54.84 54.84 150 150 150 150 150 160 160 160 160 160 Theo kết khảo sát nhận thấy phương pháp xác định vị trí cố đường dây có nhiều nhánh theo hàm tương quan cho kết xác, độ tin cậy cao, số điểm đo cần từ đầu đường dây, phương pháp không yêu cầu phải đồng tín hiệu từ đầu đường dây 4.5 Kết luận hướng phát triển Luận án nghiên cứu xây dựng mơ hình nhận dạng cố dường dây truyền tải điện khơng có phân nhánh đường dây có nhiều nhánh dựa phương pháp phân tích hình sóng phản hồi chủ động để xác định vị trí cố Nhưng đóng góp luận án:  Luận án xây dựng mô hình mơ sóng truyền tải đường dây truyền tải điện trường hợp đường dây không cố trường hợp đường dây cố khác  Luận án đề xuất mơ hình kết hợp phân tích wavelet với mạng nơron logic mờ TSK để xác định vị trí cố Trong wavelet sử dụng để phân tích tín hiệu phản hồi từ đầu đường dây Căn vào tín hiệu phân tích trích chọn tín hiệu tức thời xung quang thời điểm xẩy thay đổi đưa vào mạng nơron để xác định vị trí cố  Luận án xây phương pháp phân tích hàm tương quan sóng tới sóng phản hồi để nhận dạng vị trí cố Trong tín hiệu gửi vào đầu đường dây truyền tải tín hiệu hình chirp Đặc biệt với đường dây truyền tải điện có nhiều nhánh luận án đề xuất phương pháp nhận dạng vị trí cố với thiết bị đo Tuy đạt số kết trình bày ý tưởng giải pháp đề xuất số vấn đề cần tiếp tục bổ xung nghiên cứu chưa xét tới ảnh hưởng môi trường tới vận tốc truyền sóng hay chưa phát vài trường hợp cố thoảng qua -25- DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1.An Duong Hoa, Linh Tran Hoai (2016), “Fault detection on the transmission lines using the time domain reflectometry method basing on the analysis of reflected waveform”, IEEE International Conference on Sustainable Energy Technologies (ICSET 2016) Hanoi, Vietnam, pp 223-227 Dương Hịa An, Trần Hồi Linh (2015), “Xác định vị trí cố đường dây truyền tải có nhiều nhánh sử dụng phương pháp sóng phản hồi chủ động”, Hội nghị toàn quốc lần thứ Điều khiển Tự động hóa VCCA 2015, trang 559-564, Thái Nguyên Dương Hịa An, Đỗ Trung Hải, Trần Hồi Linh (2016), “Ứng dụng phương pháp sóng phản hồi chủ động phân tích hàm tương quan để xác định vị trí cố đường dây truyền tải”, Tạp chí Khoa học Công nghệ Thái Nguyên, Tập 155 - số 10, trang 141146 An Duong Hoa, Linh Tran Hoai, Hai Do Trung, “An implementation of timedomain reflectometry using FPGA for transmission lines fault location”, The 11th SEATUC Symposium 2017 Dương Hịa An, Đỗ Trung Hải, Trần Hồi Linh (2019), “Ứng dụng mạng nơron logic mờ để xác định vị trí cố đường dây truyền tải”, Tạp chí Nghiên cứu khoa học cơng nghệ qn sự, số 10, trang 87-92  ... cấp, đường dây đơn, đường dây kép, đường dây có nhiều nhánh rẽ Tính chất cố khác điện trở, điện cảm cố thay đổi Do phương pháp áp dụng chung cho tất dạng đường dây truyền tải điện Các giải pháp. .. tích phương pháp xác định vị trí cố tóm tắt có phương pháp xác định cố kinh điển phương pháp dựa đo lường từ đầu đường dây, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây Các phương pháp phương pháp. .. Tổng quan phương pháp định vị cố đường dây tải điện 1.3 Phương pháp đo lường từ phía 1.3.1 Phương pháp điện kháng đơn 1.3.2 Phương pháp Takagi 1.3.3 Phương pháp Takagi cải tiến 1.4 Phương pháp đo