Xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải bằng phương pháp biến đổi wavelet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN THÀNH CHUNG XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2020 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Ngọc Điều……………………………… Cán chấm nhận xét 1: TS Huỳnh Quốc Việt Cán chấm nhận xét 2: TS Dương Thanh Long………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP HCM, ngày 22 tháng 08 năm 2020 Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm: Chủ tịch Hội đồng TS Nguyễn Phúc Khải: Thư ký TS Huỳnh Quốc Việt: Phản biện TS Dương Thanh Long: Phản biện PGS.TS Huỳnh Châu Duy: Ủy viên Xác nhận Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn Trưởng khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn chỉnh sửa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƯỞNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRẦN THÀNH CHUNG MSHV: 1670794 Ngày, tháng, năm sinh: 24/09/1988 Nơi sinh: Bình Dương Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 60520202 I TÊN ĐỀ TÀI: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Trình bày phương pháp biến đổi wavelet xác định vị trí cố đường dây - Tính tốn vị trí cố đường dây truyền tải thực tế phương pháp biến đổi wavelet - Qua kết tính tốn được, tiến hành đánh giá hiệu phương pháp III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/08/2020 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Võ Ngọc Điều Tp HCM, ngày tháng năm 20 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Họ tên chữ ký) CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên chữ ký) TRƯỞNG KHOA (Họ tên chữ ký) CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt sâu sắc đến thầy Võ Ngọc Điều tận tình hướng dẫn, bảo nhắc nhở tơi suốt q trình thực luận văn tốt nghiệp Thầy hết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tơi hồn thành đề tài Một lần xin gửi đến thầy lịng biết ơn chân thành Tơi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến tồn thể q Thầy Cơ Trường Khoa Điện – Điện tử, Trường Đại học Bách khoa TP.HCM tận tình truyền đạt kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu tơi hồn thiện đề tài TP Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 08 năm 2020 Học viên Trần Thành Chung HVTH: Trần Thành Chung CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều TÓM TẮT Vấn đề xác định vị trí cố nghiên cứu từ nhiều thập niên có ý nghĩa quan trọng vận hành, điều khiển hệ thống điện Mục tiêu xác định nhanh xác vị trí, phần tử bị cố hệ thống điện ngày phức tạp, có nhiều nhánh rẽ để khắc phục đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện Có nhiều nguyên nhân gây cố, kết sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào đường dây, sương mù, gãy đổ, thiết bị bị cố, phóng điện vi phạm hành lang an toàn đường dây hoạt động người, tải…Việc xác định vị trí cố xác, nhanh chóng có ý nghĩa quan trọng cho cơng tác sửa chữa, giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện, sớm khắc phục cố tái lập vận hành, giảm chi phí sửa chữa, đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn tin cậy Trong đề tài này, nghiên cứu việc áp dụng phép biến đổi wavelet cho việc xác định vị trí ngắn mạch đường dây truyền tải cao Thông qua phần mềm Matlab Simulink sẻ mô đoạn đường dây thực tế để tiến hành lấy tín hiệu điện áp dòng điện nút xảy cố giả định để tiến hành tính tốn Từ kết này, sử dụng phép biến đổi wavelet kết hợp với giải thuật lọc nhiễu để xác định tín hiệu thời gian sóng truyền từ điểm ngắn mạch hai đầu cuối đường dây sau tính tốn khoảng cách vị trí xảy ngắn mạch Để đánh giá tính khả thi phương pháp này, áp dụng phương pháp cho đường dây không 110kV Thác Mơ – Bù Đăng – rẽ nhánh Đak Glun Kết cho thấy phương pháp đề xuất có độ xác cao thích hợp cho mơ hình thực tế HVTH: Trần Thành Chung CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều ABSTRACT The problem of locating incidents has been studied for decades and is very important in the operation and control of electrical systems The main objective is to quickly and accurately identify locations and faulty elements in an increasingly complex electricity system with many branches to overcome to ensure the reliability of electricity supply and quality of electricity There are many causes of incidents, such as the result of direct or indirect lightning strikes on lines, fog, fallen trees, faulty equipment, and discharges due to violations of the line safety corridor due to human activities, overloading The determination of the exact location of the incident quickly and quickly is very important for the repair work, minimizing the time of interruption of power supply, early troubleshooting of re-establishment operate, reduce repair costs, ensure reliable and safe operation of the electrical system In this project, I study the application of the Wavelet transform for determining the location of a short circuit on a high-voltage transmission line Through Matlab Simulink software will simulate the actual line segments to take signals of the voltage and current at the nodes when a hypothetical fault occurs to conduct calculations From these results, I used a static wavelet transform in combination with a noise filtering algorithm to determine the signal and wave time from the short circuit to the two ends of the line and then calculate the distance The location of the short circuit To assess the feasibility of this method, I applied this method to an 110kV Thac Mo - Bu Dang - overhead line at Dak Glun branch The results show that the proposed method has very high accuracy and is suitable for real models HVTH: Trần Thành Chung CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu Luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực Luận văn cảm ơn thơng tin trích dẫn Luận văn rõ nguồn gốc Học viên thực Luận văn (Ký ghi rõ họ tên) Trần Thành Chung HVTH: Trần Thành Chung CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu .1 1.2 Hướng tiếp cận đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu 1.4 Phạm vi nghiên cứu .2 1.5 Đối tượng nghiên cứu CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 2.1 Ý nghĩa tốn xác định vị trí cố .3 2.2 Một số phương pháp xác định vị trí cố .3 2.3 Phương pháp dựa vào trở kháng 2.4 Phương pháp sóng lan truyền 2.5 Phương pháp biến đổi Wavelet CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET 3.1 Lịch sử hình thành 3.2 Khái niệm 3.3 Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) .9 3.4 Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA) 11 3.5 Phương pháp biến đổi wavelet tính tốn vị trí cố cho mạch đường dây rẽ nhánh hình T áp dụng cho luận văn 13 3.5.1 Phương pháp biến đổi wavelet tính tốn cho mạch đường dây thẳng 13 3.5.2 Phương pháp tính tốn vị trí cố áp dụng cho mơ hình mạch đường dây rẽ nhánh hình T luận văn .16 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TỐN 19 4.1 Giới thiệu .19 4.2 Khảo sát mơ hình đường dây hệ thống mẫu 20 4.2.1 Mô đường dây 20 4.2.2 Kết mô 21 4.3 Khảo sát đường dây thực tế 110kV Thác Mơ – Bù Đăng rẽ nhánh Đak Glun .41 4.3.1 Mô đường dây 41 4.3.2 Kết mô 43 HVTH: Trần Thành Chung CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 61 5.1 Kết luận 61 5.2 Hướng nghiên cứu mở rộng luận văn 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 HVTH: Trần Thành Chung CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 4.1: Bảng kết tính tốn cố đường dây .40 Bảng 4.2: Bảng kết tính tốn vị trí cố đường dây với giá trị điện trở cố khác .41 Bảng 4.3: Bảng kết tính toán cố đường dây 110kV Thác Mơ - Bù Đăng - rẽ nhánh Đak Glun 60 HVTH: Trần Thành Chung 50 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.52: Hệ số chi tiết bậc Dùng giải thuật lọc nhiễu theo sơ đồ hình 3.5, ta thu ma trận tương quan - Với n=1, ta ma trận tương quan sau: Hình 4.53: Ma trận tương quan bậc HVTH: Trần Thành Chung 51 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.54: Ma trận tương quan bậc Hình 4.55: Ma trận tương quan bậc Do tín hiệu đủ để xác định thời gian truyền sóng nên khơng cần tăng n HVTH: Trần Thành Chung 52 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.56: Giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc nút Thác Mơ - Dựa vào giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc thu hình 4.56, ta xác định thời gian xung đỉnh xuất nút Thác Mơ là: tTM=0.02003 giây - Tiến hành tách sóng điện áp pha A nút Bù Đăng để tính tốn theo sơ đồ giải thuật hình 3.5, thực giống nút Thác Mơ Hình 4.57: Sóng điện áp pha A nút Bù Đăng HVTH: Trần Thành Chung 53 - CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Tiến hành biến đổi wavelet loại db2 bậc 4, ta thu hệ số sau: Hình 4.58: Hệ số xấp xỉ bậc Hình 4.59: Hệ số chi tiết bậc Do tín hiệu sóng điện áp pha A nút Bù Đăng bị tác động nên kết phân ly bậc cho hệ số xấp xỉ bậc hình 4.58 hệ số chi tiết bậc hình 4.59 bị nhiễu HVTH: Trần Thành Chung 54 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.60: Hệ số xấp xỉ bậc Hình 4.61: Hệ số chi tiết bậc HVTH: Trần Thành Chung 55 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.62: Hệ số xấp xỉ bậc Hình 4.63: Hệ số chi tiết bậc HVTH: Trần Thành Chung 56 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.64: Hệ số xấp xỉ bậc Hình 4.65: Hệ số chi tiết bậc Sử dụng giải thuật lọc nhiễu giống nút Thác Mơ theo sơ đồ giải thuật hình 3.5 chướng 3, tạo thành ma trận tương quan sau: - Với n=1 HVTH: Trần Thành Chung 57 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.66: Ma trận tương quan bậc 1,n=1 Hình 4.67: Ma trận tương quan bậc 2, n=1 HVTH: Trần Thành Chung 58 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 4.68: Ma trận tương quan bậc 3, n=1 Do tín hiệu đủ để xác định thời gian xung đỉnh xuất lần nên khơng cần tăng n Hình 4.69: Giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc nút Bù Đăng Dựa vào kết giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc thu hình 4.69, xác định thời gian xuất xung đỉnh xuất lần nút Bù Đăng là: tBĐ=0.02011 giây HVTH: Trần Thành Chung 59 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Tiến hành tính tốn tương tự cho nút Đak Glun ta giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc Hình 4.70: Giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc nút Đak Glun Thông qua giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc nút Thác Mơ, Đak Glun Bù Đăng, ta thấy tín hiệu nút Thác Mơ cao so với nút cịn lại Do cố nằm nhánh Thác Mơ-T Dựa vào thông số đường dây ta tính vận tốc truyền sóng đường dây: v 1   295606,9km / s 3 9 L.C 0,9068.10 12,62.10 Theo cơng thức (3.14), khoảng cách vị trí cố tính từ nút Thác Mơ tính sau: x LTM T  LBDT  v(tBD  tTM ) 20017,689  20,341  295606,9.(0,02011  0,02003)   7,19km 2 Sai số kết tính với thực tế: HVTH: Trần Thành Chung CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều 60 Err %  x  xtt 7,19  100  100  1,07% Lsc 17,689 Thực tương tự cho vị trí loại cố khác ta có bảng kết sau: Bảng 4.3: Bảng kết tính tốn cố đường dây 110kV Thác Mơ Bù Đăng - rẽ nhánh Đak Glun Nhánh bị Loại cố cố TM-T TM-T TM-T TM-T TM-T ĐG-T BĐ-T BĐ-T N(1) N(1) N(2) N(2) N(3) N(1,1) N(1) N(1,1) Vị trí cố Vị trí cố giả định tính tốn (km) (km) 15 10 7,19 14,85 3,05 5,89 5,17 9,86 3,05 6,84 Sai số (%) 1,07 0,85 0,28 0,62 0,08 0,98 0,25 0,79 Nhận xét: Kết tính tốn so với khoảng cách thực tế sai số nhỏ, từ 0,25% 1,07% Sai số phụ thuộc vào nhiều yếu tố không tỷ lệ với vị trí xảy cố Vì chiều dài đoạn nhánh rẽ có chênh lệch nên biên độ tín hiệu thu nút thuộc nhánh rẽ cố chưa có giá trị lớn vị trí cố xa so với nút thuộc nhánh rẽ không bị cố HVTH: Trần Thành Chung 61 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Kết luận Luận văn trình bày phương pháp xác định vị trí cố ngắn mạch mạch đường dây truyền tải hình T, sử dụng Matlab-Simulink để mô thực biến đổi wavelet tĩnh dạng Daubechies-2 (db2) bậc kết hợp với giải thuật lọc nhiễu để xác định tín hiệu xung tới nút đường dây cố tạo để xác định thời gian truyền sóng, với vận tốc sóng truyền tính theo thơng số đường dây, xác định vị trí cố ngắn mạch Biến đổi wavelet phương pháp đại, cơng cụ xử lý tín hiệu kỹ thuật số mạnh mẽ Phương pháp cho kết tính tốn vị trí cố xác so với báo tham khảo Kết phương pháp không bị ảnh hưởng dạng ngắn mạch khác mà phụ thuộc vào kết cấu đường dây 5.2 Hướng nghiên cứu mở rộng luận văn Luận văn khảo sát đường dây rẽ nhánh khơng, nên mở rộng để tính tốn cho cáp ngầm dạng mạch vịng đường dây có gắn chống sét MOV Từ giúp nâng cao cơng tác vận hành lưới điện giảm thời gian tìm kiếm khắc phục có cố xảy nhằm mang lại hiệu kinh tế cao Do thời gian thực luận văn, tài liệu tham khảo lực nghiên cứu thân bị hạn chế nên luận văn khơng thể hết tồn ưu điểm phương pháp Rất mong nhận góp ý để hồn thiện hơn./ HVTH: Trần Thành Chung 62 [1] CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều TÀI LIỆU THAM KHẢO Phan Thị Thanh Bình, Hồ Văn Hiến, Nguyễn Hồng Việt, “Thiết kế hệ thống điện” NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2004 [2] Nguyễn Hồng Việt, Phan Thị Thanh Bình, “Ngắn mạch ổn định hệ thống điện” NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2005 [3] Nguyễn Hoàng Hải, Nguyễn Việt Anh, Phạm Minh Tồn, Hà Trần Đức, “Cơng cụ phân tích Wavelet v ứng dụng matlab” NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2005 [4] Lã Văn Út, “Ngắn mạch hệ thống điện” NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2005 [5] Phạm Văn Hòa, “Ngắn mạch đứt dây hệ thống điện” NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2004 [6] Đỗ Xn Khơi, “Tính tốn phân tích hệ thống điện” NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội, 2001 [7] Trần Bách, “Lưới điện hệ thống điện–Tập 3” NXB Khoa Học Kỹ Thuật Hà Nội , 2005 [8] Hoàng Việt, “Kỹ thuật điện cao áp–Tập 1&2” NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2005 [9] Lê Tiến Thường,”Xử lý số tín hiệu wavelet” NXB Đại Học Quốc Gia TP.HCM, 2016 [10] M Misiti, Y Misiti, G Oppenheim, and J Poggi, “Wavelet Toolbox for Use with MATLAB, 1996,” Mathworks Inc., Natick, MA, USA, 1997, [Online] [11] A M Elhaffar, “Power Transmission Line Fault Location based on Current Traveling Waves,” Diss degree Dr Helsinki Univ Technol [12] D S S Mohammed, “Travelling Wave Method For Transmission System Fault Location,” Fac Electr Eng Univ Teknol Malaysia [13] N K K and A K S D Chanda, “A Wavelet Multiresolution Analysis for Location of Faults on Transmission Lines,” Int J Electr Power Energy Syst., vol Vol.25, No HVTH: Trần Thành Chung 63 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều [14] Z.-L L Heng-Xu Ha, Bao-Hui Zhang, “A Novel Principle of SingleEnded Fault Location Technique for EHV Transmission Lines,” IEEE Trans Power Deliv., vol Vol 18 [15] K Glik, D D Rasolomampionona, and R Kowalik, “Detection, classification and fault location in HV lines using travelling waves,” Prz Elektrotechniczny, vol 88, no A, pp 269–275, 2012 [16] C K Jung, J B Lee, X H Wang, and Y H Song, “Wavelet based noise cancellation technique for fault location on underground power cables,” Electr Power Syst Res., vol 77, no 10, pp 1349–1362, 2007, doi: 10.1016/j.epsr.2006.10.005 [17] C Y Evrenosog̃lu and A Abur, “Travelling wave based fault location for teed circuits,” IEEE Trans Power Deliv., vol 20, no I, pp 1115–1121, 2005, doi: 10.1109/TPWRD.2004.834303 [18] A Yadav, P Walayani, and A S Thoke, “Fault Classification, Distance Location and Faulty Section Identification in Teed Transmission Circuits using Artificial Neural Network,” Int J Comput Appl., vol 47, no 15, pp 19–25, 2012, doi: 10.5120/7264-0234 HVTH: Trần Thành Chung 64 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều LÝ LỊCH TRÍCH NGANG I THÔNG TIN CÁ NHÂN - Họ tên: Trần Thành Chung - Ngày, tháng, năm sinh: 24/09/1988 - Địa liên lạc: 425 đường 30/4, Phường Phú Thọ, Thành phố Thủ Dầu Nơi sinh: Bình Dương Một, tỉnh Bình Dương II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO - Từ năm 2006 -2013: Học đại học Đại học Bình Dương - Từ năm 2016 đến nay: Học cao học Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh III QUÁ TRÌNH CƠNG TÁC - Từ năm 2013 đến nay: Cơng tác Trung tâm Đầu tư, khai thác thủy lợi nước nông thôn HVTH: Trần Thành Chung ... TÀI: XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Trình bày phương pháp biến đổi wavelet xác định vị trí cố đường dây - Tính tốn vị. .. QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 2.1 Ý nghĩa tốn xác định vị trí cố .3 2.2 Một số phương pháp xác định vị trí cố .3 2.3 Phương pháp dựa... CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 2.1 Ý nghĩa toán xác định vị trí cố Khi xảy cố vị trí lưới truyền tải giá trị điện áp, dòng điện vị trí thay đổi Từ giá trị ta xác