Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định vị trí sự cố của đường dây tải điện

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN SỸ HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT HÀM TƯƠNG QUAN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN Thái Nguyên - Năm 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NGUYỄN SỸ HẢI NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT HÀM TƯƠNG QUAN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ CỦA ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 8.52.02.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đỗ Trung Hải Thái Nguyên – Năm 2020 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Sỹ Hải Đề tài luận văn: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định vị trí cố đường dây tải điện Chuyên ngành:Kỹ thuật điện Mã số: : 8.52.02.01 Tác giả, Cán hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 04/10/2020 với nội dung sau: - Sửa lỗi câu chữ, thuật ngữ luận văn phù hợp với chuyên ngành - Bổ sung thêm danh mục hình vẽ bảng biểu theo quy định Thái Nguyên,ngày 26 tháng 10 năm 2020 Cán hướng dẫn Tác giả luận văn TS Đỗ Trung Hải Nguyễn Sỹ Hải CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG PGS.TS Nguyễn Hữu Công i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu thân Các nghiên cứu kết trình bày luận văn trung thực chưa công bố công bố luận văn trước Thái Nguyên, ngày 20 tháng năm 2020 Tác giả luận văn Nguễn Sỹ Hải ii LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn này, tơi nhận nhiều ý kiến đóng góp, động viên từ thầy cô giáo, bạn đồng nghiệp người thân gia đình Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ long biết ơn tới TS Đỗ Trung Hải tận tình hướng dấn, ln hỗ trợ khích lệ suốt thời gian làm luận văn để tơi hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể thầy giáo tham gia giảng dạy khóa học chuyên ngành Kỹ thuật điện cho ý kiến q báu suốt q trình học tập Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Thầy giáo, Cô giáo khoa Điện Phòng Đào tạo Nhà trường tạo điều kiện thuận lợi mặt để tơi hồn thành nội dung luận văn Thái Ngun, ngày 20 tháng năm 2020 HỌC VIÊN Nguyễn Sỹ Hải iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN II LỜI CẢM ƠN III MỤC LỤC IV DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT VII DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU VIII MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết Mục đích nghiên cứu .1 Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Nội dung luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN .3 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Một số phương pháp xác định vị trí cố 1.2.1 Phương pháp tính tốn dựa trở kháng (đo lường phía) [9,10] 1.2.1.1 Phương pháp điện kháng đơn 1.2.1.2 Phương pháp TAKAGI 1.2.1.3 Phương pháp TAKAGI cải tiến 1.2.2 Phương pháp đo lường từ hai phía [11,12] 1.2.3 Phương pháp định vị cố dựa nguyên lý sóng lan truyền từ điểm cố 1.2.4 Phương pháp định vị cố dựa nguyên lý sóng lan truyền từ đầu đường dây 10 1.3 Kết luận chương .10 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU Q TRÌNH TRUYỀN SĨNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 11 2.1 Mơ hình đường dây truyền tải điện [2,4] 11 iv 2.2 Nguyên lý lan truyền sóng đường dây [4,6] 13 2.2.1 Tổng trở sóng ZC 13 2.2.2 Hệ số truyền sóng  14 2.2.3 Vận tốc truyền sóng v 14 2.3 Sóng điện từ đường dây tải điện không cố [3,4] 15 2.3.1 Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây trở 17 2.3.2 Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R nt L): 17 2.3.3 Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R|| L): 18 2.3.4 Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R ||C): 19 2.3.5 Sóng lan truyền đường dây khơng có cố với tải cuối đường dây dạng (R nt C): 19 2.4 Sóng điện từ đường dây tải điện có điểm cố .20 2.5 Kết luận chương .21 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT HÀM TƯƠNG QUAN ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 22 3.1 Tín hiệu chirp [13,14] 22 3.2 Hàm tương quan [7] 25 3.3 Sử dụng hàm tương quan để xác định vị trí cố [1] 26 3.4 Kết luận chương .30 CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG 31 4.1 Phần mềm Matlab-Simulink mô hệ thống điện [8] 31 4.1.1 Thư viện Sources: gồm có khối nguồn constant, khối Ramp Step, Khối Pulse Generator, Khối sine Wave hình 4.1 31 4.1.2 Thư viện thị Sinks bao gồm khối Display, XY Graph, To File, To Workspace, Scope hình vẽ 32 4.1.3 Thư viện SimPowerSystems: Công cụ mô lưới điện 33 v 4.1.4 Thư viện nguồn: bao gồm nguồn chiều, xoay chiều pha, pha, nguồn dòng, nguồn áp, nguồn có điều khiển nguồn khơng có điều khiển hình vẽ 34 4.1.5 Thư viện Elements 34 4.1.6 Thư viện khối đo lường: 38 4.2 Mơ sóng lan truyền đường dây dài để xác định vận tốc truyền sóng .38 4.2.1 Mơ hình mô 38 4.2.2 Kết mô 41 4.3 Mơ sóng lan truyền đường dây dài khơng phân nhánh đường dây có cố: 42 4.3.1 Mơ hình mơ 42 4.3.2 Kết mô số loại cố khác nhau: 43 4.3.2.1 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất 43 4.3.2.2 Sự cố pha chạm đất 45 4.3.2.3 Sự cố ngắn mạch hai pha 45 4.4 Kết luận chương .46 KẾT LUẬN 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO .48 PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH VẬN TỐC TRUYỀN SĨNG 50 PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ 52 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ý nghĩa Ký hiệu Đơn vị R0 Điện trở đơn vị chiều dài đường dây /km L0 Điện cảm đơn vị chiều dài đường dây H/km H0 Điện dung đơn vị chiều dài đường dây F/km G0 Điện dẫn đơn vị chiều dài đường dây S/km Vref Sóng tín hiệu điện áp phản hồi V Vinc Sóng tín hiệu điện áp chiều có biên độ Vinc (sóng tới) V V Vận tốc truyền sóng đường dây truyền tải điện I Dòng điện A l Chiều dài đường dây km Chiều dài từ đầu đường dây đến điểm cố km Rf Điện trở cố  IF Dòng điến cố A ZL Tổng trở đường dây   hệ số khúc xạ  hệ số phản xạ Lfault vii Km/s DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ minh họa cố đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện kháng đơn Hình 1.2: Minh họa phương pháp TAKAGI mạch điện pha hai nguồn Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý đường dây bị cố với hai nguồn cấp Hình 1.4: Sơ đồ thay đường dây cố Hình 1.5: Sự lan truyền phản xạ sóng dịng điện đường dây 10 Hình 1: Mơ hình đường dây truyền tải hình PI pha 11 Hình 2.2: Mơ hình phân đoạn đường dây truyền tải hình PI ba pha 12 Hình 2.3: Mơ hình Petersen tương đương để giải tốn truyền sóng 16 Hình 2.4: Mơ hình Petersen tương đương mạch có tải trở 17 Hình 2.5: Mơ hình Petersen tương đương mạch có tải R nối tiếp L .17 Hình 2.6: Mơ hình Petersen tương đương mạch có tải R song song L 18 Hình 2.7: Mơ hình Petersen tương đương mạch R song song C 19 Hình 2.8: Mơ hình Petersen tương đương mạch R nối tiếp C 19 Hình 3.1: Sơ đồ khối tổng quan phương pháp xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện 22 Hình 3.2 tín hiệu chirp 25 Hình 3.3: Tín hiệu đầu đường dây đo khơng có cố 27 Hình 3.4: Đồ thị hàm tương quan tín đầu tới tín hiệu phản hồi đo khơng có cố .27 Hình 3.5: Lưu đồ thuật tốn xác định thời điểm sóng phản hồi 30 Hình 4.1 Thư viện khối nguồn 31 Hình 4.2 Thư viện khối hiển thị 33 Hình 4.3 Thư viện cơng cụ mơ SimPowerSystems 33 Hình 4.4 Thư viện khối nguồn SimPowerSystems 34 Hình 4.5 Thư viện Elements SimPowerSystems 35 Hình 4.6 Block cài đặt thông số cho đường dây thông số dải .36 Hình 4.7 Block cài đặt thơng số cho máy cắt pha .36 Hình 4.8 Block cài đặt thơng số cho cổng kết nối 37 viii ... xử lý cố lâu ảnh hưởng tới trình liên tục cung cấp điện Để góp phần rút ngắn thời gian phát vị trí cố, đề tài ? ?Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định vị trí cố đường dây tải điện? ??... nghiên cứu Đưa kiến thức, bước để ứng dụng phương pháp lý thuyết hàm tương quan để xác định cố đường dây truyền tải điện Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phát vị trí cố đường dây truyền tải điện 110... dụng lý thuyết hàm tương quan để xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện Chương 4: Các kết tính tốn mơ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN