Nghiên cứu xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới điện phân phối dùng mạng nơ ron nhân tạo

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ẠI HỌC BÁCH KHOA NGU ỄN N NG CHUNG C C NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TỐN C R L NH V TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI IỆN PHÂN PHỐI DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO (ARTIFICIAL NEURAL NETWORK) T U D LUẬN V N THẠC SĨ KỸ THUẬT Nẵng – Năm 2020 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ẠI HỌC BÁCH KHOA NGU ỄN N NG CHUNG NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TOÁN C C C NH V TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI IỆN PHÂN PHỐI DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO (ARTIFICIAL NEURAL NETWORK) R L Chuyên Ngành Mã số T : Kỹ Thuật iều Khiển Và Tự ộng Hóa U D : 8520216 LUẬN V N THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS HÀ XUÂN VINH Nẵng – Năm 2020 LỜI CAM OAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tự thân tơi thực Các số liệu kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tác giả luận văn C C Nguy n Năng Chung R L U D T NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TO N C NH V TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI IỆN PHÂN PHỐI DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO Học viên: Nguy n Năng Chung Chuyên ngành: Kỹ thuật điều khiển Tự động hóa Mã số: 8520216 Khóa: K37 Trƣờng Đại học Bách khoa - ĐHĐN Tóm tắt Trƣớc nhu c u s ng điện ngày cao c a khách hàng việc đảm ảo độ tin cậy cung cấp điện nh ng nhiệm v quan trọng c a ngành điện Lƣới điện phân phối chiếm t trọng lớn có vai tr quan trọng hệ thống điện o c n đ i h i phải vận hành an toàn liên t c c ng nhƣ kh c ph c nhanh xảy cố C C T nhu c u thực ti n trên, tác giả chọn đề tài nghiên cứu "Nghiên cứu xây dựng thuật toán xác đ nh v tr cố lƣới điện phân phối dùng mạng nơ ron nhân tạo" Đề tài đƣa đề xuất giải pháp nh m xác đ nh v tr cố lƣới điện phân phối t nhân viên vận hành tiếp cận x l cố khôi ph c cấp điện cho khách hàng cách nhanh chóng R L T Từ khóa – lƣới điện phân phối; v trí cố; nơ ron nhân tạo; phối hợp bảo vệ, cô lập cố U D RESEARCH TO BUILD AN ALGORITHM TO DETERMINE THE FAULT IN THE DISTRIBUTION SYSTEMS USE NEURAL NETWORK Abstract In response to the increasing demand for electricity by customers, ensuring the reliability of electricity supply is one of the important tasks of the electricity industry The distribution systems accounts for a very large proportion and plays an important role in the electrical system, thus requiring safe and continuous operation as well as quick fixes when incidents occur From the above practical needs, the author chooses the research topic "Research to build an algorithm to determine the fault location in the distribution systems use neural network" This topic offers a solution proposal to determine the location of incidents in the distribution grid, from which operators can quickly approach troubleshooting and restore power supply to customers in a way fast Key words – Distribution system; fault location; neural network; coordinate protection; incident isolation MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Tóm tắt luận văn Mục lục Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ẦU C C C n - T NG QUAN VỀ C C SỰ CỐ V HỆ THỐNG BẢO VỆ TRÊN LƯỚI IỆN PHÂN PHỐI R L 1.1 Tổng quan tình hình cố l ới điện phân phối tỉnh Kon Tum T T ốn ê t n n ự cố đầ năm 20 vực miền Tr n T Nguyên T ốn êtn U D n ự cố đầ năm 20 Một ố lo i ự cố điển n vực tỉn on T m 1.2 Tổng quan số dòng Recloser phổ biến đan áp dụn l ới điện phân phối khu vực miền Trung Tây Nguyên 1.2.1 Recloser Noja 1.2.2 Recloser Nulec 14 C n - C C PHƯƠNG PH P C NH V TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI IỆN PHÂN PHỐI 18 2.1 Một số p P 2 P n p áp xác định vị trí cố l ới điện phân phối 18 n p áp p ối hợp bảo vệ FCO p n đo n Recloser 18 n p áp c n tíc dịn điện .19 ẩn đốn dựa mẫ p 2.2 Một số p n p áp định vị cố sử dụng liệ đo l ờng t i đầu đ ờng dây .25 2.2.1 Thuật toán xác định vị trí cố dịn R le SEL, GE 25 2.2.2 Thuật tốn xác định vị trí cố hãng SIEMENS 27 C n - NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TO N C NH V TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI IỆN PHÂN PHỐI DÙNG MẠNG NƠ RON NHÂN TẠO (ANN) 31 3.1 Tổng quan m n N Ron n n t o 31 3.1.1 Giới thiệu m n n ron: .31 3.1.2 Mơ hình m n n ron: 32 3.1.3 Quá trình học m n n -ron .34 3.1.4 Thuật toán Levenberg Marquardt 35 3.1.5 Chỉ tiê đán iá 36 3.2 Xây dựng thuật toán xác định vị trí cố l ới điện phân phối dùng m n n ron n n t o 37 C C 3.2.1 Xây dựng mơ hình m n n ron 37 R L 3.2.2 Xây dựng liệu m n N ron .38 3.2.3 xây dựn c C n tr n ANN với giao diện Guide: 40 T n 4- KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT 44 U D 4.1 Kết quả: 44 án iá với tập liệu lấy từ mô phỏng: 44 án iá với tập liệu thực tế: 45 4.2 Nhận xét: 47 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT NH GIAO Ề TÀI LUẬN V N DANH MỤC BẢNG Số iệ 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 2.1 3.1 4.1 4.2 4.3 Tên Trang Thống kê số cố lƣới điện trung th o tu n toàn miền Trung Thống kê so sánh cố lƣới điện trung c a Cơng ty Điện lực Kon Tum với tồn EVNCPC Phân loại nguyên nhân cố toàn EVNCPC T trọng ạng cố toàn EVNCPC Biểu đồ cố năm 2019 so sánh với năm 2018 Thống kê cố tháng đ u năm c a Công ty Điện lực Kon Tum T ng hợp cố th o nguyên nhân Công ty Điện lực Kon Tum tháng đ u năm Các luật nhận ạng Bộ liệu thông số cố XT 477 TBA 110kV Tân Mai Kết kiểm tra sai số t nh tốn Bộ thơng số đ u vào/ra thực tế Kết kiểm tra sai số t nh toán với liệu thực tế C C R L U D T 4 5 6 21 40 44 46 47 DANH MỤC C C HÌNH Số iệ hình 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Tên hình Trang Máy iến áp s t đánh nứt sứ cao h ng chống s t van Cây ngồi hành lang có nguy ngã vào đƣờng ây Sự cố ngã vào đƣờng ây Phóng sứ điều kiện làm việc ình thƣờng Nguyên nhân o quản l vận hành Nguyên nhân o động vật Mặt c t ngang thân máy c t Cấu tạo thân máy c t R clos r Noja Sơ đồ t điều khiển Cấu tạo t điều khiển R clos r Noja R clos r lƣới Đặc t nh phối hợp R clos r ây chảy Sơ đồ lƣới phân phối đơn giản Mơ hình lƣới đơn giản Dạng sóng l i v tr F1 Dạng sóng l i v tr F2 V hệ thống phân phối Trƣờng hợp cố v tr F1 Trƣờng hợp cố v tr F2 Trƣờng hợp cố v tr F3 Sơ đồ sợi đƣờng ây đơn có cố Hiệu ch nh góc lệch ng điện thứ tự không ng điện cố T nh khoản cách cố c a ng rơl S l Sự cố pha A chạm đất Sơ đồ cố pha B-C Mơ hình mạng nơ ron Cấu trúc mạng nơ ron nhân tạo Cấu trúc mạng nơ ron nhân tạo Mơ hình mạng ANN s ng với 12 nơ ron đ u vào 12 nơ ron lớp ẩn nơ ron đ u Phân chia tập liệu ph c v huấn luyện mạng C C R L U D T 7 8 9 10 11 11 12 12 18 19 20 21 21 23 23 24 24 25 26 26 27 28 31 33 37 39 39 3.6 3.7 3.8 3.9 3.10 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 Giao iện vận hành đề huấn luyện s ng mạng Quá trình huấn luyện mạng Ch tiêu đánh giá Hệ số tƣơng quan Kết mô ph ng Kết t nh toán cố pha A Kết t nh toán cố pha B Giao iện ph n mềm phân t ch cố c a Hãng SEL Hình ảnh cố v tr BT28 Đào tạo mạng với ộ liệu thực tế C C R L U D T 40 41 42 42 42 43 43 45 45 47 MỞ ẦU LÝ DO CHỌN Ề TÀI Lƣới điện phân phối chiếm t trọng lớn hệ thống điện o có ảnh hƣởng khơng nh đến độ tin cậy cung cấp điện ngày nhu c u s ng điện c a khách hàng ngày cao o việc đảm ảo yêu c u cung cấp điện c ng nhƣ đảm ảo liên t c n đ nh đƣợc Tập đoàn điện lực Việt Nam quan tâm Với đ a hình đồi núi đ a hình lại khó khăn nhƣ Kon Tum việc vận hành lƣới điện phân phối thách thức lớn, có cố xảy nhân viên vận hành nhiều thời gian để phân đoạn cô lập cố Việc phân đoạn cô lập cố ph thuộc lớn vào kinh nghiệm c a ngƣời vận hành Trƣớc nh ng nhu c u thực ti n trên, tác giả đ nh chọn đề tài "Nghiên cứu xây dựng thuật tốn xác đ nh v trí cố lƣới điện phân phối dùng mạng nơ ron nhân tạo" Đề tài đƣa đề xuất giải pháp xác đ nh v tr cố lƣới điện phân phối góp ph n đáp ứng nhu c u quản lý vận hành nói riêng đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện cho khách hàng nói chung C C R L T MỤC ÍCH NGHIÊN CỨU Trƣớc nhu c u ức thiết c n phải xác đ nh v tr cố lƣới phân phối có cố xảy m c đ ch c a luận văn nh m nghiên cứu tìm hiểu đƣa thuật tốn áp ng h trợ cho ngƣời vận hành cô lập nhanh v tr cố U D ỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Đối tƣợng xuất tuyến 477 trạm biến áp 110kV Tân Mai t nh Kon Tum ựa nh ng số liệu thông số thu thập t thực tế mô ph ng đƣa giải pháp giải pháp xác đ nh v trí cố đ nh hƣớng xây ựng công c h trợ nhân viên vận hành thời gian tới PHƯƠNG PH P NGHIÊN CỨU T ng quan tình hình cố lƣới điện t nh Kon Tum Nghiên cứu cơng trình nghiên cứu đƣợc cơng bố nƣớc giới xác đ nh cố lƣới điện phân phối Chọn xuất tuyến thực tế lƣới điện t nh Kon Tum để làm đối tƣợng T mơ ph ng chƣơng trình PSS/A pt cho trƣờng hợp cố Nghiên cứu đề xuất thuật toán xác đ nh điểm cố lƣới điện phân phối t ng hợp thống kê thông số cố xảy thực tế để kiểm chứng vào thuật toán C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T C C R L U D T ... 2: Các phƣơng pháp xác đ nh v trí cố lƣới điện phân phối R L Chƣơng 3: Nghiên cứu xây dựng thuật toán xác đ nh v trí cố lƣới điện phân phối dùng mạng nơ ron nhân tạo T Chƣơng 4: Kết nhận xét U... 2.2.1 Thuật toán xác định vị trí cố dịn R le SEL, GE 25 2.2.2 Thuật tốn xác định vị trí cố hãng SIEMENS 27 C n - NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG THUẬT TO N C NH V TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI IỆN PHÂN PHỐI DÙNG MẠNG... n trên, tác giả đ nh chọn đề tài "Nghiên cứu xây dựng thuật tốn xác đ nh v trí cố lƣới điện phân phối dùng mạng nơ ron nhân tạo" Đề tài đƣa đề xuất giải pháp xác đ nh v tr cố lƣới điện phân phối