(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu ứng dụng mạng nơron nhân tạo để định vị sự cố trên lưới điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ÐỂ ÐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ÐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202 SKC005808 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN-60520202 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202 Hướng dẫn khoa học: PGS-TS NGUYỄN MINH TÂM Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS-TS NGUYỄN MINH TÂM (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP HCM ngày tháng 10 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ PGS.TS Trươ PGS.TS Dươn PGS.TS Trươ PGS.TS Lê M TS Nguyễn P Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau Luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV LÝ LỊCH KHOA HỌC I LÝ LỊCH SƠ LƯỢC: Họ & tên: PHẠM VĂN TÍNH Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1992 Nơi sinh: Quảng Trị Quê quán: Xã Cam Nghĩa, H Cam Lộ, T Quảng Trị Dân tộc: Kinh Chỗ riêng địa liên lạc: Số 49c Lò Lu, P Trường Thạnh, Quận Thành phố Hồ Chí Minh Số điện thoại: 01649846069 E-mail: tinhpv29@gmail.com AI QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ năm 2010 - 2015 Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Ngành học: Kỹ thuật điện Thạc sĩ: Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ: 10/2016 đến 04/2018 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM Ngành học: Kỹ Thuật Điện Tên luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để định vị cố lưới điện” Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP HCM ngày 28 tháng 06 năm 2018 Người hướng dẫn: PGS-TS Nguyễn Minh Tâm BI Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP CAO HỌC: Thời gian 2015-2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018 (Ký tên ghi rõ họ tên) Phạm Văn Tính LỜI CẢM ƠN Qua thời gian học tập Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, giúp đỡ hướng dẫn q thầy cơ, tơi hồn thành luận văn tốt nghiệp Tôi chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng quản lý khoa học – Đào tạo sau đại học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu thực tốt đề tài thời gian qua Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS Nguyễn Minh Tâm, Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Chân thành cảm ơn quý thầy, cô tận tâm dẫn, truyền đạt kiến thức cho tơi q trình học trường Xin gửi lời cảm ơn đến thành viên Hội đồng phản biện góp ý để tơi hồn thiện luận văn Cảm ơn bạn học viên lớp cao học Kỹ thuật điện 2016B đoàn kết, giúp đỡ suốt thời gian học tập Trường Trân trọng TP Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 09 năm 2018 Học viên Phạm Văn Tính TĨM TẮT Hiện nay, với phát triển sở hạ tầng kỹ thuật mỹ quan thị việc ngầm hố lưới điện phân phối thành phố lớn Hà Nội thành phố Hồ Chí Minh… nhà nước quan tâm Ngoài nhu cầu sử dụng điện ngày tăng đòi hỏi mức độ xử lý thơng tin kỹ thuật số phải nhanh chóng xác nên việc tìm vị trí ngắn mạch cáp ngầm cần thiết Theo Thống kê nghiên cứu đãđươcc̣ thưcc̣ hiêṇ từ trước đến linhh̃ vưcc̣ xác định vị tri cố cáp ngầm phân phối đươcc̣ phân thành ba phương pháp chinhh́ đólà phương pháp bơm xung phản xa,c̣phương pháp tổng trở, phương pháp sóng truyền Trong nghiên cứu [1] và[2] tác giả chỉđươcc̣ thưcc̣ hiêṇ bằng máy phát xung chuyên dungc̣ cótần sốcao vàchỉxác đinḥ đươcc̣ vi c̣ tríngắn macḥ sau đa h̃ lâpc̣ lưới điêṇ Nhược điểm phương pháp làm tăng thời gian điên,c̣ giảm chất lươngc̣ cung cấp điêṇ vàphải đầu tư khálớn cho máy taọ xung công suất lớn, tần sốcao vàyêu cầu thiết bi đọ lường chất lươngc̣ tốt với tần sốđo lớn mắc tiền Phương pháp đươcc̣ đềxuất [3] sử dụng phương pháp giải lặp nên có nhược điểm sai số tính tốn cao Các nghiên cứu [4-7] yêu cầu phải biết chọn kiểu phân tích wavelet nhận vị trí ngắn mạch Phương pháp đươcc̣ đềxuất [12] sử dụng phương pháp sóng truyền Nhược điểm phương pháp xây dựng đường đặc tính tương quan tần số cộng hưởng vị trí trước xảy cố Trong lưới điện phân phối phụ tải thay đổi liên tục theo thời gian nên độ xác phương pháp khơng cao áp dụng hệ thống lớn Vì qua tìm hiểu phân tichh́ vềcác giải thuâṭxác đinḥ vi c̣tríngắn macḥ đươcc̣ đề xuất, dựa vào tính chất cộng hưởng cao tần chứa tín hiệu độ điện áp pha, luận văn đề xuất phương pháp định vị cố ngắn mạch nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron kết hợp với sóng truyền để giảm thiểu thời gian tính tốn, chi phí nâng cao tính hiệu Hình 4.3 Dạng sóng điện áp trước hai pha bc chạm đất 2600m Trong trình xác định điểm tương quan vị trí ngắn mạch – tần số cộng hưởng, kết thu có mơ tả Hình 4.18 nhận thấy điểm có đồ thị đường cong phi tuyến Hình 4.18 Đồ thị điểm tương quan vị trí – tần số hai pha bc chạm đất 66 Huấn luyện mạng nơ ron để nhận dạng hàm phi tuyến qua điểm Hình 4.18 ta thu kết Hình 4.419 Qua kết nhận thấy mạng nơ ron tìm hàm số qua điểm với độ xác đến 1e-7 67 Hình 4.49 Kết huấn luyện mạng nơ ron 68 Sau trình nhận dạng, kết ước lượng vị trí cố ngắn mạch thể Hình 4.20 Qua kết nhận thấy sai số giá trị đặt giá trị đo 2.7m Giá trị chứng tỏ phương pháp đề xuất có độ xác cao Hình 4.20 Kết tính tốn thu hai pha bc chạm đất 2600m 69 Hình 4.21 Kết tạo file mơ pha ab chạm đất 1330m Hình 4.22 Kết tính toán thu ngắn mạch pha ab chạm đất 1330m 70 4.4.3 Khi ngắn mạch ba pha abc chạm đất 3900m Hình 4.23 Kết tạo file mô ba pha abc chạm đất 3900m Để thực thí nghiệm này, việc tạo cố ngắn mạch ba pha abc chạm đất 3900m Giao diện chương trình thực công việc sau điền thông số tương ứng bấm nút “Tao file mo phong” Kết thu sau thực thi hiển thị qua giao diện Hình 4.23 Dạng sóng dịng điện điện áp sau q trình mơ thể Hình 4.24 Hình 4.25 Qua đồ thị nhận thấy tăng dòng giảm áp xuất pha gặp cố ngắn mạch 71 Hình 4.24 Dạng sóng dịng điện trước ba pha abc chạm đất 3900m Trong trình xác định điểm tương quan vị trí ngắn mạch – tần số cộng hưởng, kết thu có mơ tả Hình 4.24 nhận thấy điểm có đồ thị đường cong phi tuyến Hình 4.25 Dạng sóng điện áp trước ba pha abc chạm đất 3900m 72 Hình 4.26 Đồ thị điểm tương quan vị trí – tần số ba pha abc chạm đất 3900m Huấn luyện mạng nơ ron để nhận dạng hàm phi tuyến qua điểm Hình 4.26 ta thu kết Hình 4.27 Qua kết nhận thấy mạng nơ ron tìm hàm số qua điểm với độ xác đến 1e-7 73 Hình 4.27 Kết huấn luyện mạng nơ ron 74 Sau trình nhận dạng, kết ước lượng vị trí cố ngắn mạch thể Hình 4.28 Qua kết nhận thấy sai số giá trị đặt giá trị đo 2.1m Giá trị chứng tỏ phương pháp đề xuất có độ xác cao Hình 4.28 Kết tính tốn thu ba pha abc chạm đất 3900m 75 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN 5.1 Những kết đạt được: - Luâṇ văn đa h̃đềxuất đươcc̣ môṭPHƯƠNG PHÁP xác định vị trí cố ngắn mạch lưới điện phân phối dựa thành phần tần số cộng hưởng kết hợp với nhận dạng dựa mạng nơ ron - Luâṇ văn đa th̃ ìm hiểu vềnguyên tắc làm viêc,c̣ điểm manḥ vàđiểm yếu phương pháp tinhh́ toán vi tc̣ rívàđiêṇ trởsư cc̣ ốđa đh̃ ươcc̣ đềxuất trước Từ đềxuất phương pháp nghiên cứu luâṇ văn đa đh̃ ềcâpc̣ - Luâṇ văn đãđềxuất đươcc̣ giải thuât,c̣ lưu đồ, phương trinh̀ tinhh́ toán tương ứng cho loaịsư cc̣ ốkhác lưới điêṇ - Xây dưngc̣ đươcc̣ mơ hình hóa mơ Matlab/Simulink đểmô vàđánh giágiải thuâṭxác đinḥ vi tc̣ rísư cc̣ ốđa đh̃ ưa thơng qua dữliêụ c̣ thống thu thâpc̣ đươcc̣ vàgiátri c̣dòng điêṇ vàđiêṇ áp thu đươcc̣ taịthời điểm xảy sư c̣cốngắn macḥ Qua luận văn đa ch̃ hứng minh khảnăng xác đinḥ chinhh́ xác vi tṛísư cc̣ ốngắn macḥ cóthểxảy lưới điêṇ 5.2 Hướng phát triển đề tài Trong trình làm việc, hạn chế nhiều mặt nên luận văn khơng thể hồn thành trọn vẹn yêu cầu thực tiễn đề nhằm tiến tới sản xuất định vị cung cấp thị trường để làm điều này, luận văn đề xuất số nhiệm vụ phát triển sau: - Xây dưngc̣ mô hinh̀ thử nghiệm phương pháp xác đinḥ vi tṛísư c c̣ ốngắn macḥ đươcc̣ đềxuất luận văn vào lưới điêṇ phân phối thưcc̣ tế - Xây dưngc̣ môṭgiải thuâṭdư c̣báo phu c̣tải chinhh́ xác bằng mạng nơ ron đểphương pháp xác đinḥ vi tṛísư cc̣ ốchính xác 76 - Từkết thu đươcc̣ qua nghiên cứu vềlýthuyết thưcc̣ tếáp dungc̣ ởtrên, luận văn đềxuất thiết kế, chếtaọ bô tc̣ hiết bi c̣xác đinḥ vi c̣trívàđiêṇ trởsư cc̣ ốcó thểáp dungc̣ rôngc̣ raĩ thưcc̣ tếlưới điêṇ hiên 77 TÀI LIỆU TRÍCH DẪN [1] W S McCulloch and W Pitts, “A logical calculus of the ideas immanent in nervous activity,” Bull Math Biophys., vol 5, no 4, pp 115–133, 1943 [2] P F Gale, B Tech, and D Ph, “Cable-fault location by impulse-current method,” in PROC 1EE, Vol 122, No 4, APRIL 1975, 1975, vol 122, no 4, pp 403–408 [3] Qinghai Shi and Olfa Kanoun, “A New Algorithm for Wire Fault Location Using Time-Domain Reflectometry,” IEEE Sensor Journal, vol 14, no pp 1171– 1178, 2014 [4] A D Filomena, M Resener, R H Salim, and A S Bretas, “Distribution systems fault analysis considering fault resistance estimation,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 33, no 7, pp 1326–1335, 2011 [5] R H Salim, M Resener, A D Filomena, K R C de Oliveira, and A S Bretas, “Extended fault-location formulation for power distribution systems,” IEEE Trans Power Deliv., vol 24, no 2, pp 508–516, 2009 [6] R H Salim, K C O Salim, and A S Bretas, “Further improvements on impedance-based fault location for power distribution systems,” IET Gener Transm Distrib., vol 5, no 4, p 467, 2011 [7] E T P Thomas, David W P., Ricardo J Carvalho, “Fault Location in Distribution Systems Based on Traveling Waves,” in 2003 IEEE Bologna PowerTech Conference, 2003, pp 23–26 [8] A Borghetti, S Corsi, C A Nucci, M Paolone, L Peretto, and R Tinarelli, “On the use of continuous-wavelet transform for fault location in distribution power systems,” Int J Electr Power Energy Syst., vol 28, no SPEC ISS., pp 608– 617, 2006 [9] F H Magnago and a Abur, “A new fault location technique for radial distribution systems based on high frequency signals,” 199 IEEE Power Eng Soc Summer 78 Meet Conf Proc (Cat No.99CH36364), vol 1, pp 426–431, 1999 [10] H Nouri, C Wang, and T Davies, “An accurate fault location technique for distribution lines with tapped loads using wavelet transform,” 2001 IEEE Porto Power Tech Proc., vol 3, pp 203–206, 2001 [11] X Lin, F Zhao, G Wu, Z Li, and H Weng, “Universal wavefront positioning correction method on traveling-wave-based fault-location algorithms,” IEEE Trans Power Deliv., vol 27, no 3, pp 1601–1610, 2012 [12] Trần Anh Chương, “Định vị cố ngắn mạch lưới cáp ngầm phân phối bằng phương pháp sóng truyền,” Đại học Công nghệ TP HCM, 2016 79 ... VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN-60520202... ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ******** LUẬN VĂN THẠC SĨ PHẠM VĂN TÍNH NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN... việc lưới điện phân phối để xây dựng mơ hình thuật tốn Từ đó, xây dựng mơ hình mơ dựa việc nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để định vị cố lưới điện 17 1.6 Điểm luận văn − Áp dụng mạng