CHƯƠNG 6 : KẾT LUẬN
6.2 Hướng Phát Triển
Do thời gian nghiên cứu cịn hạn hẹp nên các nghiên cứu rộng hơn cho PSO chưa được xét đến. Do đĩ, trong nghiên cứu tương lai chúng tơi sẽ áp dụng các thuật tốn PSO cho các bài tốn phức tạp hơn.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Razavi, F., Abyaneh, H. A., Al-Dabbagh, M., Mohammadi, R., and Torkaman, H., “A new comprehensive genetic algorithm method for optimal overcurrent relays coordination,” Elect. Power Syst. Res., Vol. 78 pp. 713–720, 2008.
[2] Lee, C. H.., and Chen, C-R., “Using genetic algorithm for overcurrent relay coordination in industrial power system,” International Conference on Intelligent Systems Applications to Power Systems (ISAP 2007), pp. 1–5,
Kaoshiung, Taiwan, 5–8 November 2007.
[3] So, C. W., and Lee, K. K., “Application of genetic algorithm for overcurrent
relay coordination,” IEE 6th International Conference on Developments in Power System Protection, pp. 66–69, Nottingham, UK, 25–27 March 1997.
[4] So, C. W., and Lee, K. K., “Overcurrent relay coordination by evolutionary programming,” Elect. Power Syst. Res., Vol. 53, pp. 83–90, 2000.
[5] Zeineldin, H. H., El-Saadany, E. F., and Salama, M. M. A., “Optimal coordination of overcurrent relays using a modified particle swarm optimization,” Elect. Power Syst. Res., Vol. 76, pp. 988–995, 2006.
[6] Vijayakumar, D., and Nema, R. K., “A novel optimal setting for directional over
current relay coordination using particle swarm optimization,” Intl. J. Elect. Power Energy Syst. Eng., Vol. 1, No. 4, pp. 220–225, 2008.
[7] Chung, J.-L., Lu, Y., Kao, W.-S., and Chou, C.-J., “Study of solving the coordination curve intersection of inverse-time overcurrent relays in subtransmission systems,” IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 23, No. 4, pp.
1780–1788, October 2008.
[8] Lu, Y., Chung, J.-L., and Kao, W.-S., “A novel approach to fast eliminating the
characteristic curves crossing problem of relay coordination in radial subtransmission networks,” Elect. Power Compon. Syst., Vol. 35, pp. 279–297,
2007.
[9] IEEE Standards Board, “IEEE recommended practice for protection and coordination of industrial and commercial power systems,” IEEE Standard 242-
2001, 2001.
[10] Zeineldin, H., El-Saadany, E. F., and Salama, M. A., “Optimal coordination of
directional overcurrent relay coordination,” IEEE Power Soc. Gen. Mtg., Vol.
2, pp. 1101–1106, June 2005.
[11] Sutherland, P. E., “Protective device coordination in an industrial power system
with multiple sources,” IEEE Trans. Industrial Appl., Vol. 33, No. 4, pp. 1096–
1103, July/August 1997.
[12] So, C. W., and Lee, K. K., “Overcurrent relay coordination by evolutionary programming,” Elect. Power Syst. Res., Vol. 53, pp. 83–90, 2000.
[13] Urdaneta, A. J., Nadira, R., and Perez, L. G., “Optimal coordination of
directional overcurrent relay in interconnected power systems,” IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 3, pp. 903–911, July 1988.
[14] IEEE Standards Board, “IEEE standard inverse-time characteristic equations
for overcurrent relays,” IEEE Std C37.112-1996, 1996.
[15] IEEE Committee Report, “Computer representations of overcurrent relay characteristics,” IEEE Trans. Power Delivery, Vol. 4, pp. 1659–1667, 1989.
[16] Chao-Rong Chen , Cheng Hung Lee & Chi-Juin Chang (2011) Overcurrent Relay Coordination Optimization with Partial Differentiation Approach for the Validation of Coordination Violation, Electric Power Components and Systems,
39:10, 933-947
[17] Kennedy, J. and Eberhart, R. “Particle swarm optimization”. Proc IEEE Int Conf Neural Networks, pp.1942–8 (1995).
[18] Shi, Y. H., Eberhart, R. C. “A modified particle swarm optimizer, IEEE Intl. Conf. on Evolutionary Computation, Anchorage, AK, in press, pp. 69-73 (1998).
[19] [C] Clerc, M. “The swarm and the queen: towards a deterministic and adaptive
particle swarm optimization”. Proc. I999 ICEC, Washington, DC, pp. 1951 –
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN
HUỲNH TUẤN LÂM
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ
TỐI ƯU PHỐI HỢP BẢO VỆ RƠLE SỐ
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN MÃ SỐ: 1580618
TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN
CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : ..................................................................
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1: .........................................................................
(Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2: ..........................................................................
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ trước
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT,
TĨM TẮT
Các phương pháp tối ưu hĩa thường để tiếp cận các cài đặt rơle quá dịng tải tập trung vào việc giảm thiểu thời gian tác động của rơle với dịng sự cố tối đa để đẩy nhanh thời gian giải trừ sự cố.
Tuy nhiên, để tính tốn, đánh giá liệu tồn bộ đường cong rơle của mỗi cặp rơle luơn đáp ứng các ràng buộc đối với đường cong đối tượng là khá khĩ khăn vì các đường cong cĩ thể cĩ độ dốc khác nhau. Ngồi ra, thời gian phối hợp ở vị trí gần nhất cho các đường cong của một cặp rơle và thời gian cắt dịng ngắn mạch lớn nhất nên được kiểm tra để xác nhận phối hợp.
Luận văn trình bày áp dụng các Phương pháp PSO để tính tốn cài đặt rơle, đảm bảo rằng các đường cong của sự phối hợp quá dịng khơng giao với nhau, thỏa mãn phối hợp thời gian trễ và thời gian cắt tại dịng ngắn mạch lớn nhất.
Nghiên cứu một trường hợp liên quan đến một hệ thống điện cơng nghiệp thể hiện tính hiệu quả của phương pháp được đề xuất bằng cách xác nhận các kết quả của phối hợp điều chỉnh tối ưu.
Để kiểm tra tính hiệu quả của phương pháp PSO và chiến thuật phối hợp tối ưu các rơle đặt ra, một mạng điện cơng nghiệp được sử dụng với mục tiêu cài đặt thơng số rơle sao cho thỏa mãn tất cả thời gian phối hợp và thời gian cắt ngắn mạch. Kết quả được thể hiện qua các hình vẽ đặc tính phối hợp giữa các rơle cho thấy các phương pháp PSO là các cơng cụ hiệu quả và chiến thuật phối hợp đề xuất rất khả thi. Từ đĩ, luận án đề xuất phương pháp PSO và chiến thuật này nên được áp dụng cho phối hợp bảo vệ rơle trong thực tế.
ABSTRACT
Conventional optimization methods for approaching overcurrent relay settings focus on minimizing the operating time of total relays at maximum fault current to accelerate the fault clearance time.
However, to judge whether the entire relay curve of each relay pair always meets the constraints to the object curve is rather difficult as the curves may have different slopes. Additionally, the coordination time at the closest position for the curves of a relay pair and time active at maximum short-circuit current should be checked for coordination validation.
This memoir presents novels PSO (Particle swarm optimization ) method to
calculate for setting relay ensure that the curves of overcurrent relay coordination do
not intersect with each other and violate the coordination time interval time active at maximum short-circuit current.
A case study involving an industrial power system demonstrates the effectiveness of the proposed method by validating the results of optimization relay coordination.
In order to investigate the performance of these applied PSO methods and the the proposed strategy of optimal scheduling of relays, an industrial power network is employed in which the objective is to successfully set all parameters of each relay while delay time of the upstream relays and trip time with the highest short circuit current of each relay are exactly met. The results refected via figures showing the characteristic of time-current indicate that these PSO methods are effective optimization tools and the proposed optimal scheduling strategy is very potential. Consequently, the study propose that the PSO methods and the proposed strategy should be used for setting parameter of all relays in practice.
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ....................................................................................................................... viii LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................................ xiii CẢM TẠ................................................................................................................................................ xii TĨM TẮT ............................................................................................................................................ xiv ABSTRACT ...........................................................................................................................................xv MỤC LỤC ............................................................................................................................................ xvi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ............................................................................................................. xix DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ...................................................................................................... xxii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................................. xxiii THUẬT NGỮ .................................................................................................................................... xxiv CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ...................................................................................................................1 1.1 Đặt vấn đề. .........................................................................................................................................1 1.2 Các nghiên cứu liên quan. ................................................................................................................2 1.3 Mục tiêu nghiên cứu..........................................................................................................................4 1.4 Phương pháp nghiên cứu. .................................................................................................................4 1.5 Phạm vi nghiên cứu. ..........................................................................................................................4 1.6 Điểm mới của đề tài...........................................................................................................................4 1.7. Giá trị thực tiễn. ...............................................................................................................................5 1.8 Bố cục của đề tài. ...............................................................................................................................5 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ......................................................................................................7 2.1 Rơle bảo vệ các phần tử trong hệ thống điện. .................................................................................7
2.1.1. Bảo vệ đường dây. ......................................................................................................................7 2.1.2. Bảo vệ thanh cái. .........................................................................................................................8 2.1.2. Bảo vệ thanh cái. .........................................................................................................................8 2.1.3 Bảo vệ máy biến thế. ....................................................................................................................9
2.2 Rơle bảo vệ quá dịng. .....................................................................................................................10
2.2.1 Bảo vệ quá dịng với đặc tuyến thời gian độc lập. .................................................................... 11 2.2.1.1 Phối hợp các bảo vệ theo thời gian. ................................................................................... 11
2.2.1.2 Phối hợp các bảo vệ theo dịng điện. .................................................................................. 14 2.2.1.3 Phối hợp bảo vệ quá dịng điện với đặc tuyến thời gian phụ thuộc. ................................... 16
CHƯƠNG 3: BÀI TỐN PHỐI HỢP BẢO VỆ RƠLE ....................................................................21 3.1 Sơ đồ mạng điện. .............................................................................................................................21 3.2 Đặc tuyến thời gian – dịng điện của rơle. .....................................................................................22 3.3 Các điều kiện phối hợp rơle. ..........................................................................................................24
3.3.1 Điều kiện thời gian trễ. .............................................................................................................. 24 3.3.2 Điều kiện thời gian cắt ngắn mạch tại dịng ngắn mạch lớn nhất. ............................................ 25 3.3.2 Điều kiện thời gian cắt ngắn mạch tại dịng ngắn mạch lớn nhất. ............................................ 25
3.4 Phương án đề xuất phối hợp bảo vệ rơle quá dịng. .....................................................................25
3.4.1 Phối hợp cấp 1. .......................................................................................................................... 26 3.4.2 Phối hợp cấp 2. .......................................................................................................................... 27 3.4.3 Phối hợp cấp 3. .......................................................................................................................... 28
CHƯƠNG 4: THUẬT TỐN TỐI ƯU PSO CỔ ĐIỂN VÀ PSO CẢI TIẾN ..................................29 4.1 Giới thiệu. ........................................................................................................................................29 4.2 Thuật tốn PSO cổ điển .................................................................................................................30
4.2.1 Giới thiệu về PSO ..................................................................................................................... 30 4.2.2 Cơ sở nền tảng của thuật tốn PSO. .......................................................................................... 34 4.2.2 Cơ sở nền tảng của thuật tốn PSO. .......................................................................................... 34 4.2.3 Thuật tốn PSO cổ điển ............................................................................................................. 35
4.3 Thuật tốn PSO cải tiến ..................................................................................................................38
4.3.1 Thuật tốn tối ưu PSO cải tiến với trọng số ω (GW-PSO) ....................................................... 39 4.3.2 Thuật tốn PSO cải tiến với hệ số giới hạn (GC-PSO) ............................................................. 40
4.4 Áp dụng các phương pháp PSO cho bài tốn tối ưu phối hợp bảo vệ rơle. ...............................41
4.4.1 Quá trình khởi tạo ..................................................................................................................... 41 4.4.2 Đánh giá hàm fitness. ................................................................................................................ 43 4.4.2 Đánh giá hàm fitness. ................................................................................................................ 43 4.4.3 Cập nhật vận tốc ........................................................................................................................ 44 4.4.5 Cập nhật vị trí. ........................................................................................................................... 45 4.4.6. Đánh giá và Chọn lọc ............................................................................................................... 46 4.4.7 Dừng vịng lặp tính tốn ............................................................................................................ 47
4.5 Lưu đồ giải thuật. ............................................................................................................................41 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ .......................................................................................................................49
5.1 Cài đạt thơng số ...............................................................................................................................49 5.2 Kết quả đạt được. ............................................................................................................................49 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN ...................................................................................................................57 6.1 Kết Luận ..........................................................................................................................................57 6.2 Hướng Phát Triển ...........................................................................................................................57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................................................58
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
HÌNH VẼ TRANG
Hình 2.1: Sơ đồ ngun lý bảo vệ rơle ngăn lộ đường dây một trạm tích
hợp tại truyền tải điện Việt Nam……………………………………………. 8
Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle ngăn lộ tổng máy biến thế một trạm
tích hợp tại truyền tải điện Việt Nam……………………………………….. 9
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý bảo vệ rơle máy biến thế một trạm tích hợp tại
truyền tải điện Việt Nam……………………………………………………..
10
Hình 2.4: Đặc tính thời gian của bảo vệ quá dịng độc lập (1), phụ thuộc (2)
và hỗn hợp (3, 4)…………………………………………………………….. 11
Hình 2.5: Đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dịng trong lưới điện hình tia
cho trường hợp phối hợp theo dịng điện……………………………………. 15
Hình 2.6: Phối hợp đặc tuyến thời gian của bảo vệ quá dịng trong lưới
điện hình tia cho trường hợp đặc tuyến phụ thuộc………………………….. 17
Hình 2.7: Đường cong dốc chuẩn (SIT) theo tiêu chuẩn IEC255-3A……… 19 Hình 2.8: Đường cong rất dốc (VIT) theo tiêu chuẩn IEC255-3B………….
19
Hình 2.9: Đường cong cực dốc (EIT) theo tiêu chuẩn IEC255-3C………… 20
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống điện……………………………………………… 21
Hình 4.6: Đàn cá đang tìm kiếm thức ăn trong nước……………………….. 31 Hình 4.7: Giản đồ vectơ về mơ phỏng quá trình thay cập nhật vị trí của
thuật tốn PSO………………………………………………………………. 34
Hình 4.8: Lưu đồ giải thuật áp dụng PSO cho bài tốn tối ưu……………… 38 Hình 4.5: Lưu đồ giải thuật áp dụng các phương pháp PSO cho bài tốn tối
ưu đang xét………………………………………………………………… 48
Hình 5.1: Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52F1 và các rơle 52FA, 52FB
và 52FC đạt được từ phương pháp PSO…………………………………….. 52
Hình 5.2: Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52 T và rơle 52 F1 đạt được từ
phương pháp PSO…………………………………………………………… 53
Hình 5.3: Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52 M và rơle 52 T đạt được từ
phương pháp PSO …………………………………………………………... 53
Hình 5.4: Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52 F1 và các rơle 52 FA, 52
FB và 52 FC đạt được từ phương pháp GWPSO…………………………… 54
Hình 5.5. Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52 T và rơle 52 F1 đạt được từ
phương pháp GWPSO ……………………………………………………… 54
Hình 5.6: Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52 M và rơle 52 T đạt được từ
phương pháp GWPSO………………………………………………………. 55
Hình 5.7: Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52 F1 và các rơle 52 FA,52FB
và 52 FC đạt được từ phương pháp GCPSO………………………………... 55
phương pháp GCPSO ………………………………………………………. 56
Hình 5.9: Đặc tính phối hợp bảo vệ của rơle 52 M và rơle 52 T đạt được từ
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG BIỂU TRANG
Bảng 5.1. Giá trị cài đặt thơng số đạt được từ phương pháp PSO………….. 51 Bảng 5.2. Giá trị cài đặt thơng số đạt được từ phương pháp GWPSO……… 51 Bảng 5.3. Giá trị cài đặt thơng số đạt được từ phương pháp GCPSO……… 52
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TD Time dial
Dãy thời gian
OCR Overcurrent rơle
Rơle quá dịng
GA Genetic algorithm
Thuật tốn di truyền
PSO Particle swarm optimization
Phương pháp tối ưu bầy đàn
GW-PSO Global vision of PSO with inertia weight GC-PSO Global vision of PSO with constriction factor
EIT Extremely inverse time
Đường đặc tuyến cĩ thời gian cực kỳ dốc
VIT Very inverse time
Đường đặc tuyến cĩ thời gian rất dốc
NIT/SIT Normal inverse time /Standard inverse time
Đường đặc tuyến cĩ thời gian cĩ độ dốc bình thường
TC Time-current
Thời gian – dịng điện
TR-M Transfomer master
THUẬT NGỮ
t(I) Thời gian tác động của rơle theo dịng điện. TD Dãy cài đặt thời gian rơle.
m Giá trị dịng điện đưa vào rơle tính tốn.
M Giá trị phụ thuộc vào loại đường cong đặc tuyến cĩ độ dốc khác nhau α Giá trị phụ thuộc vào loại đường cong đặc tuyến cĩ độ dốc khác nhau Tap Dãy cài đặt dịng điện rơle dao động từ
k2 Tỉ số của máy biến áp
ct Tỉ số biến dịng
Vị trí của cá thể thứ d và ở trong vịng lặp thứ k Vận tốc của cá thể thứ d và ở trong vịng lặp thứ k
Vị trí của cá thể thứ i và ở trong vịng lặp thứ k.
Vận tốc của cá thể thứ i và ở trong vịng lặp thứ k. Gbest Vị trí tốt nhất của cá thể tốt nhất trong bầy.
Pbesti Vị trí tốt nhất của cá thể thứ i tính tời thời điểm hiện tại
Độ chênh lệch giữa vị trí cá thể thứ i ở vịng lặp k và vị trí tốt nhất của trong
bầy tính đến thời điểm hiện tại.
Độ chênh lệch giữa vị trí cá thể thứ i ở vịng lặp k và vị trí tốt nhất của cá
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2 Đặt vấn đề.
1.2 Các nghiên cứu liên quan.
Các vấn đề phối hợp rơ le quá dịng (OCR) là một bài tốn quan trọng trong hệ thống điện nhằm cơ lập nhanh chĩng phần tử bất thường trong hệ thống đảm bảo tính chọn lọc, nhanh chĩng đã được nghiên cứu và đưa ra nhiều phương pháp giải trong những năm gần đây. Bài tốn quan trọng này đã thu hút một số lượng lớn các nhà nghiên cứu tham gia và cơng bố các cơng trình áp dụng các phương pháp tốn như: A
new comprehensive genetic algorithm method for optimal overcurrent rơles coordination [1], Using genetic algorithm for overcurrent rơle coordination in industrial power system [2], Application of genetic algorithm for overcurrent rơle coordination [3], Overcurrent rơle coordination by evolutionary programming [4], Optimal coordination of overcurrent rơles using a modified particle swarm optimization [5], A novel optimal setting for directional over current rơle coordination using particle swarm optimization [6], Study of solving the coordination curve intersection of inverse-time overcurrent rơles in subtransmission systems[7], A novel approach to fast eliminating the characteristic curves crossing problem of rơle coordination in radial subtransmission networks[8], IEEE recommended practice for protection and coordination of industrial and commercial power systems[9], Optimal coordination of directional overcurrent rơle coordination [10], Protective device coordination in an industrial power system with multiple sources [11], Overcurrent rơle coordination by evolutionary programming [12], Optimal coordination of directional overcurrent rơle in interconnected power systems [13], IEEE standard
inverse-time characteristic equations for overcurrent rơles [14], Computer representations of overcurrent rơle characteristics [15].Overcurrent Rơle Coordination Optimization with Partial Differentiation Approach for the Validation of Coordination Violation [16].
Phương pháp thiết lập thơng thường của OCR các đường cong rơle từ đường cong trên tới đường cong kế tiếp bằng cách chọn tap dịng điện và thời gian để đạt được sự bảo vệ thích ứng. phối hợp để bảo vệ một hệ thống điện là tốn kém và tốn thời gian; Ngồi ra, các cài đặt khơng dễ dàng xác nhận OCRs, về số lượng các thiết bị