Hình 28: Mơ hình mơ phỏng đường dây bằng MATLAB
3.3.3 Kết quả mô phỏng sự cố bằng MATLAB
Tiến hành khảo sát một mơ hình đường dây trên khơng rẽ nhánh hình T với mức điện áp 220kV với chiều dài các nhánh là 200, 120,100 km như hình 4.2. Công suất ngắn mạch tại các đầu đường dây là 1,25GVA, tỷ số X/R=10, công suất tải P=5MVa.
Thông số đường dây được cho như sau:
Thứ tự thuận: R1=0,01809 (Ω/km), L1=0,092974.10-3 (H/km), C1=12,571.10-9 (F/km).
Với sự cố giả định ngắn mạch pha A chạm đất tại vị trí 80 km tính từ nút N1 với điện trở sự cố là 50 Ω. Mô phỏng đường dây bằng phần mềm Matlab Simulink thu được các tín hiệu sau:
Hình 29: Đồ thị điện áp 3 pha tại nút N1
Hình 31: Đồ thị điện áp 3 pha tại nút N3
Nhận xét: Hình 31, 32, 33 là tín hiệu sóng điện áp thu được lần lượt tại các nút N1, N2 và N3. Tín hiệu sóng điện áp pha A bị biến dạng nhiều nhất do pha A đang bị sự cố chạm đất. Tín hiệu sóng điện áp tại nút N3 trong hình “Hình 31” ít bị biến dạng rõ rệt hơn so với hai nút N1 và N2.
Xét tại nút N1 có thể thấy rằng, khi xảy ra sự cố ở giây T=0.02, điện áp pha A có xu hướng thay đổi biển độ nhỏ dần, điều này xảy ra đúng như khi ta khảo sát các hiện tượng ngắn mạch (điện áp giảm và dòng điện tăng cao). Điều này cũng xảy ra tương tự khi ta khảo sát tín hiệu dịng điện ở các nút như sau:
Hình 33: Đồ thị dịng điện 3 pha tại nút N2
Nhận xét: Càng gần điểm sự cố, tín hiệu nhiễu của đồ thị điện áp và dòng điện càng rõ ràng.
Tiến hành khảo sát một mơ hình đường dây trên khơng rẽ nhánh hình T với mức điện áp 220kV với chiều dài các nhánh là 200, 120,110 km như hình Hình 29. Cơng suất ngắn mạch tại các đầu đường dây là 1,25GVA, tỷ số X/R=10, công suất tải thay đổi thành P=500kVa.
Thông số đường dây không thay đổi so với ban đầu:
Thứ tự thuận: R1=0,01809 (Ω/km), L1=0,092974.10-3 (H/km), C1=12,571.10-9 (F/km).
Với sự cố giả định ngắn mạch pha A chạm đất tại vị trí 50 km tính từ nút N1 với điện trở sự cố là 50 Ω. Mô phỏng đường dây bằng phần mềm Matlab Simulink thu được các tín hiệu sau:
Hình 34: Đồ thị điện áp tại nút N1 (sự cố tại pha A)
Ta phân tách tín hiệu áp pha A:
Tiếp tục xem xét dòng điện tại nút N1:
Hình 36: Đồ thị dịng điện tại nút N1
Hình 37: Đồ thị dòng điện pha A tại nút N1
Kết luận:
- Nhìn chung, tín hiệu nhiễu q độ dịng điện khơng nhạy hơn nhiễu điện áp, do đó, ta dựa vào tín hiệu nhiễu điện áp để phân tích cho bài tốn định vị sự cố.
- Trên lý thuyết, ta chưa thể xác định sự cố là gần nút nào, chính vì vậy, khi sự cố xảy ra, căn cứ vào tín hiệu thu được ở các vị trí đo đạc, ta sẽ xác định được vị trí tạm thời của sự cố là gần nút nào, đoạn nào hoặc tín hiệu tại nút nào dễ phân tích thì ta tiến hành phân tích.
3.3.4 Sử dụng hàm thư viện Wavelet để phân tích tín hiệu
Sau khi lấy được tín hiệu điểm khảo sát, cụ thể ở đây là tín hiệu điện áp pha A, ta tiến hành thực hiện biến đổi wavelet tĩnh dạng db2 bậc 4 dùng kỹ thuật phân tích đa mức tín hiệu với cơng cụ Wavelet Tool Box [2].
Quay lại với mơ hình đường dây ban đầu, mơ hình đường dây trên khơng rẽ nhánh hình T với mức điện áp 220kV với chiều dài các nhánh là 200, 120,110 km như Hình 29.
Cơng suất ngắn mạch tại các đầu đường dây là 1,25GVa, tỷ số X/R=10, công suất tải P=5MVa. Với sự cố giả định ngắn mạch pha A chạm đất tại vị trí 80 km tính từ nút N1 với điện trở sự cố là 50 Ω.
Thực hiện biến đổi wavelet tĩnh dạng db2 bậc 4 với tín hiệu đầu vào là sóng điện áp hình sin của pha A tại nút N1 với kỹ thuật phân tích đa phân giải MRA đã trình bày ở phần đầu chương này.
Hình 39: Hệ số chi tiết bậc 1 sóng điện áp pha A tại N1
Giải thích kết quả thu được: Sau q trình phân ly bậc 1 tín hiệu đầu vào là tín hiệu sóng sin điện áp của pha A tại nút N1 ta thu được hai hệ số: hệ số xấp xỉ A1 và hệ số chi tiết D1. Hình 40 thể hiện hệ số xấp xỉ A1 tương ứng với tần số thấp của tín hiệu đầu vào cịn Hình 41 thể hiện hệ số chi tiết D1 tương ứng với tần số cao của tín hiệu đầu vào. Tiếp tục thực hiện phân ly bậc 2, bậc 3, bậc 4, ta được các kết quả như sau:
Hình 41: Hệ số chi tiết bậc 2
Hình 43: Hệ số chi tiết bậc 3
Hình 45: Hệ số chi tiết bậc 4
Tiếp theo, ta thực hiện giải thuật lọc nhiễu cho hệ số chi tiết bậc 1 D1 theo sơ đồ giải thuật miêu tả tại phần đầu chương này để tạo thành các ma trận tương quan.
Hình 46: Ma trận tương quan bậc 1 (n=1).
Ma trận tương quan bậc 1 với n=1 được biễu diễn ở hình trên, đây chính là ma trận Corr_new1 như trong sơ đồ giải thuật.
Tiếp tục giải thuật theo sơ đồ giải thuật, ta được ma trận tương quan bậc 2 là ma trận Corr_new2, bậc 3 là ma trận Corr_new3 như sau:
Hình 47: Ma trận tương quan bậc 2 (n=1)
Hình 48: Ma trận tương quan bậc 3 (n=1)
Để xác định được chính xác thời gian xuất hiện tín hiệu sự cố đỉnh đầu tiên tại nút N1 phải lấy giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 như sau:
Hình 49: Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3
Dựa vào kết quả thu được ở hình trên thì tín hiệu xung đỉnh đầu tiên tại nút N1 là: tN1=0,0208009 (s).
Thông qua các kết quả trên, thấy được rằng ma trận tương quan bậc 3 với n=1 đã đủ số tín hiện để xác định thời gian xuất hiện xung sự cố đầu tiên nên ta không cần tăng n để tạo thành vòng lặp, trong một số trường hợp số vịng lặp có thể sẽ phải tăng thêm n=n+1. Tiếp tục tiến hành tách sóng điện áp pha A tại nút N2 và thực hiện giải thuật như các bước tại nút N1 để đi tìm tN2.
Hình 50: Đồ thị điện áp pha A tại nút N2
Tiến hành biến đổi wavelet dạng db2 bậc 4 sóng điện áp pha A tại nút N2
Hình 52: Hệ số chi tiết bậc 1
Hình 54: Hệ số chi tiết bậc 2
Hình 56: Hệ số chi tiết bậc 3
Hình 58: Hệ số chi tiết bậc 4.
Thực hiện giải thuật lọc nhiễu để tạo thành các ma trận tương quan với n=1
Hình 60: Ma trận tương quan bậc 2
Hình 62: Giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc 3
Theo giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc 3 thì thời gian xung đỉnh xuất hiện đầu tiên tại nút N2 là: t=0,0202531 giây.
Tương tự như trên, ta cũng sẽ có được giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc 3 tại nút N3 khi cho n=1:
Hình 63: Trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc 3 (nút N3)
Hình 64: Trị tuyết đối của ma trận tương quan bậc 3 tại N1
3.3.5 Kết quả tính tốn
Có thể thấy rằng, thông qua các giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 tại các nút N1, N2 và N3, ta thấy được tín hiệu tại nút N1 cao hơn so với 2 nút cịn lại. Do đó sự cố sẽ nằm trên nhánh N1-T.
Tiến hành tính tốn vị trí sự cố theo giả thiết ban đầu: L1=0,092974.10-3 (H/km), C1=12,571.10-9 (F/km) Ta có: 3 9 1 1 292505.697 / 0.92974 10 12.571 10 v km s LC Xét hai đầu nút N1 và N2, ta có: 292505.697 (0.02008009 0.0202531) 80.117( ) 2 2 v t x km
Như vậy, so với giả thiết sự cố cách nút N1 là 80km trên toàn tuyến N1N2 là 320km, sai số của phương pháp này là: 80.117 80100% 0.036%
320
e
Với phương pháp như vậy, ta tiến hành thay đổi các giả thiết ban đầu về vị trí sự cố và các thơng số đường dây khác nhau, sẽ thu được các kết quả như sau:
Bảng 3 Bảng tổng hợp các kết quả tính tốn sự cố TT Đoạn sự cố Vị trí sự cố tính từ nút N (km) Điện trở sự cố () Kết quả tính tốn (km) Sai số (%) 1 N1-T 50 20 49.828 0.05375 2 30 30 29.003 0.311563 3 150 50 149.788 0.06625 4 N2-T 30 30 30.555 0.173438 5 50 40 49.0745 0.289219 6 90 40 89.0745 0.289219 7 100 50 100.565 0.176562 8 N3-T 30 30 31.29 0.416129 9 50 20 51.163 0.375161 10 90 50 89.762 0.076774 11 100 30 98.379 0.522903
So sánh với bài báo trên IEEE (“Fault Location Scheme for Combined Overhead Line With Underground Power Cable”, Electric Power Systems Research 76 (2006)), sử dụng dụng mơ hình đường dây thơng số rải phương trình Telegrapher:
Bảng 4 Kết quả tính tốn theo bài báo IEEE
Loại sự cố Điện trở sự cố () Khoảng cách tính tốn % Sai số 1 pha chạm đất 10 7,9012 0,988 1 pha chạm đất 20 7,933 0,67 1 pha chạm đất 50 7,9875 0,125 2 pha chạm đất 10 7,9020 0,98 2 pha chạm đất 20 7,9249 0,75 2 pha chạm đất 50 7,9876 0,12 3 pha chạm đất 10 7,9327 0,673 3 pha chạm đất 20 7,9559 0,4410 3 pha chạm đất 50 7,9943 0,05
Thuật tốn này địi hỏi các dữ liệu đo lường điện áp và dòng điện đồng bộ từ hai đầu của đường dây truyền tải.Vị trí sự cố là được suy ra bằng cách sử dụng mơ hình đường dây thơng số rải phương trình Telegrapher, lý thuyết biến đổi phương thức và biến đổi
Fourier rời rạc. Nên bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố của hiện tượng tần số, như điện trở ngắn mạch, phụ tải và các thơng số nguồn… Do đó, mức độ chính xác của phương pháp cũng thấp hơn so với kết quả bài tốn mơ phỏng bằng phương pháp biến đổi wavelet.
3.3.6 Kết luận sau khi mô phỏng đường dây mẫu
Như vậy, theo kết quả tính tốn tại Bảng 3 và các nội dung làm rõ Bảng 2, qua q trình phân tích đường dây mẫu, ta thấy qua tính tốn trên đường dây mẫu, phương pháp đề biến đổi wavelet tạm thời giải quyết tốt các vấn đề sau:
Bảng 5 Bảng kết luận kết quả tính tốn đường dây mẫu
STT Vấn đề Hướng nghiên cứu Kết quả sau khi tính tốn trên đường dây mẫu
1
Chọn lọc thơng tin để tính tốn sự cố
Khảo sát đường dây mẫu với sự cố ngắn mạch, phân tích tín hiệu điện áp, dòng điện tại các nút trên mạch điện. Rút ra kinh nghiệm cho bước đầu tính tốn sự cố đường dây
Tín hiệu điện áp khá nhạy với sự cố nên có thể ưu tiên sử dụng tín hiệu điện áp.
Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 tại các nút càng lớn thì chứng tỏ sự cố càng gần. 2 Sai số của phương pháp biến đổi wavelet khi định vị sự cố so với các phương pháp khác. Áp dụng phương pháp này cho đường dây mẫu và đường dây thực tế, so sánh với các phương pháp khác trên các báo IEEE và so với việc sử dụng Role
Phương pháp pháp biến đổi wavelet cho sai số thấp từ 0,02 % đến 0,52%, thấp hơn phương pháp khác và không bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố của hiện tượng tần số, như điện trở ngắn mạch, phụ tải và các thông số nguồn
Từ các nhận định trên, ta thấy phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải bằng biến đổi wavelet khi áp dụng vào thực tế là rất khả thi. Để nghiên cứu sâu hơn về độ tin cậy của phương pháp, ta sẽ tiến hành tính tốn trên đường dây thực tế ở phần sau.
3.4 Khảo sát mơ hình đường dây thực tế Mỹ Tho – Tân Hương – Long An: 3.4.1 Giới thiệu tuyến dây 110kV thực tế: 3.4.1 Giới thiệu tuyến dây 110kV thực tế:
7 .6 L km 20.3 L km 12 L km
Hình 65: Hình ảnh mơ hình tuyến đường dây sưu tầm được
Khảo sát phương pháp biến đổi wavelet cho 1 đoạn đường dây 110kV Mỹ Tho, Long An rẽ nhánh Tân Hương (Mỹ Tho – Tân Hương – Long An). Với chiều dài dây dẫn như hình trên và các thơng số đường dây như sau:
Thành phần thứ tự thuận: R1=0,08513 (Ω/km), L1=0,9068.10-3 (H/km), C1=12,624.10- 9 (F/km)
Từ những thông tin sưu tầm được từ đơn vị quản lý đường dây, trong q trình vận hành, đã có ghi nhận vài sự cố trên tuyến dây này.
Bảng 6 Sự cố đường dây thực tế TT Đoạn sự cố Vị trí sự cố tính từ nút gần sự cố (km) Rơ le báo (km) (R21, 67N) Sai số
(%) Nguyên nhân ban đầu
1 Mỹ Tho -T 5.02 4.45 7.5 Bể bát sứ
2
Long An - T
5.63 6.34 9.342105 Vi phạm hành lang an toàn điện 3 9.54 8.072 7.231527 Chuỗi sứ néo pha bị phóng điện 4 15.1 14.272 4.078818 Vi phạm hành lang an toàn điện
5 Tân
Hương - T
3.58 2.897 5.691667 Vi phạm hành lang an toàn điện
6 10.93 9.3 13.58333 Diều vướng đường dây
Có thể thấy rằng, sai số do Rơ le khá lớn và phụ thuộc vào nhiều yếu tố, ngoài yếu tố về thông đường dây, các loại sự cố khác nhau cũng mang lại những mức độ sai số khác nhau.
Ta tiến hành tính tốn định vị sự cố trên đường dây bằng phương pháp biến đổi wavelet để xem phương pháp này liệu có giải quyết tốt các nhược điểm của Rơle.
3.4.2 Mô phỏng sự cố bằng MATLAB Simulink và phân tích Wavelet Tool Box
Tiến hành tính tốn sự cố số 1 trong bảng 4 với sự cố cách nút Mỹ Tho 5.02km.
Hình 66: Mơ phỏng bằng Matlab Simulink
Hình 67: Tín hiệu điện áp 3 pha tại nút Mỹ Tho
Hình 69: Tín hiệu điện áp 3 pha tại nút Long An
Hình 71: Tín hiệu dịng điện 3 pha tại Tân Hương
Dựa vào hình Hình 73, Hình 74 cho thấy tín hiệu dịng điện pha A dao động rất lớn còn các pha khác ít bị ảnh hưởng hơn nên kết luận pha A đang bị sự cố chạm đất. Tín hiệu dịng điện pha A tại nút Mỹ Tho ở có biên độ dao động lớn hơn so với tín hiệu dịng điện tại nút Tân Hương ở và nút Long An ở. Do nút Mỹ Tho hiện tại ta coi là nguồn, theo trào lưu công suất từ Mỹ Tho đến Long An và sự cố nằm gần nút Mỹ Tho nhất nên biên độ dao động tín hiệu dịng điện pha A ở nút Mỹ Tho là lớn nhất. Riêng nút Tân Hương là nút tải nên tín hiệu dịng điện không bị ảnh hường nhiều.
Ta tiến hành tách sóng điện áp pha A tại nút Mỹ Tho để tính tốn.
Tiến hành biến đổi wavelet dạng db2 bậc 4 theo sơ đồ giải thuật với các bước thực hiện giống như áp dụng trên bài toán đường dây đã giả lập phần 2.2, thu được các hệ số xấp xỉ và chi tiết như sau:
Hình 73: Hệ số xấp xỉ bậc 1
Hình 75: Hệ số xấp xỉ bậc 2