Nghiên cứu ứng dụng mạng nơron xác định sự cố đường dây tải điện - Lê Kiều Linh

Khám phá luận văn thạc sĩ về ứng dụng mạng nơron xác định chính xác vị trí sự cố trên đường dây tải điện, tối ưu hóa hệ thống điện.

• Tác giả: Lê Kiều Linh
• Người hướng dẫn: Ts. Đỗ Trung Hải
• Trường học: Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện
• Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mạng nơron để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
• Loại tài liệu: Luận văn Thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2020
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1. Tính cấp thiết
• 2. Mục đích nghiên cứu
• 3. Nhiệm vụ nghiên cứu
• 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 5. Phương pháp nghiên cứu
• 6. Nội dung luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN
• 1.1. Một số phương pháp xác định vị trí sự cố
• 1.2. Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng (đo lường một phía)[11,12]
• 1.3. Phương pháp điện kháng đơn
• 1.4. Phương pháp TAKAGI
• 1.5. Phương pháp TAKAGI cải tiến
• 1.6. Phương pháp đo lường từ hai phía [13,14]
• 1.7. Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự cố
• 1.8. Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ đầu đường dây
• 1.9. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH TRUYỀN SÓNG TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
• 2.1. Mô hình đường dây truyền tải điện [2,4]
• 2.2. Nguyên lý lan truyền sóng trên đường dây [4,6]
• 2.3. Tổng trở sóng ZC
• 2.4. Hệ số truyền sóng 
• 2.5. Vận tốc truyền sóng v
• 2.6. Sóng điện từ trên đường dây tải điện không sự cố [3,4]
• 2.7. Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây thuần trở
• 2.8. Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R nt L):
• 2.9. Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R|| L):
• 2.10. Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R ||C):
• 2.11. Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R nt C):
• 2.12. Sóng điện từ trên đường dây tải điện khi có điểm sự cố
• 2.13. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT MẠNG NƠRON ĐỂ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN
• 3.1. Phân tích phổ bằng Wavelet [1,9]
• 3.2. Thuật toán Wavelet phân tích sóng phản hồi
• 3.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của phân tích Wavelet để xác định thời điểm sóng phản hồi
• 3.4. Mạng nơron mờ và ứng dụng để hiệu chỉnh thời điểm sóng phản hồi [1,10]
• 3.5. Quy tắc suy luận mạng TSK
• 3.6. Mô hình mạng nơron mờ TSK
• 3.7. Thuật toán học của mạng nơron mờ TSK
• 3.8. Khởi tạo mạng nơron cho quá trình học
• 3.9. Thuật toán phân cụm trừ mờ
• 3.10. Mạng TSK để hiệu chỉnh thời điểm sóng phản hồi
• 3.11. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG
• 4.1. Phần mềm Matlab-Simulink trong mô phỏng hệ thống điện [8]
• 4.2. Thư viện Sources
• 4.3. Thư viện hiện thị Sinks
• 4.4. Thư viện SimPowerSystems
• 4.5. Thư viện nguồn
• 4.6. Thư viện Elements
• 4.7. Mô phỏng sóng lan truyền trên đường dây dài để xác định vận tốc truyền sóng
• 4.8. Mô hình mô phỏng
• 4.9. Kết quả mô phỏng
• 4.10. Mô phỏng sóng lan truyền trên đường dây dài không phân nhánh khi đường dây có sự cố
• 4.11. Mô hình mô phỏng
• 4.12. Kết quả mô phỏng một số loại sự cố khác nhau
• 4.12.1. Ngắn mạch 1 pha
• 4.12.2. Ngắn mạch 3 pha chạm đất
• 4.12.3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất
• 4.13. Kết quả hiệu chỉnh sai số vị trí sự cố bằng mạng nơron TSK
• 4.14. Kết luận chương 4
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH HUẤN LUYỆN MẠNG NEURON
• PHỤ LỤC 2: CHƯƠNG TRÌNH KIỂM TRA MẠNG NƠRON

Tóm tắt

I. Tổng Quan Luận Văn Mạng Nơ ron Xác Định Sự Cố

Hệ thống điện hiện đại, với cấu trúc phức tạp và vận hành liên tục, dễ bị ảnh hưởng bởi các sự cố, gây ra hậu quả nghiêm trọng về kinh tế và độ tin cậy cung cấp điện. Các nguyên nhân gây sự cố trên đường dây tải điện rất đa dạng, từ tác động của thiên tai như sét đánh, đến các vấn đề kỹ thuật như cách điện suy giảm, cây cối xâm phạm hành lang tuyến, và các lỗi vận hành. Việc xác định nhanh chóng và chính xác vị trí sự cố là yếu tố then chốt để giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện và thiệt hại kinh tế. Do đó, nghiên cứu và ứng dụng các phương pháp tiên tiến để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện là vô cùng quan trọng. Các phương pháp truyền thống thường gặp nhiều hạn chế về độ chính xác và thời gian tìm kiếm, đặc biệt trên các tuyến đường dây dài và phức tạp. Luận văn này tập trung vào việc ứng dụng lý thuyết mạng nơ-ron để giải quyết vấn đề này, khai thác khả năng học và nhận diện mẫu của mạng nơ-ron để phân tích dữ liệu và xác định vị trí sự cố một cách nhanh chóng và chính xác. Mục tiêu chính là rút ngắn thời gian phát hiện vị trí sự cố, từ đó giảm thiểu thời gian ngừng cung cấp điện cho khách hàng. Việc áp dụng học máy trong kỹ thuật điện, cụ thể là mạng nơ-ron, hứa hẹn mang lại những giải pháp hiệu quả và tin cậy cho bài toán này. Luận văn sẽ đi sâu vào quá trình truyền sóng trên đường dây tải điện, phân tích các yếu tố ảnh hưởng, và xây dựng mô hình mạng nơ-ron phù hợp để xác định vị trí sự cố dựa trên dữ liệu thu thập được. [Trích dẫn từ tài liệu gốc: 'Để góp phần rút ngắn thời gian phát hiện vị trí sự cố, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mạng nơron để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện” là cần thiết.'].

1.1. Tầm quan trọng của xác định nhanh sự cố điện

Việc xác định sự cố đường dây tải điện nhanh chóng có ý nghĩa sống còn đối với sự ổn định của hệ thống điện. Thời gian gián đoạn cung cấp điện càng kéo dài, thiệt hại kinh tế càng lớn, ảnh hưởng đến sản xuất, sinh hoạt và các hoạt động kinh tế - xã hội khác. Ngoài ra, việc tìm kiếm sự cố thủ công trên các tuyến đường dây dài, đặc biệt ở những khu vực địa hình phức tạp, tốn rất nhiều thời gian và nguồn lực. Các phương pháp truyền thống dựa trên kinh nghiệm hoặc các thiết bị đo lường đơn giản thường không đủ chính xác, dẫn đến việc phải kiểm tra nhiều đoạn đường dây, gây lãng phí thời gian và công sức. Do đó, việc ứng dụng các công nghệ tiên tiến để tự động hóa quá trình xác định vị trí sự cố, giảm thiểu thời gian tìm kiếm và khắc phục sự cố là vô cùng cấp thiết. Điều này đòi hỏi sự kết hợp giữa kiến thức về hệ thống điện, kỹ thuật xử lý tín hiệu điện, và các công cụ tính toán hiện đại như mạng nơ-ron.

1.2. Hướng tiếp cận Mạng nơ ron giải bài toán xác định vị trí

Trong bối cảnh đó, việc ứng dụng mạng nơ-ron để phát hiện sự cố đường dây tải điện bằng mạng nơ-ron nổi lên như một giải pháp đầy tiềm năng. Mạng nơ-ron có khả năng học từ dữ liệu, nhận diện các mẫu phức tạp, và đưa ra dự đoán chính xác. Bằng cách huấn luyện mạng nơ-ron với dữ liệu về các sự cố đã xảy ra, có thể xây dựng một hệ thống tự động xác định vị trí sự cố dựa trên các thông số điện đo được tại các trạm biến áp. Ưu điểm của phương pháp này là khả năng hoạt động trong môi trường nhiễu, xử lý dữ liệu không đầy đủ, và đưa ra kết quả nhanh chóng. Hơn nữa, mạng nơ-ron có thể được liên tục cập nhật và cải thiện độ chính xác bằng cách học từ các sự cố mới. Tuy nhiên, việc xây dựng một hệ thống mạng nơ-ron hiệu quả đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về mô hình mạng nơ-ron cho phát hiện sự cố đường dây tải điện, kỹ năng lập trình, và khả năng xử lý dữ liệu lớn.

II. Thách Thức Xác Định Chính Xác Với Điện Trở Sự Cố

Một trong những thách thức lớn nhất trong việc xác định sự cố đường dây tải điện là ảnh hưởng của điện trở sự cố. Khi sự cố xảy ra, đặc biệt là sự cố một pha do phóng điện trên chuỗi sứ, hồ quang điện hình thành có tính chất điện trở. Điện trở này, cùng với điện trở của các vật trung gian (nếu có), làm sai lệch các thông số điện đo được, ảnh hưởng đến độ chính xác của các phương pháp xác định vị trí sự cố. Các phương pháp truyền thống, như phương pháp dựa trên trở kháng, thường bị ảnh hưởng lớn bởi điện trở sự cố, đặc biệt khi điện trở này có giá trị cao. Điều này đặt ra yêu cầu phải phát triển các phương pháp mới, ít nhạy cảm hơn với điện trở sự cố, hoặc có khả năng bù trừ ảnh hưởng của yếu tố này. Ngoài ra, dòng tải trên đường dây trước khi xảy ra sự cố cũng có thể gây sai số, do làm thay đổi góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện. Do đó, cần phải có các giải pháp để loại bỏ hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu này, đảm bảo độ chính xác của việc ứng dụng AI trong bảo vệ đường dây tải điện.

2.1. Ảnh hưởng của điện trở sự cố đến độ chính xác

Điện trở sự cố có thể thay đổi đáng kể tùy thuộc vào loại sự cố, điều kiện môi trường và các yếu tố khác. Ví dụ, sự cố do cây cối đổ vào đường dây có thể tạo ra điện trở lớn hơn nhiều so với sự cố do phóng điện trên chuỗi sứ. Điện trở này làm sai lệch kết quả đo lường điện áp và dòng điện, khiến cho việc tính toán trở kháng và khoảng cách đến điểm sự cố trở nên kém chính xác. Các phương pháp dựa trên trở kháng thường giả định rằng trở kháng ngắn mạch gần bằng 0, nhưng điện trở sự cố làm cho giả định này không còn đúng, dẫn đến sai số lớn trong việc ước lượng vị trí sự cố. [Trích dẫn: 'Khi xảy ra sự cố, đặc biệt là sự cố một pha do sứ đường dây bị phóng điện, hồ quang điện hình thành trên chuỗi sứ có tính chất điện trở, và như vậy điện trở hồ quang này cũng nằm trong mạch vòng đo sự cố pha - đất.']. Do đó, việc xây dựng các thuật toán mạng nơ-ron xác định sự cố đường dây tải điện cần phải tính đến yếu tố này.

2.2. Dòng tải và các yếu tố gây nhiễu khác cần loại bỏ

Ngoài điện trở sự cố, dòng tải trên đường dây trước khi xảy ra sự cố cũng là một yếu tố gây nhiễu. Dòng tải làm thay đổi góc lệch pha giữa điện áp và dòng điện, ảnh hưởng đến độ chính xác của các phương pháp dựa trên trở kháng hoặc phân tích sóng. Các yếu tố khác như sự bất đối xứng của đường dây, ảnh hưởng của thành phần thứ tự không, và hỗ cảm giữa các đường dây cũng có thể gây sai số. Để đảm bảo độ chính xác, cần phải có các bộ lọc hoặc thuật toán để loại bỏ hoặc giảm thiểu ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu này. Các phương pháp so sánh các phương pháp xác định sự cố đường dây tải điện với mạng nơ-ron có thể giúp xác định phương pháp nào ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu hơn. Việc sử dụng xử lý tín hiệu điện tiên tiến cũng có thể giúp cải thiện độ chính xác của việc xác định vị trí sự cố.

III. Giải Pháp Wavelet Kết Hợp Mạng Nơ ron Mờ TSK

Luận văn đề xuất một giải pháp kết hợp phân tích Wavelet và mạng nơ-ron mờ TSK để vượt qua các thách thức trong việc xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện. Phân tích Wavelet được sử dụng để phân tích phổ tín hiệu, xác định các đặc trưng của sóng phản hồi từ điểm sự cố. Ưu điểm của phân tích Wavelet là khả năng phân tích tín hiệu trong cả miền thời gian và miền tần số, cho phép xác định chính xác thời điểm sóng phản hồi. Tuy nhiên, độ chính xác của việc ước lượng thời điểm biến đổi đột ngột của tín hiệu phụ thuộc vào các tham số phân tích Wavelet và có thể bị ảnh hưởng bởi điện cảm sự cố. Để khắc phục nhược điểm này, mạng nơ-ron mờ TSK được sử dụng để hiệu chỉnh sai số. Mạng nơ-ron mờ TSK có khả năng học và thích nghi với dữ liệu, cho phép bù trừ ảnh hưởng của điện cảm sự cố và các yếu tố nhiễu khác. Sự kết hợp giữa hai phương pháp này mang lại một giải pháp mạnh mẽ và tin cậy để nâng cao độ chính xác của mạng nơ-ron trong xác định sự cố đường dây tải điện.

3.1. Phân tích Wavelet Tìm kiếm thời điểm sóng phản hồi chính xác

Phân tích Wavelet cho phép phân tích tín hiệu thành các thành phần tần số khác nhau tại các thời điểm khác nhau. Điều này rất hữu ích trong việc xác định thời điểm sóng phản hồi từ điểm sự cố về đầu đường dây. Bằng cách phân tích các đặc trưng của sóng phản hồi, có thể ước lượng vị trí sự cố một cách sơ bộ. Tuy nhiên, độ chính xác của ước lượng này có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nhiễu và điện cảm sự cố. [Trích dẫn: 'Khi sử dụng một họ Wavelet, một tín hiệu hàm thời gian có thể được phân tích theo cấu trúc như trên...'] Để khắc phục nhược điểm này, cần phải sử dụng các kỹ thuật xử lý tín hiệu và học máy để cải thiện độ chính xác của việc ước lượng thời điểm sóng phản hồi.

3.2. Mạng nơ ron mờ TSK Hiệu chỉnh sai số và nâng cao độ tin cậy

Mạng nơ-ron mờ TSK là một loại mạng nơ-ron lai, kết hợp giữa logic mờ và mạng nơ-ron. Mạng nơ-ron mờ TSK có khả năng học và thích nghi với dữ liệu, cho phép bù trừ ảnh hưởng của điện cảm sự cố và các yếu tố nhiễu khác. Bằng cách huấn luyện mạng nơ-ron mờ TSK với dữ liệu về các sự cố đã xảy ra, có thể xây dựng một hệ thống tự động hiệu chỉnh sai số và nâng cao độ tin cậy của việc xác định vị trí sự cố. Ứng dụng mạng nơ-ron trong xác định sự cố đường dây tải điện mờ TSK giúp giảm thiểu sai số và đảm bảo độ chính xác cao hơn so với các phương pháp truyền thống.

3.3. Áp dụng thuật toán phân cụm trừ mờ trong khởi tạo mạng nơ ron

Để khởi tạo mạng nơ ron mờ, luận văn sử dụng thuật toán phân cụm trừ mờ. Thuật toán này giúp xác định các trọng tâm của quy tắc mờ một cách hiệu quả. Quá trình học hiệu quả của mạng nơ ron phụ thuộc vào việc có một điểm khởi đầu đủ tốt; thuật toán này cho phép tách quá trình điều chỉnh thích nghi thành hai quá trình điều chỉnh thông số tuyến tính và điều chỉnh các thông số phi tuyến. Do đó, thuật toán này giúp mạng nơ ron hội tụ nhanh hơn đến các nghiệm cực tiểu tốt hơn. Từ đó nâng cao hiệu quả trong ứng dụng lý thuyết mạng nơ ron để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện.

IV. Mô Phỏng Kết Quả Chính Xác Với Các Loại Sự Cố

Luận văn sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để mô phỏng sóng lan truyền trên đường dây dài trong nhiều tình huống khác nhau. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng phương pháp kết hợp phân tích Wavelet và mạng nơ-ron mờ TSK cho phép xác định vị trí sự cố với độ chính xác cao, ngay cả trong trường hợp có điện trở và điện cảm sự cố. Các kết quả cũng cho thấy rằng phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại sự cố khác nhau, bao gồm ngắn mạch một pha, ngắn mạch ba pha chạm đất, và ngắn mạch hai pha chạm đất. Việc đánh giá hiệu quả của mạng nơ-ron trong xác định sự cố đường dây tải điện qua mô phỏng giúp chứng minh tính khả thi và hiệu quả của giải pháp đề xuất. Các kết quả mô phỏng cũng cho phép đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến độ chính xác của việc xác định vị trí sự cố, từ đó đưa ra các khuyến nghị để cải thiện hiệu suất của hệ thống.

4.1. Matlab Simulink Công cụ mô phỏng hệ thống điện hiệu quả

Matlab-Simulink là một công cụ mạnh mẽ để mô phỏng các hệ thống điện phức tạp. Phần mềm này cung cấp các thư viện và công cụ để mô hình hóa các thành phần của hệ thống điện, bao gồm đường dây tải điện, máy biến áp, máy cắt, và các thiết bị bảo vệ. Việc sử dụng Matlab-Simulink cho phép mô phỏng các tình huống sự cố khác nhau, thu thập dữ liệu, và đánh giá hiệu suất của các phương pháp xác định vị trí sự cố. Luận văn sử dụng Matlab-Simulink để mô phỏng sóng lan truyền trên đường dây dài không phân nhánh khi đường dây có sự cố, và đánh giá độ chính xác của phương pháp đề xuất.

4.2. Kết quả Độ chính xác cao với các loại sự cố khác nhau

Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng phương pháp kết hợp phân tích Wavelet và mạng nơ-ron mờ TSK cho phép xác định vị trí sự cố với độ chính xác cao, ngay cả trong trường hợp có điện trở và điện cảm sự cố. Phương pháp này có thể áp dụng cho nhiều loại sự cố khác nhau, bao gồm ngắn mạch một pha, ngắn mạch ba pha chạm đất, và ngắn mạch hai pha chạm đất. Các kết quả cũng cho thấy rằng việc sử dụng mạng nơ-ron mờ TSK để hiệu chỉnh sai số giúp cải thiện đáng kể độ chính xác của việc xác định vị trí sự cố. Thông qua các bảng biểu và đồ thị, luận văn trình bày chi tiết các kết quả mô phỏng và phân tích, chứng minh tính hiệu quả của giải pháp đề xuất. Việc mạng nơ-ron xác định sự cố đường dây tải điện thành công trong các mô phỏng này cho thấy tiềm năng ứng dụng thực tế cao.

V. Kết Luận Mở Ra Hướng Nghiên Cứu Ứng Dụng Mới

Luận văn đã trình bày một giải pháp hiệu quả để xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện bằng cách kết hợp phân tích Wavelet và mạng nơ-ron mờ TSK. Các kết quả mô phỏng cho thấy rằng phương pháp này có độ chính xác cao và có thể áp dụng cho nhiều loại sự cố khác nhau. Luận văn đã đóng góp vào việc nghiên cứu ứng dụng lý thuyết mạng nơ-ron trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện, mở ra những hướng nghiên cứu mới trong việc phát triển các hệ thống tự động xác định vị trí sự cố. Trong tương lai, có thể nghiên cứu thêm về việc ứng dụng các loại mạng nơ-ron khác, như mạng nơ-ron sâu (deep neural networks), để cải thiện độ chính xác và khả năng thích nghi của hệ thống. Ngoài ra, cần phải nghiên cứu về việc triển khai hệ thống trên thực tế, giải quyết các vấn đề liên quan đến việc thu thập dữ liệu, xử lý dữ liệu thời gian thực, và tích hợp hệ thống vào các hệ thống quản lý và điều khiển hệ thống điện hiện có.

5.1. Đóng góp của luận văn và hướng phát triển tiếp theo

Luận văn đã đóng góp vào việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp tiên tiến để bảo vệ đường dây tải điện bằng mạng nơ-ron. Giải pháp đề xuất có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong thực tế, giúp giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện và thiệt hại kinh tế. Trong tương lai, cần phải nghiên cứu thêm về việc ứng dụng các loại mạng nơ-ron khác, như mạng nơ-ron tích chập (CNN) và mạng nơ-ron hồi quy (RNN), để cải thiện độ chính xác và khả năng thích nghi của hệ thống. Các nghiên cứu về huấn luyện mạng nơ-ron với dữ liệu huấn luyện mạng nơ-ron thực tế cũng rất quan trọng.

5.2. Triển khai thực tế Thách thức và cơ hội phía trước

Việc triển khai hệ thống trên thực tế đặt ra nhiều thách thức, bao gồm việc thu thập dữ liệu chất lượng cao, xử lý dữ liệu thời gian thực, và tích hợp hệ thống vào các hệ thống quản lý và điều khiển hệ thống điện hiện có. Tuy nhiên, những thách thức này cũng mang lại những cơ hội lớn để phát triển các giải pháp sáng tạo và nâng cao hiệu quả của hệ thống điện. Việc hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, các kỹ sư điện, và các nhà cung cấp giải pháp công nghệ là rất quan trọng để vượt qua những thách thức này và đưa những kết quả nghiên cứu vào ứng dụng thực tế. Các nghiên cứu về điều khiển thông minh cũng cần được chú trọng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Các đường dây truyền tải được sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện đến các trung tâm phụ tải. Những đường dây này trong quá trình truyền tải điện năng có thể xảy ra sự cố do thiên tai, thiết bị bị sự cố, sự cố điều khiển, sự cố do vận hành. Các dạng sự cố này đều phải được phát hiện, cô lập và sửa chữa. Việc khôi phục lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị sự cố chỉ có thể được tiến hành nhanh nhất nếu biết được chính xác vị trí sự cố hoặc ước lượng được gần đúng vị trí sự cố.

Thời gian sự cố kéo dài dẫn đến thiệt hại đáng kể về kinh tế, gây mất ổn định trong hệ thống điện. Như vậy việc nhanh chóng phát hiện, định vị, cô lập và khắc phục những sự cố là rất quan trọng trong việc đảm bảo chế độ làm việc tin cậy của hệ thống điện. Thời gian phục hồi lại trạng thái làm việc bình thường của các đường dây bị sự cố bao gồm cả thời gian để tìm vị trí sự cố. Tính toán ước lượng chính xác vị trí sự cố giúp giảm thiểu thời gian khắc phục sự cố.

Hiện nay một số đường dây truyền tải điện được trang bị bảo vệ khoảng cách. Thực tế cho thấy chức năng định vị điểm sự cố trong các rơle bảo vệ khoảng cách báo vị trí với một mức sai số tương đối lớn (có thể từ vài km đến hàng chục km). Do đó, để định vị sự cố trên đường dây truyền tải chính xác hơn một số phương pháp phát hiện sự cố được quan tâm nghiên cứu và phát triển. Một số phương pháp xác định vị trí sự cố 1.

Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng (đo lường một phía)[11,12] Trong phương pháp dựa trên trở kháng, sự vận hành của rơle khoảng cách phụ thuộc rất nhiều vào điện trở sự cố và không hiệu quả trong trường hợp có điện trở sự cố rất cao. Phương pháp tổng trở yêu cầu trở kháng ngắn mạch phải gần bằng 0 để có thể thu được kết quả ước lượng vị trí sự cố được chính xác. 3 download by : [e-mail] Phương pháp dựa trên trở kháng có thể được phân thành các phương pháp một đầu và phương pháp hai đầu phụ thuộc vào số lượng các thiết bị đầu cuối mà tại đó các dữ liệu điện áp và dòng điện được thu thập. Phương pháp đo tổng trở ở cả hai đầu đường dây có độ chính xác cao hơn vì ít phụ thuộc vào điện trở ngắn mạch hơn.

Phương pháp trở kháng được dùng phổ biến nhất trong các rơle khoảng cách kỹ thuật số được đặt trong trạm biến áp để bảo vệ cho các đường dây. Ngoài trở kháng, khi xảy ra sự cố rơle còn tính toán và ghi lại các thông số sự cố trong bản ghi của rơle như: dạng sự cố, vùng sự cố, vị trí sự cố, giá trị tức thời của điện áp và dòng điện xung quanh thời điểm sự cố. Việc xác định vị sự cố bằng rơle khoảng cách trong thực tế còn gặp nhiều sai số do những nguyên nhân khác nhau như: ảnh hưởng của điện trở quá độ đến đến sự làm việc của bộ phận khoảng cách, ảnh hưởng của trạm trung gian, ảnh hưởng của tổ nối dây máy biến áp, ảnh hưởng của sai số máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU), sai số của rơle do thành phần tự do gây ra khi tính toán các giá trị hiệu dụng, độ không lý tưởng của các bộ lọc số, sai số do các bộ chuyển đổi AD, sai số của các thiết bị đo góc pha, việc tính toán cài đặt và chỉnh định rơle cũng như do việc đã loại bỏ các thành phần tín hiệu biến thiên nhanh dẫn tới mất đi một phần thông tin trong tín hiệu., từ đó dẫn đến việc xác định vị trí sự cố của rơle khoảng cách chưa được chính xác. Phương pháp điện kháng đơn Các giá trị điện áp, dòng điện đo lường được ở đầu đường dây sẽ được sử dụng để tính toán trở kháng của đường dây đến vị trí điểm sự cố lsù cè và được biểu diễn theo phương trình (1.1) Trong đó: - UA: điện áp tại đầu nguồn A; ZL: tổng trở của đường dây.

- IA: dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A. - lsù cè : khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A. - Uf: điện áp sự cố.2) 4 download by : [e-mail] Trong đó: - If: dòng điện sự cố. - Rf: điện trở sự cố được minh họa như hình vẽ ZA IA Z B ~ ~ lsuco.Z Nguồn A Nguồn B Đo lường If f Rf điện áp và dòng điện Hình 1.

Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện kháng đơn Khi trở kháng của đường dây trên mỗi đơn vị chiều dài đã biết, khoảng cách sự cố được xác định: UA  I  Rf lsù cè   A   (1.3) ZL I  ZL  A  If    Trong đó: - Rf : điện trở sự cố. - If : dòng điện sự cố. Độ chính xác của phương pháp này chịu ảnh hưởng của các thông số sau: Ảnh hưởng của điện trở tại điểm sự cố: Khi xảy ra sự cố, đặc biệt là sự cố một pha do sứ đường dây bị phóng điện, hồ quang điện hình thành trên chuỗi sứ có tính chất điện trở, và như vậy điện trở hồ quang này cũng nằm trong mạch vòng đo sự cố pha - đất. Một số trường hợp sự cố thông qua vật trung gian thì chính giá trị điện trở của các vật trung gian này cũng gây ảnh hưởng đến tính chính xác của phép định vị sự cố.

Ảnh hưởng của dòng tải trên đường dây trước sự cố: Góc lệch pha dòng điện giữa hai đầu đường dây khi xảy ra sự cố gần đúng có thể coi xấp xỉ bằng góc lệch pha của điện áp hai đầu đường dây trong chế độ vận hành bình thường. Mặt khác, góc lệch pha của điện áp trong chế độ bình thường lại phụ thuộc vào mức độ tải của đường dây, 5 download by : [e-mail] vì vậy dòng điện tải trên đường dây có ảnh hưởng đến mức độ chính xác của phép định vị sự cố. Phương pháp TAKAGI Phương pháp Takagi cần cả các tín hiệu trước khi xuất hiện sự cố và sau khi xuất hiện sự cố. Phương pháp này cũng nâng cao được độ chính xác hơn so với phương pháp điện kháng đơn như giảm bớt ảnh hưởng của điện trở sự cố và làm giảm ảnh hưởng của dòng tải.

Sơ đồ minh họa như hình vẽ: lsuco IA. I  A ZB ZA ~ lsuco.Z Nguồn A UA Nguồn B Định vị sự cố U A If Rf U f Hình 1. Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn Điện trở sự cố được tính toán theo biểu thức: U A  Z C  I A  tanh  lsuco Rf   U A  j (1.4)  Z tanh  lsuco  I A    e  C  Khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A được xác định theo biểu thức: Im(U A  I A* ) lsù cè  (1.5) Im( Z L  I A  I A* ) Tổng trở của đường dây: Z L    ZC (1.6) Trong đó: - UA: điện áp tại đo lường đầu nguồn A. - ZL: tổng trở của đường dây.

- IA: dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A. - ZC: tổng trở đặc tính. 6 download by : [e-mail] - : hệ số lan truyền. - Rf: điện trở sự cố.

- lsù cè : khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A. - I A : dòng điện xếp chồng, là sự chênh lệch giữa dòng điện sự cố và dòng điện trước sự cố. - U "A : điện áp xếp chồng, là sự chênh lệch giữa điện áp sự cố và điện áp trước sự cố. - I A* : ảnh phức liên hợp của I A.

Phương pháp TAKAGI cải tiến Phương pháp Takagi cải tiến này cũng còn được gọi là phương pháp dòng điện thứ tự không. Phương pháp này không yêu cầu dữ liệu trước sự cố vì nó sử dụng dòng điện thứ tự không thay vì xếp chồng dòng điện của sự cố chạm đất. Vị trí sự cố trong phương pháp này được xác định: Im(U A  I R*  e  j  ) lsù cè  (1.7) Im( Z1L  I A  I R*  e  j  ) Trong đó: - IR: dòng điện thứ tự không, I R*  liên hợp phức của ảnh dòng điện thứ tự không. - : góc dòng điện thứ tự không.

- Z1L: tổng trở thứ tự thuận của đường dây. - UA: điện áp tại đo lường đầu nguồn A. - IA: dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A. - lsù cè : khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A.

Nhận xét: - Ưu điểm nổi bật của phương pháp điện kháng đơn là đơn giản, dễ lắp đặt, không cần phải đồng bộ giữa các thiết bị, tuy nhiên có nhược điểm là dễ bị ảnh hưởng lớn bởi các nguồn nhiễu như sự bất đối xứng của đường dây, ảnh hưởng của thành phần thứ tự không hay của hỗ cảm giữa các đường dây. 7 download by : [e-mail] - Phương pháp Takagi ít ảnh hưởng của điện trở sự cố và ảnh hưởng của dòng tải nhưng cần phải biết chính xác được các thông số của dòng điện pha sự cố ngay trước thời điểm xuất hiện sự cố. Các sai lệch trong các thông số này sẽ tạo thành sai số lớn trong việc ước lượng vị trí sự cố. - Phương pháp Takagi cải tiến không cần dùng giá trị của dòng điện trước sự cố nhưng lại phải xác định được góc pha của dòng điện thứ tự 0.

Đây cũng là một nguồn sai số lớn của phương pháp. Phương pháp đo lường từ hai phía [13,14] Phương pháp đo lường tín hiệu từ hai đầu đường dây yêu cầu tín hiệu phải được đo lường và đồng bộ từ cả hai đầu đường dây. Phương pháp này có độ chính xác cao hơn các phương pháp đo lường từ một phía vì không bị ảnh hưởng của tổng trở nguồn cũng như ảnh hưởng của điện trở sự cố. Xét sự cố xảy ra cách trạm A một khoảng là x (%) trên đường dây AB như trong hình vẽ A IA IB B x (1-x) IF RF Hình 1.

Sơ đồ nguyên lý của đường dây bị sự cố với hai nguồn cấp Sơ đồ thay thế đơn giản (bỏ qua tổng dẫn) của đường dây trên trong trường hợp sự cố như sau: A IA F (1-x)*ZD IB B IF UA UF RF UB Hình 1.