Luận Văn Thạc Sĩ Về Thiết Bị Mạng Và Nhà Máy Điện Định Vị Sự Cố Trên Đường Dây Truyền Tải

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu thiết bị mạng và nhà máy điện, tập trung định vị sự cố trên đường dây truyền tải hiệu quả và chính xác.

• Tác giả: Trương Văn Nghĩa
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Liêm
• Trường học: Đại học Bách Khoa - ĐHQG TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện
• Đề tài: Định Vị Sự Cố Trên Đường Dây Truyền Tải
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Luận văn thạc sĩ 'Thiết Bị Mạng & Nhà Máy Điện Định Vị Sự Cố Đường Dây Truyền Tải' tập trung vào việc xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện. Mục tiêu chính là cung cấp giải pháp tối ưu để định vị chính xác sự cố, giúp giảm thời gian và chi phí sửa chữa. Hệ thống điện hiện đại đòi hỏi độ tin cậy cao, và việc xác định nhanh chóng vị trí sự cố là yếu tố quan trọng để đảm bảo sự ổn định của hệ thống. Luận văn đề xuất phương pháp tối ưu hóa dựa trên mô hình đường dây tham số rải, sử dụng dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ để đánh giá hiệu quả.

1.1 Sự cố trên đường dây truyền tải

Sự cố trên đường dây truyền tải là vấn đề phổ biến trong hệ thống điện, đặc biệt là trên đường dây trên không. Các sự cố này có thể gây gián đoạn cung cấp điện và ảnh hưởng đến độ tin cậy của hệ thống. Việc xác định chính xác vị trí sự cố giúp giảm thiểu thời gian ngừng cung cấp điện và tăng hiệu quả sửa chữa. Luận văn đề cập đến các phương pháp hiện có như phương pháp tổng trở, sóng lan truyền, và radar-based reflectometry, đồng thời chỉ ra những hạn chế của chúng.

1.2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu chính của luận văn là xây dựng thuật toán tối ưu hóa để xác định chính xác vị trí sự cố trên đường dây truyền tải. Thuật toán này dựa trên việc cực tiểu hóa sai số trong ước tính vị trí sự cố. Luận văn sử dụng phần mềm Matlab-Simulink để mô phỏng và kiểm tra hiệu quả của phương pháp đề xuất.

II. Các phương pháp xác định vị trí sự cố

Chương này giới thiệu các phương pháp hiện có để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải. Các phương pháp được phân loại thành phương pháp dựa trên mô hình tổng trở, phương pháp sóng lan truyền, và phương pháp radar-based reflectometry. Mỗi phương pháp có ưu điểm và hạn chế riêng, đặc biệt là về độ chính xác và tính kinh tế. Luận văn phân tích các khuyết điểm của các phương pháp này và đề xuất phương pháp tối ưu hóa dựa trên mô hình đường dây tham số rải.

2.1 Phương pháp dựa vào mô hình tổng trở

Phương pháp tổng trở sử dụng điện áp và dòng điện đo được ở tần số cơ bản để tính toán tổng trở từ đầu cuối đến điểm sự cố. Phương pháp này được chia thành hai loại: một đầu cuối và hai đầu cuối. Tuy nhiên, độ chính xác của phương pháp này bị ảnh hưởng bởi điện trở sự cố, tham số đường dây bất đối xứng, và sai số đo đạc.

2.2 Phương pháp sóng lan truyền

Phương pháp sóng lan truyền dựa trên việc phân tích sóng điện áp và dòng điện lan truyền trên đường dây khi xảy ra sự cố. Phương pháp này có độ chính xác cao nhưng đòi hỏi thiết bị đo đạc phức tạp và chi phí cao.

III. Giải thuật tối ưu hóa định vị sự cố

Luận văn đề xuất giải thuật tối ưu hóa để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải. Giải thuật này dựa trên việc cực tiểu hóa hàm mục tiêu với biến là khoảng cách sự cố. Hàm mục tiêu được xây dựng từ việc kết hợp các phương trình biến pha từ điểm sự cố đến các đầu cuối đường dây. Phương pháp này được áp dụng cho cả mô hình đường dây hai đầu cuối và ba đầu cuối.

3.1 Mô hình đường dây tham số rải

Mô hình đường dây tham số rải được sử dụng để mô tả chính xác hơn các đặc tính của đường dây truyền tải. Mô hình này cho phép tính toán chính xác vị trí sự cố bằng cách xem xét các tham số phân bố dọc theo đường dây.

3.2 Kỹ thuật tối ưu hóa

Kỹ thuật tối ưu hóa được áp dụng để cực tiểu hóa sai số trong ước tính vị trí sự cố. Phương pháp này sử dụng dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ để đánh giá hiệu quả. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất có độ chính xác cao và khả năng ứng dụng thực tế.

IV. Đánh giá phương pháp tối ưu

Chương này đánh giá hiệu quả của phương pháp tối ưu hóa đề xuất trong việc xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của phương pháp như vị trí sự cố, loại sự cố, điện trở sự cố, và sai số phần cứng được phân tích chi tiết. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất có hiệu suất cao và khả năng ứng dụng trong thực tế.

4.1 Khảo sát đường dây hai đầu cuối

Phương pháp đề xuất được áp dụng cho mô hình đường dây hai đầu cuối. Kết quả cho thấy độ chính xác cao trong việc xác định vị trí sự cố, ngay cả khi có sự thay đổi về điện trở sự cố và tham số đường dây.

4.2 Khảo sát đường dây ba đầu cuối

Phương pháp cũng được áp dụng cho mô hình đường dây ba đầu cuối. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất có khả năng xác định chính xác vị trí sự cố trong các điều kiện khác nhau, bao gồm cả dữ liệu không đồng bộ.

V. Kết luận chung

Luận văn đã đề xuất phương pháp tối ưu hóa để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải. Phương pháp này dựa trên mô hình đường dây tham số rải và sử dụng dữ liệu đồng bộ và không đồng bộ để đánh giá hiệu quả. Kết quả mô phỏng cho thấy phương pháp đề xuất có độ chính xác cao và khả năng ứng dụng thực tế. Luận văn cũng đề xuất hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc cải thiện độ chính xác và mở rộng ứng dụng cho các loại đường dây khác nhau.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƢƠNG VĂN NGHĨA ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI Chuyên ngành : Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số chuyên ngành: 60.50 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 11 năm 2012 CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG-HCM Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. Cán bộ chấm nhận xét 1 :.

Cán bộ chấm nhận xét 2 :. Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Họ tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: TRƢƠNG VĂN NGHĨA MSHV: 11184074 Ngày, tháng, năm sinh: 01/01/1986 Nơi sinh: Bạc Liêu Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện Mã số: 60.50 I- TÊN ĐỀ TÀI : ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Chƣơng 1. Giới thiệu Chƣơng 2. Các phƣơng pháp xác định vị trí sự cố Chƣơng 3. Giới thiệu về giải thuật tối ƣu hóa cho định vị sự cố trên đƣờng dây truyền tải.

Đánh giá phƣơng pháp tối ƣu xác định vị trí sự cố Chƣơng 5. Kết luận chung II- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ :02/07/2012 III- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/11/2012 IV- CÁN BỘ HƢỚNG DẪN : TS. NGUYỄN VĂN LIÊM Tp. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƢỞNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ (Họ tên và chữ ký) ii Lời đầu tiên, tôi xin gởi lời cảm ơn xâu sắc đến TS.NGUYỄN VĂN LIÊM, là ngƣời Thầy đã giúp đỡ, hƣớng dẫn tận tình trong suốt thời gian thực hiện luận văn này.

Thầy đã hƣớng dẫn, bổ sung những kiến thức cần thiết để tôi hoàn thành quyển luận văn này. Xin gởi lời cảm ơn đến tất cả Quí Thầy, Cô trong khoa Điện – Điện Tử đã giảng dạy và trang bị kiến thức cho tôi trong thời gian học tập tại trƣờng. Tôi cảm ơn Gia đình đã bên cạnh động viên cũng nhƣ tạo điều kiện thuận lợi cho tôi đƣợc học tập và làm việc. Xin cảm ơn tất cả các Anh/chị học viên Cao học khóa 2011 ngành thiết bị, mạng và nhà máy điện trƣờng Đại Học Bách Khoa - ĐHQG-HCM, những ngƣời bạn luôn đồng hành hổ trợ tôi vƣợt qua những khó khăn trong thời gian thực hiện luận văn này.

Xin cảm ơn tất cả các bạn bè đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Trƣơng Văn Nghĩa iii TÓM TẮT LUẬN VĂN Mục tiêu cơ bản của hệ thống điện là cung cấp điện liên tục cho ngƣời sử dụng. Cũng giống nhƣ bất kỳ các hệ thống khác, sự cố có thể xảy ra bất kỳ. Trong những thời điểm đó thì việc xác định chính xác vị trí và điều kiện sự cố để nhanh chóng sửa chữa có ý nghĩa rất quan trọng.

Hầu hết các sự cố xảy ra trong mạng lƣới truyền tải, đặc biệt là trên đƣờng dây trên không. Để xác định vị trí sự cố, có nhiều giải thuật xác định vị trí sự cố đƣợc phát triển. Luận văn này đề xuất một phƣơng pháp tối ƣu hóa xác định vị trí sự cố dựa trên mô hình đƣờng dây tham số rãi. Phƣơng pháp xác định vị trí sự cố dựa trên cơ sở tối ƣu hóa cực tiểu hàm mục tiêu với biến là khoảng cách sự cố.

Hàm mục tiêu đƣợc xây dựng từ việc kết hợp các phƣơng trình biến pha từ điểm sự cố đến các đầu cuối đƣờng dây. Phƣơng pháp đề nghị đƣợc áp dụng cho mô hình đƣờng dây truyền tải hai đầu cuối và ba đầu cuối. Sử dụng dữ liệu đồng bộ, hiệu quả của phƣơng pháp đề nghị đƣợc kiểm tra với tất cả các trƣờng hợp: vị trí sự cố, loại sự cố, điện trở sự cố, thông số đƣờng dây, tổng trở nguồn, điều kiện tải trƣớc sự cố và sai số phần cứng. Sau đó, dữ liệu không đồng bộ cũng đƣợc đánh giá.

Sử dụng Matlab-Simulink để mô phỏng. Kết quả cho thấy chất lƣợng của phƣơng pháp đề nghị. iv ABSTRACT Basic goal of power system is to continuously provide electrical energy to the users. Like with any other system, failures in power system can occur.

In those situations it is critical that correct remedial actions are applied as soon as possible after the accurate fault condition and location are detected. Most of the power system faults occur in transmission networks, especially on overhead lines. To detect the fault location, a variety of fault location algorithms have been developed. This thesis proposes an optimal fault location method based on distributed parameter line model.

The fault location method is based on the minimisation of an objective function in which the fault distance is a variable. The objective function is formed from combining the phase-variable distributed- parameter equations of individual line sections from the fault point to the line terminals. The proposed method are applied to both two-end transmission line model and three-end transmission line. Using synchronised data, the performance of the proposed method has been tested with all possible aspects: fault location, fault type, fault resistance, line parameters uncertainty, source impedance, pre-fault loading condition, hardware simulation error.

Then, un-synchronised data is also evaluated. The models are simulated by using software Matlab-Simulink. The results show the high performance of the proposed method. v LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

Các kết quả nêu trong Luận văn chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Các số liệu, ví dụ và trích dẫn trong Luận văn đảm bảo tính chính xác, tin cậy và trung thực. Tôi xin chân thành cảm ơn! NGƢỜI CAM ĐOAN Trƣơng Văn Nghĩa vi MỤC LỤC NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ i LỜI CẢM ƠN .ii TÓM TẮT LUẬN VĂN. iv LỜI CAM ĐOAN.

vi DANH MỤC HÌNH ẢNH. ix DANH MỤC BẢNG. xi CHƢƠNG 1.2 Mục tiêu của đề tài.3 Tầm quan trọng của đề tài .4 Phạm vi nghiên cứu. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ 3 2.2 Phƣơng pháp dựa vào mô hình tổng trở [1].1 Giải thuật một đầu cuối [1] .2 Giải thuật hai đầu cuối [1] .3 Phƣơng pháp truyền sóng .1 Phƣơng pháp sóng truyền trên đƣờng dây truyền tải [2, 14] .2 Phƣơng pháp xác định vị trí sự cố dựa vào sóng truyền [13] .4 Phƣơng pháp phản xạ dựa trên rada [2].5 Phƣơng pháp dựa trên mô hình đƣờng dây tham số rãi [2, 16].

GIỚI THIỆU VỀ GIẢI THUẬT TỐI ƢU HÓA CHO ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 16 3.2 Mô hình đƣờng dây tham số rãi 3 pha .3 Kỹ thuật tối ƣu hóa xác định vị trí sự cố .1 Dữ liệu đồng bộ hóa .2 Dữ liệu không đồng bộ .4 Xác định vị trí sự cố đƣờng đây truyền tải ba đầu cuối [2] .1 Xác định mạch xảy ra sự cố .2 Xác định vị trí sự cố sử dụng dữ liệu đồng bộ .3 Xác định vị trí sự cố sử dụng dữ liệu không đồng bộ. ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP TỐI ƢU XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ 28 4.2 Khảo sát đƣờng dây truyền tải hai đầu cuối .2 Sai số của vị trí sự cố .3 Xác định vị trí sự cố .4 Ảnh hƣởng của vị trí sự cố và loại sự cố.5 Ảnh hƣởng của điện trở sự cố .6 Ảnh hƣởng của tổng trở nguồn .7 Ảnh hƣởng của thông số đƣờng dây không chính xác .8 Ảnh hƣởng khi sử dụng đƣờng dây không hoán vị .9 Ảnh hƣởng của điều kiện tải trƣớc sự cố .10 Ảnh của sai số phần cứng mô phỏng .11 Ảnh hƣởng của dữ liệu không đồng bộ .3 Khảo sát đƣờng dây truyền tải ba đầu cuối .2 Khảo sát với dữ liệu đồng bộ .3 Khảo sát với dữ liệu không đồng bộ. KẾT LUẬN CHUNG 58 5.2 Hƣớng phát triển đề tài .59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60 ix DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sự cố trên đƣờng dây truyền tải .1 Sơ đồ hệ thống và mô hình tƣơng đƣơng .2 đƣờng dây truyền tải không gián đoạn .3 Sơ đồ biểu diễn sóng truyền .1 Mô hình đƣờng dây truyền tải 3pha. 2 Sự cố đƣờng dây truyền tải 3pha .3 vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải ở các mạch khác nhau .1 Sự cố trên mô hình đƣờng dây truyền tải hai đầu cuối .2 Mô hình đƣờng dây truyền tải hai đầu cuối mô phỏng Matlab-Simulink.3 Sóng điện áp tại đầu S khi ngắn mạch pha A tại x=60 km .4 Sóng dòng điện tại đầu S khi ngắn mạch pha A tại x=60 km .5 Sóng điện áp tại đầu R khi ngắn mạch pha A tại x=60 km .6 Sóng dòng điện tại đầu R khi ngắn mạch pha A tại x=60 km .7 Mô hình đƣờng dây 3 pha ba đầu cuối .8 Mô hình mô phỏng Matlab-Simulink.9 Điện áp tại đầu S khi ngắn mạch pha A trên mạch S-J tại x=80km .10 Dòng điện tại đầu S khi ngắn mạch pha A trên mạch S-J tại x=80km .11 Điện áp tại đầu R khi ngắn mạch pha A trên mạch S-J tại x=80km .12 Dòng điện tại đầu R khi ngắn mạch pha A trên mạch S-J tại x=80km .13 Điện áp tại đầu T khi ngắn mạch pha A trên mạch S-J tại x=80km .14 Dòng điện tại đầu T khi ngắn mạch pha A trên mạch S-J tại x=80km .15 Điện áp tại đầu S khi ngắn mạch pha A trên mạch R-J tại x=60km .16 Dòng điện tại đầu S khi ngắn mạch pha A trên mạch R-J tại x=60km .17 Điện áp tại đầu R khi ngắn mạch pha A trên mạch R-J tại x=60km .18 Dòng điện tại đầu R khi ngắn mạch pha A trên mạch R-J tại x=60km .19 Điện áp tại đầu T khi ngắn mạch pha A trên mạch R-J tại x=60km .20 Dòng điện tại đầu T khi ngắn mạch pha A trên mạch R-J tại x=60km .21 Điện áp tại đầu S khi ngắn mạch pha A trên mạch T-J tại x=20km .22 Dòng điện tại đầu S khi ngắn mạch pha A trên mạch T-J tại x=20km .23 Điện áp tại đầu R khi ngắn mạch pha A trên mạch T-J tại x=20km .24 Dòng điện tại đầu R khi ngắn mạch pha A trên mạch T-J tại x=20km .25 Điện áp tại đầu T khi ngắn mạch pha A trên mạch T-J tại x=20km .26 Dòng điện tại đầu T khi ngắn mạch pha A trên mạch T-J tại x=20km .56 xi DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Phƣơng trình giải thuật tổng trở đơn .