MỞ ĐẦU 1.1 Giới thiệu Để đáp ứng nhu cầu phát triển của hạ tầng xã hội, hệ thống đường dây của lưới điện ngày càng được mở rộng với tốc độ nhanh. Việc phát hiện vị trí sự cố trên hệ thống đường dây truyền tải có nhiều nhánh, phức tạp là rất quan trọng nhưng thường mất nhiều thời gian. Để cải thiện vấn đề trên, đã có nhiều phương pháp đang được sử dụng, phát triển để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải để việc vận hành hệ thống điện trở nên dễ dàng hơn. Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp với rất nhiều thiết bị và các nhánh rẽ, khi xảy ra sự cố tại một vị trí, phần tử nào đó sẽ gây ảnh hưởng hoạt động của toàn bộ hệ thống làm giảm độ tin cậy cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng.
Do đó, việc xác định nhanh được vị trí sự cố để tiến hành sửa chữa, khắc phục là rất quan trọng và cần thiết.2 Hướng tiếp cận của đề tài Với tầm quan trọng trong vận hành hệ thống điện, trong những năm vừa qua đã có rất nhiều nghiên cứu, ứng dụng nhằm xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải một cách nhanh chóng. Hiện tại, đã có nhiều phương pháp được đưa ra để giải quyết vấn đề trên như: phương pháp dựa vào trở kháng, phương pháp sóng lan truyền TW (Travelling wave), phương pháp biến đổi wavelet (sóng con), mạng nơron…. So với các phương pháp khác dựa trên nguyên lý trở kháng để tính toán thì phương pháp sóng lan truyền kết hợp biến đổi wavelet có độ chính xác cao hơn các phương pháp khác do không chịu ảnh hưởng từ các yếu tố sau: + Thay đổi kích thước và khoảng cách dây dẫn. + Hoán chuyển các dây dẫn.
+ Thay đổi cấu hình cột điện. HVTH: Trần Thành Chung 2 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều + Đường dây có rẽ nhánh. + Tụ bù ngang. Đây là lý do chọn phương pháp này để xác định vị trí sự cố trong luận văn này.3 Mục tiêu nghiên cứu Vấn đề xác định vị trí sự cố đã được nghiên cứu từ nhiều thập niên và có ý nghĩa rất quan trọng trong vận hành, điều khiển hệ thống điện.
Mục tiêu chính là xác định nhanh và chính xác vị trí, phần tử bị sự cố trên mạch điện rẽ nhánh hình T để khắc phục đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng. Luận văn sẽ áp dụng phương pháp biến đổi wavelet để tìm vị trí sự cố trên đường dây thẳng[16] kết hợp với phương pháp tính toán xác định vị trí sự cố trên đường dây hình T[17] để tính toán xác định vị trí sự cố trên mạch điện rẽ nhánh hình T loại có các thiết bị đo đếm đồng bộ riêng biệt cho từng nút đầu nhánh.4 Phạm vi nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận văn này là áp dụng phương pháp biến đổi wavelet để xác định vị trí sự cố trên mạch đường dây rẽ nhánh hình T. Phương pháp này sẽ được áp dụng trên mô hình đường dây truyền tải trên bài báo và áp dụng vào đường dây 110kV Thác Mơ – Bù Đăng – rẽ nhánh Đak Glun thực tế.5 Đối tượng nghiên cứu - Áp dụng phương pháp biến đổi wavelet để xác định chính xác vị trí sự cố để tiến hành khắc phục. - Sử dụng phần mềm MATLAB – SIMULINK để mô phỏng và thu kết quả.
HVTH: Trần Thành Chung 3 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều 2 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI 2.1 Ý nghĩa của bài toán xác định vị trí sự cố Khi xảy ra sự cố tại một vị trí nào đó trên lưới truyền tải các giá trị điện áp, dòng điện tại vị trí đó sẽ thay đổi. Từ các giá trị này ta có thể xác định được vị trí sự cố theo nguyên lý tổng trở. Bài luận văn này sẽ tìm hiểu thêm một phương pháp mới xác định vị trí sự cố với độ chính xác hơn nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện của lười truyền tải bằng việc giảm thời gian phát hiện, khắc phục sự cố để khôi phục lại trạng thái hoạt động bình thường của lưới điện bị sự cố.2 Một số phương pháp xác định vị trí sự cố Do nhu cầu thực tế trong vận hành lưới điện truyền tải là xác định vị trí của sự cố một cách chính xác nhất nên trong những năm qua đã có nhiều phương pháp được nghiên cứu, áp dụng vào thực tế. Có thể chia các phương pháp này thành hai nhóm sau: - Các phương pháp kinh điển: phương pháp dựa vào trở kháng, phương pháp sóng lan truyền.
- Các phương pháp mới dựa vào thuật toán xử lý tín hiệu: phương pháp biến đổi sóng con (wavelet), phương pháp biến đổi S trong miền tần số…. Mỗi phương pháp trên đều có những tồn tại và ứng dụng nhất định.3 Phương pháp dựa vào trở kháng Phương pháp dựa trên việc đo trở kháng sau khi xảy ra sự cố hay còn gọi là thuật toán dựa trên pha. Phương pháp này chủ yếu dựa vào các tín hiệu đo đạc được. Sử dụng phương diện tần số lưới điện trong khoảng thời gian sau sự cố, sử dụng các phương trình vi phân đường dây và đánh giá các tham số đường dây[13].
Rõ ràng, nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố của hiện tượng tần số, như điện trở ngắn mạch, phụ tải HVTH: Trần Thành Chung 4 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều và các thông số nguồn… Do đó, mức độ chính xác của phương pháp cũng có giới hạn.4 Phương pháp sóng lan truyền[14] Phương pháp sóng lan truyền dựa trên nguyên lý quá độ điện khi có sự cố xảy ra trên đường dây. Sóng lan truyền này có tốc độ gần với vận tốc ánh sáng từ điểm đó về hai hướng đầu đường dây.1:Sự lan truyền truyền sóng điện từ trên đường dây HV sau khi xảy ra sự cố[14] Phương pháp dựa trên việc đo đạc sự truyền sóng, kỹ thuật sóng truyền là chính xác hơn các kỹ thuật kháng trở trong việc xác định vị trí sự cố của đường dây truyền tải, do không phụ thuộc vào điện trở ngắn mạch, phụ tải và các thông số nguồn trước sự cố. Sự truyền sóng trên đường dây truyền tải được xác định bởi các phương trình sau, đối với đường dây không tổn hao (R=0,G=0) là: (2.2) Khai triển hai phương trình trên trong trường hợp chung ta được : (2.4) HVTH: Trần Thành Chung 5 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Sóng điện từ có thể được chia thành sóng điện áp u(x,t) và sóng dòng điện i(x,t) đại diện cho sự lan truyền của điện trường và từ trường tương ứng. Phương trình (2.4) thành 2 sóng điện áp và dòng điện được thể hiện như sau: - Sóng điện áp u’(x,t) và sóng dòng điện i’(x,t) lan truyền với vận tốc v dọc theo trục x Hình 2.2: Sóng điện áp u' và dòng điện i' lan truyền dọc theo trục x[14] - Sóng điện áp u”(x,t) và sóng dòng điện i”(x,t) lan truyền với vận tốc v theo hướng ngược lại với u’(x,t) và i’(x,t) Hình 2.3: Sóng điện áp u" và dòng điện i" lan truyền dọc theo trục x[14] Xếp chồng hai trường hợp trên ta được: Hình 2.4: Xếp chồng sóng điện áp u'với u" và i' với i" Giả sử đường dây truyền tải được cho như hình 2.1 với chiều dài của đường dây là 100km ta thu được dạng sóng như hình 2.5 HVTH: Trần Thành Chung 6 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều Hình 2.5: Dòng lỗi trong trạm biến áp sau khi xảy ra sự cố L1-E trong đường dây truyền tải[14] Hình 2.6: Sự lan truyền sóng sau một sự cố trên đường dây truyền tải[14] Khung hình chữ nhật trong hình 2.5 đánh dấu khu vực được hiển thị trong hình 2.6 cho phép quan sát chính xác sóng dòng điện đi tới trạm biến áp.
Sự cố xảy ra tại tại tf=225ms, sóng dầu tiên đạt đến trạm biến áp tại thời điểm t1=160us sau thời điểm tf. Với vận tốc lan truyền của sóng gần với tốc độ ánh sáng (v=300000km/s), như vậy khoảng cách đi được trong 160us là 50km. Sóng thứ hai đến trạm biến áp tại thời điểm t2=320us là kết quả phản ánh sóng đầu tiên từ trạm biến áp A và phản xạ liên tiếp từ vị trí sự cố. Trong khoảng thời gian t2 sóng di chuyền với khoảng cách 100km.
HVTH: Trần Thành Chung 7 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều 2.5 Phương pháp biến đổi Wavelet Phương pháp này tránh được những sai số do thiết bị và sự đồng bộ thông tin từ hai đầu. Việc lấy thông tin từ một đầu cuối và xử lý dễ dàng và chính xác hơn. Tín hiệu quá độ bao giờ cũng có rất nhiều tín hiệu bất thường, những tín hiệu này có chứa rất nhiều thông tin hữu ích. Tuy nhiên, đối với vấn đề xác định vị trí ngắn mạch chỉ có thông tin quá độ tại một tần số nhất định là có ý nghĩa.
Do đó, trong vấn đề này, ta xem những tín hiệu không cần thiết là nhiễu. Thuật toán mới để lọc nhiễu này sẽ được áp dụng, tín hiệu phản hồi từ vị trí ngắn mạch sẽ được xác định. Từ đó, xác định vị trí ngắn mạch. Giải thuật này dựa trên những hệ số tương quan có được qua phép biến đổi wavelet tĩnh với nhiều cấp phân giải.
Sau khi biến đổi wavelet tĩnh, sóng được phân tích thành hai nhóm chính là nhóm các hệ số xấp xỉ và nhóm các hệ số chi tiết. Thông thường, các hệ số xấp xỉ chứa đựng các thành phần tần số thấp. Các hệ số chi tiết chứa thông tin về các thành phần tần số cao. Để nhận biết việc xảy ra ngắn mạch, các hệ số xấp xỉ thường được sử dụng, còn các hệ số chi tiết dùng để xác định vị trí sự cố.
HVTH: Trần Thành Chung 8 CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều 3 CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET 3.1 Lịch sử hình thành Vào thế kỷ 19, nhà toán học người Pháp Joseph Fourier đã chứng minh rằng một hàm tuần hoàn bất kỳ nào đó có thể biểu diển như một tổng xác định của các hàm mũ phức. Phương pháp phân tích wavelet là một phương pháp mới phát triển dựa trên nền tảng nhưng lý thuyết của Fourier. Trong luận văn của Alfred Haar năm 1909 từ “Wavelet” lần đầu tiên được sử dụng. Còn khái niệm wavelet được dùng cho các sách lý thuyết được đưa ra bởi Jean Morlet và nhóm nghiên cứu Marseille thuộc Trung tâm Nghiên cứu Lý thuyết Vật lý tại Pháp.
Phương pháp phân tích wavelet đã được phát triển và phổ biến bởi Y.Meyer và các đồng nghiệp của ông. Thuật toán chính dựa vào các công trình nghiên cứu của Stephane Mallat vào năm 1988. Từ đó, việc nghiên cứu wavelet trở nên mang tính quốc tế.
