M ụ c tiêu, đ ố i t ượ ng, ph ươ ng pháp và ph ạ m vi nghiên c ứ u
Mục tiêu nghiên cứu là đề xuất các thuật toán định vị sự cố mà không cần biết chính xác thông số đường dây, đảm bảo sai số kết quả định vị phù hợp với tính toán lý thuyết Những thuật toán này có khả năng áp dụng cho các đường dây thuộc lưới điện phức tạp Đối tượng nghiên cứu tập trung vào thuật toán định vị sự cố cho các đường dây truyền tải điện với các đặc điểm kỹ thuật nhất định.
Thuật toán định vị sự cố không yêu cầu biết trước thông số của đường dây, giúp loại trừ ảnh hưởng của thông số không chính xác và nâng cao độ chính xác trong việc xác định vị trí sự cố Bằng cách chỉ sử dụng thành phần thứ tự thuận của tín hiệu điện áp và dòng điện, thuật toán này có thể áp dụng cho mọi loại sự cố mà không cần phân loại sự cố.
Bài viết đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường do biến điện áp và biến dòng điện đến kết quả định vị sự cố Nghiên cứu này sử dụng thuật toán đề xuất để phân tích các tác động của các sai số này, nhằm cải thiện độ chính xác trong việc xác định vị trí sự cố.
Luận án tập trung nghiên cứu thuật toán định vị sự cố cho các đường dây truyền tải điện, với những đặc điểm nổi bật.
Thuật toán định vị sự cố được áp dụng cho đường dây truyền tải điện không rẽ nhánh, bao gồm hai phân đoạn sử dụng loại dây khác nhau Đặc biệt, đường dây truyền tải điện này có tính chất hoán vị hoàn toàn.
Thuật toán định vị sự cố cho đường dây tải điện có rẽ nhánh cho phép xác định vị trí sự cố một cách chính xác, bất kể loại dây dẫn có đồng nhất hay không Hệ thống đường dây truyền tải điện có thể hoán vị hoàn toàn, mang lại tính linh hoạt trong việc xử lý sự cố.
Tín hiệu đo dòng điện và điện áp tại các đầu đường dây được đồng bộ hóa về mặt thời gian thông qua hệ thống đồng hồ GPS, đảm bảo rằng các rơle tại các đầu đường dây hoạt động chính xác và đồng nhất.
Phương pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều cách tiếp cận:
• Sử dụng phân tích tổng quan để tìm hướng phát triển của nghiên cứu
• Sử dụng các phân tích lý thuyết để xây dựng các công thức và thuật toán.
• Kiểm chứng tính hiệu quả của các thuật toán được đề xuất thông qua kết quả mô phỏng. Ý nghĩa khoa học
Nghiên cứu này tập trung vào việc cải thiện độ chính xác trong việc xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện Bằng cách tối ưu hóa mô hình đường dây, nghiên cứu đã đưa ra giải pháp hiệu quả nhằm nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện và xử lý sự cố.
• Mở rộng được phạm vi áp dụng cho cả các đường dây với chủng loại dây không đồng nhất và có rẽ nhánh/không rẽ nhánh.
Đánh giá ảnh hưởng của sai số từ các máy biến áp đo lường đến kết quả định vị sự cố là rất quan trọng Phương pháp đánh giá này sử dụng mô phỏng Monte Carlo để xác định độ chính xác và độ tin cậy của các kết quả Việc hiểu rõ sai số giúp cải thiện quy trình định vị sự cố và nâng cao hiệu suất hoạt động của hệ thống điện.
Nghiên cứu cho thấy các thuật toán đề xuất có khả năng nâng cao độ chính xác trong việc định vị sự cố trên các đường dây lưới điện phức tạp, mang lại ý nghĩa thực tiễn cao Việc áp dụng các thuật toán này không yêu cầu đầu tư thêm thiết bị phần cứng, mà chủ yếu dựa vào việc thu thập dữ liệu bản ghi sự cố để xử lý tại trung tâm Điều này cho thấy tính khả thi trong việc triển khai, phù hợp với điều kiện kinh tế - xã hội của Việt Nam.
Các đóng góp mới của luận án
Luận án tập trung vào việc xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất, mở rộng cho đường dây rẽ nhánh Đóng góp đầu tiên là đề xuất các thuật toán tính toán dựa trên tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường đồng bộ từ cả hai phía của đường dây, không yêu cầu thông số đường dây, giúp nâng cao độ chính xác trong việc xác định vị trí sự cố Điều này quan trọng vì thông số đường dây thường khó xác định chính xác Việc hiệu chỉnh thông số trước khi định vị sự cố sẽ cải thiện độ chính xác của thuật toán và cập nhật thông số cho các bài toán kỹ thuật.
Thuật toán được mở rộng để áp dụng cho cả đường dây truyền tải điện có rẽ nhánh, cho phép xử lý các đoạn dây với chủng loại đồng nhất hoặc không Sai số trong kết quả định vị sự cố của phương pháp đề xuất phù hợp với tính toán lý thuyết Hơn nữa, thuật toán cũng đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố thông qua phương pháp phân tích mô phỏng Monte-Carlo, với các kịch bản sai số khác nhau của dòng điện và điện áp Kết quả mô phỏng cho thấy các phương pháp đề xuất có độ tin cậy cao, với sai số tối đa trong định vị sự cố đạt mức chấp nhận được khi tín hiệu đo lường gặp sai số ±5%.
Cấu trúc nội dung của luận án
Ngoài phần mởđầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án được trình bày trong 5 chương và phụ lục, cụ thể:
Luận án này trình bày các vấn đề chung bao gồm tính cấp thiết của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, đối tượng và phương pháp nghiên cứu, cũng như phạm vi nghiên cứu Bên cạnh đó, luận án còn nêu rõ các đóng góp quan trọng mà nó mang lại cho lĩnh vực nghiên cứu liên quan.
Bài viết này tổng quan về các thuật toán định vị sự cố trên đường dây tải điện đã được công bố cả trong và ngoài nước Chúng tôi sẽ phân tích những ưu điểm và nhược điểm của các nghiên cứu hiện có, từ đó đề xuất hướng nghiên cứu mới nhằm khắc phục những vấn đề còn tồn tại trong lĩnh vực này.
Chương 2: Phương pháp định vị sự cố cải tiến áp dụng với đường dây đơn không đồng nhất
Bài viết trình bày một thuật toán đề xuất nhằm xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện có hai phân đoạn với các loại dây khác nhau Thuật toán này có ưu điểm là không yêu cầu thông số đường dây làm dữ liệu đầu vào, từ đó giúp giảm thiểu sai số trong việc định vị sự cố Chương này cũng trình bày các kết quả mô phỏng để kiểm chứng tính chính xác của thuật toán đề xuất, cùng với việc so sánh kết quả với các phương pháp khác.
Chương 3 trình bày phương pháp định vị sự cố không biết trước trên các đường dây truyền tải điện rẽ nhánh với sự không đồng nhất về chủng loại dây Phương pháp này giúp xác định vị trí sự cố một cách hiệu quả, đảm bảo tính chính xác trong quá trình xử lý sự cố, từ đó nâng cao độ tin cậy và an toàn cho hệ thống điện.
Thuật toán đề xuất định vị sự cố được áp dụng cho các đường dây tải điện có rẽ nhánh và sử dụng các chủng loại dây khác nhau Ưu điểm của thuật toán này tương tự như thuật toán ở Chương 2, nhưng nó mở rộng khả năng áp dụng cho các đường dây có cấu trúc rẽ nhánh phức tạp hơn.
Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố
Bài viết trình bày phương thức tính toán và đánh giá sai số định vị liên quan đến sai số của biến dòng điện và biến điện áp Phương pháp đánh giá được sử dụng là mô phỏng Monte Carlo Qua việc đánh giá sai số, chúng ta có thể xác định mức độ tin cậy của kết quả thu được, từ đó mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị tổng hợp các kết quả đạt được, so sánh với mục tiêu nghiên cứu đã đề ra và đề xuất hướng nghiên cứu tương lai nhằm khắc phục những hạn chế còn tồn tại trong luận án.
T Ổ NG QUAN
Tình hình nghiên cứu trong nước
Các nghiên cứu trong nước về thuật toán định vị sự cố trên đường dây tải điện hiện còn hạn chế và chủ yếu tập trung vào một số hướng nghiên cứu nhất định.
Nghiên cứu [7] áp dụng mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp (MLP) kết hợp với phân tích Wavelet để xác định vị trí sự cố, mang lại ưu điểm là sai số định vị nhỏ, với kết quả mô phỏng chỉ khoảng 1,49% cho đường dây dài 118,5km Tuy nhiên, nhược điểm của thuật toán là cần một số lượng bản ghi lớn để huấn luyện mạng, với đề xuất sử dụng tới 2136 bản ghi cho một đường dây, điều này khó khăn trong thực tế.
Nghiên cứu [8], [9] áp dụng mạng nơ ron thích nghi mờ (ANFIS) kết hợp giữa mạng nơ ron và hệ suy diễn mờ để xác định vị trí sự cố Thuật toán này có những ưu điểm và nhược điểm tương tự như nghiên cứu [7].
Nghiên cứu [2] đã phân tích và đánh giá phương pháp định vị sự cố trong các rơle kỹ thuật số Schneider P132 và P443 Thuật toán định vị này xem xét thành phần dòng điện tải trước khi xảy ra sự cố cùng với thông số của nguồn phía đầu đường dây đối diện Đặc biệt, thuật toán hoạt động hiệu quả khi điện trở sự cố có giá trị nhỏ và thông số tổng trở đường dây được biết một cách chính xác.
Nghiên cứu [3] phân tích các phương pháp định vị sự cố của các hãng rơle như SEL, TOSHIBA và GE, cho thấy khả năng áp dụng cho đường dây truyền tải có rẽ nhánh và nguồn cấp từ nhiều phía Tuy nhiên, cả ba thuật toán đều dựa trên giả thiết rằng thông số của đường dây phải được biết chính xác.
Nghiên cứu trình bày phương pháp sử dụng phần mềm SIGRA 4 của Siemens để phân tích và định vị sự cố Thuật toán định vị dựa trên các bản ghi sự cố từ hai đầu đường dây, với tín hiệu dòng điện và điện áp có thể được đồng bộ về mặt thời gian hoặc không Nghiên cứu này mang tính ứng dụng cao trong việc cải thiện hiệu quả phân tích sự cố.
Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về các nghiên cứu quốc tế, tập trung vào việc phân tích sâu sắc các công trình đã được công bố liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu của đề tài.
Thuật toán định vị sự cốáp dụng đường dây đơn đồng nhất với yêu cầu biết chính xác thông số đường dây
Nghiên cứu về thuật toán định vị sự cố trên đường dây tải điện đã được công bố rộng rãi, chủ yếu tập trung vào việc xác định vị trí sự cố trên các đường dây truyền tải đồng nhất Các thuật toán này yêu cầu dữ liệu đầu vào chính xác về các thông số của đường dây, và một số thuật toán còn cần thông tin về tổng trở nguồn phát ở hai đầu đường dây.
Nghiên cứu [27] giới thiệu thuật toán điện kháng đơn nhằm định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện, sử dụng tín hiệu đo lường điện áp và dòng điện từ một đầu dây Mặc dù thuật toán này đơn giản và dễ lập trình, nhưng kết quả định vị có thể bị sai số do ảnh hưởng của điện trở sự cố, dòng điện tải và yêu cầu thông số đường dây phải được biết trước.
Hình 1.1 Đường dây truyền tải đồng nhất Trong đó: V V I sf , rf , sf , I rf điện áp và dòng điện trong sự cốđo lường từđiểm S, R; chil ều dài đường dây.
Nghiên cứu [27] đề xuất phương trình xác định vị trí sự cố như sau: sf sf 1 imag(V / I ) d imag(Z ) (1.1)
Khoảng cách từ điểm S đến vị trí sự cố F được xác định bởi tổng trở thứ tự thuận Z1 của đường dây Phần ảo của số phức được ký hiệu là imag, trong khi các giá trị Vsf, Isf và ΔIsf được tra cứu theo bảng 1.1.
Bảng 1.1 Định nghĩa Vsf, Isf, ΔIsfcho các loại sự cố
Loại sự cố Vsf Isf ΔIsf
AG Vaf Iaf+ kIg0 Iaf– Iapre
BG Vbf Ibf+ kIg0 Ibf– Ibpre
CG Vcf Icf+ kIg0 Icf– Icpre
AB, ABG, ABC Vaf– Vbf Iaf– Ibf (Iaf– Iapre) – (Ibf– Ibpre); BC, BCG, ABC Vbf– Vcf Ibf– Icf (Ibf– Ibpre) – (Icf– Ibpre); CA, CAG, ABC Vcf– Vaf Icf– Iaf (Icf– Icpre) – (Iaf – Iapre) Trong đó k = Z0/Z1– 1.
Trong đó:V af ,V bf ,V cf ,I af ,I bf ,I cf điện áp và dòng điện của pha A, B, C trong sự cố;I apre
Thuật toán định vị sự cố Takagi được trình bày trong các nghiên cứu [63], [68], [76] nhằm khắc phục những hạn chế của thuật toán trước đó [27] Thuật toán này sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường trước và trong sự cố, giúp kết quả định vị không bị ảnh hưởng bởi dòng điện của tải và điện trở sự cố Để xác định vị trí sự cố, thuật toán Takagi đề xuất một phương trình cụ thể.
Nghiên cứu chỉ ra rằng việc đánh giá các bộ lọc DC có thể được thực hiện thông qua các chỉ số cụ thể Khuyến nghị sử dụng bộ lọc số mô phỏng kết hợp DFT hoặc phương pháp lọc Kalman cải tiến là hiệu quả nhất Bên cạnh đó, mô phỏng rơ le khoảng cách bằng phần mềm MATLAB và áp dụng thuật toán định vị sự cố cho đường dây đơn đồng nhất cũng cần sử dụng tín hiệu đo lường từ một đầu đường dây, đồng thời yêu cầu biết trước thông số đường dây.
Nghiên cứu [71], [74] giới thiệu một thuật toán định vị sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ hai đầu đường dây, tập trung vào thành phần thứ tự nghịch của tín hiệu Thuật toán này không bị ảnh hưởng bởi dòng tải, tính bất định của tổng trở thứ tự không và điện trở sự cố Tuy nhiên, nó chỉ áp dụng cho sự cố không đối xứng do chỉ sử dụng thành phần thứ tự nghịch, và yêu cầu thông số đường dây phải được biết chính xác.
Nghiên cứu [48] giới thiệu một thuật toán định vị sự cố trên đường dây truyền tải đồng nhất, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây cùng với mô hình đường dây thông số rải Thuật toán này cung cấp phương trình toán học để phát hiện và xác định vị trí sự cố, đồng thời đề xuất phương pháp phân biệt giữa sự cố thoáng qua và sự cố duy trì, nhằm tránh tình trạng tự động đóng lại khi có sự cố duy trì Tuy nhiên, thuật toán yêu cầu thông số chính xác của đường dây truyền tải điện phải được biết trước.
Nghiên cứu [21] giới thiệu một thuật toán định vị sự cố trên đường dây truyền tải, yêu cầu dữ liệu đầu vào bao gồm thông số đường dây, tổng trở nguồn ở hai đầu và tín hiệu điện áp đo lường đồng bộ mà không cần tín hiệu dòng điện Thuật toán này không bị ảnh hưởng bởi bão hòa của máy biến dòng điện, nhưng việc xác định chính xác thông số đường dây và tổng trở nguồn ở hai đầu là một thách thức trong thực tế.
Nghiên cứu [31] đề xuất một thuật toán định vị sự cố trên đường dây truyền tải đồng nhất, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo được từ một đầu dây, cùng với mô hình và thông số tập trung của đường dây Thuật toán này không chỉ áp dụng cho đường dây đơn đồng nhất mà còn mở rộng cho đường dây song song Ngoài ra, nghiên cứu cũng đưa ra phương pháp bù sai số định vị cho trường hợp đường dây truyền tải có hai nguồn, sử dụng tổng trở nguồn phát ở hai đầu dây.
Nghiên cứu [23], [38] đề xuất một phương trình cân bằng điện tại điểm sự cố bằng cách sử dụng tín hiệu đo lường từ hai đầu và áp dụng thuật toán lặp Newton-Raphson để xác định góc đồng bộ tín hiệu cũng như vị trí sự cố trên đường dây truyền tải Nghiên cứu [38] giới thiệu thuật toán xác định nghiệm ban đầu – góc đồng bộ tín hiệu – nhằm đảm bảo sự hội tụ chính xác của thuật toán lặp Tuy nhiên, các thuật toán này chỉ có thể được áp dụng cho việc định vị sự cố trên đường dây đồng nhất và yêu cầu biết trước các thông số của đường dây.
Nghiên cứu [26] giới thiệu một thuật toán định vị sự cố trên đường dây truyền tải bằng cách sử dụng phân bố điện áp Thuật toán này xác định vị trí sự cố dựa trên điện áp đo được từ hai đầu, với giao điểm của phân bố điện áp là vị trí xảy ra sự cố Đặc biệt, thuật toán chỉ dựa vào biên độ điện áp, do đó kết quả định vị không bị ảnh hưởng khi tín hiệu đo từ hai đầu không đồng bộ chính xác Tuy nhiên, thuật toán này chỉ áp dụng cho các đường dây truyền tải đồng nhất và yêu cầu thông số đường dây phải được biết trước.
Nghiên cứu [52] đề xuất một phương pháp định vị sự cố trên đường dây truyền tải điện bằng tín hiệu đo lường không đồng bộ, trong đó bao gồm thuật toán xác định góc đồng bộ của tín hiệu Phương pháp này sử dụng phương trình phân bố điện áp tại điểm sự cố để đưa ra công thức xác định vị trí sự cố Kết quả cho thấy rằng định vị sự cố của thuật toán không bị ảnh hưởng bởi điện trở sự cố hay tín hiệu trước sự cố Tuy nhiên, thuật toán này chỉ áp dụng cho đường dây truyền tải đơn đồng nhất và yêu cầu biết trước các thông số của đường dây.
Nghiên cứu [39] giới thiệu một thuật toán định vị sự cố dựa trên tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường không đồng bộ từ hai đầu đường dây Thuật toán này sử dụng phương trình để xác định góc đồng bộ của tín hiệu đo lường từ hai phía Tuy nhiên, nó yêu cầu phải có thông số đường dây trước, kết hợp với thuật toán phân loại sự cố, và chỉ áp dụng cho các đường dây đồng nhất.
Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu
Tổng quan nghiên cứu trong và ngoài nước về xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện cho thấy vẫn còn nhiều vấn đề cần được nghiên cứu sâu hơn.
1 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất và rẽ nhánh đã được nghiên cứu và được công bố trong các tài liệu, công trình trong và ngoài nước Tuy nhiên, các thuật toán định vị sự cố yêu cầu phải biết trước thông số chính xác của đường dây.
2 Các nghiên cứu chỉ quan tâm đến bài toán xác định vị trí sự cố và chưa đề cập đến phương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của các thuật toán.
Luận án đề xuất hướng nghiên cứu mục đích khắc phục các vấn đề còn tồn tại nêu trên:
1 Nghiên cứu thuật toán tính toán cho bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất, sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây và không yêu cầu phải biết trước thông số đường dây Thuật toán mô hình đường dây không đồng nhất, có hai phân đoạn sử dụng hai chủng loại dây khác nhau bằng hai mạng hai cổng nối tiếp nhau, có bộ thông số A, B, C, D Giải pháp này có ưu điểm: loại trừđược sai sốdo phép tính trung gian (ví dụ: như tính điện kháng phải qua một loạt phép tính trung gian ví dụ như là khoảng cách xà cột, số liệu đường dây, chủng loại dây…[6]) và như thế dùng công thức tính toán trung gian sẽ gặp sai số so với thông số thực tế của đường dây; loại trừđược sai số đo lường do sử dụng thiết bị đo thông số đường dây như OMICRON CPC 100 [30].
2 Nghiên cứu thuật toán tính toán cho bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh, các phân đoạn đường dây có cùng chủng loại đường dây hoặc không, và không yêu cầu phải biết trước thông số đường dây.
3 Nghiên cứu phương pháp đánh giá ảnh hưởng của sai sốđo lường đến kết quả định vị sự cố của các thuật toán.
THU Ậ T TOÁN Đ Ị NH V Ị S Ự C Ố C Ả I TI Ế N ÁP D Ụ NG V Ớ I Đ ƯỜ NG DÂY Đ Ơ N KHÔNG Đ Ồ NG NH Ấ T
Đ ặ t v ấ n đ ề
Độ chính xác trong định vị sự cố bị ảnh hưởng bởi sai số đo lường và mô hình đường dây trong thuật toán Sai số đo lường từ thiết bị biến đổi có tính xác suất và khó loại trừ, trong khi sai số mô hình có thể được cải thiện bằng cách sử dụng mô hình đường dây thông số rải và thông số chính xác Việc sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía của đường dây giúp loại bỏ ảnh hưởng của điện trở sự cố Thuật toán định vị trong chương này áp dụng mô hình đường dây thông số rải và xác định chính xác các thông số của từng phân đoạn, từ đó nâng cao độ chính xác của kết quả định vị sự cố.
Thuật toán đề xuất định vị sự cố cho đường dây truyền tải điện không đồng nhất không yêu cầu thông số đường dây và sử dụng thành phần thứ tự thuận của tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai phía đầu đường dây Thành phần này có mặt trong tất cả các loại sự cố, cho phép thuật toán áp dụng để định vị mọi loại sự cố mà không cần sử dụng thuật toán phân loại sự cố Để đơn giản hóa, ký hiệu “1” cho thành phần thứ tự thuận được lược bỏ.
Thuật toán xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải không đồng nhất thông qua hai bước chính Đầu tiên, nó sử dụng hai bản ghi sự cố để tính toán tổng trở sóng và hệ số truyền sóng của hai phân đoạn đường dây Sau đó, dựa vào các thông số đã xác định cùng với một bản ghi sự cố khác, thuật toán xác định vị trí chính xác của sự cố.
Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây không đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây
Mạng hai cửa tương đương của đường dây không đồng nhất có thể được hiểu qua lý thuyết mạng hai cửa, trong đó mỗi phân đoạn của đường dây được coi là một mạng hai cửa Do đó, đường dây truyền tải không đồng nhất, như thể hiện trong hình 2.1, có thể được tương đương với hai mạng hai cửa nối tiếp nhau, như mô tả trong hình 2.2.
Hình 2.1 Đường dây truyền tải không đồng nhất.
Hình 2.2 Nối tiếp mạng hai cửa.
Xác địnhV I S S , sử dụng điện ápV C và dòng điện I C của điểm nốiC , áp dụng lý thuyết mạng hai cửa [1], [5], [6], [13], [42]:
Xác địnhV I C C , sử dụng điện ápV R và dòng điện I R đo lường từ đầu R :
Kết hợp phương trình (2.1) và (2.2), xác địnhV I s s , sử dụng điện ápV R và dòng điện I R đo lường từ đầu R:
Xác địnhV IR R, sử dụng điện ápVC và dòng điện IC của điểm nối C :
Xác địnhV I C C , sử dụng điện ápV S và dòng điện I S đo lường từ đầu S :
Kết hợp phương trình (2.4) và (2.5), xác địnhV I R R , sử dụng điện ápV s và dòng điệnI s đo lường từ đầuS :
Trong đó: Z =x +i.x c1 1 2 và Z =x +i.x c2 3 4 là tổng trở đặc tính của phân đoạn SC và CR;
1 =x +i.x 5 6 và 2 =x +i.x 7 8 là hằng số truyền sóng của phân đoạnSCvà CR;l ,l 1 2 là chiều dài của các phân đoạn SC và CR.
Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây đơn không đồng nhất
Thuật toán này phân tích một đường dây truyền tải điện không đồng nhất bao gồm hai phân đoạn với các thông số khác nhau Qua phân tích, đường dây không đồng nhất có thể được xem như tương đương với một đường dây đồng nhất có các thông số A, B, C, D.
Dữ liệu đầu vào cho thuật toán bao gồm hai bản ghi sự cố xảy ra tại hai vị trí khác nhau, với đầy đủ tín hiệu trước và trong sự cố như được thể hiện trong hình 2.3, cùng với chiều dài của các phân đoạn đường dây.
SC và CR làl 1 và l 2 ; vị trí sự cốd 1 , d 2
Hình 2.3 Bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây 220kV Hưng Đông – Hà Tĩnh.
2.2.2.1 Thành lập phương trình quan hệ giữa điện áp đo lường đầu S và điện áp tính toán của đầu S sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu R của bản ghi thứ nhất (PT1)
Sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện từ bản ghi sự cố đầu tiên, kết hợp với phương trình (2.3), có thể xác định điện áp V s1 dựa trên điện áp V r1 và dòng điện I r1 được đo từ đầu S s1 r1.
Trong đó:V I V I si , , , si ri ri là điện áp và dòng điện trước sự cố tại các điểm , S R
Thế (2.7) và phương trình (2.9), được: s1 1 2 1 2 r1 1 2 1 2 r1
Thế (2.8) vào phương trình (2.10), được:
PT1 := V cosh l cosh l + sinh l Z sinh l Z V cosh l sinh l Z + sinh l Z cosh
+ sinh x + ix l x + ix sinh x + ix l / x + ix cosh x + ix l sinh x + ix l x + ix
+ sinh x + ix l x + ix cosh x + ix l I = 0
2.2.2.2 Thành lập phương trình quan hệ điện áp đo lường của đầu R và điện áp tính toán đầu R sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu S của bản ghi thứ nhất (PT2)
Để xác định điện áp Vr1, chúng ta sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện trước sự cố từ bản ghi sự cố đầu tiên, kết hợp với phương trình (2.6) và các giá trị điện áp Vs1 cùng dòng điện s1I được đo lường từ đầu S r1 s1 s1.
Thế phương trình (2.7) vào phương trình (2.13), được: r1 1 2 1 2 s1 1 2 1 2 s1
Thế phương trình (2.8) vào phương trình (2.14), được:
PT2 := V sinh l Z sinh l Z + cosh l cosh l V cosh l sinh l Z + sinh l Z c osh l I = 0 (2.15) r1 / s1
5 6 1 1 2 7 8 2 s1 sinh x + ix l x + ix sinh x + ix l x + ix
+ cosh x + ix l cosh x + ix l cosh x + ix l sinh x + ix l x + ix
+ sinh x + ix l x + ix cosh x + ix l
2.2.2.3 Thành lập phương trình quan hệ giữa điện áp tính toán tại điểm sự cố sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu S và điện áp tính toán tại điểm sự cố sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu R của bản ghi sự cố thứ nhất (PT3)
Hình 2.4 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F1.
Hình 2.5 minh họa mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi xảy ra sự cố F1 trên SC Trong đó, i1 và i2 đại diện cho hai sự cố, và d1, d2 thể hiện khoảng cách từ điểm S đến vị trí xảy ra sự cố F.
Hình 2.4 và hình 2.5 minh họa sự cố F1 và mạng hai cổng tương đương khi sự cố xảy ra trên phân đoạn SC Sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện trong sự cố của bản ghi sự cố thứ nhất, chúng ta xác định điện áp Vcf1 và dòng điện Icf1 tại điểm nối C Các giá trị này được tính toán dựa trên điện áp Vrf1 và dòng điện Irf1 đo lường từ đầu Rcf1.
Trong đó:V rfi , I rfi , V cfi , I cfi là điện áp và dòng điện trong sự cố tại các điểm R và C.
Để xác định điện áp V fc1 và dòng điện I fc1 tại điểm sự cố F1, ta sử dụng điện áp V cf1 và dòng điện I cf1 tại điểm nối theo phương trình (2.18).
Trong đó, V fci và I fci đại diện cho điện áp và dòng điện tại điểm sự cố, được xác định dựa trên tín hiệu dòng điện và điện áp tại điểm nối C.
Kết hợp (2.17) và phương trình (2.20), được:
Xác định điện ápV fs1 sử dụng điện áp V sf1 và dòng điện I sf1 đo lường từ đầu S: fs1 1a 1a sf1
Trong đó, V_fsi và I_fsi đại diện cho điện áp và dòng điện tại điểm sự cố, được xác định dựa trên tín hiệu dòng điện và điện áp được đo từ đầu S.
Kết hợp (2.17) và phương trình (2.23), được: fs1 1 1 sf1 c1 1 1 sf1
Điện áp tại điểm sự cố được xác định bằng cách sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện từ đầu và điểm S nối, đảm bảo rằng chúng phải bằng nhau Khi kết hợp các phương trình (2.21) và (2.24), ta nhận được công thức C fs1 fc1.
1 cf1 c 1 1 1 1 1 cf cosh d V Z sinh d I cosh
6 1 1 cf1 2 6 1 1 cf1 ix - ix ix
- ix cosh x + d V x + sinh x + d I cosh x + l - d V - x + ix sinh x + ix l - d I = 0 (2.27)
2.2.2.4 Thành lập phương trình quan hệ giữa điện áp tính toán tại điểm sự cố sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu S và điện áp tính toán tại điểm sự cố sử dụng điện áp và dòng điện đo lường từ đầu R sử dụng bản ghi sự cố thứ hai (PT4) a) Trường hợp sự cố 2 xảy ra trên cùng phân đoạn đường dây với sự cố 1
Hình 2.6 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F2.
Thu ậ t toán đ ị nh v ị s ự c ố s ử d ụ ng tín hi ệ u đo l ườ ng t ừ hai phía đ ầ u đ ườ ng dây
Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC
Hình 2.11 minh họa phương pháp xác định vị trí sự cố trên phân đoạn SC của đường dây truyền tải điện không đồng nhất.
Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC.
Trong đó:d ,d 1 2 là khoảng cách từ đầu và điểm nối đến điểm sự cố ;S C F V I V I V I, , , , , s s r r c c là điện áp và dòng điện trước sự cố tại đầu , và điS R ểm nối C
Xác định điện ápV cf và dòng điện I cf tại điểm nốiCsử dụng điện áp V r và dòng điện
Ir đo lường từ đầu SR ử dụng phương trình (2.28) và (2.49), được:
/ cf 2 2 rf c2 2 2 rf cf 2 2 c2 rf 2 2 rf
Trong bài viết này, chúng ta sẽ xác định điện áp V_f_c tại điểm sự cố bằng cách áp dụng phương trình (2.31) Điện áp V_c_f và dòng điện I_c_f tại điểm nối sẽ được xác định từ phương trình (2.50) Các ký hiệu V_rf, I_V_rf, c_f, I_c_f đại diện cho điện áp và dòng điện trong sự cố tại các điểm tương ứng.
Trong đó:V fc là điện áp trong sự cố tại điểm sự cố F;
Xác định điện ápV f s tại điểm sự cố sử dụng điện áp V s f và dòng điện I sf đo lường từ đầu và phương trình (2.34):S
Trong đó:V I sf , sf là điện áp và dòng điện trong sự cố tại điểm ;S V fs là điện áp trong sự cố tại điểm sự cố F.
Biên độ điện áp tại điểm sự cố được tính toán từ tín hiệu điện áp và dòng điện tại điểmF
S và điểm nối phải bằng nhau [26], [35]:C fs fc
1 1 cf 1 1 1 f c cosh d V Z sinh d I cosh V Z sinh
Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC
Hình 2.12 minh họa phương pháp xác định vị trí sự cố trên phân đoạn RC của đường dây truyền tải điện không đồng nhất.
Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC. Xác định điện ápV c f và dòng điện I c f tại điểm nối sử dụng điện ápC V s và dòng điện
Is đo lường từ đầu Sử dụng phương trình (2.38) và (2.49), được:S
/ cf 1 1 sf 1 1 c1 sf cf 1 1 c1 sf 1 1 sf
I sinh l Z V cosh l I (2.55) Áp dụng phương trình (2.41), xác định điện ápV f c tại điểm sự cố sử dụng điện áp V c f và dòng điện I c f tại điểm nối từ (2.55):C fc cf c cf
Áp dụng phương trình (2.44) để xác định điện áp V_f_r tại điểm sự cố, sử dụng điện áp V_r_f và dòng điện I_r_f đo lường từ đầu, cho kết quả là R_f_r = 2 2 2 rf c2 2 2 2.
Biên độ điện áp tại điểm sự cốF được tính toán từ các tín hiệu điện áp và dòng điện đầu
R và điểm nối phC ải bằng nhau [26], [35]: fr fc
Bước 3: Xác định vị trí sự cố
Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất.
Phương trình (2.54) là phương trình phi tuyến một biến thựcd 1 , sử dụng phần mềm
MATLAB với phương pháp sốtìm kiếm lát cắt vàng (golden section search) trong khoảng
Vị trí sự cố trên phân đoạn SC được xác định bởi biến d1 trong khoảng 0 l1 Tương tự, vị trí sự cố trên phân đoạn RC được xác định bởi biến d2 trong khoảng 0 l2 Để chọn vị trí sự cố chính xác, cần áp dụng điều kiện phù hợp.
1 2 fval EQ1 fval EQ2 d d fval EQ1 fval EQ2 d d
Trong đó:fval EQ 1 ( ) là giá trị của EQ1 khi thế giá trịd 1 ; fval E Q2 ( ) là giá trị của EQ2 khi thế giá trịd 2
Phương pháp định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất được trình bày ở phần trên được tổng kết thành lưu đồ thuật toán như hình 2.13.
Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất
Hệ thống truyền tải điện được mô tả bao gồm các phân đoạn như hình 2.14, với chiều dài phân đoạn SC là 10 km và chiều dài phân đoạn CR là 2 km Các thông số chính của hệ thống được trình bày chi tiết trong bảng 2.1, bảng 2.2 và bảng 2.3, và được mô phỏng trong môi trường Simulink của phần mềm MATLAB.
Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đường dây không đồng nhất.
Áp dụng thuật toán luận án đề xuất giúp xác định vị trí sự cố trên đường dây tại nhiều địa điểm khác nhau, với kết quả định vị được thể hiện trong bảng 2.4.
Áp dụng thuật toán từ nghiên cứu [51] để xác định vị trí sự cố trên đường dây không đồng nhất với cùng cấu trúc và thông số tại các vị trí khác nhau, và so sánh với kết quả định vị sự cố được đề xuất trong luận án Kết quả được thể hiện trong hình 2.15.
Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC l, 10km.
Thông số Thứ tự thuận Thứ tự nghịch
Bảng 2.2 Thông số phân đoạn CR l, 2 km.
Thông số Thứ tự thuận Thứ tự nghịch
Nguồn Điện áp (kV) X/R Góc pha (độ)
Kết quả định vị sự cố
Bảng 2.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất.
LOẠI SỰ CỐ AG BC BCG ABC
(km) tế d tính toán (km)
Sai số (%) d tính toán (km)
Sai số (%) d tính toán (km)
Sai số (%) d tính (km) toán
Trong đú: Sai số định vị (%) = vị trí sự cố chính xác - vị trí sự cố tính toán100% chiều dài đ ờng dây
Bảng 2.4 trình bày kết quả của thuật toán xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải không đồng nhất, bao gồm hai bước chính: đầu tiên, xác định các thông số của các phân đoạn đường dây dựa trên hai bản ghi sự cố được lưu trữ trong bộ nhớ rơ le; tiếp theo, xác định vị trí cụ thể của sự cố trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất.
Kết quả mô phỏng cho thấy thuật toán đề xuất đạt được kết quả phù hợp với lý thuyết, với sai số định vị cho các loại sự cố điển hình AG, BC, BCG và ABC không vượt quá 0,12% trên toàn tuyến dài 120km.
So sánh kết quả định vị sự cốcủa thuật toán đề xuất với kết quảđịnh vị sự cố của thuật toán [51]
Trong phần này, chúng tôi trình bày kết quả so sánh sai số định vị sự cố của phương pháp đề xuất với phương pháp [51] Việc so sánh được thực hiện đối với cả bốn dạng sự cố ngắn mạch và tại các vị trí khác nhau của điểm ngắn mạch Thuật toán đề xuất cho thấy ưu điểm vượt trội khi không bị ảnh hưởng bởi sai số của thông số đường dây, và sẽ được kiểm chứng qua các kịch bản sai số của thông số đường dây từ 0 đến 5%.
Hình 2.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [51]. Trong đó:
0P 3P 5P, , : kết quả định vị sự cốcủa thuật toán [51] khi thông số đường dây bị sai lệch 0%, 3%, 5%.
2S: kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất.
Khi thông số đường dây được xác định chính xác, phương pháp 0P cho kết quả tương tự như thuật toán đề xuất Cả hai thuật toán đều cho kết quả định vị sự cố với sai số không vượt quá 0,12% đối với các sự cố điển hình như AG, BC, BCG và ABC.
Khi thông số đường dây sai lệch từ 3% đến 5%, kết quả định vị sự cố của thuật toán có sai số từ 3P đến 5Pá Cụ thể, với sai lệch 3%, sai số định vị là 0,9%, trong khi với sai lệch 5%, sai số tăng lên 1,4% Điều này cho thấy rằng kết quả định vị phụ thuộc vào thông số đường dây Tuy nhiên, thuật toán đề xuất 2S đã tích hợp khả năng xác định thông số đường dây dựa trên tín hiệu điện áp và dòng điện ghi nhận trong các sự cố, do đó, sai số của thuật toán này không bị ảnh hưởng bởi sai lệch thông số đường dây.
K ế t lu ậ n
1 Chương này trình bày chi tiết việc xây dựng mô hình toán và thuật toán tính toán cho bài toán định vị sự cố trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất, không cần biết trước thông sốđường dây Thuật toán sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai phía đường dây để xác định thông sốđường dây Thuật toán cóưu điểm loại trừđược sai số do phép tính trung gian trong quá trình tính toán thông số của đường dây; loại trừđược sai sốđo lường do sử dụng thiết bịđo thông sốđường dây Thuật toán bao gồm hai bước: xác định thông số của các phân đoạn đường dây;i) ii) xác định vị trí sự cố. i) Xác định thông số các phân đoạn của đường dây truyền tải sử dụng hai chủng loại dây khác nhau Thuật toán sử dụng hai bản ghi sự cố xảy ra ở hai vị trí khác nhau trên đường dây thành lập hệ 4 phương trình biến số phức Phần mềm MAPLE và MATLAB đã được sử dụng để giải các hệ phương trình do khối lượng tính toán Kết quả tính toán được là thông số tổng trở sóng và hệ số truyền sóng của mỗi phân đoạn đường dây. ii) Xác định vị trí sự cố sau khi đã tính được tổng trở các đoạn đường dây: do không biết sự cố xảy ra ở phân đoạn nào, vì vậy thuật toán cần thực hiện hai lần thử tính toán, sau đó tìm vị trí chính xác như sau:
Trong trường hợp xảy ra sự cố tại một phân đoạn cụ thể, việc tính toán điện áp tại điểm sự cố được thực hiện dựa trên điện áp và dòng điện từ hai đầu của phân đoạn đó.
• Thực hiện giả thiết tương tự với sự cố xảy ra ở phân đoạn còn lại.
• Giải các phương trình này để tìm vị trí sự cố chính xác.
2 Thuật toán đề xuất đã được kiểm chứng thông qua mô phỏng sử dụng phần mềm MATLAB, sai số kết quảđịnh vịkhông vượt quá 0,12%với đường dây có chiều dài 120km, cho thấy tính chính xác của thuật toán định vịđề xuất.
3 Đồng thời kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất đã được so sánh với kết quả định vị của phương pháp được đề xuất trong nghiên cứu [51] Kết quảđịnh vị sự cố của thuật toán [51] khi thông sốđường dây không bị sai số khá tương đồng với kết quả của thuật toán đề xuất, sai số của kết quả định vị không vượt quá0,12%với các loại sự cố điển hình AG BC BCG ABC, , ,
4 Khi thông sốđường dây bị sai lệch từ3%hoặc5%thì kết quả của thuật toán [51] bị sai số Khi thông sốđường dây sai lệch 3%thì sai số kết quảđịnh vị sự cố là 0,9%. Khi thông số sai lệch5%thì sai số kết quảđịnh vịsự cố là1,4% Kết quảđịnh vị sự cố bị sai số vì dữ liệu đầu vào của thuật toán [51] là thông số đường dây, trong khi đó kết quả định vị của thuật toán đề xuất đã bao gồm thuật toán xác định thông số đường dây dựa vào các tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường trong các bản ghi sự cố Do vậy sai số của thuật toán đề xuất không bịảnh hưởng bởi sai lệch thông số đường dây.
5 Thuật toán định vị sự cố chỉ sử dụng thành phần thứ tự thuận của tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường, vì vậy thuật toán có thể áp dụng định vị cho mọi loại sự cố và không yêu cầu sử dụng thuật toán phân loại sự cố.