Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyển tải điện thuộc lưới điện phức tạp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN

ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN

ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 62520202

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

1. TS. NGUYỄN XUÂN TÙNG

2. TS. NGUYỄN ĐỨC HUY

Hà Nội – 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả

nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện

trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực.

Hà Nội, ngày 29 tháng 08 năm 2017

XÁC NHẬN CỦA TẬP THỂ HƯỚNG DẪN

GV. HƯỚNG DẪN 1

TS. Nguyễn Xuân Tùng

GV. HƯỚNG DẪN 2

TS. Nguyễn Đức Huy

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

Nguyễn Xuân Vinh

ii

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc và kính trọng đến hai thầy hướng dẫn khoa học

trực tiếp, TS. Nguyễn Xuân Tùng và TS. Nguyễn Đức Huy đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng

khoa học trong quá trình nghiên cứu. Hai thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết, hỗ trợ về

mọi mặt để tác giả hoàn thành luận án.

Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo

Sau Đại học, Viện Điện và Bộ môn Hệ thống Điện tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nghiên

cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Chân thành cảm ơn các Giảng viên và cán

bộ Bộ môn Hệ thống điện, đã hỗ trợ tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án.

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, Ban

Chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả được tập trung

nghiên cứu tại Hà Nội trong suốt thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ

và động viên của các đồng nghiệp, nhóm nghiên cứu sinh của Viện Điện.

Cuối cùng, tác giả thực sự cảm động và từ đáy lòng mình xin bày tỏ lòng biết ơn đến các

Ông bà nội ngoại hai bên của con tôi và người vợ yêu quý cùng con trai thân yêu đã luôn ở bên

tác giả những lúc khó khăn nhất, những lúc mệt mỏi nhất, để động viên, để hỗ trợ về tài chính

và tinh thần, giúp tác giả có thể đứng vững trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện bản luận

án này.

Tác giả luận án

Nguyễn Xuân Vinh

iii

MỤC LỤC

Trang

LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................i

LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................vi

DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ............................................................... viii

MỞ ĐẦU......................................................................................................................1

1. Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................1

2. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu..............................4

3. Các đóng góp mới của luận án..........................................................................5

4. Cấu trúc nội dung của luận án ..........................................................................5

1. TỔNG QUAN.......................................................................................................7

1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước......................................................................7

1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .....................................................................7

Thuật toán định vị sự cố áp dụng đường dây đơn đồng nhất với yêu cầu

biết chính xác thông số đường dây ...........................................................................8

Thuật toán định vị sự cố không yêu cầu thông số đường dây áp dụng với

đường dây đơn đồng nhất .......................................................................................10

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây đơn không đồng nhất

với yêu cầu biết chính xác thông số đường dây......................................................12

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện rẽ nhánh

với yêu cầu biết chính xác thông số đường dây......................................................14

Đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố.....16

1.3. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu .............................................16

2. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CẢI TIẾN ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY

ĐƠN KHÔNG ĐỒNG NHẤT........................................................................................18

2.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................18

2.2. 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 ........................................18

Mạng hai cửa tương đương của đường dây không đồng nhất...............18

Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây đơn

không đồng nhất .....................................................................................................20

2.3. Thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường

dây...............................................................................................................................26

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC................................26

Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC................................27

iv

Bước 3: Xác định vị trí sự cố ................................................................28

2.4. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền

tải điện không đồng nhất.............................................................................................29

Kết quả định vị sự cố ............................................................................30

So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với kết quả định vị

sự cố của thuật toán [48].........................................................................................30

2.5. Kết luận...........................................................................................................32

3. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ KHÔNG BIẾT TRƯỚC THÔNG SỐ

ĐƯỜNG DÂY ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RẼ NHÁNH

KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHỦNG LOẠI DÂY..............................................................33

3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................33

3.2. Thuật toán xác định thông số đường dây của đường dây rẽ nhánh không đồng

nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ ba đầu đường dây .................................................33

Mạng hai cửa tương đương của đường dây rẽ nhánh............................33

Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số đường

dây khác nhau .........................................................................................................34

3.3. Thuật toán xác định vị trí sự cố cho đường dây rẽ nhánh không đồng nhất sử

dụng tín hiệu đo lường từ ba đầu đường dây..............................................................49

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ .................................49

Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ.................................49

Bước 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ.................................49

Bước 4: Xác định vị trí sự cố ................................................................50

3.4. Thuật toán xác định thông số đường dây đồng thời định vị sự cố áp dụng với

đường dây rẽ nhánh, các phân đoạn có cùng chủng loại dây, sử dụng một bản ghi sự

cố.................................................................................................................................51

Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ .................................51

Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ.................................51

Bước 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ.................................51

Bước 4: Xác định thông số đường dây và vị trí sự cố...........................52

3.5. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền

tải điện rẽ nhánh..........................................................................................................53

Trường hợp đường dây truyền tải điện rẽ nhánh có các phân đoạn sử

dụng các chủng loại dây khác nhau ........................................................................53

Trường hợp đường dây rẽ nhánh có hai phân đoạn có cùng thông số

đường dây nhưng khác thông số của phân đoạn thứ ba..........................................55

Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số đường

dây giống nhau........................................................................................................57

3.6. Kết luận...........................................................................................................60

4. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ ĐO LƯỜNG ĐẾN KẾT QUẢ ĐỊNH

VỊ SỰ CỐ .......................................................................................................................62

v

4.1. Cơ sở đề xuất phương pháp ............................................................................62

4.2. Mô phỏng Monte Carlo...................................................................................63

4.3. Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của thuật toán

xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất ............64

Kịch bản mô phỏng...............................................................................65

Đặc tính thống kê ..................................................................................65

4.4. Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của thuật toán

định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh ....................................69

Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh có thông số đường

dây khác nhau .........................................................................................................69

Trường hợp hai phân đoạn có cùng thông số đường dây nhưng khác

thông số của phân đoạn thứ ba................................................................................73

Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh sử dụng cùng

chủng loại dây.........................................................................................................77

4.5. Kết luận...........................................................................................................81

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................83

1. Đóng góp khoa học của luận án......................................................................83

2. Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo.......................................................84

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................85

DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ..............................90

PHỤ LỤC...................................................................................................................91

A.1. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không

đồng nhất ....................................................................................................................91

A.2. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh:

Trường hợp phân đoạn SJ, RJ, TJ có thông số có thông số đường dây khác nhau ....95

A.3. Kết quả định vị sư cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trường

hợp phân đoạn SJ, TJ có cùng thông số đường dây nhưng khác thông số đường dây

của phân đoạn RJ........................................................................................................97

A.4. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trường

hợp đường dây rẽ nhánh đồng nhất, phân đoạn SJ, RJ, TJ có cùng thông số đường dây

....................................................................................................................................99

A.5. Phương trình (2.48)......................................................................................101

A.6. Phương trình (3.103)....................................................................................105

A.7. Phương trình (3.105)....................................................................................117

A.8. Phương trình (3.111)....................................................................................125

A.9. Phương trình (3.112)....................................................................................127

A.10. Phương trình (3.113)..................................................................................128

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ABC Ngắn mạch 3 pha

AG Ngắn mạch pha A với đất

BC Ngắn mạch hai pha BC

BCG Ngắn mạch hai pha BC với đất

AC Dòng điện xoay chiều (Alternating Current)

ANFIS Mạng nơ ron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy training of

Sugeno-type)

COMTRADE Tiêu chuẩn định dạng tập tin để trao đổi tín hiệu sự cố (COMmon

format for TRAnsient Data Exchange )

CT Máy biến dòng điện (Current transformer)

d Vị trí sự cố

DC Dòng điện một chiều (Direct Current)

DFT Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform)

GPS Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)

IEC Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (International Electrotechnical

Commission)

HT Hệ thống điện

IEEE Viện kỹ thuật điện và điện tử (Institute of Electrical and Electronics

Engineers)

imag Phần ảo của số phức

l Chiều dài đường dây

MLP Mạng nơ ron truyền thẳng nhiều lớp (Multilayer Perceptron)

real Phần thực của số phức

VT Máy biến áp (Voltage Transformer)

Zc Tổng trở sóng của đường dây

γ Hệ số truyền sóng của đường dây

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Định nghĩa Vsf , Isf , ΔIsf cho các loại sự cố ............................................................8

Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l1=100km......................................................................29

Bảng 2.2 Thông số phân đoạn CR, l2=20km........................................................................29

Bảng 2.3 Thông số nguồn....................................................................................................29

Bảng 2.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất............................30

Bảng 3.1 Thông số nguồn....................................................................................................53

Bảng 3.2. Thông số phân đoạn SJ........................................................................................53

Bảng 3.3. Thông số phân đoạn RJ. ......................................................................................53

Bảng 3.4. Thông số phân đoạn TJ. ......................................................................................53

Bảng 3.5. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh không đồng nhất............54

Bảng 3.6. Kết quả định vị sự cố trên đường dây có thông số SJ, TJ khác RJ. ....................56

Bảng 3.7. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh đồng nhất.......................58

Bảng 4.1 Sai số giới hạn của máy biến dòng điện [34]. ......................................................64

Bảng 4.2 Sai số giới hạn của máy biến điện áp [35]............................................................64

Bảng 4.3 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây không đồng nhất.................66

Bảng 4.4 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC..................................................................67

Bảng 4.5 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG...............................................................68

Bảng 4.6 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ..............................................................68

Bảng 4.7 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh không đồng nhất..71

Bảng 4.8 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC..................................................................71

Bảng 4.9 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG...............................................................72

Bảng 4.10 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................73

Bảng 4.11 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – SJ, TJ khác thông số RJ. ....................75

Bảng 4.12 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC................................................................76

Bảng 4.13 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG.............................................................76

Bảng 4.14 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................77

Bảng 4.15 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh đồng nhất...........79

Bảng 4.16 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC................................................................80

Bảng 4.17 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG.............................................................80

Bảng 4.18 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................81

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Đường dây truyền tải đồng nhất .............................................................................8

Hình 1.2 Đường dây không đồng nhất.................................................................................12

Hình 1.3 Đường dây rẽ nhánh..............................................................................................14

Hình 2.1. Đường dây truyền tải không đồng nhất. ..............................................................18

Hình 2.2. Nối tiếp mạng hai cửa..........................................................................................19

Hình 2.3 Bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây 220kV Hưng Đông – Hà Tĩnh. ..................20

Hình 2.4 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F1..........................................................21

Hình 2.5 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F1 xảy ra trên SC. .....21

Hình 2.6 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F2..........................................................23

Hình 2.7 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên SC. .....23

Hình 2.8 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC. ..........................................................................24

Hình 2.9 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên RC......24

Hình 2.10 Thuật toán xác định thông số đường dây không đồng nhất................................26

Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC..........................................................................26

Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC..........................................................................27

Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất. ....................28

Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đường dây không đồng nhất................................................29

Hình 2.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [48]...........31

Hình 3.1 Đường dây truyền tải rẽ nhánh. ............................................................................33

Hình 3.2 Mô hình mạng hai cửa đường dây rẽ nhánh. ........................................................34

Hình 3.3 Sự cố trên phân đoạn SJ........................................................................................39

Hình 3.4. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn SJ. ...........................................39

Hình 3.5 Sự cố trên phân đoạn RJ. ......................................................................................41

Hình 3.6. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn RJ............................................41

Hình 3.7. Sự cố trên phân đoạn TJ.......................................................................................44

Hình 3.8. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn TJ............................................44

Hình 3.9 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh không đồng nhất. ..................47

Hình 3.10 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh – SJ, TJ thông số khác RJ..48

Hình 3.11 Thuật toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh50

Hình 3.12 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây truyền tải rẽ nhánh đồng nhất52

Hình 3.13. Mô hình mô phỏng đường dây rẽ nhánh............................................................53

Hình 3.14 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47]...........55

Hình 3.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47]...........57

ix

Hình 3.16 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47]...........59

Hình 4.1 Thuật toán đánh giá ảnh hưởng sai số của đo lường đến kết quả định vị sự cố. ..63

Hình 4.2 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây không đồng nhất.............65

Hình 4.3 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào. ............................66

Hình 4.4 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố ˗ SJ, RJ, TJ khác nhau thông số..........69

Hình 4.5 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào .............................70

Hình 4.6 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - SJ, TJ khác thông số RJ....................74

Hình 4.7 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào .............................74

Hình 4.8 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây rẽ nhánh đồng nhất. ........78

Hình 4.9 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào. ............................78

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Việc xác định chính xác điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện mang một ý nghĩa thiết

thực đối với hệ thống truyền tải điện; định vị chính xác điểm sự cố sẽ làm giảm thời gian

ngừng cấp điện với các sự cố duy trì, giảm nhân công huy động tìm kiếm vị trí sự cố và góp

phần nâng cao độ tin cậy của lưới điện truyền tải.

a. Qui trình tìm kiếm vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đang được áp dụng

tại các công ty truyền tải điện Việt Nam

• Khi có sự cố trên đường dây, hệ thống rơle bảo vệ tại trạm biến áp sẽ cắt điện đường

dây đó và thực hiện tự đóng lại; đồng thời chức năng báo khoảng cách của các rơle

bảo vệ khoảng cách hoặc bảo vệ so lệch sẽ báo vị trí sự cố tính theo km từ vị trí đặt

điểm đo của rơle. • Sự cố có thể là thoáng qua hoặc duy trì, tuy nhiên theo qui định hiện hành các đội

quản lý đường dây đều phải tìm kiếm và xác định vị trí cũng như loại sự cố để có

các giải pháp tránh sự cố tương tự có thể lặp lại hoặc có thể nhanh chóng thay thế

các trang thiết bị hỏng hóc. • Thông thường các đơn vị quản lý đường dây cần phải cử nhân công đến vị trí cột

tương ứng với khoảng cách sự cố rơle đã báo và chia thành hai nhóm để tìm kiếm

về hai phía. Tại các vị trí cột đều cần phải kiểm tra bằng mắt thường xem có hư

hỏng hay bất thường. Quá trình tìm kiếm tiếp diễn cho đến khi nào tìm được vị trí

sự cố thực thì sẽ chụp ảnh ghi nhận và báo cáo.

b. Các khó khăn còn tồn tại • Chức năng báo khoảng cách sự cố của các rơle bảo vệ khoảng cách thường báo vị

trí sự cố với sai số tương đối lớn. Sai số của vị trí sự cố trong nhiều trường hợp có

thể lên tới nhiều kilômét. Số liệu thống kê ở một số nước cho thấy cho thấy sai số

gặp phải có thể từ 0,5÷2% [57], với đường dây dài 300km thì sai số ±1% tương

đương với việc phải đi tìm kiếm trong phạm vi 6 kilômét (khoảng 20 khoảng cột). • Các đường dây truyền tải điện thường đi qua các địa hình đồi núi hoặc xa dân cư,

xa đường giao thông (lưới điện truyền tải khu vực phía Tây Bắc). Do vậy rất nhiều

trường hợp phải mất tới cả ngày để tìm chính xác một vị trí sự cố với lượng nhân

công từ 4÷6 người.

c. Các nguyên nhân kỹ thuật có thể liên quan tới việc định vị sự cố không chính xác

Phân tích các yếu tố đầu vào của các thuật toán định xác định điểm sự cố cho thấy sai

số về đo lường và mô hình đường dây sử dụng trong các thuật toán là các yếu tố chính

ảnh hưởng tới sai số của kết quả định vị: • Các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là tín hiệu điện

áp và dòng điện đo lường từ các đầu đường dây truyền tải điện, vì vậy khi có sai số

đo lường thì kết quả định vị sự cố sẽ gặp phải sai số. Trong đó, sai số đo lường bao

gồm:  Sai số của thiết bị biến đổi: theo tiêu chuẩn IEC60044_1_1996 về sai số của máy

biến điện áp (VT) và IEC60044_2_1997 cho máy biến dòng điện (CT), thiết bị

biến đổi có thể có sai số lớn nhất ±10% đối với CT và ±6% đối với VT. Do đó

sai số của các thiết bị này có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phương

pháp định vị, độ không đồng nhất của sai số cũng là yếu tố có thể có ảnh hưởng

lớn đến kết quả định vị sự cố. Tuy nhiên, sai số của thiết bị biến đổi có tính chất

2

xác suất do vậy sai số của thiết bị biến đổi không thể loại bỏ mà chỉ có thể đánh

giá ảnh hưởng của sai số này đến kết quả định vị sự cố. Vì vậy, việc nghiên cứu

phương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố là

cần thiết để xác định định lượng các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến thuật toán

định vị, từ đó có thể đưa ra các quy định về sai số của thiết bị đo lường, cũng như

cải tiến các thuật toán định vị sự cố, hoặc khuyến cáo về sai số gặp phải khi sử

dụng các thuật toán định vị sự cố. Hiện nay có một số nghiên cứu như trong [7], [8], [9] sử dụng mạng nơ ron hoặc mạng nơ ron kết hợp logic mờ sử dụng một

tập lớn các mẫu huấn luyện nhằm mục đích giảm sai số tuy nhiên hiệu quả đạt

được vẫn là vấn đề cần quan tâm, đồng thời các nghiên cứu theo hướng này yêu

cầu số lượng lớn bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện để huấn

luyện mạng nơ ron và đây là yêu cầu rất khó đáp ứng trong thực tế.  Sai số do hiện tượng bão hòa CT: khi CT bị bão hòa thì số liệu dòng điện đo

lường không còn chính xác làm ảnh hưởng đến kết quả định vị sự cố. Để khắc

phục hiện tượng bão hòa CT, một số tài liệu sử dụng phân tích Prony hoặc phương

pháp bình phương cực tiểu kết hợp biến đổi Fourier rời rạc với mục đích khôi

phục dạng sóng bão hòa như đã được tổng kết trong bài báo đã công bố số [4,5]

của luận án. Tuy nhiên, kết quả phục hồi dạng sóng dòng điện của các thuật toán

này bị ảnh hưởng bởi tần số lấy mẫu của tín hiệu, số lượng hài có trong tín hiệu...  Sai số do tín hiệu đo lường từ các phía đường dây không được đồng bộ: điện trở

sự cố là yếu tố bất định có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả định vị sự cố của các

thuật toán sử dụng tín hiệu đo lường từ một phía; và để không bị ảnh hưởng bởi

điện trở sự cố các nghiên cứu hiện nay tập trung vào các thuật toán sử dụng tín

hiệu đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây. Vì vậy, nếu tín hiệu không

được đồng bộ thì kết quả định vị sự cố sẽ bị sai lệch, và hiện này có một số nghiên

cứu tập trung vào phương pháp đồng bộ tín hiệu đo lường từ các phía như đã

được tổng kết trong các công trình đã công bố số [1,3,6] của luận án.  Sai số do tín hiệu đo lường có thành phần một chiều (DC): nếu tín hiệu đo lường

có thành phần DC thì khi sử dụng biến đổi Fourier để xác định phasor của tín

hiệu điện áp và dòng điện sẽ gặp phải sai số, từ đó kết quả định vị sự cố sẽ sai

lệch do đầu vào của thuật toán định vị là phasor của tín hiệu đo lường. Các nghiên

cứu đã đề xuất các phương pháp như bộ lọc Kalman hoặc bộ lọc mô phỏng số kết

hợp DFT như được tổng kết trong công trình đã công bố [2] của luận án, để lọc

bỏ thành phần DC góp phần nâng cao độ chính xác của các thuật toán định vị sự

cố. • Mô hình đường dây được sử dụng trong các thuật toán định vị là yếu tố có ảnh

hưởng lớn đến kết quả định vị sự cố:  Phần lớn các thuật toán định vị sự cố sử dụng mô hình đường dây thông số tập

trung vì khối lượng tính toán không nhiều, tính toán đơn giản và thường được sử

dụng cho đường dây ngắn, tuy nhiên kết quả định vị sẽ gặp sai số, vì theo tài liệu

[1] nếu đường dây có chiều dài 100km thì sai số của mô hình thông số tập trung

khoảng 0,2% so với mô hình thông số rải và sai số tăng nhanh theo chiều dài

đường dây.  Các thuật toán định vị của rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số hiện có đều sử

dụng các biến thể của phương pháp tổng trở nhằm xác định vị trí sự cố trên đường

dây tải điện, sử dụng các tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ một phía đầu

đường dây. Về mặt toán học, đây là mô hình không chính xác, do tổng trở biểu

kiến khi nhìn từ một phía đường dây phụ thuộc vào vị trí sự cố, điện trở sự cố,

3

đường dây truyền tải có nhiều nguồn cũng như trào lưu công suất giữa hai phía

đường dây trước khi xảy ra sự cố.  Thông số đường dây có thể coi là một đại lượng có tính bất định, đặc biệt là thành

phần tổng trở thứ tự không phụ thuộc rất nhiều vào điện trở của đất. Trên thực

tế, thông số của đường dây tải điện có sự khác biệt nhất định dọc theo tuyến

đường dây. Do vậy, các thuật toán định vị sử dụng mô hình tính toán với giả thiết

đường dây đồng nhất khi áp dụng định vị sự cố cho các mô hình đường dây thực

tế thì kết quả định vị sẽ bị sai số.  Lưới truyền tải điện hiện nay vẫn còn một số đường dây có rẽ nhánh; lý do của

việc rẽ nhánh các đường dây có thể do yêu cầu đấu nối cấp điện cho phụ tải mới

ở giữa đường dây hoặc có các nhà máy điện đấu nối lên lưới. Các đường dây rẽ

nhánh này có thể sử dụng cùng chủng loại dây với đường dây chính hoặc có thể

sử dụng loại dây khác. Việc xuất hiện đường dây có rẽ nhánh gây nhiều khó khăn

cho việc cài đặt chỉnh định các rơle bảo vệ khoảng cách; đồng thời khi đường

dây không đồng nhất thì việc định vị sự cố gặp sai số lớn do các rơle chỉ cho phép

cài đặt với một bộ thông số tổng trở đường dây.  Các kỹ sư tính toán chỉnh định rơle thường không thể có được số liệu chính xác

của thông số của các đường dây, vì thông số của đường dây truyền tải điện thường

khó xác định được chính xác do chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng như điện trở suất

của các vùng đất dọc đường dây thay đổi, đường dây có các phân đoạn sử dụng

chủng loại dây khác nhau... và để xác định thông số đường dây, các công ty điện

lực có thể áp dụng các phương pháp như: - Sử dụng các công thức tính toán thông số đường dây [6]. Tuy nhiên, xác

định thông số đường dây theo phương pháp này có thể gặp phải sai số do

các phép tính trung gian (ví dụ như tính điện kháng đường dây phải qua

một loạt phép tính trung gian như khoảng cách xà cột, chủng loại đường

dây, lộ đơn hay lộ kép, đường dây điện có dây dẫn phân pha…, tính dung

dẫn thì phải sử dụng một loạt các công thức tính toán xét đến ảnh hưởng

của đất, đường dây có dây chống sét…), vì vậy khi áp dụng công thức

tính toán thì thông số đường dây sẽ gặp sai số so với thông số thực tế của

đường dây. - Sử dụng thiết bị đo lường thông số đường dây như OMICRON CPC 100,

tuy nhiên sai số tổng trở đường dây đo được khoảng 5% so với kết quả

tính toán [29] do các yếu tố như: khi đo lường thông số để khắc phục

nhiễu từ các hệ thống mang điện khác, thông số đo lường được thực hiện

với nguồn có tần số 30Hz và 70Hz, và giá trị trung bình của hai phép đo

chính là tổng trở đường dây ở tần số 50Hz; mô hình đường dây được áp

dụng để xác định thông số đường dây là mô hình thông số tập trung có độ

chính xác nhỏ hơn mô hình đường dây thông số rải [1]... Phần lớn các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là

thông số chính xác của đường dây, vì vậy khi thông số đường dây không chính

xác thì vị trí sự cố tính được sẽ bị sai số.

Từ những phân tích nêu trên cho thấy hướng nghiên cứu với mục tiêu chính xác hóa mô

hình đường dây – sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ các phía đường dây – cho bài toán

định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện là hướng nghiên cứu phù hợp và việc lựa

chọn luận án “Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thuộc

lưới điện phức tạp” là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng đối với các công ty đang vận hành,

quản lý lưới điện truyền tải.