Tiến Sĩ Nghiên cứu các phương pháp thông minh để phân loại và định vị sự cố trên đường dây truyền tả

LUẬN ÁN TIẾN SỸ
NĂM 2014

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . 1
1. Đặt vấn đề . 1
2. Mục đích nghiên cứu . 3
3. Phương pháp nghiên cứu . 4
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 4
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án . 5
6. Bố cục của luận án 6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN LOẠI VÀ ĐỊNH
VỊ SỰ CỐ . 9
1.1 Mở đầu 9
1.2 Tổng quan tình hình nghiên cứu . 10
1.2.1 Giải pháp dựa trên kỹ thuật quản lý vận hành 12
1.2.2 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu ở tần số
lưới điện . 14
1.2.3 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật phân tích tín hiệu cao tần . 22
1.2.4 Hướng nghiên cứu dựa trên kỹ thuật hệ thống thông minh . 27
1.2.5 Hướng nghiên cứu dựa trên phương pháp lai . 32
1.3 Kết luận . 34
CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ CHÍNH ẢNH HƯỞNG ĐẾN ĐẶC TÍNH LÀM
VIỆC VÀ SỰ NHẬN DẠNG SỰ CỐ CỦA BẢO VỆ RƠLE 36
2.1 Mở đầu 36
2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ trong hệ thống điện 37
2.2.1 Sóng hài trong hệ thống điện 37
2.2.2 Ảnh hưởng sóng hài đến rơle bảo vệ . 39
2.2.3 Nhận xét và đánh giá . 42
2.3 Ảnh hưởng điện trở sự cố đến vùng làm việc rơle khoảng cách . 43
2.3.1 Điện trở sự cố 43
2.3.2 Điện trở sự cố trên đường dây có nguồn cung cấp từ một phía . 43
2.3.3 Điện trở sự cố trên đường dây có nguồn cung cấp từ hai phía 44
2.3.4 Khắc phục ảnh hưởng điện trở sự cố đến vùng làm việc rơle . 46
2.3.5 Nhận xét và đánh giá . 48
2.4 Ảnh hưởng sai số BI, BU đến thông số đo lường của rơle . 48
2.4.1 Sai số BI, BU . 48
2.4.2 Giải pháp cải thiện sai số BI, BU 50
2.4.3 Nhận xét và đánh giá . 52
2.5 Ảnh hưởng của thông số đường dây đến đặc tính làm việc của rơle 52
2.5.1 Công thức tính hệ số k . 52
2.5.2 Xác định trở kháng đường dây và hệ số k . 53
2.5.3 Nhận xét và đánh giá . 58
2.6 Kết luận . 58
CHƯƠNG 3: PHÂN TÍCH, ĐÁNH GIÁ PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ ĐIỂM
SỰ CỐ CỦA RƠLE KỸ THUẬT SỐ 59
3.1 Mở đầu 59
3.2 Phần mềm phân tích bản ghi sự cố rơle bảo vệ . 60
3.2.1 Phần mềm phân tích sự cố Sigra 4 63
3.2.2 Nhận xét và đánh giá . 65
3.3 Phương pháp định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường dòng điện, điện áp tại
một đầu đường dây 65
3.3.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SEL và GE . 65
3.3.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA . 70
3.3.3 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SIEMENS . 71
3.3.4 Hãng sản xuất rơle bảo vệ ABB 76
3.3.5 Hãng sản xuất rơle bảo vệ AREVA . 79
3.3.6 Nhận xét và đánh giá . 80
3.4 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ hai đầu đường dây . 81
3.4.1 Hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA 81
3.4.2 Hãng sản xuất rơle bảo vệ SEL . 82
3.4.3 Đánh giá phương pháp định vị sự cố 84
3.4.4 Nhận xét và đánh giá . 86
3.5 Định vị sự cố sử dụng dữ liệu đo lường từ ba đầu đường dây 87
3.5.1 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo không đồng bộ của hãng SEL . 87
3.5.2 Phương pháp định vị sử dụng dữ liệu đo đồng bộ dòng điện và điện áp của
hãng sản xuất rơle bảo vệ TOSHIBA 89
3.5.3 Phương pháp định vị sử dụng biến đổi Clarke mở rộng của hãng sản xuất
rơle bảo vệ GE 90
3.5.4 Đánh giá phương pháp định vị sự cố 93
3.5.5 Nhận xét và đánh giá . 94
3.6 Kết luận . 94
CHƯƠNG 4: SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ĐỂ PHÂN
LOẠI SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 96
4.1 Mở đầu 96
4.2 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng hệ mờ . 97
4.2.1 Thuật toán phân loại sự cố 97
4.2.2 Đánh giá phương pháp phân loại sự cố trên cơ sở hệ mờ 101
4.2.3 Nhận xét và đánh giá . 105
4.3 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng phân tích wavelet . 105
4.3.1 Phân tích wavelet rời rạc 106
4.3.2 Tính toán độ lớn dòng điện . 108
4.3.3 Thuật toán nhận dạng sự cố 108
4.3.4 Ứng dụng phương pháp phân loại dạng bằng wavelet . 110
4.3.5 Nhận xét và đánh giá . 110
4.4 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng ANN . 111
4.4.1 Thủ tục xây dựng mô hình ANN để phân loại sự cố . 112
4.4.2 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu 120
4.4.3 Nhận xét và đánh giá . 123
4.5 Phân loại sự cố đường dây tải điện bằng ANFIS 124
4.5.1 Thủ tục xây dựng mô hình ANFIS để phân loại sự cố 124
4.5.2 Mô hình hệ thống điện nghiên cứu 125
4.5.3 Nhận xét và đánh giá . 126
4.6 Kết luận . 126
CHƯƠNG 5: SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP THÔNG MINH ANN, ANFIS
ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 128
5.1 Mở đầu 128
5.2 Ứng dụng mạng ANN trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện 129
5.2.1 Xây dựng mô hình mạng ANN . 129
5.2.2 Kết quả thử nghiệm ANN định vị sự cố . 132
5.2.3 Nhận xét và đánh giá . 132
5.3 Ứng dụng mạng ANFIS trong định vị sự cố đường dây truyền tải điện . 133
5.3.1 Xây dựng mô hình mạng ANFIS 133
5.3.2 Kết quả thử nghiệm ANFIS định vị sự cố 134
5.3.3 Nhận xét và đánh giá . 135
5.4 Thí nghiệm kiểm chứng 135
5.4.1 Đường dây 110kV Đăk Mil – Đăk Nông 137
5.4.2 Đường dây 220kV Hoà Khánh - Huế 145
5.5 Kết luận . 149
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TIẾN SĨ (BẢN SAO)
PHỤ LỤC.

MỞ ĐẦU
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, cùng với sự phát triển của hệ thống điện đã hình thành những cấu
trúc lưới có qui mô lớn và phức tạp. Phần lớn việc mất điện của khách hàng bắt
nguồn từ các sự cố lưới điện truyền tải do có độ dài lớn, vận hành lâu năm trong
môi trường và vị trí địa lý khác nhau, đặc biệt đối với các khu vực đồi núi hiểm trở
có xác suất sự cố là khá cao. Tất cả những sự cố gây hầu hết đều gây ảnh hưởng đến
các thông số vận hành, có thể làm tan rã hệ thống và gây ra thiệt hại rất lớn về
kinh tế.
Đứng trước thực tế đó, để đạt được hiệu quả trong kinh doanh thì công tác
quản lý vận hành ngành điện luôn hướng vào việc củng cố, duy trì yếu tố ổn định và
tin cậy, cho nên trách nhiệm chỉ huy vận hành, xử lý sự cố, đảm bảo chất lượng điện
năng ngày càng nặng nề và được coi trọng. Trong đó, việc cảnh báo và xử lý sự cố
là một nhiệm vụ còn khó khăn, đòi hỏi đơn vị quản lý phải mất nhiều công sức và
thời gian để phát hiện chính xác dạng sự cố, vị trí điểm chạm chập và có các biện
pháp khắc phục, sửa chữa kịp thời.
Cho đến nay, nhờ sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ trong lĩnh vực kỹ thuật
số, các thiết bị RLBV hiện đại nên việc phân loại sự cố đã tương đối tin cậy. Vấn đề
còn lại cần giải quyết là làm sao để định vị sự cố ngày càng tốt hơn. Định vị sự cố
với độ chính xác cao sẽ giúp cho nhân viên vận hành nhanh chóng tìm ra điểm sự cố
để làm các biện pháp sửa chữa, khôi phục lưới kịp thời, giảm thời gian mất điện,
giảm chi phí và phàn nàn của khách hàng.
Trong bối cảnh của HTĐ Việt Nam, điều này lại càng thể hiện rõ nét hơn.
EVN sử dụng hệ thống Scada, hệ thống tự động hóa trạm biến áp, RLBV và bộ ghi
sự cố để để thu thập thông tin giá trị điện áp, dòng điện, tình trạng làm việc của thiết
bị tại các đầu đường dây của TBA, NMĐ nhằm xử lý và cô lập sự cố, tránh lan tràn
sang các phần tử còn lại đang vận hành. Tuy nhiên, thuật toán phân loại và định vị
sự cố sử dụng dữ liệu đo lường trên nguyên tắc tổng trở tại một đầu đường dây
được sử dụng khá phổ biến trên các RLBV tại các TBA, hiện nay vẫn làm việc độc
lập vì chưa đầy đủ kênh truyền thông tin nên kết quả chưa đảm bảo độ chính xác. Ví
dụ tại TBA A và B sử dụng hai RLBV cho đường dây tải điện như trình bày trên
hình 1. Phương pháp định vị điểm sự cố sử dụng dữ liệu đo tại một đầu đường dây
có cấp chính xác bị ảnh hưởng bởi các thông số như điện trở sự cố, góc sự cố,
nguồn cung cấp từ hai phía nên kết quả tính toán có sai số khá lớn so với số liệu
thực tế [61], [76], [78], [82].

Bên cạnh đó, công tác truy tìm nguyên nhân sự cố trên đường dây còn thực
hiện thủ công theo quy định hiện hành nên chưa đáp ứng được yêu cầu về thời gian
xử lý sự cố và chưa phù hợp vì tốn nhiều tiền của và công sức, phụ thuộc nhiều vào
trình độ xử lý sự cố của điều độ viên cũng như thời gian triển khai lực lượng đi xử
lý sự cố.
Mặc dầu các đơn vị quản lý vận hành đường dây thường xây dựng quy trình
truy tìm sự cố bằng cách xác định ngăn lộ sự cố, giá trị dòng điện, điện áp, kiểu sự
cố, vị trí điểm sự cố và nguyên nhân xảy ra sự cố để lưu vào cơ sở dữ liệu, làm cơ
sở để dễ dàng xác định được sự cố xảy ra tương tự trong tương lai. Tuy nhiên, công
việc này sẽ làm mất nhiều thời gian thực nghiệm.
Cùng với quá trình phát triển công nghệ, bài toán lắp đặt thêm hệ thống xác
định vị trí sự cố áp dụng công nghệ truyền sóng và thành phần tần số cao có thể trực
tuyến giám sát và xác định khoảng cách điểm sự cố từ 2 điểm đầu và cuối đường
dây, với độ chính xác cao, sai số nhỏ cũng cần được xem xét và cân nhắc vì sẽ làm
tăng chi phí đầu tư thiết bị.

Có thể nói rằng, việc phân loại và định vị sự cố sao cho chính xác và nhanh
chóng luôn là vấn đề nhận được sự quan tâm của các nhà quản lý cũng như nghiên
cứu. Trong thập niên vừa qua, phương pháp phân loại và định vị sự cố bằng Fuzzy
Logic, Wavelet, ANN, ANFIS có nhiều ưu điểm và cấp chính xác cao, không cần
phải bỏ ra nhiều chi phí để mua thêm thiết bị, nhưng việc áp dụng phương pháp này
vẫn còn chưa được quan tâm, nghiên cứu một cách đầy đủ để triển khai ứng dụng.
Vì vậy, trong định hướng phát triển của ngành điện, việc ứng dụng những công
nghệ mới, thông minh vào thực tiễn sản xuất là vấn đề cần phải đầu tư nghiên cứu.
Tóm lại, nghiên cứu phân loại dạng sự cố và đặc biệt là vấn đề định vị điểm sự
cố trên lưới điện truyền tải mang tính cấp thiết cả về lý thuyết cũng như thực tiễn.
Do đó luận án: “Nghiên cứu các phương pháp thông minh để phân loại và định vị
sự cố trên đường dây truyền tải điện” được thực hiện nhằm giải quyết vấn đề
nêu trên.
2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Để tìm lời giải cho bài toán xác định chính xác dạng sự cố và vị trí điểm sự cố
lưới điện, phần lớn nội dung được nghiên cứu và triển khai trong luận án được xuất
phát từ sự phát triển công nghệ RLBV và lý thuyết toán học từ đơn giản đến phức
tạp. Bên cạnh các phương pháp sử dụng phân tích Fourier để đo tín hiệu cơ bản như
dòng điện, điện áp, thời gian, tần số của quá trình quá độ khi xảy ra sự cố, một
hướng phát triển nữa của các nghiên cứu là về các thuật toán xử lý tín hiệu cao cấp
để phân tích các tín hiệu đo lường nhằm đưa ra được kết quả ước lượng vị trí sự cố
với độ chính xác cao hơn các phương pháp xử lý tín hiệu kinh điển. Mục đích chính
của luận án là:
- Hệ thống hóa các phương pháp, công trình nghiên cứu đã được công bố
trong lĩnh vực xác định sự cố trong lưới truyền tải điện cao áp.
- Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính làm việc của rơle và phép tính
khoảng cách đến điểm sự cố như sóng hài, điện trở sự cố, sai số BI, sai số
BU, và thông số đường dây.