Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đại nhận dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện tt

-1- MỞ ĐẦU Tính cấp thiết của đề tài: Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp trong cả cấu trúc và vận hành, khi xẩy ra sự cố bất kỳ một phần tử nào trong hệ thống đều ảnh hưởng đến độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng và gây thiệt hại lớn về kinh tế. Vì vậy, nội dung của đề tài đề cập đến “Nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hiện đại nhận dạng sự cố ngắn mạch trên đường dây truyền tải điện” nhằm hỗ trợ quá trình định vị và khắc phục các sự cố trên đường dây truyền tải điện, qua đó giảm bớt những thiệt hại về kinh tế và nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu thụ. Bài toán phát hiện dạng sự cố và vị trí của sự cố trên đường dây truyền tải điện là một bài toán kinh điển của lý thuyết mạch và hệ thống điện. Hiện nay, có nhiều nghiên cứu đã và đang được thực hiện về vấn đề này. Tuy nhiên các kết quả vẫn còn nhiều hạn chế do có nhiều trường hợp sự cố và giá trị phần tử gây sự cố gây ra các hiện tượng tương tự như khi tham số của đường dây biến thiên nên các phương pháp như rơle tổng trở sẽ gây sai số lớn. Việc phát triển của các thiết bị đo mới cũng như của các thuật toán xử lý tín hiệu mới có khả năng để tiếp tục cải thiện được các kết quả phân tích. Việc xây dựng thành công một giải pháp phân tích và phát hiện vị trí điểm sự cố sẽ có ý nghĩa thực tế tốt, nếu đưa vào vận hành sẽ có khả năng mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế - kỹ thuật do tăng cường được độ chính xác nhằm hỗ trợ cho quá trình khắc phục sự cố được nhanh hơn. Mục đích nghiên cứu: Mục đích nghiên cứu của luận án là phát triển phương pháp mới sử dụng những thuật toán hiện đại cho phép xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện (không phân nhánh và có nhiều nhánh rẽ) một cách chính xác hơn với ít thiết bị đo nhất có thể. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu và đưa ra phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện không phân nhánh và có phân nhánh. Luận án chưa xét đến ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như nhiệt độ và độ ẩm đến sai số của phương pháp. Trọng tâm nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu các thuật toán phân tích và xử lý tín hiệu bằng các công cụ Matlab, wavelet, mạng nơron, hàm tương quan, phân tích tín hiệu trên miền thời gian và tần số để xác định vị trí sự cố, dạng sự cố trên đường dây truyền tải không phân nhánh và đường dây truyền tải có nhiều nhánh. Nghiên cứu ảnh hưởng của điện trở, điện cảm sự cố trên đường dây đến sai số của phương pháp. Tìm hiểu thực nghiệm trong phòng thí nghiệm với một vài dạng sự cố nhằm kiểm chứng các thuật toán đã đề xuất. Nghiên cứu lý thuyết truyền sóng trên đường dây truyền tải điện từ đố dùng phần mềm Matlab mô phỏng các dạng ngắn mạch trên đường dây để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu lý thuyết. Phương pháp nghiên cứu: Phân tích hệ thống và xác định đặc thù của đối tượng nghiên cứu thông qua nhiều cách tiếp cận. Lựa chọn và xây dựng những công cụ toán học cần thiết cho nghiên cứu. Lựa chọn công cụ đánh giá và kiểm chứng kết quả nghiên cứu, cụ thể là: Mô hình hóa mô phỏng bằng phần mềm Matlab và cài đặt thử nghiệm thuật toán nhận dạng sự cố. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: ­ Ý nghĩa khoa học chính của đề tài là đề xuất phương pháp xác định vị trí trên đường dây truyền tải bổ xung vào các phương pháp hiện có, xây dựng và giải quyết được bài toán xác định chính xác vị trí sự cố với các dạng vị trí sự cố khác nhau với sai số cho phép. ­ Ý nghĩa thực tiễn chính của phương pháp của luận án góp phần bổ xung cho các giải pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải có một hoặc nhiều nhánh. Phương pháp chỉ yêu cầu sử dụng ít nhất các tín -2- hiệu đo từ các đầu của đường dây truyền tải điện, nên các khâu đo lường và thu thập số liệu cũng đơn giản, tính kinh tế cao. Chương 1: TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN 1.1. Giới thiệu chung 1.2. Tổng quan về các phương pháp định vị sự cố trên đường dây tải điện 1.3. Phương pháp đo lường từ một phía 1.3.1. Phương pháp điện kháng đơn 1.3.2. Phương pháp Takagi 1.3.3. Phương pháp Takagi cải tiến 1.4. Phương pháp đo lường từ hai đầu 1.5. Phương pháp sử dụng mạng nơron 1.6. Phương pháp sóng lan truyền 1.6.1. Phương pháp định vị sự cố dựa trên nguyên lý sóng lan truyền từ điểm sự cố 1.6.2. Phương pháp sóng lan truyền từ đầu đường dây 1.7. Kết luận chương 1 Qua trình bày về phân tích các phương pháp xác định vị trí sự cố có thể tóm tắt hiện nay có các phương pháp xác định sự cố kinh điển như phương pháp dựa trên đo lường từ một đầu đường dây, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây. Các phương pháp mới như phương pháp sử dụng mạng nơron, phương pháp sóng lan truyền. Mỗi một phương pháp, thuật toán khác nhau vì vậy có ưu nhược điểm riêng. Đối tượng đường dây truyền tải điện rất đa dạng, đường dây truyền tải với các cấp điện áp khác nhau, có một nguồn hay nhiều nguồn cung cấp, đường dây đơn, đường dây kép, đường dây có một hoặc nhiều nhánh rẽ. Tính chất của sự cố cũng khác nhau như điện trở, điện cảm sự cố thay đổi. Do đó một phương pháp không thể áp dụng chung cho tất cả các dạng đường dây truyền tải điện. Các giải pháp đơn giản như phương pháp điện kháng đơn dễ thực hiện như có độ chính xác không cao, phương pháp đo lường từ hai đầu đường dây hay phương pháp dựa trên sóng từ điểm sự cố có độ chính xác cao hơn nhưng sử dụng nhiều thiết bị và yêu cầu đồng bộ về thời gian dẫn tới phức tạp, chi phí tốn kém. Luận án tập trung nghiên cứu để đưa ra các giải pháp cho các hệ thống tải điện ba pha không phân nhánh và có nhánh rẽ. Đối với hệ thống có nhánh rẽ, luận án sẽ đặt mục tiêu sử dụng ít thiết bị đo nhất có thể và không yêu cầu đồng bộ về thời gian. Trong các chương tiếp theo luận án sẽ tập trung nghiên cứu phương pháp chủ động phát xung từ đầu đường dây truyền tải để xác định sự cố. Do phương pháp sử dụng ít thiết bị, không yêu cầu đồng bộ về thời gian. Luận án nghiên cứu các giải pháp phát xung chủ động theo miền thời gian (TDR) và phương pháp phát xung chủ động theo miền thời gian và tần số (TFDR). -3- CHƯƠNG 2 CÁC GIẢI PHÁP CỦA LUẬN ÁN TRÊN CƠ SỞ PHÂN TÍCH CÁC THÀNH PHẦN SÓNG LAN TRUYỀN 2.1. Mô hình toán học sóng lan truyền trên đường dây 2.1.1. Mô hình đường dây truyền tải điện Để mô phỏng đường dây truyền tải theo [2], [22] thường sử dụng mô hình  và mô hình thông số đường dây phân tán (Distributed Parameter Line). a) Mô hình  Mô hình  ba pha với các tham số trong một phân đoạn PI như thể hiện trong hình bên dưới. Hình 2. 1: Mô hình đường dây truyền tải hình  một pha Hình 2. 2: Mô hình một phân đoạn đường dây truyền tải hình  ba pha b) Mô hình đường dây thông số rải Theo [6, 22] hệ phương trình trạng thái của đường dây dài đều là: i (x, t)  u (x, t)   x  R  i (x, t)  L  dt   i (x, t)  G  u (x, t)  C  u (x, t) dt t  Hình 2.3: Sơ đồ thay thế đường dây có thông số rải trong đó: R, L, C, G là các thông số của đường dây trên một đơn vị chiều dài. 2.1.2. Nguyên lý lan truyền sóng trên đường dây Theo [6], [22] sóng lan truyền trên đường dây bao gồm sóng thuận u+(x,t) và sóng ngược u-(x,t), các thông số đặc trưng cho sự truyền sóng trên đường dây dài bao gồm: Tổng trở sóng ZC, hệ số tắt , hệ số pha  , vận tốc truyền sóng v. Z0 R0  j L0   Z0e j Y0 G0  j Go a) Tổng trở sóng: ZC  b) Hệ số truyền sóng :     j  ZY c) Vận tốc truyền sóng: v  2   f    f trong đó:  là bước sóng, f là tần số.   2.1.3. Sóng điện từ trên đường dây tải điện không sự cố Giả sử tại thời điểm t=0 ta đóng vào đầu đường dây một nguồn áp Vinc (t ) . Dùng mô hình mạch (mô hình Petersen) tương đương mô tả quan hệ trên như sau, trong đó t=0 là thời điểm sóng đánh tới cuối đường dây. -4- Theo [6] khi đường dây có tổng trở sóng Z0 và tải cuối đường dây Z2 thì các hệ số khúc xạ  và phản xạ  được tính theo:  V 2Z 2 Z  Z0 và   ref  2 Z0  Z 2 Vinc Z 2  Z 0 Hình 2.3: Mô hình Petersen tương đương để giải bài toán truyền sóng trong đó Vref – biên độ sóng phản xạ, Vinc – biên độ sóng tới. Nếu đường dây không có sự cố thì thời gian từ lúc bắt đầu đóng nguồn vào đường dây cho đến khi có sóng 2l phản hồi là: t  t2  tl  v a) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây thuần trở: Theo [6] khi đóng một nguồn điện áp Vinc vào đầu đường dây có tổng trở sóng Z0 và tải cuối đường dây thuần trở Rt thì thành phần phản xạ cuối đường dây là: Vref    Vinc  Rt  Z 0  Vinc Rt  Z 0 Hình 2.4: Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần trở b) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R nt L): Giải mạch Hình 2.5 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về: t  R   Z0 t Vtd (t )  2  Vinc   e T   Rt  Z 0 R  Z 0  Hình 2.5: Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải R nối tiếp L c) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R || L): Tương tự như trên ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về: t  R   Vtd (t )  2  Vinc  *e T  R  Z1   trong đó: T  R  Z1 L R  Z1 Hình 2.6: Mô hình Petersen tương đương của mạch có tải thuần R song song L d) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R || C): Giải mạch Hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về: t   R  t T Vtd (t )  2  Vinc   (1  e )   Rt  Z 0  trong đó: T  có Vtd (0)  0 Rt  Z 0  Ct là hằng số thời gian. Khi t=0 ta Rt  Z 0 Hình 2.7: Mô hình Petersen tương đương của mạch R song song C -5- e) Sóng lan truyền trên đường dây không có sự cố với tải cuối đường dây dạng (R nt C): Giải mạch Hình 2.8 ta có tín hiệu điện áp đo được ở đầu đường dây khi có phản xạ về: t    2.Rt Vtd (t )  Vinc  2  e T   Rt  Z 0  Hình 2.8: Mô hình Petersen tương đương của mạch R nối tiếp C trong đó T  ( R  Z 0 ).C. 2.1.4. Sóng điện từ trên đường dây tải điện khi có điểm sự cố: Khác với trường hợp đường dây không có sự cố, khi có điểm sự cố thì sóng tới chạy từ đầu đường dây đến vị trí sự cố sẽ xuất hiện thành phần phản xạ quay lại đầu đường dây. Trong đó, xét trường hợp sự cố ngắn mạch có điện trở và điện cảm sự cố là Z fault  R f  j  X f . Khi đó ta có: Hệ số phản xạ tại vị trí sự cố: 1  Z 0  Z 0 Z 0  Z 0 Nếu đường dây không bị đứt sẽ có sóng khúc xạ đi tới cuối đường dây và có phản xạ ngược lại với Z 0  Z fault || Z 02 . Khi đó thành phần phản xạ quay lại đầu đường dây với độ lớn là: Vref 1  1Vinc  Z0 2  Z fault  Z 0  Vinc Và thành phần khúc xạ vào phần đường dây phía sau với độ lớn tăng 1  1  1 lần: Vinc 2  (1  1 ) Vinc Thành phần khúc xạ này lan truyền tới cuối đường dây, khi đập vào tải cuối đường dây sẽ tạo thành một sóng Z  Z0 phản xạ với hệ số phản xạ:  2  t Zt  Z0 2.2. Các giải pháp đề xuất trong luận án 2.2.1. Sơ đồ khối ước lượng vị trí sự cố Luận án đề xuất 2 phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động TDR và TFDR. Hình 2.9: Sơ đồ khối tổng quan phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện 2.2.2. Phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động đối với đường dây không có nhánh rẽ Đối với đường dây không có nhánh rẽ luận án đề xuất sử dụng phương pháp TDR. Nội dung của phương pháp là chủ động phát một tín hiệu (điện áp, dòng điện dạng xung vuông) vào đầu đường dây truyền tảỉ điện. Tín hiệu phản hồi thu được từ đầu đường dây sẽ được phân tích để xác định thời điểm sóng phản hồi từ điểm sự cố và cuối đường dây. -6- Trong luận án đề xuất phương pháp phân tích tín hiệu bằng công cụ wavelet. Phương pháp này cho phép phát hiện thời điểm thay đổi đột ngột của tín hiệu. Tín hiệu sau khi qua phân tích wavelet xác định sơ bộ được thời điểm sóng phản hồi sẽ được đưa vào mạng nơron hoặc sử dụng thuật toán phân tích để ước lượng vị trí sự cố, như Hình 2.10: Sơ đồ khối xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải nhánh trên của Hình 2.11. Với những đường dây không có nhánh rẽ nhưng yêu cầu độ chính xác cao (hoặc đường dây có thể có nhiều lộ trên một hệ thống cột) luận án đề xuất sử dụng phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động TFDR. Nội dung chính của phương pháp này là sử dụng mạch phát tín hiệu chirp (tín hiệu có biên độ và tần số thay đổi theo thời gian) vào đầu đường dây, sau đó phân tích tín hiệu phản hồi để xác định vị trí sự cố. 2.2.3. Phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động đối với đường dây có nhiều nhánh rẽ 2.3 Phương pháp mô phỏng kiểm nghiệm kết quả nghiên cứu trên cơ sở sử dụng công cụ Matlab/Simulink 2.3.1 Mô phỏng quá trình sóng trên đường dây truyền tải điện: Luận án sử dụng phần mềm Matlab/Simulilnk mô phỏng quá trình truyền sóng trên đường dây truyền tải điện trong trường hợp đường dây không có nhánh rẽ và đường dây có nhiều nhánh rẽ với các dạng thông số sự cố thay đổi. Ý tưởng cho quá trình xây dựng mô hình này được trình bày trên Hình Hình 2.11: Mô hình mô phỏng quá trình truyền sóng trên 2.11. đường dây truyền tải điện 2.3.2 Xây dựng các phần tử sử dụng trong mô phỏng Hình 2.12: Sơ đồ khối mô phỏng các dạng ngắn mạch, nguồn Hình 2.13: Mô hình khối thiết bị đo tín hiệu phản hồi từ phát xung 1 chiều, nguồn phát tín hiệu hình chirp điểm sự cố và cuối đường dây 2.4. Kết luận chương 2 Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm của các nghiên cứu trước đây, luận án đã đề xuất các giải pháp để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện 3 pha: -7-  Đề xuất phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động trên miền thời gian (TDR) để ước lượng vị trí và dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện không có nhánh rẽ sử dụng phân tích Wavelet và mạng nơron.  Đề xuất phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động trên miền thời gian và tần số (TFDR) để ước lượng vị trí và dạng sự cố trên đường dây truyền tải điện không có nhánh rẽ và đường dây truyền tải điện có nhiều nhánh rẽ sử dụng phân tích hàm tương quan.  Đề xuất ứng dụng phần mềm Matlab/Simunlink làm công cụ mô phỏng kiểm nghiệm các kết quả nghiên cứu. Chương 3: PHƯƠNG PHÁP TDR XÁC ĐỊNH SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY 3.1. Mô tả phương pháp Nguyên lý chính của phương pháp phân tích sóng phản hồi chủ động (TDR - Time Domain Reflectometry) là sử dụng một mạch phát xung (điện áp/dòng điện) vào đầu đường dây truyền tải điện sau khi trên đường dây đã xảy ra sự cố và các phần tử Hình 3.1: Nguyên lý làm việc của Time Domain bảo vệ đã tác động cắt các nguồn phát điện cơ sở lên Reflectometer đường dây. Sau khi có xung được phát vào đường dây, ta tiến hành ghi lại các tín hiệu phản hồi. Dựa trên việc phân tích tín hiệu phản hồi mà ta có thể xác định được một số thông số của đường dây, cũng như vị trí điểm sự cố. 3.2 Wavelet và ứng dụng wavelet để phân tích sóng phản hồi 3.2.1 Phân tích phổ bằng wavelet 3.2.2 Thuật toán biến đổi wavelet rời rạc Biến đổi wavelet liên tục (Continuous Wavelet Transform - CWT) của một hàm f(t) được bắt đầu từ một hàm wavelet mẹ (Mother Wavelet) ψ(t). 3.2.3 Thuật toán Wavelet phân tích sóng phản hồi: Khi sử dụng một họ wavelet, một tín hiệu hàm thời gian có thể được phân tích theo cấu trúc như trên Hình 3.2 như sau: f (t)  a(t)  d (t) với a được gọi là thành phần "xấp xỉ" (approximation) chứa các thành phần biến thiên chậm trong f(t) và d được gọi là thành phần "chi tiết" (detail) chứa các thành phần biến thiên nhanh. Ta có thể tiếp tục quá trình phân tích tương tự cho thành phần a để có được kết quả phân tích phổ wavelet đa tầng: f (t )  a1 (t )  d1 (t ) a1 (t )  a 2 ( t )  d 2 (t ) ... ak (t )  ak 1 (t )  d k 1 ( t ) -8- Để lấy ví dụ, ta sử dụng wavelet phân tích tín hiệu của hàm số như sau: 0  t  500  sin(0.1t ) y (t)    sin(0.101t ) 500  t  1000 Trên Hình 3.3 biểu diễn đồ thị của hàm y(t), Hình 3.4 biểu diễn đồ thị phân tích thành phần bậc 1 đầu tiên wavelet của tín hiệu y(t). Từ kết quả phân tích có thể nhận thấy rằng tín hiệu y(t) được phân tích thành thành phần chi tiết (biến đổi nhanh D1) và thành phần xấp xỉ (biến đổi chậm). Căn cứ vào đồ thị của thành phần chi tiết D1 của phân tích phổ wavelet Daubechies ta thấy rằng tín hiệu biến đổi đột ngột tại vị trí tần số Hình 3.2: Cấu trúc các bước liên tiếp phân tích một tín hiệu biến đổi đột ngột. ban đầu thành các thành phần chi tiết và xấp xỉ Như vậy căn cứ vào phân tích wavelet sẽ xác định được thời điểm tín hiệu biến đổi đột ngột. Approximation A1 1 1 0.8 0.5 0.6 0.4 0 0.2 -0.5 0 -1 -0.2 0 100 200 300 400 500 Detail D1 600 700 800 900 1000 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 0.2 -0.4 0.1 -0.6 0 -0.8 -0.1 -1 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 -0.2 0 Hình 3.4: Phân tích phổ wavelet Daubechies của tín hiệu y(t) Hình 3.3: Tín hiệu gốc hàm y(t) Trong luận án này đề xuất sử dụng họ wavelet Daubechies bậc 4 để xác định các thời điểm có sóng phản hồi từ đường dây truyền về gây ra sự biến thiên đột ngột trong tín hiệu điện áp đầu đường dây. Trong trường hợp đường đường dây có tải R-L bị sự cố ngắn mạch tại vị trí 20km, tín hiệu phản hồi đo được ở đầu đường dây như Hình 3.5. Ta có thể thấy một số thời điểm có biến thiên đột ngột trong tín hiệu điện áp như: tại t  2ms ta đóng nguồn TDR vào đầu đường dây khiến điện áp tăng đột ngột lên xấp xỉ 70V. Tại thời điểm t  2,17 ms có điện áp phản xạ về từ điểm sự cố, tại t  2, 4ms có điện áp phản xạ từ tải R-L. Khi tính toán thành phần chi tiết bậc 1 (thành phần d1 của tín hiệu) như trên Hình 3.5 và được phóng to trên Hình 3.6, ta có thể thấy tất cả các điểm biến thiên đột ngột của tín hiệu trên Hình 3.5 đều tương ứng với các mức tăng đột ngột rất lớn của thành phần d1. Vì vậy có thể thấy wavelet là một công cụ rất hiệu quả để xác định các thời điểm sự cố này. Detail D1 70 40 60 30 50 20 10 40 0 30 -10 20 -20 10 0 0 -30 0.5 1 1.5 2 2.5 Time(s) 3 3.5 4 4.5 x 10 -3 -40 0 0.5 1 1.5 2 2.5 Times(s) 3 3.5 4 4.5 x 10 4 Hình 3.5: Tín hiệu đầu đường dây có tải R-L và sự cố 3 pha tại vị trí l=20km và thành phần chi tiết d1 của tín hiệu -9Detail D1 5 4 3 2 1 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 4 Times(s) Hình 3.6: Thành phần d1 của tín hiệu điện áp từ Hình 3.5 được phóng to Để ứng dụng phân tích Wavelet xác định vị trí sự cố đường dây có chiều dài L, ta tiến hành theo trình tự các bước như sau: Bước 1: Tại thời điểm t0 sử dụng một mạch phát Bước 7: Thời điểm T0 tương ứng với thời điểm sóng xung u(t) (điện áp/dòng điện) 1 chiều vào đầu đường phản hồi về từ cuối đường dây (được xác định theo dây truyền tải điện sau khi trên đường dây đã xảy ra thiết kế, khi không có sự cố). Ví dụ với chiều dài sự cố và các phần tử bảo vệ đã tác động cắt các đường dây 46.7km, thời gian sóng lan truyền và phản nguồn phát điện cơ sở lên đường dây. 0  t  T0 V trong đó: T0 là thời gian sóng u (t)   inc t  T0  0 truyền từ đầu đường dây truyền tải đến cuối đường xạ ngược trở lại tới đường dây sẽ xấp xỉ 0,4ms nên T0 xấp xỉ 2,4ms. Ta chọn T0  min d1 (t )   . t  2,4ms Bước 8: Nếu tồn tại một thời điểm t1 có giá trị d1 vượt ngưỡng sẽ chứng tỏ tồn tại điểm sự cố ở giữa đường dây: t1  min d1 (t )   . dây và phản xạ về đầu đường dây. t0  t T0 Bước 2: Sử dụng các thiết bị đo tín hiệu phản hồi tại đầu đường dây với tần số lấy mẫu là  và thời gian Bước 9: Nếu không tồn tại điểm này thì    / 2 và đo t>T0.   0.025 quay lại từ bước 7. Bước 3: Thực hiện biến đổi Wavelet để có được Bước 10: Nếu không tồn tại điểm t1 có giá trị d1 W(a,b) từ u(t0,T0); Bước 4: Tính toán thành phần d1 của khai triển vượt ngưỡng trên đường dây không có sự cố.Vị trí của điểm sự cố (nếu tồn tại t1 ) sẽ được tính theo wavelet W(a,b); công thức Bước 5: Xác định các thời điểm giá trị d1 lớn hơn truyền sóng trên đường dây, được xác định từ trường 0.1; hợp tính toán khi đường dây không có sự cố, nghĩa Bước 6: Thời điểm đầu tiên t 0 tương ứng với thời là: v  x  v t t t  v 1 0 2 2 với v  vận tốc 2l với T0  t0 là thời gian sóng lan T0  t 0 điểm đóng nguồn phát xung (trong luận án này chọn tại thời điểm 2ms) được chọn t0  min d1 (t )   . truyền và phản hồi về từ cuối đường dây. t  2 ms trong đó   0,1; 3.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng tới độ chính xác của phân tích Wavelet để xác định thời điểm sóng phản hồi 3.3 Mạng nơron mờ và ứng dụng để hiệu chỉnh thời điểm sóng phản hồi 3.3.1 Quy tắc suy luận mạng TSK Mô hình mạng TSK xử lý các quy tắc logic mờ dưới dạng [10]: If x A then y=q0.x + q1 .Với trường hợp nhiều đầu vào x   x1, x2 ,, xN  , ta có quy tắc suy luận TSK cho dưới dạng: If x A then N y  f (x)  q0   qi xi trong đó qi là các hằng số. i 1 3.3.2 Mô hình mạng nơron mờ TSK -10- Các tác giả Takagi, x Sugeno và Kang đã xây W1(x1=A11 dựng mô hình toán học dưới Y1=f1( W(xA1 x1 W2(x2=A1 dạng tương tự như một .. . mạng truyền thẳng với cấu trúc như hình 3.7. Cấu trúc x W1(x1=A2 x2 của mạng TSK được xác Y2=f2( F1 W(xA2 W2(x2=A2 .. . định bởi 3 thông số (N, M, K) với N là số đầu vào (số Y=f(x) WN(xN=A2 thành phần của vectơ x), M x là số quy tắc suy luận, K là W(xA W1(x1=AM X số đầu ra và mạng TSK là YM=fM(x W2(x2=AM .. . một mô hình gồm 5 lớp. F2 WN(xN=AM Hình 3.7: Mạng nơron mờ TSK 3.3.3 Thuật toán học của mạng nơron mờ TSK Theo [10] đã đề xuất một thuật toán hỗn hợp theo đó tách quá trình điều chỉnh thích nghi thành hai quá trình điều chỉnh thông số tuyến tính và điều chỉnh các thông số phi tuyến. Thuật toán được mô tả như sau: Bước 1: Khởi tạo các giá trị ban đầu của các thông số phi tuyến và tuyến tính. Bước 2: Giữ nguyên giá trị các thông số tuyến tính, sử dụng thuật toán giảm bước cực đại điều chỉnh các thông số phi tuyến Bước 3: Giữ nguyên các giá trị của các thông số phi tuyến, sử dụng thuật toán điều chỉnh các thông số tuyến tính. Bước 4: Kiểm tra hàm sai số mục tiêu, nếu ERng (Rng=0.7 đối với đường dây không có rẽ nhánh) gọi là Rk. Nếu tồn tại Rj>Rng thì tiếp tục tìm điểm có Rj có giá trị lớn nhất Rmax lân cận điểm Rk thì tRmax tương ứng với Rmax là thời điểm sóng phản hồi từ điểm sự cố về đầu đường dây. Ngược lại không tồn tại giá trị điểm Rj>Rng ngoại trừ lân cận điểm cuối đường dây thì đường dây không có sự cố. 4.4.2 Xác định vị trí sự cố trong đường dây có nhánh rẽ Luận án xây dựng một mô hình tương đương với đường dây truyền tải đã được lựa chọn là đường dây 110kV Lào Cai với các thông số của đường dây mô phỏng lộ 171: trong đó A là trạm E 20.2 Lào Cai, C là trạm E 29.2 Than Uyên, F là trạm A 20.2 Séo Chông Hô, E là trạm E29.1 Phong Thổ: Các đoạn AB, BC, -19- BD, DE có thông số: l AB  46, 7 km ; l BC L0  0, 992 mH km ; C 0  11,6452 nF km ;  21, 7 km; l BD  24,8 km ; lDE  17 km; R0  17, 43m  / km ; Đoạn DF có thông số: l DF  30, 4 km ; R0  14, 3 m  / km ; L0  25, 68  H km ; C 0  6, 991  F km ; Mô hình hệ thống truyền tải được biểu diễn như trên hình 4.8. Hình 4.8: Hệ thống đường dây truyền tải mạch rẽ nhánh Hình 4. 9: Mô hình mô phỏng xác định các thành phần sóng lan truyền và phản xạ trên đường dây 3 pha không có sự cố ở giữa đường dây Trong trường hợp đường dây có nhiều nhánh rẽ như hình 4.8, khi đường dây không có sự cố khi phát tín hiệu chirp vào đầu đường dây (tín hiệu gửi từ A đầu đường dây) theo trình bày như ở phần trên sẽ lần lượt xác định được các thời điểm t A 0 , t Ai ( i  1  5 ), lần lượt là thời điểm sóng phản xạ về từ B, C, D, E, F (cuối đường dây và các điểm rẽ nhánh). Biết được thời điểm sóng tới tA0 và sóng phản xạ sẽ xác định được vij (vận tốc truyền sóng trên các phân đoạn khác nhau là khác nhau do thông số đường dây của các phân đoạn đường dây là khác nhau). vij  2 Lij t ji  i  1...5 j  0...4 trong đó: t ji  ti  t j ; l01  l AB ; l12  l BC ; l13  l BD ; l34  l DE ; l35  l DF . Khi đường dây có sự cố, chúng ta gửi tín hiệu chirp gửi vào đầu đường dây từ A và F. Tương tự như trường hợp không có sự cố sẽ xác định thời điểm giá trị của hàm tương quan lớn tương ứng với thời điểm sóng phản xạ về từ cuối đường dây hoặc từ điểm rẽ nhánh, ngoài các điểm này ra nếu có điểm có giá trị của hàm tương quan lớn tương ứng với giá trị sóng phản hồi lớn là t fault . Hình 4.10: Phân bố giản đồ thời gian phản hồi về đầu Hình 4.11: Phân bố giản đồ thời gian phản hồi về đầu đường đường dây khi phát tín hiệu từ A dây khi phát tín hiệu từ F Gọi thời điểm t A0 , t Ai ( i  1  5 ), t Afault lần lượt là thời điểm phát xung từ A, tín hiệu phản hồi từ B, C, D, E, F, từ điểm sự cố. -20- Gọi thời điểm t F 0 , t Fi ( i  1  5 ), t Ffault lần lượt là thời điểm phát xung từ F, tín hiệu phản hồi từ D, E, B, D, A, từ điểm sự cố.  Nếu t Afault  t A1 sự cố thuộc phân đoạn AB.  Nếu t Ffault  t F 1 sự cố thuộc phân đoạn DF.  Nếu t Afault  t Ffault  t F 5  t A 5 sự cố thuộc phân đoạn BD.  Nếu t Afault  t Ffault  t F 3  t A1   sự cố thuộc phân đoạn BC. Trong đó  là sai số cho phép.  Nếu t Afault  t Ffault  t F 1  t A 3   sự cố thuộc phân đoạn DE. Nếu biết thời điểm xẩy ra sự cố và sự cố trên phân đoạn nào ta sẽ suy ra được vị trí sự cố. Khi sự cố trên đoạn AB hoặc BC, sóng phản xạ từ A sẽ có ít lần phản xạ và khúc xạ hơn sóng phản hồi từ F. Nên khi sự cố trên đoạn AB hoặc BC ta sẽ sử dụng kết quả xác định thời điểm sự cố do sóng phản hồi từ A. Tương tự khi sự cố trên DF, DE ta sẽ sử dụng kết quả xác định thời điểm sự cố do sóng phản hồi từ F. Sự cố trên đoạn BD có thể sử dụng kết quả xác định thời điểm sự cố do sóng phản xạ từ A hoặc từ F. Nếu sự cố trên phân đoạn AB, vị trí sự cố được tính theo công thức sau: l fault  v01  (t Afault  t A0 ) Hình 4.12: Sơ đồ thuật toán xác định sự cố thuộc nhánh 2 Nếu sự cố trên phân đoạn BC: l fault  l01  Nếu sự cố trên phân đoạn BD l fault  l01  Nếu sự cố trên phân đoạn DE l fault  l35  Nếu sự cố trên phân đoạn DF l fault  v12  (t Afault  t A1) 2 v13  (t Afault  t A1) 2 v34  (tFfault  tF1 ) 2 v35  (tFfault  tF 0 ) 2 Phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây rẽ nhánh sử dụng hàm tương quan ngược: Tuần tự các bước tính toán để xác định chuỗi giá trị của hàm tương quan: X   x1 , x2 ,, xN    X    xN , xN 1,, x1  Y   y1 , y 2 ,, y N    Y   y N , y N 1, , y1 