Nghiên Cứu Ứng Dụng Mạng Nơron Nhân Tạo Để Định Vị Sự Cố Trên Lưới Điện.pdf

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM VĂN TÍNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN
TẠO ÐỂ ÐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ÐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN - 60520202

S K C0 0 5 8 0 8

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM VĂN TÍNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN
TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN-60520202

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

********

LUẬN VĂN THẠC SĨ
PHẠM VĂN TÍNH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MẠNG NƠRON NHÂN
TẠO ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN

NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS-TS. NGUYỄN MINH TÂM

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2018


1


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS-TS. NGUYỄN MINH TÂM
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Sư Phạm Kỹ thuật TP. HCM
ngày tháng 10 năm 2018.

Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ)
TT

Chức danh Hội đồng

Họ và tên

1

PGS.TS. Trương Việt Anh

2

PGS.TS. Dương Hồi Nghĩa

Phản biện 1

3

PGS.TS. Trương Đình Nhơn

Phản biện 2

4

PGS.TS. Lê Minh Phương

5

TS. Nguyễn Phan Thanh

Chủ tịch

Ủy viên
Ủy viên, Thư ký

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau khi Luận văn đã được sửa chữa
(nếu có).
Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV

2


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: PHẠM VĂN TÍNH Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 02/09/1992 Nơi sinh: Quảng Trị
Quê quán: Xã Cam Nghĩa, H. Cam Lộ, T. Quảng Trị

Dân tộc: Kinh

Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Số 49c Lò Lu, P. Trường Thạnh, Quận 9 Thành phố
Hồ Chí Minh.
Số điện thoại: 01649846069
E-mail:
II. Q TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính quy. Thời gian đào tạo từ năm 2010 - 2015
Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng

Ngành học: Kỹ thuật điện
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quy. Thời gian đào tạo từ: 10/2016 đến 04/2018
Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp.HCM
Ngành học: Kỹ Thuật Điện
Tên luận văn: “Nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để định vị sự cố trên
lưới điện”

3


Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Luận văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Sư Phạm
Kỹ thuật TP. HCM ngày 28 tháng 06 năm 2018
Người hướng dẫn: PGS-TS. Nguyễn Minh Tâm.

III. Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT
NGHIỆP CAO HỌC:
Thời gian
2015-2018

Nơi cơng tác

Cơng việc đảm nhiệm

Công ty cổ phần tư vấn và xây
dựng tổng hợp Bình Dương

4

Cán bộ kỹ thuật phịng tư vấn

điện


LỜI CAM ĐOAN
Tơi cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 2018
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Văn Tính

5


LỜI CẢM ƠN
Qua một thời gian học tập tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM, được
sự giúp đỡ và hướng dẫn của quý thầy cô, tôi đã hồn thành luận văn tốt nghiệp này.
Tơi chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng quản lý khoa học – Đào tạo sau
đại học của Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM đã tạo mọi điều kiện thuận lợi
cho tôi học tập, nghiên cứu và thực hiện tốt đề tài trong thời gian qua.
Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS-TS. Nguyễn Minh Tâm, Thầy đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Chân thành cảm ơn quý thầy, cô đã tận tâm chỉ dẫn, truyền đạt kiến thức cho tơi
trong q trình học tại trường.
Xin gửi lời cảm ơn đến các thành viên Hội đồng phản biện đã góp ý để tơi hồn
thiện luận văn của mình.
Cảm ơn các bạn học viên trong lớp cao học Kỹ thuật điện 2016B đã cùng nhau
đoàn kết, giúp đỡ trong suốt thời gian học tập tại Trường.
Trân trọng.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 28 tháng 09 năm 2018
Học viên

Phạm Văn Tính

6


TÓM TẮT
Hiện nay, cùng với sự phát triển của cơ sở hạ tầng kỹ thuật và mỹ quan đô thị thì
việc ngầm hố lưới điện phân phối tại các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ
Chí Minh… đang rất được nhà nước quan tâm. Ngoài ra nhu cầu sử dụng điện ngày càng
tăng đòi hỏi mức độ xử lý về thông tin và kỹ thuật số phải nhanh chóng và chính xác nên
việc tìm ra vị trí ngắn mạch trên cáp ngầm là hết sức cần thiết.
Theo Thố ng kê các nghiên cứu đã đươ ̣c thực hiê ̣n từ trước đế n nay trong liñ h vực
xác định vị tri sự cố cáp ngầm phân phối đươ ̣c phân thành ba phương pháp chin
́ h đó là
phương pháp bơm xung phản xa ̣, phương pháp tổng trở, phương pháp sóng truyền. Trong
các nghiên cứu [1] và [2] tác giả chỉ đươ ̣c thực hiê ̣n bằ ng các máy phát xung chuyên
du ̣ng có tầ n số cao và chỉ xác đinh
̣ đươ ̣c vi ̣ trí ngắ n ma ̣ch sau khi đã cô lâ ̣p lưới điê ̣n.
Nhược điểm của phương pháp này là làm tăng thời gian mấ t điê ̣n, giảm chấ t lươ ̣ng cung
cấ p điê ̣n và phải đầ u tư khá lớn cho máy ta ̣o xung công suấ t lớn, tầ n số cao và yêu cầ u
thiế t bi đo
̣ lường chấ t lươ ̣ng tố t với tầ n số đo lớn rấ t mắ c tiề n. Phương pháp đươ ̣c đề xuấ t
trong [3] sử dụng phương pháp giải lặp nên có nhược điểm là sai số tính tốn khá cao.
Các nghiên cứu trong [4-7] yêu cầ u phải biết chọn đúng kiểu phân tích wavelet mới có
thể nhận được vị trí ngắn mạch. Phương pháp đươ ̣c đề xuấ t trong [12] sử dụng phương
pháp sóng truyền Nhược điểm của phương pháp này là do xây dựng đường đặc tính
tương quan giữa tần số cộng hưởng và vị trí trước khi xảy ra sự cố. Trong lưới điện phân

phối thì phụ tải thay đổi liên tục theo thời gian nên độ chính xác của phương pháp này
không cao và không thể áp dụng trong một hệ thống lớn.
Vì vậy qua tìm hiểu và phân tić h về các giải thuâ ̣t xác đinh
̣ vi ̣ trí ngắ n ma ̣ch đã
đươ ̣c đề xuất, dựa vào tính chất cộng hưởng cao tần chứa trong tín hiệu quá độ điện áp
các pha, luận văn đề xuất một phương pháp định vị sự cố ngắn mạch mới là nghiên cứu
ứng dụng của mạng nơ ron kết hợp với sóng truyền để giảm thiểu thời gian tính tốn, chi
phí và nâng cao tính hiệu quả.

7


ABSTRACT
Currently, along with the development of technical infrastructure and urban beauty,
the underground electricity grid distribution in big cities such as Hanoi and Ho Chi Minh
City ... are very concerned by the state. . In addition, the increasing demand for
information and digital processing requires rapid and accurate searching of short-circuit
positions on underground cables.
According to statistics, the research that has been carried out so far in the field of
determining the location of underground cable breakdown is divided into three main
methods: Reflective Pulse Pump, wave transmission. In studies [1] and [2] the authors
only performed by high frequency pulse generators and only identified short circuits
after isolation of the grid. The disadvantage of this method is that it increases the power
failure time, decreases the quality of power supply and requires a large investment in
high frequency pulse generators, high frequency and good quality measurement
equipment with frequency Measurement is very expensive. The method proposed in [3]
uses the iterative solving method, so the disadvantage is that the calculation error is quite
high. Studies in [4-7] require that the correct type of wavelet analysis be chosen to obtain
a short-circuit position. The method proposed in [12] uses the transmission method. The
disadvantage of this method is that it builds the characteristic curve between the

resonance frequency and the position before the incident. In the distribution grid, the
load changes continuously over time so the accuracy of this method is not high and can
not be applied in a large system.
Thus, through the understanding and analysis of the proposed short circuit location
algorithms, based on the high frequency resonances contained in the phase transition
voltage signals, the thesis proposes a method of determining The new short-circuit
incident is the study of the application of neural networks in combination with
transmission to minimize the computational time, cost and improve efficiency.

8


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................ 5
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................. 6
TÓM TẮT ........................................................................................................................ 7
ABSTRACT ..................................................................................................................... 8
MỤC LỤC ........................................................................................................................ 9
MỤC LỤC CÁC HÌNH ................................................................................................. 13
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .......................................................................................... 15
1.1 Đặt vấn đề.......................................................................................................... 165
1.2 Mục tiêu luận văn. ............................................................................................... 16
1.3 Nội dung của luận văn ......................................................................................... 16
1.4 Phạm vi nghiên cứu. ............................................................................................ 17
1.5 Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 17
1.6 Điểm mới của luận văn. ...................................................................................... 18
1.7 Nội dung luận văn. .............................................................................................. 18
CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT .............................................................................. 18
2.1 Tổng quan về mạng nơ ron nhân tạo. .................................................................. 18
2.1.1 Giới thiệu về mạng nơ ron. ......................................................................... 18

2.1.2 Định nghĩa Mạng nơ ron. ........................................................................... 20
2.1.3 Hoạt động của mạng nơ ron. ...................................................................... 22
2.1.4 Các thành phần chính của mạng nơ ron. .................................................... 23
2.1.4.1 Trọng số. ............................................................................................... 23
2.1.4.2 Hàm tổng. .............................................................................................. 23
2.1.4.3 Hàm truyền. ........................................................................................... 24
2.1.4.4 Lấy tỉ lệ và định giới hạn. ..................................................................... 25
2.1.4.5 Hàm ngả ra. ........................................................................................... 26

9


2.1.4.6 Hàm lỗi. ................................................................................................. 27
2.1.4.7 Hàm học ................................................................................................ 27
2.2 Huấn luyện mạng nơ ron: .................................................................................... 27
2.2.1 Học có giám sát / Học có thầy. ................................................................... 28
2.2.2 Học khơng giám sát / Học không thầy. ...................................................... 29
2.2.3 Tốc độ học: ................................................................................................. 30
2.2.4 Các luật học. ............................................................................................... 30
2.2.4.1 Luật Hebb. ............................................................................................. 30
2.2.4.2 Luật Hopffield ....................................................................................... 30
2.2.4.3 Luật Delta .............................................................................................. 30
2.2.4.4 Luật giảm Gradient ............................................................................... 31
2.2.4.5 Luật Kohonen ........................................................................................ 31
2.3 Giới thiệu các loại mạng nơ ron. ......................................................................... 32
2.3.1 Mạng lan truyền ngược............................................................................... 32
2.3.2 Mạng Vectơ lượng tử LVQ – Learning Vector Quantity. .......................... 33
2.3.3 Mạng xác suất. ............................................................................................ 33
2.3.4 Mạng Hopffield. ......................................................................................... 33
2.3.5 Mạng tự sắp xếp. ........................................................................................ 34

2.4 Cáp ngầm điện lực............................................................................................... 35
2.4.1 Cấu tạo cáp ngầm điện lực. ........................................................................ 35
2.4.1.1 Lõi cáp................................................................................................... 35
2.4.1.2 Lớp bán dẫn........................................................................................... 35
2.4.1.3 Lớp cách điện XLPE. ............................................................................ 35
2.4.1.4 Lớp bán dẫn cách điện.. ........................................................................ 36
2.4.1.5 Màng chắn kim loại .............................................................................. 36
2.4.1.6 Lớp bọc. ................................................................................................ 37
2.4.1.7 Lớp bảo vệ............................................................................................. 37

10


2.4.1.8 Lớp vỏ bảo vệ ngoài cùng.. ................................................................... 37
2.5 Ngắ n ma ̣ch trong cáp ngầm điện lực. .................................................................. 37
2.5.1 Các nguyên nhân gây ngắn mạch cáp ngầm............................................... 37
2.5.2 Các loại sự cố ngắn mạch cáp ngầm. ......................................................... 38
2.5.2.1 Ngắ n ma ̣ch mô ̣t pha cha ̣m đấ t. .............................................................. 38
2.5.2.2 Ngắ n ma ̣ch hai pha cha ̣m đấ t. ............................................................... 40
2.5.2.3 Ngắ n ma ̣ch ba pha cha ̣m đấ t. ................................................................ 43
CHƯƠNG 3:ỨNG DỤNG MẠNG NƠ RON ĐỂ ĐỊNH VỊ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI ĐIỆN
........................................................................................................................................ 45
3.1 Thuật toán định vị sự cố ngắn mạch dựa trên sóng truyền kết hợp mạng nơ ron
. ............................................................................................................................ 46
3.1.1 Thuật tốn ước lượng vị trí sự cố ngắn mạch dựa trên tần số cộng
hưởng.Trong nghiên cứu [12], tác giả đã đề xuất phương pháp xác định vị trí sự cố
ngắn mạch bằng sóng truyền. Phương pháp này có lưu đồ như trong Hình 3.1 và
được thực hiện dựa trên các bước sau: .................................................................. 47
3.1.2 Thuật toán tạo hàm tương quan vị trí ngắn mạch – tần số cộng hưởng dựa
trên mạng nơ ron truyền thẳng. ............................................................................. 37

CHƯƠNG 4: MƠ HÌNH HĨA VÀ MƠ PHỎNG ......................................................... 50
4.1 Mơ tả lưới điện phân phối cần mô phỏng. .......................................................... 50
4.2 Mô hiǹ h hóa các khố i trong lưới điê ̣n phân phố i đươ ̣c mô phỏng. ..................... 53
4.3 Thiết kế giao diện chương trình ước lượng vị trí ngắn mạch cáp ngầm ............. 53
4.3.1 Giao diện chương trình tạo sự cố ngắn mạch ............................................. 53
4.3.2 Giao diện chương trình ước lượng vị trí ngắn mạch .................................. 55
4.4 Kết quả mơ phỏng. .............................................................................................. 56
4.4.1 Khi ngắn mạch pha a chạm đất tại vị trí 1700 m. ....................................... 56
4.4.2 Khi ngắn mạch hai pha bc chạm đất tại 2600m. ........................................ 61
4.4.3 Khi ngắn mạch ba pha abc chạm đất tại 3900m. ........................................ 66

11


CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ............................................................................................. 76
5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn .......................................................... 76
5.2 Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn. ................................................... 76
TÀI LIỆU TRÍCH DẪN ................................................................................................ 78

12


MỤC LỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1 Cấu tạo của tế bào nơ ron sinh học ................................................................... 6
Hình 2.2 Mơ hình nơ ron nhân tạo ................................................................................... 6
Hình 2.3 Cấu trúc một phần tử của mạng nơ ron ............................................................. 8
Hình 2.4 Cấu trúc mạng nơ ron ........................................................................................ 8
Hình 2.5 Kết nối các lớp của mạng nơ ron ...................................................................... 9
Hình 2.6 Mạng nơ ron có hồi tiếp .................................................................................. 10
Hình 2.7 Mạng lan truyền ngược ................................................................................... 16

Hình 2.8 Mạng LVQ ...................................................................................................... 17
Hình 2.9 Mạng Xác Suất ................................................................................................ 19
Hình 2.10 Mạng Hopffield ............................................................................................. 20
Hình 2.11 Mạng Tự Sắp Xếp ......................................................................................... 22
Hình 2.12 Lõi cáp ........................................................................................................... 23
Hình 2.13 Cấu tạo cáp ngầm điện lực dùng cách điện XLPE ........................................ 24
Hình 2.14 Lắp đặt cáp ngầm đi trong tynel và chơn trong đất..................................... 405
Hình 2.15 Sơ đồ tương đương ngắn mạch một pha chạm đất...................................... 407
Hình 2.16 Da ̣ng sóng dòng áp khi có sự cố ngắ n ma ̣ch mô ̣t pha cha ̣m đấ t ................... 28
Hình 2.17 Sơ đồ tương đương ngắn mạch hai pha chạm đất ....................................... 429
Hình 2.18 Da ̣ng sóng dòng áp khi có sự cố ngắ n ma ̣ch hai pha cha ̣m đấ t..................... 30
Hình 2.19 Sơ đồ tương đương ngắn mạch ba pha chạm đất. ......................................... 31
Hình 2.20 Da ̣ng sóng dòng áp khi có sự cố ngắ n ma ̣ch ba pha chạm đất.................... 452
Hình 3.1 Lưu đồ định vị sự cố ngắn mạch dựa trên mạng nơ ron kết hợp sóng truyền 35
Hình 3.2 Lưu đồ xây dựng các điểm tương quan vị trí ngắn mạch – tần số cộng hưởng
........................................................................................................................................ 37
Hình 3.3 Lưu đồ xây dựng hàm đặc tuyến vị trí ngắn mạch – tần số cộng hưởng dựa trên
mạng nơ ron ................................................................................................................... 38
Hình 3.4 Chương trình huấn luyện mạng nơ ron ........................................................... 38

13


Hình 4.1 Sơ đồ vận hành lưới điện phân phối Tuyến 479 Định Hồ ............................ 54
Hình 4.2 Sơ đồ đơn tuyến lưới điện phân phối Tuyến 479 Định Hoà ........................... 54
Hình 4.3 Mơ hình hóa mơ phỏng lưới điện phân phối cáp ngầm .................................. 57
Hình 4.4 Giao diện chương trình tạo sự cố ngắn mạch ................................................. 58
Hình 4.5 Chương trình tính tốn vị trí sự cố ngắn mạch ............................................... 59
Hình 4.6 Kết quả tạo file mô phỏng trong ngắn mạch pha a chạm đất tại 1700m......... 60
Hình 4.7 Dạng sóng dòng điện trước và trong ngắn mạch pha a chạm đất ................... 61

Hình 4.8 Dạng sóng điện áp trước và trong ngắn mạch pha a chạm đất ....................... 61
Hình 4.9 Đồ thị các điểm tương quan vị trí – tần số trong sự cố pha a chạm đất. ......... 62
Hình 4.10 Kết quả huấn luyện mạng nơ ron .................................................................. 63
Hình 4.11 Kết quả tính tốn thu được trong ngắn mạch pha a chạm đất tại 1700m...... 64
Hình 4.12 Kết quả huấn luyện mạng nơ ron .................................................................. 63
Hình 4.13 Kết quả tính tốn thu được trong ngắn mạch pha b chạm đất tại 2455m ..... 64
Hình 4.14 Kết quả tạo file mô phỏng trong hai pha bc chạm đất tại 2600m. ................ 64
Hình 4.15 Dạng sóng dịng điện trước và trong hai pha bc chạm đất tại 2600m........... 65
Hình 4.16 Dạng sóng điện áp trước và trong hai pha bc chạm đất tại 2600m. .............. 66
Hình 4.17 Đồ thị các điểm tương quan vị trí – tần số trong hai pha bc chạm đất ......... 68
Hình 4.18 Kết quả huấn luyện mạng nơ ron .................................................................. 69
Hình 4.19 Kết quả tính tốn thu được trong hai pha bc chạm đất tại 2600m. ............... 69
Hình 4.21 Kết quả huấn luyện mạng nơ ron .................................................................. 70
Hình 4.22 Kết quả tính tốn thu được trong hai pha ab chạm đất tại 1330m. ............... 70
Hình 4.23 Kết quả tạo file mô phỏng trong ba pha abc chạm đất tại 3900m. ............... 71
Hình 4.24 Dạng sóng dịng điện trước và trong ba pha abc chạm đất tại 3900m. ......... 72
Hình 4.25 Dạng sóng điện áp trước và trong ba pha abc chạm đất tại 3900m. ............. 72
Hình 4.26 Đồ thị các điểm tương quan vị trí – tần số trong ba pha abc chạm đất tại
3900m. ............................................................................................................................ 73
Hình 4.27 Kết quả huấn luyện mạng nơ ron .................................................................. 74

14


Hình 4.28 Kết quả tính tốn thu được trong ba pha abc chạm đất tại 3900m. .............. 75

15


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề.
Hiện nay, để xác định chính xác khu vực bị sự cố ban đầu cũng đã có nhiều phương
pháp thực hiện dựa trên kỹ thuật trí khơn nhân tạo như hệ chun gia, mạng nơ ron, logic
mờ, thuật toán gen và mạng Petri được dùng để ứng dụng dị tìm sự cố. Trở ngại chính
của các phương pháp trên khi phải đối diện, giải quyết với một hệ thống điện rộng lớn
thường xuyên thay đổi. Để khắc phục nhược điểm trên ta có thể chia một hệ thống điện
thành những phần nhỏ và huấn luyện mạng nơ ron cho những phần đó như một mơ đun.
Mạng nơ ron ở đây là các mơ hình của các thành phần chính trong hệ thống phân
phối là các đường dây và tải. Các tín hiệu báo động tương ứng với các rơ le bảo vệ và
các máy cắt là các tập đầu vào cho mạng huấn luyện nơ ron với thuật toán lan truyền
ngược được cấu trúc như một bảng tra với đầu ra được xác định liệu có sự cố hay khơng
và xảy ra ở đâu. Các chương trình huấn luyện nơ ron cũng như chương trình mơ phỏng
sự cố được thực hiện trên phần mềm Matlab.
Luận văn đề xuất phương pháp định vị sự cố ngắn mạch cáp ngầm dựa việc nghiên
cứu ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo kết hợp với sóng truyền. Phương pháp được đề xuất
có giải thuật biến đổi đơn giản dễ áp dụng và độ chính xác cao. Việc chứng minh hiệu
quả của giải thuật đề xuất được kiểm tra đánh giá qua mơ hình hóa mơ phỏng lưới điện
phân phối bằng phần mềm Matlab/Simulink.
1.2 Mục tiêu luận văn.
Để định vị sự cố ngắn mạch cáp ngầm trên lưới điện phân phối như đã phân tích ở
phần trên, luận văn đề ra một số các mục tiêu cần đạt được như sau:
− Tìm hiểu về nguyên lý hoạt động, cấu tạo và các ứng của mạng nơ ron nhân tạo
trong điều khiển ổn định hệ thống điện.
− Đề xuất được phương án tính tốn đơn giản và hiệu quả khi tính đến tiết giảm
chi phí giá thành thiết bị.

16


− Viết được chương trình mơ phỏng cho giải thuật định vị được đề xuất trên phần

mềm mô phỏng Matlab/Simulink để đánh giá hiệu quả định vị sự cố ngắn mạch
khi chưa có điều kiện thực nghiệm.
1.3 Nội dung của luận văn
Luận văn “Nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo để định vị sự cố trên lưới
điện” có nội dung chủ yếu:
− Tìm hiểu về các loa ̣i sự cố thường xảy tra trên lưới cáp ngầm phân phối.
− Xây dựng mơ hình hóa mơ phỏng cho lưới điện phân phối ngồi thực tế.
− Xây dựng thuật tốn để thu thập dữ liệu và định vị trí sự cố ngắn mạch. Qua mối
quan hệ giữa vị trí ngắn mạch-tần số cộng hưởng.
− Xây dựng mạng nội suy dùng nơ ron để xác định nhanh đường đặc tuyến mối
quan hệ vị trí ngắn mạch-tần số cộng hưởng bậc cao dùng để xác định vị trí ngắn
mạch khi có sự cố.
− Dùng phần mềm Matlab 2017 mô phỏng cho phương pháp đươ ̣c đề xuấ t.
1.4 Phạm vi nghiên cứu.
− Nghiên cứu ứng dụng mạng nơ ron nhân tạo vẽ được đường đặc tính tương quan
giữa tần số cộng hượng và vị trí ngắn mạch.
− Nghiên cứu về các loa ̣i sự cố trên lưới điê ̣n phân phối và cách phân loa ̣i các loa ̣i
sự cố khi có sự cớ xảy ra.
− Đưa ra mơ hình mơ phỏng đánh giá kế t quả của giải thuâ ̣t xác đinh
̣ vi ̣trí sự cố
được đề xuất
− Áp dụng để tiế n đế n kiể m chứng kế t quả trên lưới điện phân phối thực tế . Ví dụ
lưới điện phục vụ cho các cơng trình bệnh viện nhà nước ở Bình Dương
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý làm việc của lưới điện phân phối để xây dựng mơ
hình thuật tốn. Từ đó, xây dựng mơ hình mơ phỏng dựa trên việc nghiên cứu ứng dụng
mạng nơ ron nhân tạo để định vị sự cố trên lưới điện.

17

1.6 Điểm mới của luận văn.
− Áp dụng mạng nơ ron trong xây dựng mối liên hệ tần số cộng hưởng và vị trí
ngắn mạch trên lưới nhằm nâng cao độ chính xác và nhanh chóng xác định vị trí
sự cố ngắn mạch mà không phải xét tất cả các trường hợp hiện có. Điều này sẽ
giúp tiết kiệm thời gian tính tốn cho chương trình trong thực tế.
− Đưa ra giải thuật và chương trình mới để xác đinh
̣ vi tri
̣ ́ sự cố trên lưới điện phân
phối mô ̣t cách nhanh chóng và có độ chính xác cao.
1.7 Nội dung luận văn.
Luận văn được chia làm 5 chương với các nội dung chính sau:
− Chương 1: Giới thiệu.
− Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
− Chương 3: Ứng dụng mạng nơ ron để định vị sự cố trên lưới điện phân phối.
− Chương 4: Mơ hình hố và mơ phỏng.
− Chương 5: Kết luận và hướng phát triển.

18


CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quan về mạng nơ ron nhân tạo.
2.1.1 Giới thiệu về mạng nơ ron.
Theo các nhà nghiên cứu sinh học về bộ não, hệ thống thần kinh của con nguời bao
gồm khoảng 100 tỷ tế bào thần kinh, thuờng gọi là các nơ ron. Mỗi tế bào no ron gồm
ba phần:
− Thân nơ ron với nhân bên trong (gọi là soma) là nơi tiếp nhận hay phát ra các
xung động thần kinh.
− Một hệ thống dạng cây các dây thần kinh vào (gọi là dendrite) để đưa tín hiệu

tới nhân nơ ron. Các dây thần kinh vào tạo thành một lưới dày đặc xung quanh
thân nơ ron, chiếm diện tích khoảng 0,25 mm2.
− Ðầu dây thần kinh ra (gọi là sợi trục axon) phân nhánh dạng hình cây, có thể dài
từ một cm đến hàng mét. Chúng nối với các dây thần kinh vào hoặc trực tiếp với
nhân tế bào của các nơ ron khác thông qua các khớp nối (gọi là synapse). Thông
thường mỗi nơ ron có thể có từ vài chục cho tới hàng trăm ngàn khớp nối để nối
với các nơ ron khác. Có hai loại khớp nối, khớp nối kích thích (excitatory) sẽ
cho tín hiệu qua nó để tới nơ ron, cịn khớp nối ức chế (inhibitory) có tác dụng
làm cản tín hiệu tới nơ ron. Người ta ước tính mỗi nơ ron trong bộ não của con
nguời có khoảng 10.000 khớp nối (hình 2.1).
Chức năng cơ bản của các tế bào nơ ron là liên kết với nhau để tạo nên hệ thống
thần kinh điều khiển hoạt động của cơ thể sống. Các tế bào nơ ron truyền tín hiệu cho
nhau thông qua các dây thần kinh vào và ra, các tín hiệu đó có dạng xung điện và được
tạo ra từ các q trình phản ứng hố học phức tạp. Tại nhân tế bào, khi điện thế của tín
hiệu vào đạt tới một ngưỡng nào đó thì nó sẽ tạo ra một xung diện dẫn tới trục dây thần
kinh ra. Xung này truyền theo trục ra tới các nhánh rẽ và tiếp tục truyền tới các nơ ron
khác.

19


Hình 2.1 Cấu tạo của tế bào nơ ron sinh học
Với mục đích tạo ra một mơ hình tính tốn phỏng theo cách làm việc của nơ ron
trong bộ não con nguời, vào năm 1943 các tác giả McCulloch và Pitts [1] đã đề xuất một
mơ hình tốn cho một nơ ron như sau:

Hình 2.2 Mơ hình nơ ron nhân tạo
Trong mơ hình này, một nơ rơn thứ i sẽ nhận các tín hiệu vào x j với các trọng số
tương ứng là wij, tổng các thơng tin vào có trọng số là:

m

w x
j =1

ij

j

(0.1)

Thông tin đầu ra ở thời diểm t+1 được tính từ các thơng tin đầu vào như sau:

out ( t + 1) = g (  wij x j (t ) − i )

20

(0.2)


Trong đó g là hàm kích hoạt (cịn gọi là hàm chuyển) có dạng là hàm bước nhảy,
nó đóng vai trị biến đổi từ thơng tin đầu vào thành tín hiệu đầu ra

1 if f  0
g( f ) = 
0 if f  0

(0.3)

Như vậy, out = 1 (ứng với việc nơ ron tạo tín hiệu đầu ra) khi tổng các tín hiệu vào

lớn hơn nguỡng 𝜃𝑖 , cịn out = 0 (nơ ron khơng tạo tín hiệu ở đầu ra) khi tổng các tín hiệu

vào nhỏ hơn nguỡng 𝜃𝑖

Trong mơ hình nơ ron của McCulloch và Pitts, các trọng số 𝑤𝑖𝑗 thể hiện ảnh hưởng

của khớp nối trong liên kết giữa nơ ron j (nơ ron gửi tín hiệu) và nơ ron i (nơ ron nhận
tín hiệu). Trọng số 𝑤𝑖𝑗 tương ứng với khớp nối kích thích, trọng số âm ứng với khớp nối

ức chế còn 𝑤𝑖𝑗 bằng 0 khi khơng có liên kết giữa hai nơ ron. Hàm chuyển g ngồi dạng

hàm bước nhảy cịn có thể chọn nhiều dạng khác nhau và sẽ đuợc đề cập ở các phần sau.
Thơng qua cách mơ hình hố đơn giản một nơ ron sinh học như trên, McCulloch
và Pitts đã đưa ra một mơ hình nơ ron nhân tạo có tiềm năng tính tốn quan trọng. Nó có
thể thực hiện các phép tốn lơ-gíc cơ bản như AND, OR và NOT khi các trọng số và
ngưỡng được chọn phù hợp. Sự liên kết giữa các nơ ron nhân tạo với các cách thức khác
nhau sẽ tạo nên các loại mạng nơ ron nhân tạo (Artificial Neural Network - ANN) với
những tính chất và khả năng làm việc khác nhau.
2.1.2 Định nghĩa Mạng nơ ron.
Mạng nơ ron là một hệ thống liên kết nhiều phần tử hoạt động song song nhau.
Những phần tử này được mô phỏng theo hệ thống thần kinh sinh học con người. Chức
năng của mạng được xác định bởi sự kết nối giữa các phần tử. Mạng có thể được huấn
luyện bằng cách hiệu chỉnh các giá trị kết nối (gọi là các trọng số) giữa các phần tử trong
mạng để thực hiện một chức năng nào đó.
Các phần tử của mạng hoạt động giống như các tế bào thần kinh của con người,
được gọi là các nơ ron.

21

Hình 2.3 Cấu trúc một phần tử của mạng nơ ron
Trong đó:
X=(xo, x1, …, xn) biểu diễn cho tập hợp các ngả vào của phần tử xử lý.
W=(w1,w2,…,wn) biểu diễn cho vectơ trọng số ứng với vectơ vào X.
Mỗi ngả vào có một trọng số wi đặc trưng cho cường độ kết nối.
Các ngả vào có trọng số được lấy tổng tại phần tử xử lý theo cơng thức
I=SUM(wi*xi)=W*X
Sau đó hàm tổng được đưa qua một hàm truyền Y và tạo kết quả tại ngả ra của phần
tử xử lý. Các trọng số được thay đổi trực tiếp qua các luật học của mạng.

Hình 2.4 Cấu trúc mạng nơ ron

22