Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện dựa trên mạng nơron MLP

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI






TRƢƠNG TUẤN ANH




NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN















Hà Nội - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI




TRƢƠNG TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP












Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 62520202



LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS. TSKH. Trần Hoài Linh
2. TS. Phạm Hồng Thịnh

Hà Nội - 2014
Mở đầu
- i -
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên những hƣớng
dẫn của tập thể hƣớng dẫn khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên
cứu là trung thực và chƣa công bố trên bất cứ một công trình nào khác.

Nghiên cứu sinh



TRƢƠNG TUẤN ANH

Mở đầu
- ii -
LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình làm luận án, tôi đã nhận đƣợc nhiều ý kiến đóng góp từ các thầy
giáo, cô giáo, các anh chị và các bạn đồng nghiệp.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TSKH Trần Hoài Linh, TS. Phạm Hồng Thịnh
và Hội đồng Khoa học của Bộ môn Hệ thống điện - Viện Điện - Trƣờng Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Bộ môn Hệ thống điện - Viện
Điện - Trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội và các đồng nghiệp ở Trung tâm Thí nghiệm,
Khoa Điện - Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và gia đình đã có những
ý kiến đóng góp quí báu và tạo các điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành
luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp
Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo và bồi dƣỡng sau đại học - Trƣờng
Đại học Bách khoa Hà Nội, xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trƣờng Đại học Bách
khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn Xƣởng thí nghiệm Công ty Truyền tải điện 1,
Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia - Tập đoàn ĐLVN đã tạo nhiều điều kiện tốt nhất
về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án này.

Tác giả luận án



TRƢƠNG TUẤN ANH

Mở đầu
- iii -
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
MỤC LỤC iii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ viii
MỞ ĐẦU 1
1. Tính cấp thiết của đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
5. Những đóng góp của luận án 4
6. Bố cục của luận án 5
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 7
1.1. Ý nghĩa của bài toán xác định vị trí sự cố 7
1.2. Một số phƣơng pháp xác định vị trí sự cố 8
1.3. Phƣơng pháp tính toán dựa trên trở kháng 8
1.4. Phƣơng pháp sử dụng sóng lan truyền 11
1.5. Phƣơng pháp sử dụng mạng nơron nhân tạo 14
Chƣơng 2: CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT TRONG LUẬN ÁN 18
2.1. Sơ đồ khối tổng thể ƣớc lƣợng vị trí sự cố 18

2.2. Mạng nơron MLP và ứng dụng ƣớc lƣợng vị trí sự cố 20
2.2.1. Mạng nơron MLP hoạt động độc lập ƣớc lƣợng vị trí sự cố [12,64,69,79,93] . 20
2.2.2. Mạng nơron MLP phối hợp song song với một thuật toán tổng trở (thuật toán
mô phỏng trên máy tính hoặc thuật toán tích hợp trong rơle khoảng cách thực tế) 20
2.3. Phần mềm ATP/EMTP và ứng dụng để tạo mẫu số liệu 22
2.4. Hợp bộ thí nghiệm CMC-356 thử nghiệm kết quả tác động của rơle khoảng cách
thực tế 23
2.5. Mạng nơron MLP và ứng dụng để xác định dạng sự cố và ƣớc lƣợng điện trở sự cố
24
Mở đầu
- iv -
Chƣơng 3: CÁC CÔNG CỤ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
25
3.1. Phần mềm mô phỏng ATP/EMTP 25
3.2. Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha CMC 356 - OMICRON 27
3.3. Wavelet và ứng dụng trong phân tích tín hiệu 30
3.3.1. Phân tích phổ của tín hiệu sử dụng biến đổi Fourrier 30
3.3.2. Phân tích phổ bằng wavelet (sóng nhỏ) 33
3.3.3. Thuật toán phân tích tín hiệu bằng wavelet [96] 40
3.4. Mạng nơron nhân tạo và ứng dụng xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây tải điện 42
3.4.1. Mô hình nơron nhân tạo của McCulloch - Pitts [12,69] 42
3.4.1.1. Cơ sở toán học của mô hình 42
3.4.1.2. Nơron với hàm truyền đạt tansig 44
3.4.1.3. Các quá trình học và kiểm tra của nơron 45
3.4.1.4. Thuật toán học có hƣớng dẫn của nơron 47
3.4.2. Cấu trúc mạng MLP [12,69] 50
3.4.3. Quá trình học của mạng MLP [11,12] 53
3.4.3.1. Một số đặc điểm chung của quá trình học 53
3.4.3.2. Thuật toán bƣớc giảm cực đại cho mạng MLP 55
3.4.3.3. Thuật toán Levenberg – Marquardt 56

3.4.4. Lựa chọn số nơron lớp ẩn để tránh mạng học quá khớp (overfitting) và mạng
học không đủ (underfitting) [11,12] 56
Chƣơng 4: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN 62
4.1. ATP/EMTP mô phỏng ngắn mạch trên đƣờng dây 62
4.1.1. Mô hình đƣờng dây mô phỏng trong luận án 62
4.1.2. Kịch bản mô phỏng trong ATP/EMTP 63
4.1.3. Một số dạng ngắn mạch đƣợc mô phỏng trong ATP/EMTP 65
4.1.3.1. Ngắn mạch 1 pha (AG0): 65
4.1.3.2. Ngắn mạch 2 pha (AB0): 65
4.1.3.3. Ngắn mạch 2 pha chạm đất (ABG): 66
4.1.3.4. Ngắn mạch 3 pha (ABC): 67
4.2. Kết quả xác định thời điểm xuất hiện sự cố 67
4.3. Kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố 74
Mở đầu
- v -
4.3.1. Trích xuất số liệu và các thông tin đặc trƣng 74
4.3.2. Đánh giá, lựa chọn các đầu vào cho mạng MLP 76
4.3.3. Mạng nơron MLP ƣớc lƣợng vị trí sự cố, dạng sự cố và điện trở sự cố 80
4.3.3.1. Mạng nơron MLP ƣớc lƣợng trực tiếp vị trí sự cố 80
4.3.3.2. Mạng nơron MLP phối hợp với thuật toán tổng trở để ƣớc lƣợng vị trí sự cố
83
4.3.3.3. Mạng nơron MLP phối hợp với rơle tổng trở thực tế để ƣớc lƣợng vị trí sự
cố 88
4.3.3.4. Mạng nơron MLP xác định dạng sự cố và điện trở sự cố 93
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 97
TÀI LIỆU THAM KHẢO 99
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 107
PHỤ LỤC 108
Phụ lục 1. Thông số đƣờng dây 110kV Yên Bái - Khánh Hòa 108
Phụ lục 2. Phiếu chỉnh định Rơle và thiết bị tự động đƣờng dây 110kV Yên Bái - Khánh

Hòa 109
Phụ lục 3. Thông số cài đặt trong mô hình ATP/EMTP 111










Mở đầu
- vi -
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt
Nghĩa tiếng Việt
AG0
Ngắn mạch 1 pha
AB0
Ngắn mạch 2 pha
ABG
Ngắn mạch 2 pha chạm đất
ABC
Ngắn mạch 3 pha
AD
Bộ chuyển đổi tƣơng tự/ số
BU
Máy biến điện áp

BI
Máy biến dòng điện
CMC-356
Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp
EVN (Vietnam Electricity)
Tập đoàn điện lực Việt Nam
ATP/EMTP (Alternative Transients
Programme/ Electro- Magnetic
Transients Program)
Chƣơng trình nghiên cứu quá độ
điện từ
MLP (Multi Layer Perceptron)
Mạng nơron MLP
NCS
Nghiên cứu sinh
PC
Máy tính cá nhân
KTS
Kỹ thuật số









Mở đầu
- vii -

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1. Thiết bị Nippon xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây 220 kV Thái Nguyên - Hà
Giang 13
Bảng 3.1. Khả năng mô phỏng của ATP/EMTP 26
Bảng 3.2. Một số phần tử sử dụng trong luận án 27
Bảng 4.1. Kết quả chạy mô phỏng ứng với tần số khác nhau 72
Bảng 4.2. Kết quả thử nghiệm với một số dạng Wavelet khác nhau 73
Bảng 4.3: Số lƣợng đặc tính tƣơng ứng với các ngƣỡng cắt 78
Bảng 4.4: Tổng hợp các kết quả sử dụng rơle khoảng cách thực tế (7SA522) và dùng mạng
nơron MLP để giảm các sai số của rơle khoảng cách thực tế 7SA522 91
Bảng 4.5: Tổng hợp các kết quả sử dụng rơle khoảng cách ảo và dùng mạng nơron MLP để
giảm các sai số của rơle khoảng cách ảo 91
Bảng 4.6: Tổng hợp các kết quả dùng mạng nơron MLP ƣớc lƣợng trực tiếp vị trí sự cố . 92
Bảng 4.7: So sánh các kết quả sử dụng rơle khoảng cách (Rơle ảo và rơle thực tế) dùng
mạng MLP để giảm các sai số về vị trí sự cố 92
Bảng 4.8: Tổng hợp các kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố 92
Bảng PL1.1. Thông số cột đƣờng dây 110kV Yên Bái - Khánh Hòa 108








Mở đầu
- viii -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đƣờng dây truyền tải sử dụng phƣơng pháp điện
kháng đơn 9
Hình 1.2: Minh họa phƣơng pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn 10
Hình 1.3: Sơ đồ minh họa phƣơng pháp sử dụng sóng lan truyền xác định vị trí sự cố 12
Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng thể phƣơng pháp phân tích và xử lý tín hiệu đầu đƣờng dây để
xác định vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố. 19
Hình 2.2: Ý tƣởng mô hình hoạt động độc lập mạng MLP 20
Hình 2.3: Ý tƣởng mô hình hoạt động song song rơle với mạng MLP 21
Hình 2.4: Quá trình tạo mẫu để xác định các thông số của các mô hình 22
Hình 2.5: Sơ đồ khối ghép nối giữa các thiết bị trong hệ thống thử nghiệm hoạt động của
rơle bằng thiết bị CMC-356 23
Hình 2.6: Ý tƣởng mô hình hoạt động các mạng MLP xác định vị trí sự cố, xác định dạng
sự cố và ƣớc lƣợng điện trở sự cố 24
Hình 3.1: Giao diện ATP-Draw 26
Hình 3.2: Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha công suất lớn CMC-356 27
Hình 3.3: Giao diện phần mềm điều khiển Test Universe V2.30 28
Hình 3.4: a) Giao diện sử dụng Transplay; b,c) 6 tín hiệu điện áp và dòng điện cho trƣờng
hợp ví dụ YB_AG0_00_00_010_S100.wav 29
Hình 3.5: Kết nối máy tính với hợp bộ thí nghiệm CMC-356 và rơle 7SA522 30
Hình 3.6: Phổ Fourrier biên độ của tín hiệu điều hòa (a) tín hiệu gốc, (b) phổ biên độ 31
Hình 3.7: Phổ Fourier của tín hiệu bất định (a) tín hiệu gốc, (b) phổ biên độ) 32
Hình 3.8: Minh họa hàm có độ rộng hữu hạn 33
Hình 3.9: Hàm co dãn (trên) và hàm sinh (dƣới) của wavelet Haar 34
Hình 3.10: Một số wavelet kinh điển 35
Hình 3.11: Cấu trúc các bƣớc liên tiếp phân tích một tín hiệu ban đầu thành các thành phần
chi tiết và xấp xỉ 36
Mở đầu
- ix -

Hình 3.12: Kết quả phân tích tín hiệu tuần hoàn theo họ wavelet Daubechies bậc 4 (trên
cùng bên trái: tín hiệu gốc, các cửa sổ còn lại: các thành phần tách ra đƣợc) 36
Hình 3.13: Kết quả phân tích tín hiệu bất định bằng họ wavelet Daubechies 4 (phía trên
bên trái: tín hiệu gốc, các hình còn lại: các thành phần tách ra đƣợc từ tín hiệu ban đầu) 37
Hình 3.14: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin() không có nhiễu 38
Hình 3.15: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 1% về biên độ tại thời điểm t=60
theo 4 bậc wavelet Haar 39
Hình 3.16: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 2% về tần số tại thời điểm t=60
40
Hình 3.17: Mô hình nơron chi tiết (trái) và biểu diễn đơn giản hóa (phải) 43
Hình 3.18: Mô hình nơron với phân cực bias là đầu vào x
0
: chi tiết (trái) và rút gọn (phải)
44
Hình 3.19: Hàm truyền đạt tansig với các hệ số dốc a khác nhau 45
Hình 3.20: Hệ xây dựng mô hình xấp xỉ một đối tƣợng cho trƣớc (phối hợp sử dụng sai số
đầu ra
e y d
) 46
Hình 3.21: Mô hình mạng MLP với 1 lớp ẩn (a) và hai lớp ẩn (b) 51
Hình 3.22: Cấu trúc mạng MLP với một lớp vào, một lớp ẩn và một lớp ra 52
Hình 3.23: Đặc tính miêu tả sự phụ thuộc trung bình của E_học và E_kiểmtra vào độ phức
tạp của mô hình 59
Hình 3.24: Ba vùng với chất lƣợng học và kiểm tra khác nhau 60
Hình 3.25: Ví dụ minh họa chất lƣợng tái tạo hàm số dựa trên một số điểm mẫu cho trƣớc
61
Hình 4.1: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch đƣờng dây Yên Bái - Khánh Hòa trong ATP/EMTP
62
Hình 4.2: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 1 pha (AG0), R
sc

= 0(Ω) 65
Hình 4.3: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 1 pha (AG0), R
sc
= 1, 2, 3, 4, 5(Ω) 65
Hình 4.4: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 2 pha (AB0), R
sc
= 0(Ω) 65
Hình 4.5: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 2 pha (AB0), R
sc
= 1, 2, 3, 4, 5(Ω) 66
Hình 4.6: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 2 pha chạm đất (ABG), R
sc
= 0(Ω) 66
Hình 4.7: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 2 pha chạm đất (ABG), R
sc
= 1, 2, 3, 4, 5(Ω) 66
Mở đầu
- x -
Hình 4.8: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 3 pha (ABC), R
sc
= 0(Ω) 67
Hình 4.9: Sơ đồ mô phỏng ngắn mạch 3 pha (ABC), R
sc
= 1, 2, 3, 4, 5(Ω) 67
Hình 4.10: Hàm sinh và hàm co dãn Daubechies bậc 3 68
Hình 4.11: Kết quả phân tích dòng pha A thành 5 thành phần cơ bản đầu tiên theo các
wavelet Daubechies bậc 3 68
Hình 4.12: Kết quả phân tích thành phần d
1
của 3 dòng pha theo các wavelet Daubechies

bậc 3 69
Hình 4.13: Kết quả phân tích thành phần d
1
của 3 điện áp pha theo các wavelet Daubechies
bậc 3 70
Hình 4.14: Kết quả phân tích thành phần d
1
của dòng pha A theo các wavelet Daubechies
bậc 3 với các tần số lấy mẫu tín hiệu khác nhau từ 100Hz tới 1MHz 71
Hình 4.15: Ví dụ về thành phần d
1
của một tín hiệu và hình ảnh phóng to thể hiện các chi
tiết trong tín hiệu 72
Hình 4.16: Phân bố các sai số xác định thời điểm xuất hiện sự cố từ thành phần d
1
của 6 tín
hiệu đầu đƣờng dây 74
Hình 4.17: Minh họa về việc trích 20 mẫu giá trị tức thời xung quanh thời điểm xuất hiện
sự cố để làm đặc tính tính toán 75
Hình 4.18: Ví dụ về phổ Fourier của một tín hiệu và các dải tần số đƣợc sử dụng để tính
toán đặc tính 76
Hình 4.19: 3 ví dụ về các giá trị của hệ số tƣơng quan: a) Hệ số tƣơng quan dƣơng cao, b)
Hệ số tƣơng quan âm cao, c) Hệ số tƣơng quan thấp. 77
Hình 4.20: Biểu đồ 144 giá trị tức thời các hệ số tƣơng quan giữa các đặc tính với tín hiệu
đầu ra 78
Hình 4.21: Kết quả tối ƣu hóa giảm sai số hàm mục tiêu trong quá trình học của mạng
nơron đƣợc lựa chọn trong đề tài 80
Hình 4.22: Kết quả sử dụng mạng MLP học trực tiếp cho tập hợp 1424 mẫu vị trí sự cố: (a)
- Các giá trị vị trí sự cố gốc (km), (b) - Các giá trị vị trí sự cố ƣớc lƣợng (km), (c) - Sai số
(km) 81

Hình 4.23: Kết quả kiểm tra sử dụng mạng MLP ƣớc lƣợng trực tiếp cho 712 mẫu vị trí sự
cố: (a) - Các giá trị vị trí sự cố gốc (km), (b) - Các giá trị vị trí sự cố ƣớc lƣợng (km), (c) -
Sai số (km) 82
Mở đầu
- xi -
Hình 4.24: Các tín hiệu dòng pha trong các mẫu: a) 531 (ngắn mạch 2 pha tại vị trí 80km),
b) 534 (ngắn mạch hai pha tại vị trí 110km), c) 1602 (ngắn mạch hai pha chạm đất tại
110km), d) 2136 (ngắn mạch một pha chạm đất tại 110km) 83
Hình 4.25: Kết quả hoạt động của rơle khoảng cách ảo đƣợc sử dụng trong luận án 84
Hình 4.26: Kết quả học chi tiết cho tập hợp 1424 mẫu vị trí sự cố: (a) - Các giá trị vị trí sự
cố gốc (km), (b) - Các giá trị vị trí sự cố ƣớc lƣợng (km), (c) - Sai số (km) 85
Hình 4.27: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu vị trí sự cố: (a) - Các giá trị vị trí
sự cố gốc (km), (b) - Các giá trị vị trí sự cố ƣớc lƣợng (km), (c) - Sai số (km) 86
Hình 4.28: Tổng hợp các sai số của rơle ảo (đƣờng liền đậm), lƣợng cộng vào do MLP tạo
ra (đƣờng liền nhạt) và của rơle ảo phối hợp với mạng nơron MLP (đƣờng chấm) cho sự cố
ngắn mạch 1 pha tại vị trí 40km cho các thời điểm xuất hiện sự cố khác nhau (ứng với giá
trị pha khác nhau của dòng i
A
) 87
Hình 4.29: Tổng hợp các sai số của rơle ảo (đƣờng liền đậm), lƣợng cộng vào do MLP tạo
ra (đƣờng liền nhạt) và của rơle ảo phối hợp với mạng MLP (đƣờng chấm) cho sự cố ngắn
mạch 1 pha ở các thời điểm xuất hiện sự cố khác nhau (ứng với giá trị pha khác nhau của
dòng i
A
) tại vị trí 80km (a) và 110km (b) 88
Hình 4.30: Các thiết bị thực tế sử dụng trong luận án để kiểm tra kết quả hoạt động thực tế
của rơle: (a) Thiết bị hợp bộ CMC-356 của Omicron, (b) Rơle 7SA522 của Siemens 89
Hình 4.31: 1008 dữ liệu mô phỏng đọc từ phần mềm DIGSI 4.82 90
Hình 4.32: Dữ liệu mô phỏng đọc từ chức năng Trip Log 90
Hình 4.33: Kết quả học chi tiết cho tập hợp 1424 mẫu dạng sự cố: (a) - Các giá trị gốc mã

dạng sự cố, (b) - Các giá trị ƣớc lƣợng dạng sự cố, (c) - Sai lệch giữa giá trị gốc và giá trị
ƣớc lƣợng 93
Hình 4.34: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu dạng sự cố: (a) - Các giá trị dạng
sự cố gốc, (b) - Các giá trị dạng sự cố ƣớc lƣợng, (c) - Sai số 94
Hình 4.35: Kết quả học chi tiết cho tập hợp 1424 mẫu điện trở sự cố: (a) - Các giá trị điện
trở sự cố gốc (Ω), (b) - Các giá trị điện trở sự cố ƣớc lƣợng (Ω), (c) - Sai số (Ω) 95
Hình 4.36: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu điện trở sự cố: (a) - Các giá trị
điện trở sự cố gốc (Ω), (b) - Các giá trị điện trở sự cố ƣớc lƣợng (Ω), (c) - Sai số (Ω) 96
Hình PL2.1: Phiếu chỉnh định Rơle và thiết bị tự động 109
Hình PL3.1: Nhập thông số cho nguồn điện trong ATP/EMTP 111
Mở đầu
- xii -
Hình PL3.2: Nhập thông số cho điện cảm nguồn điện trong ATP/EMTP 112
Hình PL3.3: Thiết lập thiết bị đo dòng và áp 3 pha trong ATP/EMTP 113
Hình PL3.4: Thiết lập thông số thiết bị chuyển mạch trong ATP/EMTP 114
Hình PL3.5: Thiết lập thông số cho mô hình đƣờng dây LCC trong ATP/EMTP 115
Hình PL3.6: Thiết lập dữ liệu đƣờng dây LCC trong ATP/EMTP 115
Hình PL3.7: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S
max
trong ATP/EMTP 116
Hình PL3.8: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S
50%
trong ATP/EMTP 117
Hình PL3.9: Thiết lập dữ liệu cho mô hình tải S
30%
trong ATP/EMTP 117
Hình PL3.10: Thiết lập dữ liệu cho mô hình điện trở sự cố trong ATP/EMTP 118

Mở đầu
- 1 -

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Đƣờng dây truyền tải điện là một trong những khâu rất quan trọng trong việc đảm
bảo sự liên lạc giữa các nguồn điện và các hộ tiêu thụ điện. Tốc độ phát triển nhanh chóng
của hệ thống điện trong vài thập kỷ qua cũng đã dẫn đến một sự tăng nhanh về số lƣợng
các đƣờng dây truyền tải ở các cấp điện áp cũng nhƣ tổng chiều dài của toàn hệ thống.
Theo thống kê của tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN - VietNam Electricity), lƣới điện Việt
Nam đã không ngừng mở rộng, vƣơn xa thể hiện quy mô phát triển, sự lớn mạnh của
ngành kinh tế mũi nhọn, đảm bảo cung cấp điện ngày càng tin cậy, hiệu quả hơn cho phát
triển đất nƣớc. Số liệu thống kê ngày 18/08/2011: Tổng chiều dài đƣờng dây ở các cấp điện
áp của EVN tính đến hết năm 2008: 306.000 km. Trong giai đoạn 2006 - 2015, EVN dự
kiến phát triển mới: 3.178 km đƣờng dây 500 kV, 9.592 km đƣờng dây 220 kV, 12.659 km
đƣờng dây 110kV.
Trong quá trình vận hành, đƣờng dây truyền tải điện có thể gặp những sự cố nhƣ sét
đánh, ngắn mạch, đứt dây, chạm đất, sự cố từ các thiết bị, hoạt động sai của thiết bị hay sự
cố từ phía ngƣời sử dụng, tình trạng quá tải và sự lão hóa của thiết bị Khi xảy ra sự cố tại
bất kỳ một phần tử nào trên đƣờng dây, bảo vệ rơle sẽ tác động tách phần tử bị sự cố ra
khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hƣởng của phần tử sự cố với các phần tử liền kề
không bị sự cố. Nhƣ vậy quá trình nhận dạng, phát hiện, cách ly và xác định chính xác vị
trí sự cố càng nhanh sẽ càng có lợi, giúp cho việc khôi phục lại chế độ làm việc bình
thƣờng của hệ thống điện, giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao đƣợc độ tin cậy cung cấp
điện cho các hộ tiêu thụ [1,2,3,4,5,10].
Hiện nay, để xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện thƣờng dùng nguyên
lý khoảng cách. Thuật toán cơ bản đƣợc sử dụng trong các bộ định vị sự cố của rơle
khoảng cách cho phép xác định khoảng cách từ nơi đặt thiết bị bảo vệ đến vị trí xảy ra sự
cố và đƣợc tính toán một cách chính xác nhất có thể. Các rơle khoảng cách sẽ cung cấp
thông tin về vùng xảy ra sự cố nhƣng không thể xác định chính xác điểm xảy ra sự cố, sai
số về vị trí sự cố thay đổi tùy theo từng trƣờng hợp cụ thể (ví dụ việc xác định vị trí sự cố
từ rơle khoảng cách có độ chính xác thống kê khoảng từ 1 đến 5%). Mặt khác, trên thực tế
các đƣờng dây truyền tải thƣờng tƣơng đối dài và phân bố trên các địa hình địa lý khác

nhau, vì vậy sự cố có thể xảy ra vì bất cứ lý do gì cũng phải mất từ vài phút đến vài giờ để
khắc phục sự cố, dẫn đến việc tìm kiếm và xử lý sự cố còn gặp rất nhiều khó khăn.
Bài toán xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải đã và đang đƣợc quan tâm
nghiên cứu một cách rộng rãi. Trong các mô hình thí nghiệm, đƣờng dây truyền tải đƣợc
mô hình hóa dƣới dạng đƣờng dây dài với các thông số đặc trƣng cho quá trình truyền
sóng. Tuy nhiên hiện nay các kết quả vẫn còn có nhiều hạn chế. Việc phát triển của các
thiết bị đo mới cũng nhƣ các thuật toán xử lý tín hiệu mới ứng dụng trí tuệ nhân tạo có khả
năng tiếp tục cải thiện đƣợc các kết quả phân tích. Việc xây dựng thành công một giải pháp
phân tích và phát hiện vị trí điểm sự cố trên đƣờng dây truyền tải sẽ có ý nghĩa thực tế tốt,
nếu đƣa vào vận hành sẽ có khả năng mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế - kỹ thuật, do
Mở đầu
- 2 -
tăng cƣờng đƣợc độ chính xác nhằm hỗ trợ cho quá trình tìm kiếm và khắc phục sự cố
đƣợc nhanh hơn, nâng cao hiệu quả trong vận hành và ổn định hệ thống điện.
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích của luận án là nghiên cứu và phát triển một phƣơng pháp mới sử dụng
mạng nơron nhân tạo MLP (MultiLayer Perceptron) độc lập hoặc phối hợp với thuật toán
tổng trở (tính toán trên máy tính hoặc cài trong các rơle khoảng cách thực tế) để cho phép
ƣớc lƣợng vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện đƣợc chính xác hơn. Đồng thời các
mạng nơron MLP cũng đƣợc sử dụng để ƣớc lƣợng giá trị của điện trở sự cố và xác định
dạng sự cố với độ chính xác cao.
Phƣơng pháp đƣợc đề xuất trong luận án chỉ sử dụng các số liệu đầu vào là các tín
hiệu dòng điện và điện áp tức thời đo đƣợc ở đầu đƣờng dây truyền tải có nguồn cung cấp
từ một phía và đƣợc thực hiện tuần tự qua ba bƣớc sau: Trƣớc tiên, phƣơng pháp sẽ phân
tích trực tuyến các tín hiệu dòng điện và điện áp đo ở đầu đƣờng dây để phát hiện các thời
điểm xảy ra những thay đổi đột ngột trong tín hiệu (còn gọi là thời điểm xuất hiện sự cố)
do các sự cố trên đƣờng dây sinh ra. Ở bƣớc thứ hai, với thời điểm xuất hiện sự cố đã đƣợc
xác định, chƣơng trình tiến hành phân tích trong một cửa sổ nhỏ (40ms trƣớc và 20ms sau
thời điểm xuất hiện sự cố tƣơng ứng ba chu kỳ) của các tín hiệu để tính toán các giá trị đặc
trƣng (hay còn gọi là các đặc tính) bao gồm các đặc trƣng từ giá trị tức thời và các đặc

trƣng từ phổ tần số. Trong bƣớc cuối cùng, bƣớc thứ ba, các giá trị đặc trƣng này đƣợc xử
lý tiếp tục bằng một mô hình phi tuyến để đƣa ra đƣợc các ƣớc lƣợng chính xác về vị trí sự
cố, điện trở sự cố và dạng sự cố.
Để có thể phát hiện đƣợc thời điểm xuất hiện sự cố, luận án đề xuất sử dụng phép
phân tích tín hiệu theo các hàm cơ sở wavelet (sóng nhỏ) do phép phân tích này cho phép
phát hiện đƣợc các thay đổi đột ngột trong tín hiệu đang đƣợc lấy mẫu để xem xét. Để xây
dựng đƣợc mô hình phi tuyến ƣớc lƣợng vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố luận án
sử dụng mạng nơron MLP do khả năng có thể xấp xỉ hàm phi tuyến bất kỳ với độ chính
xác cho trƣớc của mạng này. Đồng thời các thông số của mạng nơron MLP sẽ đƣợc điều
chỉnh thích nghi trên cơ sở bộ số liệu mẫu đƣợc tạo ra nhờ vào việc sử dụng phần mềm
ATP/EMTP (Alternative Transients Programme/ Electro-Magnetic Transients Program)
để mô phỏng quá trình quá độ trên đƣờng dây gây ra bởi một số sự cố ngắn mạch (ngắn
mạch 1 pha, 2 pha, 2 pha chạm đất và ngắn mạch 3 pha) khi thay đổi các thông số nhƣ:
điện trở sự cố, vị trí sự cố, phụ tải và thời điểm xuất hiện sự cố. Mạng nơron MLP đƣợc đề
xuất thử nghiệm theo hai dạng: dạng thứ nhất là hoạt động độc lập, xử lý trực tiếp các đặc
tính đầu vào từ 6 tín hiệu dòng – áp ba pha để đƣa ra vị trí sự cố, dạng thứ hai là hoạt động
phối hợp với một thuật toán tổng trở, đáp ứng đầu ra của nơron MLP và của thuật toán
tổng trở sẽ đƣợc cộng với nhau để đƣa ra kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố.
Thuật toán tổng trở cũng sẽ đƣợc thử nghiệm ở hai dạng, dạng thứ nhất là thuật toán
tính toán trên máy tính, dạng thứ hai là kết quả hoạt động của một rơle khoảng cách thực
tế. Đối với thuật toán trên máy tính, trong luận án sử dụng trực tiếp các tín hiệu dòng điện
Mở đầu
- 3 -
và điện áp đầu đƣờng dây đã đƣợc mô phỏng đƣợc từ phần mềm mô phỏng ATP/EMTP để
tính toán. Đối với rơle khoảng cách thực tế, trong luận án đề xuất sử dụng rơle khoảng
cách 7SA522 là loại đƣợc lắp đặt trên đƣờng dây đã sử dụng trong tính toán minh họa của
đề tài. Các tín hiệu tính toán mô phỏng từ ATP/EMTP sẽ đƣợc đƣa vào thiết bị CMC-356
của Omicron để tái tạo lại các tín hiệu dòng điện/ điện áp để tiếp tục đƣa vào rơle thực tế
đã lựa chọn nhằm xác định kết quả tác động của rơle.
Các mô hình mạng nơron MLP sẽ đƣợc huấn luyện để xác định đƣợc vị trí sự cố với

sai số nhỏ hơn so với những phƣơng pháp trƣớc đây, giúp cho quá trình tìm kiếm và khắc
phục sự cố nhanh, nâng cao hiệu quả trong vận hành hệ thống điện và giảm thiệt hại về
kinh tế.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu và đƣa ra phƣơng pháp mới
xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện. Một số công cụ và phần mềm mô
phỏng sử dụng trong luận án:
 Các phần mềm sử dụng trong luận án: ATP/EMTP, Matlab 7.1, DIGSI 4.82, Test
Universe V2.30 - Omicron, EView.
 Các thiết bị sử dụng trong luận án: Rơle khoảng cách 7SA522, hợp bộ thí nghiệm
CMC-356 của Omicron.
Phạm vi nghiên cứu:
 Ứng dụng phần mềm ATP/EMTP mô phỏng một số dạng sự cố ngắn mạch trên
đƣờng dây truyền tải điện để tạo dữ liệu mẫu cho quá trình nghiên cứu.
 Lập trình các thuật toán phân tích và xử lý tín hiệu bằng các công cụ mạnh nhƣ
Wavelet, mạng nơron, để xây dựng mô hình xác định vị trí sự cố, điện trở sự cố
và dạng sự cố trên đƣờng dây truyền tải.
 Nghiên cứu về lý thuyết và các mô hình tính toán xử lý tín hiệu ứng dụng mạng
nơron nhân tạo trong bài toán xác định vị trí điểm sự cố trên đƣờng dây truyền tải.
 Tìm hiểu và ứng dụng thiết bị mô phỏng CMC-356 của OMICRON để xác định
tác động thực tế của rơle khoảng cách nhằm kiểm chứng các thuật toán đã đề xuất.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
Đề xuất phƣơng pháp mới sử dụng song song một rơle khoảng cách và một mạng
nơron MLP để xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện áp dụng mô hình ngƣợc
dựa trên các tín hiệu dòng điện và điện áp đo đƣợc ở đầu đƣờng dây với sai số nhỏ hơn so
với các phƣơng pháp đang sử dụng hiện nay. Luận án cũng xây dựng đồng thời hai mạng
nơron MLP khác để xác định dạng của sự cố và điện trở sự cố.
Mở đầu
- 4 -

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Bài toán xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện có ứng dụng thực tế rất
rộng rãi. Phƣơng pháp mới của luận án sẽ góp phần bổ sung số lƣợng các giải pháp để tạo
điều kiện cho việc lựa chọn ứng dụng thực tế đƣợc dễ dàng hơn. Phƣơng pháp chỉ yêu cầu
sử dụng các tín hiệu dòng điện và điện áp đo lƣờng đƣợc ở đầu đƣờng dây truyền tải điện,
nên các khâu đo lƣờng và thu thập số liệu cũng khá đơn giản, tính kinh tế cao.
5. Những đóng góp của luận án
Luận án có đóng góp sau:
 Xây dựng đƣợc mô hình sử dụng độc lập một mạng nơron MLP và mô hình sử
dụng song song một thuật toán tổng trở (thuật toán tổng trở chạy trên máy tính
hoặc thuật toán tổng trở của một rơle khoảng cách thực tế 7SA522) với một mạng
nơron MLP để xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện (xét ví dụ tính
toán cho đƣờng dây 110kV Yên Bái - Khánh Hòa). Trong đó mạng nơron nhân
tạo MLP sử dụng đầu vào là các đặc tính thời gian và đặc tính tần số xác định từ
các tín hiệu đo tức thời xung quanh thời điểm xảy ra những thay đổi (xuất hiện sự
cố) trong các tín hiệu (thời điểm này đƣợc xác định nhờ sử dụng phép phân tích
sóng nhỏ (wavelet)). Luận án cũng xây dựng đồng thời hai mạng nơron MLP khác
để xác định dạng sự cố và điện trở sự cố.
 Khảo sát và đề xuất ứng dụng wavelet Daubechies bậc 3 để phân tích thành phần
1
d
của tín hiệu lấy mẫu với tần số 100kHz để làm cơ sở phát hiện thời điểm xuất
hiện sự cố trên đƣờng dây truyền tải.
 Khảo sát các đặc tính dựa trên hệ số tƣơng quan giữa đầu vào và đầu ra để lựa
chọn các đặc tính có hệ số tƣơng quan cao để dùng trong các mô hình. Các kết
quả tính toán đã đƣa ra danh sách 84 giá trị đặc trƣng tính toán từ 6 đƣờng tín hiệu
u-i để làm cơ sở tính toán các thông số sự cố nhƣ vị trí, dạng và điện trở sự cố.
 Đề xuất ứng dụng hợp bộ mô phỏng CMC-356 của Omicron kết hợp với rơle thực
tế (7SA522) để so sánh chất lƣợng tính toán của mô hình về vị trí sự cố với tác
động của rơle trên đƣờng dây thực tế. Đồng thời các kết quả hoạt động của rơle

khoảng cách thực tế sẽ đƣợc sử dụng để tạo mẫu học một mạng nơron MLP mới
để bù sai số cho rơle khoảng cách thực tế.
 Đã mô phỏng và tạo đƣợc bộ mẫu gồm 2136 trƣờng hợp sự cố cho 4 dạng sự cố
cơ bản là ngắn mạch 1 pha, hai pha, hai pha chạm đất và ngắn mạch ba pha với
các thông số sự cố thay đổi nhƣ: điện trở sự cố (từ 0 đến 5Ω), tải (từ 30% đến
100% định mức), thời điểm xuất hiện sự cố (thay đổi trong toàn bộ một chu kỳ),
vị trí sự cố (23 vị trí cách đều 5 km trên đƣờng dây 118,5 km).

Mở đầu
- 5 -
6. Bố cục của luận án
Mở đầu: Trình bày các vấn đề chung của luận án, tóm tắt về nội dung nghiên cứu,
những đóng góp của luận án và bố cục của luận án.
Chƣơng 1. Tổng quan về các phƣơng pháp nghiên cứu xác định vị trí sự cố trên
đƣờng dây tải điện
Trong chƣơng này sẽ trình bày tóm tắt một số phƣơng pháp nghiên cứu tính toán xác
định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện và áp dụng trong điều kiện thực tế hiện nay.
Chƣơng 2. Các giải pháp đề xuất trong luận án
Trên cơ sở phân tích ƣu nhƣợc điểm c ủa các nghiên cứu trƣớc đây, luận án đề xuất
mô hình mới cho bài toán xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện 3 pha.
Chƣơng 3. Các công cụ tính toán mô phỏng sử dụng trong luận án
 Giới thiệu phần mềm mô phỏng ATP/EMTP ứng dụng để mô phỏng các trƣờng
hợp ngắn mạch trên đƣờng dây nhƣ: ngắn mạch một pha, 2 pha, 2 pha chạm đất
và ngắn mạch 3 pha.
 Giới thiệu hợp bộ thí nghiệm và phần mềm Test Universe điều khiển hợp bộ thí
nghiệm CMC-356 của Omicron để kiểm nghiệm kết quả hoạt động của rơle
khoảng cách thực tế (7SA522).
 Giới thiệu mô hình mạng nơron MLP và Wavelet áp dụng trong luận án để tính
toán các thông số sự cố.
Chƣơng 4. Các kết quả mô phỏng và tính toán

 Ứng dụng phần mềm mô phỏng ATP/EMTP để mô phỏng đƣờng dây 110 kV Yên
Bái - Khánh Hòa với các thay đổi về vị trí sự cố, điện trở sự cố, thời điểm xuất
hiện sự cố, công suất của phụ tải và dạng sự cố để tạo ra các bộ số liệu về dòng
điện và điện áp ở đầu đƣờng dây với định dạng file là *.MAT.
 Sử dụng phần mềm điều khiển Test Universe mô phỏng lại các bộ số liệu đƣợc tạo
ra từ phần mềm mô phỏng ATP/EMTP đƣa vào thiết bị phần cứng Omicron
CMC-356 và rơle khoảng cách 7SA522, kết quả thu đƣợc là cơ sở kiểm nghiệm
lại kết quả các thuật toán đề xuất trong luận án.
 Sử dụng Wavelet để tính toán thời điểm xảy ra những biến đổi đột ngột trong các
tín hiệu dòng điện và điện áp đo lƣờng đƣợc ở đầu đƣờng dây để xác định thời
điểm xuất hiện sự cố.
 Sử dụng mạng nơron MLP tính toán ƣớc lƣợng vị trí sự cố, dạng sự cố và điện trở
sự cố cho các trƣờng hợp: Mạng nơron MLP hoạt động độc lập; Mạng nơron MLP
phối hợp song song với thuật toán tổng trở (thuật toán trên máy tính, thuật toán
tích hợp trong rơle khoảng cách thực tế).
Trên cơ sở các kết quả đã tính toán trong mô hình mạng nơron MLP và Wavelet về
các thông số sự cố. So sánh với các kết quả giữa các mô hình đề xuất và kết quả đƣợc tạo
Mở đầu
- 6 -
ra từ thiết bị phần cứng Omicron CMC-356 và rơle khoảng cách 7SA522 để kiểm nghiệm
lại các thuật toán đã đề xuất.
Tiếp theo là phần kết gồm các kết luận và kiến nghị của luận án với những vấn đề
cần nghiên cứu tiếp. Cuối cùng của luận án là các tài liệu tham khảo, các công trình đã
công bố liên quan đến luận án và phần phụ lục.
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
- 7 -
Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
1.1. Ý nghĩa của bài toán xác định vị trí sự cố
Ngày nay, có rất nhiều nhà máy điện mới đƣợc xây dựng cũng nhƣ việc hình thành

các đƣờng dây tải điện liên kết giữa các vùng miền trong cả nƣớc và các đƣờng dây xuyên
quốc gia nhằm đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng điện của các phụ tải đã dẫn đến một sự gia
tăng lớn về số lƣợng các đƣờng dây truyền tải cũng nhƣ tổng chiều dài của chúng. Các
đƣờng dây truyền tải đƣợc sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện đến các trung
tâm phụ tải. Những đƣờng dây này trong quá trình truyền tải điện năng thƣờng gặp các
dạng sự cố do những nguyên nhân khác nhau nhƣ: sét đánh, ngắn mạch, thiết bị bị sự cố,
sự cố điều khiển, sự cố do con ngƣời, quá tải và lão hóa
Khi mạng điện càng phức tạp thì những hƣ hỏng xuất hiện sẽ càng nhiều hơn, do đó
việc trang bị các loại bảo vệ trên đƣờng dây cũng cần đƣợc tăng cƣờng. Các dạng sự cố
này đều phải đƣợc phát hiện, cô lập và sửa chữa trƣớc khi đƣa trở lại làm việc. Việc khôi
phục lại trạng thái làm việc bình thƣờng của đƣờng dây bị sự cố chỉ có thể đƣợc tiến hành
nhanh nhất nếu biết đƣợc chính xác vị trí sự cố hoặc ƣớc lƣợng đƣợc vị trí sự cố với độ
chính xác hợp lý.
Thời gian khắc phục sự cố càng kéo dài càng không có lợi, gây nên mất điện đến các
hộ tiêu thụ và có thể dẫn đến thiệt hại đáng kể về kinh tế đặc biệt là đối với các ngành công
nghiệp sản xuất, gây mất ổn định trong hệ thống điện Nhƣ vậy việc nhanh chóng phát
hiện, định vị, cô lập và khắc phục những sự cố là rất quan trọng trong việc đảm bảo chế độ
làm việc tin cậy của hệ thống điện [1,2,3,4,5,10].
Khi có một sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện, điện áp tại điểm sự cố đột
ngột giảm đến một giá trị thấp, dòng điện tại điểm sự cố đột ngột tăng lên rất lớn. Sự thay
đổi đột ngột này tạo ra một xung điện từ tần số cao đƣợc gọi là sóng lan truyền. Những
sóng này truyền đi từ vị trí sự cố lan truyền ra cả hai hƣớng với tốc độ cao. Để tìm đƣợc vị
trí sự cố, từ các tín hiệu dòng điện và điện áp đo đƣợc ở đầu đƣờng dây đã đƣợc lọc và
phân tích bằng cách sử dụng các công cụ xử lý tín hiệu khác nhau. Từ các giá trị đo lƣờng
đƣợc có thể xác định tổng trở sự cố, pha xảy ra sự cố, thời gian trễ của tín hiệu sóng đến
để xác định vị trí sự cố. Tầm quan trọng của nghiên cứu này phát sinh từ sự cần thiết nhằm
giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện và thời gian sửa chữa giúp xác định chính
xác hơn vị trí sự cố, khôi phục lại trạng thái làm việc bình thƣờng của đƣờng dây bị sự cố
đặc biệt là các đƣờng dây truyền tải điện áp cao ở các khu vực có địa hình khó khăn.
Mặt khác, thời gian phục hồi lại trạng thái làm việc bình thƣờng của các đƣờng dây

bị sự cố cũng bao gồm cả thời gian để tìm vị trí sự cố. Điều này có thể đạt đƣợc bằng cách
tính toán ƣớc lƣợng chính xác vị trí sự cố giúp cho khâu xử lý sự cố đƣợc tiến hành nhanh
nhất có thể.
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
- 8 -
1.2. Một số phƣơng pháp xác định vị trí sự cố
Các phƣơng pháp xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện đã đƣợc quan
tâm và nghiên cứu trong nhiều năm do yêu cầu rất cao trong thực tế về việc ƣớc lƣợng
chính xác đƣợc vị trí của điểm sự cố. Những phƣơng pháp này có thể đƣợc phân loại theo
nhiều nhóm, ví dụ những phƣơng pháp kinh điển nhƣ: phƣơng pháp dựa trên trở kháng
[1,2,3,25,30,32,41,61,73,82,91,92], phƣơng pháp dựa vào sự lan truyền sóng
[13,16,17,18,24,53,75], Ngoài ra còn có các hƣớng nghiên cứu mới nhƣ các phƣơng pháp
dựa trên các thuật toán xử lý tín hiệu mới để phân tích các tín hiệu đo lƣờng nhằm đƣa ra
đƣợc kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố với độ chính xác cao hơn các phƣơng pháp kinh điển.
Có thể kể tới các phƣơng pháp sử dụng biến đổi sóng con (wavelet) để phát hiện điểm thay
đổi đột ngột (điểm bắt đầu xuất hiện một tần số mới) [58,68,75,76,96]; sử dụng phép biến
đổi S trong miền tần số [16,17,18,58]; các phƣơng pháp sử dụng thuật toán di truyền để tối
ƣu hóa các mô hình nhận dạng phi tuyến [40]; các phƣơng pháp nơron và nơron lô-gíc mờ
để xây dựng mô hình nhận dạng phi tuyến [19,20,26,27,33,44,49,53,57,83]; phƣơng pháp
tổng hợp kết quả nhiều hệ nhận dạng [12],
Nhìn chung các phƣơng pháp đều có những khả năng ứng dụng nhất định, tuy nhiên
tất cả các phƣơng pháp đều có những tồn tại nhất định, và đây cũng sẽ là khả năng để có
thể tìm đƣợc một giải pháp tốt hơn cho bài toán xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền
tải điện.
1.3. Phƣơng pháp tính toán dựa trên trở kháng
Trong phƣơng pháp dựa trên trở kháng, sự vận hành của rơle khoảng cách phụ thuộc
rất nhiều vào điện trở sự cố và không hiệu quả trong trƣờng hợp có điện trở sự cố rất cao
[34]. Phƣơng pháp dựa trên trở kháng có thể đƣợc phân thành các phƣơng pháp một đầu và
phƣơng pháp hai đầu phụ thuộc vào số lƣợng các thiết bị đầu cuối mà tại đó các dữ liệu
điện áp và dòng điện đƣợc thu thập. Tuy nhiên phƣơng pháp tổng trở yêu cầu trở kháng

ngắn mạch phải gần bằng 0 để có thể thu đƣợc kết quả ƣớc lƣợng vị trí sự cố đƣợc chính
xác. Phƣơng pháp đo tổng trở ở cả hai đầu đƣờng dây [36,38,52,65,73,81,89] có độ chính
xác cao hơn vì ít phụ thuộc vào điện trở ngắn mạch hơn. Nhƣng nhìn chung phƣơng pháp
tổng trở sẽ không hiệu quả đối với các trƣờng hợp sự cố thoáng qua.
Phƣơng pháp trở kháng đƣợc dùng phổ biến nhất trong các rơle khoảng cách kỹ thuật
số đƣợc đặt trong trạm biến áp để bảo vệ cho các đƣờng dây. Ngoài trở kháng, khi xảy ra
sự cố rơle còn tính toán và ghi lại các thông số sự cố trong bản ghi của rơle nhƣ: dạng sự
cố, vùng sự cố, vị trí sự cố, giá trị tức thời của điện áp và dòng điện xung quanh thời điểm
sự cố Việc xác định vị sự cố bằng rơle khoảng cách trong thực tế còn gặp nhiều sai số do
những nguyên nhân khác nhau nhƣ: ảnh hƣởng của điện trở quá độ đến đến sự làm việc
của bộ phận khoảng cách, ảnh hƣởng của trạm trung gian, ảnh hƣởng của tổ nối dây máy
biến áp, ảnh hƣởng của sai số máy biến dòng điện (BI) và máy biến điện áp (BU), sai số
của rơle do thành phần tự do gây ra khi tính toán các giá trị hiệu dụng, độ không lý tƣởng
của các bộ lọc số, sai số do các bộ chuyển đổi AD, sai số của các thiết bị đo góc pha, việc
Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
- 9 -
tính toán cài đặt và chỉnh định rơle cũng nhƣ do việc đã loại bỏ các thành phần tín hiệu
biến thiên nhanh dẫn tới mất đi một phần thông tin trong tín hiệu , từ đó dẫn đến việc xác
định vị trí sự cố của rơle khoảng cách chƣa đƣợc chính xác.
a) Phƣơng pháp điện kháng đơn [77, 92]
Các giá trị điện áp, dòng điện đo lƣờng đƣợc ở đầu đƣờng dây sẽ đƣợc sử dụng để tính
toán trở kháng của đƣờng dây đến vị trí điểm sự cố

l
sù cè
và đƣợc biểu diễn theo phƣơng
trình (1.1). Khi trở kháng của đƣờng dây trên mỗi đơn vị chiều dài đã đƣợc xác định, khoảng
cách sự cố có thể đƣợc tính toán theo các phƣơng trình (1.2) và (1.3).

A L A f

U l Z I U   
sù cè

(1.1)
Trong đó:
 U
A
: Điện áp tại đầu nguồn A.
 Z
L
: Tổng trở của đƣờng dây.
 I
A
: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A.


l
sù cè
: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A.
 U
f
: Điện áp sự cố.

A L A f f
U l Z I R I    
sù cè

(1.2)
trong đó: I
f

là dòng điện sự cố và R
f
là điện trở sự cố đƣợc minh họa trong hình 1.1.

Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện kháng đơn
Từ công thức (1.2) khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A đƣợc xác định
theo biểu thức (1.3):

Nguồn A

~

~

Nguồn
B

Z
A

Z
B

l
suco
.Z

I
A

(l
-
l
suco
).Z

I
f

R
f

Đo lƣờng
điện áp và
dòng điện

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
- 10 -


A
f
A
L
A
L
f
U
R
I

l
Z
I
Z
I








sù cè

(1.3)
b) Phƣơng pháp TAKAGI [77, 80,92]
Phƣơng pháp Takagi cần cả các tín hiệu trƣớc khi xuất hiện sự cố và sau khi xuất
hiện sự cố. Phƣơng pháp này cũng nâng cao đƣợc độ chính xác hơn so với phƣơng pháp
điện kháng đơn nhƣ giảm bớt ảnh hƣởng của điện trở sự cố và làm giảm ảnh hƣởng của
dòng tải. Sơ đồ minh họa nhƣ hình 1.2.

Hình 1.2: Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn
Điện trở sự cố đƣợc tính toán theo biểu thức (1.4):

tanh
tanh
A C A suco
f
j

A
suco A
C
U Z I l
R
U
lI
Z


  
  




  



(1.4)
trong đó:
 U
A
: Điện áp tại đo lƣờng đầu nguồn A.
 Z
L
: Tổng trở của đƣờng dây.
 I
A

: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A.
 Z
C
: Tổng trở đặc tính.
 : Hệ số lan truyền.
 I”
A
: Dòng điện xếp chồng, là sự chênh lệch giữa dòng điện sự cố và dòng điện
trƣớc sự cố.
Khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A đƣợc xác định theo biểu thức (1.5):

Nguồn A

~

~

Nguồn
B

Z
A

Z
B

l
suco
.Z

I
A
. I


A

(l
-
l
suco
).Z

I
f

R
f

Định vị
sự cố

U
f

U

A

U

A

l
suco

Chương 1: Tổng quan về các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện
- 11 -

*

*
Im( )
Im( )
AA
L A A
UI
l
Z I I





sù cè

(1.5)
trong đó:

LC
ZZ




(1.6)
c) Phƣơng pháp TAKAGI cải tiến [77,80,92]
Phƣơng pháp Takagi cải tiến này cũng còn đƣợc gọi là phƣơng pháp dòng điện thứ tự
không. Phƣơng pháp này không yêu cầu dữ liệu trƣớc sự cố vì nó sử dụng dòng điện thứ tự
không thay vì xếp chồng dòng điện của sự cố chạm đất [32]. Vị trí sự cố trong phƣơng
pháp này đƣợc tính toán trong phƣơng trình (1.7):

*

*
1
Im( )
Im( )
j
AR
j
L A R
U I e
l
Z I I e






  

sù cè

(1.7)
trong đó:
 I
R
: Dòng điện thứ tự không,
*
R
I 
liên hợp phức của ảnh dòng điện thứ tự không.
 : Góc dòng điện thứ tự không.
 Z
1L
: Tổng trở thứ tự thuận của đƣờng dây.
 U
A
: Điện áp tại đo lƣờng đầu nguồn A.
 I
A
: Dòng điện chạy ra từ đầu nguồn A.


l
sù cè
: khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A.
Phƣơng pháp điện kháng đơn có ƣu điểm nổi bật là đơn giản, dễ lắp đặt, không cần
phải đồng bộ giữa các thiết bị, tuy nhiên có nhƣợc điểm là dễ bị ảnh hƣởng lớn bởi các
nguồn nhiễu nhƣ sự bất đối xứng của đƣờng dây (ví dụ do không hoán vị dây dẫn), ảnh
hƣởng của thành phần thứ tự không hay của hỗ cảm giữa các đƣờng dây,

Nhƣợc điểm của phƣơng pháp Takagi là ta cần phải biết chính xác đƣợc các thông số
của dòng điện pha sự cố ngay trƣớc thời điểm xuất hiện sự cố. Các sai lệch trong các thông
số này sẽ tạo thành sai số lớn trong việc ƣớc lƣợng vị trí sự cố. Còn trong phƣơng pháp
Takagi cải tiến ta không cần dùng giá trị của dòng điện trƣớc sự cố nhƣng lại phải xác định
đƣợc góc pha của dòng điện thứ tự 0. Đây cũng là một nguồn sai số lớn của phƣơng pháp.
1.4. Phƣơng pháp sử dụng sóng lan truyền [77]
Phƣơng pháp truyền sóng dựa trên nguyên tắc thành phần sóng phản xạ khi gặp điểm
sự cố (hoặc điểm cuối) của đƣờng dây dài. Thông tin thu thập ở đây có thể là thời điểm