xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.36 MB, 143 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH CHÍ THANH
XÂY DỰNG THUẬT TOÁN
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 60520202
S K C0 0 4 5 5 2
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2015
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HUỲNH CHÍ THANH
XÂY DỰNG THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ
TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI
Chuyên ngành:
Kỹ thuật điện - 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. TRƯƠNG VIỆT ANH
TP. Hồ Chí Minh, Tháng 04/2015
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: Huỳnh Chí Thanh
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 05/04/1979
Nơi sinh: Vĩnh Long
Quê quán: Phước Hậu, Long Hồ, Vĩnh Long Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 66/13 Thiên Hộ Dương, Phường An Bình, Thành
phố Rạch giá, Tỉnh Kiên giang
Điện thoại cơ quan: 0773814876
Điện thoại nhà riêng: 0939732759
Fax: 0773811840
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Không chính quy
Thời gian đào tạo từ 8/2005 đến 08/2007
Nơi học (trường, thành phố): Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh
Ngành học: Điện khí Hóa- Cung Cấp điện
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 05/2013 đến 05/2015
Nơi học: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh
Ngành học: Kỹ thuật điện
Tên luận văn:
“Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải”.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Ngày 19 tháng 4 năm 2015, Trường Đại học Sư
phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Người hướng dẫn: PGS.TS. Trương Việt Anh
3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian
Nơi công tác
Công việc đảm nhiệm
Trường Cao Đẳng Cộng đồng Kiên giang
Giáo viên
03/2013 đến nay Trường Cao Đẳng Cộng đồng Kiên giang
Giáo Viên
08/2005
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
i
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công 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 công trình nào khác
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 03 năm 2015
Huỳnh Chí Thanh
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
ii
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy PGS.TS. Trƣơng Việt Anh,
người đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện quyển
luận văn này.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn thầy PGS.TS. Quyền Huy Ánh,
Cô TS. Nguyễn Thị Misa người đã tận tình nhận xét và đóng góp nhằm hoàn thiện
luận văn.
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô
giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách khoa
Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho tôi
trong toàn khóa học.
Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp, các anh chị học viên cùng
khóa cao học 2013 – 2015 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi vượt qua
những khó khăn trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn này. Cuối cùng tôi
xin chân thành cảm ơn cha mẹ và người thân đã luôn ở bên tôi và động viên tôi rất
nhiều để tôi hoàn thành khóa học này.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
iii
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
TÓM TẮT
Trong quá trình vận hành lưới điện thì yêu cầu cấp điện liên tục cho khách
hàng là một yêu cầu bắt buộc. Tuy nhiên, việc gián đoạn trong quá trình phân phối
là việc bất khả kháng và không thể tránh được khi hệ thống truyền tải gặp các sự cố
lớn về điện như ngắn mạch và hở mạch do các tác động bên ngoài như cây đ , sét
đánh làm đứt dây điện. Khi đó, yêu cầu cấp thiết là phải xác định nhanh vị trí sự cố
để nhanh chóng cách li khu vực sự cố, khôi phục và chuyển hướng dòng công suất
sang các phát tuyến khác để n định cung cấp điện cho các khu vực khác là một yêu
cầu đặt ra trước tiên cho các trạm điều phối. Việc này s làm giảm đáng kể thời gian
mất điện của hệ thống, nâng cao chất lượng điện năng cho lưới phân phối.
Để thực hiện nhiệm vụ này, nhiều phương án và giải pháp được đưa ra để
xác định vị trí sự cố ngắn mạch. Các phương pháp đã đề ra phần lớn chỉ có thể thực
hiện sau khi hệ thống đã gặp sự cố và cách li đoạn sự cố ra kh i lưới điện phân phối
và sử dụng các thiết bị chuyên dụng để tạo xung dòng điện phóng vào lưới điện để
xác định vị trí sự cố. Điều này s làm mất thêm nhiều thời gian và chi phí khá lớn
cho thiết bị.
Luận văn tập trung xây dựng một giải thuật xác định vị trí sự cố dựa trên
việc nhận các giá trị điện áp và dòng điện trước và sau sự cố từ các thiết bị đo đặc
s n trong trạm điều phối kết hợp với các thông số hệ thống đã biết trước.
Dòng điện và điện áp lưới điện là các giá trị liên tục trong suốt quá trình sự
cố ngắn mạch (trước sự cố, khi có sự cố và sau khi sự cố). Do đó, dựa trên nguyên
tắc giải lặp dòng điện và điện áp từ trước sự cố, trong quá trình sự cố và n định sau
sự cố ngắn mạch của đường dây truyền tải điện kết hợp với các thông số dòng hệ
thống lưới điện đã biết để xác định vị trí sự cố ngắn mạch và điện trở ngắn mạch
trên lưới điện
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
iv
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
ABSTRACT
Operation of power systems need continuation of the supply source as well
as the most important request. However, we can't eliminate completely interruption
out of power network due to there are some system faultys as well as short circuit,
open circuit, affection of strom, falling of tree on transmission line. Hence, there is
the request about determine faulty location, it is very useful information for
isolating the faulty branch and continuance provision the remain branchs. Reducing
of faulty location time will increase operation time of power supply, increase the
power quality.
There are some approach to determine the faulty location. Almost of ways
only determine the faulty location after isolation of power system by the protection
devices. They create a pulse or a group of pulses into the transmission line, it mean
that they need the special device and need alot of cost for buying those devices.
The thesis will propose a new approach for determine faulty location base-on
impedance of transmission line and impedance of load systems. This way no need
extra device, only voltage and current of substation, which were measured at
protection devices, were used for locate the faulty. So, proposed approach will be
more cheapper and faster the previous ways.
Current and voltage of power network are the continuous values during short
circuit fault (pre-fault, on-fault, after-fault). Hence, base on this phenomenon,
combine with power grid parameters, the position of short circuit will be determined
after applied iteration for number of loops.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
v
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
MỤC LỤC
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... iii
TÓM TẮT .................................................................................................................. iv
ABSTRACT ............................................................................................................... v
MỤC LỤC .................................................................................................................. vi
MỤC LỤC CÁC HÌNH .............................................................................................. x
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN .................................................................................... 1
1.1 Đặt vấn đề: ........................................................................................................... 1
1.2 Nhiệm vụ của luận văn: ........................................................................................ 2
1.3 Phạm vi nghiên cứu: ............................................................................................. 3
1.4 Phương pháp nghiên cứu: ..................................................................................... 3
1.5 Điểm mới của luận văn: : ..................................................................................... 3
1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài: ................................................................................... 4
1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan: .................................................................... 4
1.7.1 Phương pháp xung phản xạ TDR (Time Domain Reflection): ................................. 5
1.7.2 Phương pháp xung dòng ICM (Impulse Current Method) ....................................... 7
1.8 Hướng nghiên cứu của luận văn: ......................................................................... 9
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..................................................................... 10
2.1 Hệ thống điện và các thành phần cơ bản của hệ thống điện: .............................. 10
2.1.1 Hệ thống sản xuất điện năng: .............................................................................. 11
2.1.2 Hệ thống truyền tải điện năng: ............................................................................. 13
2.1.3 Hệ thống tiêu thụ điện năng: ............................................................................... 14
2.2 Ngắn mạch trong hệ thống điện: ........................................................................ 14
2.2.1 Các dạng ngắn mạch trong lưới điện truyền tải: .................................................... 16
2.2.1.1 Ngắn mạch một pha chạm đất: ......................................................................... 16
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
vi
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
2.2.1.2 Ngắn mạch hai pha chạm đất: ........................................................................... 18
2.2.1.3 Ngắn mạch hai pha chạm nhau: ........................................................................ 19
2.2.1.4 Ngắn mạch ba pha: .......................................................................................... 20
2.2.2 Cách xác định các dạng ngắn mạch trong lưới truyền tải: ..................................... 22
2.3 Ma trận t ng trở của hệ thống điện: ................................................................... 24
2.3.1 Điện kháng tương hỗ của hệ thống truyền tải điện: ............................................... 25
2.3.2 Ma trận t ng trở của đường dây truyền tải điện: ................................................... 27
2.3.3 Ma trận t ng trở của phụ tải ba pha: .................................................................... 28
2.4 Giải thuật xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố trong lưới điện phân phối: .... 28
2.4.1 Sự cố ngắn mạch một pha chạm đất: .................................................................... 29
2.4.1.1 Xây dựng các phương trình tính toán sự cố một pha chạm đất: ........................... 29
2.4.1.2 Lưu đồ tính toán sự cố ngắn mạch một pha chạm đất: ........................................ 30
2.4.2 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất: ..................................................................... 32
2.4.2.1 Xây dựng các phương trình tính toán sự cố hai pha chạm đất: ............................ 32
2.4.2.2 Lưu đồ tính toán sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất: ......................................... 33
2.4.3 Sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất: ...................................................................... 35
2.4.3.1 Xây dựng các phương trình tính toán sự cố ba pha chạm đất: ............................. 35
2.4.3.2 Lưu đồ tính toán sự cố ngắn mạch ba pha chạm đất: .......................................... 36
2.4.4 Sự cố ngắn mạch hai pha chạm nhau: .................................................................. 38
2.4.4.1 Xây dựng các phương trình tính toán ngắn mạch hai pha chạm nhau: ................. 38
2.4.4.2 Lưu đồ tính toán sự cố ngắn mạch hai pha chạm nhau: ...................................... 39
2.4.5 Sự có ngắn mạch ba pha chạm nhau: ................................................................... 40
2.4.5.1 Xây dựng các phương trình tính toán ngắn mạch hai pha chạm nhau: ................. 40
2.4.5.2 Lưu đồ tính toán sự cố ngắn mạch ba pha chạm nhau: ....................................... 42
2.5 Điện trở hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch của lưới điện truyền tải: .......... 43
2.5.1 Hiện tượng hồ quang điện: .................................................................................. 43
2.5.1.1 Khái niệm chung: ............................................................................................ 43
2.5.1.2 Quá trình phát sinh hồ quang: ........................................................................... 43
2.5.1.3 Quá trình dập tắt hồ quang: .............................................................................. 45
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
vii
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
2.5.2 Hồ quang điện trong sự cố ngắn mạch của lưới điện truyền tải: .................... 45
2.5.3 Phương trình điện trở hồ quang trong sự cố ngắn mạch: ................................ 46
CHƢƠNG 3: MÔ HÌNH HÓA MÔ PHỎNG ....................................................... 48
3.1 Mô hình hóa các khối trong mô ph ng ngắn mạch lưới truyền tải 110KV: ...... 48
3.1.1 Khối nguồn phát điện: ..................................................................................... 48
3.1.2 Khối đường dây truyền tải: ............................................................................. 51
3.1.3 Khối phụ tải: .................................................................................................... 53
3.1.4 Khối sự cố ngắn mạch: .................................................................................... 54
3.1.5 Khối thu nhận và xử lí tín hiệu: ...................................................................... 55
3.2 Lưu đồ và giải thuật tính toán mô ph ng: .......................................................... 56
3.2.1 Lưu đồ tính toán cho chương trình chính: ....................................................... 56
3.2.2 Lưu đồ chung cho các chương trình con tính toán vị trí và điện trở sự cố: .... 58
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ................................................................. 62
4.1 Mô ph ng với trường hợp ngắn mạch một pha chạm đất: ................................. 62
4.1.1 Xác định điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i: ............................................ 62
4.1.2 Xác định vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i .............................................. 67
4.2 Mô ph ng với trường hợp ngắn mạch hai pha chạm đất .................................... 72
4.2.1 Xác định điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i .................................................... 72
4.2.2 Xác định vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i .................................................... 77
4.3 Mô ph ng với trường hợp ngắn mạch ba pha chạm đất ..................................... 83
4.3.1 Xác định điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i .................................................... 83
4.3.2 Xác định vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i .................................................... 88
4.4 Mô ph ng với trường hợp ngắn mạch hai pha chạm nhau ................................. 93
4.4.1 Xác định điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i .................................................... 93
4.4.2 Xác định vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i .................................................... 98
4.5 Mô ph ng với trường hợp ngắn mạch ba pha chạm nhau................................. 104
4.5.1 Xác định điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i .................................................. 104
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
viii
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
4.5.2 Xác định vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i .................................................. 109
4.6 Nhận xét ............................................................................................................ 114
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN ................................................................................... 117
5.1 Các vấn đề được thực hiện trong luận văn: ...................................................... 117
5.2 Đề nghị và các hướng phát triển của luận văn: ................................................ 118
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 119
PHỤ LỤC ............................................................................................................... 121
1. Chương trình chính: ........................................................................................... 121
2. Chương trình xác định loại sự cố: ...................................................................... 123
3. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch một pha
chạm đất: ................................................................................................................ 124
4. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch hai pha
chạm đất: ................................................................................................................ 125
5. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch ba pha
chạm đất: ................................................................................................................ 126
6. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch hai pha
chạm nhau: ............................................................................................................. 127
7. Chương trình xác định vị trí sự cố và điện trở sự cố cho sự cố ngắn mạch ba pha
chạm nhau: ............................................................................................................. 128
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
ix
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
MỤC LỤC CÁC HÌNH ............................................................................................ x
Hình 1.1 Dạng xung của phương pháp TDR đối với các dạng sự cố khác nhau .................. 5
Hình 1.2 Đồ thị TDR chẩn đoán pha bị sự cố và pha tốt. ................................................. 6
Hình 1.3 Sơ đồ kết nối ICM ........................................................................................... 8
Hình 1.4 Kết quả chẩn đoán từ phương pháp ICM ........................................................... 8
Hình 2.1 Mô hình minh họa cho hệ thống điện .............................................................. 12
Hình 2.2 Nhà máy điện hạt nhân Three Mile Island tại bang Pennsylvania ...................... 12
Hình 2.3 Thủy điện đak mi 4 ........................................................................................ 13
Hình 2.4 Đường dây 500KV bắc nam ........................................................................... 14
Hình 2.5 Lò nấu thép bằng điện .................................................................................... 15
Hình 2.6 Sự cố ngắn mạch do cành cây mắc trên lưới điện truyền tải .............................. 16
Hình 2.7 Dạng sóng dòng điện khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất ...................... 18
Hình 2.8 Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch một pha chạm đất .......................... 18
Hình 2.9 Dạng sóng dòng điện khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất ....................... 19
Hình 2.10 Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm đất ......................... 20
Hình 2.11 Dạng sóng dòng điện khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm nhau ................... 21
Hình 2.12 Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch hai pha chạm nhau ....................... 21
Hình 2.13 Dạng sóng dòng điện khi có sự cố ngắn mạch ba pha ..................................... 22
Hình 2.14 Dạng sóng điện áp khi có sự cố ngắn mạch ba pha ......................................... 23
Hình 2.15 T ng trở tự thân và tương hỗ trên một đường dây ba pha ............................... 27
Hình 2.16 Ngắn mạch một pha chạm đất ....................................................................... 31
Hình 2.17 Ngắn mạch hai pha chạm đất ........................................................................ 34
Hình 2.18 Ngắn mạch ba pha chạm đất ......................................................................... 37
Hình 2.19 Ngắn mạch hai pha chạm nhau ..................................................................... 40
Hình 2.20 Ngắn mạch ba pha chạm nhau ...................................................................... 42
Hình 3.1 Mô hình nguồn điện áp cấp cho đường dây truyền tải ...................................... 48
Hình 3.2 Giao diện xác định các thông số cho nguồn điện ba pha ................................... 49
Hình 3.3 Mô hình đường dây truyền tải ......................................................................... 51
Hình 3.4 Giao diện xây dựng các thông số cho đường dây ba pha ................................... 52
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
x
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
Hình 3.5 Mô hình khối phụ tải ...................................................................................... 53
Hình 3.6 Giao diện xây dựng các thông số cho khối phụ tải ........................................... 53
Hình 3.7 Sơ đồ kết nối khối tạo sự cố ........................................................................... 55
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối khối điều chế tín hiệu ................................................................ 56
Hình 3.9 Sơ đồ kết nối của mạch mô hình hóa mô ph ng ............................................... 57
Hình 3.10 Lưu đồ chương trình tính toán sự cố ngắn mạch............................................. 58
Hình 3.11 Lưu đồ tính toán vị trí và điện trở sự cố cho các chương trình con .................. 61
Hình 4.1 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
một pha chạm đất ...................................................................................................... 66
Hình 4.2 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
một pha chạm đất ...................................................................................................... 72
Hình 4.3 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm đất ........................................................................................................ 77
Hình 4.4 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm đất ........................................................................................................ 82
Hình 4.5 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
ba pha chạm đất ......................................................................................................... 87
Hình 4.6 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
ba pha chạm đất ......................................................................................................... 93
Hình 4.7 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm nhau ..................................................................................................... 98
Hình 4.8 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
hai pha chạm nhau ................................................................................................... 103
Hình 4.9 Kết quả tính toán điện trở sự cố khi vị trí sự cố thay đ i trong ngắn mạch
ba pha chạm nhau .................................................................................................... 108
Hình 4.10 Kết quả tính toán vị trí sự cố khi điện trở sự cố thay đ i trong ngắn mạch
ba pha chạm nhau .................................................................................................... 114
Hình 4.11 So sánh sai số tính toán giữa các loại sự cố ngắn mạch ......................... 115
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
xi
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
CHƢƠNG 1:
TỔNG QUAN
1.1 Đặt vấn đề
Đường 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 lượng các đường dây truyền tải ở các cấp điện áp cũng như tổng
chiều dài của toàn hệ thống. Theo thống kê của tập đoàn điện lực Việt Nam (EVN VietNam Electricity), lưới điện Việt Nam đã không ngừng mở rộng, vươn 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 nước. Số liệu
thống kê ngày 18/08/2011: Tổng chiều dài đường 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 đường dây 500 kV, 9.592 km đường dây 220 kV, 12.659 km
đường dây 110kV.
Trong quá trình vận hành, đường dây truyền tải điện có thể gặp những sự cố
như 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 người 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 đường dây, bảo vệ rơle sẽ tác
động tách phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hưởng của phần
tử sự cố với các phần tử liền kề không bị sự cố. Như 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 thường của hệ thống điện,
giảm thiệt hại về kinh tế và nâng cao được độ tin cậy cung cấp điện cho các hộ tiêu
thụ.
iện nay, để đáp ứng với nhu cầu năng lượng điện ngày càng lớn khi đất
nước tiến hành công nghiệp hóa và hiện đại hóa thì lưới điện truyền tải đã phát triển
không ngừng về số lượng cũng như được nâng cấp về chất lượng và khả năng
truyền tải. Song song với nhu cầu phải đáp ứng đủ về số lượng điện năng thì yêu
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
1
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
cầu về chất lượng điện năng cũng được đặt ra ngày càng cao khi các thiết bị điện
hoạt động liên tục suốt ngày đêm.
Trong quá trình vận hành lưới điện thì yêu cầu cấp điện liên tục cho khách
hàng là một yêu cầu bắt buộc. Tuy nhiên, việc gián đoạn trong quá trình phân phối
là việc bất khả kháng và không thể tránh được khi hệ thống truyền tải gặp các sự cố
lớn về điện như ngắn mạch và hở mạch do các tác động bên ngoài như cây đổ, sét
đánh làm đứt dây điện. Khi đó, yêu cầu cấp thiết là phải xác định nhanh vị trí sự cố
để nhanh chóng cách li khu vực sự cố, khôi phục và chuyển hướng d ng công suất
sang các phát tuyến khác để ổn định cung cấp điện cho các khu vực khác là một yêu
cầu đặt ra trước tiên cho các trạm điều phối. Việc này sẽ làm giảm đáng kể thời gian
mất điện của hệ thống, nâng cao chất lượng điện năng cho lưới truyền tải.
Để thực hiện nhiệm vụ này, nhiều phương án và giải pháp được đưa ra để
xác định vị trí sự cố ngắn mạch. ác phương pháp đã đề ra phần lớn ch có thể thực
hiện sau khi hệ thống đã gặp sự cố và cách li đoạn sự cố ra khỏi lưới điện truyền tải
và sử dụng các thiết bị chuyên dụng để tạo xung d ng điện phóng vào lưới điện để
xác định vị trí sự cố. Điều này sẽ làm mất thêm nhiều thời gian và chi phí khá lớn
cho thiết bị.
uận văn tập trung xây dựng một giải thuật kết nối lưới dựa trên việc nhận
các giá trị điện áp và d ng điện trước và sau sự cố từ các thiết bị đo đặc s n trong
trạm điều phối kết hợp với các thông số hệ thống đã biết trước.
1.2 Nhiệm vụ của luận văn
uận văn “Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải có nội
dung chủ yếu:
- Tầm quan trọng của luận văn.
- hân loại sự ảnh hưởng của các loại sự cố lên lưới điện truyền tải.
- Xây dựng phương trình và giải thuật để tính toán vị trí sự cố và giá trị điện
trở tại điểm sự cố.
-
ng phần mềm
atlab 7.0 mô phỏng cho phương pháp được đề xuất.
- Kết quả nghiên cứu của luận văn.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
2
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
1.3 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu các thông số chính trên một lưới điện truyền tải.
- Nghiên cứu phương pháp tính toán vị trí ngắn mạch đã được đề xuất.
- Nghiên cứu tính toán các thông số và ảnh hưởng của các thông số lên d ng
điện, điện áp ngắn mạch khi có sự cố ngắn mạch xảy ra.
- Nghiên cứu về các loại sự cố trên lưới điện truyền tải và cách phân loại các
dạng sự cố khi có sự cố xảy ra.
- Đề xuất giải thuật xác định vị trí và điện trở sự cố cho các sự cố ngắn mạch.
- Đưa ra mô hình mô phỏng để đánh giá kết quả của giải thuật xác định vị trí
sự cố đã đề ra.
- p dụng kết quả để tiến đến kiểm chứng kết quả trên hệ thống thực tế.
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu
- Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu.
- Nghiên cứu các mô hình lưới điện truyền tải hiện hành. ác thông số đường
truyền tải trên lưới điện và ảnh hưởng của các thông số lên hoạt động của hệ thống
điện.
- Xây dựng giải thuật xác định vị trí và điện trở sự cố cho lưới điện truyền
tải.
- Xây dựng mô hình mô phỏng cho giải thuật đề ra, từ đó tiến hành tính toán
và xác định các trường hợp có thể xuất hiện khi ứng dụng vào thực tế.
- hân tích các kết quả nhận được và các kiến nghị.
- Đánh giá tổng quát toàn bộ luận văn. Đề nghị hướng phát triển của đề tài.
1.5 Điểm mới của luận văn
- Tìm ra cách xác đinh các thông số hệ thống cho một đường dây truyền tải.
- Đưa ra giải thuật và chương trình mới để xác định vị trí sự cố và điện trở
sự cố cho mạch một cách nhanh chóng mà không cần thêm các thiết bị phức tạp nào
khác.
-
óp phần nâng cao chất lượng và hoạt động tin cậy hơn cho lưới điện
truyền tải.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
3
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
- iảm thiểu thời gian gián đoạn của hệ thống điện khi sự cố xảy ra cũng như
giảm thiểu chi phí vận hành của hệ thống khi gặp sự cố ngắn mạch.
1.6 Giá trị thực tiễn của đề tài
Từ yêu cầu cấp thiết từ thực tế, giải thuật được đề xuất trong luận văn khi áp
dụng vào thực tế vận hành sẽ góp phần giảm thiểu thời gian mất điện khi có sự cố
xảy ra. Đồng thời, với ưu điểm là không sử dụng thêm các thiết bị chuyên dụng từ
bên ngoài nên sẽ giảm được rất nhiều chi phí mua sắm trang thiết bị cũng như chi
phí vận hành cho các thiết bị chuyên dụng đi k m này. Điều này góp phần giảm
đáng kể chi phí cho lưới điện trong quá trình xây dựng cũng như vận hành hoạt
động hệ thống lưới điện truyền tải.
hính vì vậy, đề tài “Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới điện
truyền tải. được thực hiện nh m mục đích góp thêm một giải pháp hữu ích để nâng
cao chất lượng vận hành cho lưới điện truyền tải.
Từ công việc nghiên cứu của luận văn:
- Nhận được kết quả từ một mô hình mô phỏng cho một lưới điện truyền tải
với các thông số lưới thực tế.
-
ng dụng rộng rãi trong các trạm truyền tải trong hệ thống điện nh m xác
định nhanh các sự cố và vị trí của chúng trên lưới.
-
iúp các nhà hoạch định có thêm một giải pháp nh m nâng cao độ ổn định
và vận hành tốt lưới điện.
- Sử dụng làm tài liệu giảng dạy.
-
iúp cho các nhà thiết kế các tài liệu quan trọng trong tính toán thiết kế hệ
thống điện hiệu quả hơn b ng các phần mềm mô phỏng hệ thống.
1.7 Các nghiên cứu khoa học liên quan
ó nhiều nghiên cứu được thực hiện trong những năm gần đây nh m mục
đích xác định vị trí ngắn mạch một cách nhanh chóng và chính xác nhất có thể. Tuy
nhiên, các nghiên cứu chủ yếu tập trung vào hướng nghiên cứu d ng xung d ng
điện bắn vào lưới điện có sự cố nh m xác định vị trí ngắn mạch. ác phương pháp
được giới thiệu như bên dưới.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
4
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
1.7.1 Phương pháp xung phản xạ TDR (Time Domain Reflection)
Tại nơi giao nhau của hai môi trường truyền khác nhau, sóng truyền đến sẽ
sinh ra một sóng phản xạ và truyền ngược trở lại môi trường ban đầu. Nguyên l
này đã được ứng dụng trong phương pháp Time
omain eflection với môi trường
tới truyền là đầu một dây dẫn và môi trường tới là nơi gián đoạn của đường dây khi
ngắn mạch, nơi giao nhau của hai môi trường chính là điểm xuất hiện sự cố ngắn
mạch.
Để xác định vị trí sự cố, một xung áp được phát vào trong dây truyền dẫn,
khi gặp vị trí sự cố thì sẽ xuất hiện xung phản xạ hồi về. ựa vào độ lớn và góc pha
hồi về ta có thể xác định được vị trí sự cố trên lưới. hương pháp này gần giống
nguyên lí hoạt động của rada chủ động.
Để đảm bảo độ chính xác cho việc xác định vị trí sự cố, phương pháp yêu
cầu gắn thêm một đường dây chạy song song làm tham chiếu cho đường dây truyền
dẫn. ình 1.1 và 1.2 minh họa cho phương pháp T
.
Hình 1.1 Dạng xung của phương pháp TDR đối với các dạng sự cố khác nhau
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
5
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
Hình 1.2 Đồ thị TDR chẩn đoán pha bị sự cố và pha tốt
Đây là phương pháp được ứng dụng lâu đời nhất trong các phương pháp xác
định vị trí sự cố. Tuy nhiên, ngày nay phương pháp này đã không c n được sử dụng
nhiều vì những ưu nhược điểm mà phương pháp này đang có.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
6
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
u đi m
- Đây là một phương pháp dựa trên nguyên về sự truyền sóng.
- Việc thực thi giải pháp này khá tiết kiệm về chi phí lắp đặt và vận hành khi
ch yêu cầu một máy phát xung áp và một máy đo xung áp hồi về.
- hương pháp sẽ cho kết quả tốt đối với các đường dây không có hoặc có ít
mối nối và các đường dây ngắn.
hư c đi m
- hương pháp này ít hiệu quả đối với các đường dây dài hay có nhiều mối
nối. Nguyên nhân là khi qua các mối nối đều làm xuất hiện các xung phản xạ trả
ngược về nguồn phát xung làm nhi u nguồn tín hiệu bên thu.
- h có thể thực hiện được phương án trên khi đường dây truyền tải không
vận hành.
- hương pháp phát xung áp vào đường dây truyền tải sẽ bị nhi u lớn nếu
đường dây truyền tải bị đặt trong v ng chịu ảnh hưởng của các nguồn điện khác (ví
dụ như khi chạy gần hay giao nhau một đường lưới điện khác).
1.7.2 Phương pháp xung dòng ICM (Impulse Current Method)
Nh m khắc phục những nhược điểm của phương pháp xung phản xạ T
một phương pháp mới được đưa ra để tận dụng các ưu điểm của T
phương pháp xung d ng điện
( mpulse urrent
,
đó chính là
ethod). hương pháp này đề
xuất phương án đưa một xung d ng điện vào lưới điện truyền dẫn thay vì một xung
áp như phương pháp T
.
Xung d ng điện có bản chất là d ng các hạt chuyển dời có hướng nên rất ít
bị ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài. Ngoài ra, d ng điện phát đi sẽ ít bị suy hao
trên đường truyền dẫn vì phát đi bao nhiêu thì thu lại bấy nhiêu, ch khác nhau về
dạng sóng do cấu trúc lưới điện và sự cố lưới gây ra.
Nguyên tắc cơ bản dựa vào máy phát xung cao thế để tạo ra phóng điện tại
điểm sự cố. Quá trình xẽ gây ra một sóng d ng điện quá độ chạy từ điểm sự cố đến
máy phát xung, việc lặp lại khoảng xung dựa vào khoảng cách của sự cố.
o xung
quá độ có biên độ lớn nên mức độ chính xác của phương pháp này là khá cao.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
7
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
ình 1.3 và 1.4 bên dưới mô tả cho phương pháp
.
Hình 1.3 Sơ đồ kết nối ICM
Hình 1.4 Kết quả chẩn đoán từ phương pháp ICM
Đây là phương pháp tiên tiến và áp dụng rộng rãi trong những năm gần đây do
những ưu điểm mà nó mang lại:
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
8
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
- Không bị ảnh hưởng nhiều của môi trường bên ngoài do ít bị tác động của
từ trường bên ngoài đường truyền tải.
- Không bị suy hao khi đi qua các mối nối của các đường dây và có thể áp
dụng cho các đường dây truyền tải đường dài.
-
o ít bị tác động bởi các điều kiện khách quan nên độ chính xác của
phương pháp
là rất cao.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm, phương pháp
c n có một số nhược
điểm sau:
- o phải phát xung d ng vào lưới điện truyền tải nên phải có thiết bị chuyên
dụng để làm việc.
-
o giá thành thiết bị khá cao, do đ i hỏi công nghệ tiên tiến nên không thể
trang bị đại trà cho hệ thống điện lớn, nhiều trạm chuyển mạch.
- ũng như phương pháp T
, phương pháp xung d ng cũng ch có thể làm
việc khi lưới điện không hoạt động. hưa có cải tiến thích hợp để thiết bị có thể làm
việc trực tiếp trên lưới điện đang hoạt động.
1. Hƣớng nghiên cứu của luận văn
- Đề xuất một phương pháp xác định vị trí sự cố mới dựa trên tổng trở hệ
thống lưới điện truyền tải.
- Xây dựng một giải thuật xác định vị trí sự cố dựa trên các thông số d ng
điện và điện áp đo được trên tại điểm đầu lưới điện truyền tải.
- Xây dựng giải pháp xác định vị trí sự cố có thể hoạt động khi lưới điện
đang vận hành.
- Xây dựng giải pháp xác định vị trí sự cố sao cho không phải d ng thêm các
thiết bị h trợ tạo xung d ng điện hay điện áp đưa vào hệ thống truyền dẫn cần xác
định.
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
9
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
CHƯƠNG 2:
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
H
-
.
-
,
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
10
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
n
2
t
n s n u t
Hình 2.2 Nhà máy
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
n mn
o
t
n
n
nn n
n ạt n ân T ree
11
le Isl nd tạ b n Pennsylv n
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
Luận văn thạc sỹ
Xây dựng thuật toán xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải
nhân.
Hình 2.3 T ủy
HVTH: Huỳnh Chí Thanh
12
n Đ k mi 4
GVHD: PGS.TS. Trương Việt Anh
