Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thuộc lưới điện phức tạp

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

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2017


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

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƯỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 62520202

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. NGUYỄN XUÂN TÙNG
2. TS. NGUYỄN ĐỨC HUY

Hà Nội – 2017

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả
nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện
trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực.
Hà Nội, ngày 29 tháng 08 năm 2017
XÁC NHẬN CỦA TẬP THỂ HƯỚNG DẪN
GV. HƯỚNG DẪN 1

GV. HƯỚNG DẪN 2

TÁC GIẢ LUẬN ÁN

TS. Nguyễn Xuân Tùng

TS. Nguyễn Đức Huy

Nguyễn Xuân Vinh

i


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc và kính trọng đến hai thầy hướng dẫn khoa học
trực tiếp, TS. Nguyễn Xuân Tùng và TS. Nguyễn Đức Huy đã trực tiếp hướng dẫn, định hướng
khoa học trong quá trình nghiên cứu. Hai thầy đã dành nhiều thời gian và tâm huyết, hỗ trợ về
mọi mặt để tác giả hoàn thành luận án.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, Viện Đào tạo
Sau Đại học, Viện Điện và Bộ môn Hệ thống Điện tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho nghiên

cứu sinh trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Chân thành cảm ơn các Giảng viên và cán
bộ Bộ môn Hệ thống điện, đã hỗ trợ tận tình giúp đỡ trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Vĩnh Long, Ban
Chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả được tập trung
nghiên cứu tại Hà Nội trong suốt thời gian qua. Xin chân thành cảm ơn sự quan tâm, giúp đỡ
và động viên của các đồng nghiệp, nhóm nghiên cứu sinh của Viện Điện.
Cuối cùng, tác giả thực sự cảm động và từ đáy lòng mình xin bày tỏ lòng biết ơn đến các
Ông bà nội ngoại hai bên của con tôi và người vợ yêu quý cùng con trai thân yêu đã luôn ở bên
tác giả những lúc khó khăn nhất, những lúc mệt mỏi nhất, để động viên, để hỗ trợ về tài chính
và tinh thần, giúp tác giả có thể đứng vững trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện bản luận
án này.
Tác giả luận án

Nguyễn Xuân Vinh

ii


MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN .........................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .................................................vi
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ............................................................... viii
MỞ ĐẦU......................................................................................................................1

1.

1.

Tính cấp thiết của đề tài....................................................................................1

2.

Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu..............................4

3.

Các đóng góp mới của luận án..........................................................................5

4.

Cấu trúc nội dung của luận án ..........................................................................5
TỔNG QUAN.......................................................................................................7

1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước......................................................................7
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .....................................................................7
Thuật toán định vị sự cố áp dụng đường dây đơn đồng nhất với yêu cầu
biết chính xác thông số đường dây ...........................................................................8
Thuật toán định vị sự cố không yêu cầu thông số đường dây áp dụng với
đường dây đơn đồng nhất .......................................................................................10
Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây đơn không đồng nhất
với yêu cầu biết chính xác thông số đường dây......................................................12
Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện rẽ nhánh
với yêu cầu biết chính xác thông số đường dây......................................................14
Đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố .....16
1.3. Những vấn đề còn tồn tại và hướng nghiên cứu .............................................16
2. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CẢI TIẾN ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY
ĐƠN KHÔNG ĐỒNG NHẤT........................................................................................18

2.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................18
2.2. Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây không đồng
nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường dây ........................................18
Mạng hai cửa tương đương của đường dây không đồng nhất...............18
Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đường dây đơn
không đồng nhất .....................................................................................................20
2.3. Thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu đo lường từ hai phía đầu đường
dây...............................................................................................................................26
Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC ................................26
Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC................................27
iii


Bước 3: Xác định vị trí sự cố ................................................................28
2.4. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền
tải điện không đồng nhất.............................................................................................29
Kết quả định vị sự cố ............................................................................30
So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với kết quả định vị
sự cố của thuật toán [48].........................................................................................30
2.5. Kết luận ...........................................................................................................32
3. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ KHÔNG BIẾT TRƯỚC THÔNG SỐ
ĐƯỜNG DÂY ÁP DỤNG VỚI ĐƯỜNG DÂY DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RẼ NHÁNH
KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHỦNG LOẠI DÂY..............................................................33
3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................33
3.2. Thuật toán xác định thông số đường dây của đường dây rẽ nhánh không đồng
nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ ba đầu đường dây .................................................33
Mạng hai cửa tương đương của đường dây rẽ nhánh............................33
Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số đường
dây khác nhau .........................................................................................................34
3.3. Thuật toán xác định vị trí sự cố cho đường dây rẽ nhánh không đồng nhất sử

dụng tín hiệu đo lường từ ba đầu đường dây ..............................................................49
Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ .................................49
Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ.................................49
Bước 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ.................................49
Bước 4: Xác định vị trí sự cố ................................................................50
3.4. Thuật toán xác định thông số đường dây đồng thời định vị sự cố áp dụng với
đường dây rẽ nhánh, các phân đoạn có cùng chủng loại dây, sử dụng một bản ghi sự
cố.................................................................................................................................51
Bước 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ .................................51
Bước 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ.................................51
Bước 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ.................................51
Bước 4: Xác định thông số đường dây và vị trí sự cố...........................52
3.5. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền
tải điện rẽ nhánh..........................................................................................................53
Trường hợp đường dây truyền tải điện rẽ nhánh có các phân đoạn sử
dụng các chủng loại dây khác nhau ........................................................................53
Trường hợp đường dây rẽ nhánh có hai phân đoạn có cùng thông số
đường dây nhưng khác thông số của phân đoạn thứ ba..........................................55
Trường hợp các phân đoạn của đường dây rẽ nhánh có thông số đường
dây giống nhau........................................................................................................57
3.6. Kết luận ...........................................................................................................60
4. ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA SAI SỐ ĐO LƯỜNG ĐẾN KẾT QUẢ ĐỊNH
VỊ SỰ CỐ .......................................................................................................................62
iv


4.1. Cơ sở đề xuất phương pháp ............................................................................62
4.2. Mô phỏng Monte Carlo...................................................................................63
4.3. Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của thuật toán
xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không đồng nhất ............64

Kịch bản mô phỏng ...............................................................................65
Đặc tính thống kê ..................................................................................65
4.4. Đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố của thuật toán
định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh ....................................69
Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh có thông số đường
dây khác nhau .........................................................................................................69
Trường hợp hai phân đoạn có cùng thông số đường dây nhưng khác
thông số của phân đoạn thứ ba................................................................................73
Trường hợp các phân đoạn thuộc đường dây rẽ nhánh sử dụng cùng
chủng loại dây.........................................................................................................77
4.5. Kết luận ...........................................................................................................81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................83
1.

Đóng góp khoa học của luận án......................................................................83

2.

Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo.......................................................84

TÀI LIỆU THAM KHẢO..........................................................................................85
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ..............................90
PHỤ LỤC...................................................................................................................91
A.1. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện không
đồng nhất ....................................................................................................................91
A.2. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh:
Trường hợp phân đoạn SJ, RJ, TJ có thông số có thông số đường dây khác nhau ....95
A.3. Kết quả định vị sư cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trường
hợp phân đoạn SJ, TJ có cùng thông số đường dây nhưng khác thông số đường dây
của phân đoạn RJ ........................................................................................................97

A.4. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh: Trường
hợp đường dây rẽ nhánh đồng nhất, phân đoạn SJ, RJ, TJ có cùng thông số đường dây
....................................................................................................................................99
A.5. Phương trình (2.48) ......................................................................................101
A.6. Phương trình (3.103) ....................................................................................105
A.7. Phương trình (3.105) ....................................................................................117
A.8. Phương trình (3.111) ....................................................................................125
A.9. Phương trình (3.112) ....................................................................................127
A.10. Phương trình (3.113) ..................................................................................128

v


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ABC

Ngắn mạch 3 pha

AG

Ngắn mạch pha A với đất

BC

Ngắn mạch hai pha BC

BCG

Ngắn mạch hai pha BC với đất

AC

Dòng điện xoay chiều (Alternating Current)

ANFIS

Mạng nơ ron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy training of
Sugeno-type)

COMTRADE

Tiêu chuẩn định dạng tập tin để trao đổi tín hiệu sự cố (COMmon
format for TRAnsient Data Exchange )

CT

Máy biến dòng điện (Current transformer)

d

Vị trí sự cố

DC

Dòng điện một chiều (Direct Current)

DFT

Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform)

GPS

Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System)

IEC

Ủy ban Kỹ thuật Điện Quốc tế (International Electrotechnical
Commission)

HT

Hệ thống điện

IEEE

Viện kỹ thuật điện và điện tử (Institute of Electrical and Electronics
Engineers)

imag

Phần ảo của số phức

l

Chiều dài đường dây

MLP

Mạng nơ ron truyền thẳng nhiều lớp (Multilayer Perceptron)

real

Phần thực của số phức

VT

Máy biến áp (Voltage Transformer)

Zc

Tổng trở sóng của đường dây

γ

Hệ số truyền sóng của đường dây

vi


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Định nghĩa Vsf , Isf , ΔIsf cho các loại sự cố ............................................................8
Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l1=100km. .....................................................................29
Bảng 2.2 Thông số phân đoạn CR, l2=20km........................................................................29
Bảng 2.3 Thông số nguồn. ...................................................................................................29
Bảng 2.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất............................30
Bảng 3.1 Thông số nguồn. ...................................................................................................53
Bảng 3.2. Thông số phân đoạn SJ........................................................................................53
Bảng 3.3. Thông số phân đoạn RJ. ......................................................................................53
Bảng 3.4. Thông số phân đoạn TJ. ......................................................................................53

Bảng 3.5. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh không đồng nhất............54
Bảng 3.6. Kết quả định vị sự cố trên đường dây có thông số SJ, TJ khác RJ. ....................56
Bảng 3.7. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh đồng nhất.......................58
Bảng 4.1 Sai số giới hạn của máy biến dòng điện [34]. ......................................................64
Bảng 4.2 Sai số giới hạn của máy biến điện áp [35]............................................................64
Bảng 4.3 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây không đồng nhất.................66
Bảng 4.4 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC..................................................................67
Bảng 4.5 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG...............................................................68
Bảng 4.6 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ..............................................................68
Bảng 4.7 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh không đồng nhất..71
Bảng 4.8 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC..................................................................71
Bảng 4.9 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG...............................................................72
Bảng 4.10 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................73
Bảng 4.11 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – SJ, TJ khác thông số RJ. ....................75
Bảng 4.12 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC................................................................76
Bảng 4.13 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG. ............................................................76
Bảng 4.14 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................77
Bảng 4.15 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đường dây rẽ nhánh đồng nhất...........79
Bảng 4.16 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC................................................................80
Bảng 4.17 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG. ............................................................80
Bảng 4.18 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................81

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Đường dây truyền tải đồng nhất .............................................................................8
Hình 1.2 Đường dây không đồng nhất.................................................................................12
Hình 1.3 Đường dây rẽ nhánh..............................................................................................14
Hình 2.1. Đường dây truyền tải không đồng nhất. ..............................................................18

Hình 2.2. Nối tiếp mạng hai cửa. .........................................................................................19
Hình 2.3 Bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây 220kV Hưng Đông – Hà Tĩnh. ..................20
Hình 2.4 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F1..........................................................21
Hình 2.5 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F1 xảy ra trên SC. .....21
Hình 2.6 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F2..........................................................23
Hình 2.7 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên SC. .....23
Hình 2.8 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC. ..........................................................................24
Hình 2.9 Mạng hai cổng của đường dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên RC......24
Hình 2.10 Thuật toán xác định thông số đường dây không đồng nhất. ...............................26
Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC. .........................................................................26
Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC..........................................................................27
Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây không đồng nhất. ....................28
Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đường dây không đồng nhất................................................29
Hình 2.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [48]...........31
Hình 3.1 Đường dây truyền tải rẽ nhánh. ............................................................................33
Hình 3.2 Mô hình mạng hai cửa đường dây rẽ nhánh. ........................................................34
Hình 3.3 Sự cố trên phân đoạn SJ........................................................................................39
Hình 3.4. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn SJ. ...........................................39
Hình 3.5 Sự cố trên phân đoạn RJ. ......................................................................................41
Hình 3.6. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn RJ............................................41
Hình 3.7. Sự cố trên phân đoạn TJ.......................................................................................44
Hình 3.8. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn TJ............................................44
Hình 3.9 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh không đồng nhất. ..................47
Hình 3.10 Thuật toán xác định thông số đường dây rẽ nhánh – SJ, TJ thông số khác RJ..48
Hình 3.11 Thuật toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện rẽ nhánh50
Hình 3.12 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây truyền tải rẽ nhánh đồng nhất52
Hình 3.13. Mô hình mô phỏng đường dây rẽ nhánh............................................................53
Hình 3.14 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47]...........55
Hình 3.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47]...........57
viii

Hình 3.16 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47]...........59
Hình 4.1 Thuật toán đánh giá ảnh hưởng sai số của đo lường đến kết quả định vị sự cố. ..63
Hình 4.2 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây không đồng nhất.............65
Hình 4.3 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào. ............................66
Hình 4.4 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố ˗ SJ, RJ, TJ khác nhau thông số..........69
Hình 4.5 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào .............................70
Hình 4.6 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - SJ, TJ khác thông số RJ....................74
Hình 4.7 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào .............................74
Hình 4.8 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đường dây rẽ nhánh đồng nhất. ........78
Hình 4.9 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào. ............................78

ix


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Việc xác định chính xác điểm sự cố trên đường dây truyền tải điện mang một ý nghĩa thiết
thực đối với hệ thống truyền tải điện; định vị chính xác điểm sự cố sẽ làm giảm thời gian
ngừng cấp điện với các sự cố duy trì, giảm nhân công huy động tìm kiếm vị trí sự cố và góp
phần nâng cao độ tin cậy của lưới điện truyền tải.
a. Qui trình tìm kiếm vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đang được áp dụng
tại các công ty truyền tải điện Việt Nam
• Khi có sự cố trên đường dây, hệ thống rơle bảo vệ tại trạm biến áp sẽ cắt điện đường
dây đó và thực hiện tự đóng lại; đồng thời chức năng báo khoảng cách của các rơle
bảo vệ khoảng cách hoặc bảo vệ so lệch sẽ báo vị trí sự cố tính theo km từ vị trí đặt
điểm đo của rơle.
• Sự cố có thể là thoáng qua hoặc duy trì, tuy nhiên theo qui định hiện hành các đội
quản lý đường dây đều phải tìm kiếm và xác định vị trí cũng như loại sự cố để có

các giải pháp tránh sự cố tương tự có thể lặp lại hoặc có thể nhanh chóng thay thế
các trang thiết bị hỏng hóc.
• Thông thường các đơn vị quản lý đường dây cần phải cử nhân công đến vị trí cột
tương ứng với khoảng cách sự cố rơle đã báo và chia thành hai nhóm để tìm kiếm
về hai phía. Tại các vị trí cột đều cần phải kiểm tra bằng mắt thường xem có hư
hỏng hay bất thường. Quá trình tìm kiếm tiếp diễn cho đến khi nào tìm được vị trí
sự cố thực thì sẽ chụp ảnh ghi nhận và báo cáo.
b. Các khó khăn còn tồn tại
• Chức năng báo khoảng cách sự cố của các rơle bảo vệ khoảng cách thường báo vị
trí sự cố với sai số tương đối lớn. Sai số của vị trí sự cố trong nhiều trường hợp có
thể lên tới nhiều kilômét. Số liệu thống kê ở một số nước cho thấy cho thấy sai số
gặp phải có thể từ 0,5÷2% [57], với đường dây dài 300km thì sai số ±1% tương
đương với việc phải đi tìm kiếm trong phạm vi 6 kilômét (khoảng 20 khoảng cột).
• Các đường dây truyền tải điện thường đi qua các địa hình đồi núi hoặc xa dân cư,
xa đường giao thông (lưới điện truyền tải khu vực phía Tây Bắc). Do vậy rất nhiều
trường hợp phải mất tới cả ngày để tìm chính xác một vị trí sự cố với lượng nhân
công từ 4÷6 người.
c. Các nguyên nhân kỹ thuật có thể liên quan tới việc định vị sự cố không chính xác
Phân tích các yếu tố đầu vào của các thuật toán định xác định điểm sự cố cho thấy sai
số về đo lường và mô hình đường dây sử dụng trong các thuật toán là các yếu tố chính
ảnh hưởng tới sai số của kết quả định vị:
• Các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là tín hiệu điện
áp và dòng điện đo lường từ các đầu đường dây truyền tải điện, vì vậy khi có sai số
đo lường thì kết quả định vị sự cố sẽ gặp phải sai số. Trong đó, sai số đo lường bao
gồm:
 Sai số của thiết bị biến đổi: theo tiêu chuẩn IEC60044_1_1996 về sai số của máy
biến điện áp (VT) và IEC60044_2_1997 cho máy biến dòng điện (CT), thiết bị
biến đổi có thể có sai số lớn nhất ±10% đối với CT và ±6% đối với VT. Do đó
sai số của các thiết bị này có ảnh hưởng đáng kể đến độ chính xác của phương
pháp định vị, độ không đồng nhất của sai số cũng là yếu tố có thể có ảnh hưởng

lớn đến kết quả định vị sự cố. Tuy nhiên, sai số của thiết bị biến đổi có tính chất
1


xác suất do vậy sai số của thiết bị biến đổi không thể loại bỏ mà chỉ có thể đánh
giá ảnh hưởng của sai số này đến kết quả định vị sự cố. Vì vậy, việc nghiên cứu
phương pháp đánh giá ảnh hưởng sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố là
cần thiết để xác định định lượng các yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến thuật toán
định vị, từ đó có thể đưa ra các quy định về sai số của thiết bị đo lường, cũng như
cải tiến các thuật toán định vị sự cố, hoặc khuyến cáo về sai số gặp phải khi sử
dụng các thuật toán định vị sự cố. Hiện nay có một số nghiên cứu như trong [7],
[8], [9] sử dụng mạng nơ ron hoặc mạng nơ ron kết hợp logic mờ sử dụng một
tập lớn các mẫu huấn luyện nhằm mục đích giảm sai số tuy nhiên hiệu quả đạt
được vẫn là vấn đề cần quan tâm, đồng thời các nghiên cứu theo hướng này yêu
cầu số lượng lớn bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện để huấn
luyện mạng nơ ron và đây là yêu cầu rất khó đáp ứng trong thực tế.
 Sai số do hiện tượng bão hòa CT: khi CT bị bão hòa thì số liệu dòng điện đo
lường không còn chính xác làm ảnh hưởng đến kết quả định vị sự cố. Để khắc
phục hiện tượng bão hòa CT, một số tài liệu sử dụng phân tích Prony hoặc phương
pháp bình phương cực tiểu kết hợp biến đổi Fourier rời rạc với mục đích khôi
phục dạng sóng bão hòa như đã được tổng kết trong bài báo đã công bố số [4,5]
của luận án. Tuy nhiên, kết quả phục hồi dạng sóng dòng điện của các thuật toán
này bị ảnh hưởng bởi tần số lấy mẫu của tín hiệu, số lượng hài có trong tín hiệu...
 Sai số do tín hiệu đo lường từ các phía đường dây không được đồng bộ: điện trở
sự cố là yếu tố bất định có ảnh hưởng đáng kể đến kết quả định vị sự cố của các
thuật toán sử dụng tín hiệu đo lường từ một phía; và để không bị ảnh hưởng bởi
điện trở sự cố các nghiên cứu hiện nay tập trung vào các thuật toán sử dụng tín
hiệu đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây. Vì vậy, nếu tín hiệu không
được đồng bộ thì kết quả định vị sự cố sẽ bị sai lệch, và hiện này có một số nghiên
cứu tập trung vào phương pháp đồng bộ tín hiệu đo lường từ các phía như đã

được tổng kết trong các công trình đã công bố số [1,3,6] của luận án.
 Sai số do tín hiệu đo lường có thành phần một chiều (DC): nếu tín hiệu đo lường
có thành phần DC thì khi sử dụng biến đổi Fourier để xác định phasor của tín
hiệu điện áp và dòng điện sẽ gặp phải sai số, từ đó kết quả định vị sự cố sẽ sai
lệch do đầu vào của thuật toán định vị là phasor của tín hiệu đo lường. Các nghiên
cứu đã đề xuất các phương pháp như bộ lọc Kalman hoặc bộ lọc mô phỏng số kết
hợp DFT như được tổng kết trong công trình đã công bố [2] của luận án, để lọc
bỏ thành phần DC góp phần nâng cao độ chính xác của các thuật toán định vị sự
cố.
• Mô hình đường dây được sử dụng trong các thuật toán định vị là yếu tố có ảnh
hưởng lớn đến kết quả định vị sự cố:
 Phần lớn các thuật toán định vị sự cố sử dụng mô hình đường dây thông số tập
trung vì khối lượng tính toán không nhiều, tính toán đơn giản và thường được sử
dụng cho đường dây ngắn, tuy nhiên kết quả định vị sẽ gặp sai số, vì theo tài liệu
[1] nếu đường dây có chiều dài 100km thì sai số của mô hình thông số tập trung
khoảng 0,2% so với mô hình thông số rải và sai số tăng nhanh theo chiều dài
đường dây.
 Các thuật toán định vị của rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số hiện có đều sử
dụng các biến thể của phương pháp tổng trở nhằm xác định vị trí sự cố trên đường
dây tải điện, sử dụng các tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ một phía đầu
đường dây. Về mặt toán học, đây là mô hình không chính xác, do tổng trở biểu
kiến khi nhìn từ một phía đường dây phụ thuộc vào vị trí sự cố, điện trở sự cố,

2








đường dây truyền tải có nhiều nguồn cũng như trào lưu công suất giữa hai phía
đường dây trước khi xảy ra sự cố.
Thông số đường dây có thể coi là một đại lượng có tính bất định, đặc biệt là thành
phần tổng trở thứ tự không phụ thuộc rất nhiều vào điện trở của đất. Trên thực
tế, thông số của đường dây tải điện có sự khác biệt nhất định dọc theo tuyến
đường dây. Do vậy, các thuật toán định vị sử dụng mô hình tính toán với giả thiết
đường dây đồng nhất khi áp dụng định vị sự cố cho các mô hình đường dây thực
tế thì kết quả định vị sẽ bị sai số.
Lưới truyền tải điện hiện nay vẫn còn một số đường dây có rẽ nhánh; lý do của
việc rẽ nhánh các đường dây có thể do yêu cầu đấu nối cấp điện cho phụ tải mới
ở giữa đường dây hoặc có các nhà máy điện đấu nối lên lưới. Các đường dây rẽ
nhánh này có thể sử dụng cùng chủng loại dây với đường dây chính hoặc có thể
sử dụng loại dây khác. Việc xuất hiện đường dây có rẽ nhánh gây nhiều khó khăn
cho việc cài đặt chỉnh định các rơle bảo vệ khoảng cách; đồng thời khi đường
dây không đồng nhất thì việc định vị sự cố gặp sai số lớn do các rơle chỉ cho phép
cài đặt với một bộ thông số tổng trở đường dây.
Các kỹ sư tính toán chỉnh định rơle thường không thể có được số liệu chính xác
của thông số của các đường dây, vì thông số của đường dây truyền tải điện thường
khó xác định được chính xác do chịu nhiều yếu tố ảnh hưởng như điện trở suất
của các vùng đất dọc đường dây thay đổi, đường dây có các phân đoạn sử dụng
chủng loại dây khác nhau... và để xác định thông số đường dây, các công ty điện
lực có thể áp dụng các phương pháp như:
- Sử dụng các công thức tính toán thông số đường dây [6]. Tuy nhiên, xác
định thông số đường dây theo phương pháp này có thể gặp phải sai số do
các phép tính trung gian (ví dụ như tính điện kháng đường dây phải qua
một loạt phép tính trung gian như khoảng cách xà cột, chủng loại đường
dây, lộ đơn hay lộ kép, đường dây điện có dây dẫn phân pha…, tính dung
dẫn thì phải sử dụng một loạt các công thức tính toán xét đến ảnh hưởng

của đất, đường dây có dây chống sét…), vì vậy khi áp dụng công thức
tính toán thì thông số đường dây sẽ gặp sai số so với thông số thực tế của
đường dây.
- Sử dụng thiết bị đo lường thông số đường dây như OMICRON CPC 100,
tuy nhiên sai số tổng trở đường dây đo được khoảng 5% so với kết quả
tính toán [29] do các yếu tố như: khi đo lường thông số để khắc phục
nhiễu từ các hệ thống mang điện khác, thông số đo lường được thực hiện
với nguồn có tần số 30Hz và 70Hz, và giá trị trung bình của hai phép đo
chính là tổng trở đường dây ở tần số 50Hz; mô hình đường dây được áp
dụng để xác định thông số đường dây là mô hình thông số tập trung có độ
chính xác nhỏ hơn mô hình đường dây thông số rải [1]...
Phần lớn các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là
thông số chính xác của đường dây, vì vậy khi thông số đường dây không chính
xác thì vị trí sự cố tính được sẽ bị sai số.

Từ những phân tích nêu trên cho thấy hướng nghiên cứu với mục tiêu chính xác hóa mô
hình đường dây – sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ các phía đường dây – cho bài toán
định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện là hướng nghiên cứu phù hợp và việc lựa
chọn luận án “Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thuộc
lưới điện phức tạp” là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng đối với các công ty đang vận hành,
quản lý lưới điện truyền tải.
3


2. Mục tiêu, đối tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu
Đề xuất được các thuật toán định vị sự cố không yêu cầu biết chính xác thông số đường
dây, có sai số kết quả định vị sự cố phù hợp với tính toán lý thuyết. Thuật toán định vị sự cố
có khả năng áp dụng cho các đường dây thuộc lưới điện phức tạp.
Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là thuật toán định vị sự cố áp dụng cho các đường dây truyền tải
điện với đặc điểm như sau:
•

•

Thuật toán định vị sự cố mà dữ liệu đầu vào không yêu cầu biết trước thông số của
đường dây. Giải pháp này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của thông số đường dây không
chính xác và nâng cao độ chính xác định vị sự cố. Thuật toán định vị sự cố chỉ sử
dụng thành phần thứ tự thuận của tín hiệu điện áp và dòng điện vì thế có thể áp
dụng định vị cho mọi loại sự cố và không yêu cầu thuật toán phân loại sự cố.
Đánh giá được ảnh hưởng của các sai số đo lường do các biến điện áp và biến dòng
điện gây ra đối với kết quả định vị sự cố khi sử dụng thuật toán được đề xuất nghiên
cứu.

Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của luận án tập trung nghiên cứu là thuật toán định vị sự cố áp dụng
cho các đường dây truyền tải điện với đặc điểm như sau:
•
•
•

Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây truyền tải điện không rẽ nhánh, có
hai phân đoạn đường dây sử dụng chủng loại dây khác nhau. Đường dây truyền tải
điện hoán vị hoàn toàn.
Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đường dây tải điện có rẽ nhánh, các đoạn
đường dây có thể có chủng loại dây đồng nhất hoặc không. Đường dây truyền tải
điện hoán vị hoàn toàn.
Tín hiệu đo dòng điện và điện áp tại các đầu đường dây được đồng bộ về mặt thời
gian (các rơle tại các đầu đường dây được đồng bộ thời gian qua hệ thống đồng hồ

GPS).

Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều cách tiếp cận:
•
•
•

Sử dụng phân tích tổng quan để tìm hướng phát triển của nghiên cứu
Sử dụng các phân tích lý thuyết để xây dựng các công thức và thuật toán.
Kiểm chứng tính hiệu quả của các thuật toán được đề xuất thông qua kết quả mô
phỏng.

Ý nghĩa khoa học
•
•
•

Nghiên cứu giải quyết được bài toán nâng cao độ chính xác định vị sự cố trên đường
dây truyền tải điện theo hướng chính xác hóa mô hình đường dây.
Mở rộng được phạm vi áp dụng cho cả các đường dây với chủng loại dây không
đồng nhất và có rẽ nhánh/không rẽ nhánh.
Đánh giá được ảnh hưởng của sai số do các máy biến áp đo lường gây ra đến kết
quả định vị sự cố. Phương pháp đánh giá dựa trên mô phỏng Monte Carlo.

4


Ý nghĩa thực tiễn
Kết quả nghiên cứu nâng cao độ chính xác định vị sự cố với các thuật toán đề xuất

và có khả năng áp dụng với các đường dây thuộc lưới điện phức tạp có ý nghĩa thực
tiễn cao. Ngoài ra, khi áp dụng các thuật toán này trong thực tế sẽ không yêu cầu
phải đầu tư thêm nhiều các thiết bị phần cứng, và chủ yếu thu thập dữ liệu bản ghi
sự cố về trung tâm xử lý số liệu, do vậy có tính khả thi để triển khai và phù hợp với
điều kiện của kinh tế - xã hội của Việt Nam.

3. Các đóng góp mới của luận án
Nội dung của luận án đã tập trung nghiên cứu tính toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên
đường dây truyền tải điện đơn không đồng nhất và mở rộng cho đường dây rẽ nhánh không
đồng nhất. Luận án đã đạt được một số kết quả nghiên cứu có thể được tóm lược như sau:
Đóng góp 1:
Đề xuất được các thuật toán tính toán cho bài toán định vị sự cố trí sự cố xảy ra trên
đường dây truyền tải điện không đồng nhất, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường
đồng bộ từ các phía của đường dây. Dữ liệu đầu vào thuật toán không yêu cầu thông số của
đường dây. Giải pháp này sẽ loại trừ được ảnh hưởng của thông số đường dây không chính
xác và nâng cao độ chính xác định vị sự cố.
Đây cũng là kết quả có ý nghĩa thực tế quan trọng, vì thông số của các đường dây bao
gồm các phần tự cảm và hỗ cảm, vì vậy rất khó để xác định chính xác và thường lấy theo
kinh nghiệm. Việc hiệu chỉnh lại thông số đường dây trước khi tiến hành định vị sự cố cho
phép nâng cao độ chính xác của thuật toán, đồng thời cập nhật lại thông số của đường dây
truyền tải cho các bài toán kỹ thuật có sử dụng thông số đường dây.
Đóng góp 2
Mở rộng được phạm vi áp dụng của thuật toán cho cả đường dây truyền tải điện có rẽ
nhánh, các đoạn đường dây có thể có chủng loại dây đồng nhất hoặc không. Sai số của kết
quả định vị sự cố của phương pháp được đề xuất phù hợp với tính toán lý thuyết.
Đóng góp 3:
Đề xuất được thuật toán đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường tới kết quả định vị sự
cố. Phương pháp phân tích dựa trên mô phỏng Monte-Carlo với các kịch bản khác nhau của
sai số đo lường dòng điện và điện áp. Kết quả của mô phỏng Monte-Carlo cho thấy các
phương pháp đề xuất có độ tin cậy tương đối cao, với sai số tối đa kết quả định vị sự cố đạt

ở mức chấp nhận được khi tín hiệu đo lường gặp phải sai số ±5%.

4. Cấu trúc nội dung của luận án
Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án được trình
bày trong 5 chương và phụ lục, cụ thể:
Mở đầu: Trình bày các vấn đề chung của luận án: Tính cấp thiết của đề tài; mục tiêu, đối
tượng, phương pháp và phạm vi nghiên cứu; các đóng góp của luận án.

5


Chương 1: Tổng quan
Giới thiệu tổng quát về các thuật toán định vị sự cố đối với đường dây tải điện đã được
công bố trong và ngoài nước. Phân tích các ưu và nhược điểm của các nghiên cứu đã có này,
từ đó đề xuất hướng nghiên cứu mới để khắc phục các vấn đề còn tồn tại.
Chương 2: Phương pháp định vị sự cố cải tiến áp dụng với đường dây đơn không
đồng nhất
Trình bày thuật toán đề xuất để định vị sự cố trên đường dây tải điện có hai phân đoạn sử
dụng chủng loại dây khác nhau. Ưu điểm của thuật toán đề xuất là dữ liệu đầu vào không
yêu cầu thông số đường dây, do đó giảm được sai số định vị sự cố. Các kết quả mô phỏng
kiểm chứng tính đúng đắn của đề xuất và kết quả so sánh với các phương pháp khác cùng
được trình bày trong chương này.
Chương 3: Phương pháp định vị sự cố không biết trước thông số đường dây áp dụng
với đường dây dây truyền tải điện rẽ nhánh không đồng nhất chủng loại dây
Trình bày thuật toán đề xuất định vị sự cố áp dụng cho các đường dây tải điện có rẽ nhánh,
các nhánh sử dụng chủng loại dây khác nhau. Ưu điểm của thuật toán đề xuất tương tự như
thuật toán ở Chương 2, tuy nhiên mở rộng được khả năng áp dụng cho các đường dây có rẽ
nhánh.
Chương 4: Đánh giá ảnh hưởng của sai số đo lường đến kết quả định vị sự cố
Trình bày phương thức tính toán, đánh giá sai số định vị có thể gặp khi xét tới sai số của

các biến dòng điện và biến điện áp. Phương pháp đánh giá sử dụng mô phỏng Monte Carlo.
Qua việc đánh giá được sai số có thể xác định được mức độ tin cậy của kết quả thu được và
mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới.
Chương 5: Kết luận và kiến nghị
Đánh giá tổng hợp các kết quả đã đạt được và so sánh với các mục tiêu nghiên cứu đã đề
ra; đồng thời đề xuất các hướng nghiên cứu trong tương lai để khắc phục các hạn chế còn
tồn tại trong luận án.

6


1. TỔNG QUAN

Tóm lược nội dung: Nội dung chương giới thiệu tổng quát về các thuật toán
định vị sự cố đối với đường dây tải điện đã được công bố trong và ngoài nước.
Phân tích các ưu và nhược điểm của các nghiên cứu đã có này, từ đó đề xuất
hướng nghiên cứu mới để khắc phục các vấn đề còn tồn tại.

1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước
Các nghiên cứu trong nước liên quan tới thuật toán định vị sự cố trên đường dây tải điện
được công bố còn khá ít và tập trung theo các hướng sau:
Nghiên cứu [7] sử dụng mạng nơron truyền thẳng nhiều lớp (MLP) kết hợp với phân tích
Wavelet để định vị sự cố. Ưu điểm của thuật toán là sai số định vị sự cố nhỏ (kết quả mô
phỏng có sai số lớn nhất khoảng 1,49% với đường dây dài 118,5km). Nhược điểm thuật toán
cần có số lượng bản ghi đủ lớn để huấn luyện mạng. Nghiên cứu đề xuất sử dụng tới 2136
bản ghi sự cố cho một đường dây, đây là yêu cầu rất khó đáp ứng được trong thực tế.
Nghiên cứu [8], [9] sử dụng mạng nơ ron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy training
of Sugeno-type - ANFIS) là sự kết hợp giữa mạng nơ ron và hệ suy diễn mờ để định vị sự
cố. Ưu điểm và nhược điểm của thuật toán gần tương tự như nghiên cứu [7].
Nghiên cứu [2] phân tích, đánh giá phương pháp định vị sự cố được sử dụng trong các

rơle kỹ thuật số Schneider P132, P443. Thuật toán định vị có xét đến thành phần dòng điện
tải trước lúc sự cố và thông số của nguồn phía đầu đường dây đối diện. Thuật toán làm việc
chính xác khi điện trở sự cố có giá trị nhỏ và thông số tổng trở đường dây biết chính xác.
Nghiên cứu [3] trình bày các phương pháp định vị sự cố của các hãng rơle như SEL,
TOSHIBA và GE. Các phương pháp được phân tích có khả năng áp dụng cho đường dây
truyền tải có rẽ nhánh và có nguồn cấp từ các phía. Tuy nhiên, cả 3 thuật toán được trình bày
đều dựa trên giả thiết biết trước thông số chính xác của đường dây.
Nghiên cứu [4] trình bày phương pháp sử dụng phần mềm phân tích sự cố SIGRA 4 của
Siemens để phân tích và định vị sự cố. Thuật toán định vị dựa trên các bản ghi sự cố từ hai
đầu đường dây; tín hiệu dòng điện và điện áp đo được tại hai đầu có thể được đồng bộ về
mặt thời gian hoặc không. Nghiên cứu này mang tính áp dụng.

1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Phần tổng quan về nghiên cứu ngoài nước sẽ tập trung phân tích chi tiết về các công trình đã
công bố có liên quan tới hướng nghiên cứu của đề tài.

7


Thuật toán định vị sự cố áp dụng đường dây đơn đồng nhất với yêu cầu biết
chính xác thông số đường dây
Các nghiên cứu về thuật toán định vị sự cố trên đường dây tải điện đã được công bố trên rất
nhiều bài báo, phần lớn các nghiên cứu tập trung vào bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường
dây truyền tải đồng nhất, với yêu cầu dữ liệu đầu vào các thuật toán là thông số chính xác
của đường dây, và một vài thuật toán yêu cầu dữ liệu về tổng trở nguồn phát hai đầu đường
dây.
Nghiên cứu [26] trình bày thuật toán điện kháng đơn áp dụng định vị sự cố xảy ra trên
đường dây truyền tải điện đồng nhất hình 1.1, sử dụng tín hiệu đo lường điện áp và dòng
điện từ một đầu đường dây. Thuật toán thì đơn giản, dễ dàng lập trình, tuy nhiên kết quả
định vị bị sai số bởi giá trị của điện trở sự cố, dòng điện của tải và dữ liệu đầu vào của thuật

toán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây. Thuật toán [26] được tóm lược như sau:

Hình 1.1 Đường dây truyền tải đồng nhất
Trong đó: Vsf ,Vrf , I sf , I rf điện áp và dòng điện trong sự cố đo lường từ điểm S, R; l chiều
dài đường dây.
Nghiên cứu [26] đề xuất phương trình xác định vị trí sự cố như sau:
d

imag(Vsf / Isf )
imag(Z1 )

(1.1)

Trong đó: d khoảng cách từ điểm S đến vị trí sự cố F; Z1 – tổng trở thứ tự thuận của đường
dây; imag – trích phần ảo của số phức; Vsf , Isf , ΔIsf được tra theo bảng 1.1.
Bảng 1.1 Định nghĩa Vsf , Isf , ΔIsf cho các loại sự cố
Loại sự cố
Vsf
Isf
ΔIsf
AG
Vaf
Iaf + kIg0
Iaf – Iapre
BG
Vbf
Ibf + kIg0
Ibf – Ibpre
CG
Vcf

Icf + kIg0
Icf – Icpre
AB,ABG,ABC Vaf – Vbf Iaf – Ibf (Iaf – Iapre) – (Ibf – Ibpre)
BC,BCG,ABC Vbf – Vcf Ibf – Icf (Ibf – Ibpre) – (Icf – Ibpre)
CA,CAG,ABC Vcf – Vaf Icf – Iaf (Icf – Icpre) – (Iaf – Iapre)
Trong đó k = Z0/Z1 – 1
Trong đó: Vaf ,Vbf ,Vcf ,Iaf ,Ibf ,Icf điện áp và dòng điện của pha A, B, C trong sự cố; Iapre
Ibpre Icpre dòng điện của pha A, B, C trước sự cố.
Để khắc phục các hạn chế của thuật toán [26], nghiên cứu [58], [62], [69] trình bày thuật
toán định vị sự cố Takagi, là thuật toán cải tiến so với thuật toán được trình bày trong [26],
thuật toán Takagi sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường trước sự cố và trong sự cố,
vì thế kết quả định vị của thuật toán không bị ảnh hưởng bởi dòng điện của tải, điện trở sự
cố. Thuật toán định vị sự cố Takagi đề xuất phương trình sau để xác định vị trí sư cố:
d

imag(Vsf   I sf )
imag(Z1  I sf   I sf )

(1.2)

8


Nghiên cứu [16], [41] đưa ra các chỉ số để đánh giá các bộ lọc DC, từ đó đưa ra khuyến
nghị sử dụng bộ lọc số mô phỏng kết hợp DFT hoặc phương pháp lọc Kalman cải tiến ứng
dụng lọc DC là hiệu quả nhất và mô phỏng rơ le khoảng cách bằng phần mềm MATLAB,
áp dụng thuật toán định vị sự cố cho đường dây đơn đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lường từ
một đầu đường dây và yêu cầu phải biết trước thông số đường dây.
Nghiên cứu [65], [67] trình bày thuật toán định vị sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện
đo lường từ hai đầu đường dây, trong đó thuật toán [65], [67] chỉ sử dụng thành phần thứ tự

nghịch của tín hiệu điện áp và dòng điện vì thế thuật toán không bị ảnh hưởng bởi dòng điện
của tải, tính bất định của tổng trở thứ tự không của đường dây truyền tải điện, điện trở sự
cố… Tuy nhiên, thuật toán [65], [67] chỉ áp dụng được cho kiểu sự cố không đối xứng vì chỉ
sử dụng thành phần thứ tự nghịch của tín hiệu đo lường, và dữ liệu đầu vào của thuật toán
yêu cầu phải biết chính xác thông số đường dây.
Nghiên cứu [45] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đồng
nhất, sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây và mô
hình đường dây thông số rải. Thuật toán đề xuất phương trình toán học để phát hiện, và xác
định vị trí sự cố, thuật toán cũng đề xuất phương pháp để phân biệt giữa sự cố thoáng qua
và sự cố duy trì để tránh tự động đóng lại khi có sự cố duy trì. Tuy nhiên, thuật toán này yêu
cầu phải biết trước thông số chính xác của đường dây truyền tải điện.
Nghiên cứu [20] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải. Thuật
toán yêu cầu dữ liệu đầu vào là thông số đường dây, tổng trở nguồn ở hai đầu đường dây và
tín hiệu điện áp đo lường đồng bộ từ hai đầu đường dây mà không yêu cầu tín hiệu dòng
điện. Vì vậy, thuật toán định vị sự cố không bị ảnh hưởng bởi bão hòa của máy biến dòng
điện đo lường, nhưng thuật toán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây, và yêu cầu biết
chính xác tổng trở nguồn phát ở hai đầu đường dây là rất khó đáp ứng trong thực tế.
Nghiên cứu [30] áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải đồng nhất, thuật
toán chỉ sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ một đầu đường dây, thông số và
mô hình tập trung của đường dây truyền tải điện. Nghiên cứu đề xuất thuật toán định vị có
khả năng áp dụng định vị cho đường dây đơn đồng nhất, mở rộng áp dụng cho đường dây
song song, và cũng đề xuất phương pháp bù sai số định vị khi đường dây truyền tải có hai
nguồn sử dụng tổng trở nguồn phát ở hai đầu đường dây.
Nghiên cứu [22], [36] đề xuất phương trình cân bằng điện tại điểm sự cố sử dụng tín hiệu
đo lường từ hai đầu và áp dụng thuật toán lặp Newton-Raphson để xác định góc đồng bộ tín
hiệu và xác định vị trí sự cố xảy trên đường dây truyền tải, trong đó nghiên cứu [36] trình
bày thuật toán áp dụng xác định nghiệm ban đầu – góc đồng bộ tín hiệu – cho thuật toán lặp,
đảm bảo cho thuật toán lặp hội tụ về nghiệm chính xác. Tuy nhiên, thuật toán [22], [36] chỉ
áp dụng để định vị sự cố cho đường dây đồng nhất và dữ kiện đầu vào của thuật toán yêu
cầu phải biết trước thông số đường dây.

Nghiên cứu [25] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải sử
dụng phân bố điện áp. Thuật toán xác định điện áp tại điểm sự cố sử dụng tín hiệu đo lường
từ hai đầu, và giao điểm của phân bố điện áp là vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải,
thuật toán chỉ sử dụng biên độ của điện áp vì thế kết quả định vị không bị ảnh hưởng trong
trường hợp tín hiệu đo lường từ hai đầu không được đồng bộ chính xác. Tuy nhiên, thuật
toán [25] chỉ áp dụng được cho đường dây truyền tải đồng nhất và dữ kiện đầu vào của thuật
toán yêu cầu phải biết trước thông số đường dây.
Nghiên cứu [49] trình bày phương pháp định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải
điện sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ. Nghiên cứu [49] đề xuất thuật toán xác định
9


góc đồng bộ tín hiệu; và sử dụng phương trình phân bố điện áp tại điểm sự cố từ đó đưa ra
công thức xác định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, kết quả định vị sự cố
của thuật toán đề xuất không bị ảnh hưởng bởi điện trở sự cố, và tín hiệu trước sự cố. Tuy
nhiên, thuật toán chỉ áp dụng cho đường dây truyền tải đơn đồng nhất và yêu cầu biết trước
thông số đường dây.
Nghiên cứu [37] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố sử dụng tín hiệu điện áp và
dòng điện đo lường không đồng bộ từ hai đầu đường dây. Thuật toán đề xuất phương trình
xác định góc đồng bộ tín hiệu đo lường từ hai phía đường dây. Tuy nhiên, thuật toán [37]
yêu cầu phải biết trước thông số đường dây, kết hợp với thuật toán phân loại sự cố, và chỉ
áp dụng cho đường dây đồng nhất.
Nghiên cứu [59] trình bày thuật toán định vị sự cố trên đường dây truyền tải, sử dụng tín
hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ hai đầu đường dây từ đó thành lập phân bố điện áp tại
điểm sự cố xác định từ tín hiệu đo lường của hai đầu đường dây và giao điểm của hai phân
bố điện áp là vị trí xảy ra sự cố trên đường dây. Thuật toán chỉ sử dụng biên độ của điện áp
tại điểm sự cố vì vậy thuật toán không yêu cầu tín hiệu điện áp và dòng điện phải đo lường
đồng bộ, nhưng nghiên cứu [59] yêu cầu phải biết trước thông số đường dây.
Điểm chung của các nghiên cứu này là:
•

•
•
•

Giải pháp sử dụng tín hiệu đo từ các phía luôn cho kết quả định vị sự cố chính xác
hơn so với chỉ sử dụng tín hiệu đo lường từ một phía;
Các mô hình đường dây đều giả thiết là đối xứng và đảo pha hoàn toàn; Việc kiểm
chứng đều dựa trên mô phỏng EMTP, MATLAB;
Chủ yếu sử dụng thành phần thứ tự thuận của dòng điện và điện áp đo được để
tính toán định vị sự cố: mục đích là giảm thiểu ảnh hưởng của hỗ cảm thứ tự không
khi có sự cố chạm đất, và không yêu cầu thuật toán phân loại sự cố.
Các tính toán đều phải yêu cầu biết chính xác tổng trở đường dây. Vì vậy, kết quả
định vị sự cố của các thuật toán này sẽ gặp phải sai số do quá trình tính toán thông
số đường dây phải qua một loạt các phép tính trung gian [6]; nếu sử dụng thiết bị
đo lường thông số đường dây như OMICRON CPC 100 thì kết quả định vị vẫn
gặp phải sai số do sai số đo lường [29].

Thuật toán định vị sự cố không yêu cầu thông số đường dây áp dụng với đường
dây đơn đồng nhất
Các nghiên cứu trình bày ở phần trên đều yêu cầu dữ liệu đầu vào các thuật toán định vị là
thông số chính xác của đường dây. Tuy nhiên, trong thực tế thông số đường dây thường
không biết chính xác, vì thế sẽ ảnh hưởng đến tính chính xác của kết quả định vị sự cố. Vì
vậy, trong những năm vừa qua đã có một số nghiên cứu tập trung bài toán định vị sự cố xảy
ra trên đường dây truyền tải điện không yêu cầu biết trước thông số đường dây.
Thuật toán [23] định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện đồng nhất như hình
1.1, sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ và không yêu cầu biết trước thông số đường
dây, sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ từ hai phía đường dây truyền tải điện, thuật
toán đề xuất hệ phương trình để xác định đồng thời: vị trí sự cố, góc đồng bộ tín hiệu, tổng
trở sóng và hệ số truyền sóng của đường dây. Tuy nhiên thuật toán [23] chỉ áp dụng cho
đường dây truyền tải đơn đồng nhất. Thuật toán [23] được tóm lược như sau:

Điện áp và dòng điện thứ tự thuận trước sự cố đo lường từ điểm S và điểm R phải thỏa
mãn biểu thức sau:
10


Vs1e j  = cosh(l)Vr1 + Zcsinh( l)I r1

(1.3)

Vr1e  j  = cosh( l)Vs1 + Z csinh( l)I s1

(1.4)

Trong đó: Vs1, Is1, Vr1, Ir1 điện áp và dòng điện thứ tự thuận trước sự cố đo lường từ điểm
S, R; Zc = Z1 / Y1 = x1 + jx2 tổng trở sóng;  = Z1Y1 = x3 + jx4 hệ số truyền sóng;  = x 5
góc đồng bộ tín hiệu.
Khi sự cố ngắn mạch xảy ra, điện áp tại điểm sự cố tính toán sử dụng số liệu đo lường từ
hai điểm S, R phải bằng nhau:
cosh ( d )Vrf1 + Z c sinh ( d ) I rf1 = cosh ( ( l - d ) )Vsf1 + Z c sinh ( ( l - d ) ) I sf1  e j (1.5)

Trong đó: Vsf1, Isf1, Vrf1, Irf1 điện áp và dòng điện thứ tự thuận trong sự cố đo lường từ
điểm S, R ; d = x6 khoảng cách từ điểm S đến điểm sự cố F.
Giải hệ phương trình (1.3), (1.4), (1.5), được: Zc = x1 + jx2 , 

= x 3 + jx 4

,  = x 5 , d = x6

Nghiên cứu [13] trình bày thuật toán xác định thành phần thứ tự không, thứ tự thuận, thứ
tự nghịch của tổng trở đường dây sử dụng bản ghi sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải

điện, tuy nhiên thuật toán chỉ dừng lại ở bài toán xác định thông số đường dây mà chưa giải
quyết bài toán định vị sự cố.
Nghiên cứu [61] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện
sử dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ và không yêu cầu biết trước thông số đường dây.
Nghiên cứu đề xuất và so sánh thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện
sử dụng thuật toán lặp và không sử dụng thuật toán lặp. Tuy nhiên, thuật toán chỉ áp dụng
cho đường dây truyền tải đơn đồng nhất, và yêu cầu sử dụng thuật toán phân loại sự cố.
Nghiên cứu [43] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền
tải. Sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường không đồng bộ từ hai đầu đường dây,
thuật toán [43] đề xuất hệ phương trình và sử dụng phương pháp lặp để xác định góc đồng
bộ tín hiệu, vị trí sự cố và thông số đường dây. Tuy nhiên, trong trường hợp không có tín
hiệu đo lường trước sự cố, thuật toán định vị chỉ áp dụng được cho loại sự cố không đối
xứng và yêu cầu phải có thuật toán phân loại sự cố.
Nghiên cứu [27], [28] thuật toán sử dụng mô hình đường dây thông số tập trung và sử
dụng tín hiệu đo lường không đồng bộ đo lường từ hai đầu đường dây. Thuật toán có hai
bước: đồng bộ lại các tín hiệu đo từ hai đầu đường dây và xác định thông số đường dây; xác
định vị trí sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện đồng nhất.
Nghiên cứu [14] giới thiệu thuật toán định vị sự cố mà không yêu cầu sử dụng thông số
đường dây. Thuật toán gồm hai bước: giả thiết dung dẫn của đường dây bằng không từ đó
đồng bộ sơ bộ tín hiệu đo lường và tính toán vị trí sự cố; dùng thuật toán lặp để tìm vị trí sự
cố chính xác. Tuy nhiên, thuật toán [14] sử dụng đầy đủ đại lượng ba pha của tín hiệu điện
áp, dòng điện, tổng trở và tổng dẫn của đường dây vì thế phương pháp này có khối lượng
tính toán lớn và khó lập trình.
Nghiên cứu [51], [64], [66] đưa ra thuật toán định vị sự cố đơn giản, chỉ sử dụng tín hiệu
điện áp và dòng điện đo lường không cần đồng bộ từ hai đầu đường dây. Tuy nhiên, thuật
toán [51], [64] cần sử dụng kết hợp với thuật toán phân loại sự cố; thuật toán [66] sử dụng
thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch của tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ hai
11

đầu đường dây để xác định vị trí sự cố, do đó thuật toán chỉ áp dụng được cho các dạng sự
cố không đối xứng.
Nghiên cứu [52] đề xuất thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện
không yêu cầu biết trước thông số đường dây, vì thế có thể xem thuật toán đề xuất thuộc lớp
các thuật toán không phụ thuộc thông số. Tuy nhiên, thuật toán [52] chỉ áp dụng định vị cho
các loại sự cố không đối xứng. Hiện nay, các công ty điện lực thường sử dụng phương pháp
tính toán thông số đường dây như trong tài liệu [6], hoặc sử dụng thiết bị đo lường thông số
đường dây như OMICRON CPC 100 [29]. Tuy nhiên, thông số đường dây của cả hai phương
pháp này đều gặp phải sai số do sai số của các phép tính trung gian hoặc sai số đo lường. Vì
thế, các thuật toán xác định vị trí sự cố không yêu cầu biết trước thông số đường dây thì
chính xác và linh hoạt hơn các thuật toán định vị sự cố yêu cầu phải biết thông số đường
dây. Tuy nhiên, các thuật toán được tổng quan trong phần này chỉ áp dụng định vị sự cố với
đường dây đơn đồng nhất.
Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây đơn không đồng nhất với yêu
cầu biết chính xác thông số đường dây
Trong những năm vừa qua đã có một số công trình nghiên cứu và sách tham khảo [54] được
công bố liên quan đến bài toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải không rẽ nhánh
và có nhiều chủng loại dây (để ngắn gọn thì trong luận án qui ước gọi là đường dây đơn
không đồng nhất).
Nghiên cứu [48] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải không
đồng nhất hình 1.2, và thuật toán có khả năng áp dụng cho định vị cho sự cố xảy ra trên
đường dây song song. Thuật toán sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường đồng bộ
từ các phía của đường dây, mô hình đường dây thông số rải để nâng cao tính chính xác của
thuật toán từ đó đưa ra phương trình xác định chính xác vị trí sự cố, và đây là ưu điểm của
thuật toán so với các thuật toán sử dụng thuật toán lặp. Tóm lược thuật toán [48] như sau:

Hình 1.2 Đường dây không đồng nhất
Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC:




1  l
1 l

Vscf = e 1 1 Vsf + Zc1I sf   e 1 1 Vsf - Zc1I sf 


2
2




1
1

 e 1l1 V + Z I   1 e 1l1 V - Z I 

I scf =

sf
c1
sf
sf
c1
sf

Zc1  2
2





Trong đó: Z c1 =

(1.6)

Z 1 / Y1 và 1 = Z1Y1 là tổng trở đặc tính và hệ số truyền sóng; Z1

và Y1 là tổng trở và tổng dẫn thứ tự thuận của đoạn SC; l1 là chiều dài phân đoạn SC.
Xác định chỉ số vị trí sự cố d1:

d1 =

ln N 2 / M 2 
2 2l2

(1.7)

M2 và N2 được xác định như sau:
12




1
1
 l

M 2 = Vscf + Z c2 I scf  e 2 2  Vrf + Z c2 I rf 


2
2


1
1
 l

N 2 = Vrf - Z c2 I rf   Vscf - Z c2 I scf  e 2 2


2
2


Trong đó: Z c2 =

(1.8)

Z 2 / Y2 và 2 = Z2Y2 là tổng trở đặc tính và hệ số truyền sóng; Z2

và Y2 là tổng trở và tổng dẫn thứ tự thuận của đoạn RC; l2 là chiều dài phân đoạn RC.
Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC:



1 l
1  l


Vrcf = e 2 2 Vrf + Zc2 I rf  + e 2 2 Vrf - Zc2 I rf 


2
2




1
1

 e 2l2 V + Z I   1 e 2l2 V - Z I 

I rcf =

rf
c2
rf
rf
c2
rf

Zc 2  2
2





(1.9)

Xác định chỉ số vị trí sự cố d2:

d2 =

ln N1 / M1 
2 1l1

(1.10)

M1 và N1 được xác định như sau:


1
1
 l

M 1 = Vsf + Z c1I sf  e 1 1  Vrcf + Z c1I rcf 

2
2


1
1
l

N 1 = Vrcf - Z c1I rcf   Vsf - Z c1I sf e 1 1



2
2


(1.11)

Nếu d2<0 và 0≤d1<1: sự cố xảy ra trên RC, vị trí sự cố là d1; nếu 0≤d2<1 và d1>1: sự cố
xảy ra trên SC, vị trí sự cố là d2.
Nghiên cứu [33] trình bày thuật toán sử dụng phân bố điện áp thứ tự nghịch của tín hiệu
đo lường từ hai đầu đường dây. Điện áp thứ tự nghịch tại điểm sự cố sẽ bằng nhau khi tính
tới từ hai đầu đường dây. Việc sử dụng thành phần thứ tự nghịch có ưu điểm là giảm được
ảnh hưởng của hỗ cảm giữa các pha, điện trở sự cố, tải và hệ thống không đồng nhất. Tuy
nhiên cần phải xác định loại sự cố trước khi định vị và thuật toán chỉ áp dụng định vị cho
các loại sự cố không đối xứng.
Nghiên cứu [44] trình bày thuật toán cải tiến của [48] áp dụng định vị sự cố xảy ra trên
đường dây truyền tải không đồng nhất, và thuật toán có khả năng áp dụng cho định vị cho
sự cố xảy ra trên đường dây rẽ nhánh. Tuy nhiên, thuật toán [44] và [48] đều yêu cầu dữ liệu
đầu vào là thông số chính xác của các phân đoạn đường dây, và kết quả định vị sự cố của
thuật toán gặp sai số khi tín hiệu đo lường không được đồng bộ.
Nghiên cứu [31] trình bày phương pháp định vị sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải
đồng nhất và đường dây không đồng nhất, sử dụng tín hiệu đo lường đồng bộ từ hai đầu
đường dây. Thuật toán đề xuất phương trình xác định vị trí sự cố và không yêu cầu thuật
toán lặp. Tuy nhiên, các thuật toán đều phải yêu cầu biết chính xác thông số đường dây, vì
vậy kết quả định vị sự cố các thuật toán này sẽ gặp phải sai số do các phép tính trung gian
trong quá trình tính toán thông số đường dây [6]; hoặc nếu sử dụng thiết bị đo thông số
đường dây thì kết quả định vị sự cố vẫn gặp phải sai số do sai số đo lường [29].
13

Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đường dây truyền tải điện rẽ nhánh với
yêu cầu biết chính xác thông số đường dây
Trên lưới truyền tải điện có thể gặp một số đoạn đường dây có rẽ nhánh, lý do của việc rẽ
nhánh các đường dây có thể do yêu cầu đấu nối cấp điện cho phụ tải ở giữa đường dây hoặc
có các nhà máy điện nhỏ đấu nối lên lưới. Việc xuất hiện các đường dây rẽ nhánh này gây
nhiều khó khăn cho công tác định vị sự cố và thiết kế các hệ thống rơle bảo vệ. Trong những
năm vừa qua đã có một số bài báo được công bố liên quan đến bài toán định vị sự cố xảy ra
trên đường dây truyền tải có rẽ nhánh như được tổng kết ở phần tiếp sau.
Nghiên cứu [47] trình bày thuật toán định vị sự cố cho đường dây rẽ nhánh đồng nhất có
ba đầu cuối sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo lường từ ba đầu cuối hình 1.3, và thuật
toán có thể áp định vị cho đường dây song song có rẽ nhánh. Thuật toán sử dụng tín hiệu
điện áp và dòng điện đo lường đồng bộ từ các phía của đường dây, mô hình đường dây thông
số rải để nâng cao tính chính xác của thuật toán từ đó đưa ra phương trình xác định chính
xác vị trí sự cố, và đây là ưu điểm của thuật toán so với các thuật toán sử dụng thuật toán
lặp. Tóm lược thuật toán [47] như sau:

Hình 1.3 Đường dây rẽ nhánh
Xác định điện áp và dòng điện tại điểm nối J sử dụng tín hiệu điện áp và dòng điện đo
lường từ đầu S, từ đó xác định chỉ số vị trí sự cố Ds:



1  l
1 l

Vjsf = e b Vsf + Zc I sf  + e b Vsf  Zc I sf 


2
2






 1 e la V + Z I   1 e la V  Z I  / Z

I
=

sf'
sf
c sf
sf
c sf 
c
2

2





(1.12)

Trong đó: Z c  Z / Y và   ZY là tổng trở đặc tính và hệ số truyền sóng; Z và Y
là tổng trở và tổng dẫn thứ tự thuận của đường dây.
Áp dụng định luật Kirchkoff tại điểm nối J, được:

I jsf = I sf' + I tf'

(1.13)

 1 l

1 l
I tf' =  e c Vtf + ZcI tf   e c Vtf  ZcI tf  / Zc
2

2



(1.14)

Trong đó:

Xác định chỉ số vị trí sự cố Ds:
Ds = ln N s / M s  / 2 lb 

(1.15)

14