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)

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

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƢỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2017


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

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƢỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 62520202

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƢỜI HƢỚNG 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 đƣợc trình bày trong luận án này là thành quả
nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chƣa từng xuất hiện
trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt đƣợc là chính xác và trung thực.
Hà Nội, ngày 29 tháng 08 năm 2017
XÁC NHẬN CỦA TẬP THỂ HƢỚNG DẪN
GV. HƢỚNG DẪN 1

GV. HƢỚNG 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 hƣớng dẫn khoa học
trực tiếp, TS. Nguyễn Xuân Tùng và TS. Nguyễn Đức Huy đã trực tiếp hƣớng dẫn, định
hƣớng 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 trƣờng 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 trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Vĩnh Long,
Ban Chủ nhiệm khoa Điện – Điện tử đã tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tác giả đƣợc 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 l ng mình xin bày tỏ l ng biết ơn đến các
Ông bà nội ngoại hai bên của con tôi và ngƣời 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
Tr
ang
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ........................................................................... ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1

1.

1.

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

2.

Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng 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 nƣớc ............................................................................... 7
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc ............................................................................... 7
1.2.1. Thuật toán định vị sự cố áp dụng đƣờng dây đơn đồng nhất với yêu
cầu biết chính xác thông số đƣờng dây .............................................................................. 8
1.2.2. Thuật toán định vị sự cố không yêu cầu thông số đƣờng dây áp dụng
với đƣờng dây đơn đồng nhất ........................................................................................... 10
1.2.3. Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đƣờng dây đơn không đồng
nhất với yêu cầu biết chính xác thông số đƣờng dây........................................................ 12
1.2.4. Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đƣờng dây truyền tải điện rẽ
nhánh với yêu cầu biết chính xác thông số đƣờng dây ..................................................... 14
1.2.5. Đánh giá ảnh hƣởng của sai số đo lƣờng đến kết quả định vị sự cố ............... 16
1.3. Những vấn đề c n tồn tại và hƣớng nghiên cứu ....................................................... 17

2. THUẬT TOÁN ĐỊNH VỊ SỰ CỐ CẢI TIẾN ÁP DỤNG VỚI ĐƢỜNG
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 đƣờng dây không
đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lƣờng từ hai phía đầu đƣờng dây ......................................... 18
2.2.1. Mạng hai cửa tƣơng đƣơng của đƣờng dây không đồng nhất ........................ 18
2.2.2. Thuật toán xác định thông số của các phân đoạn thuộc đƣờng dây
đơn không đồng nhất ........................................................................................................ 20
2.3. Thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu đo lƣờng từ hai phía đầu đƣờng
dây ........................................................................................................................................ 27
2.3.1. Bƣớc 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC .......................................... 27
iii


2.3.2. Bƣớc 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC ......................................... 28
2.3.3. Bƣớc 3: Xác định vị trí sự cố .......................................................................... 29
2.4. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây
truyền tải điện không đồng nhất ........................................................................................... 30
2.4.1. Kết quả định vị sự cố ...................................................................................... 31
2.4.2. So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với kết quả định
vị sự cố của thuật toán [48] .............................................................................................. 31
2.5. Kết luận ..................................................................................................................... 33
3. PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ KHÔNG BIẾT TRƢỚC THÔNG SỐ
ĐƢỜNG DÂY ÁP DỤNG VỚI ĐƢỜNG DÂY DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RẼ
NHÁNH KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHỦNG LOẠI DÂY ........................................................ 34
3.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................. 34
3.2. Thuật toán xác định thông số đƣờng dây của đƣờng dây rẽ nhánh không
đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lƣờng từ ba đầu đƣờng dây .................................................. 34
3.2.1. Mạng hai cửa tƣơng đƣơng của đƣờng dây rẽ nhánh ..................................... 34
3.2.2. Trƣờng hợp các phân đoạn của đƣờng dây rẽ nhánh có thông số

đƣờng dây khác nhau ........................................................................................................ 35
3.3. Thuật toán xác định vị trí sự cố cho đƣờng dây rẽ nhánh không đồng nhất
sử dụng tín hiệu đo lƣờng từ ba đầu đƣờng dây ................................................................... 50
3.3.1. Bƣớc 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ ........................................... 50
3.3.2. Bƣớc 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ .......................................... 50
3.3.3. Bƣớc 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ........................................... 51
3.3.4. Bƣớc 4: Xác định vị trí sự cố .......................................................................... 51
3.4. Thuật toán xác định thông số đƣờng dây đồng thời định vị sự cố áp dụng
với đƣờng dây rẽ nhánh, các phân đoạn có cùng chủng loại dây, sử dụng một bản
ghi sự cố................................................................................................................................ 52
3.4.1. Bƣớc 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ ........................................... 52
3.4.2. Bƣớc 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ .......................................... 52
3.4.3. Bƣớc 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ........................................... 53
3.4.4. Bƣớc 4: Xác định thông số đƣờng dây và vị trí sự cố .................................... 53
3.5. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây
truyền tải điện rẽ nhánh ........................................................................................................ 54
3.5.1. Trƣờng hợp đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh có các phân đoạn sử
dụng các chủng loại dây khác nhau .................................................................................. 55
3.5.2. Trƣờng hợp đƣờng dây rẽ nhánh có hai phân đoạn có cùng thông số
đƣờng dây nhƣng khác thông số của phân đoạn thứ ba.................................................... 57
3.5.3. Trƣờng hợp các phân đoạn của đƣờng dây rẽ nhánh có thông số
đƣờng dây giống nhau ...................................................................................................... 59
3.6. Kết luận ..................................................................................................................... 61
4.

ĐÁNH GIÁ ẢNH HƢỞNG CỦA SAI SỐ ĐO LƢỜNG ĐẾN KẾT QUẢ
iv


ĐỊNH VỊ SỰ CỐ ...................................................................................................................... 63

4.1. Cơ sở đề xuất phƣơng pháp ...................................................................................... 63
4.2. Mô phỏng Monte Carlo............................................................................................. 64
4.3. Đánh giá ảnh hƣởng sai số đo lƣờng đến kết quả định vị sự cố của thuật
toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện không đồng nhất .............. 65
4.3.1. Kịch bản mô phỏng ......................................................................................... 66
4.3.2. Đặc tính thống kê ............................................................................................ 66
4.4. Đánh giá ảnh hƣởng sai số đo lƣờng đến kết quả định vị sự cố của thuật
toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh ...................................... 70
4.4.1. Trƣờng hợp các phân đoạn thuộc đƣờng dây rẽ nhánh có thông số
đƣờng dây khác nhau ........................................................................................................ 70
4.4.2. Trƣờng hợp hai phân đoạn có cùng thông số đƣờng dây nhƣng khác
thông số của phân đoạn thứ ba ......................................................................................... 74
4.4.3. Trƣờng hợp các phân đoạn thuộc đƣờng dây rẽ nhánh sử dụng cùng
chủng loại dây................................................................................................................... 78
4.5. Kết luận ..................................................................................................................... 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 84
1.

Đóng góp khoa học của luận án ............................................................................... 84

2.

Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo ................................................................. 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 86
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................................ 91
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 92
A.1. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện
không đồng nhất ................................................................................................................... 92
A.2. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ

nhánh: Trƣờng hợp phân đoạn SJ, RJ, TJ có thông số có thông số đƣờng dây khác
nhau ...................................................................................................................................... 96
A.3. Kết quả định vị sƣ cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh:
Trƣờng hợp phân đoạn SJ, TJ có cùng thông số đƣờng dây nhƣng khác thông số
đƣờng dây của phân đoạn RJ ................................................................................................ 98
A.4. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh:
Trƣờng hợp đƣờng dây rẽ nhánh đồng nhất, phân đoạn SJ, RJ, TJ có cùng thông
số đƣờng dây....................................................................................................................... 100
A.5. Phƣơng trình (2.48) ................................................................................................ 102
A.6. Phƣơng trình (3.103) .............................................................................................. 106
A.7. Phƣơng trình (3.105) .............................................................................................. 118
A.8. Phƣơng trình (3.111) .............................................................................................. 126
A.9. Phƣơng trình (3.112) .............................................................................................. 128
A.10. Phƣơng trình (3.113) ............................................................................................ 129
v


vi


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

D ng 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 d ng điện (Current transformer)

d

Vị trí sự cố

DC

D ng 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 đƣờng 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 đƣờng dây

γ

Hệ số truyền sóng của đƣờng dây

vii


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. ..................................................................... 30

Bảng 2.2 Thông số phân đoạn CR, l2=20km........................................................................ 30
Bảng 2.3 Thông số nguồn. ................................................................................................... 30
Bảng 2.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây không đồng nhất. ........................... 31
Bảng 3.1 Thông số nguồn. ................................................................................................... 54
Bảng 3.2. Thông số phân đoạn SJ. ....................................................................................... 54
Bảng 3.3. Thông số phân đoạn RJ. ...................................................................................... 54
Bảng 3.4. Thông số phân đoạn TJ. ...................................................................................... 55
Bảng 3.5. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây rẽ nhánh không đồng nhất. ........... 55
Bảng 3.6. Kết quả định vị sự cố trên đƣờng dây có thông số SJ, TJ khác RJ. .................... 57
Bảng 3.7. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây rẽ nhánh đồng nhất. ...................... 59
Bảng 4.1 Sai số giới hạn của máy biến d ng điện [34]. ...................................................... 65
Bảng 4.2 Sai số giới hạn của máy biến điện áp [35]............................................................ 65
Bảng 4.3 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đƣờng dây không đồng nhất. ................ 67
Bảng 4.4 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC. ................................................................. 68
Bảng 4.5 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG. .............................................................. 69
Bảng 4.6 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. .............................................................. 69
Bảng 4.7 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đƣờng dây rẽ nhánh không đồng nhất. . 72
Bảng 4.8 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC. ................................................................. 72
Bảng 4.9 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG. .............................................................. 73
Bảng 4.10 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................ 74
Bảng 4.11 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – SJ, TJ khác thông số RJ. .................... 76
Bảng 4.12 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC. ............................................................... 77
Bảng 4.13 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG. ............................................................ 77
Bảng 4.14 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................ 78
Bảng 4.15 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố AG – đƣờng dây rẽ nhánh đồng nhất. .......... 80
Bảng 4.16 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BC. ............................................................... 81
Bảng 4.17 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố BCG. ............................................................ 81
Bảng 4.18 Chỉ số thống kê đối với loại sự cố ABC. ............................................................ 82

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Đƣờng dây truyền tải đồng nhất ............................................................................. 8
Hình 1.2 Đƣờng dây không đồng nhất ................................................................................. 12
Hình 1.3 Đƣờng dây rẽ nhánh .............................................................................................. 14
Hình 2.1. Đƣờng dây truyền tải không đồng nhất. .............................................................. 19
Hình 2.2. Nối tiếp mạng hai cửa. ......................................................................................... 19
Hình 2.3 Bản ghi sự cố xảy ra trên đƣờng dây 220kV Hƣng 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 đƣờng dây không đồng nhất khi sự cố F1 xảy ra trên SC. ..... 22
Hình 2.6 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F2.......................................................... 23
Hình 2.7 Mạng hai cổng của đƣờng 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 đƣờng dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên RC. ..... 24
Hình 2.10 Thuật toán xác định thông số đƣờng dây không đồng nhất. ............................... 27
Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC. ......................................................................... 27
Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC.......................................................................... 28
Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây không đồng nhất. .................... 29
Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đƣờng dây không đồng nhất. ............................................... 30
Hình 2.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [48]........... 32
Hình 3.1 Đƣờng dây truyền tải rẽ nhánh. ............................................................................ 34
Hình 3.2 Mô hình mạng hai cửa đƣờng dây rẽ nhánh. ........................................................ 35
Hình 3.3 Sự cố trên phân đoạn SJ. ....................................................................................... 40
Hình 3.4. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn SJ. ........................................... 40
Hình 3.5 Sự cố trên phân đoạn RJ. ...................................................................................... 42
Hình 3.6. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn RJ. ........................................... 42
Hình 3.7. Sự cố trên phân đoạn TJ....................................................................................... 45
Hình 3.8. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn TJ. ........................................... 45
Hình 3.9 Thuật toán xác định thông số đƣờng dây rẽ nhánh không đồng nhất. .................. 48

Hình 3.10 Thuật toán xác định thông số đƣờng dây rẽ nhánh – SJ, TJ thông số khác RJ. . 49
Hình 3.11 Thuật toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh 51
Hình 3.12 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đƣờng dây truyền tải rẽ nhánh đồng nhất 53
Hình 3.13. Mô hình mô phỏng đƣờng dây rẽ nhánh. ........................................................... 54
Hình 3.14 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] ........... 56
Hình 3.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] ........... 58
ix


Hình 3.16 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] ........... 60
Hình 4.1 Thuật toán đánh giá ảnh hƣởng sai số của đo lƣờng đến kết quả định vị sự cố. .. 64
Hình 4.2 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đƣờng dây không đồng nhất. ............ 66
Hình 4.3 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào. ............................ 67
Hình 4.4 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố ˗ SJ, RJ, TJ khác nhau thông số. ......... 70
Hình 4.5 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào ............................. 71
Hình 4.6 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - SJ, TJ khác thông số RJ. ................... 75
Hình 4.7 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào ............................. 75
Hình 4.8 Hàm mật độ phân bố sai số định vị sự cố - đƣờng dây rẽ nhánh đồng nhất. ........ 79
Hình 4.9 Phân tích độ nhạy kết quả định vị sự cố với các biến ngõ vào. ............................ 79

x


Luận án đầy đủ ở file: Luận án full