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

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

TRƯƠNG TUẤN ANH

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội - 2014


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

TRƯƠNG TUẤN ANH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện 
Mã số:
62520202 

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

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

Hà Nội - 2014


Mở đầu

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi dựa trên những hướng 
dẫn của tập thể hướng dẫn khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên 
cứu là trung thực và chưa cơng bố trên bất cứ một cơng trình nào khác. 
 
                                     Nghiên cứu sinh 
 
 
 
                                  TRƯƠNG TUẤN ANH 

- i -


Mở đầu

LỜI CẢM ƠN
Trong  q  trình  làm  luận  án,  tơi  đã  nhận  được  nhiều  ý  kiến  đóng  góp  từ  các  thầy 
giáo, cơ giáo, các anh chị và các bạn đồng nghiệp. 
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến PGS.TSKH. Trần Hồi Linh, TS. Phạm Hồng Thịnh 
và  Hội  đồng  Khoa  học  của  Bộ  mơn  Hệ  thống  điện  ­  Viện  Điện  ­  Trường  Đại  học  Bách 
khoa Hà Nội. 
Tơi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cơ giáo ở Bộ mơn Hệ thống điện ­ Viện 
Điện ­ Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và các đồng nghiệp ở Trung tâm Thí nghiệm, 

Khoa Điện ­ Trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp Thái Ngun và gia đình đã có những 
ý kiến đóng góp q báu và tạo các điều kiện thuận lợi cho tơi trong q trình hồn thành 
luận án. 
Tơi  xin  chân thành cảm ơn  Ban Giám hiệu Trường Đại  học Kỹ thuật Công nghiệp 
Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo và bồi dưỡng sau đại học ­ Trường 
Đại học Bách khoa Hà Nội, xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Bách 
khoa  Hà  Nội.  Tôi  xin  chân  thành  cảm  ơn  Xưởng  thí  nghiệm  Cơng  ty  Truyền  tải  điện  1, 
Tổng Cơng ty Truyền tải điện Quốc gia ­ Tập đồn ĐLVN... đã tạo nhiều điều kiện tốt nhất 
về mọi mặt để tơi hồn thành luận án này. 
 
                                          Tác giả luận án 
 
 
 
                                        TRƯƠNG TUẤN ANH 

- ii -


Mở đầu

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................... i 
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................................ ii 
MỤC LỤC ............................................................................................................................iii 
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT...................................................................................... vi 
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU........................................................................................ vii 
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................viii 
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1 
1. Tính cấp thiết của đề tài................................................................................................. 1 

2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................................... 2 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 3 
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài....................................................................... 3 
5. Những đóng góp của luận án......................................................................................... 4 
6. Bố cục của luận án......................................................................................................... 5 
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN 
ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN..................................................................................................... 7 
1.1. Ý nghĩa của bài tốn xác định vị trí sự cố .................................................................. 7 
1.2. Một số phương pháp xác định vị trí sự cố .................................................................. 8 
1.3. Phương pháp tính tốn dựa trên trở kháng ................................................................. 8 
1.4. Phương pháp sử dụng sóng lan truyền ..................................................................... 12 
1.5. Phương pháp sử dụng mạng nơron nhân tạo ............................................................ 15 
1.6. Kết luận chương 1 .................................................................................................... 18 
Chương 2: CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT TRONG LUẬN ÁN .......................................... 19 
2.1. Sơ đồ khối tổng thể ước lượng vị trí sự cố ............................................................... 19 
2.2. Mạng nơron MLP và ứng dụng ước lượng vị trí sự cố............................................. 21 
2.2.1. Mạng nơron MLP hoạt động độc lập ước lượng vị trí sự cố ............................. 21 
2.2.2. Mạng nơron MLP phối hợp song song với một thuật tốn tổng trở (thuật tốn 
mơ phỏng trên máy tính, thuật tốn tích hợp trong rơle khoảng cách thực tế)............ 21 
2.3. Phần mềm ATP/EMTP và ứng dụng để tạo mẫu số liệu.......................................... 23 
2.4. Hợp bộ thí nghiệm CMC­356 thử nghiệm kết quả tác động của rơle khoảng cách 
thực tế .............................................................................................................................. 24 

- iii -


Mở đầu
2.5. Mạng nơron MLP và ứng dụng để xác định dạng sự cố và ước lượng điện trở sự cố
......................................................................................................................................... 25 
2.6. Kết luận Chương 2.................................................................................................... 25 

Chương 3: CÁC CƠNG CỤ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
............................................................................................................................................. 26 
3.1. Phần mềm mơ phỏng ATP/EMTP............................................................................ 26 
3.2. Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha CMC 356 ­ OMICRON ...................................... 28 
3.3. Wavelet và ứng dụng trong phân tích tín hiệu.......................................................... 31 
3.3.1. Phân tích phổ của tín hiệu sử dụng biến đổi Fourrier........................................ 31 
3.3.2.  Phân tích phổ bằng wavelet (sóng nhỏ)............................................................ 34 
3.3.3. Thuật tốn phân tích tín hiệu bằng wavelet....................................................... 41 
3.4. Mạng nơron nhân tạo và ứng dụng xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện.... 43 
3.4.1. Mơ hình nơron nhân tạo của McCulloch ­ Pitts ................................................ 43 
3.4.2. Cấu trúc mạng MLP .......................................................................................... 51 
3.4.3. Q trình học của mạng MLP ........................................................................... 54 
3.4.4. Lựa chọn số nơron lớp ẩn để tránh mạng học q khớp (overfitting) và mạng 
học khơng đủ (underfitting)......................................................................................... 58 
3.5. Kết luận Chương 3.................................................................................................... 63 
Chương 4: CÁC KẾT QUẢ MƠ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN............................................. 64 
4.1. ATP/EMTP mơ phỏng ngắn mạch trên đường dây .................................................. 64 
4.1.1. Mơ hình đường dây mơ phỏng trong luận án .................................................... 64 
4.1.2. Kịch bản mơ phỏng trong ATP/EMTP.............................................................. 65 
4.1.3. Một số dạng ngắn mạch được mơ phỏng trong ATP/EMTP............................. 67 
4.2. Kết quả xác định thời điểm xuất hiện sự cố ............................................................. 69 
4.3. Kết quả ước lượng vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố ................................... 76 
4.3.1. Trích xuất số liệu và các thơng tin đặc trưng .................................................... 76 
4.3.2. Đánh giá, lựa chọn các đầu vào cho mạng MLP ............................................... 78 
4.3.3. Mạng nơron MLP ước lượng vị trí sự cố, dạng sự cố và điện trở sự cố............ 82 
4.4. Kết luận Chương 4.................................................................................................... 99 
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN......................................................................... 100 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 102 
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐàCƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN............................. 110 

- iv -


Mở đầu
PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 111 
Phụ lục 1. Thơng số đường dây 110kV n Bái ­ Khánh Hịa ..................................... 111 
Phụ lục 2. Phiếu chỉnh định Rơle và thiết bị tự động đường dây 110kV n Bái ­ Khánh 
Hịa ................................................................................................................................ 112 
Phụ lục 3. Thơng số cài đặt trong mơ hình ATP/EMTP ............................................... 114 

- v -


Mở đầu

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

AG0 

Ngắn mạch 1 pha 

AB0 

Ngắn mạch 2 pha 

ABG 

Ngắn mạch 2 pha chạm đất 

ABC 

Ngắn mạch 3 pha 

AD 

Bộ chuyển đổi tương tự/ số 

BU 

Máy biến điện áp 

BI 

Máy biến dịng điện 

CMC­356 

Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 

EVN (Vietnam Electricity) 

Tập đồn điện lực Việt Nam 

ATP/EMTP (Alternative Transients
Programme/ Electro- Magnetic
Transients Program) 

Chương trình nghiên cứu q độ 
điện từ 

MLP (Multi Layer Perceptron) 

Mạng nơron MLP 

NCS 

Nghiên cứu sinh 

PC 

Máy tính cá nhân 

KTS 

Kỹ thuật số 

- vi -


Mở đầu

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thiết bị Nippon xác định vị trí sự cố trên đường dây 220 kV Thái Ngun ­ Hà 
Giang ................................................................................................................................... 14
Bảng 3.1. Khả năng mơ phỏng của ATP/EMTP ................................................................. 27
Bảng 3.2. Một số phần tử sử dụng trong luận án................................................................. 28
Bảng 4.1. Kết quả chạy mơ phỏng ứng với tần số khác nhau ............................................. 74

Bảng 4.2. Kết quả thử nghiệm với một số dạng Wavelet khác nhau .................................. 75
Bảng 4.3: Số lượng đặc tính tương ứng với các ngưỡng cắt ............................................... 80
Bảng 4.4: Tổng hợp các kết quả sử dụng rơle khoảng cách thực tế (7SA522) và dùng mạng 
nơron MLP để giảm các sai số của rơle khoảng cách thực tế 7SA522 ............................... 93
Bảng 4.5: Tổng hợp các kết quả sử dụng rơle khoảng cách ảo và dùng mạng nơron MLP để 
giảm các sai số của rơle khoảng cách ảo ............................................................................. 93
Bảng 4.6: Tổng hợp các kết quả dùng mạng nơron MLP ước lượng trực tiếp vị trí sự cố . 94
Bảng 4.7: So sánh các kết quả sử dụng rơle khoảng cách (Rơle ảo và rơle thực tế) dùng 
mạng MLP để giảm các sai số về vị trí sự cố ...................................................................... 94
Bảng 4.8: Tổng hợp các kết quả ước lượng vị trí sự cố ...................................................... 94
Bảng PL1.1. Thơng số cột đường dây 110kV n Bái ­ Khánh Hịa ............................... 111

- vii -


Mở đầu

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
 
Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện 
kháng đơn .............................................................................................................................. 9 
Hình 1.2: Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn................ 10 
Hình 1.3: Sơ đồ minh họa phương pháp sử dụng sóng lan truyền xác định vị trí sự cố ..... 12 
Hình 2.1: Sơ đồ khối tổng thể phương pháp phân tích và xử lý tín hiệu đầu đường dây để 
xác định vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố. ............................................................. 20 
Hình 2.2: Ý tưởng mơ hình hoạt động độc lập mạng MLP................................................. 21 
Hình 2.3: Ý tưởng mơ hình hoạt động song song rơle với mạng MLP............................... 22 
Hình 2.4: Q trình tạo mẫu để xác định các thơng số của các mơ hình............................. 23 
Hình 2.5: Sơ đồ khối ghép nối giữa các thiết bị trong hệ thống thử nghiệm hoạt động của 
rơle bằng thiết bị CMC­356................................................................................................. 24 

Hình 2.6: Ý tưởng mơ hình hoạt động các mạng MLP xác định vị trí sự cố, xác định dạng 
sự cố và ước lượng điện trở sự cố ....................................................................................... 25 
Hình 3.1: Giao diện ATP­Draw........................................................................................... 27 
Hình 3.2: Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha cơng suất lớn CMC­356................................. 28 
Hình 3.3: Giao diện phần mềm điều khiển Test Universe V2.30........................................ 29 
Hình 3.4: a) Giao diện sử dụng Transplay; b,c) 6 tín hiệu điện áp và dịng điện cho trường 
hợp ví dụ YB_AG0_00_00_010_S100.wav........................................................................ 30 
Hình 3.5: Kết nối máy tính với hợp bộ thí nghiệm CMC­356 và rơle 7SA522 .................. 31 
Hình 3.6: Phổ Fourrier biên độ của tín hiệu điều hịa (a) tín hiệu gốc, (b) phổ biên độ ........... 32 
Hình 3.7: Phổ Fourier của tín hiệu bất định (a) tín hiệu gốc, (b) phổ biên độ) ................... 33 
Hình 3.8: Minh họa hàm có độ rộng hữu hạn...................................................................... 34 
Hình 3.9: Hàm co dãn (trên) và hàm sinh (dưới) của wavelet Haar.................................... 35 
Hình 3.10: Một số wavelet kinh điển .................................................................................. 36 
Hình 3.11: Cấu trúc các bước liên tiếp phân tích một tín hiệu ban đầu thành các thành phần 
chi tiết và xấp xỉ .................................................................................................................. 37 
Hình 3.12: Kết quả phân tích tín hiệu tuần hồn theo họ wavelet Daubechies bậc 4 (trên 
cùng bên trái: tín hiệu gốc, các cửa sổ cịn lại: các thành phần tách ra được)..................... 37 

- viii -


Mở đầu
Hình 3.13: Kết quả phân tích tín hiệu bất định bằng họ wavelet Daubechies 4 (phía trên 
bên trái: tín hiệu gốc, các hình cịn lại: các thành phần tách ra được từ tín hiệu ban đầu).. 38 
Hình 3.14: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin() khơng có nhiễu ....................................... 39 
Hình 3.15: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 1% về biên độ tại thời điểm t=60 
theo 4 bậc wavelet Haar....................................................................................................... 40 
Hình 3.16: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 2% về tần số tại thời điểm t=60
............................................................................................................................................. 41 
Hình 3.17: Mơ hình nơron chi tiết (trái) và biểu diễn đơn giản hóa (phải) ......................... 44 

Hình 3.18: Mơ hình nơron với phân cực bias là đầu vào x0: chi tiết (trái) và rút gọn (phải)
............................................................................................................................................. 45 
Hình 3.19: Hàm truyền đạt tansig với các hệ số dốc a khác nhau....................................... 46 
Hình 3.20: Hệ xây dựng mơ hình xấp xỉ một đối tượng  cho trước (phối hợp sử dụng sai số 
đầu ra  e  y  d ) ................................................................................................................ 47 
Hình 3.21: Mơ hình mạng MLP với 1 lớp ẩn (a) và hai lớp ẩn (b) ..................................... 52 
Hình 3.22: Cấu trúc mạng MLP với một lớp vào, một lớp  ẩn và một lớp ra ..................... 53 
Hình 3.23: Đặc tính miêu tả sự phụ thuộc trung bình của E_học và E_kiểmtra vào độ phức 
tạp của mơ hình ................................................................................................................... 61 
Hình 3.24: Ba vùng với chất lượng học và kiểm tra khác nhau .......................................... 61 
Hình 3.25: Ví dụ minh họa chất lượng tái tạo hàm số dựa trên một số điểm mẫu cho trước
............................................................................................................................................. 62 
Hình 4.1: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch đường dây n Bái ­ Khánh Hịa trong ATP/EMTP
............................................................................................................................................. 64 
Hình 4.2: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 1 pha (AG0), Rsc = 0(Ω) ........................................ 67 
Hình 4.3: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 1 pha (AG0), Rsc = 1, 2, 3, 4, 5(Ω) ........................ 67 
Hình 4.4: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 2 pha (AB0), Rsc = 0(Ω) ........................................ 67 
Hình 4.5: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 2 pha (AB0), Rsc = 1, 2, 3, 4, 5(Ω) ........................ 68 
Hình 4.6: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 2 pha chạm đất (ABG), Rsc = 0(Ω)........................ 68 
Hình 4.7: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 2 pha chạm đất (ABG), Rsc = 1, 2, 3, 4, 5(Ω)........ 68 
Hình 4.8: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 3 pha (ABC), Rsc = 0(Ω)........................................ 69 
Hình 4.9: Sơ đồ mơ phỏng ngắn mạch 3 pha (ABC), Rsc = 1, 2, 3, 4, 5(Ω)........................ 69 

- ix -


Mở đầu
Hình 4.10: Hàm sinh và hàm co dãn Daubechies bậc 3 ...................................................... 70 
Hình 4.11: Kết quả phân tích dịng pha A thành 5 thành phần cơ bản đầu tiên theo các 
wavelet Daubechies bậc 3.................................................................................................... 70 

Hình 4.12: Kết quả phân tích thành phần d1 của 3 dịng pha theo các wavelet Daubechies 
bậc 3..................................................................................................................................... 71 
Hình 4.13: Kết quả phân tích thành phần d1 của 3 điện áp pha theo các wavelet Daubechies 
bậc 3..................................................................................................................................... 72 
Hình 4.14: Kết quả phân tích thành phần d1 của dịng pha A theo các wavelet Daubechies 
bậc 3 với các tần số lấy mẫu tín hiệu khác nhau từ 100Hz tới 1MHz................................. 73 
Hình 4.15: Ví dụ về thành phần d1 của một tín hiệu và hình ảnh phóng to thể hiện các chi 
tiết trong tín hiệu ................................................................................................................. 74 
Hình 4.16: Phân bố các sai số xác định thời điểm xuất hiện sự cố từ thành phần d1 của 6 tín 
hiệu đầu đường dây ............................................................................................................. 76 
Hình 4.17: Minh họa về việc trích 20 mẫu giá trị tức thời xung quanh thời điểm xuất hiện 
sự cố để làm đặc tính tính tốn ............................................................................................ 77 
Hình 4.18: Ví dụ về phổ Fourier của một tín hiệu và các dải tần số được sử dụng để tính 
tốn đặc tính ........................................................................................................................ 78 
Hình 4.19: 3 ví dụ về các giá trị của hệ số tương quan: a) Hệ số tương quan dương cao, b) 
Hệ số tương quan âm cao, c) Hệ số tương quan thấp. ......................................................... 79 
Hình 4.20: Biểu đồ 144 giá trị tức thời các hệ số tương quan giữa các đặc tính với tín hiệu 
đầu ra ................................................................................................................................... 80 
Hình 4.21: Kết quả tối ưu hóa giảm sai số hàm mục tiêu trong q trình học của mạng 
nơron được lựa chọn trong đề tài......................................................................................... 82 
Hình 4.22: Kết quả sử dụng mạng MLP học trực tiếp cho tập hợp 1424 mẫu vị trí sự cố: (a) 
­ Các giá trị vị trí sự cố gốc (km), (b) ­ Các giá trị vị trí sự cố ước lượng (km), (c) ­ Sai số 
(km) ..................................................................................................................................... 83 
Hình 4.23: Kết quả kiểm tra sử dụng mạng MLP ước lượng trực tiếp cho 712 mẫu vị trí sự 
cố: (a) ­ Các giá trị vị trí sự cố gốc (km), (b) ­ Các giá trị vị trí sự cố ước lượng (km), (c) ­ 
Sai số (km)........................................................................................................................... 84 
Hình 4.24: Các tín hiệu dịng pha trong các mẫu: a) 531 (ngắn mạch 2 pha tại vị trí 80km), 
b) 534 (ngắn mạch hai pha tại vị trí 110km), c) 1602 (ngắn mạch hai pha chạm đất tại 
110km), d) 2136 (ngắn mạch một pha chạm đất tại 110km)............................................... 85 
- x -

Mở đầu
Hình 4.25: Kết quả hoạt động của rơle khoảng cách ảo được sử dụng trong luận án ......... 86 
Hình 4.26: Kết quả học chi tiết cho tập hợp 1424 mẫu vị trí sự cố: (a) ­ Các giá trị vị trí sự 
cố gốc (km), (b) ­ Các giá trị vị trí sự cố ước lượng (km), (c) ­ Sai số (km)....................... 87 
Hình 4.27: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu vị trí sự cố: (a) ­ Các giá trị vị trí 
sự cố gốc (km), (b) ­ Các giá trị vị trí sự cố ước lượng (km), (c) ­ Sai số (km).................. 88 
Hình 4.28: Tổng hợp các sai số của rơle ảo (đường liền đậm), lượng cộng vào do MLP tạo 
ra (đường liền nhạt) và của rơle ảo phối hợp với mạng nơron MLP (đường chấm) cho sự cố 
ngắn mạch 1 pha tại vị trí 40km cho các thời điểm xuất hiện sự cố khác nhau (ứng với giá 
trị pha khác nhau của dịng iA)............................................................................................. 89 
Hình 4.29: Tổng hợp các sai số của rơle ảo (đường liền đậm), lượng cộng vào do MLP tạo 
ra (đường liền nhạt) và của rơle ảo phối hợp với mạng MLP (đường chấm) cho sự cố ngắn 
mạch 1 pha ở các thời điểm xuất hiện sự cố khác nhau (ứng với giá trị pha khác nhau của 
dịng iA) tại vị trí 80km (a) và 110km (b) ............................................................................ 90 
Hình 4.30: Các thiết bị thực tế sử dụng trong luận án để kiểm tra kết quả hoạt động thực tế 
của rơle: (a) Thiết bị hợp bộ CMC­356 của Omicron, (b) Rơle 7SA522 của Siemens ...... 91 
Hình 4.31: 1008 dữ liệu mơ phỏng đọc từ phần mềm DIGSI 4.82 ..................................... 92 
Hình 4.32: Dữ liệu mơ phỏng đọc từ chức năng Trip Log .................................................. 92 
Hình 4.33: Kết quả học chi tiết cho tập hợp 1424 mẫu dạng sự cố: (a) ­ Các giá trị gốc mã 
dạng sự cố, (b) ­ Các giá trị ước lượng dạng sự cố, (c) ­ Sai lệch giữa giá trị gốc và giá trị 
ước lượng............................................................................................................................. 95 
Hình 4.34: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu dạng sự cố: (a) ­ Các giá trị dạng 
sự cố gốc, (b) ­ Các giá trị dạng sự cố ước lượng, (c) ­ Sai số ............................................ 96 
Hình 4.35: Kết quả học chi tiết cho tập hợp 1424 mẫu điện trở sự cố: (a) ­ Các giá trị điện 
trở sự cố gốc (Ω), (b) ­ Các giá trị điện trở sự cố ước lượng (Ω), (c) ­ Sai số (Ω) .............. 97 
Hình 4.36: Kết quả kiểm tra chi tiết cho tập hợp 712 mẫu điện trở sự cố: (a) ­ Các giá trị 
điện trở sự cố gốc (Ω), (b) ­ Các giá trị điện trở sự cố ước lượng (Ω), (c) ­ Sai số (Ω) ...... 98 
Hình PL2.1: Phiếu chỉnh định Rơle và thiết bị tự động .................................................... 112 

Hình PL3.1: Nhập thơng số cho nguồn điện trong ATP/EMTP........................................ 114 
Hình PL3.2: Nhập thơng số cho điện cảm nguồn điện trong ATP/EMTP ........................ 115 
Hình PL3.3: Thiết lập thiết bị đo dịng và áp 3 pha trong ATP/EMTP............................. 116 
Hình PL3.4: Thiết lập thơng số thiết bị chuyển mạch trong ATP/EMTP ......................... 117 

- xi -


Mở đầu
Hình PL3.5: Thiết lập thơng số cho mơ hình đường dây LCC trong ATP/EMTP............ 118 
Hình PL3.6: Thiết lập dữ liệu đường dây LCC trong ATP/EMTP ................................... 118 
Hình PL3.7: Thiết lập dữ liệu cho mơ hình tải Smax  trong ATP/EMTP ........................... 119 
Hình PL3.8: Thiết lập dữ liệu cho mơ hình tải S50%  trong ATP/EMTP ........................... 120 
Hình PL3.9: Thiết lập dữ liệu cho mơ hình tải S30%  trong ATP/EMTP ........................... 120 
Hình PL3.10: Thiết lập dữ liệu cho mơ hình điện trở sự cố trong ATP/EMTP ................ 121 

- xii -


Mở đầu

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
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  mơ  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 q 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 q 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 
khơng bị sự cố. Như vậy q 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  khơi  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 [1,2,3,4,5,10].  
Hiện nay, để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện thường dùng ngun 
lý  khoảng  cách.  Thuật  tốn  cơ  bản  được  sử  dụng  trong  các  bộ  định  vị  sự  cố  của  rơle 
khoảng cách cho phép xác định khoảng cách từ nơi đặt thiết bị bảo vệ đến vị trí xảy ra sự 
cố  và được tính  tốn một  cách chính xác nhất có thể. Các rơle khoảng cách sẽ cung cấp 
thơng tin về vùng xảy ra sự cố nhưng khơng thể xác định chính xác điểm xảy ra sự cố, sai 
số về vị trí sự cố thay đổi tùy theo từng trường hợp cụ thể (ví dụ việc xác định vị trí sự cố 
từ rơle khoảng cách có độ chính xác thống kê khoảng từ 1 đến 5%). Mặt khác, trên thực tế 
các đường dây truyền tải  thường tương đối  dài  và phân bố trên các địa  hình  địa lý  khác 
nhau, vì vậy sự cố có thể xảy ra vì bất cứ lý do gì cũng phải mất từ vài phút đến vài giờ để 
khắc phục sự cố, dẫn đến việc tìm kiếm và xử lý sự cố cịn gặp rất nhiều khó khăn. 
Bài tốn xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải đã và đang được quan tâm 
nghiên cứu một cách rộng rãi. Trong các mơ hình thí nghiệm, đường dây truyền tải được 
mơ  hình  hóa  dưới  dạng  đường  dây  dài  với  các  thơng  số  đặc  trưng  cho  q  trình  truyền 
sóng. Tuy nhiên hiện nay các kết quả vẫn cịn có nhiều hạn chế. Việc phát triển của các 
thiết bị đo mới cũng như các thuật tốn xử lý tín hiệu mới ứng dụng trí tuệ nhân tạo có khả 
năng tiếp tục cải thiện được các kết quả phân tích. Việc xây dựng thành cơng một giải pháp 
phân tích và phát hiện vị trí điểm sự cố trên đường dây truyền tải sẽ có ý nghĩa thực tế tốt, 

nếu đưa vào vận hành sẽ có khả năng mang lại hiệu quả cao về mặt kinh tế ­ kỹ thuật, do 

- 1 -


Mở đầu
tăng  cường  được  độ  chính  xác  nhằm  hỗ  trợ  cho  quá  trình  tìm  kiếm  và  khắc  phục  sự  cố 
được nhanh hơn, nâng cao hiệu quả trong vận hành và ổn định hệ thống điện. 

2. Mục đích nghiên cứu
Mục  đích  của  luận  án  là  nghiên  cứu  và  phát  triển  một  phương  pháp  mới  sử  dụng 
mạng nơron nhân tạo MLP (MultiLayer Perceptron) độc lập hoặc phối hợp với thuật tốn 
tổng trở (tính tốn trên máy tính hoặc cài trong các rơle khoảng cách thực tế) để cho phép 
ước lượng vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện được chính xác hơn. Đồng thời các 
mạng nơron MLP cũng được sử dụng để ước lượng giá trị của điện trở sự cố và xác định 
dạng sự cố với độ chính xác cao.  
Phương pháp được đề xuất trong luận án chỉ sử dụng các số liệu đầu vào là các tín 
hiệu dịng điện và điện áp tức thời đo được ở đầu đường dây truyền tải có nguồn cung cấp 
từ một phía và được thực hiện tuần tự qua ba bước sau: Trước tiên, phương pháp sẽ phân 
tích trực tuyến các tín hiệu dịng điện và điện áp đo ở đầu đường dây để phát hiện các thời 
điểm xảy ra những thay đổi đột ngột trong tín hiệu (cịn gọi là thời điểm xuất hiện sự cố) 
do các sự cố trên đường dây sinh ra. Ở bước thứ hai, với thời điểm xuất hiện sự cố đã được 
xác định, chương trình tiến hành phân tích trong một cửa sổ nhỏ (40ms trước và 20ms sau 
thời điểm xuất hiện sự cố tương ứng ba chu kỳ) của các tín hiệu để tính tốn các giá trị đặc 
trưng  (hay  cịn  gọi  là  các  đặc  tính)  bao  gồm  các  đặc  trưng  từ  giá  trị  tức  thời  và  các  đặc 
trưng từ phổ tần số. Trong bước cuối cùng, bước thứ ba, các giá trị đặc trưng này được xử 
lý tiếp tục bằng một mơ hình phi tuyến để đưa ra được các ước lượng chính xác về vị trí sự 
cố, điện trở sự cố và dạng sự cố.  
Để có thể phát hiện được thời điểm xuất hiện sự cố, luận án đề xuất sử dụng phép 
phân tích tín hiệu theo các hàm cơ sở wavelet (sóng nhỏ) do phép phân tích này cho phép 

phát hiện được các thay đổi đột ngột trong tín hiệu đang được lấy mẫu để xem xét. Để xây 
dựng được mơ hình phi tuyến ước lượng vị trí sự cố, điện trở sự cố và dạng sự cố luận án 
sử dụng mạng nơron MLP do khả năng có thể xấp xỉ hàm phi tuyến bị chặn bất kỳ với độ 
chính xác cho trước của mạng này. Đồng thời các thơng số của mạng nơron MLP sẽ được 
điều  chỉnh  thích  nghi  trên  cơ  sở  bộ  số  liệu  mẫu được  tạo  ra  nhờ  vào  việc  sử  dụng  phần 
mềm  ATP/EMTP  (Alternative Transients Programme/ Electro-Magnetic Transients
Program)  để  mơ  phỏng  q  trình  quá  độ  trên  đường  dây  gây  ra  bởi  một  số  sự  cố  ngắn 
mạch (ngắn mạch 1 pha, 2 pha, 2 pha chạm đất và ngắn mạch 3 pha) khi thay đổi các thơng 
số như: điện trở sự cố, vị trí sự cố, phụ tải và thời điểm xuất hiện sự cố. Mạng nơron MLP 
được đề xuất thử nghiệm theo hai dạng: dạng thứ nhất là hoạt động độc lập, xử lý trực tiếp 
các đặc tính đầu vào từ 6 tín hiệu dịng – áp ba pha để đưa ra vị trí sự cố, dạng thứ hai là 
hoạt  động  phối  hợp  với  một  thuật  tốn  tổng  trở,  đáp  ứng  đầu  ra  của  nơron  MLP  và  của 
thuật tốn tổng trở sẽ được cộng với nhau để đưa ra kết quả ước lượng vị trí sự cố. 
Thuật tốn tổng trở cũng sẽ được thử nghiệm ở hai dạng, dạng thứ nhất là thuật tốn 
tính tốn trên máy tính, dạng thứ hai là kết quả hoạt động của một rơle khoảng cách thực 
tế. Đối với thuật tốn trên máy tính, trong luận án sử dụng trực tiếp các tín hiệu dịng điện 

- 2 -


Mở đầu
và điện áp đầu đường dây đã được mơ phỏng được từ phần mềm mơ phỏng ATP/EMTP để 
tính  tốn.  Đối  với  rơle  khoảng  cách  thực  tế,  trong  luận  án  đề  xuất  sử  dụng  rơle  khoảng 
cách 7SA522 là loại được lắp đặt trên đường dây đã sử dụng trong tính tốn minh họa của 
đề tài. Các tín hiệu tính tốn mơ phỏng từ ATP/EMTP sẽ được đưa vào thiết bị CMC­356 
của Omicron để tái tạo lại các tín hiệu dịng điện/ điện áp để tiếp tục đưa vào rơle thực tế 
đã lựa chọn nhằm xác định kết quả tác động của rơle.  
Các mơ hình mạng nơron MLP sẽ được huấn luyện để xác định được vị trí sự cố với 
sai số nhỏ hơn so với những phương pháp trước đây, giúp cho q trình tìm kiếm và khắc 
phục sự cố nhanh, nâng  cao hiệu quả trong vận  hành hệ thống điện và  giảm thiệt  hại về 

kinh tế. 

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Luận án tập trung nghiên cứu và đưa ra phương pháp mới 
xác  định  vị  trí  sự  cố  trên  đường  dây  truyền  tải  điện.  Một  số  công  cụ  và  phần  mềm  mơ 
phỏng sử dụng trong luận án: 
 Các phần mềm sử dụng trong luận án: ATP/EMTP, Matlab 7.1, DIGSI 4.82, Test 
Universe V2.30 ­ Omicron, EView. 
 Các thiết bị sử dụng trong luận án: Rơle khoảng cách 7SA522, hợp bộ thí nghiệm 
CMC­356 của Omicron. 
Phạm vi nghiên cứu:
 Ứng dụng phần mềm ATP/EMTP  mơ phỏng một số dạng sự cố ngắn mạch trên 
đường dây truyền tải điện để tạo dữ liệu mẫu cho q trình nghiên cứu. 
 Lập trình các thuật tốn phân tích và xử lý tín hiệu bằng các cơng cụ mạnh như 
Wavelet, mạng nơron,... để xây dựng mơ hình xác định vị trí sự cố, điện trở sự cố 
và dạng sự cố trên đường dây truyền tải. 
 Nghiên cứu về lý thuyết và các mơ hình tính tốn xử lý tín hiệu ứng dụng mạng 
nơron nhân tạo trong bài tốn xác định vị trí điểm sự cố trên đường dây truyền tải. 
 Tìm hiểu và ứng dụng thiết bị mơ phỏng CMC­356 của OMICRON để xác định 
tác động thực tế của rơle khoảng cách nhằm kiểm chứng các thuật tốn đã đề xuất. 

4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học:
Đề  xuất  phương  pháp  mới  sử  dụng  song  song  một  rơle  khoảng  cách  và  một  mạng 
nơron MLP để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện áp dụng mơ hình ngược 
dựa trên các tín hiệu dịng điện và điện áp đo được ở đầu đường dây với sai số nhỏ hơn so 
với các phương pháp đang sử dụng hiện nay. Luận án cũng xây dựng đồng thời hai mạng 
nơron MLP khác để xác định dạng của sự cố và điện trở sự cố. 

- 3 -

Mở đầu
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:
Bài tốn xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện có ứng dụng thực tế rất 
rộng rãi. Phương pháp mới của luận án sẽ góp phần bổ sung số lượng các giải pháp để tạo 
điều kiện cho việc lựa chọn ứng dụng thực tế được dễ dàng hơn. Phương pháp chỉ u cầu 
sử dụng các tín hiệu dịng điện và điện áp đo lường được ở đầu đường dây truyền tải điện, 
nên các khâu đo lường và thu thập số liệu cũng khá đơn giản, tính kinh tế cao. 

5. Những đóng góp của luận án
Luận án có đóng góp sau: 
 Xây dựng được mơ  hình  sử dụng độc lập một  mạng  nơron MLP  và mơ  hình  sử 
dụng  song  song  một  thuật  tốn  tổng  trở  (thuật  tốn  tổng  trở  chạy  trên  máy  tính 
hoặc thuật tốn tổng trở của một rơle khoảng cách thực tế 7SA522) với một mạng 
nơron MLP để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện (xét ví dụ tính 
tốn cho đường dây 110kV n Bái  ­ Khánh  Hịa). Trong đó mạng nơron nhân 
tạo MLP sử dụng đầu vào là các đặc tính thời gian và đặc tính tần số xác định từ 
các tín hiệu đo tức thời xung quanh thời điểm xảy ra những thay đổi (xuất hiện sự 
cố) trong các tín hiệu (thời điểm này được xác định nhờ sử dụng phép phân tích 
sóng nhỏ (wavelet)). Luận án cũng xây dựng đồng thời hai mạng nơron MLP khác 
để xác định dạng sự cố và điện trở sự cố. 
 Khảo sát và đề xuất ứng dụng wavelet Daubechies bậc 3 để phân tích thành phần 
d1  của tín hiệu lấy mẫu với tần số 100kHz để làm cơ sở phát hiện thời điểm xuất 
hiện sự cố trên đường dây truyền tải. 
 Khảo sát các đặc tính  dựa trên hệ số  tương quan giữa đầu vào và đầu ra để lựa 
chọn các đặc tính  có hệ  số  tương quan cao để dùng trong các mơ  hình.  Các kết 
quả tính tốn đã đưa ra danh sách 84 giá trị đặc trưng tính tốn từ 6 đường tín hiệu 
u­i để làm cơ sở tính tốn các thơng số sự cố như vị trí, dạng và điện trở sự cố. 
 Đề xuất ứng dụng hợp bộ mơ phỏng CMC­356 của Omicron kết hợp với rơle thực 

tế (7SA522) để so sánh chất lượng tính tốn của mơ hình về vị trí sự cố với tác 
động của rơle trên đường dây thực tế. Đồng thời các kết quả hoạt động của rơle 
khoảng cách thực tế sẽ được sử dụng để tạo mẫu học một mạng nơron MLP mới 
để bù sai số cho rơle khoảng cách thực tế. 
 Đã mô phỏng và tạo được bộ mẫu gồm 2136 trường hợp sự cố cho 4 dạng sự cố 
cơ bản là ngắn mạch 1 pha, hai pha, hai pha chạm đất và ngắn mạch ba pha với 
các  thông  số  sự  cố  thay  đổi  như:  điện  trở  sự  cố  (từ  0  đến  5Ω),  tải  (từ  30%  đến 
100% định mức), thời điểm xuất hiện sự cố (thay đổi trong tồn bộ một chu kỳ), 
vị trí sự cố (23 vị trí cách đều 5 km trên đường dây 118,5 km). 

- 4 -


Mở đầu

6. Bố cục của luận án
Mở đầu: Trình bày các vấn đề chung của luận án, tóm tắt về nội dung nghiên cứu, 
những đóng góp của luận án và bố cục của luận án. 
Chương 1. Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xác định vị trí sự cố trên
đường dây tải điện
Trong chương này sẽ trình bày tóm tắt một số phương pháp nghiên cứu tính tốn xác 
định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện và áp dụng trong điều kiện thực tế hiện nay.  
Chương 2. Các giải pháp đề xuất trong luận án
Trên cơ sở phân tích ưu nhược điểm c ủa  các  nghiên  cứu  trước  đây,  luận  án  đề  xuất 
mơ hình mới cho bài tốn xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện 3 pha. 
Chương 3. Các cơng cụ tính tốn mơ phỏng sử dụng trong luận án
 Giới thiệu phần mềm mơ phỏng ATP/EMTP ứng dụng để mơ phỏng các trường 
hợp ngắn mạch trên đường dây như: ngắn mạch một pha, 2 pha, 2 pha chạm đất 
và ngắn mạch 3 pha. 
 Giới thiệu hợp bộ thí nghiệm và phần mềm Test Universe điều khiển hợp bộ thí 

nghiệm  CMC­356  của  Omicron  để  kiểm  nghiệm  kết  quả  hoạt  động  của  rơle 
khoảng cách thực tế (7SA522). 
 Giới thiệu mơ hình mạng nơron MLP và Wavelet áp dụng trong luận án để tính 
tốn các thơng số sự cố. 
Chương 4. Các kết quả mơ phỏng và tính tốn
 Ứng dụng phần mềm mơ phỏng ATP/EMTP để mơ phỏng đường dây 110 kV n 
Bái ­ Khánh Hịa với các thay đổi về vị trí sự cố, điện trở sự cố, thời điểm xuất 
hiện sự cố, cơng suất của phụ tải và dạng sự cố để tạo ra các bộ số liệu về dịng 
điện và điện áp ở đầu đường dây với định dạng file là *.MAT. 
 Sử dụng phần mềm điều khiển Test Universe mơ phỏng lại các bộ số liệu được tạo 
ra  từ  phần  mềm  mơ  phỏng  ATP/EMTP  đưa  vào  thiết  bị  phần  cứng  Omicron 
CMC­356 và rơle khoảng cách 7SA522, kết quả thu được là cơ sở kiểm nghiệm 
lại kết quả các thuật tốn đề xuất trong luận án. 
 Sử dụng Wavelet để tính tốn thời điểm xảy ra những biến đổi đột ngột trong các 
tín  hiệu dịng điện và điện áp đo lường được ở  đầu đường dây để xác định  thời 
điểm xuất hiện sự cố.  
 Sử dụng mạng nơron MLP tính tốn ước lượng vị trí sự cố, dạng sự cố và điện trở 
sự cố cho các trường hợp: Mạng nơron MLP hoạt động độc lập; Mạng nơron MLP 
phối  hợp  song song với thuật tốn tổng trở (thuật tốn trên máy tính, thuật tốn 
tích hợp trong rơle khoảng cách thực tế).  
Trên cơ sở các kết quả đã tính tốn trong mơ hình mạng nơron MLP và Wavelet về 
các thơng số sự cố. So sánh với các kết quả giữa các mơ hình đề xuất và kết quả được tạo 

- 5 -


Mở đầu
ra từ thiết bị phần cứng Omicron CMC­356 và rơle khoảng cách 7SA522 để kiểm nghiệm 
lại các thuật toán đã đề xuất.  
Tiếp theo là phần kết gồm các kết luận và kiến nghị của luận án với những vấn đề 

cần  nghiên  cứu  tiếp.  Cuối  cùng  của  luận  án  là  các  tài  liệu  tham  khảo,  các  cơng  trình  đã 
cơng bố liên quan đến luận án và phần phụ lục. 

- 6 -


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

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
1.1. Ý nghĩa của bài tốn xác định vị trí sự cố
Ngày nay, có rất nhiều nhà máy điện mới được xây dựng cũng như việc hình thành 
các đường dây tải điện liên kết giữa các vùng miền trong cả nước và các đường dây xun 
quốc gia nhằm đáp ứng đầy đủ nhu cầu sử dụng điện của các phụ tải đã dẫn đến một sự gia 
tăng  lớn  về  số  lượng  các  đường  dây  truyền  tải  cũng  như  tổng  chiều  dài  của  chúng.  Các 
đường dây truyền tải được sử dụng để truyền tải điện năng từ các nguồn điện đến các trung 
tâm  phụ  tải.  Những  đường  dây  này  trong  q  trình  truyền  tải  điện  năng  thường  gặp  các 
dạng sự cố do những ngun nhân khác nhau như: sét đánh, ngắn mạch, thiết bị bị sự cố, 
sự cố điều khiển, sự cố do con người, q tải và lão hóa...  
Khi mạng điện càng phức tạp thì những hư hỏng xuất hiện sẽ càng nhiều hơn, do đó 
việc trang bị các loại bảo vệ trên đường dây cũng cần được tăng cường. Các dạng sự cố 
này đều phải được phát hiện, cơ lập và sửa chữa trước khi đưa trở lại làm việc. Việc khơi 
phục lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị sự cố chỉ có thể được tiến hành 
nhanh nhất nếu biết được chính xác vị trí sự cố hoặc ước lượng được vị trí sự cố với độ 
chính xác hợp lý.  
Thời gian khắc phục sự cố càng kéo dài càng khơng có lợi, gây nên mất điện đến các 
hộ tiêu thụ và có thể dẫn đến thiệt hại đáng kể về kinh tế đặc biệt là đối với các ngành cơng 
nghiệp sản xuất, gây mất  ổn định  trong hệ thống  điện... Như vậy việc nhanh chóng phát 
hiện, định vị, cơ lập và khắc phục những sự cố là rất quan trọng trong việc đảm bảo chế độ 
làm việc tin cậy của hệ thống điện [1,2,3,4,5,10].  

Khi có một sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải điện, điện áp tại điểm sự cố đột 
ngột giảm đến một giá trị thấp, dịng điện tại điểm sự cố đột ngột tăng lên rất lớn. Sự thay 
đổi đột ngột này tạo ra  một xung điện từ tần số cao được gọi là sóng lan truyền. Những 
sóng này truyền đi từ vị trí sự cố lan truyền ra cả hai hướng với tốc độ cao. Để tìm được vị 
trí sự cố, từ các tín hiệu dịng điện và điện áp đo được ở đầu đường dây đã được lọc và 
phân tích bằng cách sử dụng các cơng cụ xử lý tín hiệu khác nhau. Từ các giá trị đo lường 
được có thể xác định tổng trở sự cố,  pha xảy ra sự cố, thời gian trễ của tín hiệu sóng đến 
để xác định vị trí sự cố. Tầm quan trọng của nghiên cứu này phát sinh từ sự cần thiết nhằm 
giảm thiểu thời  gian gián đoạn cung cấp điện và thời  gian sửa chữa giúp xác định chính 
xác hơn vị trí sự cố, khơi phục lại trạng thái làm việc bình thường của đường dây bị sự cố 
đặc biệt là các đường dây truyền tải điện áp cao ở các khu vực có địa hình khó khăn. 
 Mặt khác, thời gian phục hồi lại trạng thái làm việc bình thường của các đường dây 
bị sự cố cũng bao gồm cả thời gian để tìm vị trí sự cố. Điều này có thể đạt được bằng cách 
tính tốn ước lượng chính xác vị trí sự cố giúp cho khâu xử lý sự cố được tiến hành nhanh 
nhất có thể. 

- 7 -


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

1.2. Một số phương pháp xác định vị trí sự cố
Các phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện đã được quan 
tâm  và  nghiên  cứu  trong  nhiều  năm  do  yêu  cầu  rất  cao  trong  thực  tế  về  việc  ước  lượng 
chính xác được vị trí của điểm sự cố. Những phương pháp này có thể được phân loại theo 
nhiều  nhóm,  ví  dụ  những  phương  pháp  kinh  điển  như:  phương  pháp  dựa  trên  trở  kháng 
[1,2,3,25,30,32,41,61,73,82,91,92],  phương  pháp  dựa  vào  sự  lan  truyền  sóng 
[13,16,17,18,24,53,75],... Ngồi ra cịn có các hướng nghiên cứu mới như các phương pháp 
dựa trên các thuật tốn xử lý tín hiệu mới để phân tích các tín hiệu đo lường nhằm đưa ra 
được kết quả ước lượng vị trí sự cố với độ chính xác cao hơn các phương pháp kinh điển. 

Có thể kể tới các phương pháp sử dụng biến đổi sóng con (wavelet) để phát hiện điểm thay 
đổi đột ngột (điểm bắt đầu xuất hiện một tần số mới) [58,68,75,76,96]; sử dụng phép biến 
đổi S trong miền tần số [16,17,18,58]; các phương pháp sử dụng thuật tốn di truyền để tối 
ưu hóa các mơ hình nhận dạng phi tuyến [40]; các phương pháp nơron và nơron lơ­gíc mờ 
để xây dựng mơ hình nhận dạng phi tuyến [19,20,26,27,33,44,49,53,57,83]; phương pháp 
tổng hợp kết quả nhiều hệ nhận dạng [12],...  
Nhìn chung các phương pháp đều có những khả năng ứng dụng nhất định, tuy nhiên 
tất cả các phương pháp đều có những tồn tại nhất định, và đây cũng sẽ là khả năng để có 
thể tìm được một giải pháp tốt hơn cho bài tốn xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền 
tải điện. 

1.3. Phương pháp tính tốn dựa trên trở kháng
Trong phương pháp dựa trên trở kháng, sự vận hành của rơle khoảng cách phụ thuộc 
rất nhiều vào điện trở sự cố và khơng hiệu quả trong trường hợp có điện trở sự cố rất cao 
[34]. Phương pháp dựa trên trở kháng có thể được phân thành các phương pháp một đầu và 
phương pháp nhiều đầu phụ thuộc vào số lượng các thiết bị đầu cuối mà tại đó các dữ liệu 
điện áp và dịng điện được thu thập. Tuy nhiên phương pháp tổng trở  u cầu trở kháng 
ngắn mạch phải gần bằng 0 để có thể thu được kết quả ước lượng vị trí sự cố được chính 
xác. Phương pháp đo tổng trở ở cả hai đầu đường dây [36,38,52,65,73,81,89] có độ chính 
xác cao hơn vì ít phụ thuộc vào điện trở ngắn mạch hơn. Nhưng nhìn chung phương pháp 
tổng trở sẽ khơng hiệu quả đối với các trường hợp sự cố thống qua. 
Phương pháp trở kháng được dùng phổ biến nhất trong các rơle khoảng cách kỹ thuật 
số được đặt trong trạm biến áp để bảo vệ cho các đường dây. Ngồi trở kháng, khi xảy ra 
sự cố rơle cịn tính tốn và ghi lại các thơng số sự cố trong bản ghi của rơle như: dạng sự 
cố, vùng sự cố, vị trí sự cố, giá trị tức thời của điện áp và dịng điện xung quanh thời điểm 
sự cố... Việc xác định vị sự cố bằng rơle khoảng cách trong thực tế cịn gặp nhiều sai số 
do  những  nguyên  nhân  khác  nhau  như  [9]:  ảnh  hưởng  của  thành  phần  sóng  hài,  ảnh 
hưởng của điện trở q độ đến đến sự làm việc của bộ phận khoảng cách, ảnh hưởng của 
sai số máy biến dịng điện (BI) và máy biến điện áp (BU), ảnh hưởng của các thơng số 
đường dây đến đặc tính làm việc của rơle khoảng cách, sự sai khác về thuật tốn giữa các 

rơ­le của các hãng SEL, GE, TOSHIBA, SIEMENS, ABB, AREVA,... Việc xác định vị 
- 8 -


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

trí sự cố có thể được thực hiện dựa trên dữ liệu đo lường từ một đầu đường dây, hoặc từ 
nhiều đầu đường dây của hệ thống phân tia. Các phương pháp này ln tồn tại những sai 
số tính tốn nên cần được tiếp tục nghiên cứu để cải thiện độ chính xác.  Bên cạnh đó do 
tính  chất  phức  tạp  của  các  sự  cố  do  ảnh  hưởng  bởi  nhiều  nguyên  nhân  khác  như:  ảnh 
hưởng  của  các  trạm  trung  gian,  ảnh  hưởng  của  tổ  nối  dây  máy  biến  áp,  ảnh  hưởng  do 
thành phần tự do gây ra khi tính tốn các giá trị hiệu dụng, độ khơng lý tưởng của các bộ 
lọc số, sai số do các bộ chuyển đổi AD, sai số của các thiết bị đo góc pha, việc tính tốn 
cài đặt và chỉnh định rơle cũng như do việc đã loại bỏ các thành phần tín hiệu biến thiên 
nhanh dẫn tới mất đi một phần thơng tin trong tín hiệu..., từ đó dẫn đến việc xác định vị 
trí sự cố của rơle khoảng cách chưa được chính xác. Trong luận án sẽ tiếp tục nghiên cứu 
và đề xuất phương pháp mới nhằm cải thiện độ chính xác và giảm những ảnh hưởng đến 
việc xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện. Một số phương pháp tính tốn dựa trên 
trở kháng như: 
a) Phương pháp điện kháng đơn [77, 92]
Các giá trị điện áp, dịng điện đo lường được ở đầu đường dây sẽ được sử dụng để tính 
tốn trở kháng của đường dây đến vị trí điểm sự cố   lsù  cè  và được biểu diễn theo phương 
trình (1.1). Khi trở kháng của đường dây trên mỗi đơn vị chiều dài đã được xác định, khoảng 
cách sự cố có thể được tính tốn theo các phương trình (1.2) và (1.3). 

U A  lsù  cè  Z L  I A  U f  

 

(1.1) 

trong đó: 
 UA: điện áp tại đầu nguồn A; ZL: tổng trở của đường dây. 
 IA: dịng điện chạy ra từ đầu nguồn A. 
 lsù  cè : khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A. 
 Uf: điện áp sự cố. 

U A  lsù  cè  Z L  I A  R f  I f  

 

(1.2) 

trong đó:  
 If: dịng điện sự cố. 
 Rf: điện trở sự cố được minh họa trong hình 1.1. 

  

Z A   

I A   

Z B   

~   
Nguồn A    

~   
  

lsuco.Z 
Đo lường 
điện áp và 
dịng điện    

  
(l  ­ lsuco).Z 
I f   

R f   

Nguồn  B   

 
Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện kháng đơn

- 9 -


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

Từ cơng thức (1.2) khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A được xác định 
theo biểu thức (1.3): 

lsù  cè

 

UA 
I 

 A 
ZL

Rf
I 
ZL  A 
 If 
 

 

(1.3) 

trong đó: 
 Rf : điện trở sự cố. 
 If : dịng điện sự cố. 
b) Phương pháp TAKAGI [77, 80,92] 
Phương pháp Takagi  cần cả  các tín  hiệu trước  khi  xuất hiện sự cố và sau khi  xuất 
hiện sự cố. Phương pháp này cũng nâng cao được độ chính xác hơn so với phương pháp 
điện kháng đơn như giảm bớt ảnh hưởng của điện trở sự cố và làm giảm ảnh hưởng của 
dịng tải. Sơ đồ minh họa như hình 1.2. 
lsuco
  

  

I A . I    A 

Z A  

 

~   
Nguồn A    U A  
U  A  

Z B  

 

lsuco.Z   
Định vị 
sự cố   

(l ­ lsuco).Z
    
If   

~   
Nguồn B   

R f   U f  

 
Hình 1.2: Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn

Điện trở sự cố được tính tốn theo biểu thức (1.4): 

 

Rf 

U A  Z C  I A  tanh  lsuco
 
 U A

j
 Z tanh  lsuco  I A    e
 C


(1.4) 

Khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A được xác định theo biểu thức (1.5): 

lsù  cè 

 

Im(U A  I A* )
 
Im( Z L  I A  I A* )

Tổng trở của đường dây: 

- 10 -

(1.5) 

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

Z L    ZC  

 

(1.6) 

trong đó:  
 UA: điện áp tại đo lường đầu nguồn A. 
 ZL: tổng trở của đường dây. 
 IA: dịng điện chạy ra từ đầu nguồn A. 
 ZC: tổng trở đặc tính. 
 : hệ số lan truyền. 
 Rf: điện trở sự cố. 
 lsù  cè : khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A. 
 I A : dịng  điện  xếp  chồng,  là  sự  chênh  lệch  giữa  dòng  điện  sự  cố  và  dòng  điện 
trước sự cố. 
 U "A :  điện áp xếp chồng, là sự chênh lệch giữa điện áp sự cố và điện áp trước sự 
cố. 
 I A* :  ảnh phức liên hợp của  I A . 
c) Phương pháp TAKAGI cải tiến [77,80,92] 
Phương pháp Takagi cải tiến này cũng cịn được gọi là phương pháp dịng điện thứ tự 
khơng. Phương pháp này khơng u cầu dữ liệu trước sự cố vì nó sử dụng dịng điện thứ tự 
khơng  thay  vì  xếp  chồng  dịng  điện  của  sự  cố  chạm  đất  [32].  Vị  trí  sự  cố  trong  phương 
pháp này được tính tốn trong phương trình (1.7): 

lsù  cè

 

Im(U A  I R*  e  j  )
 

Im( Z1L  I A  I R*  e  j  )

(1.7) 

trong đó:  
 IR: dịng điện thứ tự khơng,  I R*  liên hợp phức của ảnh dịng điện thứ tự khơng. 
 : góc dịng điện thứ tự khơng. 
 Z1L: tổng trở thứ tự thuận của đường dây. 
 UA: điện áp tại đo lường đầu nguồn A. 
 IA: dịng điện chạy ra từ đầu nguồn A. 
 lsù  cè : khoảng cách đến vị trí sự cố tính từ đầu nguồn A. 

- 11 -