Xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải bằng phương pháp biến đổi wavelet

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------------------

TRẦN THÀNH CHUNG

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện
Mã số: 60520202

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 08 năm 2020


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Võ Ngọc Điều………………………………
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Huỳnh Quốc Việt .........................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Dương Thanh Long………………………………….
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM,
ngày 22 tháng 08 năm 2020
Thành phần hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS Nguyễn Thanh Liêm: Chủ tịch Hội đồng
2. TS. Nguyễn Phúc Khải: Thư ký
3. TS. Huỳnh Quốc Việt: Phản biện 1
4. TS. Dương Thanh Long: Phản biện 2
5. PGS.TS Huỳnh Châu Duy: Ủy viên
Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được chỉnh sửa (nếu có)

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN –ĐIỆN TỬ


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN THÀNH CHUNG

MSHV: 1670794

Ngày, tháng, năm sinh: 24/09/1988

Nơi sinh: Bình Dương

Chuyên ngành: Kỹ thuật điện

Mã số: 60520202

I. TÊN ĐỀ TÀI:
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI BẰNG
PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Trình bày phương pháp biến đổi wavelet trong xác định vị trí sự cố trên đường
dây.

- Tính tốn vị trí sự cố trên đường dây truyền tải thực tế bằng phương pháp biến
đổi wavelet.
-

Qua kết quả tính tốn được, tiến hành đánh giá hiệu quả của phương pháp.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 19/08/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 03/08/2020
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Võ Ngọc Điều
Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA
(Họ tên và chữ ký)


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

1

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn đặc biệt sâu sắc đến thầy Võ Ngọc Điều đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo và nhắc nhở tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Thầy đã hết lòng giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tơi hồn thành đề tài này.
Một lần nữa xin gửi đến thầy lòng biết ơn chân thành nhất.

Tơi cũng xin chân thành bày tỏ lịng biết ơn đến tồn thể q Thầy Cơ trong
Trường và Khoa Điện – Điện tử, trong Trường Đại học Bách khoa TP.HCM đã tận
tình truyền đạt những kiến thức quý báu cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất
cho tôi trong suốt quá trình học tập nghiên cứu và cho đến khi tơi hồn thiện đề tài
này.

TP. Hồ Chí Minh, ngày 03 tháng 08 năm 2020
Học viên

Trần Thành Chung

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

TÓM TẮT
Vấn đề xác định vị trí sự cố đã được nghiên cứu từ nhiều thập niên và có ý nghĩa
rất quan trọng trong vận hành, điều khiển hệ thống điện. Mục tiêu chính là xác định
nhanh và chính xác vị trí, phần tử bị sự cố trong hệ thống điện ngày càng phức tạp,
có nhiều nhánh rẽ để khắc phục đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện
năng. Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố, như kết quả của sét đánh trực tiếp hay gián
tiếp vào đường dây, sương mù, cây gãy đổ, thiết bị bị sự cố, phóng điện do vi phạm
hành lang an toàn đường dây do các hoạt động của con người, quá tải…Việc xác định
vị trí sự cố chính xác, nhanh chóng có ý nghĩa rất quan trọng cho công tác sửa chữa,
giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện, sớm khắc phục sự cố tái lập vận hành,
giảm chi phí sửa chữa, đảm bảo hệ thống điện vận hành an toàn tin cậy.
Trong đề tài này, tôi nghiên cứu việc áp dụng phép biến đổi wavelet cho việc
xác định vị trí ngắn mạch trên đường dây truyền tải cao thế. Thông qua phần mềm
Matlab Simulink sẻ mô phỏng các đoạn đường dây thực tế để tiến hành lấy tín hiệu

điện áp và dịng điện tại các nút khi xảy ra sự cố giả định để tiến hành tính tốn. Từ
các kết quả này, tơi sử dụng phép biến đổi wavelet kết hợp với giải thuật lọc nhiễu để
xác định tín hiệu và thời gian sóng truyền từ điểm ngắn mạch về hai đầu cuối của
đường dây và sau đó tính tốn được khoảng cách vị trí xảy ra ngắn mạch. Để đánh
giá tính khả thi của phương pháp này, tôi đã áp dụng phương pháp này cho một đường
dây trên không 110kV Thác Mơ – Bù Đăng – rẽ nhánh Đak Glun. Kết quả cho thấy
phương pháp đề xuất có độ chính xác rất cao và thích hợp cho các mơ hình thực tế.

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

ABSTRACT
The problem of locating incidents has been studied for decades and is very
important in the operation and control of electrical systems. The main objective is to
quickly and accurately identify locations and faulty elements in an increasingly
complex electricity system with many branches to overcome to ensure the reliability
of electricity supply and quality of electricity. There are many causes of incidents,
such as the result of direct or indirect lightning strikes on lines, fog, fallen trees, faulty
equipment, and discharges due to violations of the line safety corridor due to human
activities, overloading ... The determination of the exact location of the incident
quickly and quickly is very important for the repair work, minimizing the time of
interruption of power supply, early troubleshooting of re-establishment. operate,
reduce repair costs, ensure reliable and safe operation of the electrical system.
In this project, I study the application of the Wavelet transform for determining
the location of a short circuit on a high-voltage transmission line. Through Matlab
Simulink software will simulate the actual line segments to take signals of the voltage
and current at the nodes when a hypothetical fault occurs to conduct calculations.
From these results, I used a static wavelet transform in combination with a noise

filtering algorithm to determine the signal and wave time from the short circuit to the
two ends of the line and then calculate the distance. The location of the short circuit.
To assess the feasibility of this method, I applied this method to an 110kV Thac Mo
- Bu Dang - overhead line at Dak Glun branch. The results show that the proposed
method has very high accuracy and is suitable for real models.

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi. Các số liệu, kết
quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.
Tơi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện Luận văn này
đã được cảm ơn và các thơng tin trích dẫn trong Luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Học viên thực hiện Luận văn
(Ký và ghi rõ họ tên)

Trần Thành Chung

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

2 MỤC LỤC
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU.............................................................................................1

1.1

Giới thiệu .......................................................................................................1

1.2

Hướng tiếp cận của đề tài ..............................................................................1

1.3

Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................2

1.4

Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................2

1.5

Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................2

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ........................................................3
2.1

Ý nghĩa của bài tốn xác định vị trí sự cố .....................................................3

2.2

Một số phương pháp xác định vị trí sự cố .....................................................3

2.3

Phương pháp dựa vào trở kháng ....................................................................3

2.4

Phương pháp sóng lan truyền ........................................................................4

2.5

Phương pháp biến đổi Wavelet......................................................................7

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET ...................8
3.1

Lịch sử hình thành .........................................................................................8

3.2

Khái niệm ......................................................................................................8

3.3

Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) .....................9

3.4

Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA) ..........11

3.5 Phương pháp biến đổi wavelet tính tốn vị trí sự cố cho mạch đường dây rẽ

nhánh hình T áp dụng cho luận văn này ................................................................13
3.5.1

Phương pháp biến đổi wavelet tính tốn cho mạch đường dây thẳng .. 13

3.5.2 Phương pháp tính tốn vị trí sự cố áp dụng cho mơ hình mạch đường
dây rẽ nhánh hình T trong luận văn này .............................................................16
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TỐN .................................................................19
4.1

Giới thiệu .....................................................................................................19

4.2

Khảo sát mơ hình đường dây trên hệ thống mẫu ........................................20

4.2.1

Mô phỏng đường dây ......................................................................................... 20

4.2.2

Kết quả mô phỏng ............................................................................................... 21

4.3

Khảo sát đường dây thực tế 110kV Thác Mơ – Bù Đăng rẽ nhánh Đak Glun
.....................................................................................................................41

4.3.1

Mô phỏng đường dây ......................................................................................... 41

4.3.2

Kết quả mô phỏng ............................................................................................... 43

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN ......................................................................................61
5.1

Kết luận ........................................................................................................61

5.2

Hướng nghiên cứu mở rộng của luận văn ...................................................61

TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................62

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 4.1: Bảng kết quả tính tốn các sự cố của đường dây .....................................40

Bảng 4.2: Bảng kết quả tính tốn vị trí sự cố của đường dây với các giá trị điện trở sự
cố khác.......................................................................................................................41
Bảng 4.3: Bảng kết quả tính tốn các sự cố trên đường dây 110kV Thác Mơ - Bù
Đăng - rẽ nhánh Đak Glun ........................................................................................60

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

DANH MỤC VIẾT TẮT
-

db2: Daubechies 2

-

CWT: Continuous Wavelet Transform

-

DWT : Discrete Wavelet Transform

-

SWT : Stationary wavelet transform

-

EMTP: Electromagnetic Transient Program

-

ATP : Alternative Transients Program

-

MOV : Metal Oxide Varistor

-

STFT: Short time Fourier Tranform

-

SCADA : Supervisory Control And Data Acquisition

-

MRA : Multi-Resolution Analysis

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

DANH MỤC HÌNH MINH HỌA
Hình 2.1:Sự lan truyền truyền sóng điện từ trên đường dây HV sau khi xảy ra sự
cố[14] ..........................................................................................................................4
Hình 2.2: Sóng điện áp u' và dòng điện i' lan truyền dọc theo trục x[14] ...................5

Hình 2.3: Sóng điện áp u" và dịng điện i" lan truyền dọc theo trục x[14] .................5
Hình 2.4: Xếp chồng sóng điện áp u'với u" và i' với i" ...............................................5
Hình 2.5: Dịng lỗi trong trạm biến áp sau khi xảy ra sự cố L1-E trong đường dây
truyền tải[14] ...............................................................................................................6
Hình 2.6: Sự lan truyền sóng sau một sự cố trên đường dây truyền tải[14] ...............6
Hình 3.1: Hai bộ lọc tần số cao và tần số thấp của kỹ thuật MRA ...........................11
Hình 3.2: Quá trình phân ly bậc 1[13] ......................................................................12
Hình 3.3: Quá trình phân ly bậc 2[13] ......................................................................12
Hình 3.4: Quá trình phân ly bậc 3[13] ......................................................................13
Hình 3.5: Mơ hình đường dây thẳng .........................................................................13
Hình 3.6:Sơ đồ giải thuật [16]...................................................................................14
Hình 3.7: Sơ đồ truyền sóng cho đường dây thẳng[16] ............................................15
Hình 3.8: Mơ hình mạch đường dây rẽ nhánh hình T[17] ........................................16
Hình 3.9: Sơ đồ sóng truyền khi xảy ra sự cố trên nhánh A-T của mạch đường dây
hình T ........................................................................................................................17
Hình 4.1: Mơ hình đường dây rẽ nhánh hình T trên bài báo[18] ..............................20
Hình 4.2: Mơ phỏng đường dây trong Simulink .......................................................21
Hình 4.3: Tín hiệu điện áp 3 pha tại nút B1 ..............................................................22
Hình 4.4: Tín hiệu điện áp 3 pha tại nút B2 ..............................................................22
Hình 4.5: Tín hiệu điện áp 3 pha tại nút B3 ..............................................................23
Hình 4.6: Tín hiệu dịng điện tại nút B1 ...................................................................23
Hình 4.7: Tín hiệu dịng điện tại nút B2 ...................................................................24
Hình 4.8: Tín hiệu dịng điện tại nút B3 ...................................................................24
Hình 4.9: Sóng điện áp pha A tại nút B1 ..................................................................25
Hình 4.10: Hệ số xấp xỉ bậc 1 ...................................................................................25
Hình 4.11: Hệ số chi tiết bậc 1 ..................................................................................26
Hình 4.12: Hệ số xấp xỉ bậc 2 ...................................................................................26
Hình 4.13: Hệ số chi tiết bậc 2 ..................................................................................27
Hình 4.14: Hệ số xấp xỉ bậc 3 ...................................................................................27
Hình 4.15: Hệ số chi tiết bậc 3 ..................................................................................28

Hình 4.16: Hệ số xấp xỉ bậc 4 ...................................................................................28
Hình 4.17: Hệ số chi tiết bậc 4 ..................................................................................29
Hình 4.18: Ma trận tương quan bậc 1, n=1 ...............................................................30
Hình 4.19: Ma trận tương quan bậc 2, n=1 ...............................................................30
Hình 4.20: Ma trận tương quan bậc 3, n=1 ...............................................................31
Hình 4.21: Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 .......................................31
Hình 4.22: Sóng điện áp pha A tại nút B2 ................................................................32

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

Hình 4.23: Hệ số xấp xỉ bậc 1 ...................................................................................33
Hình 4.24: Hệ số chi tiết bậc 1 ..................................................................................33
Hình 4.25: Hệ số xấp xỉ bậc 2 ...................................................................................34
Hình 4.26: Hệ số chi tiết bậc 2 ..................................................................................34
Hình 4.27: Hệ số xấp xỉ bậc 3 ...................................................................................35
Hình 4.28: Hệ số chi tiết bậc 3 ..................................................................................35
Hình 4.29: Hệ số xấp xỉ bậc 4 ...................................................................................36
Hình 4.30: Hệ số chi tiết bậc 4 ..................................................................................36
Hình 4.31: Ma trận tương quan bậc 1, n=1 ...............................................................37
Hình 4.32: Ma trận tương quan bậc 2, n=1 ...............................................................37
Hình 4.33: Ma trận tương quan bậc 3, n=1 ...............................................................38
Hình 4.34: Giá trị tuyệt đối ma trận tương quan bậc3 ..............................................38
Hình 4.35: Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 nút B3 ...........................39
Hình 4.36: Sơ đồ đường dây 110kV Thác Mơ - Bù Đăng - rẽ nhánh Đak Glun ......42
Hình 4.37: Mô phỏng đường dây 110kV Thác Mơ- Bù Đăng- rẽ nhành Đak Glun
trong Simulink ...........................................................................................................42
Hình 4.38: Tín hiệu sóng điện áp 3 pha tại nút Thác Mơ .........................................43

Hình 4.39: Tín hiệu sóng điện áp 3 pha tại nút Đak Glun ........................................43
Hình 4.40: Tín hiệu sóng điện áp 3 pha tại nút Bù Đăng ..........................................44
Hình 4.41: Tín hiệu dịng điện tại nút Thác Mơ .......................................................44
Hình 4.42: Tín hiệu dịng điện tại nút Đak Glun ......................................................45
Hình 4.43: Tín hiệu dịng điện tại nút Bù Đăng ........................................................45
Hình 4.44; Tín hiệu sóng điện áp pha A tại nút Thác Mơ ........................................46
Hình 4.45: Hệ số xấp xỉ bậc 1 ...................................................................................46
Hình 4.46: Hệ số chi tiết bậc 1 ..................................................................................47
Hình 4.47: Hệ số xấp xỉ bậc 2 ...................................................................................47
Hình 4.48: Hệ số chi tiết bậc 2 ..................................................................................48
Hình 4.49: Hệ số xấp xỉ bậc 3 ...................................................................................48
Hình 4.50: Hệ số chi tiết bậc 3 ..................................................................................49
Hình 4.51: Hệ số xấp xỉ bậc 4 ...................................................................................49
Hình 4.52: Hệ số chi tiết bậc 4 ..................................................................................50
Hình 4.53: Ma trận tương quan bậc 1 .......................................................................50
Hình 4.54: Ma trận tương quan bậc 2 .......................................................................51
Hình 4.55: Ma trận tương quan bậc 3 .......................................................................51
Hình 4.56: Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 tại nút Thác Mơ ............52
Hình 4.57: Sóng điện áp pha A tại nút Bù Đăng.......................................................52
Hình 4.58: Hệ số xấp xỉ bậc 1 ...................................................................................53
Hình 4.59: Hệ số chi tiết bậc 1 ..................................................................................53
Hình 4.60: Hệ số xấp xỉ bậc 2 ...................................................................................54
Hình 4.61: Hệ số chi tiết bậc 2 ..................................................................................54
Hình 4.62: Hệ số xấp xỉ bậc 3 ...................................................................................55

HVTH: Trần Thành Chung


CBHD: PGS.TS Võ Ngọc Điều

Hình 4.63: Hệ số chi tiết bậc 3 ..................................................................................55
Hình 4.64: Hệ số xấp xỉ bậc 4 ...................................................................................56
Hình 4.65: Hệ số chi tiết bậc 4 ..................................................................................56
Hình 4.66: Ma trận tương quan bậc 1,n=1 ................................................................57
Hình 4.67: Ma trận tương quan bậc 2, n=1 ...............................................................57
Hình 4.68: Ma trận tương quan bậc 3, n=1 ...............................................................58
Hình 4.69: Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 tại nút Bù Đăng ............58
Hình 4.70: Giá trị tuyệt đối của ma trận tương quan bậc 3 tại nút Đak Glun ...........59

HVTH: Trần Thành Chung


1

1

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Giới thiệu
Để đáp ứng nhu cầu phát triển của hạ tầng xã hội, hệ thống đường dây của lưới
điện ngày càng được mở rộng với tốc độ nhanh. Việc phát hiện vị trí sự cố trên hệ
thống đường dây truyền tải có nhiều nhánh, phức tạp là rất quan trọng nhưng thường
mất nhiều thời gian. Để cải thiện vấn đề trên, đã có nhiều phương pháp đang được sử
dụng, phát triển để xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải để việc vận hành
hệ thống điện trở nên dễ dàng hơn.
Hệ thống điện là một hệ thống phức tạp với rất nhiều thiết bị và các nhánh rẽ,
khi xảy ra sự cố tại một vị trí, phần tử nào đó sẽ gây ảnh hưởng hoạt động của toàn
bộ hệ thống làm giảm độ tin cậy cung cấp điện cũng như chất lượng điện năng. Do

đó, việc xác định nhanh được vị trí sự cố để tiến hành sửa chữa, khắc phục là rất quan
trọng và cần thiết.
1.2 Hướng tiếp cận của đề tài
Với tầm quan trọng trong vận hành hệ thống điện, trong những năm vừa qua đã
có rất nhiều nghiên cứu, ứng dụng nhằm xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền
tải một cách nhanh chóng. Hiện tại, đã có nhiều phương pháp được đưa ra để giải
quyết vấn đề trên như: phương pháp dựa vào trở kháng, phương pháp sóng lan truyền
TW (Travelling wave), phương pháp biến đổi wavelet (sóng con), mạng nơron…. So
với các phương pháp khác dựa trên nguyên lý trở kháng để tính tốn thì phương pháp
sóng lan truyền kết hợp biến đổi wavelet có độ chính xác cao hơn các phương pháp
khác do không chịu ảnh hưởng từ các yếu tố sau:
+ Thay đổi kích thước và khoảng cách dây dẫn.
+ Hốn chuyển các dây dẫn.
+ Thay đổi cấu hình cột điện.

HVTH: Trần Thành Chung


2

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

+ Đường dây có rẽ nhánh.
+ Tụ bù ngang.
Đây là lý do chọn phương pháp này để xác định vị trí sự cố trong luận văn này.
1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Vấn đề xác định vị trí sự cố đã được nghiên cứu từ nhiều thập niên và có ý nghĩa
rất quan trọng trong vận hành, điều khiển hệ thống điện. Mục tiêu chính là xác định
nhanh và chính xác vị trí, phần tử bị sự cố trên mạch điện rẽ nhánh hình T để khắc
phục đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện, chất lượng điện năng.

Luận văn sẽ áp dụng phương pháp biến đổi wavelet để tìm vị trí sự cố trên
đường dây thẳng[16] kết hợp với phương pháp tính tốn xác định vị trí sự cố trên
đường dây hình T[17] để tính tốn xác định vị trí sự cố trên mạch điện rẽ nhánh hình
T loại có các thiết bị đo đếm đồng bộ riêng biệt cho từng nút đầu nhánh.
1.4 Phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận văn này là áp dụng phương pháp biến đổi wavelet
để xác định vị trí sự cố trên mạch đường dây rẽ nhánh hình T. Phương pháp này sẽ
được áp dụng trên mơ hình đường dây truyền tải trên bài báo và áp dụng vào đường
dây 110kV Thác Mơ – Bù Đăng – rẽ nhánh Đak Glun thực tế.
1.5

Đối tượng nghiên cứu

- Áp dụng phương pháp biến đổi wavelet để xác định chính xác vị trí sự cố để
tiến hành khắc phục.
- Sử dụng phần mềm MATLAB – SIMULINK để mô phỏng và thu kết quả.

HVTH: Trần Thành Chung


3

2

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ
TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
2.1 Ý nghĩa của bài tốn xác định vị trí sự cố
Khi xảy ra sự cố tại một vị trí nào đó trên lưới truyền tải các giá trị điện áp,

dịng điện tại vị trí đó sẽ thay đổi. Từ các giá trị này ta có thể xác định được vị trí sự
cố theo nguyên lý tổng trở. Bài luận văn này sẽ tìm hiểu thêm một phương pháp mới
xác định vị trí sự cố với độ chính xác hơn nhằm tăng độ tin cậy cung cấp điện của
lười truyền tải bằng việc giảm thời gian phát hiện, khắc phục sự cố để khơi phục lại
trạng thái hoạt động bình thường của lưới điện bị sự cố.
2.2 Một số phương pháp xác định vị trí sự cố
Do nhu cầu thực tế trong vận hành lưới điện truyền tải là xác định vị trí của sự
cố một cách chính xác nhất nên trong những năm qua đã có nhiều phương pháp được
nghiên cứu, áp dụng vào thực tế. Có thể chia các phương pháp này thành hai nhóm
sau:
- Các phương pháp kinh điển: phương pháp dựa vào trở kháng, phương pháp
sóng lan truyền.
- Các phương pháp mới dựa vào thuật toán xử lý tín hiệu: phương pháp biến đổi
sóng con (wavelet), phương pháp biến đổi S trong miền tần số….
Mỗi phương pháp trên đều có những tồn tại và ứng dụng nhất định.
2.3 Phương pháp dựa vào trở kháng
Phương pháp dựa trên việc đo trở kháng sau khi xảy ra sự cố hay cịn gọi là
thuật tốn dựa trên pha. Phương pháp này chủ yếu dựa vào các tín hiệu đo đạc được.
Sử dụng phương diện tần số lưới điện trong khoảng thời gian sau sự cố, sử dụng các
phương trình vi phân đường dây và đánh giá các tham số đường dây[13]. Rõ ràng, nó
bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố của hiện tượng tần số, như điện trở ngắn mạch, phụ tải

HVTH: Trần Thành Chung


4

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

và các thơng số nguồn… Do đó, mức độ chính xác của phương pháp cũng có giới
hạn.
2.4 Phương pháp sóng lan truyền[14]
Phương pháp sóng lan truyền dựa trên nguyên lý quá độ điện khi có sự cố xảy
ra trên đường dây. Sóng lan truyền này có tốc độ gần với vận tốc ánh sáng từ điểm
đó về hai hướng đầu đường dây.

Hình 2.1:Sự lan truyền truyền sóng điện từ trên đường dây HV sau khi xảy ra sự
cố[14]
Phương pháp dựa trên việc đo đạc sự truyền sóng, kỹ thuật sóng truyền là
chính xác hơn các kỹ thuật kháng trở trong việc xác định vị trí sự cố của
đường dây truyền tải, do không phụ thuộc vào điện trở ngắn mạch, phụ tải
và các thông số nguồn trước sự cố.
Sự truyền sóng trên đường dây truyền tải được xác định bởi các phương trình
sau, đối với đường dây khơng tổn hao (R=0,G=0) là:
(2.1)
(2.2)

Khai triển hai phương trình trên trong trường hợp chung ta được :
(2.3)
(2.4)

HVTH: Trần Thành Chung


5

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

Sóng điện từ có thể được chia thành sóng điện áp u(x,t) và sóng dịng điện

i(x,t) đại diện cho sự lan truyền của điện trường và từ trường tương ứng.
Phương trình (2.3) và (2.4) thành 2 sóng điện áp và dịng điện được thể hiện như
sau:
- Sóng điện áp u’(x,t) và sóng dịng điện i’(x,t) lan truyền với vận tốc v dọc theo
trục x

Hình 2.2: Sóng điện áp u' và dòng điện i' lan truyền dọc theo trục x[14]
- Sóng điện áp u”(x,t) và sóng dịng điện i”(x,t) lan truyền với vận tốc v theo
hướng ngược lại với u’(x,t) và i’(x,t)

Hình 2.3: Sóng điện áp u" và dòng điện i" lan truyền dọc theo trục x[14]
Xếp chồng hai trường hợp trên ta được:

Hình 2.4: Xếp chồng sóng điện áp u'với u" và i' với i"
Giả sử đường dây truyền tải được cho như hình 2.1 với chiều dài của đường
dây là 100km ta thu được dạng sóng như hình 2.5

HVTH: Trần Thành Chung


6

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

Hình 2.5: Dịng lỗi trong trạm biến áp sau khi xảy ra sự cố L1-E trong đường dây
truyền tải[14]

Hình 2.6: Sự lan truyền sóng sau một sự cố trên đường dây truyền tải[14]
Khung hình chữ nhật trong hình 2.5 đánh dấu khu vực được hiển thị trong hình
2.6. Hình 2.6 cho phép quan sát chính xác sóng dòng điện đi tới trạm biến áp. Sự cố

xảy ra tại tại tf=225ms, sóng dầu tiên đạt đến trạm biến áp tại thời điểm t1=160us sau
thời điểm tf. Với vận tốc lan truyền của sóng gần với tốc độ ánh sáng (v=300000km/s),
như vậy khoảng cách đi được trong 160us là 50km. Sóng thứ hai đến trạm biến áp tại
thời điểm t2=320us là kết quả phản ánh sóng đầu tiên từ trạm biến áp A và phản xạ
liên tiếp từ vị trí sự cố. Trong khoảng thời gian t2 sóng di chuyền với khoảng cách
100km.

HVTH: Trần Thành Chung


7

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

2.5 Phương pháp biến đổi Wavelet
Phương pháp này tránh được những sai số do thiết bị và sự đồng bộ thông tin từ
hai đầu. Việc lấy thông tin từ một đầu cuối và xử lý dễ dàng và chính xác hơn. Tín
hiệu quá độ bao giờ cũng có rất nhiều tín hiệu bất thường, những tín hiệu này có chứa
rất nhiều thơng tin hữu ích. Tuy nhiên, đối với vấn đề xác định vị trí ngắn mạch chỉ
có thơng tin q độ tại một tần số nhất định là có ý nghĩa. Do đó, trong vấn đề này,
ta xem những tín hiệu khơng cần thiết là nhiễu. Thuật toán mới để lọc nhiễu này sẽ
được áp dụng, tín hiệu phản hồi từ vị trí ngắn mạch sẽ được xác định. Từ đó, xác định
vị trí ngắn mạch. Giải thuật này dựa trên những hệ số tương quan có được qua phép
biến đổi wavelet tĩnh với nhiều cấp phân giải. Sau khi biến đổi wavelet tĩnh, sóng
được phân tích thành hai nhóm chính là nhóm các hệ số xấp xỉ và nhóm các hệ số chi
tiết. Thơng thường, các hệ số xấp xỉ chứa đựng các thành phần tần số thấp. Các hệ số
chi tiết chứa thông tin về các thành phần tần số cao. Để nhận biết việc xảy ra ngắn
mạch, các hệ số xấp xỉ thường được sử dụng, còn các hệ số chi tiết dùng để xác định
vị trí sự cố.

HVTH: Trần Thành Chung


8

3

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

CHƯƠNG 3: ÁP DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET

3.1 Lịch sử hình thành
Vào thế kỷ 19, nhà toán học người Pháp Joseph Fourier đã chứng minh rằng
một hàm tuần hồn bất kỳ nào đó có thể biểu diển như một tổng xác định của các hàm
mũ phức. Phương pháp phân tích wavelet là một phương pháp mới phát triển dựa trên
nền tảng nhưng lý thuyết của Fourier.
Trong luận văn của Alfred Haar năm 1909 từ “Wavelet” lần đầu tiên được sử
dụng. Còn khái niệm wavelet được dùng cho các sách lý thuyết được đưa ra bởi Jean
Morlet và nhóm nghiên cứu Marseille thuộc Trung tâm Nghiên cứu Lý thuyết Vật lý
tại Pháp.
Phương pháp phân tích wavelet đã được phát triển và phổ biến bởi Y.Meyer và
các đồng nghiệp của ơng. Thuật tốn chính dựa vào các cơng trình nghiên cứu của
Stephane Mallat vào năm 1988.
Từ đó, việc nghiên cứu wavelet trở nên mang tính quốc tế. Mỹ là một trong
những quốc gia có những nhà khoa học đi đầu trong lĩnh vực nghiên cứu này như:
Ingrid Daubechies, Ronald Coifman, Victor Wickerhauser[9] .
3.2 Khái niệm[9]
Biến đổi wavelet được sử dụng đề phân tích tín hiệu khơng cố định, tần số thay
đổi theo thời gian.
Biến đổi wavelet liên tục (CWT) được định nghĩa bằng công thức:

(3.1)

HVTH: Trần Thành Chung


9

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

Với :

(3.2)

là hàm cửa sổ còn được gọi là Wavelet mẹ (mother wavelet), a là tỷ lệ và b là khoảng
dịch, ψ*(t) là liên hợp phức của hàm Wavelet ψ(t). Thuật ngữ Wavelet nghĩa là sóng
con. Hàm Wavelet gốc là nguyên mẫu đầu tiên để tạo nên các hàm cửa sổ. Thuật ngữ
dịch (translation) liên quan với vị trí của cửa sổ, như là cửa sổ được dịch chuyển trên
tín hiệu. Thuật ngữ này rõ ràng tương ứng với thông tin thời gian trong miền khai
triển (transform domain).
Tuy nhiên, chúng ta khơng có tham số tần số như trong biến đổi Fourier thời
gian ngắn STFT (Short time Fourier Tranform). Thay thế cho tham số tần số, chúng
ta có khái niệm tỷ lệ, là phép tốn mở rộng hoặc nén tín hiệu. Các tỷ lệ nhỏ tương
ứng với mở rộng hay giãn các tín hiệu và các tỷ lệ lớn tương ứng để nén tín hiệu.
Việc lấy tỷ lệ Wavelet mẹ cho phép so sánh và rút ra đặc điểm chính xác của tín hiệu.
Các Wavelet có tỷ lệ bé có khả năng trích được phần biến thiên nhanh, có tần số cao
(phần tinh), cịn khi tỷ lệ lớn trích được phần biến thiên chậm, tần số thấp (phần thơ)
của tín hiệu.
3.3 Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT)
Vì những hàm Wavelet ψ a,b(ω) được định nghĩa đối với mọi điểm trong không
gian (a, b) nên rõ ràng việc áp dụng những cơ sở Wavelet ψ a,b(ω) rất dư thừa. Do

vậy, để giảm bớt sự dư thừa đó biến đổi Wavelet rời rạc (DWT) [11], [12]được giới
thiệu. Biến đổi DWT dựa trên cơ sở mã hoá băng con, có thể được thực hiện dễ dàng,
giảm thời gian tính tốn và tài ngun u cầu.
Cơ sở của DWT được xây dựng từ năm 1976, khi các kỹ thuật phân tích tín hiệu
rời rạc được phát triển. Các nghiên cứu về DWT cũng được thực hiện trong lĩnh vực
mã hóa tín hiệu tiếng nói cịn được gọi là mã hoá băng con (sub-band coding). Năm
HVTH: Trần Thành Chung


10

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

1983, các kỹ thuật tương tự kỹ thuật mã hoá băng con được phát triển được gọi là mã
hố hình chóp (pyramidal coding) và dẫn đến sơ đồ phân tích đa phân giải (MRA).
Trong biến đổi Wavelet liên tục, tín hiệu được phân tích sử dụng một tập hợp
hàm cơ sở liên quan với nhau bởi hệ số tỷ lệ (a) và hệ số tịnh tiến (b). Trong DWT,
biểu diễn thời gian tỷ lệ của tín hiệu số thu được nhờ sử dụng các kỹ thuật lọc số. Tín
hiệu được phân tích qua các bộ lọc với tần số cắt khác nhau ở các tỷ lệ khác nhau.
Chúng ta có hàm rời rạc f(n) và biến đổi Wavelet rời rạc DWT được định nghĩa
bởi phương trình sau:
(3.3)

Với ψ j,k là Wavelet rời rạc được định nghĩa như sau:

(3.4)

Các tham số a, b được xác định: a = 2j, b = 2j k.
Biến đổi DWT có thể biến đổi ngược nếu như tập hợp tương ứng của các mẫu
xác định một khung Wavelet:

(3.5)
Trong đó A và B là hai hằng số dương gọi là giới hạn của khung
(framebounds).
Biến đổi ngược được xác định như sau:
(3.6)

HVTH: Trần Thành Chung


11

CBHD:PGS.TS Võ Ngọc Điều

Nếu giới hạn khung (framebounds) trong (3.5) là A=B=1, thì phép biến đổi là
trực giao. Đây là tổng vô hạn theo cả chỉ số thời gian k và chỉ số tỷ lệ j. Tuy nhiên
tổng này có thể được tính hữu hạn với sai số rất nhỏ trong trường hợp các hàm
Wavelet với toàn bộ năng lượng tập trung trong một khoảng nào đó, như vậy phép
tổng hữu hạn f(n) theo k là đúng với một số xấp xỉ.
3.4 Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA)
Kỹ thuật phân tích đa phân giải được xem là một trong những đặc điểm quan
trọng nhất của kỹ thuật biến đổi wavelet rời rạc.
Thực tế trong phần lớn các loại tín hiệu, thành phần thực sự quan trọng và mang
nét đặc trưng của tín hiệu là thành phần tần số thấp. Thành phần tần số cao của tín
hiệu được hiểu xem như là các sắc thái khác nhau của tín hiệu. Phân tích đa phân giải
(MRA) sẽ giống như 2 bộ lọc tần số thấp và tần số cao [10][13], tạo nên hai thành
phần: Xấp xỉ và chi tiết của tín hiệu vào. Thành phần xấp xỉ có hệ số tỷ lệ cao, tương
ứng với tần số thấp. Thành phần chi tiết có hệ số tỷ lệ thấp, tương ứng với tần số cao.

Hình 3.1: Hai bộ lọc tần số cao và tần số thấp của kỹ thuật MRA

Với tín hiệu vào là dạng sin nhiễu tần số cao, phân ly tín hiệu đầu vào lần 1
gọi là quá trình phân ly bậc 1.

HVTH: Trần Thành Chung