Tính toán quá độ trên đường dây truyền tải bằng phương pháp rbf fdtd

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

--------------------

BÙI QUANG TRIỀU

TÍNH TỐN Q ĐỘ TRÊN ĐƯỜNG DÂY
TRUYỀN TẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP RBF-FDTD
Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số: 605251

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2013


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

--------------------

BÙI QUANG TRIỀU

TÍNH TỐN Q ĐỘ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN
TẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP RBF-FDTD
Chuyên ngành: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
Mã số: 605251

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2013


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG – HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. VŨ PHAN TÚ
(Họ tên, học hàm học vị, chữ ký)
................................................................................................................... ……………
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1: ..............................................................................................
(Họ tên, học hàm học vị, chữ ký)
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ..............................................................................................
(Họ tên, học hàm học vị, chữ ký)
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG
TP.HCM ngày ……… tháng ……… năm 2013
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Họ tên, học hàm, học vị, của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ....................................................................................................................................
2. ....................................................................................................................................
3. ....................................................................................................................................

4. ....................................................................................................................................
5. ....................................................................................................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng Khoa quản lý
chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Cần Thơ, ngày…..tháng……năm 2013

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Bùi Quang Triều

Phái

: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 09-09-1988

Nơi sinh

: Trà Vinh

Chuyên ngành: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

MSHV

: 12820140

I. TÊN ĐỀ TÀI: TÍNH TỐN QUÁ ĐỘ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP RBF-FDTD
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Giới thiệu bài toán quá độ.
Chương 3: Giới thiệu phương pháp RBF-FDTD.
Chương 4: Tính tốn và mơ phỏng q độ đường dây truyền tải.
Chương 5: Kết luận.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 21/01/2013

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ

: 10/09/2013

V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. VŨ PHAN TÚ
TP.HCM, Ngày.......tháng......năm 2013
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Họ tên và chữ ký)

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

TRƯỞNG KHOA
ĐIỆN-ĐIỆN TỬ
(Họ tên và chữ ký)
-i-


LỜI CẢM ƠN

Trước hết tơi xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thầy TS. Vũ Phan Tú. Người Thầy đã tận
tình giúp đỡ và hướng dẫn cũng như những lời khun q báo cho tơi trong suốt q
trình thực hiện luận văn này. Những ý kiến quý báu của Thầy đã giúp tôi học tập và khắc
phục được nhiều thiếu sót trong q trình thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn đến tất cả quý Thầy, Cô Trường Đại học Bách Khoa, đã giảng
dạy, trang bị cho tôi những kiến thức rất bổ ích và quý báu trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Cảm ơn tất cả bạn bè đã cùng chia sẻ, trao đổi kiến thức, kinh nghiệm trong suốt quá
trình học tập cũng như trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, xin cảm ơn chân thành, sâu sắc nhất đến Cha, Mẹ, Chị đã động viên và tạo
mọi điều kiện thuận lợi nhất để tôi yên tâm học tập tốt trong thời gian vừa qua.

Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng
Học viên thực hiện
Bùi Quang Triều

-ii-

năm 2013


TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trong các hệ thống điện, việc nghiên cứu các chế độ làm việc và các hiện tượng
của nó là một việc làm cần thiết. Khi các quá trình được nghiên cứu, tính tốn kỹ càng nó
sẽ giúp cho việc chọn lưa thiết bị cũng như đưa ra các phương pháp vận hành hợp lý.
Quá trình quá độ chỉ xảy ra trong thời gian rất ngắn, nó như một hiện tượng thoáng
qua. Tuy nhiên chúng lại ảnh hưởng rất lớn đến thiết bị, và hệ thống.
Các hiện tượng quá độ có thể sinh ra do nhiều nguyên nhân như ảnh hưởng của sét,
ngắn mạch, thao tác đóng cắt… Luận văn này tập trung phân tích q trình q độ khi
đóng cắt đường dây. Bắt đầu từ mơ hình một pha rồi đến mơ hình ba pha.
Luận văn được chia làm 5 chương.
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Giới thiệu bài toán quá độ
Chương 3: Giới thiệu Phương pháp RBF-FDTD
Chương 4 : Tính Tốn và Mơ Phỏng Q Độ Đường Dây
Chương 5 : Kết Luận
Luận văn cũng có sử dụng phương pháp giải tích là phương pháp với khối lượng
tính tốn nhiều nhưng cho được kết quả chính xác, sau đó so sánh với phương pháp biến
trạng thái, phương pháp FDTD và phương pháp RBF-FDTD.
Bên cạnh đó, để thấy hiệu quả của phương pháp RBF-FDTD, thì luận văn có đưa
vào ứng dụng thực tế ứng dụng phương pháp FDTD, biến trạng thái và phần mềm mô
phỏng ATP-EMTP cũng được sử dụng để kiểm tra độ chính xác của kết quả.

-iii-


LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 09 năm 2013
Tác giả luận văn
Bùi Quang Triều

-iv-


MỤC LỤC

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ......................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... ii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ......................................................................................... iii
LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... iv
MỤC LỤC ............................................................................................................... v
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN ............................................... viii
DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN .................................................. ix
CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN .............................................................. xiii
CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU

1

1.1. Đặt Vấn đề ........................................................................................... 1
1.2. Hướng tiếp cận đề tài ........................................................................... 2
1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài................................................................. 2
1.4. Mục đích nghiên cứu của đề tài ........................................................... 2
1.5. Kết Quả mong muốn............................................................................ 2
1.6. Phạm vi nghiên cứu của đề tài ............................................................. 3
1.7. Nội dung của luận văn ......................................................................... 4

CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU BÀI TOÁN QUÁ ĐỘ

5

2.1. Khái Quát ............................................................................................. 5
2.2. Mạch RC .............................................................................................. 5
2.3. Mạch RL .............................................................................................. 10
2.4. Mạch RLC ........................................................................................... 15
2.5. Phương Pháp Biến Đổi Laplace .......................................................... 19
-v-


CHƯƠNG 3
GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP RBF-FDTD

23

3.1. Giới thiệu phương pháp FDTD ........................................................... 23
3.1.2. Các công thức sai phân trong miền thời gian ............................. 25
3.2. Giới thiệu phương pháp RBF-FDTD................................................... 27
3.2.1. Sơ lược về phương pháp RBF-FDTD ........................................... 27
3.2.2. RBF-FDTD trong không gian một chiều ...................................... 28
3.2.3. Các công thức RBF-FDTD trong miền thời gian ......................... 31
3.3. So sánh giữa phương pháp RBF-FDTD và FDTD .............................. 32
3.4. Ví dụ ..................................................................................................... 34
3.4.1. Phương pháp giải tích .................................................................... 35
3.4.2. Phương pháp biến trạng thái.......................................................... 37
3.4.2.1. Giới thiệu phương pháp biến trạng thái ................................ 37
3.4.2.2. Nghiệm của phương trình trạng thái ..................................... 37

3.4.2.3. Phương pháp biến trạng thái trong bài toán quá độ............. 38
3.4.2.4. Áp dụng phương pháp biến trạng thái................................... 41
3.4.3. Phương pháp FDTD ....................................................................... 41
3.4.4. Phương pháp RBF-FDTD .............................................................. 42
3.4.5. Kết quả mơ phỏng ........................................................................... 42
CHƯƠNG 4
TÍNH TỐN VÀ MƠ PHỎNG Q ĐỘ ĐƯỜNG DÂY TRUYỀN TẢI

46

4.1. Mơ Hình Đường Dây ........................................................................... 46
4.2. Giới thiệu phần mềm ATP-EMTP....................................................... 47
4.2.1. Tổng quan về phần mềm ATP-EMTP ......................................... 47
4.2.2. Nguyên tắc hoạt động ................................................................. 47
4.2.3. Các thành phần trong thư viên mẫu của ATP ............................ 48

-vi-


4.2.4. Những Module chính trong ATP ................................................. 49
4.2.5. Một số ứng dụng quan trọng của ATP......................................... 50
4.3. Mơ Hình Một Dây Dẫn ........................................................................ 51
4.3.1. Đường dây hở mạch cuối đóng vào nguồn vô cùng lớn ............ 51
4.3.2. Đường dây hở mạch cuối đóng vào nguồn có tổng trở ............. 57
4.3.3. Đóng điện vào đường dây có tụ bù ............................................ 64
4.3.4. Đóng điện vào đường dây có tải................................................ 70
4.4. Mơ Hình Ba Pha .................................................................................. 73
4.4.1. Đường dây ba pha đối xứng ...................................................... 75
4.4.2. Đường dây ba pha hoán vị ........................................................ 79
4.5. Ứng dụng thực tế ................................................................................. 83

4.5.1. Giới thiệu đường dây thực tế ..................................................... 83
4.5.2. Ứng dụng vào tuyến đường dây 173 Trà Nóc ........................... 84
4.6. Tổng kết ............................................................................................... 88
CHƯƠNG 5
KẾT LUẬN

89

5.1.Nhận xét từ kết quả của chương trình .................................................. 89
5.2. So sánh và nhận xét phương pháp ....................................................... 89
5.3.Hướng phát triển để tài ......................................................................... 90
5.4. Lời kết .................................................................................................. 90
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................... 91
PHỤ LỤC ............................................................................................................. xiv
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ................................................................................... xv

-vii-


DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 3.1: Đánh giá sai số của 3 phương pháp so với phương pháp giải tích ở
100 phần tử ................................................................................................. 43
Bảng 3.2: Đánh giá sai số của 3 phương pháp cho từng phần tử ở L2 .................... 45
Bảng 3.3: Đánh giá sai số của 3 phương pháp cho từng phần tử ở L∞ ................... 45
Bảng 4. So sánh điện áp của các phương pháp với ATP ứng với từng thời điểm ... 55

-viii-

DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN

Hình 2.1 Mạch điện RC mắc song song .................................................... 5
Hình 2.2 Quá trình nạp tụ .......................................................................... 6
Hình 2.3 Quá trình nạp tụ với các hằng số thời gian khác nhau ............... 8
Hình 2.4. Điện áp trên tụ trong mạch RC với nguồn xoay chiều R=1kΩ… 9
Hình 2.5 Điện áp trên tụ trong mạch RC với nguồn xoay chiều R=10kΩ.
.................................................................................................................... 9
Hình 2.6 Quá trình nạp và xả tụ trong mạch RC ....................................... 10
Hình 2.7 Mạch điện RL khơng có nguồn cung cấp ................................... 11
Hình 2.8 Mạch điện RL với nguồn cung cấp ............................................ 12
Hình 2.9 Mạch RL nối tiếp, nguồn xoay chiều với các giá trị khác nhau L
.................................................................................................................... 13
Hình 2.10 Mạch điện để khảo sát trong ví dụ 2.3 ..................................... 14
Hình 2.11 Mạch điện qua điện cảm ........................................................... 15
Hình 2.12 Mạch RLC mắc nối tiếp ............................................................ 15
Hình 2.13 Dịng điện trong mạch RLC nối tiếp khi đóng nguồn DC ........ 18
Hình 2.14 Dịng điện trong mạch RLC nối tiếp với nguồn xoay chiều ..... 19
Hình 2.15 Mạch điện cho ví dụ 2.5............................................................ 20
Hình 2.16 Điện áp trên tụ điện trong ví dụ 2.5 khi giải bằng biến đổi Laplace
.................................................................................................................... 22
Hình 3.1 Các dạng lưới thường gặp ........................................................... 24
Hình 3.2 Lưới của hàm bán kính cơ bản .................................................... 27
Hình 3.3 Miền tham chiếu của điểm I trong khơng gian 1-D .................... 28
Hình 3.4 Khơng gian hai chiều .................................................................. 28
Hình 3.5 Mạch điện đơn giản..................................................................... 34
Hình 3.6 Mơ hình một hệ thống ................................................................ 37
-ix-

Hình 3.7 Kết quả mơ phỏng bằng 4 phương pháp ..................................... 42
Hình 3.8 Đồ thị đánh giá sai số của RBF-FDTD, FDTD và Biến trạng thái
khi hệ số c thay đổi ..................................................................................... 44
Hình 4.1 Sơ đồ tương đương hình π .......................................................... 46
Hình 4.2 Sơ đồ tương đương hình T .......................................................... 46
Hình 4.3 Mối tương quan giữa ATPDraw với các Module khác .............. 49
Hình 4.4 Các phần tử tiêu biểu dùng mơ phỏng trong ATP ...................... 51
Hình 4.5 Mơ hình đường dây khơng tải ..................................................... 52
Hình 4.6 Điện áp nguồn ............................................................................. 53
Hình 4.7 Mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP ...................... 53
Hình 4.8 Điện áp đầu nhận (RBF-FDTD, c=5,01) ................................... 54
Hình 4.9 Điện áp đầu nhận khi mơ phỏng bằng ATP-EMTP .................... 54
Hinh 4.10 Điện áp đầu nhận (RBF-FDTD, c=5,01) ................................. 56
Hình 4.11 Điện áp đầu nhận khi mơ phỏng bằng ATP-EMTP .................. 56
Hình 4.12 Đóng đường dây vào nguồn có tổng trở ................................... 57
Hình 4.13 Điện áp nguồn (RBF-FDTD, c=5,01) ...................................... 59
Hình 4.14 Mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP .................... 59
Hình 4.15 Điện áp đầu đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ........ 60
Hình 4.16 Điện áp đầu đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP............... 60
Hình 4.17 Điện áp cuối đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ...... 61
Hình 4.18 Điện áp cuối đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP ............ 61
Hình 4.19 Điện áp đầu đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=0) ........... 62
Hình 4.20 Điện áp đầu đường dây mô phỏng bằng ATP-EMTP............... 62
Hình 4.21 Điện áp cuối đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=0) .......... 63
Hình 4.22 Điện áp cuối đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP ............. 63
Hình 4.23 Đóng điện vào đường dây có tụ bù ........................................... 64
-x-


Hình 4.24 Mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP .................... 65

Hình 4.25 Điện áp đầu đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....... 66
Hình 4.26 Điện áp đầu đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP............... 66
Hình 4.27 Điện áp cuối đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ...... 67
Hình 4.28 Điện áp cuối đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP ............. 67
Hình 4.29 Điện áp đầu đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=0) ........... 68
Hình 4.30 Điện áp đầu đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP............... 68
Hình 4.31 Điện áp cuối đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=0) .......... 69
Hình 4.32 Điện áp cuối đường dây mô phỏng bằng ATP-EMTP ............. 69
Hình 4.33 Đóng điện vào đường dây có tải ............................................... 70
Hình 4.34 Mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP .................... 71
Hình 4.35 Điện áp đầu đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ........ 72
Hình 4.36 Điện áp đầu đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP............... 72
Hình 4.37 Điện áp cuối đường dây (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ...... 73
Hình 4.38 Điện áp cuối đường dây mơ phỏng bằng ATP-EMTP ............. 73
Hình 4.39 Mơ hình đường dây 3 pha ......................................................... 74
Hình 4.40 Mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP .................... 75
Hình 4.41 Điện áp pha a (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 76
Hình 4.42 Điện áp cuối pha a mơ phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 76
Hình 4.43 Điện áp pha b (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 77
Hình 4.44 Điện áp cuối pha b mô phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 77
Hình 4.45 Điện áp pha c (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 78
Hình 4.46 Điện áp cuối pha c mơ phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 78
Hình 4.47 Mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP .................... 79
Hình 4.48 Điện áp pha a (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 80
Hình 4.49 Điện áp cuối pha a mô phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 80
-xi-


Hình 4.50 Điện áp pha b (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 81
Hình 4.51 Điện áp cuối pha b mơ phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 81

Hình 4.52 Điện áp pha c (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 82
Hình 4.53 Điện áp cuối pha c mơ phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 82
Hình 4.54 Sơ đồ trạm biến áp 220/110kV trạm Trà Nóc........................... 83
Hình 4.55 Sơ đồ đơn tuyến 220/110kV trạm Trà Nóc .............................. 84
Hình 4.56 Mơ hình mơ phỏng bằng phần mềm ATP-EMTP .................... 84
Hình 4.57 Điện áp pha a (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 85
Hình 4.58 Điện áp cuối pha a mơ phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 85
Hình 4.59 Điện áp pha b (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 86
Hình 4.60 Điện áp cuối pha b mô phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 86
Hình 4.61 Điện áp pha c (RBF-FDTD, c=5,01) (phi=-90) ....................... 87
Hình 4.62 Điện áp cuối pha c mơ phỏng bằng ATP-EMTP ...................... 87

-xii-


CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

FDM

:Finite Difference Method

FDTD

:Finite Difference Time Domain

RBF-FDTD :Radial Basic Function – Finite Difference Time Domain
KV

:Kirchhoff Voltage

AC

:Alternate Current

DC

:Direct Current

PDE

:Partial Diferential Equation

FDG

:Finite Difference Grids

MATLAB

:MATrix LABoratory

EMTP

:Electromagnetic Transients Programme

ATP

:Alternative Transient Programme

FD

:Forward Difference

-xiii-


PHỤ LỤC

Phụ lục 1 : Bảng biến đổi Laplace của một số hàm thông dụng ............... 94
Phụ lục 2 : Đoạn code trong chương 2 ...................................................... 95

-xiv-


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

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG
Họ và Tên: Bùi Quang Triều
Ngày, tháng, năm sinh: 09 09 19

Nơi sinh: Trà Vinh

Địa chỉ liên lạc: Khóm 4, TT. Càng Long, H. Càng Long, T. Trà Vinh
I. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:

Chế độ học: Chính quy
Thời gian học: Từ 05 09 2007 đến 20/05/2011
Nơi học: Trường Đại học Cần Thơ
Ngành học: Kỹ thuật Điện

Chế độ học: Chính quy
Thời gian học: Từ năm 2011 đến năm 2013
Nơi học: Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh
Ngành học: Thiết Bị, Mạng Và Nhà Máy Điện
Tên luận án tốt nghiệp: Tính Tốn Q Độ Trên Đường Dây Truyền Tải
Bằng Phương Pháp RBF-FDTD
Người hướng dẫn: TS. Vũ Phan Tú
II. Q TRÌNH CƠNG TÁC:

-xv-


Chương 1: Mở đầu

Chương 1:
MỞ ĐẦU
1.1 . Đặt Vấn Đề
Như đã biết, điện năng là một dạng năng lượng sạch, khơng thể lưu trữ được và nó
cũng có tính đặc thù là phải cung cấp liên tục với độ tin cậy và chất lượng cao. Để có
được một hệ thống điện tin cậy, các quá trình trong vận hành hệ thống phải được nghiên
cứu kỹ lưỡng. Trong vận hành hệ thống, có thể chia hoạt động của hệ thống làm hai quá
trình: quá trình quá độ và quá trình xác lập. Quá trình quá độ là quá trình tương tác giữa
năng lượng trong các phần tử L và C có mặt trong mơ hình hệ thống. Q trình này phát
sinh có thể do tác động do xung sét, do ngắn mạch, do đóng cắt đường dây, đóng cắt
trạm, tụ bù…Quá trình quá độ chỉ diễn ra trong thời gian rất ngắn thường chỉ vài chu kỳ
nhưng không thể xem thường được vì trong quá trình quá độ, điện áp và dịng điện tăng
lên rất nhiều lần so với q trình xác lập và có thể gây thiệt hại cho các phần tử trong hệ
thống cũng như hư hỏng lớn trong hệ thống.
Để cung cấp được điện năng cho phụ tải điện thì điện năng phải được truyền tải từ

nhà máy đến phụ tải thông qua các phần tử của lưới truyền tải điện (đường dây, máy biến
áp, tụ bù…). Trong đó, phần tử phải kể đến trước hết là đường dây truyền tải. Mọi sự cố
diễn ra trên đường dây đều ảnh hưởng đến các phần tử khác cũng như tồn bộ hệ thống.
Chính vì lý do đó mà việc quan tâm các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải là điều
khơng thể bỏ qua trong q trình truyền tải điện trên đường dây.
Luận văn này thì tập trung nghiên cứu quá trình quá độ diễn ra trên đường dây
truyền tải. Cụ thể là quá trình quá độ diễn ra khi đóng cắt. Việc giải bài tốn q độ
đường dây thực chất là đi giải hệ phương trình vi phân của đường dây. Khối lượng tính
tốn của hệ phương trình rất nhiều nếu có u cầu cao về mức độ chính xác của bài tốn.
Đây khơng phải là một bài tốn mới và đã có nhiều lời giải. Tuy nhiên, với mức độ phức
tạp của bài toán, việc đi tìm một lời giải mới vẫn là việc cần thiết. Nếu có phương pháp
-1-


Chương 1: Mở đầu
mà khối lượng tính tốn hồn tồn được giao cho máy tính thực hiện thì phương pháp đó
được xem là phương pháp cần quan tâm. Với sự phát triển vũ bão của cơng nghệ máy
tính hiện nay thì việc tính tốn như thế là hồn tồn có thể. Phương pháp được nêu ra
trong luận văn là phương pháp có được ưu điểm đó.
1.2. Hướng tiếp cận đề tài
- Trong những năm gần đây, các lời giải cho bài toán quá độ trên đường dây truyền
tải cũng đã được ứng dụng như biến trạng thái, FDTD...cũng mang lại một số hiệu quả
nhất định. Tuy nhiên, một trong những phương pháp ưu việt trong số đó là phương pháp
RBF-FDTD (hàm bán kính cơ bản kết hợp với sai phân hữu hạn miền thời gian).
1.3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Nghiên cứu kết hợp với lý thuyết của phương pháp RBF-FDTD (hàm bán kính cơ
bản kết hợp với sai phân hữu hạn miền thời gian) nhằm khảo sát, tìm kiếm và giải quyết
các vấn đề còn tồn tại mà các phương pháp khác chưa giải quyết được.
1.4. Mục đích nghiên cứu của đề tài:


Nắm vững cơ sở lý thuyết RBF-FDTD.



Ứng dụng phương pháp RBF-FDTD giải bài toán quá độ.



So sánh kết quả thu được của phương pháp RBF-FDTD với phương pháp
FDTD, biến trạng thái.

1.5. Kết quả mong muốn:
Kết quả mong muốn sau khi hoàn thành đề tài này là:
 Nắm vững cơ sở lý thuyết và ứng dụng của phương pháp RBF-FDTD và các
cải tiến của nó.
 Ứng dụng các cải tiến của phương pháp RBF-FDTD giải quyết các vấn đề khác
của hệ thống.


Ứng dụng các cải tiến RBF-FDTD vào việc quá độ hệ thống điện, có thể ứng
dụng phương pháp RBF-FDTD cho các lĩnh vực khác của đời sống.
-2-


Chương 1: Mở đầu
1.6. Phạm vi nghiên cứu của đề tài


Mục tiêu của nghiên cứu

a. Mục tiêu chung
Nghiên cứu, tính tốn và phân tích ảnh hưởng của q độ trên đường dây truyền
tải bằng phương pháp RBF-FDTD.
b. Mục tiêu cụ thể
- Nghiên cứu về phương pháp FDM (FDM-Finite Difference Method).
- Nghiên cứu mơ hình của mạch điện từ đó đánh giá được ảnh hưởng của quá độ
trên đường dây truyền tải.
- Nghiên cứu về các phương pháp số và hàm RBF: các phương pháp số dùng để
giải bài toán phụ thuộc miền thời gian, kết hợp hàm bán kính cơ sở (RBF) để tăng độ
chính xác của kết quả.
i.Về phương diện toán học: các nhà toán học phát triển thành công phương pháp
số kết hợp hàm RBF như RBF-FDTD (RBF-radial basic founction, FDTD-finite
difference time domain method). Các phương pháp số khi kết hợp với hàm RBF cho kết
quả chính xác hơn các phương pháp số truyền thống.
ii. Đối với thực tiễn: kết quả tính tốn được kiểm tra bằng kết quả mô phỏng
phần mềm Matlab và ATP-EMTP. Hơn nữa, liên quan đến vấn đề này thì phương pháp
RBF-FDTD khảo sát vấn đề q độ rất chính xác. Có thể cung cấp cho người dùng một
cơng cụ mạnh và hữu ích trong việc tính tốn, dự đốn và đánh giá tác hại của quá độ
một cách chính xác hơn các phương pháp truyền thống.

-3-


Chương 1: Mở đầu
1.7. Nội dung của luận văn
Chương 1: Mở đầu
Chương 2: Giới thiệu bài toán quá độ
Chương 3: Giới thiệu phương pháp RBF-FDTD.
Chương 4 : Tính tốn và Mô Phỏng Quá Độ Đường Dây truyền tải

Chương 5 : Kết Luận

-4-


Chương 2: Giới thiệu bài toán quá độ

Chương 2 :
GIỚI THIỆU BÀI TỐN Q ĐỘ
2.1. Khái Qt
Phân tích q trình quá độ trong mạch điện cũng quan trọng như phân tích q trình
mạch điện ở trạng thái xác lập. Trong trạng thái quá độ, dòng điện và điện áp trên một vài
phần tử của hệ thống có thể tăng gấp nhiều lần trong trường hợp trạng thái xác lập. Dù
thời gian rất ngắn (chỉ một vài chu kỳ) nhưng sự tăng vọt của điện áp và dịng điện có thể
làm hư hỏng các thiết bị trên hệ thống.
2.2. Mạch RC
Xét mạch điện như hình 2.1:

Hình 2.1-Mạch điện RC mắc song song
Theo định luật Kirchhoff về dịng điện, ta có:
C

dv0 (t ) v0 (t )

0
dt
R

(2.1)

tức là:
dv0 (t ) v0 (t )

0
dt
CR

Nếu Vm là điện áp trên của tụ điện tại thời điểm ban đầu, khi đó phương trình (2.1)
sẽ có nghiệm là:

-5-


Chương 2: Giới thiệu bài toán quá độ
v0 (t )  Vm e

(

t
)
CR

(2.2)

Trong đó CR là hằng số thời gian.
Phương trình (2.2) mơ tả điện áp trên tụ điện trong quá trình xả tụ. Để xét điện áp
trong quá trình nạp tụ, ta xét mơ hình (2.2):

Hình 2.2 Q trình nạp tụ
Tương tự như (2.1) ta dùng định luật Kirchhoff, ta có:

C

dv0 (t ) v0 (t )  Vs

0
dt
R

(2.3)

Nếu tại thời điểm ban đầu tụ điện chưa được nạp điện nghĩa là v0(t)=0 khi t= 0.
Phương trình (2.3) có nghiệm:
 t 




v0 (t )  Vs 1  e  CR  





(2.4)

Trong trường hợp nguồn cung cấp là một nguồn xoay chiều, vS(t)=VSmsin(t+v),
thì điện áp trên tụ sẽ gồm 2 thành phần:
v0 (t )  v0 n (t )  v0 f (t )

Thành phần đáp ứng tự nhiên:

v0 n (t )  Ae

 t 


 CR 

-6-


Chương 2: Giới thiệu bài toán quá độ
và thành phần phụ thuộc:


v0 f (t )  Vcm sin( t   v    )
2

trong đó:
Vcm 

VSm

1
C

 1 
R2  

 C 

2

 1 

 CR 

  arctan 

Để tìm hằng số tích phân A ta phải dựa vào điều kiện ban đầu:


A  v0 (0)  v0 f (0)  v0 (0)  Vcm sin( v    )
2

Hai ví dụ sau dùng matlab để minh họa hai trường hợp nạp và xả tụ trong mạch điện
mà chỉ có RC.
Ví dụ 2.1
Trong hình 2.2, cho C = 10F, dùng matlab vẽ điện áp trên tụ điện trong các trường
hợp R = 1.0k, R = 10k, R = 0.1k.
Chương trình matlab (xem phụ lục 2):
Kết quả mơ phỏng:

-7-