Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở neuron mờ và mạng wavelet

Đại Học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------o0o---------

BÙI ĐÌNH DÂNG

NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU KHIỂN
PHÂN TÁN SỰ CỐ TRẠM BIẾN ÁP
TRÊN CƠ SỞ NEURON - MỜ VÀ MẠNG WAVELET

CHUYÊN NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN
MÃ SỐ NGÀNH: 2.06.07

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 04 năm 2007


CƠNG TRÌNH ĐƯƠC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ

Cán bộ chấm nhận xét 1:…………………………………………………

Cán bộ chấm nhận xét 2:…………………………………………………

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại:
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH

Ngày ……. tháng .…… năm 2007


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP - TỰ DO - HẠNH PHÚC

TP. HCM, ngày …… tháng …… năm 2006

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: BÙI ĐÌNH DÂNG

Phái

: Nam

Ngày, tháng, năm sinh : 12/1978

Nơi sinh : Thái Bình

Chuyên ngành

MSHV

: Thiết bị, mạng và nhà máy điện

: 01804474

I- TÊN ĐỀ TÀI:
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron.
II- NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Tổng quan về nhận dạng, điều khiển hệ thống lớn, hệ thống con, biến đổi Wavelet và
mạng Neuron.
2. Áp dụng Wavelet cho nhận dạng sự cố trên đường dây, máy biến áp, thanh cái.
3. Xây dựng mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố đường dây, máy
biến áp, thanh cái.
4. Thực hành áp dụng mạng Wavelet – Neuron cho bảo vệ trạm biến áp.
5. Nhận xét đánh giá. Kết luận.
III- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 06/02/2006

IV- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 06/10/2006
V- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

: PGS.TS NGUYỄN BỘI KHUÊ
CHỦ NHIỆM NGÀNH

CN BỘ MÔN
QL CHUYÊN NGÀNH

Nội dung và đề cương luận văn thạc sĩ đã được Hội đồng chun ngành thơng qua.
Ngày
TRƯỞNG PHỊNG ĐT – SĐH

tháng

năm 2006

TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH


LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, là những lời cảm ơn chân thành được gửi đến Thầy hướng
dẫn: PGS.TS Nguyễn Bội Khuê - về tất cả những hướng dẫn, ý kiến đóng góp
tận tình của Thầy đối với người thực hiện luận văn trong quá trình học và làm
việc vừa qua.
Với những kiến thức có được ngày hơm nay, đó là kết quả của một quá
trình học tập và rèn luyện lâu dài, nhưng trên hết vẫn là những công ơn của tất
cả quý Thầy, Cô Trường Đại Học Bách Khoa đã đem đến hành trang kiến thức
cho tơi vào đời.
Ngồi ra, xin được gửi đến các Thầy, Cô Khoa Điện - Điện Tử lời cảm
ơn sâu sắc vì đã tận tình truyền đạt những kiến thức, những kinh nghiệm cho
tôi trong suốt q trình học tập tại trường.
Cuối cùng, tơi xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến bạn bè, đồng
nghiệp và gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ cho tơi rất nhiều trong
q trình học tập, cơng tác cũng như trong thời gian hồn thành luận văn này.
TP. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2007
Người thực hiện:
Bùi Đình Dâng


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Với tình hình kinh tế - xã hội đang trên đà phát triển như hiện nay, ngành
điện sẽ ngày càng nắm một vai trò quan trọng, ảnh hưởng quyết định đến sự tồn

tại và phát triển của các loại hình cơng nghiệp, kinh tế, dịch vụ…Do đó, hệ
thống điện Việt Nam phải ngày càng mở rộng, phát triển để đảm nhận tốt vai trị
của mình.
Trong hệ thống điện, vấn đề bảo vệ là vô cùng quan trọng, ảnh hưởng trực
tiếp đến sự ổn định, quá trình vận hành của tổng thể hệ thống. Hệ thống bảo vệ
có hoạt động tốt thì hệ thống điện mới vận hành cân bằng và ổn định, cô lập
nhanh điểm sự cố. Trong bảo vệ hệ thống điện thì vấn đề nhận dạng sự cố, loại
sự cố, điểm sự cố là quan trọng nhất.
Do đó luận văn này sẽ trình bày một phương pháp nhận dạng phân tán sự
cố trong trạm biến áp cũng như trong hệ thống điện dùng biến đổi Wavelet kết
hợp với mạng Neuron. Wavelet có nghĩa là sóng nhỏ, phân tích tín hiệu thành
tổng của các phiên bản dịch và tỷ lệ của Wavelet cơ bản (Wavelet mẹ). Wavelet
cơ bản ở đây không phải là các hàm sine hay cosine như trong biến đổi Fourier
mà là các sóng nhỏ có thời gian duy trì tới hạn và giá trị trung bình bằng khơng.
Để phù hợp với hướng nghiên cứu trong luận văn, Cán bộ hướng dẫn:
PGS.TS Nguyễn bội Khuê đồng ý giới hạn nhiện vụ luận văn: không tìm hiểu,
kết hợp phần lý thuyết Mờ trong luận văn mà chỉ kết hợp phân tích Wavelet với
mạng Neuron để nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp. Luận văn
được trình bày trong 5 chương với các nội dung như sau:
Chương 1: Giới thiệu về đề tài luận văn, nhiệm vụ, mục tiêu, phạm vi
nghiên cứu và giá trị thực tiễn của luận văn. Giới thiệu nội dung luận văn và các
tài liệu tham khảo trong quá trình thực hiện luận văn.
Chương 2: Phần tổng quan về đề tài luận văn. Trình bày vấn đề bảo vệ hệ
thống điện, bảo vệ hệ thống lớn, hệ thống con. Nhận dạng sự cố trong hệ thống
điện, tổng quan một số bài báo về áp dụng biến đổi Wavelet nhận dạng sự cố
trên đường dây, máy biến áp. Tổng quan về mạng Neuron nhận dạng và điều
khiển sự cố hệ thống điện.
Chương 3: Phần phương pháp luận trong luận văn. Trình bày lý thuyết hệ
thống, hệ thống lớn, hệ thống con và phương pháp điều khiển. Lý thuyết nhận
dạng, biến đổi Wavelet, mạng Neuron áp dụng cho nhận dạng. Mạng Wavelet –

Neuron áp dụng cho nhận dạng và điều khiển sự cố đường dây, máy biến áp,
thanh cái. So sánh việc áp dụng các Wavelet mẹ khác nhau trong nhận dạng sự
cố hệ thống điện.
Chương 4: Phần áp dụng mạng Wavelet – Neuron vào thực tế nhận dạng
và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp Bình Triệu. Chia nhỏ trạm biến áp, lập
trình Matlab cho mạng Wavelet – Neuron bảo vệ từng phần tử trong trạm. Mô
phỏng các dạng sự cố tại các điểm cần bảo vệ, chạy chương trình cho ra kết quả
nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp .
Chương 5: Kết luận, nhận xét đánh giá về phương pháp nhận dạng và
điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp bằng mạng Wavelet – Neuron. Những
vấn đề đã thực hiện được cũng như những vấn đề cịn hạn chế.
Phụ lục 1: Tính toán ngắn mạch một số điểm đặc trưng trên đường dây 1
trong ví dụ áp dụng ở chương 3.
Phụ lục 2: Kết quả mô phỏng sự cố trên đường dây 1 trong ví dụ áp dụng
ở chương 3.
Phụ lục 3: Thông số cài đặt, kết quả mô phỏng sự cố máy biến áp áp
dụng trong chương 3.
Phụ lục 4: Tính tốn ngắn mạch trạm biến áp Bình Triệu – Cơng ty Điện
Lực Thành Phố Hồ Chí Minh.


MỤC LỤC
Chương 1: Phần mở đầu ........................................................................................... 1
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................. 1
1.2. Nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn ........................................................... 2
1.3. Phạm vi nghiên cứu của luận văn .............................................................. 3
1.4. Những điểm mới của luận văn ................................................................... 3
1.5. Giá trị thực tiễn của luận văn .................................................................... 3

1.6. Nội dung luận văn ...................................................................................... 4
1.7. Tài liệu tham khảo...................................................................................... 4
Chương 2: Tổng quan................................................................................................ 6
Chương 3: Phương pháp luận ................................................................................ 20
3.1. Hệ thống lớn, hệ thống con và phương pháp điều khiển ......................... 21
3.1.1. Lý thuyết hệ thống ...................................................................... 21
3.1.2. Điều khiển hệ thống điện............................................................ 22
3.2. Lý thuyết nhận dạng, biến đổi Wavelet áp dụng cho nhận dạng sự cố ... 23
3.2.1. Khái niệm về nhận dạng............................................................. 23
3.2.1.1. Nhận dạng đường cong tín hiệu ................................... 24
3.2.1.2. Kỹ thuật nhận dạng đường cong tín hiệu ..................... 24
3.2.1.3. Nhận dạng sự cố hệ thống điện .................................... 26
3.2.2. Phương pháp phân tích tín hiệu ................................................. 26
3.2.2.1. Biến đổi Wavelet ........................................................... 28
3.2.2.2. Wavelet và Matlab ........................................................ 31
3.2.2.3. Áp dụng Wavelet cho nhận dạng sự cố hệ thống điện.. 34
3.3. Mạng Neuron áp dụng cho nhận dạng và điều khiển sự cố..................... 34
3.3.1. Cấu trúc và mơ hình Neuron thần kinh ...................................... 35
3.3.2. Mơ hình tốn học một Neuron nhân tạo .................................... 35
3.3.3. Mạng Neuron.............................................................................. 37
3.3.4. Phương thức làm việc của mạng Neuron ................................... 38
3.3.5. Phương pháp học hướng ngược Gradient.................................. 39
3.3.6. Phân loại mạng Neuron ............................................................. 40
3.3.7. Một số mạng Neuron .................................................................. 40


3.4. Mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố
đường dây tải điện.................................................................................... 44
3.4.1. Biến đổi Wavelet nhận dạng sự cố ............................................. 45
3.4.2. Mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố

đường dây .................................................................................. 47
3.4.3. Ví dụ áp dụng.............................................................................. 50
3.5. Mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố
máy biến áp, thanh cái ............................................................................. 67
Chương 4: Áp dụng mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển
phân tán sự cố trạm biến áp Bình Triệu .......................................... 83
4.1. Sơ đồ nguyên lý, thông số, quy tắc điều khiển sự cố trạm Bình Triệu..... 84
4.2. Mơ phỏng, biến đổi Wavelet nhận dạng sự cố các phần tử trong trạm... 86
4.3. Chương trình mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển
phân tán sự cố ......................................................................................... 97
4.4. Kết quả nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố .................................... 97
Chương 5: Kết luận ............................................................................................... 123
Phụ lục 1 .................................................................................................................. 125
Phụ lục 2 .................................................................................................................. 133
Phụ lục 3 .................................................................................................................. 135
Phụ lục 4 .................................................................................................................. 139


CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1

PHẦN MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Điện năng là một loại năng lượng được dùng phổ biến nhất. Để có năng lượng
điện, từ khâu sản xuất, truyền tải đến phân phối đều phải tiến hành đồng bộ. Khoa học
ngày càng phát triển, nhu cầu con người ngày càng cao, địi hỏi phải có nguồn điện
năng ngày một chất lượng và ổn định hơn. Do đó, vấn đề bảo vệ hệ thống điện phải
được đặc biệt quan tâm, nếu để xẩy ra sự cố dù là nhỏ, thời gian khắc phục ngắn thì
cũng sẽ ảnh hưởng khơng nhỏ đến sản xuất, dịch vụ, người tiêu dùng…

Hệ thống điện Việt Nam chúng ta cịn rất nhỏ, có thể nói ngành điện khơng đáp
ứng đủ nhu cầu của người tiêu dùng về số lượng cũng như chất lượng điện. Đó là do
chúng ta đã khơng thực hiện đi trước một bước, dự báo phụ tải của chúng ta chưa
chính xác và còn phụ thuộc quá nhiều vào thủy điện. Vấn đề về ổn định, đảm bảo chất
lượng điện vẫn chưa được quan tâm cao, tổn thất điện năng còn quá lớn. Hệ thống
điện với các thiết bị cũ, dễ hư hỏng, hệ thống bảo vệ hoạt động không được tin cậy,
chưa đồng bộ và chọn lọc cao. Bảo vệ hệ thống điện chủ yếu dùng relay bảo vệ, với
relay kỹ thuật số làm việc tin cậy nhưng sự liên kết trong hệ thống bảo vệ relay là rất
khó khăn. Do đó địi hỏi phải phát triển, áp dụng các kỹ thuật mới, hiện đại trong bảo
vệ hệ thống điện.
Hiện nay, với sự phát triển mạnh của khoa học trong lĩnh vực mạng Neuron,
logic mờ, trí tuệ nhân tạo, biến đổi Wavelet và được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh
vực nhận dạng, thiết kế, quy hoạch, dự báo, điều khiển… Do đó, áp dụng biến đổi
Wavelet và mạng Neuron từng bước thay thế cho relay bảo vệ hệ thống điện nói
chung và trạm biến áp nói riêng là cần thiết. Nếu nhận dạng đúng điểm sự cố, điều
khiển lúc sự cố tin cậy thì mạng Wavelet – Neuron hồn tồn có thể bảo vệ ổn định
trạm biến áp cũng như hệ thống điện. Mặt khác, việc liên kết bảo vệ phân tán trong hệ
thống điện và trạm biến áp của mạng WN là dễ dàng, chính xác nhờ truyền dẫn tín
hiệu bằng SCADA và sự phối hợp bảo vệ.
Các sự cố trong trạm biến áp gồm: ngắn mạch 1 pha, ngắn mạch 2 pha, ngắn
mạch 2 pha chạm đất, ngắn mạch 3 pha tại thanh cái hay đường dây vào trạm, đứt
dây, sự cố nội bộ máy biến áp, sự cố lộ ra, sự cố điện áp, tần số. Với mỗi phần tử
trong trạm có các mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển khác nhau. Mạng
Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp là phải nhận
biết được dạng sự cố, điểm sự cố và đưa ra tín hiệu điều khiển phù hợp đảm bảo cô
lập được sự cố, ổn định trạm cũng như toàn hệ thống.
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

1

CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

1.2. Nhiệm vụ và mục tiêu của luận văn
Để phù hợp với hướng nghiên cứu trong luận văn, Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS
Nguyễn Bội Khuê đồng ý giới hạn nhiệm vụ luận văn: khơng tìm hiểu, kết hợp phần
lý thuyết Mờ trong luận văn, chỉ kết hợp biến đổi Wavelet và mạng Neuron nhận dạng
và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp. Nhiệm vụ của luận văn:
1. Tổng quan về nhận dạng, điều khiển hệ thống lớn, hệ thống con, biến đổi
Wavelet và mạng Neuron.
2. Áp dụng Wavelet nhận dạng sự cố trên đường dây, máy biến áp, thanh cái.
3. Xây dựng mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố đường dây,
máy biến áp, thanh cái.
4. Thực hành áp dụng mạng Wavelet – Neuron bảo vệ trạm biến áp Bình Triệu
5. Nhận xét đánh giá. Kết luận.
Luận văn sẽ thiết kế, huấn luyện mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều
khiển phân tán sự cố trạm biến áp. Điều khiển phân tán ở đây là trạm biến áp được
phân nhỏ thành các phần tử là đường dây (đi vào hay đi ra), thanh cái, máy biến áp và
các lộ ra. Với mỗi phần tử như vậy ta có một mạng Wavelet – Neuron nhận dạng loại
sự cố, vị trí sự cố và điều khiển cô lập sự cố. Các sự cố được bảo vệ cấp 2 cho máy cắt
(Breaker Fault) bằng cách đi cắt máy cắt cao hơn (phía nguồn tới) trong trạm hay gửi
tín hiệu cắt máy cắt ở trạm khác.

Hình 1.1: Mơ hình trạm biến áp
Tương ứng với mạng WN:

Hình 1.2: Mơ hình mạng WN bảo vệ trạm biến áp
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

2

CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

Sự thu thập thông tin về trạng thái vận hành, thông số sự cố của mạng Wavelet
– Neuron nhờ truyền dẫn các tín hiệu đo lường về phịng điều khiển trung tâm, tín
hiệu ngõ ra được truyền đi để cắt cô lập sự cố. Quan hệ giữa các mạng Wavelet –
Neuron từ cao xuống thấp là quan hệ có giám sát, phản hồi và phối hợp.
Nhận dạng loại sự cố, vị trí sự cố được thực hiện bằng cách biến đổi Wavelet
các sóng tín hiệu điện áp và dòng điện, kết quả đầu ra của biến đổi Wavelet được đưa
đến ngõ vào mạng Neuron. Mạng Neuron được huấn luyện để xác định sự cố, nếu có
sự cố, mạng Neuron sẽ tác động cắt máy cắt liên quan cô lập điểm sự cố, báo hiệu sự
cố và gởi tín hiệu đi các mạng Wavelet – Neuron cao hơn.
Khi mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển được sự cố trạm biến áp,
đánh giá sai số, chất lượng và độ tin cậy của mạng và từ đó áp dụng vào thực tế bảo
vệ trạm biến áp. Điều này giảm được đáng kể chi phí đầu tư, tránh phụ thuộc vào sự
hoạt động không tin cậy của từng relay bảo vệ. Mặt khác, do có sự liên lạc bảo vệ dễ
dàng trong toàn trạm mà mạng Wavelet – Neuron có thể phối hợp bảo vệ chính xác,
cơ lập nhanh điểm sự cố, tránh lây lan sự cố trong trạm và ra ngoài hệ thống.
1.3. Phạm vi nghiên cứu của luận văn
Luận văn sẽ trình bày lý thuyết về biến đổi Wavelet, mạng Neuron, lý thuyết
nhận dạng và nhận dạng các loại sự cố trong trạm biến áp. Tín hiệu ngõ vào, ngõ ra
cho biến đổi Wavelet và mạng Neuron, phương pháp huấn luyện mạng Neuron để
nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trong trạm biến áp.
Phần thực hành sẽ thiết kế mạng Wavelet – Neuron bảo vệ phân tán sự cố trạm
biến áp Bình Triệu – Cơng ty Điện Lực Thành Phố Hồ Chí Minh trên phần mềm
Matlab 7.0.
1.4. Những điểm mới của luận văn
Luận văn sẽ trình bày phương pháp nhận dạng loại sự cố, điểm sự cố trong
trạm biến áp bằng mạng Wavelet – Neuron, tín hiệu điều khiển của từng mạng

Wavelet – Neuron trong một mạng cũng như sự phối hợp bảo vệ giữa chúng.
Mạng Wavelet – Neuron bảo vệ phân tán sự cố trạm biến áp nói riêng và hệ
thống điện nói chung là một yêu cầu cần thiết. Tính nổi bật của mạng Wavelet –
Neuron là tập trung, truyền dẫn tất cả các thông số vận hành, thông số chế độ về một
phịng điều khiển trung tâm, từ đó mạng Wavelet – Neuron nhận dạng loại sự cố, vị trí
sự cố và đưa ra tín hiệu điều khiển, cơ lập phần tử bị sự cố ra khỏi hệ thống.
1.5. Giá trị thực tiễn của luận văn
Mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp
khi được huấn luyện có ngõ ra đáp ứng các yêu cầu vận hành lúc sự cố, được áp dụng
trong thực tiễn bảo vệ trạm biến áp cũng như toàn hệ thống. Sự mã hóa các thơng số
vận hành, thơng số chế độ về nhị phân {0,1} và truyền dẫn Scada về trung tâm sẽ

Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

3


CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

không làm sai lệch đánh giá. Từ đó các tín hiệu điều khiển từ mạng Wavelet – Neuron
là tin cậy và chọn lọc.
Áp dụng lý thuyết nhận dạng và điều khiển bằng mạng Wavelet – Neuron bảo
vệ hệ thống điện là một hướng đi đúng.
1.6. Nội dung luận văn
Chương 1. PHẦN MỞ ĐẦU
Chương 2. TỔNG QUAN
Chương 3. PHƯƠNG PHÁP LUẬN
-

Hệ thống lớn, hệ thống con và phương pháp điều khiển

-

Lý thuyết nhận dạng, biến đổi Wavelet áp dụng cho nhận dạng sự cố

-

Mạng Neuron áp dụng cho nhận dạng và điều khiển sự cố

-

Mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố đường dây tải điện

-

Mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố máy biến áp, thanh cái

Chương 4. ÁP DỤNG MẠNG WAVELET – NEURON NHẬN DẠNG VÀ ĐIỀU
KHIỂN PHÂN TÁN SỰ CỐ TRẠM BIẾN ÁP BÌNH TRIỆU
-

Sơ đồ nguyên lý, thơng số, quy tắc điều khiển sự cố trạm Bình Triệu

-

Mô phỏng, biến đổi Wavelet nhận dạng sự cố các phần tử trong trạm

-

Chương trình mạng Wavelet – Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố

-

Kết quả nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố

Chương 5. KẾT LUẬN
-

Đánh giá phương pháp nhận dạng và điều khiển bằng mạng Wavelet - Neuron

-

Các vấn đề đã được thực hiện trong luận văn

-

Một số vấn đề còn hạn chế

1.7. Tài liệu tham khảo:
[1] Sun-Yuan Kung, Jinshiuh Taur, Shang-Hung Lin “Synergistic Modeling and
Applications of Hierarchical Fuzzy Neural Networks” Proceedings of the IEEE,
Vol.87, No.9, September 1999.
[2] Fernando H.Magnago and Ali Abur “Fault Location Using Wavelets” IEEE
Transactions on Power Delivery, Vol.13, No.4, October 1998.
[3] Xia Yibin, David Chan Tat Wai, W.W.L.Keerthipala “New Technique Using
Wavelet Analysis for Fault Location” Developments in Power Systerm Protection,
25-27th March 1997.

Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

4


CHƯƠNG 1: PHẦN MỞ ĐẦU

[4] M Silva, M Oleskovicz, D V Coury “A Fault Location for Transmission Lines
Using Traveling Waves and Wavelet Transform Theory” 2004 The Institution of
Electrical Engineers.
[5] Zhong Yang, J.Z.Liu, Dong Xinzhou, Z.Q.Bo, N.F.Chin “A New Technique
for Power Trnsformer Using Discrete Dyadic Wavelet transform” Developments
in Power System Protection No.479 IEE 2001.
[6] David C.Robertson, Octavia I.Camps, Jeffrey S.Mayer, William B.Gish
“Wavelet and Electromagnetic Power System Transients” IEEE Transactions on
Power Delivery, Vol.11, No.2, April 1996.
[7] Rosa Ma de Castro Fernández, Horacio Nelson Díaz Rojas “An Overview of
Wavelet Transforms Application in Power Systems” PSCC, Sevilla, 24-28 June
2002.
[8] A.H.Osman “Transmission Line Distance Protection Based on Wavelet
Transform” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.19, No.2, April 2004.
[9] M.M.Eissa “Novel Digital Directional Transformer Protection Technique
Based on Wavelet Packet” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.20, No.3,
April 2005.
[10] A.H.Osman “Transmission Line Distance Relaying On-Line Trained Neural
Networks” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol.20, No.2, April 2005.
[11] Wavelet toolbox in Matlab 7.0 release 14
[12] Neural Network toolbox in Matlab 7.0 release 14

Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

5

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

CHƯƠNG 2

TỔNG QUAN

NỘI DUNG:
• Bảo vệ hệ thống lớn, hệ thống con
• Nhận dạng sự cố, biến đổi Wavelet nhận dạng sự cố hệ thống điện
• Mạng Neuron nhận dạng và điều khiển sự cố hệ thống điện

Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

6


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Bảo vệ hệ thống điện là một công việc hết sức quan trọng. Yêu cầu của bảo vệ
là phải cô lập cho được điểm sự cố ra khỏi hệ thống, đảm bảo ổn định cũng như cung
cấp điện liên tục cho khách hàng. Relay bảo vệ và mạch điều khiển là phần nhị thứ
trong nhà máy và trạm điện, nó nhìn phần nhất thứ qua thiết bị đo đếm các thơng số
như dịng điện, điện áp, cơng suất, kết hợp với các thông số cấu trúc của hệ thống mà
biết được tình trạng vận hành của hệ thống điện.
Yêu cầu của bảo vệ là chỉ cô lập điểm sự cố ra khỏi hệ thống và lượng tải mất
điện là nhỏ nhất, do đó cần phải có sự phối hợp bảo vệ phân tán trong hệ thống từ cấp
điện áp cao xuống cấp điện áp thấp, giữa mạng hình vịng và mạng hình tia. Bảo vệ
cấp cao phải nhìn bảo vệ cấp thấp hơn để bảo vệ dự phòng cấp 2 (Backup) trong

trường hợp bảo vệ cấp thấp không phát hiện được sự cố, không tác động cũng như
trường hợp máy cắt không cắt được (Breaker Failure – BF). Sự phối hợp bảo vệ có
chính xác thì hệ thống làm việc mới tối ưu, tin cậy. Do đó, công việc thiết kế hệ thống
bảo vệ phân tán trong các phân cấp hệ thống là vô cùng quan trọng.
Bảo vệ hệ thống điện cần đo đếm, phân tích các tín hiệu đo lường để biết được
sự cố, vị trí sự cố và tác động điều khiển cô lập sự cố. Hệ thống bảo vệ relay hiện nay
là đo đếm độ lớn, góc pha của dịng điện, điện áp qua các TI, TU, tính tốn và nhận
biết sự cố. Ta cũng có thể nhận dạng sự cố bằng cách phân tích các tín hiệu đo lường,
lập trình và tính tốn trên máy vi tính nhận dạng sự cố, kết hợp với các thiết bị đầu
cuối, hồn tồn có thể điều khiển được hệ thống khi sự cố.
Hiện nay, với sự phát triển và ứng dụng rất mạnh của phương pháp phân tích
Wavelet ta có thể áp dụng để nhận dạng và điều khiển sự cố trạm biến áp cũng như hệ
thống điện. Điểm mạnh của phương pháp phân tích Wavelet là phân tích tín hiệu trên
cả hai miền thời gian và tần số. Do đó mọi sự thay đổi của tín hiệu như tăng cao, dao
động hay đứt gãy đều được phát hiện một cách chính xác. Từ các hệ số khi phân tích
Wavelet tín hiệu dịng điện và điện áp, tổng hợp nhận dạng sự cố và đưa đến ngõ vào
của mạng Neuron để huấn luyện xác định sự cố, loại sự cố, vị trí sự cố và đưa ra tín
hiệu điều khiển phù hợp. Mạng Neuron được sử dụng là mạng Perceptron với đặc
điểm là dễ huấn luyện và cho kết quả hội tụ cao.
Ứng dụng Wavelet trong hệ thống điện đầu tiên là của Robertson và Ribeiro
năm 1994 và đã phát triển mạnh trong những năm sau đó [7].

Hình 2.1: Áp dụng biến đổi Wavelet
Biến đổi Wavelet được áp dụng trong nhiều lĩnh vực hệ thống điện: Bảo vệ hệ
thống 36%, chất lượng điện năng 32%, dao động hệ thống 11%, phóng điện 4%, dự
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

báo phụ tải 3%, đo đếm 2% và các lĩnh vực khác 12%. Đối với bảo vệ hệ thống điện,
biến đổi Wavelet có thể kết hợp với mạng Neuron, logic Mờ áp dụng để nhận dạng sự
cố, loại sự cố, vị trí sự cố trên đường dây hay máy biến áp. Bảo vệ tổng trở cao, bảo
vệ so lệch hay tự đóng lại đường dây, trạm điện.
Ý tưởng thiết kế hệ thống nhận dạng và điều khiển phân tán hệ thống điện bằng
mạng Neuron - Mờ xuất phát từ bài báo [1]. Bài báo trình bày sự kết hợp các Neuron,
từng mạng Neuron - Mờ phân cấp để xử lý tín hiệu và đạt được mục tiêu. Có hai cấu
trúc nhận dạng được thiết kế như sau:
Cấu trúc 1 (hình 2.2): Tập vectơ đầu vào được đưa đến các lớp nhận dạng. Mỗi
lớp làm nhiệm vụ nhận dạng một đặc điểm riêng của đối tượng. Mỗi lớp lại được phân
nhỏ ra nhiều chuyên gia với chức năng nhận dạng và ngưỡng nhận dạng khác nhau.
Tổng hợp kết quả từ tất cả các chuyên gia trong 1 lớp sẽ cho ra kết quả nhận dạng của
lớp đó. Cuối cùng là tổng hợp kết quả các lớp sẽ cho ra kết quả nhận dạng đối tượng.
Cấu trúc 2 (Hình 2.3): Tập vectơ đầu vào được đưa đến các chuyên gia. Mỗi
chuyên gia được phân nhỏ ra nhiều lớp với chức năng nhận dạng khác nhau. Với hàm
ngưỡng quan hệ giữa các lớp sẽ cho ra kết quả nhận dạng của từng chuyên gia. Tổng
hợp kết quả từ tất cả các chuyên gia sẽ cho ra kết quả nhận dạng đối tượng.

Hình 2.2: Cấu trúc nhận dạng lớp – chuyên gia
Nhận dạng sự cố, xác định điểm sự cố trong hệ thống điện sử dụng biến đổi
Wavelet được giới thiệu trong bài báo [2]. Sóng sự cố dao động trên đường dây giữa
điểm sự cố và điểm đặt bảo vệ có các thành phần tần số cao, được phát hiện dễ dàng
bằng phân tích Wavelet. Dạng sự cố được xác định dựa vào điểm nối đất, điểm chạm
đất trong hệ thống và tổng trở sự cố. Tính tốn điểm sự cố dựa vào thời gian lan
truyền sóng tín hiệu trên đường dây từ điểm đặt bảo vệ đến điểm sự cố.
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

8

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Hình 2.3: Cấu trúc nhận dạng chuyên gia - lớp
Xét một đường dây có chiều dài l, tốc độ truyền sóng tín hiệu là vm nối giữa 2
thanh cái A, B trong hệ thống. Gọi tA, tB lần lượt là thời gian truyền sóng tín hiệu từ
thanh cái A và B đến điểm sự cố. Trị số thời gian này đo được từ các hệ số mức 1 của
phép biến đổi Wavelet các sóng sự cố. Khi đó khoảng cách sự cố từ thanh cái A đến
điểm sự cố được tính bởi cơng thức:
x=

l − vm t d
2

(2.1)

Trong đó td = tB – tA là độ lệch thời gian truyền sóng từ thanh cái B so với từ
thanh cái A đến điểm sự cố.
Mô phỏng như trong bài báo cho kết quả tính tốn điểm sự cố là tương đối
chính xác với khoảng cách xác định sự cố so với khoảng cách mô phỏng đo được là
22,9/20; 29,09/30; 172,72/170 với các phương pháp tính tốn khác nhau.
Bài báo [4] cũng trình bày phương pháp xác định điểm sự cố dựa vào tốc độ
truyền sóng tín hiệu trên đường dây và phân tích sóng sự cố bằng Wavelet. Xét một
đường dây đơn như trường hợp trên, mơ hình thời gian truyền sóng trên đường dây:

Hình 2.4: Mơ hình truyền sóng trên đường dây
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

9

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Khi đó, khoảng cách từ điểm sự cố f tới thanh cái B là:
xB =

v m (t A − (t A + 2t B ))
2

(2.2)

Và tới thanh cái A là:
xB =

l − v m (t B − t A )
2

(2.3)

Một phương pháp khác sử dụng phân tích Wavelet xác định điểm sự cố được
trình bày trong bài báo [3]. Phương pháp sử dụng phân tích Wavelet đến mức 6, xác
định các thành phần tần số cơ bản của dòng điện và điện áp sự cố đường dây. Tính
tốn tổng trở sự cố và biết được điểm sự cố dựa vào giá trị tổng trở đơn vị của đường
dây.
Phương pháp Wavelet xác định điểm sự cố được so sánh với phương pháp xác
định bằng phân tích Fourier rời rạc. Q tình thực hiện và kết quả được mơ phỏng
bằng phần mềm EMTP. Xét một mạng điện đơn có công suất nguồn 100MVA, đường
dây truyền tải dài 160km với loại dây 1109 ACAR 24/13 có thơng số như sau:
R (Ω/km)

0,0557
0,3328

Thứ tự thuận
Thứ tự khơng

L (H/km)
1,2502
3,8408

C (µF/km)
0,0094
0,0050

Mơ hình mạng điện:

Hình 2.5: Mạng điện mô phỏng
Giả sử sự cố xẩy ra tại điểm cách thanh cái X một khoảng m bằng 20%, 50%,
80% đường dây. Tính tốn giá trị điện áp và dịng điện bằng phân tích Wavelet và
phân tích Fourier rời rạc với 3 khoảng sự cố mô phỏng trên.
Đối với sự cố pha chạm đất khoảng cách sự cố được xác định:
Z X m = mZ u =

VX
IX

⇒ m=

VX
I X Zu

(2.4)

Đối với sự cố pha chạm pha, giả sử pha B chạm pha C thì khoảng cách sự cố
được xác định:
Z X m = mZ u =

VBX − VCX
I BX − I CX

⇒ m=

VBX − VCX
(I BX − I CX )Z u

(2.5)

Sai số phép đo được xác định:
% error =

(gia tri tinh toan − gia tri thuc )×100 (% )
gia tri tinh toan

Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

(2.6)
10


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Kết quả tính tốn mơ phỏng trường hợp pha chạm đất:
Khoảng cách mơ phỏng – m
Phân tích Giá trị tính tốn (km)
Wavelet Sai số (%)
Phân tích Giá trị tính tốn (km)
Fourier
Sai số (%)
Và trường hợp pha chạm pha:

0,2
32,544
1,71
29,808
-6,85

0,5
82,288
2,87
75,536
-5,58

0,8
130,992
2,34
122,64
-4,17

Khoảng cách mơ phỏng – m
Phân tích Giá trị tính tốn (km)

Wavelet Sai số (%)
Phân tích Giá trị tính tốn (km)
Fourier
Sai số (%)

0,2
35,472
10,88
38,256
19,57

0,5
85,408
6,75
86,912
8,64

0,8
137,632
7,53
139,12
8,69

Ứng dụng phương pháp biến đổi Wavelet trong phân tích các trường hợp dao
động điện từ khi đóng cắt máy cắt hay khi hệ thống bị sự cố [6]. Tương tự như phân
tích Fourier, phân tích Wavelet cho ta biết thơng tin về các dạng sóng tín hiệu đo
lường hệ thống nhưng kết quả tốt hơn phân tích Fourier trong trường hợp các sóng
khơng chu kỳ. Khác với phân tích Fourier thời gian ngắn, độ rộng cửa sổ tín hiệu thay
đổi khi phân tích Wavelet, do đó ta có thể biết được thơng tin tín hiệu trong cả hai
miền thời gian và tần số.

Bảo vệ khoảng cách đường dây áp dụng biến đổi Wavelet [8]. Biến đổi
Wavelet – WT (Wavelet Transform) có khả năng phân tích tín hiệu thành các thành
phần tần số khác nhau bằng giải thuật phân tích nhiều lớp – MRA (MiltiResolution
Analysis). Nó có thể sử dụng để nhận dạng sự cố, đánh giá độ lớn và góc pha của tín
hiệu điện áp hay dịng điện, áp dụng cho bảo vệ khoảng cách đường dây truyền tải.
Bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số đường dây là phương pháp đo lường các tín hiệu
dịng điện và điện áp tại điểm đặt bảo vệ, sử dụng WT kết hợp với MRA được trình
bày trong bài báo này. Kết quả tính tốn được kiểm định trên máy tính với các loại sự
cố chạm đất, sự cố chạm pha, tổng trở cao, chạm đất phi tuyến và sự cố phóng điện.
Bảo vệ khoảng cách là bảo vệ chính cho đường dây truyền tải. Có rất nhiều
phương pháp bảo vệ và cho kết quả tốt. Nguyên tắc bảo vệ cơ bản là tính tốn tổng trở
ngắn mạch ở tần số cơ bản từ điểm đặt bảo vệ tới điểm ngắn mạch, từ đó xác định
được sự cố nằm trong vùng hay ngồi vùng bảo vệ. Tính tốn tổng trở từ việc đo đếm
dòng điện và điện áp bảo vệ. Các tín hiệu đo thường chứa đựng các họa tần bậc cao và
thành phần DC, ảnh hưởng đến độ chính xác về độ lớn và góc pha của tín hiệu.
Relay khoảng cách kỹ thuật số đã có những cải tiến cơ bản. Xử lý tín hiệu là
khâu quan trọng nhất của relay khoảng cách kỹ thuật số. Thời gian gần đây, phương
pháp phân tích Fourier và bộ lọc Kalman trở thành phương pháp chính trong sử lý tín
hiệu của relay khoảng cách. Việc tác động hay không tác động được cải tiến khi so
sánh tình trạng cơ điện và trạng thái relay. Tuy nhiên relay làm việc có chính xác
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

11


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

khơng cịn phụ thuộc vào loại sự cố, sự xuất hiện các thành phần tần số cao và thành
phần DC.
Wavelet gần đây được miêu tả như một phương pháp mới cho xử lý tín hiệu. So

với phân tích Fourier, phương pháp dựa vào 1 hàm cơ bản, thì số hàm cơ bản trong
phân tích Wavelet được mở rộng. Vấn đề cơ bản trong biến đổi Wavelet là chọn hệ số
tỷ lệ và hàm Wavelet mẹ, biến đổi Wavelet là thay đổi các hệ số tỷ lệ và dịch chuyển
hàm Wavelet mẹ. Phân tích Wavelet biến đổi tín hiệu sang cả hai miền thời gian và
tần số, điều này khác với phân tích Fourier – chỉ biến đổi tín hiệu sang miền tần số và
phân tích Fourier thời gian ngắn - biến đổi tín hiệu sang miền thời gian và tần số
nhưng với cửa sổ tín hiệu cứng nhắc. biến đổi Wavelet sử dụng cửa sổ tín hiệu nhỏ
cho mức tần số cao và lớn cho mức tần số thấp.
Khi áp dụng Wavelet, có nhiều hàm cơ bản khác nhau để chọn lựa như Morlet,
Daubechies, Harr… Hàm db1 được sử dụng cho nhận dạng sự cố, do db1 là hàm
Wavelet ngắn phù hợp cho nhận dạng dao động. Hàm db4 được sử dụng cho đánh giá
độ lớn và góc pha của điện áp và dịng điện.
Bởi vì có khả năng thay đổi dễ dàng độ lớn cửa sổ tín hiệu, biến đổi Wavelet
được sử dụng rất hiệu quả trong nhận dạng các sóng dao động xẩy ra khi có sự cố
đường dây hay khi đóng cắt vận hành. Khác với phân tích Fourier, biến đổi Wavelet
có khả năng xác định được vùng sự cố, làm việc với sóng không liên tục ở cả hai miền
tần số cao và thấp.
Nhận dạng sự cố thực hiện được dựa vào hệ số chi tiết mức phân tích 1 của các
tín hiệu dòng điện đo lường sử dụng Wavelet db1. Mức phân tích này chứa đựng
thành phần tần số cao xuất hiện khi sự cố. Chiều dài cửa sổ dữ liệu sử dụng trong
nhận dạng sự cố bằng khoảng 1 chu kỳ tần số cơ bản. Bằng cách tính tốn giá trị
chuẩn (norm) hệ số chi tiết D1 cho dòng điện các pha và trung tính ta sẽ biết được pha
nào có xuất hiện nhiễu (sự cố) nếu giá trị D1 của nó vượt q ngưỡng cho phép. Trị số
D1 được tính theo công thức:
⎡ nd
⎤
D1 = ⎢∑ D1(k ) ⎥
⎣ k =1
⎦

1/ 2

(2.7)

Trong đó, nd là số các hệ số chi tiết trong cửa sổ phân tích.
Về mặt lý thuyết, biên độ và góc pha có thể tính tốn được từ các hệ số của
phân tích mức 3 (0 - 60Hz). Bởi vì phân tích Wavelet khơng làm mất đi nét đặc trưng
tần số, do đó biên độ và góc pha khơng chứa đựng ở mức phân tích này mà nó được
tìm từ ranh giới của hai miền tần số liên quan. Thành phần tần số cơ bản (60Hz) là
trung tâm của các ngõ ra xấp xỉ ở mức phân tích 2. Từ mức phân tích 2 (0 – 120Hz)
biên độ và góc pha của tín hiệu có thể được tính toán bằng cách sử dụng vectơ hệ số
xấp xỉ A2 như sau:

Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

12


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Biên độ và góc pha của tín hiệu đo lường dòng điện và điện áp ở tần số cơ bản
được tính tốn bằng cách sử dụng thêm một tín hiệu SIN đơn nhất R1 có tần số là
60Hz. Với 1 cửa sổ dữ liệu, tín hiệu SIN và tín hiệu đo lường được phân tích Wavelet
đến mức 2 sử dụng Wavelet mẹ là db4. Biên độ và góc pha của tín hiệu SIN và tín
hiệu đo lường được tính tốn dựa vào tính tốn vectơ cơ bản. Giả sử A2R1, A2S lần lượt
là vectơ các hệ số xấp xỉ mức 2 của tín hiệu SIN và tín hiệu đo lường, góc θ giữa 2
vectơ được tính như sau:
θ = cos −1

( A2 R1 • A2 S )

A2 R1 A2 S

(2.8)

Trong đó, ( A2 R1 • A2 S ) là tích chập của 2 vectơ, A2 R1 , A2 S là chuẩn của 2 vectơ.
Một tín hiệu SIN R2 có biên độ là 1 và góc pha là θ được đem vào phân tích
tương tự như trên và cho ta vectơ các hệ số xấp xỉ là A2R2. Khi đó biên độ của tín hiệu
đo lường được tính như sau:
Y=

1 A2 S
A2 R 2

(2.9)

Trong đó, A2 R 2 , A2 S là chuẩn của 2 vectơ A2R2 và A2S.
Đo lường tín hiệu điện áp và dịng điện trên 3 pha qua bộ lọc ở tần số cơ bản để
loại bỏ thành phần tắt dần DC. Có 7 tín hiệu được lấy mẫu ở tần số 960Hz. Giải thuật
bắt dầu bằng 1 chu kỳ cửa sổ dữ liệu cho một tín hiệu. Tần số lấy mẫu cơ bản là
960Hz, một chu kỳ bao gồm 16 mẫu. Sử dụng phương pháp cửa sổ trượt, một mẫu đi
qua thì mẫu kế tiếp được đưa vào và giải thuật lại bắt đầu. Giải thuật thực hiện biến
đổi Wavelet rời rạc và MRA (MultiResolution Analysis). Bởi vì một cửa sổ dữ liệu rất
ngắn chứa đựng 1 chu kỳ lấy mẫu hoặc có thể bị mất, việc tẩy trừ thành phần DC
bằng bộ lọc với thời gian trì hỗn nhỏ khoảng 2ms là cần thiết cho việc tính tốn
nhanh, chính xác biên độ và góc pha. Mặc dù bộ lọc có thời gian trì hỗn nhỏ nhưng
nó giúp cho việc đánh giá trị biên độ và góc pha tín hiệu nhanh hơn với hằng số thời
gian dài.
Với một cửa sổ dữ liệu, thực hiện biến đổi Wavelet cho 4 tín hiệu đo là dịng
điện trên 3 pha và dịng điện trung tính . Sử dụng Wavelet db1 và từ hệ số phân tích
mức 1 cho 4 tín hiệu dịng điện, sự cố có thể được nhận dạng bằng cách sử dụng hệ số

chi tiết D1. Mức phân tích này chứa đựng thành phần tần số cao có chứa trong tín hiệu
và bất cứ sự nhiễu loạn nào đều có thể nhận biết được. Nếu chuẩn ||D1|| tính tốn theo
cơng thức (2.7) ở trên của tất cả các dòng điện đều nhỏ hơn một giá trị ngưỡng M thì
đường dây vận hành bình thường. Sử dụng Wavelet db4 và từ hệ số xấp xỉ mức 2 –
A2 của 6 tín hiệu (điện áp và dịng điện trên 3 pha), biên độ và góc pha có thể được
tính tốn. Khi khơng có nhiễu loạn, tổng trở nhìn được từ relay được tính tốn từ biến
đổi Wavelet cho 16 cửa sổ dữ liệu.

Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

13


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Hình 2.6: Lưu đồ giải thuật bảo vệ đường dây bằng Wavelet
Hình vẽ trên mơ tả lưu đồ giải thuật bảo vệ khoảng cách dùng Wavelet. Nếu có
ít nhất 1 trị số chuẩn ||D1|| lớn hơn giá trị ngưỡng M thì sự cố được nhận dạng. Cửa sổ
dữ liệu được reset và bắt đầu cho cửa sổ dữ liệu mới – nw. Khi đó biên độ và góc pha
được đánh giá, tổng trở sự cố được tính tốn và so sánh xem có nằm trong vùng bảo
vệ khoảng cách khơng. Nếu tổng trở tính tốn nằm trong vùng tác động thì tín hiệu cắt
được đưa đến máy cắt. Khi số mẫu bằng 16 thì một cửa sổ dữ liệu mới được tiếp tục.
Lợi thế của phương pháp là chỉ sử dụng 1 mẫu trong cửa sổ dữ liệu khi sự cố
được nhận dạng và biết được sự cố là bên trong hay bên ngoài vùng bảo vệ. Nếu một
cửa sổ chứa đựng mẫu dữ liệu cũ và mới, chương trình nhận dạng sẽ bị trì hỗn.
Phương pháp này được mô tả cho nhận dạng tất cả các loại sự cố trong 1 chu kỳ của
tần số cơ bản, sự chính xác thời điểm phụ thuộc vào sự cố khoảng cách. Ta có thể
tính tốn tổng trở sự cố chạm đất từ các thành phần thứ tự thuận, thứ tự nghịch và thứ
tự không qua việc đánh giá biên độ và góc pha.
Bảo vệ máy biến áp sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet được trình bày

trong [9]. Là một phần tử rất quan trọng trong hệ thống điện, máy biến áp quyết định
sự vận hành tin cậy và ổn định trong truyền tải và phân phối công suất. Bất cứ một sự
phục hồi, sửa chữa nào ngoài kế hoạch về sự cố máy biến áp đều rất tốn kém và mất
nhiều thời gian.
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

14


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Do đó việc bảo vệ máy biến áp với phương pháp dòng so lệch được đo đến ở
tần số cơ bản là cần thiết. Yêu cầu của bảo vệ là khi có dịng xung kích thì bảo vệ
khơng được tác động, do đó vấn đề là phải phân biệt được dịng so lệch khi có dịng
xung kích, sự cố ngoài hay sự cố trong vùng bảo vệ để bảo vệ tác động tin cậy. Việc
phân biệt này là một nhiệm vụ hết sức khó khăn, phải đảm bảo khơng tác động nhầm
cũng như khơng bỏ sót sự cố.
Sự cố ngoài và sự cố trong máy biến áp, bình thường dịng 3 pha có dạng sin
nếu bỏ qua các thành phần DC và họa tần. Tuy nhiên, khi có hiện tượng xung kích,
trong máy biến áp sẽ xuất hiện các thành phần tần số cao và không tuyến tính trong
các cuộn dây. việc nhận biết các thành phần này là một việc làm rất quan trọng.
Áp dụng phân tích Fourier với các tín hiệu chu kỳ, sự hư hỏng được miêu tả là
sự xuất hiện các hiện tượng dao động, tương tự như hiện tượng xung kích. Phương
pháp phân tích Wavelet là một phương pháp tính tốn nhanh, một phương pháp toán
học tối ưu trong việc nhận biết các tín hiệu dao động. Và chúng ta có thể áp dụng
thành công trong nhiều lĩnh vực như địa chấn, radar, máy tính…
Trong bài báo này sẽ trình bày phương pháp Wavelet cơ bản áp dụng cho nhận
dạng dòng xung kích và các loại sự cố máy biến áp. So sánh các dữ liệu ghi nhận ta sẽ
tìm được thơng tin sự cố và dịng xung kích. Tóm tắt phương pháp, mơ phỏng sự cố
và chạy chương trình nhận dạng ta sẽ nhận biết được tình trang vận hành máy biến áp.

Ở chế độ vận hành bình thường, dịng điện trong máy biến áp có dạng sin. Tuy
nhiên độ méo dạng của dịng điện có thể xuất hiện khi máy biến áp bị sự cố bên trong,
sự cố đường dây ngồi hay đóng xung kích máy biến áp. Sau đây sẽ trình bày phương
pháp áp dụng biến đổi Wavelet cho nhận dạng các loại sự cố trên.
Phần mềm mô phỏng EMTP (ElectroMagnetic Transient Program) được sử
dụng để mô phỏng hệ thống với các loại nhiễu loạn trên. Hình 2.7 thể hiện mô phỏng
EMTP cho máy biến áp. Máy biến áp tam giác – sao nối đất có cơng suất 10MVA nối
giữa nguồn 11KV và đường dây 132KV có chiều dài 150km.

Hình 2.7: Máy biến áp mơ phỏng
Dịng điện xung kích xuất hiện khi đóng khơng tải máy biến áp hoặc khi điện
áp trở lại bình thường sau sự cố. Các thành phần phi tuyến trở lên trội hơn. Dòng điện
xung kích rất lớn, có thể gấp 10 lần dịng định mức máy biến áp, trong trường hợp này
bảo vệ máy biến áp khơng được tác động.
Dịng điện xung kích khơng liên tục, nó bao gồm cả thành phần DC và các họa
tần bậc cao. Tuy nhiên chúng ta không thể tránh khỏi sự xuất hiện dịng xung kích, do
đó bảo vệ dịng xung kích là rất quan trọng trong vận hành máy biến áp.
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

15


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

Hình 2.8 thể hiện dạng sóng dịng điện xung kích mơ phỏng trên các pha:

Hình 2.8: Dịng điện xung kích mơ phỏng
Áp dụng phương pháp phân tích Wavelet cho dịng điện xung kích để phân biệt
với sự cố trong hay sự cố ngoài máy biến áp. Bởi vì dịng điện đo đếm chứa rất nhiều
các thành phần khơng chu kỳ do đó có nhiều các hệ số chi tiết phản ánh tần số cao.

Bằng cách áp dụng biến đổi Wavelet cho dịng điện phía sơ cấp ta được kết quả như
hình 2.9. Mẫu phân tích có tần số 10KHz, tỷ lệ s = 21 tương ứng với tần số xấp xỉ
bằng 3,75KHz còn tỷ lệ s = 2 4 là 400Hz.

Hình 2.9: Biến đổi Wavelet dịng điện xung kích
Sắp xếp lại ta được:

Hình 2.10: Hệ số chi tiết dịng điện mơ phỏng
Có hai điểm cần lưu ý:
1. Sự khác nhau quan trọng thể hiện ở hai tỷ lệ khi có dịng điện xung kích.
Điều này rất quan trọng khi so sánh với sự cố bên trong (hình 2.13), ở đó hai tỷ lệ thay
đổi rõ ràng. Trong trường hợp này, tỷ lệ s = 21 trở thành bất quy tắc và tới hạn khi
nhận dạng.
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

16


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN

2. Khi dịng xung kích thay đổi, tỷ lệ s = 21 thay đổi theo, nhưng tỷ lệ s = 2 4
thay đổi nhanh hơn. Điều này rất quan trọng trong việc so sánh các dạng sự cố.
Đối với sự cố trong máy biến áp, quan sát sự cố khoảng 70-80% cuộn dây máy
biến áp. Sự cố máy biến áp từ nghiên cứu của Patrick Bastard và Pierre Bertrand trình
bày trong [5]. Mơ phỏng sự cố pha A phía thứ cấp đấu hình sao của máy biến áp trong
khoảng từ 70-20% cuộn dây ta được dạng sóng dịng điện như hình 2.11:

Hình 2.11: Dịng điện sơ cấp và thứ cấp
Do chúng ta chỉ xem xét đến phần sơ cấp, do đó khi sự cố phần thứ cấp, dòng
điện sơ cấp được cảm nhận qua kinh nghiệm và sự phân bố điện từ. Dịng điện sơ cấp

mơ phỏng dưới dạng phân tích Wavelet thể hiện như hình 2.12 và 2.13.

Hình 2.12: Biến đổi Wavelet dịng điện sơ cấp

Hình 2.13: Hệ số chi tiết trong biến đổi Wavelet
Nhận dạng và điều khiển phân tán sự cố trạm biến áp trên cơ sở mạng Wavelet – Neuron

17