Xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải bẳng phương pháp sóng truyền
XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN LƯỚI TRUYỀN TẢI
BẲNG PHƯƠNG PHÁP SÓNG TRUYỀN
DETERMINING THE INCIDENTAL ON THE TRANSMISSION
NETWORK USE TRAVELLING WAVE METHOD
Nguyễn Nhân Bổn1, Trần Việt Thắng2
1Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
2Trường Cao đẳng Công Thương Miền Trung
TÓM TẮT
Xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện, đặc biệt là các đường dây có rẽ nhánh,
là một vấn đề quan trọng và phức tạp trong vận hành hệ thống điện.Trong bài báo này, nghiên
cứu việc áp dụng biến đổi wavelet cho việc xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải 220kV.
Các thành phần của sóng quá độ tại các đầu đường dây khảo sát được mô phỏng bởi phần mềm
MATLAB Simulink. Các tín hiệu sóng truyền này sẽ được phân tích thành các hệ số wavelet
bằng việc sử dụng biến đổi wavelet rời rạc. Phương pháp đề nghị có ưu điểm là xác định nhanh
chóng và chính xác thời gian sóng quá độ truyền từ điểm sự cố về đầu đường dây.
Từ khóa: Vị trí sự cố; Biến đổi wavelet; sóng lan truyền.
ABSTRACT
Locating incidents on power transmission lines, especially transmission lines with
branches, is an important and complex issue in operating electrical systems. In this paper, study
the application of variables. wavelet conversion for determining incident location on 220kV
transmission line. The transient wave components at the survey lines are simulated by MATLAB
Simulink software. These wave signals will be analyzed into wavelet coefficients using discrete
wavelet transforms. The proposed method has the advantage of quickly and accurately
determining the time of transient wave propagation from the incident point to the beginning of
the line.
Keywords: Fault location; Wavelet; Travelling wave.
1. GIỚI THIỆU
đường dây truyền tải có thể được chia làm
các trường hợp chính như sau:
Đường dây truyền tải điện trên không
Phương pháp tổng trở: đặt cơ sở trên
được sử dụng để truyền tải điện năng từ các
nguồn điện xa xôi tới các trung tâm phụ tải
lớn. Vì thế, sự cố xảy ra trên tuyến đường
dây truyền tải là không thể tránh khỏi. Có
nhiều nguyên nhân gây ra sự cố trực tiếp hay
gián tiếp vào đường dây. 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 và tái lập vận hành, giảm
chi phí sửa chữa, đảm bảo hệ thống điện vận
hành an toàn, tin cậy. Bài báo này áp dụng
phép biến đổi Wavelet cho việc xác định vị
trí sự cố trên đường dây truyền tải. Sử dụng
Matlab simulink để mô phỏng cho đường
dây trên không 220kV. Kết quả cho thấy
phương pháp đề xuất có độ chính xác rất cao
và thích hợp cho các mô hình thực tế.
việc đo tổng trở từ đầu relay đến vị trí sự cố,
với giả thiết là tổng trở tỉ lệ với khoảng cách
tới điểm xảy ra sự cố. Phương pháp này phụ
thuộc vào việc đo tần số công nghiệp và các
thành phần tác động đến tần số như điện trở
ngắn mạch, tải của đường dây, thông số
nguồn… Do đó, mức độ chính xác của
phương pháp cũng có giới hạn [1].
Phương pháp truyền sóng: phương
pháp truyền sóng chính xác hơn phương
pháp tổng 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 khi sự cố. Trong
những năm qua đã có nhiều nghiên cứu dựa
trên cơ sở phương pháp truyền sóng như
Ngu E.E và các đồng nghiệp - [2] với việc
sử dụng hệ thống định vị toàn cầu, vị trí sự
Phương pháp xác định vị trí sự cố trên
cố được tính theo thời gian sóng đến tại các
cảm biến đặt ở đầu đường dây, xác định vị
trí sự cố dựa vào sự chênh lệch thời gian
giữa sóng phản xạ và khúc xạ. Biến đổi
wavelet tín hiệu quá độ do sự cố tạo ra được
trình bày trong [3]-[6]. Cùng với sự phát
triển nhanh chóng của ngành công nghệ máy
tính, vi xử lý, việc xác định vị trí sự cố có
thể thực hiện on-line thời gian thực dựa trên
các dữ liệu được ghi nhận và lưu trữ bởi các
thiết bị số.
sẽ lại được xem là tín hiệu đầu vào và phân
giải thành các hệ số xấp xỉ và chi tiết bậc 2,
và cứ thế tiếp tục. Hệ số chi tiết tại các bậc
được gọi là hệ số biến đổi wavelet (Wavelet
Transform Coefficients – WTC), đây được
gọi là kỹ thuật đa phân giải. Trong bài báo
này, các WTC bậc 1 được sử dụng để xác
định vị trí sự cố.
Trong bài báo này, tôi sẽ áp dụng
phương pháp biến đổi wavelet rời rạc để xác
định tín hiệu sóng quá độ và thời gian truyền
sóng từ vị trí sự cố đến đầu đường dây áp
dụng cho các đường dây truyền tải 220kV.
Sự cố và các sóng quá độ được mô phỏng
bằng phần mềm MATLAB Simulink. Kết
quả mô phỏng sử dụng phương pháp đề xuất
được so sánh với kết quả trong [7].
Hình 1. Biến đổi wavelet rời rạc thành các hệ
số xấp xỉ và chi tiết
Đồ thị Lattice
Trong lý thuyết cũng như thực tế vận
hành đường dây truyền tải, sự cố ngắn mạch
sẽ gây ra các sóng quá độ. Khi các sóng này
truyền dọc theo đường dây sẽ xuất hiện các
sóng phản xạ do sự không liên tục tại các
điểm sự cố, điểm đầu và điểm cuối của
đường dây - [8]. Tại điểm sự cố, một phần
năng lượng được truyền qua và phần còn lại
bị phản xạ và truyền về hướng ngược lại.
Các song quá độ này liên tục bị phản xạ lại
tới và lui giữa điểm sự cố và hai đầu đường
dây với năng lượng giảm dần cho đến khi
đạt được trạng thái xác lập sau sự cố. Sự
thay đổi tại các điểm đầu cuối đường dây có
thể được biểu diễn bằng đồ thị Lattice trên
Hình 2.
2. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ
SỰ CỐ
Biến đổi wavelet
Phân tích wavelet tín hiệu bắt đầu bằng việc
lựa chọn hàm wavelet mẹ W(t) phù hợp và
phân tích thực hiện bằng cách co giãn và
tịnh tiến hàm này, theo phương trình:
Với d đặc trưng cho hệ số co giãn (tỷ
lệ) và τ là hệ số tịnh tiến của hàm wavelet
mẹ Wd,τ(t) để tạo ra các wavelet. Chỉ số co
giãn d biểu thị độ rộng của wavelet, và chỉ
số vị trí τ biểu thị vị trí.
Với các dạng sóng được lấy mẫu, có
thể dùng biến đổi wavelet rời rạc (Discrete
Wavelet Transform – DWT) phân giải tín
hiệu số thành các thông tin xấp xỉ và chi tiết
để phân tích tín hiệu tại các tỷ lệ khác nhau.
Biến đổi wavelet rời rạc tín hiệu số theo
phương trình:
Hình 2. Đồ thị Lattice cho điểm sự cố F
Xác định vị trí sự cố sử dụng biến đổi
wavelet
Biến đổi wavelet rời rạc sử dụng hàm
wavelet mẹ Daubechies bậc 4 - [9] đối với
các tín hiệu điện áp đã chuyển đổi bởi ma
trận Clarke, khuếch đại các hệ số biến đổi
wavelet thu được để xác định thời điểm mà
năng lượng của tín hiệu nhận được tại đầu
cuối đạt giá trị đỉnh lớn nhất. Loại sự cố
(chạm đất hoặc không chạm đất) được xác
Với m, k là các số nguyên, và d0 > 1 là
một bước co giãn cố định, x(n) là tín hiệu
đầu vào, các hệ số co giãn và tịnh tiến d và τ
là hàm theo m.
Biến đổi wavelet rời rạc sẽ phân giải tín
hiệu đầu vào thành các hệ số xấp xỉ
(approximation coefficient) và hệ số chi tiết
(detail coefficient) bậc 1, hệ số xấp xỉ bậc 1
Hình 4: Điện áp tại đầu phát
định dựa trên độ lớn bình phương hệ số biến
đổi wavelet của thành phần điện áp ground
mode. Cách xác định vị trí sự cố trên đường
dây truyền tải trong Hình 2. như sau:
Khoảng cách x từ điểm sự cố đến nút A
được xác định bởi công thức:
(3)
với t2 : là thời điểm ban đầu sóng
truyền về nút A tương ứng với thời điểm
xuất hiện tín hiệu đỉnh đầu tiên của hệ số
WTC2 của thành phần aerial mode tại nút A,
t1 : là thời điểm ban đầu sóng truyền
đến nút B tương ứng với tín hiệu đỉnh đầu
tiên của hệ số WTC2 của thành phần aerial
mode tại nút B,
Hình 5: Điện áp tại đầu nhận
v : là vận tốc truyền sóng của thành
phần aerial mode,
l : là chiều dài tuyến đường dây.
Hình 6: Dòng điện tại đầu phát
3. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
Hình 3: Sơ đồ mô phỏng lưới điện 220kV
Minh họa cho chế độ ngắn mạch pha A
chạm đất, vị trí sự cố tính từ đầu nhận tại x =
90 km
Hình 7: Dòng điện tại đầu nhận
Nhận xét:
Do điện cảm trên đường dây có giá trị
không lớn nên thời gian quá độ của dòng
điện đầu phát và đầu nhận ngắn, dòng đầu
nhận trên pha A dao động về không (hình 7).
Các sóng nhiễu quá độ dòng điện
không nhạy hơn điện áp, khi có ngắn mạch
xảy ra trên đường dây.
Nhận xét:
Do ngắn mạch trên pha A nên điện
áp tại đầu nhận của pha A dao động và giảm
xuống gần bằng không sau khi ngắn mạch
(hình 4).
Điện áp tại đầu phát bị dao động, sụt
áp những vẫn còn do tạo thành mạch kín với
đất (hình 5).
Thực hiện mô phỏng Wavelet
Xử lý tín hiệu sóng quá độ do sự cố
tạo ra thu được tại đầu phát, để xác định vị
trí sự cố, bằng cách biến đổi wavelet. Minh
họa cho pha A chạm đất, tại vị trí x = 40 km
tính từ đầu phát.
Lấy tín hiệu điện áp pha A tại hai đầu,
tách sóng pha A để phân tích (hình 8, 9).
Với l =100km là chiều dài đường dây;
V = 294624,1427 km/s là vận tốc sóng
truyền
Tính toán giá trị khoảng cách từ điểm
ngắn mạch đến đầu phát là: 39,994 (km)
Sai số phần trăm so với chiều dài đường
dây
Hình 8: Tín hiệu điện áp đầu phát pha A
Sai số của mô phỏng là 0.06%
Ảnh hưởng của các vị trí ngắn mạch khác
nhau
Khảo sát với ngắn mạch pha A, Rnm =
10Ω
Bảng 4.1: Kết quả ảnh hưởng của các
vị trí ngắn mạch khác nhau
Hình 9: Tín hiệu điện áp đầu nhận pha A
Thực hiện biến đổi wavelet tĩnh bậc 4,
sóng điện áp pha A, ta được các tập hệ số
sau (hình 10, 11).
Hình 10: Phân tích db4, sóng pha A đầu phát
Ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác
nhau.
Bảng 4.2: Kết quả ảnh hưởng của các
loại ngắn mạch khác nhau
Hình 11: Phân tích db4, sóng pha A đầu nhận
Xác định vị trí sự cố
Tại thời điểm xuất hiện xung đầu tiên
của điểm A là T1= 0.246796
Tại thời điểm xuất hiện xung đầu tiên
của điểm B là T2= 0.31472
Áp dụng công thức
Nhận xét:
Vị trí ngắn mạch càng xa đầu phát, sai
số càng lớn là bởi các tín hiệu sóng truyền bị
suy giảm và biến dạng khi nó truyền dọc
theo đường dây (bảng 4.1).
Phương pháp cho thấy vị trí sự cố
không phụ thuộc vào loại ngắn mạch trên
đường dây (bảng 4.2).
KẾT LUẬN
Bài báo trình bày việc áp dụng biến
đổi wavelet cho việc xác định chính xác vị
trí sự cố trên đường dây truyền tải 220kV.
Kết quả cho thấy phương pháp đề
nghị có độ chính xác rất cao. Kết quả tính
toán không phụ thuộc vào vị trí sự cố, điện
trở sự cố và loại sự cố xảy ra. Đây là kết quả
mong muốn và có ý nghĩa thực tiễn cao, áp
dụng vào thực tế giúp cho việc nâng cao khả
năng quản lý vận hành hệ thống đường dây
truyền tải điện.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Ngu E.E, Krishnathevar R. Generalized impedance-based fault location for
distribution systems. IEEE Trans Power Deliv 2012; 27(1):449–51.
[1]
[2]
Ngu E.E, Ramar K. A combined impedance and traveling wave based fault
location method for multi-terminal transmission lines. Int J Electric Power Energy Syst 2011;
33:1767–75.
[3]
Borghetti A, Bosetti M, Nucci CA, Paolone M. Continuous-wavelet
transform for fault location in distribution power networks: definition of mother wavelets
inferred from fault originated transients. IEEE Trans Power Syst 2008; 23(2):380–8.
[4]
Pourahmadi-Nakhli M, Safavi AA. Path characteristic frequency-based fault
locating in radial distribution systems using wavelets and neural networks. IEEE Trans Power
Deliv 2011; 26(2):772–81.
[5]
Aslan Y, Ture S. Location of faults in power distribution laterals using
superimposed components and programmable logic controllers. Int J Electric Power Energy
Syst 2011; 33:1003–11.
[6]
Filomena AD, Resener M, Salim RH, Bretas AS. Fault location for
underground distribution feeders: an extended impedance-based formulation with capacitive
current compensation. Int J Electric Power Energy Syst 2009; 31:489–96.
[7]
Magnago FH, Abur A. A new fault location technique for radial distribution
systems based on high frequency signals. IEEE Power Eng Soc 1999; 1:426–31. 18–22 July
1999.
[8]
Borghetti A, Corsi S, Nucci CA, Paolone M, Peretto L, Tinarelli R. On the
use of continuous-wavelet transform for fault location in distribution power systems. Int J
Electric Power Energy Syst 2006; 28:608–17.
[9]
Nouri H, Wang C, Davies T. An accurate fault location technique for
distribution lines with tapped loads using wavelet transform. In: Proc IEEE power tech Porto,
September 2001. p. 10–3.
Tác giả chịu trách nhiệm bài viết:
Họ tên: Trần Việt Thắng
Đơn vị: Công ty Điện lực Phú Yên
Điện thoại: 0965.70.70.68
Email: [email protected]
BÀI BÁO KHOA HỌC
THỰC HIỆN CÔNG BỐ THEO QUY CHẾ ĐÀO TẠO THẠC SỸ
Bài báo khoa học của học viên
có xác nhận và đề xuất cho đăng của Giảng viên hướng dẫn
Bản tiếng Việt ©, TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH và TÁC GIẢ
Bản quyền tác phẩm đã được bảo hộ bởi Luật xuất bản và Luật Sở hữu trí tuệ Việt Nam.
Nghiêm cấm mọi hình thức xuất bản, sao chụp, phát tán nội dung khi chưa có sự đồng ý
của tác giả và Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. Hồ Chí Minh.
ĐỂ CÓ BÀI BÁO KHOA HỌC TỐT, CẦN CHUNG TAY BẢO VỆ TÁC QUYỀN!
Thực hiện theo MTCL & KHTHMTCL Năm học 2017-2018 của Thư viện Trường Đại học
Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
7 trang
09/01/2024
22700
Free
Bạn đang xem tài liệu "Xác định vị trí sự cố trên lưới truyền tải bẳng phương pháp sóng truyền", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- xac_dinh_vi_tri_su_co_tren_luoi_truyen_tai_bang_phuong_phap.pdf
