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

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HA NOI TRUONG TUAN ANH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CÓ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP LUAN AN TIEN SI KY THUAT ĐIỆN Hà Nội - 2014 BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAI HOC BACH KHOA HA NOI TRUONG TUAN ANH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CÓ TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 62520202 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN NGƯỜI HƯỚNG DÃN KHOA HỌC 1. Tran Hoai Linh 2. Phạm Hồng Thịnh Hà Nội - 2014 Mở đâu LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dựa trên những hướng dẫn của tập thể hướng dẫn khoa học và các tài liệu tham khảo đã trích dẫn. Kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa công bố trên bất cứ một công trình nào khác.

Nghiên cứu sinh TRUONG TUAN ANH Mở đầu LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm luận án, tôi đã nhận được nhiều ý kiến đóng góp từ các thầy giáo, cô giáo, các anh chị và các bạn đông nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến PGS.TSKH Trần Hoài Linh, TS. Phạm Hồng Thịnh và Hội đồng Khoa học của Bộ môn Hệ thống điện - Viện Điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo ở Bộ môn Hệ thống điện - Viện Điện - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và các đồng nghiệp ở Trung tâm Thí nghiệm, Khoa Điện - Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và gia đình đã có những ý kiến đóng góp quí báu và tạo các điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình hoàn thành luận án.

Tôi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện Đào tạo và bồi dưỡng sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Dại học Bách khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn Xưởng thí nghiệm Công ty Truyền tải điện 1, Tổng Công ty Truyền tải điện Quốc gia - Tập đoàn ĐLVN. đã tạo nhiều điều kiện tốt nhất về mọi mặt để tôi hoàn thành luận án này.

Tác giả luận án TRƯƠNG TUẦN ANH Mở đầu MỤC LỤC 891099829. i LOI CAM ON MUC LUC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮTT. xe vi DANH MUG CAC BANG BIE :isnisetiicestiisntisttistdtittt.RSH08nNGOGtiilfD10đ8HgãS0yasi vii DANH MUC CAC HINH VE wisessssssssesssssssessscsssnssececsssnsesssssnnscecesnineesessnissseesennneesesenneseeeses viii 2. Tính cấp thiết của đề tài.

Mục đích nghiên Cứu. Tà TT Tnhh 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.-------s++xt+++£SEE2EEt2EEEteEEEtrrrkrrrkrrrrrree 3 4.Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5 Những đồng sp của luận Hee nen g0 0g 6101616601001641400340650584)93430406010184551300858 008 4 6. Bố cục của luận án.-- c5 +Skt St EEEEEEE1SEESEEEE11111151121151111E1111111112111151111 E1.

5 Chuong 1: TONG QUAN VE CAC PHUONG PHAP XAC DINH VI TRI SU CO TREN ĐƯONGĐẨY TẤT ĐI EBÑ bucstnubisitDgDtiAC00DTRLSNGEAHIANGIEREERISRUIEANRUIANGdEitSZ iSntivatsaal 7 LLY nghĩa của bài toán xác định vị trí sự. Một số phương pháp xác định vị trí $ự Ố. Phuong phap tinh toan dua trén trO Khang oo. Phương pháp sử đụng sóng lan truyên.

Phương pháp sử dụng mạng noron nhân tạo. Chương 2: CÁC GIẢI PHÁP ĐẺ XUẤT TRONG LUẬN ÁN. Sơ đồ khối tổng thể ước lượng vị trí Sự CỐ. Mạng nơron MLP và ứng dụng ước lượng vị trí sự CO veececsecessesssessessseesstsssessseeseeeeees 20 2.

Mạng nơron MLP hoạt động độc lập ước lượng vị trí sự cố [12,64,69,79,93]. Mạng nơron MLP phối hợp song song với một thuật toán tổng trở (thuật toán mô phỏng trên máy tính hoặc thuật toán tích hợp trong role khoảng cách thực tế). Phần mềm ATP/EMTP và ứng dụng để tạo mẫu số liệu. Hợp bộ thí nghiệm CMC-356 thứ nghiệm kết qua tac động của rơle khoảng cách thực.

Mạng nơron MLP và ứng dụng để xác định dạng sự cố và ước lượng điện trở sự cố Mở đầu Chương 3: CÁC CÔNG CỤ TÍNH TOÁN MÔ PHỎNG SỬ DỰNG TRONG LUẬN ÁN LH. Phần mềm mô phỏng ATP/EMTTP.2--¿©22+2EE+++222EE+£EEYE+rSEEErtEErrrrrrrree 25 3. Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha CMC 356 - OMICRON. Wavelet và ứng dụng trong phân tích tín hiệu.

Phân tích phổ của tín hiệu sử dụng biến đổi Fourrier 3. Phân tích phổ bằng wavelet (sóng nhỏ). Thuật toán phân tích tín hiệu bằng wavelet [96]. Mạng nơron nhân tạo và ứng dụng xác định vị trí sự cổ trên đường dây tải điện.

Mô hình nơron nhân tạo của McCulloch - Pitts [12,69]. Cơ sở toán học của mô hình. Nơron với hàm truyền đạt tanIsỉg.-:- 2 ©2sc+Sxt2EEs22EE222EEcrrkrrrrseee 44 3. Các quá trình học và kiểm tra của nƠTOI.-s- 52 2xc2xt SE SE12E2EEcExersrex 45 3.

Thuật toán học có hướng dẫn của nơron 3. Cau trúc mạng MLP [12,69]. Quá trinh học của mạng MLP []1;l2]:--. Một số đặc điểm chung của quá trình học.

Thuật toán bước giảm cực đại cho mạng MILLP. Thuật toán Levenberg — Marquarrd(. Lựa chọn số noron lớp ấn để tránh mạng học quá khớp (overfitting) va mang học không đủ (underfitting) [II Í2],. - - << + 5+ ++*Sk£x£kE#Eekexrekexrkrerrererkree 56 Chương 4: CÁC KÉT QUÁ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TOÁN.

ATP/EMTP mô phỏng ngắn mạch trên đường dây. Ngắn mạch 2 pha chạm đất (ABG):. Ngắn mạch 3 pha (ABC):. Kết quả xác định thời điểm xuất hiện sự có.

Kêt quả ước lượng vị trí sự cô, điện trở sự cô và dạng sự cỗ -iv- Mở đầu 4. Trích xuất số liệu và các thông tin đặc trưng. Đánh giá, lựa chọn các đầu vào cho mạng MP xesesrcesssseeesnnssisiaseasoa 76 4. Mạng nơron MLP ước lượng vị trí sự có, dạng sự cố và điện trở sự cố.

Mạng nơron MLP ước lượng trực tiếp Vị trÍ Sự CỐ. Mạng nơron MLP phối hợp với thuật toán tổng trở để ước lượng vị trí sự có 4. Mạng nơron MLP xác định dạng sự cố và điện trở sự cố .- 93 KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIẺN. 99 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BÓ CỦA LUẬN ÁN.

Thông số đường dây 110kV Yên Bái - Khánh Hòa. Phiếu chỉnh định Rơle và thiết bị tự động đường dây 110kV Yên Bái - Khánh =Ve Mở đầu DANH MUC CAC TU VIET TAT Từ viết tắt Nghĩa tiếng Việt AG0 Ngắn mạch | pha AB0 Ngắn mạch 2 pha ABG Ngắn mạch 2 pha chạm đất ABC Ngắn mạch 3 pha AD Bộ chuyển đổi tương tự/ số BU Máy biến điện áp BI Máy biến dòng điện CMC-356 Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp EVN (Vietnam Electricity) Tập đoàn điện lực Việt Nam ATP/EMTP (Alternative Transients Programme/ Electro- Magnetic Transients Program) Chương trình nghiên cứu quá độ điện từ MLP (Multi Layer Perceptron) Mang noron MLP NCS Nghiên cứu sinh PC Máy tính cá nhân KTS Kỹ thuật số - vi - Mở đầu DANH MUC CAC BANG BIEU Bảng 1. Thiết bị Nippon xác định vị trí sự cé trén duong day 220 kV Thai Nguyén - Ha Bang 3. Khả năng mô phỏng của ATP/EMTP Bảng 3.

Một số phần tử sử dụng trong luận án Bảng 4. Kết quả chạy mô phỏng ứng với tần số khác nhau. Kết quả thử nghiệm với một số dạng Wavelet khác nhau .3: Số lượng đặc tính tương ứng với các ngưỡng cắt.4: Tổng hợp các kết quả str dung role khoảng cách thực tế (7SA522) và dùng mạng nơron MLP đề giảm các sai số của rơle khoảng cách thực tế 7SA522.5: Tổng hợp các kết quả sử dụng rơle khoảng cách ảo và dùng mạng noron MLP đề giảm các sai số của rơle khoảng cách ảo.6: Tổng hợp các kết qua dung mang noron MLP wéc lượng truc tiép vi tri su cé .7: So sánh các kết quả sử dụng role khoang cach (Role ao va role thyc tế) ding mạng MLP để giảm các sai SỐ VỀ VỊ tTÍ SỰ CỐ.8: Tổng hợp các kết quả ước lượng vị trí sự cố. Thông số cột đường dây 110kV Yên Bái - Khánh Hòa.- 108 - vii - Mở đầu DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ minh họa sự cố trên đường dây truyền tải sử dụng phương pháp điện [900050 0.2: Minh họa phương pháp TAKAGI trên mạch điện một pha hai nguồn.3: Sơ đồ minh họa phương pháp sử dụng sóng lan truyền xác định vị trí sự cố .1: Sơ đồ khối tổng thể phương pháp phân tích và xử lý tín hiệu đầu đường dây để xác định vị trí sự cô, điện trở sự cố và dạng sự GỐI: naViS0DENGUSIGTTTGTNGENNSIIGHHGITRGRNtHĐNAAHUNG 19 Hình 2.2: Ý tưởng mô hình hoạt động độc lập mạng MLLP.3: Ý tưởng mô hình hoạt động song song rơle với mạng MLP.4: Quá trình tạo mẫu để xác định các thông số của các mô hình.5: Sơ đồ khối ghép nối giữa các thiết bị trong hệ thông thử nghiệm hoạt động của role bang thiết bị CIMC-356.6: Ý tưởng mô hình hoạt động các mạng MLP xác định vị trí sự có, xác định dạng sự cố và ước "o1; 8n 0“.1: Giao điện:ATP- DTEWssobieiooiegoidtilbigt00530311600391911341104181413519969865510918358, 26 Hình 3.2: Hợp bộ thí nghiệm thứ cấp 3 pha công suất lớn CMC-356.3: Giao diện phần mềm điều khiến Test Universe V2.30 hợp ví dụ YB_AG0_ 00.--25--22222222ES22221322231122211122221xcccrkv 29 Hình 3.5: Kết nối máy tính với hợp bộ thí nghiệm CMC-356 và rơle 7§A522.6: Phổ Fourrier biên độ của tín hiệu điều hòa (a) tín hiệu gốc, (b) phô biên độ.7: Phố Fourier của tín hiệu bất định (a) tín hiệu góc, (b) phổ biên độ).8: Minh họa hàm có độ rộng hữu hạn.- -- +5 + 5< 2S: *SE£+E£#£*+vEetezerxreesrse 33 Hình 3.9: Hàm co dãn (trên) và hàm sinh (dưới) của wavelet Haar.10: Một số wavelet kinh điển .2-- 22+ ©2222 222CE2 22211227112 122111e1211 re, 35 Hình 3.11: Câu trúc các bước liên tiếp phân tích một tín hiệu ban đầu thành các thành phần chỉ tiết và xấp "5.

36 - viii - Mở đầu Hình 3.12: Kết quả phân tích tín hiệu tuần hoàn theo họ wavelet Daubechies bậc 4 (trên cùng bên trái: tín hiệu gốc, các cửa số còn lại: các thành phần tách ra được).13: Kết quả phân tích tín hiệu bất định bằng họ wavelet Daubechies 4 (phía trên bên trái: tín hiệu gốc, các hình còn lại: các thành phan tách ra được từ tín hiệu ban đầu).14: Phân tích phổ của tín hiệu hình sinQ không có nhiễu .15: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 1% về biên độ tại thời điểm t=60 09 U62 0s .16: Phân tích phổ của tín hiệu hình sin có thay đổi 2% về tần số tại thời điểm t=60 Hình 3.17: Mô hình nơron chỉ tiết (trái) và biểu diễn đơn giản hóa (phải) .18: Mô hình nơron với phân cực bias là đầu vào xo: chỉ tiết (trái) và rút gọn (phải) Hình 3.19: Hàm truyền đạt tansig với các hệ số đốc a khác nhau.20: Hệ xây dựng mô hình xấp xi một đối tượng cho trước (phối hợp sử dụng sai số đầu ra é = ÿ —đÏ) .21: Mô hình mạng MLP với 1 lớp ẩn (a) và hai lớp An (b).22: Cấu trúc mạng MLP với một lớp vào, một lớp ấn và một LOp Taissssvsicccervesvsees 52 Hinh 3.