Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện dựa trên mạng nơron MLP 2

27 1.1K 0
Nghiên cứu phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây tải điện dựa trên mạng nơron MLP 2

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRƢƠNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN DỰA TRÊN MẠNG NƠRON MLP Chuyên ngành: Kỹ thuật điện Mã số: 62520202 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN Hà Nội - 2014 Cơng trình hoàn thành tại: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TSKH Trần Hoài Linh TS Phạm Hồng Thịnh Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …… giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội Thư viện Quốc gia DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ [1] Trương Tuấn Anh, Trần Hoài Linh (2011) Ứng dụng mạng Nơron nhận dạng cố đường dây dài truyền tải Tạp chí Khoa học & Công nghệ trường Đại học Kỹ thuật, số 81, trang 42-46, Hà Nội [2] Trần Hoài Linh, Trương Tuấn Anh (2011) Ứng dụng wavelet daubechies phát thời điểm cố ngắn mạch đường dây dài Hội nghị toàn quốc Điều khiển Tự động hoá VCCA-2011, Trang 393-398, Hà Nội [3] Tran Hoai Linh, Truong Tuan Anh, David Cartes (2012) Detection of Tow-Phase Shortage Fault Event on Transmission Line by Using Daubechies wavelets International Symposium on Technology for Sustainability, November 21–24, 2012, Swissôtel Le Concorde, Bangkok, Thailand, pp 164-167 [4] Truong Tuan Anh, Tran Hoai Linh, Pham Hong Thinh (2012) Two-Phase short - circuit fault detections for transmission line by using artificial Neural Networks Journal of Science & Technology Technical Universities, No 91, trang 30-35, Ha Noi [5] Trương Tuấn Anh, Trần Hoài Linh, Đinh Văn Nhượng (2013) Phối hợp mạng Nơron phương pháp tổng trở để xác định vị trí cố ngắn mạch đường dây tải điện Hội nghị tồn quốc Điều khiển Tự động hố VCCA-2013, Trang 663-669, Đà Nẵng - - MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Trong trình vận hành, đường dây truyền tải điện gặp nhiều cố sét đánh, ngắn mạch, đứt dây, chạm đất, cố từ thiết bị, hoạt động sai thiết bị hay cố từ phía người sử dụng, tình trạng tải lão hóa thiết bị Q trình nhận dạng, phát hiện, cách ly xác định xác vị trí cố nhanh có lợi, giúp cho việc khơi phục lại chế độ làm việc bình thường hệ thống điện, giảm thiệt hại kinh tế nâng cao độ tin cậy cung cấp điện cho hộ tiêu thụ Hiện nay, để xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện thường dùng nguyên lý khoảng cách với sai số vị trí cố thay đổi tùy theo trường hợp cụ thể (thường độ xác thống kê khoảng từ đến 5%) Bài tốn xác định vị trí cố đường dây tải điện quan tâm nghiên cứu rộng rãi Tuy nhiên kết nhiều hạn chế, việc phát triển thiết bị đo thuật tốn xử lý tín hiệu để tiếp tục cải thiện độ xác cần thiết có ý nghĩa thực tế cao Mục đích nghiên cứu Mục đích luận án nghiên cứu phát triển phương pháp sử dụng mạng nơron nhân tạo MLP (MultiLayer Perceptron) độc lập phối hợp với thuật tốn tổng trở (tính tốn máy tính cài rơle khoảng cách thực tế) phép ước lượng vị trí cố đường dây truyền tải điện xác Đồng thời mạng nơron MLP sử dụng để ước lượng giá trị điện trở cố xác định dạng cố với độ xác cao Phương pháp đề xuất luận án sử dụng số liệu đầu vào tín hiệu dòng điện điện áp tức thời đo đầu đường dây truyền tải có nguồn cung cấp từ phía Để phát thời điểm xuất cố, luận án đề xuất sử dụng phép phân tích tín hiệu theo hàm sở wavelet (sóng nhỏ) phép phân tích cho phép phát thay đổi đột ngột tín hiệu lấy mẫu để xem xét Để xây dựng mơ hình phi tuyến ước lượng vị trí cố, điện trở cố dạng cố luận án sử - - dụng mạng nơron MLP khả xấp xỉ hàm phi tuyến với độ xác cho trước mạng Đồng thời thông số mạng nơron MLP điều chỉnh thích nghi sở số liệu mẫu tạo nhờ vào việc sử dụng phần mềm ATP/EMTP để mơ q trình q độ đường dây gây số cố ngắn mạch (ngắn mạch pha, pha, pha chạm đất ngắn mạch pha) thay đổi thông số như: điện trở cố, vị trí cố, phụ tải thời điểm xuất cố Mạng nơron MLP đề xuất thử nghiệm theo hai dạng: dạng thứ hoạt động độc lập, xử lý trực tiếp đặc tính đầu vào từ tín hiệu dịng – áp ba pha để đưa vị trí cố, dạng thứ hai hoạt động phối hợp với thuật toán tổng trở, đáp ứng đầu mạng nơron MLP thuật toán tổng trở cộng với để đưa kết ước lượng vị trí cố Các chi tiết đề xuất trình bày chương Các mơ hình mạng nơron MLP huấn luyện để xác định vị trí cố với sai số nhỏ so với phương pháp trước đây, giúp cho trình tìm kiếm khắc phục cố nhanh, nâng cao hiệu vận hành hệ thống điện giảm thiệt hại kinh tế Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Luận án tập trung nghiên cứu đưa phương pháp xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện: Đối tượng nghiên cứu: • Các phần mềm sử dụng luận án: ATP/EMTP, Matlab 7.1, DIGSI 4.82, Test Universe V2.30 - Omicron, EView • Các thiết bị sử dụng luận án: rơle khoảng cách 7SA522, hợp thí nghiệm CMC-356 Omicron Phạm vi nghiên cứu: • Ứng dụng phần mềm ATP/EMTP (Alternative Transients Program/ Electromagnetic Transients Program) mô số dạng cố ngắn mạch đường dây truyền tải điện để tạo liệu mẫu cho q trình nghiên cứu • Lập trình thuật tốn phân tích xử lý tín hiệu công cụ Wavelet, mạng nơron, để xây dựng mơ hình xác định vị trí cố, điện trở cố dạng cố đường dây truyền tải - - • Nghiên cứu lý thuyết mơ hình tính tốn xử lý tín hiệu ứng dụng mạng nơron nhân tạo tốn xác định vị trí điểm cố đường dây truyền tải điện • Tìm hiểu ứng dụng thiết bị mô CMC-356 OMICRON để xác định tác động thực tế rơle khoảng cách nhằm kiểm chứng thuật toán đề xuất Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề xuất phương pháp sử dụng song song rơle khoảng cách mạng nơron MLP để xác định vị trí cố đường dây truyền tải dựa tín hiệu dịng điện điện áp đo đầu đường dây với sai số nhỏ so với thuật toán tổng trở Luận án xây dựng đồng thời hai mạng nơron MLP khác để xác định dạng cố điện trở cố Ý nghĩa thực tiễn đề tài: Bài tốn xác định vị trí cố đường dây truyền tải có nhu cầu thực tế cao Phương pháp luận án góp phần bổ sung số lượng giải pháp để tạo điều kiện cho việc lựa chọn ứng dụng thực tế dễ dàng Phương pháp yêu cầu sử dụng tín hiệu dịng điện điện áp đầu đường dây nên khâu đo lường thu thập số liệu đơn giản Những đóng góp luận án Luận án có đóng góp sau: • Xây dựng mơ hình sử dụng độc lập mạng nơron MLP mơ hình sử dụng song song thuật toán tổng trở (thuật toán tổng trở chạy máy tính thuật tốn tổng trở rơle khoảng cách thực tế 7SA522) với mạng nơron MLP để xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện (xét ví dụ tính tốn cho đường dây 110kV n Bái - Khánh Hịa) Trong mạng nơron nhân tạo MLP sử dụng đầu vào đặc tính thời gian đặc tính tần số xác định từ tín hiệu đo tức thời xung quanh thời điểm xảy thay đổi (xuất cố) tín hiệu (thời điểm xác định nhờ sử dụng phép phân tích sóng nhỏ (wavelet)) Luận án xây dựng đồng thời hai mạng nơron MLP khác để xác định dạng cố điện trở cố - - • Khảo sát đề xuất ứng dụng wavelet Daubechies bậc để phân tích thành phần tín hiệu lấy mẫu với tần số 100kHz để làm sở phát thời điểm xuất cố đường dây truyền tải • Khảo sát đặc tính dựa hệ số tương quan đầu vào đầu để lựa chọn đặc tính có hệ số tương quan cao để dùng mơ hình Các kết tính toán đưa danh sách 84 giá trị đặc trưng tính tốn từ đường tín hiệu u-i để làm sở tính tốn thơng số cố vị trí, dạng điện trở cố • Đề xuất ứng dụng hợp mô CMC-356 Omicron kết hợp với rơle thực tế (7SA522) để so sánh chất lượng tính tốn mơ hình vị trí cố với tác động rơle đường dây thực tế Đồng thời kết hoạt động rơle khoảng cách thực tế sử dụng để tạo mẫu học mạng nơron MLP để bù sai số cho rơle khoảng cách thực tế • Đã mô tạo mẫu gồm 2136 trường hợp cố cho dạng cố ngắn mạch pha, hai pha, hai pha chạm đất ngắn mạch ba pha với thông số cố thay đổi như: điện trở cố (từ đến 5Ω), tải (từ 30% đến 100% định mức), thời điểm xuất cố (thay đổi tồn chu kỳ), vị trí cố (23 vị trí cách km đường dây 118,5 km) Bố cục luận án Mở đầu: Trình bày vấn đề chung luận án, tóm tắt nội dung nghiên cứu, đóng góp luận án bố cục luận án Chương Tổng quan phương pháp nghiên cứu xác định vị trí cố đường dây tải điện Trong chương trình bày tóm tắt số phương pháp nghiên cứu tính tốn xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện áp dụng điều kiện thực tế Chương Các giải pháp đề xuất luận án Trên cở phân tích ưu nhược điểm nghiên cứu trước đây, luận án đề xuất mơ hình cho tốn xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện pha Chương Các cơng cụ tính tốn mơ sử dụng luận án • Giới thiệu phần mềm mô ATP/EMTP ứng dụng để mô trường hợp ngắn mạch đường dây như: ngắn mạch pha, pha, pha chạm đất ngắn mạch pha - - • Giới thiệu hợp thí nghiệm phần mềm Test Universe điều khiển hợp thí nghiệm CMC-356 Omicron để kiểm nghiệm kết hoạt động rơle khoảng cách thực tế (7SA522) • Giới thiệu mơ hình mạng nơron MLP Wavelet áp dụng luận án để tính tốn thơng số cố Chương Các kết mơ tính tốn • Ứng dụng phần mềm mô ATP/EMTP để mô đường dây 110 kV Yên Bái - Khánh Hòa với thay đổi vị trí cố, điện trở cố, thời điểm xuất cố, công suất phụ tải dạng cố để tạo số liệu dòng điện điện áp đầu đường dây với định dạng file *.MAT • Sử dụng phần mềm điều khiển Test Universe mô lại số liệu tạo từ phần mềm mô ATP/EMTP đưa vào thiết bị phần cứng Omicron CMC-356 rơle khoảng cách 7SA522, kết thu sở kiểm nghiệm lại kết thuật tốn đề xuất luận án • Sử dụng Wavelet để tính tốn thời điểm xảy biến đổi đột ngột tín hiệu dịng điện điện áp đo lường đầu đường dây để xác định thời điểm xuất cố • Sử dụng mạng nơron MLP tính tốn ước lượng vị trí cố, dạng cố điện trở cố cho trường hợp: Mạng MLP hoạt động độc lập; Mạng MLP phối hợp song song với thuật toán tổng trở (thuật tốn máy tính thuật tốn tích hợp rơle khoảng cách thực tế) Chƣơng 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 1.1 Ý nghĩa tốn định vị cố Khi có cố ngắn mạch xảy đường dây truyền tải điện, điện áp điểm cố đột ngột giảm đến giá trị thấp, dòng điện điểm cố đột ngột tăng lên lớn Từ giá trị đo lường ta xác định tổng trở cố, phân cực,… để xác định xác vị trí cố Mục tiêu luận án xây dựng phương pháp nhằm xác định xác vị trí cố đường dây truyền tải điện áp cao Tầm quan trọng nghiên cứu phát sinh từ cần thiết nhằm giảm thiểu thời gian gián đoạn cung cấp điện - - thời gian sửa chữa giúp xác định xác vị trí cố, khơi phục lại trạng thái làm việc bình thường đường dây bị cố 1.2 Tổng quan số phƣơng pháp xác định vị trí cố Các phương pháp xác định vị trí cố đường dây truyền tải nghiên cứu nhiều năm yêu cầu cao thực tế việc ước lượng xác vị trí điểm cố Những phương pháp phân loại theo nhiều nhóm, ví dụ phương pháp kinh điển như: phương pháp dựa trở kháng [1,2,3,25,30,32,41,61, 73,82,91,92], phương pháp dựa vào lan truyền sóng [13,16,17,18, 24,53,75], Ngồi cịn có hướng nghiên cứu phương pháp dựa thuật tốn xử lý tín hiệu để phân tích tín hiệu đo lường nhằm đưa kết ước lượng vị trí cố với độ xác cao phương pháp kinh điển Có thể kể tới phương pháp sử dụng biến đổi sóng (wavelet) để phát điểm thay đổi đột ngột (điểm bắt đầu xuất tần số mới) [58, 68,75,76,96]; sử dụng phép biến đổi S miền tần số [16, 17, 18, 58]; phương pháp sử dụng thuật tốn di truyền để tối ưu hóa mơ hình nhận dạng phi tuyến [40]; phương pháp nơron nơron lơ-gíc mờ để xây dựng mơ hình nhận dạng phi tuyến [19,20,26,27,33, 44,49,53,57,83]; phương pháp tổng hợp kết nhiều hệ nhận dạng [12], Nhìn chung phương pháp có khả ứng dụng định, nhiên tất phương pháp có tồn định, khả để tìm giải pháp tốt cho toán xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện Chƣơng 2: CÁC GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT TRONG LUẬN ÁN 2.1 Sơ đồ khối tổng thể ƣớc lƣợng vị trí cố Các giải pháp thường giới hạn nhóm đối tượng ta khó áp dụng giải pháp hệ thống sang hệ thống khác, chí hệ thống với thông số phần tử khác nhau, Vì ý tưởng nghiên cứu xây dựng giải pháp "mềm dẻo" có khả tự học [20,21,69] Có nghĩa cần xây dựng hệ thống thu thập, phân tích xử lý tín hiệu có cấu trúc cố định có tham số điều chỉnh để thích nghi với tín - - hiệu đầu vào Khi có đối tượng tốn mới, tiến hành thu thập mẫu tín hiệu để đưa vào cho hệ thống điều chỉnh lại tham số để hoạt động tốt với mẫu tín hiệu Q trình điều chỉnh thích nghi hệ thống theo mẫu số liệu gọi trình học hệ thống Trường hợp mẫu học bao gồm cặp tín hiệu đầu vào đáp ứng đích mong muốn gọi q trình học có hướng dẫn [70,79] Do luận án tập trung nghiên cứu phát triển mơ hình nhằm ước lượng xác vị trí cố, điện trở cố dạng cố đường dây tải điện dựa số liệu dòng điện điện áp đo tức thời đầu đường dây Các thuật toán tổng trở dùng để để ước lượng vị trí cố có nhiều nguồn sai số ảnh hưởng thành phần chiều trình độ, sai số việc tính tốn giá trị hiệu dụng thành phần tín hiệu q độ số hóa Trường hợp luận án sử dụng rơle thực tế để thử nghiệm với tín hiệu dịng – áp đầu vào tính từ ATP/EMTP có thêm sai số từ chuyển đổi DA (bộ tạo tín hiệu dịng – áp thực từ tín hiệu mơ phỏng), sai số làm trịn tính tốn (do cấu hình hạn chế vi xử lý trung tâm rơle so với vi xử lý trung tâm máy tính cá nhân) Lựa chọn luận án sử dụng phương pháp tính tốn xử lý tín hiệu đại mạng nơron nhân tạo để khắc phục phần sai số để có độ xác tương đương cao Phương pháp đề xuất luận án thực qua ba bước sau Trước tiên, ta phân tích trực tuyến tín hiệu dịng điện điện áp (đo đầu đường dây) để phát thời điểm xảy thay đổi đột ngột tín hiệu (cịn gọi thời điểm xuất cố) cố đường dây sinh Ở bước thứ hai, với thời điểm xuất cố xác định, chương trình tiến hành phân tích cửa sổ nhỏ (40ms trước 20ms sau thời điểm xuất cố) tín hiệu để tính tốn giá trị đặc trưng (hay gọi đặc tính) bao gồm đặc trưng từ giá trị tức thời đặc trưng từ phổ tần số Trong bước cuối cùng, bước thứ ba, giá trị đặc trưng xử lý tiếp tục mơ hình phi tuyến để đưa ước lượng xác vị trí cố, điện - 10 - - Đầu vào: giá trị đặc trưng tính tốn từ tín hiệu u-i thu từ đầu đường dây, - Đầu ra: Trong trường hợp mạng nơron MLP trực tiếp ước lượng vị trí cố đầu đích cần đạt vị trí xác cố chọn mơ Trong trường hợp sử dụng song song mạng nơron MLP với thuật tốn tổng trở trước tiên tín hiệu u-i ba pha đưa vào tính tốn với thuật tốn (trường hợp mơ PC) đưa vào rơle thực tế để lấy kết tác động rơle Từ tính tốn vị trí rơle ta suy lượng cần bù trừ sai số thuật toán tổng trở Mạng nơron MLP học thuật tốn Levenberg - Marquadrt [44] 2.4 Hợp thí nghiệm CMC-356 thử nghiệm kết tác động rơle khoảng cách thực tế Để đưa tín hiệu dịng/áp tính tốn mơ từ ATP/EMTP vào thử nghiệm với rơle thực tế, luận án sử dụng thiết bị CMC-356 Omicron có khả tái tạo lại tín hiệu dịng điện/điện áp sau nối vào rơle thực tế lựa chọn để lấy kết tác động tương đương hoạt động thực tế Các ghi tác động rơle chuyển lên máy tính lưu trữ tính tốn xử lý PC Sơ đồ khối ghép nối thiết bị hệ thống thử nghiệm hoạt động rơle thiết bị CMC-356 hình 2.5: lsự cố, Rsự cố, Tsự cố dạng cố, phụ tải Mơ hình đường dây EMTP Các tín hiệu ua, ub, uc, ia, ib, ic Phần mềm Matlab WAV file chứa ua, ub, uc, ia, ib, ic Hợp thí nghiệm CMC-356 (Omicron) + Phần mềm Test Universe V2.30/ TransPlay Rơle khoảng cách + phần mềm DIGSI 4.82 Các ghi kết tác động rơle Hình 2.5: Sơ đồ khối ghép nối thiết bị hệ thống thử nghiệm hoạt động rơle thiết bị CMC-356 Với đặc tính đầu vào mạng nơron MLP trường hợp tính tốn ước lượng vị trí cố Trong luận án đề xuất sử dụng đồng thời song song hai mạng nơron MLP để xác định hai thơng số cịn lại cố dạng cố điện trở cố - 11 - Chƣơng 3: CÁC CƠNG CỤ TÍNH TỐN MƠ PHỎNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN Trong chương giới thiệu cơng cụ mơ tính tốn sử dụng luận án Để phục vụ cho mơ tạo mẫu tín hiệu, luận án sử dụng phần mềm mô ATP/EMTP, thiết bị thí nghiệm CMC-356 Omicron Tiếp theo hai cơng cụ xử lý tín hiệu sử dụng luận án phép biến đổi phân tích tín hiệu sử dụng Wavelet (sóng nhỏ) mạng nơron nhân tạo MLP 2.1 Phần mềm mô ATP/EMTP Chương trình EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) [15,31,39] chương trình nghiên cứu độ điện từ, công nhận công cụ phổ biến để mô tượng điện - tượng điện từ hệ thống điện, EMTP sử dụng rộng rãi tồn giới lĩnh vực tính tốn thiết kế vận hành cho loại thiết bị khác hệ thống điện EMTP công cụ phân tích hệ thống linh hoạt hiệu 2.2 Hợp thí nghiệm thứ cấp pha công suất lớn CMC 356 OMICRON Hệ thống thử nghiệm thể hình 3.5: Hình 3.5 Kết nối máy tính với hợp thí nghiệm CMC-356 rơle 7SA522 CMC-356 thiết bị vạn sử dụng để kiểm tra tất loại rơle bảo vệ Thiết bị gồm có nguồn dịng điện với phạm vi hoạt động - 12 - lớn (loại pha lên đến 64A/860VA cho kênh), có khả thử nghiệm với khả chịu tải lớn rơle điện với yêu cầu công suất lớn Đi kèm theo hợp thí nghiệm để điều khiển CMC-356 phần mềm Test Universe V2.30 với nhiều chức nhiên luận án chủ yếu sử dụng chức Transplay phần mềm điều khiển Test Universe V2.30 để nạp tệp chứa tín hiệu ui xuống thiết bị CMC-356 thiết bị tạo tín hiệu dịng/áp tín hiệu cho trước để đưa vào rơle ghép nối phía sau 3.3 Wavelet ứng dụng phân tích tín hiệu Trong luận án đề xuất sử dụng phép phân tích tín hiệu theo hàm sở wavelet (sóng nhỏ) để phát thời điểm xuất cố tín hiệu dịng điện điện áp đo đầu đường dây phép phân tích cho phép phát thay đổi đột ngột tín hiệu đầu vào 3.4 Mạng nơron nhân tạo ứng dụng xác định vị trí cố đƣờng dây tải điện Để tạo mơ hình phi tuyến cho ước lượng vị trí cố, điện trở cố dạng cố luận án sử dụng mạng nơron MLP khả xấp xỉ hàm phi tuyến với độ xác cho trước mạng Các thông số mạng MLP điều chỉnh thích nghi sở số liệu mẫu tạo nhờ vào việc sử dụng phần mềm ATP/EMTP để mơ q trình q độ đường dây gây số cố ngắn mạch lựa chọn đặc tính tính từ cửa sổ tín hiệu xung quanh thời điểm xuất cố Chƣơng 4: CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ TÍNH TỐN 4.1 ATP/EMTP mơ ngắn mạch đƣờng dây Các dạng cố ngắn mạch mô luận án mô phần mềm ATP/EMTP cho đường dây Yên Bái - Khánh Hòa mơ tả hình 4.1: - 13 - Hình 4.1: Sơ đồ mô ngắn mạch đường dây Yên Bái - Khánh Hịa ATP/EMTP Kịch mơ ATP/EMTP: • Vị trí cố: N = 23 vị trí (5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 100, 105, 110, 115km) • Điện trở cố Rsc: K = giá trị (0, 1, 2, 3, 4, 5Ω) • Loại cố: P = loại (ngắn mạch pha, ngắn mạch pha, ngắn mạch pha chạm đất ngắn mạch pha) • Phụ tải: Q = trường hợp (Phụ tải 30%, 50% 100%) Tổng số trường hợp mô ứng với vị trí cố, điện trở cố, loại cố phụ tải: N  K  P  Q  23     1656 trường hợp Đồng thời để khảo sát ảnh hưởng thời điểm cố (tính tương đối theo mốc pha tín hiệu) ta xét thêm M = 10 trường hợp pha cho trường hợp ngắn mạch điện trở Rsc= 1Ω vị trí (10, 40, 80, 110km) thời điểm bắt đầu đóng thiết bị chuyển mạch tạo ngắn mạch: thời điểm từ 0,04 tới 0,06 (s) với khoảng cách 2ms • Vị trí cố: N = vị trí (10, 40, 80, 110km) • Điện trở cố Rsc: K = giá trị (1Ω) • Loại cố: P = loại (ngắn mạch pha, ngắn mạch pha, ngắn mạch pha chạm đất ngắn mạch pha) • Phụ tải: Q = trường hợp (Phụ tải 30%, 50% 100%) • Thời điểm pha : M = 10 (02, 04, 06, 08, 10, 12, 14, 16, 18, 20 ms) - 14 - Tổng số trường hợp mơ ứng với vị trí cố, điện trở cố, loại cố, phụ tải thời điểm pha: N  K  P  Q  M  1  10  480 trường hợp Tổng hợp ta có: 1656 + 480 = 2136 liệu dòng điện điện áp đầu đường dây mô ATP/EMTP cho trường hợp ngắn mạch lưu dạng *.MAT Đối với trường hợp mô ATP/EMTP, kết tín hiệu dịng điện điện áp đầu đường dây ghi lưu trữ định dạng *.MAT theo chuẩn phần mềm Matlab Các file số liệu sau xử lý chương trình viết Matlab để: - Chuyển đổi thành định dạng *.WAV theo yêu cầu phần mềm Test Universe để ghép nối với thiết bị phần cứng CMC-356 - Tính tốn xử lý tín hiệu theo lưu đồ hình 2.5 4.2 Kết xác định thời điểm xuất cố Kết chạy chương trình cho 2136 trường hợp số liệu mơ khảo sát với tần số 1MHz, 100kHz, 10kHz 1kHz, từ bảng 4.1 luận án đề xuất chọn tần số 100kHz tần số lấy mẫu cho tín hiệu từ mơ hình ATP/EMTP Bảng 4.1: Kết xác định thời điểm xuất cố với tín hiệu lấy mẫu với tần số khác Tần số 1kHz 10kHz 100kHz 1MHz iA 1,20 0,53 0,11 0,36 iB 14,78 0,49 0,11 1,80 iC 60,71 0,37 0,11 3,28 uA 44,37 0,75 0,096 0,27 uB 72,18 0,70 0,097 0,28 uC 41,08 0,53 0,10 0,59 Bảng 4.2: Kết xác định thời điểm xuất cố với số dạng Wavelet khác Dạng wavelet iA max Daubechies 0,28 (bậc 3) Coiflet 0,40 Symlet 0,41 Haar 155,9 iB iC uA uB uC mean max mean max mean max mean max mean max mean 0,107 0,28 0,108 0,31 0,112 0,25 0,096 0,24 0,097 0,28 0,104 0,138 0,37 0,139 0,87 0,149 0,33 0,118 0,31 0,118 0,47 0,127 0,142 0,37 0,143 0,86 0,154 0,33 0,118 0,32 0,120 0,48 0,131 0,661 157,9 2,371 160,0 17,15 156,0 0,597 158,0 1,382 156,0 1,812 - 15 - Từ bảng 4.2 luận án chọn wavelet họ Daubechies để sử dụng Cũng từ bảng 4.2 ta nhận thấy kết phân tích kênh tương đương, dải giá trị sai số từ đến khoảng 200-300µs Đây kết xác theo nhu cầu thực tế vận hành Đồng thời ta thấy thực tế cần phải giảm bớt số lượng tính tốn ta cần phân tích đường tín hiệu tín hiệu xác định thời điểm cố với độ xác tương đương 4.3 Kết ƣớc lƣợng vị trí, điện trở dạng cố 4.3.1 Trích xuất số liệu thông tin đặc trƣng Sau xác định thời điểm xuất cố tín hiệu (ký hiệu thời điểm T0 ), nhiệm vụ cần thực ước lượng vị trí cố (đồng thời thực thêm việc nhận dạng loại cố điện trở cố) Ý tưởng chủ đạo đề tài trình bày phần sử dụng đặc tính thời gian tần số vùng tín hiệu xung quanh thời điểm xuất cố để làm sở tính tốn ước lượng hai thơng số cố nêu Với đường tín hiệu, thông số thời gian (20 giá trị tức thời xung quanh thời điểm xuất cố với khoảng lấy mẫu 1ms T0  k (ms) với k  9, 8, ,10 ) tần số (tỷ số lượng hài bội chia cho lượng thành phần 50Hz) Như tín hiệu ta có 20 giá trị đặc trưng (hay cịn gọi đặc tính) từ miền thời gian đặc trưng từ miền tần số Với tín hiệu dịng áp ta có tổng cộng 24   144 đặc tính 4.3.2 Đánh giá, lựa chọn đầu vào cho mạng MLP Tồn 144 đặc tính đề xuất để đánh giá, lựa chọn Số lượng đặc tính nhiều khiến mơ hình trở nên cồng kềnh, thời gian học dài xác suất học thành công thấp Để giới hạn lại số lượng đặc tính cần sử dụng từ tập hợp 144 tín hiệu ban đầu, luận án này, NCS sử dụng hàm tương quan để khảo sát mức độ ảnh hưởng mức độ tương quan cao tín hiệu đầu Kết đánh giá cho thấy, tín hiệu u-i pha, luận án sử dụng 14 giá trị đặc trưng là: giá trị tính từ phổ tần số, 10 giá trị tức thời từ thời điểm xuất cố (được xác định thuật toán wavelet, chu - 16 - kỳ lấy mẫu 1ms) Tổng cộng có 14   84 đặc tính sử dụng để đưa vào khối tính tốn mạng MLP 4.3.3 Mạng nơron MLP ƣớc lƣợng vị trí cố, dạng cố điện trở cố Với số liệu 2136 mẫu ta chia làm hai số liệu con: phần số liệu gồm 1424 mẫu (2/3 tổng số mẫu có được) để xây dựng mơ hình (điều chỉnh thích nghi tham số mạng nơron để tối ưu hóa sai số đầu ra), phần cịn lại (712 mẫu) dùng để kiểm tra chất lượng trình học  Sử dụng mạng MLP ƣớc lƣợng trực tiếp vị trí cố Với 1424 mẫu học, sử dụng mạng MLP với 12 nơron ẩn, ta có kết học hình 4.22 Trung bình sai số học tuyệt đối mạng MLP: 1424 Etrungbình li _ MLP li_chínhxác  0,302(km)  302(m) 1424 i 1 ứng với sai số trung bình 0,80% Sai số học cực đại: Emax  max li _ MLP  li_chÝnhx¸c  24,57(km) i Hình 4.22: Kết dùng mạng MLP học trực tiếp cho tập 1424 mẫu vị trí cố: (a) - Các vị trí cố gốc, (b) - Các vị trí cố ước lượng, (c) - Sai số (km) - 17 - Thử nghiệm lại với 712 mẫu kiểm tra (chưa sử dụng q trình học) ta có kết hình 4.23 Hình 4.23: Kết kiểm tra mạng MLP ước lượng trực tiếp cho tập 712 mẫu: (a) - Các vị trí cố gốc, (b) - Các vị trí cố ước lượng, (c) - Sai số (km) Trung bình sai số kiểm tra tuyệt đối mạng MLP: 712 Etrungb×nh   li _ MLP  li_chÝnhx¸c  0,393(km)  393(m) 712 i 1 ứng với sai số trung bình 0,99% Sai số học cực đại: Emax  max li _ MLP  li_chÝnhx¸c  24,86(km) i  Sử dụng mạng MLP phối hợp với thuật toán tổng trở để ƣớc lƣợng vị trí cố Với tồn 2136 mẫu (cả tập số liệu học tập số liệu kiểm tra), ta đưa vào thuật toán tổng trở để tính tốn ước lượng vị trí cố Sai số trung bình rơle khoảng cách mu ó cú t: Etrungbình lchínhxác lrơle  100%  1,52% 2136 lchÝnhx¸c Sai số cực đại: Emax max lchínhxác lrơle 3,22(km) i 1,2136 - 18 - Các giá trị sai số l  lchínhxác lrơle s c s dng quỏ trỡnh huấn luyện mạng MLP để bù sai số cho rơle khoảng cách Kết học chi tiết cho mạng MLP giá trị cần bù cho vị trí cố ước lượng theo công thức rơle khoảng cách thể hình 4.26 Hình 4.26: Kết học chi tiết cho tập 1424 mẫu vị trí cố: (a) - Các giá trị vị trí cố gốc, (b) - Các giá trị vị trí cố ước lượng, (c) - Sai số (km) Sai số học trung bình ước lượng vị trí cố là: 1424 Etrungb×nh   li _ MLP  li _ tỉngtrë  li_chÝnhx¸c  55(m) 1424 i 1   tương ứng với sai số tương đối 0,14% Sai số kiểm tra trung bình ước lượng vị trí cố (hình 4.27): 712  li _ MLP _ kt  li _ tængtrë_kt  li_chÝnhx¸c_kt  0,35(km)  350(m) 712 i 1 tương ứng với sai số 0,77%   - 19 - Hình 4.27: Kết kiểm tra cho tập 712 mẫu vị trí cố: (a) - Các vị trí cố gốc, (b) - Các vị trí cố ước lượng, (c) - Sai số (km)  Sử dụng mạng MLP phối hợp với rơle tổng trở thực tế để ƣớc lƣợng vị trí cố Để phối hợp mạng MLP với hoạt động rơle thực tế, 1008 tổng số 2136 số liệu chuyển đổi sang chuẩn WAV (Windows Wave File) sử dụng hợp thí nghiệm CMC-356 để tái tạo lại tín hiệu dịng/áp truyền vào rơle (chỉ có phần số liệu thử nghiệm thời gian tiếp cận thiết bị phần cứng bị hạn chế) Trên đường dây Yên Bái - Khánh Hòa sử dụng rơle khoảng cách 7SA522-V4.7 để bảo vệ cho đường dây Các thông số cho rơle 7SA522 cài đặt theo phiếu chỉnh định rơle thiết bị tự động Trung tâm Điều độ HTĐ miền Bắc tính toán cài đặt cho rơle thực tế sử dụng đường dây (Phụ lục 2) Tổng hợp kết từ 1008 trường hợp số liệu thử nghiệm có 970 trường hợp rơle trả kết vị trí cố, 38 trường hợp rơle tác động không trả giá trị vị trí cố Các kết thống kê từ phần mềm DIGSI (trong chức TripLog) Từ kết thống kê ta có: Sai số trung bình vị trí dạng cố (AB0, ABC, ABG, AG0) rơle: ltb  1,19  km  tương ứng 2,07% - 20 - Với số liệu 970 mẫu ta chia làm hai số liệu con: phần số liệu gồm 647 mẫu (2/3 tổng số mẫu có được) để xây dựng mơ hình (điều chỉnh thích nghi tham số mạng nơron để tối ưu hóa sai số đầu ra), phần lại (323 mẫu) dùng để kiểm tra chất lượng trình học Sau sử dụng mạng MLP để bù sai số rơle khoảng cách 7SA522, kết sau: - Sai số trung bình học vị trí cố: ltb  0, 49  km  tương ứng: 1,27% - Sai số trung bình kiểm tra vị trí cố: ltb  0,5  km  tương ứng: 1,49% Tổng hợp lại ba trường hợp sử dụng mạng MLP để ước lượng vị trí cố ta có kết thống kê bảng sau: Bảng 4.4: Tổng hợp kết sử dụng rơle khoảng cách thực tế (7SA522) dùng mạng MLP để giảm sai số rơle Loại cố AG0 AB0 ABG ABC Tổng Sai số trung bình Rơle thực tế (km) 0.18 1.57 1.94 0.56 1.09 (%) 1.06 2.79 3.64 0.65 2.07 Sai số học trung bình MLP + Rơle thực tế (km) (%) 0.27 1.05 0.21 0.76 1.01 2.11 0.47 1.12 0.49 1.27 Sai số kiểm tra trung bình MLP + Rơle thực tế (km) (%) 0.55 2.26 0.49 1.09 0.31 1.14 0.65 1.61 0.50 1.49 Bảng 4.5: Tổng hợp kết sử dụng rơle khoảng cách ảo dùng mạng MLP để giảm sai số rơle khoảng cách ảo Loại cố AG0 AB0 ABG ABC Tổng Sai số trung bình Rơle ảo (km) 0.43 1.25 1.23 0.18 0.77 (%) 1.48 2.16 2.17 0.29 1.52 Sai số học trung bình MLP + Rơle ảo (km) (%) 0.083 0.19 0.059 0.12 0.048 0.12 0.032 0.11 0.055 0.14 Sai số kiểm tra trung bình MLP + Rơle ảo (km) (%) 0.78 1.52 0.23 0.51 0.26 0.59 0.14 0.47 0.35 0.77 - 21 - Bảng 4.6: Các kết dùng mạng MLP ước lượng trực tiếp vị trí cố Sai số học trung bình Sai số kiểm tra trung MLP bình MLP Loại cố (km) (%) (km) (%) AG0 0.40 0.98 0.55 1.29 AB0 0.27 0.72 0.29 0.71 ABG 0.26 0.68 0.33 0.93 ABC 0.28 0.81 0.41 1.04 Tổng 0.30 0.80 0,39 0,99 Bảng 4.7: So sánh kết sử dụng rơle khoảng cách (Rơle ảo rơle thực tế) dùng mạng MLP để giảm sai số vị trí cố Trường hợp Rơle ảo SA522 Sai số trung bình (km) 0.77 1.09 (%) 1.52 2.07 Sai số học trung bình + MLP (km) (%) 0.06 0.14 0.49 1.27 Sai số kiểm tra trung bình + MLP (km) (%) 0.35 0.77 0.50 1.49 Bảng 4.8: Tổng hợp kết ước lượng vị trí cố Phương pháp MLP trực tiếp Rơle thực tế 7SA522 (970 mẫu) MLP phối hợp với Rơle thực tế 7SA522 (970 mẫu) Thuật toán tổng trở (Rơle ảo - chạy PC) MLP phối hợp thuật toán tổng trở Trung bình Trung bình sai số sai số tương đối tuyệt đối (%) (km) 0,99 0,39 2,07 1,09 Max sai số tuyệt đối (km) 24,86 9,2 1,49 0,50 2,79 1,52 0,77 3,22 0,77 0,35 2,33 Từ bảng tổng hợp kết ta thấy phối hợp MLP với phương pháp khác cải thiện sai số so với việc sử dụng riêng phương pháp Khi sử dụng thuật tốn phần mềm mơ phỏng, việc sử dụng phối hợp MLP với thuật toán tổng trở đưa kết tốt so với việc sử dụng độc lập MLP - 22 -  Sử dụng mạng MLP xác định dạng cố điện trở cố - Xác định dạng cố: Sử dụng tín hiệu đầu vào giống trường hợp xác định vị trí cố, đầu đích mã hóa giá trị từ đến tương ứng với trường hợp cố Tiến hành trình học kiểm tra tương tự thực với nhiệm vụ ước lượng vị trí cố ta có kết sau: - Đối với 1424 trường hợp số liệu học ta có tổng cộng 24 trường hợp nhận dạng nhầm dạng cố, tương ứng 1,69% - Đối với 712 trường hợp số liệu kiểm tra, ta có tổng cộng 13 trường hợp nhận dạng nhầm, tương ứng với sai số: 1,83% - Ước lượng điện trở cố: Sai số học trung bình ước lượng điện trở cố là: 1424  MLP3i  d3,i i 1  0,014() 1424 Sai số học cực đại ước lượng điện trở cố là: max MLP3i  d3,i  0,093() i 1, ,1424 Sai số kiểm tra trung bình ước lượng điện trở cố 712 kt  MLP3ikt  d3,i i 1  0,115() 712 Sai số kiểm tra cực đại ước lượng điện trở cố kt max MLP3ikt  d3,i  0,55() i 1, ,712 Các kết kiểm tra xác, tương đương với dải sai số trình học chứng tỏ mạng MLP học thành cơng số liệu xây dựng cho trường hợp cố ngắn mạch pha, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất ngắn mạch ba pha đường dây 110kV Yên Bái - Khánh Hòa - 23 - KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Luận án nghiên cứu phát triển mơ hình xác định vị trí cố, dạng cố điện trở cố đường dây truyền tải ba pha với nguồn đầu, không rẽ nhánh sử dụng mạng nơron MLP để xử lý thơng tin đặc trưng tính từ đặc tính thời gian tần số tín hiệu xung quanh thời điểm xuất cố Các đóng góp luận án kể tới: • Xây dựng mơ hình sử dụng độc lập mạng nơron MLP mơ hình sử dụng song song thuật tốn tổng trở (thuật tốn tổng trở chạy máy tính thuật toán tổng trở rơle khoảng cách thực tế 7SA522) với mạng nơron MLP để xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện (xét ví dụ tính tốn cho đường dây 110kV n Bái - Khánh Hịa) Trong mạng nơron nhân tạo MLP sử dụng đầu vào đặc tính thời gian đặc tính tần số xác định từ tín hiệu đo tức thời xung quanh thời điểm xảy thay đổi (xuất cố) tín hiệu (thời điểm xác định nhờ sử dụng phép phân tích sóng nhỏ (wavelet)) Luận án xây dựng đồng thời hai mạng nơron MLP khác để xác định dạng cố điện trở cố • Khảo sát đề xuất ứng dụng wavelet Daubechies bậc để phân tích thành phần d1 tín hiệu lấy mẫu với tần số 100kHz để làm sở phát thời điểm xuất cố đường dây truyền tải • Khảo sát đặc tính dựa hệ số tương quan đầu vào đầu để lựa chọn đặc tính có hệ số tương quan cao để dùng mô hình Các kết tính tốn đưa danh sách 84 giá trị đặc trưng tính tốn từ đường tín hiệu u-i để làm sở tính tốn thơng số cố vị trí, dạng điện trở cố • Đề xuất ứng dụng hợp mô CMC-356 Omicron kết hợp với rơle thực tế (7SA522) để so sánh chất lượng tính tốn mơ hình vị trí cố với tác động rơle đường dây thực tế Đồng thời kết hoạt động rơle khoảng cách thực tế sử dụng để tạo mẫu học mạng nơron MLP để bù sai số cho rơle thực tế Ngoài luận án tạo mẫu gồm 2136 trường hợp cố với dạng cố ngắn mạch pha, ngắn mạch hai pha, ngắn mạch hai pha chạm đất ngắn mạch ba pha với thông số cố thay đổi như: điện trở cố (từ đến 5Ω), tải (từ 30% đến 100% định mức), thời điểm xuất cố (thay đổi toàn chu kỳ), vị trí cố (23 vị trí cách 5km đường dây 118,5km) - 24 - Ý tưởng giải pháp hệ thống mở với tham số điều chỉnh theo số liệu mẫu đối tượng nghiên cứu, giải pháp luận án mở rộng áp dụng cho hệ thống khác như: hệ thống tải điện ba pha có nhiều nguồn, rẽ nhánh, có tải phi tuyến, hệ thống truyền tải cấp điện áp khác Các tín hiệu dùng để xây dựng mơ hình có từ phần mềm mơ ATP/EMTP, độ xác kết mơ ảnh hưởng tới kết cuối mơ hình (vấn đề độ xác ATP/EMTP mơ đường dây truyền tải tiếp tục nghiên cứu tiếp định hướng phát triển luận án) Vì để kiểm chứng tốt chất lượng mơ hình lý thuyết, luận án sử dụng thông số đường dây thực tế rơle thực tế (sử dụng đường dây chọn) để ghép nối với hợp thí nghiệm (CMC356 Omicron) để đưa tín hiệu từ mơ hình mơ vào rơle khoảng cách để có kết hoạt động thực tế rơle khoảng cách Mơ hình lý thuyết xây dựng cho trường hợp: • Mạng nơron MLP độc lập: khảo sát mẫu 1424 trường hợp cố (với vị trí khác nhau, điện trở cố khác nhau) thử nghiệm lại mẫu 712 cố khác Sai số vị trí trung bình 390m (tương ứng 0,99%) • Mạng nơron MLP kết hợp với rơle khoảng cách ảo (thuật toán tổng trở PC): sai số vị trí trung bình 350m (tương ứng 0,77%) • Mạng nơron MLP kết hợp với rơle khoảng cách 7SA522: khảo sát mẫu 647 trường hợp cố thử nghiệm lại mẫu 323 cố khác Sai số vị trí trung bình 500m (tương ứng 1,49%) Tuy đạt số kết nêu trên, ý tưởng giải pháp đề xuất luận án tiếp tục bổ sung phát triển theo số định hướng sau: • Khảo sát mơ hình đường dây truyền tải nhiều nguồn, rẽ nhánh • Khảo sát với mơ hình đường dây có thiết bị phi tuyến máy biến án với thơng số bão hịa cấu hình ghép nối khác nhau, tải thay đổi (ngẫu nhiên) • Triển khai thiết bị đo lường xử lý tín hiệu thực tế để kiểm tra khả hoạt động trường giải pháp ... Chương Tổng quan phương pháp nghiên cứu xác định vị trí cố đường dây tải điện Trong chương trình bày tóm tắt số phương pháp nghiên cứu tính tốn xác định vị trí cố đường dây truyền tải điện áp dụng... thường đường dây bị cố 1 .2 Tổng quan số phƣơng pháp xác định vị trí cố Các phương pháp xác định vị trí cố đường dây truyền tải nghiên cứu nhiều năm yêu cầu cao thực tế việc ước lượng xác vị trí. .. PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN ĐƢỜNG DÂY TẢI ĐIỆN 1.1 Ý nghĩa toán định vị cố Khi có cố ngắn mạch xảy đường dây truyền tải điện, điện áp điểm cố đột ngột giảm đến giá trị thấp, dòng điện

Ngày đăng: 06/06/2014, 18:27

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan