BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƯỜNG DÂY TRÊN KHÔNG
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI
WAVELET

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

SINH VIÊN THỰC HIỆN

ThS. Đỗ Anh Tùng
ThS. Nguyễn Đăng Khoa

Phạm Văn Lợi (MSSV: 1111011)
Ngành: Kỹ thuật điện 1 – Khóa 37

Tháng 04/2015


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Cần Thơ, ngày

220kV thực tế
Chương VI: Kết luận và kiến nghị
Giới hạn đề tài: Có nhiều phương pháp xác định vị trí sự cố trên đường dây
truyền tải nhưng với đề tài này chỉ áp dụng phương pháp biến đổi Wavelet.
7. Các yêu cầu hỗ trợ cho việc thực hiện đề tài:
Xin số liệu thực tế từ Công Ty Truyền tải điện Miền Tây
8. Kinh phí dự trù cho việc thực hiện đề tài:
SINH VIÊN ĐỀ NGHỊ
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Phạm Văn Lợi


Ý KIẾN CỦA NHDKH 1

ThS. Đỗ Anh Tùng
Ý KIẾN CỦA BỘ MÔN

Ý KIẾN CỦA NHDKH 2

ThS. Nguyễn Đăng Khoa
Ý KIẾN CỦA HỘI ĐỒNG LV&TLTN


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

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

Cần Thơ, ngày… tháng … năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

ThS. Đỗ Anh Tùng

Cần Thơ, ngày ... tháng… năm 2015
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

ThS. Nguyễn Đăng khoa


TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA CÔNG NGHỆ
BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN

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

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN
1. Cán bộ phản biện:
2. Tên đề tài: Xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không
sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet
3. Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Lợi
MSSV: 1111011
Lớp: Kỹ Thuật Điện 1 – Khoá 37
4. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................

2. Tên đề tài: Xác định vị trị sự cố trên đường dây trên không
Sử dụng phương pháp biến đổi Wavelet
3. Sinh viên thực hiện: Phạm Văn Lợi
MSSV: 1111011
Lớp: Kỹ Thuật Điện 1 – Khoá 37
4. Nội dung nhận xét:
a. Nhận xét về hình thức của tập thuyết minh:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
b. Nhận xét về bản vẽ:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
c. Nhận xét về nội dung của luận văn:
- Các công việc đã đạt được:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
- Những vấn đề còn hạn chế:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
d. Nhận xét đối với sinh viên thực hiện đề tài:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
e. Kết luận và đề nghị:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
5. Điểm đánh giá:
Cần Thơ, ngày ... tháng ... năm 2015
CÁN BỘ PHẢN BIỆN 2


truyền tải điện năng đi xa với công suất lớn. Nói cách khác, nó được xem là các
mạch máu của một hệ thống điện. Khi có sự cố xảy ra trên đường dây, rơle bảo vệ
cần xác định sự cố và gửi tín hiệu cắt đến các máy cắt tương ứng để bảo vệ an toàn
hệ thống. Như vậy, việc xác định được vị trí sự cố xảy ra trên đường dây là công
việc hết sức quan trọng vì nó sẽ rút ngắn đáng kể thời gian tìm kiếm và khắc phục
sự cố, tiết kiệm chi phí do sự gián đoạn cung cấp điện gây ra. Chính vì những lý do
trên, việc vận hành hệ thống đường dây truyền tải đảm bảo độ tin cậy cao, an toàn
và ổn định luôn là yêu cầu cấp thiết và là ưu tiên hàng đầu của các Công ty Truyền
tải Điện.
Xác định vị trí sự cố trên đường dây truyền tải điện, là một vấn đề quan trọng
và phức tạp trong vận hành hệ thống điện. Trong bài luận văn này, em nghiên cứu
việc áp dụng phương pháp biến đổi Wavelet kết hợp lọc nhiễu cho việc xác định vị
trí sự cố trên đường dây truyền tải. Khi sự cố xảy ra các thành phần của sóng quá độ
truyền về hai 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, dựa trên thời gian sóng truyền đến lần
thứ nhất và lần thứ hai từ đó tính toán được vị trí sự cố. Phương pháp kiến nghị có
ưu điểm là xác định nhanh chóng và chính xác sóng truyền do sự cố gây ra. Nhằm
đánh giá khả năng áp dụng và tính hiệu quả của phương pháp này, em đã áp dụng
phương pháp kiến nghị trên so sánh kết quả với đường dây truyền tải tiêu biểu từ
bài báo IEEE [7] và ứng dụng khảo sát các vị trí sự cố trên đường dây thực tế
220kV Rạch Giá – Trà Nóc.
Nội dung của luận văn bao gồm 6 chương:
Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải
Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet
Chương III: Một số phương pháp xác định vị trí sự cố
Chương IV: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố đường dây trên không
220kV tiêu biểu
Chương V: Khảo sát mô phỏng và xác định vị trí sự cố trên đường dây trên không
220kV Rạch Giá – Trà Nóc
Chương VI: Kết luận và kiến nghị

3.1. Phương pháp giải tích dựa vào phương trình Telegrapher ..........................15
3.1.1. Tổng quan phương pháp [7] .................................................................15
3.1.2. Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp ................................16
3.2. Phương pháp sử dụng thiết bị phát sóng kết hợp biến đổi Wavelet để xác
định điểm sự cố ......................................................................................................16
3.2.1. Tổng quan phương pháp .......................................................................16
3.2.2. Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp ................................17
3.3. Phương pháp tính toán dựa trên trở kháng ..................................................17
3.3.1. Tổng quan về phương pháp ..................................................................17
3.3.2. Ưu điểm và khuyết điểm chính của phương pháp ................................20
3.4. Áp dụng phương pháp biến đổi Wavelets ...................................................20
3.4.1. Phương pháp Wavelets trong việc xử lý tín hiệu số .............................21
3.4.2. Phương pháp [8] ...................................................................................21
CHƯƠNG IV ............................................................................................................24
KHẢO SÁT MÔ PHỎNG VÀ XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ ĐƯỜNG DÂY TRÊN
KHÔNG 220KV TIÊU BIỂU ...................................................................................24
4.1. Giới thiệu .....................................................................................................24
4.2. Mô phỏng đường dây trên không từ bài báo IEEE ......................................24
4.3. Kết quả mô phỏng........................................................................................25
4.3.1. Các dạng sóng điện áp, dòng điện tại đầu phát và đầu nhận ................25

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang i


Mục lục

4.3.2. Các dạng sóng điện áp đầu phát tại các vị trí khác nhau ......................27
4.3.3. Thực hiện biến đổi Wavelet ..................................................................31


MỤC LỤC BẢNG
Trang
Bảng 4.1. Kết quả ảnh hưởng của vị trí khác nhau ...................................................42
Bảng 4.2. Kết quả ảnh hưởng của các loại ngắn mạch khác .....................................43
Bảng 4.3. Ảnh hưởng của điện trở sự cố...................................................................44
Bảng 5.1. Thông số vận hành tại trạm 220kV Rạch Giá ..........................................48
Bảng 5.2. Số liệu vận hành trước lúc xảy ra sự cố ....................................................49
Bảng 5.3. Ảnh hưởng của loại ngắn mạch ở các vị trí ngắn mạch khác nhau ..........55
Bảng 5.4. Ảnh hưởng của điện trở ngắn mạch khác nhau ........................................56
Bảng 5.5. Sự cố trên đường dây Rạch Giá – Trà Nóc...............................................57
Bảng 5.6. Khoảng cách hành lang an toàn ...............................................................59
Bảng 5.7. Khoảng cách hành lang an toàn ................................................................59
Bảng 5.8. Kết quả truy tìm sự cố trên đường dây Rạch Giá – Trà Nóc ....................60
Bảng 5.9. Thông số vận hành đường dây trước thời điểm xảy ra sự cố ...................63
Bảng 5.10. Kết quả tính toán vị trí sự cố theo phương pháp biến đổi Wavelet ........64
Bảng 5.11. So sánh vị trí sự cố trên đường dây truyền tải Rạch Giá – Trà Nóc
220kV ........................................................................................................................64
Bảng 5.12. So sánh khoảng trụ tương ứng vị trí sự cố ngắn mạch ...........................65

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang iii


Mục lục hình

MỤC LỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Các dạng ngắn mạch [1]..............................................................................2

Hình 4. 8. Điện áp đầu phát tại x = 85km ................................................................28
Hình 4. 9. Điện áp đầu phát tại x = 79.5km .............................................................29
Hình 4. 10. Điện áp đầu phát tại x = 59.5km ...........................................................29
Hình 4.11. Điện áp đầu phát tại x=34km .................................................................30
Hình 4.12.Điện áp đầu phát tại x = 17km .................................................................30
Hình 4.13. Điện áp đầu nhận x=4km ........................................................................31
Hình 4.14. Tín hiệu điện áp đầu phát pha A .............................................................32

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang iv


Mục lục hình

Hình 4.15. Hệ số xấp xỉ bậc 1 ...................................................................................32
Hình 4.16. Hệ số chi tiết bậc 1 ..................................................................................33
Hình 4.17. Hệ số xấp xỉ bậc 2 ...................................................................................33
Hình 4.18. Hệ số chi tiết bậc 2 ..................................................................................34
Hình 4.19. Hệ số xấp xỉ bậc 3 ...................................................................................34
Hình 4.20. Hệ số chi tiết bậc 3 ..................................................................................35
Hình 4.21. Hệ số xấp xỉ bậc 4 ...................................................................................35
Hình 4.22. Hệ số chi tiết bậc 4 ..................................................................................36
Hình 4.23. Ma trận tương quan bậc 1 n = 1 ..............................................................36
Hình 4.24. Ma trận tương quan bậc 2 n = 1 ..............................................................37
Hình 4.25. Ma trận tương quan bậc 3 n = 1 ..............................................................37
Hình 4.26. Ma trận tương quan bậc 1 n = 2 ..............................................................38
Hình 4.27. Ma trận tương quan bậc 2 n = 2 ..............................................................38
Hình 4.28. Ma trận tương quan bậc 3 n = 2 ..............................................................39
Hình 4.29. Ma trận tương quan bậc 1 n = 7 ..............................................................39


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Nghĩa tiếng việt

N(3)

Ngắn mạch ba pha

N(2)

Ngắn mạch hai pha

N(1,1)

Ngắn mạch hai pha chạm đất

N(1)

Ngắn mạch một pha cham đất

STFT (Short-Time Fourier Transform)

Phân tích Fourier thời gian ngắn

SWT (Stationary wavelet transform)

Biến đổi wavelet tĩnh

EVN
RG
TN
UBND
HLAT
QLDA
HLATLĐCA
DCS
SCADA
(Supervisory Control And Data Acquisition)

Tập đoàn Điện lực Việt nam
Rạch Giá
Trà Nóc
Ủy ban nhân dân
Hành lang an toàn
Ban quản lý dự án
Hành lang an toàn lưới điện cao áp
Dây chống sét
Hệ thống điều khiển giám sát và thu
thập dữ liệu

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang vi


Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

CHƯƠNG I


1.2.

Các dạng sự cố

Có các dạng sự cố sau (hình 1.1):
- Ngắn mạch ba pha, tức ba pha chập nhau, ký hiệu N(3).
- Ngắn mạch hai pha, tức hai pha chập nhau, ký hiệu N(2).
- Ngắn mạch một pha, tức một pha chập đất hoặc chập dây trung tính, ký hiệu N(1).
- Ngắn mạch hai pha xuống đất, tức hai pha chập nhau đồng thời chập đất, ký hiệu
N(1,1).

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 1


Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

dạng ngắn mạch

hình vẽ quy ước

kí hiệu

xác suất xảy ra %

3 pha

N(3)

được quan tâm nhiều nhất. Đó là vì ngắn mạch ba pha thường nặng nề nhất, ảnh
hưởng nhiều đến chế độ truyền tải[1].

1.3.

Nguyên nhân và hậu quả

Có nhiều nguyên nhân gây ra sự cố trên đường dây truyền tải, như kết quả của
sét đánh trực tiếp hay gián tiếp vào đường dây, với điện áp cao được gây ra do sét
giữa dây dẫn và cột gây ra sự ion hóa tạo một đường dẫn điện từ đất đến dây dẫn.
Xâm phạm hành lang an toàn đường dây do các hoạt động của con người như thả
diều, điều khiển các vật thể đến gần công trình lưới điện, đào đất gây lún sụt công
trình lưới điện hoặc do bão làm gẫy cây, đổ cột, dây dẫn chập nhau, quá tải và
đường dây quá cũ...
Một số hình ảnh sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải:

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 2


Chương I: Tổng quan về sự cố trên đường dây truyền tải

Hình 1.2. Phóng điện trên chuỗi sứ -“PTC 4”

Hình 1.3. Đứt dây trên đường dây truyền tải - “PTC 4”

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 3

 Phương pháp dựa trên việc đo đạc sự truyền sóng. Phương pháp này
ngày càng được sử dụng để nghiên cứu và áp dụng nhiều hơn, do có nhiều ưu thế
như: không bị ảnh hưởng nhiều bởi sai số thiết bị đo, thuật toán dựa trên những kỹ
thuật tính toán hiện đại ngày càng mạnh mẽ và đáp ứng chính xác hơn, cùng với sự
phát triển nhanh chóng của ngành công nghệ máy tính, vi xử lý...
Sau đây giới thiệu phương pháp biến đổi Wavelet để xử lý tín hiệu sóng
truyền thu được, một số phương pháp tiêu biểu để xác định vị trí điểm ngắn mạch
trên đường dây truyền tải. Sau đó đi vào mô phỏng và giới thiệu phương pháp xác
định vị trí điểm ngắn mạch của một đường dây trên không.

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 5


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

CHƯƠNG II

GIỚI THIỆU VỀ PHƯƠNG PHÁP BIẾN ĐỔI WAVELET
2.1.

Sơ lược về biến đổi Wavelet

2.1.1. Lịch sử Wavelet
Từ góc độ lịch sử, phân tích Wavelet là một phương pháp mới, cho dù nền
tảng toán học của nó đã có từ những lí thuyết của Joseph Fourier vào thế kỷ 19.
Fourier đã đặt nền tảng với lí thuyết phân tích tần số mà ý nghĩa to lớn và quan
trọng đã được chứng minh.
Từ “Wavelet” lần đầu được sử dụng là vào năm 1909, trong một luận văn

Một trong những ưu điểm chính của phân tích Wavelet là khả năng thực hiện
phân tích cục bộ mà nhờ vậy có thể phân tích một vùng cục bộ trong cả tín hiệu lớn.
Phân tích Wavelet có khả năng thực hiện đặc tính của dữ liệu mà các kỹ thuật phân
tích khác không có, các điểm bập bềnh, các điểm gãy, các điểm gián đoạn với độ
dốc lớn… Hơn nữa, vì đạt được cách nhìn khác với dữ liệu so với các kỹ thuật cổ
điển, phân tích Wavelet có thể thực hiện nén hoặc khử nhiễu tín hiệu mà không có
suy giảm, thực vậy, chỉ với lịch sử ngắn ngủi trong lĩnh vực xử lý tín hiệu, Wavelet
chứng tỏ rằng nó đã trở thành không thể thiếu trong bộ công cụ phân tích.
2.1.3. Thế nào là phân tích Wavelet
Năm 1975, Jean Morlet phát triển phương pháp đa phân giải. Trong đó, ông
sử dụng một xung dao động, được hiểu là một “Wavelet” (dịch theo từ gốc của nó
là một sóng nhỏ) cho phép thay đổi kích thước và so sánh với tín hiệu ở từng đoạn
riêng biệt. Kỹ thuật này bắt đầu với sóng nhỏ Wavelet chứa các dao động tần số
thấp, sóng nhỏ này được so sánh với tín hiệu phân tích để có một bức tranh toàn cục
của tín hiệu ở độ phân giải thô. Sau đó sóng nhỏ được nén lại để nâng cao dần tần
số dao động. Quá trình này gọi là làm thay đổi tỉ lệ (scale) phân tích, khi thực hiện
tiếp bước so sánh, tín hiệu sẽ được nghiên cứu chi tiết ở các độ phân giải cao hơn,
giúp phát hiện các thành phần biến thiên còn ẩn bên trong tín hiệu.
Wavelet là một dạng sóng có thời gian duy trì tới hạn với giá trị trung bình
bằng 0. So sánh Wavelet với sóng Sin (cơ sở của phân tích Fourier). Sóng sin không
có thời gian giới hạn, nó kéo từ âm vô cùng đến dương vô cùng. Và trong khi sóng
sin là trơn tru và có thể dự đoán, Wavelet lại bất thường và bất đối xứng.

2.2.

Cơ sở toán học

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 7

Vì hàm  (x) có thể có giá trị phức nên  (x ) được dùng thay cho  (x) 2 .
2

Bình phương của chuẩn L2,  , được gọi là năng lượng của hàm  . Giả sử   1
1
 , hàm
bằng cách chuẩn hóa hàm  thông qua việc nhân hàm  với hệ số
K
wavelet mẫu phải thỏa mãn điều kiện tương thích:
2





2
 |  ( x) |



dx

x

(2.2)



Trong đó:  là phép biến đổi Fourier của  . Từ điều kiện tương thích trên suy ra:


hàm Wavelet mẹ. Nghĩa là các hàm được biểu diễn như sự kết hợp tuyến tính hữu
hạn các phép dịch chuyển và co giãn của một hàm wavelet mẹ.
Dưới đây là một số họ Wavelet thông dụng [3] :

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 8


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Hình 2.2. Wavelet Haar (db1) và Wavelet Meyer

Hình 2.3. Wavelet Daubechies 2 (db2) và Daubechies 3 (db3)

Hình 2.4. Wavelet Daubechies 4 (db4) và Wavelet Daubechies 5 (db5)

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 9


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

2.3.

Biến đổi wavelet rời rạc (Discrete Wavelet Transform-DWT) [11],[12]

DWT là biến đổi tuyến tính tác động trên vector 2n chiều (vector trong không
gian Euclide 2n chiều) vào một vector trong không gian tương tự. DWT là một biến


(t )

Phương trình (7) cũng được gọi là phân tích wavelet của f(t).

2.4.

Kỹ thuật phân tích đa phân giải (Multi-Resolution Analysis-MRA) [11]

Kỹ thuật phân tích đa phân giải là một trong những đặc điểm quan trọng nhất
của kỹ thuật biến đổi Wavelet rời rạc.
Phần lớn các tín hiệu thực tế, thành phần tần số thấp là thành phần thực sự
quan trọng và mang nét đặc trưng của tín hiệu. Còn thành phần tần số cao được hiểu
như là các sắc thái khác nhau của tín hiệu. Lấy giọng nói làm ví dụ, ta thấy khi lọc
bỏ thành phần tần số cao thì giọng nói có thể khác đi nhưng ta vẫn nghe và hiểu
được, nhưng khi lọc bỏ thành phần tần số thấp thì không nghe được gì cả.
Phân tích đa phân giải là có khả năng như hai bộ lọc, tạo nên hai thành phần:
xấp xỉ và chi tiết của tín hiệu vào. Thành phần xấp xỉ có hệ số tỷ lệ cao, tương ứng
với tần số thấp. Thành phần chi tiết có hệ số tỷ lệ thấp, tương ứng với tần số cao.

Hình 2.5. Phân tích Wavelet được xem như hai bộ lọc tần số cao và thấp

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 10


Chương II: Giới thiệu về phương pháp biến đổi Wavelet

Hình 2.6. Minh họa tín hiệu vào là dạng Sin chuẩn với nhiễu tần số cao [3]


2



Hình 2. 7. Phân ly bậc 2
Với n = 2: A2 là thành phần xấp xỉ bậc 2.
D1 và D2 là thành phần chi tiết bậc 1 và bậc 2 tương ứng

SVTH: Phạm Văn Lợi

Trang 11