BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

NGUYỄN XUÂN VINH

NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH VỊ TRÍ SỰ CỐ TRÊN
ĐƢỜNG DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN THUỘC LƢỚI ĐIỆN PHỨC TẠP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT ĐIỆN

Hà Nội – 2017


MỤC LỤC
Tr
ang
LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT .......................................................... vii
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................................viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ ........................................................................... ix
MỞ ĐẦU ............................................................................................................................... 1

1.

1.

Tính cấp thiết của đề tài .............................................................................................. 1

2.


đơn không đồng nhất ........................................................................................................ 20
2.3. Thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu đo lƣờng từ hai phía đầu đƣờng
dây ........................................................................................................................................ 27
2.3.1. Bƣớc 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC .......................................... 27
iii


2.3.2. Bƣớc 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RC ......................................... 28
2.3.3. Bƣớc 3: Xác định vị trí sự cố .......................................................................... 29
2.4. Mô phỏng kiểm chứng thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây
truyền tải điện không đồng nhất ........................................................................................... 30
2.4.1. Kết quả định vị sự cố ...................................................................................... 31
2.4.2. So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với kết quả định
vị sự cố của thuật toán [48] .............................................................................................. 31
2.5. Kết luận ..................................................................................................................... 33
3. PHƢƠNG PHÁP ĐỊNH VỊ SỰ CỐ KHÔNG BIẾT TRƢỚC THÔNG SỐ
ĐƢỜNG DÂY ÁP DỤNG VỚI ĐƢỜNG DÂY DÂY TRUYỀN TẢI ĐIỆN RẼ
NHÁNH KHÔNG ĐỒNG NHẤT CHỦNG LOẠI DÂY ........................................................ 34
3.1. Đặt vấn đề ................................................................................................................. 34
3.2. Thuật toán xác định thông số đƣờng dây của đƣờng dây rẽ nhánh không
đồng nhất sử dụng tín hiệu đo lƣờng từ ba đầu đƣờng dây .................................................. 34
3.2.1. Mạng hai cửa tƣơng đƣơng của đƣờng dây rẽ nhánh ..................................... 34
3.2.2. Trƣờng hợp các phân đoạn của đƣờng dây rẽ nhánh có thông số
đƣờng dây khác nhau ........................................................................................................ 35
3.3. Thuật toán xác định vị trí sự cố cho đƣờng dây rẽ nhánh không đồng nhất
sử dụng tín hiệu đo lƣờng từ ba đầu đƣờng dây ................................................................... 50
3.3.1. Bƣớc 1: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SJ ........................................... 50
3.3.2. Bƣớc 2: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn RJ .......................................... 50
3.3.3. Bƣớc 3: Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn TJ........................................... 51
3.3.4. Bƣớc 4: Xác định vị trí sự cố .......................................................................... 51

toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh ...................................... 70
4.4.1. Trƣờng hợp các phân đoạn thuộc đƣờng dây rẽ nhánh có thông số
đƣờng dây khác nhau ........................................................................................................ 70
4.4.2. Trƣờng hợp hai phân đoạn có cùng thông số đƣờng dây nhƣng khác
thông số của phân đoạn thứ ba ......................................................................................... 74
4.4.3. Trƣờng hợp các phân đoạn thuộc đƣờng dây rẽ nhánh sử dụng cùng
chủng loại dây................................................................................................................... 78
4.5. Kết luận ..................................................................................................................... 82
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................................. 84
1.

Đóng góp khoa học của luận án ............................................................................... 84

2.

Kiến nghị về những nghiên cứu tiếp theo ................................................................. 85

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................... 86
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ........................................ 91
PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 92
A.1. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện
không đồng nhất ................................................................................................................... 92
A.2. Kết quả mô phỏng định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ
nhánh: Trƣờng hợp phân đoạn SJ, RJ, TJ có thông số có thông số đƣờng dây khác
nhau ...................................................................................................................................... 96
A.3. Kết quả định vị sƣ cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh:
Trƣờng hợp phân đoạn SJ, TJ có cùng thông số đƣờng dây nhƣng khác thông số
đƣờng dây của phân đoạn RJ ................................................................................................ 98
A.4. Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh:
Trƣờng hợp đƣờng dây rẽ nhánh đồng nhất, phân đoạn SJ, RJ, TJ có cùng thông


AC

D ng điện xoay chiều (Alternating Current)

ANFIS

Mạng nơ ron thích nghi mờ (Adaptive Neuro-Fuzzy training of
Sugeno-type)

COMTRADE

Tiêu chuẩn định dạng tập tin để trao đổi tín hiệu sự cố (COMmon
format for TRAnsient Data Exchange )

CT

Máy biến d ng điện (Current transformer)

d

Vị trí sự cố

DC

D ng điện một chiều (Direct Current)

DFT

Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform)


real

Phần thực của số phức

VT

Máy biến áp (Voltage Transformer)

Zc

Tổng trở sóng của đƣờng dây

γ

Hệ số truyền sóng của đƣờng dây

vii


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 Định nghĩa Vsf , Isf , ΔIsf cho các loại sự cố ............................................................ 8
Bảng 2.1 Thông số phân đoạn SC, l1=100km. ..................................................................... 30
Bảng 2.2 Thông số phân đoạn CR, l2=20km........................................................................ 30
Bảng 2.3 Thông số nguồn. ................................................................................................... 30
Bảng 2.4 Kết quả định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây không đồng nhất. ........................... 31
Bảng 3.1 Thông số nguồn. ................................................................................................... 54
Bảng 3.2. Thông số phân đoạn SJ. ....................................................................................... 54
Bảng 3.3. Thông số phân đoạn RJ. ...................................................................................... 54
Bảng 3.4. Thông số phân đoạn TJ. ...................................................................................... 55

Hình 2.2. Nối tiếp mạng hai cửa. ......................................................................................... 19
Hình 2.3 Bản ghi sự cố xảy ra trên đƣờng dây 220kV Hƣng Đông – Hà Tĩnh. .................. 20
Hình 2.4 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F1.......................................................... 21
Hình 2.5 Mạng hai cổng của đƣờng dây không đồng nhất khi sự cố F1 xảy ra trên SC. ..... 22
Hình 2.6 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC tại vị trí F2.......................................................... 23
Hình 2.7 Mạng hai cổng của đƣờng dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên SC. ..... 23
Hình 2.8 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC. .......................................................................... 24
Hình 2.9 Mạng hai cổng của đƣờng dây không đồng nhất khi sự cố F2 xảy ra trên RC. ..... 24
Hình 2.10 Thuật toán xác định thông số đƣờng dây không đồng nhất. ............................... 27
Hình 2.11 Sự cố xảy ra trên phân đoạn SC. ......................................................................... 27
Hình 2.12 Sự cố xảy ra trên phân đoạn RC.......................................................................... 28
Hình 2.13 Thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây không đồng nhất. .................... 29
Hình 2.14 Mô hình mô phỏng đƣờng dây không đồng nhất. ............................................... 30
Hình 2.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [48]........... 32
Hình 3.1 Đƣờng dây truyền tải rẽ nhánh. ............................................................................ 34
Hình 3.2 Mô hình mạng hai cửa đƣờng dây rẽ nhánh. ........................................................ 35
Hình 3.3 Sự cố trên phân đoạn SJ. ....................................................................................... 40
Hình 3.4. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn SJ. ........................................... 40
Hình 3.5 Sự cố trên phân đoạn RJ. ...................................................................................... 42
Hình 3.6. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn RJ. ........................................... 42
Hình 3.7. Sự cố trên phân đoạn TJ....................................................................................... 45
Hình 3.8. Mô hình mạng hai cửa khi sự cố trên phân đoạn TJ. ........................................... 45
Hình 3.9 Thuật toán xác định thông số đƣờng dây rẽ nhánh không đồng nhất. .................. 48
Hình 3.10 Thuật toán xác định thông số đƣờng dây rẽ nhánh – SJ, TJ thông số khác RJ. . 49
Hình 3.11 Thuật toán xác định vị trí sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện rẽ nhánh 51
Hình 3.12 Thuật toán định vị sự cố áp dụng với đƣờng dây truyền tải rẽ nhánh đồng nhất 53
Hình 3.13. Mô hình mô phỏng đƣờng dây rẽ nhánh. ........................................................... 54
Hình 3.14 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] ........... 56
Hình 3.15 So sánh kết quả định vị sự cố của thuật toán đề xuất với thuật toán [47] ........... 58
ix

các giải pháp tránh sự cố tƣơng tự có thể lặp lại hoặc có thể nhanh chóng thay thế
các trang thiết bị hỏng hóc.
 Thông thƣờng các đơn vị quản lý đƣờng dây cần phải cử nhân công đến vị trí cột
tƣơng ứng với khoảng cách sự cố rơle đã báo và chia thành hai nhóm để tìm kiếm
về hai phía. Tại các vị trí cột đều cần phải kiểm tra bằng mắt thƣờng xem có hƣ
hỏng hay bất thƣờng. Quá trình tìm kiếm tiếp diễn cho đến khi nào tìm đƣợc vị trí
sự cố thực thì sẽ chụp ảnh ghi nhận và báo cáo.
b. Các khó khăn còn tồn tại
 Chức năng báo khoảng cách sự cố của các rơle bảo vệ khoảng cách thƣờng báo vị
trí sự cố với sai số tƣơng đối lớn. Sai số của vị trí sự cố trong nhiều trƣờng hợp có
thể lên tới nhiều kilômét. Số liệu thống kê ở một số nƣớc cho thấy cho thấy sai số
gặp phải có thể từ 0,5÷2% [57], với đƣờng dây dài 300km thì sai số ±1% tƣơng
đƣơng với việc phải đi tìm kiếm trong phạm vi 6 kilômét (khoảng 20 khoảng cột).
 Các đƣờng dây truyền tải điện thƣờng đi qua các địa hình đồi núi hoặc xa dân cƣ,
xa đƣờng giao thông (lƣới điện truyền tải khu vực phía Tây Bắc). Do vậy rất
nhiều trƣờng hợp phải mất tới cả ngày để tìm chính xác một vị trí sự cố với lƣợng
nhân công từ 4÷6 ngƣời.
c. Các nguyên nhân kỹ thuật có thể liên quan tới việc định vị sự cố không chính xác
Phân tích các yếu tố đầu vào của các thuật toán định xác định điểm sự cố cho thấy
sai số về đo lƣờng và mô hình đƣờng dây sử dụng trong các thuật toán là các yếu tố
chính ảnh hƣởng tới sai số của kết quả định vị:
 Các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là tín hiệu điện
áp và d ng điện đo lƣờng từ các đầu đƣờng dây truyền tải điện, vì vậy khi có sai
số đo lƣờng thì kết quả định vị sự cố sẽ gặp phải sai số. Trong đó, sai số đo lƣờng
bao gồm:
 Sai số của thiết bị biến đổi: theo tiêu chuẩn IEC60044_1_1996 về sai số của
máy biến điện áp (VT) và IEC60044_2_1997 cho máy biến d ng điện (CT),
thiết bị biến đổi có thể có sai số lớn nhất ±10% đối với CT và ±6% đối với VT.
Do đó sai số của các thiết bị này có ảnh hƣởng đáng kể đến độ chính xác của
phƣơng pháp định vị, độ không đồng nhất của sai số cũng là yếu tố có thể có

đƣợc đồng bộ thì kết quả định vị sự cố sẽ bị sai lệch, và hiện này có một số
nghiên cứu tập trung vào phƣơng pháp đồng bộ tín hiệu đo lƣờng từ các phía
nhƣ đã đƣợc tổng kết trong các công trình đã công bố số [1,3,6] của luận án.
 Sai số do tín hiệu đo lƣờng có thành phần một chiều (DC): nếu tín hiệu đo
lƣờng có thành phần DC thì khi sử dụng biến đổi Fourier để xác định phasor
của tín hiệu điện áp và d ng điện sẽ gặp phải sai số, từ đó kết quả định vị sự cố
sẽ sai lệch do đầu vào của thuật toán định vị là phasor của tín hiệu đo lƣờng.
Các nghiên cứu đã đề xuất các phƣơng pháp nhƣ bộ lọc Kalman hoặc bộ lọc mô
phỏng số kết hợp DFT nhƣ đƣợc tổng kết trong công trình đã công bố [2] của
luận án, để lọc bỏ thành phần DC góp phần nâng cao độ chính xác của các thuật
toán định vị sự cố.
 Mô hình đƣờng dây đƣợc sử dụng trong các thuật toán định vị là yếu tố có ảnh
hƣởng lớn đến kết quả định vị sự cố:
 Phần lớn các thuật toán định vị sự cố sử dụng mô hình đƣờng dây thông số tập
trung vì khối lƣợng tính toán không nhiều, tính toán đơn giản và thƣờng đƣợc
sử dụng cho đƣờng dây ngắn, tuy nhiên kết quả định vị sẽ gặp sai số, vì theo tài
liệu [1] nếu đƣờng dây có chiều dài 100km thì sai số của mô hình thông số tập
trung khoảng 0,2% so với mô hình thông số rải và sai số tăng nhanh theo chiều
dài đƣờng dây.
 Các thuật toán định vị của rơ le bảo vệ khoảng cách kỹ thuật số hiện có đều sử
dụng các biến thể của phƣơng pháp tổng trở nhằm xác định vị trí sự cố trên
đƣờng dây tải điện, sử dụng các tín hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng từ một
phía đầu đƣờng dây. Về mặt toán học, đây là mô hình không chính xác, do tổng
2







tính dung dẫn thì phải sử dụng một loạt các công thức tính toán xét đến
ảnh hƣởng của đất, đƣờng dây có dây chống sét…), vì vậy khi áp dụng
công thức tính toán thì thông số đƣờng dây sẽ gặp sai số so với thông số
thực tế của đƣờng dây.
- Sử dụng thiết bị đo lƣờng thông số đƣờng dây nhƣ OMICRON CPC
100, tuy nhiên sai số tổng trở đƣờng dây đo đƣợc khoảng 5% so với kết
quả tính toán [29] do các yếu tố nhƣ: khi đo lƣờng thông số để khắc
phục nhiễu từ các hệ thống mang điện khác, thông số đo lƣờng đƣợc
thực hiện với nguồn có tần số 30Hz và 70Hz, và giá trị trung bình của
hai phép đo chính là tổng trở đƣờng dây ở tần số 50Hz; mô hình đƣờng
dây đƣợc áp dụng để xác định thông số đƣờng dây là mô hình thông số
tập trung có độ chính xác nhỏ hơn mô hình đƣờng dây thông số rải [1]...
Phần lớn các thuật toán định vị sự cố hiện nay đều yêu cầu dữ liệu đầu vào là
thông số chính xác của đƣờng dây, vì vậy khi thông số đƣờng dây không chính
xác thì vị trí sự cố tính đƣợc sẽ bị sai số.

Từ những phân tích nêu trên cho thấy hƣớng nghiên cứu với mục tiêu chính xác hóa mô
hình đƣờng dây – sử dụng tín hiệu đo lƣờng đồng bộ từ các phía đƣờng dây – cho bài toán
định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện là hƣớng nghiên cứu phù hợp và việc
lựa chọn luận án “Nghiên cứu phƣơng pháp xác định vị trí sự cố trên đƣờng dây truyền tải điện
thuộc lƣới điện phức tạp” là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng đối với các công ty đang vận
hành, quản lý lƣới điện truyền tải.
3


2. Mục tiêu, đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu
Đề xuất đƣợc các thuật toán định vị sự cố không yêu cầu biết chính xác thông số đƣờng
dây, có sai số kết quả định vị sự cố phù hợp với tính toán lý thuyết. Thuật toán định vị sự
cố có khả năng áp dụng cho các đƣờng dây thuộc lƣới điện phức tạp.

Tín hiệu đo d ng điện và điện áp tại các đầu đƣờng dây đƣợc đồng bộ về mặt thời
gian (các rơle tại các đầu đƣờng dây đƣợc đồng bộ thời gian qua hệ thống đồng hồ
GPS).

Phƣơng pháp nghiên cứu
Phƣơng pháp nghiên cứu sử dụng kết hợp nhiều cách tiếp cận:




Sử dụng phân tích tổng quan để tìm hƣớng phát triển của nghiên cứu
Sử dụng các phân tích lý thuyết để xây dựng các công thức và thuật toán.
Kiểm chứng tính hiệu quả của các thuật toán đƣợc đề xuất thông qua kết quả mô
phỏng.

Ý nghĩa khoa học




Nghiên cứu giải quyết đƣợc bài toán nâng cao độ chính xác định vị sự cố trên
đƣờng dây truyền tải điện theo hƣớng chính xác hóa mô hình đƣờng dây.
Mở rộng đƣợc phạm vi áp dụng cho cả các đƣờng dây với chủng loại dây không
đồng nhất và có rẽ nhánh/không rẽ nhánh.
Đánh giá đƣợc ảnh hƣởng của sai số do các máy biến áp đo lƣờng gây ra đến kết
quả định vị sự cố. Phƣơng pháp đánh giá dựa trên mô phỏng Monte Carlo.
4


Ý nghĩa thực tiễn

phƣơng pháp đề xuất có độ tin cậy tƣơng đối cao, với sai số tối đa kết quả định vị sự cố đạt
ở mức chấp nhận đƣợc khi tín hiệu đo lƣờng gặp phải sai số ±5%.

4. Cấu trúc nội dung của luận án
Ngoài phần mở đầu và các mục theo quy định, nội dung nghiên cứu của luận án đƣợc trình
bày trong 5 chƣơng và phụ lục, cụ thể:
Mở đầu: Trình bày các vấn đề chung của luận án: Tính cấp thiết của đề tài; mục tiêu,
đối tƣợng, phƣơng pháp và phạm vi nghiên cứu; các đóng góp của luận án.
5


Chƣơng 1: Tổng quan
Giới thiệu tổng quát về các thuật toán định vị sự cố đối với đƣờng dây tải điện đã đƣợc
công bố trong và ngoài nƣớc. Phân tích các ƣu và nhƣợc điểm của các nghiên cứu đã có
này, từ đó đề xuất hƣớng nghiên cứu mới để khắc phục các vấn đề c n tồn tại.
Chƣơng 2: Phƣơng pháp định vị sự cố cải tiến áp dụng với đƣờng dây đơn không
đồng nhất
Trình bày thuật toán đề xuất để định vị sự cố trên đƣờng dây tải điện có hai phân đoạn
sử dụng chủng loại dây khác nhau. Ƣu điểm của thuật toán đề xuất là dữ liệu đầu vào
không yêu cầu thông số đƣờng dây, do đó giảm đƣợc sai số định vị sự cố. Các kết quả mô
phỏng kiểm chứng tính đúng đắn của đề xuất và kết quả so sánh với các phƣơng pháp khác
cùng đƣợc trình bày trong chƣơng này.
Chƣơng 3: Phƣơng pháp định vị sự cố không biết trƣớc thông số đƣờng dây áp
dụng với đƣờng dây dây truyền tải điện rẽ nhánh không đồng nhất chủng loại dây
Trình bày thuật toán đề xuất định vị sự cố áp dụng cho các đƣờng dây tải điện có rẽ
nhánh, các nhánh sử dụng chủng loại dây khác nhau. Ƣu điểm của thuật toán đề xuất tƣơng
tự nhƣ thuật toán ở Chƣơng 2, tuy nhiên mở rộng đƣợc khả năng áp dụng cho các đƣờng
dây có rẽ nhánh.
Chƣơng 4: Đánh giá ảnh hƣởng của sai số đo lƣờng đến kết quả định vị sự cố
Trình bày phƣơng thức tính toán, đánh giá sai số định vị có thể gặp khi xét tới sai số của

Nghiên cứu [2] phân tích, đánh giá phƣơng pháp định vị sự cố đƣợc sử dụng trong các
rơle kỹ thuật số Schneider P132, P443. Thuật toán định vị có xét đến thành phần d ng điện
tải trƣớc lúc sự cố và thông số của nguồn phía đầu đƣờng dây đối diện. Thuật toán làm
việc chính xác khi điện trở sự cố có giá trị nhỏ và thông số tổng trở đƣờng dây biết chính
xác.
Nghiên cứu [3] trình bày các phƣơng pháp định vị sự cố của các hãng rơle nhƣ SEL,
TOSHIBA và GE. Các phƣơng pháp đƣợc phân tích có khả năng áp dụng cho đƣờng dây
truyền tải có rẽ nhánh và có nguồn cấp từ các phía. Tuy nhiên, cả 3 thuật toán đƣợc trình
bày đều dựa trên giả thiết biết trƣớc thông số chính xác của đƣờng dây.
Nghiên cứu [4] trình bày phƣơng pháp sử dụng phần mềm phân tích sự cố SIGRA 4 của
Siemens để phân tích và định vị sự cố. Thuật toán định vị dựa trên các bản ghi sự cố từ hai
đầu đƣờng dây; tín hiệu d ng điện và điện áp đo đƣợc tại hai đầu có thể đƣợc đồng bộ về
mặt thời gian hoặc không. Nghiên cứu này mang tính áp dụng.

1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc
Phần tổng quan về nghiên cứu ngoài nƣớc sẽ tập trung phân tích chi tiết về các công trình
đã công bố có liên quan tới hƣớng nghiên cứu của đề tài.
7


1.2.1. Thuật toán định vị sự cố áp dụng đƣờng dây đơn đồng nhất với yêu cầu biết
chính xác thông số đƣờng dây
Các nghiên cứu về thuật toán định vị sự cố trên đƣờng dây tải điện đã đƣợc công bố trên
rất nhiều bài báo, phần lớn các nghiên cứu tập trung vào bài toán định vị sự cố xảy ra trên
đƣờng dây truyền tải đồng nhất, với yêu cầu dữ liệu đầu vào các thuật toán là thông số
chính xác của đƣờng dây, và một vài thuật toán yêu cầu dữ liệu về tổng trở nguồn phát hai
đầu đƣờng dây.
Nghiên cứu [26] trình bày thuật toán điện kháng đơn áp dụng định vị sự cố xảy ra trên
đƣờng dây truyền tải điện đồng nhất hình 1.1, sử dụng tín hiệu đo lƣờng điện áp và d ng
điện từ một đầu đƣờng dây. Thuật toán thì đơn giản, dễ dàng lập trình, tuy nhiên kết quả

CG
Vcf
Icf + kIg0
Icf – Icpre
AB,ABG,ABC Vaf – Vbf Iaf – Ibf (Iaf – Iapre) – (Ibf – Ibpre)
BC,BCG,ABC Vbf – Vcf Ibf – Icf (Ibf – Ibpre) – (Icf – Ibpre)
CA,CAG,ABC Vcf – Vaf Icf – Iaf (Icf – Icpre) – (Iaf – Iapre)
Trong đó k = Z0/Z1 – 1
Trong đó: Vaf ,Vbf ,Vcf ,Iaf ,Ibf ,Icf điện áp và d ng điện của pha A, B, C trong sự cố; Iapre
Ibpre Icpre d ng điện của pha A, B, C trƣớc sự cố.
Để khắc phục các hạn chế của thuật toán [26], nghiên cứu [58], [62], [69] trình bày
thuật toán định vị sự cố Takagi, là thuật toán cải tiến so với thuật toán đƣợc trình bày trong
[26], thuật toán Takagi sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng trƣớc sự cố và trong
sự cố, vì thế kết quả định vị của thuật toán không bị ảnh hƣởng bởi d ng điện của tải, điện
trở sự cố. Thuật toán định vị sự cố Takagi đề xuất phƣơng trình sau để xác định vị trí sƣ
cố:

8


d=

imag(V sf ×D I sf )
imag(Z 1 ×I sf ×D I sf )

(1.2)

Nghiên cứu [16], [41] đƣa ra các chỉ số để đánh giá các bộ lọc DC, từ đó đƣa ra khuyến
nghị sử dụng bộ lọc số mô phỏng kết hợp DFT hoặc phƣơng pháp lọc Kalman cải tiến ứng
dụng lọc DC là hiệu quả nhất và mô phỏng rơ le khoảng cách bằng phần mềm MATLAB,

bộ tín hiệu và xác định vị trí sự cố xảy trên đƣờng dây truyền tải, trong đó nghiên cứu [36]
trình bày thuật toán áp dụng xác định nghiệm ban đầu – góc đồng bộ tín hiệu – cho thuật
toán lặp, đảm bảo cho thuật toán lặp hội tụ về nghiệm chính xác. Tuy nhiên, thuật toán
[22], [36] chỉ áp dụng để định vị sự cố cho đƣờng dây đồng nhất và dữ kiện đầu vào của
thuật toán yêu cầu phải biết trƣớc thông số đƣờng dây.
Nghiên cứu [25] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải sử
dụng phân bố điện áp. Thuật toán xác định điện áp tại điểm sự cố sử dụng tín hiệu đo
lƣờng từ hai đầu, và giao điểm của phân bố điện áp là vị trí sự cố xảy ra trên đƣờng dây
truyền tải, thuật toán chỉ sử dụng biên độ của điện áp vì thế kết quả định vị không bị ảnh
hƣởng trong trƣờng hợp tín hiệu đo lƣờng từ hai đầu không đƣợc đồng bộ chính xác. Tuy
9


nhiên, thuật toán [25] chỉ áp dụng đƣợc cho đƣờng dây truyền tải đồng nhất và dữ kiện đầu
vào của thuật toán yêu cầu phải biết trƣớc thông số đƣờng dây.
Nghiên cứu [49] trình bày phƣơng pháp định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải
điện sử dụng tín hiệu đo lƣờng không đồng bộ. Nghiên cứu [49] đề xuất thuật toán xác
định góc đồng bộ tín hiệu; và sử dụng phƣơng trình phân bố điện áp tại điểm sự cố từ đó
đƣa ra công thức xác định vị trí sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện, kết quả định vị
sự cố của thuật toán đề xuất không bị ảnh hƣởng bởi điện trở sự cố, và tín hiệu trƣớc sự cố.
Tuy nhiên, thuật toán chỉ áp dụng cho đƣờng dây truyền tải đơn đồng nhất và yêu cầu biết
trƣớc thông số đƣờng dây.
Nghiên cứu [37] trình bày thuật toán áp dụng định vị sự cố sử dụng tín hiệu điện áp và
d ng điện đo lƣờng không đồng bộ từ hai đầu đƣờng dây. Thuật toán đề xuất phƣơng trình
xác định góc đồng bộ tín hiệu đo lƣờng từ hai phía đƣờng dây. Tuy nhiên, thuật toán [37]
yêu cầu phải biết trƣớc thông số đƣờng dây, kết hợp với thuật toán phân loại sự cố, và chỉ
áp dụng cho đƣờng dây đồng nhất.
Nghiên cứu [59] trình bày thuật toán định vị sự cố trên đƣờng dây truyền tải, sử dụng
tín hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng từ hai đầu đƣờng dây từ đó thành lập phân bố điện
áp tại điểm sự cố xác định từ tín hiệu đo lƣờng của hai đầu đƣờng dây và giao điểm của hai

1.1, sử dụng tín hiệu đo lƣờng không đồng bộ và không yêu cầu biết trƣớc thông số đƣờng
dây, sử dụng tín hiệu đo lƣờng không đồng bộ từ hai phía đƣờng dây truyền tải điện, thuật
toán đề xuất hệ phƣơng trình để xác định đồng thời: vị trí sự cố, góc đồng bộ tín hiệu, tổng
10


trở sóng và hệ số truyền sóng của đƣờng dây. Tuy nhiên thuật toán [23] chỉ áp dụng cho
đƣờng dây truyền tải đơn đồng nhất. Thuật toán [23] đƣợc tóm lƣợc nhƣ sau:
Điện áp và d ng điện thứ tự thuận trƣớc sự cố đo lƣờng từ điểm S và điểm R phải thỏa
mãn biểu thức sau:

V s1e j d = cosh( gl)V r1 + Z csinh( gl)I r1

(1.3)

V r1e -

(1.4)

jd

= cosh( gl)V s1 + Z csinh( gl)I s1

Trong đó: Vs1, Is1, Vr1, Ir1 điện áp và d ng điện thứ tự thuận trƣớc sự cố đo lƣờng từ
điểm S, R; Z c = Z1 / Y1 = x1 + jx2 tổng trở sóng;  = Z1Y1 = x3 + jx4 hệ số truyền sóng;

d = x 5 góc đồng bộ tín hiệu.
Khi sự cố ngắn mạch xảy ra, điện áp tại điểm sự cố tính toán sử dụng số liệu đo lƣờng
từ hai điểm S, R phải bằng nhau:
cosh  d Vrf1 + Z c sinh  d  I rf1 = cosh   l - d  Vsf1 + Z c sinh  l - d   I sf1  e j (1.5)


điện áp, d ng điện, tổng trở và tổng dẫn của đƣờng dây vì thế phƣơng pháp này có khối
lƣợng tính toán lớn và khó lập trình.
Nghiên cứu [51], [64], [66] đƣa ra thuật toán định vị sự cố đơn giản, chỉ sử dụng tín
hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng không cần đồng bộ từ hai đầu đƣờng dây. Tuy nhiên,
thuật toán [51], [64] cần sử dụng kết hợp với thuật toán phân loại sự cố; thuật toán [66] sử
dụng thành phần thứ tự thuận và thứ tự nghịch của tín hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng
từ hai đầu đƣờng dây để xác định vị trí sự cố, do đó thuật toán chỉ áp dụng đƣợc cho các
dạng sự cố không đối xứng.
Nghiên cứu [52] đề xuất thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải điện
không yêu cầu biết trƣớc thông số đƣờng dây, vì thế có thể xem thuật toán đề xuất thuộc
lớp các thuật toán không phụ thuộc thông số. Tuy nhiên, thuật toán [52] chỉ áp dụng định
vị cho các loại sự cố không đối xứng. Hiện nay, các công ty điện lực thƣờng sử dụng
phƣơng pháp tính toán thông số đƣờng dây nhƣ trong tài liệu [6], hoặc sử dụng thiết bị đo
lƣờng thông số đƣờng dây nhƣ OMICRON CPC 100 [29]. Tuy nhiên, thông số đƣờng dây
của cả hai phƣơng pháp này đều gặp phải sai số do sai số của các phép tính trung gian hoặc
sai số đo lƣờng. Vì thế, các thuật toán xác định vị trí sự cố không yêu cầu biết trƣớc thông
số đƣờng dây thì chính xác và linh hoạt hơn các thuật toán định vị sự cố yêu cầu phải biết
thông số đƣờng dây. Tuy nhiên, các thuật toán đƣợc tổng quan trong phần này chỉ áp dụng
định vị sự cố với đƣờng dây đơn đồng nhất.
1.2.3. Thuật toán định vị sự cố áp dụng cho đƣờng dây đơn không đồng nhất với
yêu cầu biết chính xác thông số đƣờng dây
Trong những năm vừa qua đã có một số công trình nghiên cứu và sách tham khảo [54]
đƣợc công bố liên quan đến bài toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải không
rẽ nhánh và có nhiều chủng loại dây (để ngắn gọn thì trong luận án qui ƣớc gọi là đƣờng
dây đơn không đồng nhất).
Nghiên cứu [48] trình bày thuật toán định vị sự cố xảy ra trên đƣờng dây truyền tải
không đồng nhất hình 1.2, và thuật toán có khả năng áp dụng cho định vị cho sự cố xảy ra
trên đƣờng dây song song. Thuật toán sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng đồng
bộ từ các phía của đƣờng dây, mô hình đƣờng dây thông số rải để nâng cao tính chính xác

e
V
Z
I
(
)
(
)
ïï scf
sf
c1 sf
sf
c1 sf ú
ê2
Z
2
ë
û
c1
ïî

(1.6)

12


Trong đó: Z c1 =

Z 1 / Y 1 và g1 =


(V - Z c2 I rf )- 2 (V scf - Z c2 I scf )e g2l2
2 rf

Z 2 / Y 2 và g2 =

(1.8)

Z 2Y 2 là tổng trở đặc tính và hệ số truyền sóng; Z2

và Y2 là tổng trở và tổng dẫn thứ tự thuận của đoạn RC; l2 là chiều dài phân đoạn RC.
Giả thiết sự cố xảy ra trên phân đoạn SC:

íï
ïïV = 1 e g2l2 (V + Z I )+ 1 e - g2l2 (V - Z I )
rf
c2 rf
rf
c2 rf
ïï rcf
2
2
ì
ù
1 éê1 g2l2
1 g2l2
ïï
ú
I
=
e

2 g1l1

(1.10)

M1 và N1 đƣợc xác định nhƣ sau:
íï
ïï M =
ïì 1
ïï
ïï N 1 =
î

1
1
- gl
V sf + Z c1I sf )e 1 1 - (V rcf + Z c1I rcf )
(
2
2
1
1
(V - Z c1I rcf )- 2 (V sf - Z c1I sf )e g1l1
2 rcf

(1.11)

Nếu d2
thuật toán có thể áp định vị cho đƣờng dây song song có rẽ nhánh. Thuật toán sử dụng tín
hiệu điện áp và d ng điện đo lƣờng đồng bộ từ các phía của đƣờng dây, mô hình đƣờng
dây thông số rải để nâng cao tính chính xác của thuật toán từ đó đƣa ra phƣơng trình xác
định chính xác vị trí sự cố, và đây là ƣu điểm của thuật toán so với các thuật toán sử dụng
thuật toán lặp. Tóm lƣợc thuật toán [47] nhƣ sau:

Hình 1.3 Đƣờng dây rẽ nhánh
Xác định điện áp và d ng điện tại điểm nối J sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đo
lƣờng từ đầu S, từ đó xác định chỉ số vị trí sự cố Ds:

íï
ïïV = 1 e - glb (V + Z I )+
sf
c sf
ïï jsf
2
ì
é1 - gl
ïï
ê e a (V + Z I ) I
=
ïï sf'
sf
c sf
ê2
ë
ïî

1 glb
e (V sf - Z c I sf )


(1.14)

Trong đó:

Xác định chỉ số vị trí sự cố Ds:

Ds = ln (N s / M s ) / (2 glb )

(1.15)

Trong đó:
íï
ïï M =
ïì s
ïï
ïï N s =
î

1
1
- gl
V jsf + Z c I jsf )e b - (V rf + Z c I rf )
(
2
2
1
1
gl
V rf - Z c I rf ) - (V jsf - Z c I jsf )e b

gl
V rf - Z c I rf ) - (V jtf - Z c I jtf )e b
(
2
2

(1.18)

Nếu 0
đến tính chính xác của kết quả định vị sự cố. Sai số của kết quả định vị sự cố là do dữ liệu
đầu vào của các thuật toán định vị sự cố sử dụng tín hiệu điện áp và d ng điện đƣợc đo
lƣờng trực tiếp. Vì vậy, việc phát triển một phƣơng pháp cho phép ƣớc tính ảnh hƣởng của
sai số đo lƣờng đến kết quả định vị sự cố là cần thiết.
Nghiên cứu [56] trình bày thuật toán định vị sự cố sử dụng thông tin thống kê về tổng
trở tƣơng đƣơng của nguồn phát các phía của đƣờng dây truyền tải không có thiết bị đo
lƣờng và phƣơng pháp Monte Carlo. Tuy nhiên, thuật toán không quan tâm đến sai số của
tín hiệu đo lƣờng.
Nghiên cứu [15], [18], [24], [42] trình bày phƣơng pháp phân tích độ nhạy dựa vào
phân ly phƣơng sai để đánh giá ảnh hƣởng của kết quả định vị sự cố gây ra bởi sai số của
tín hiệu đo lƣờng nhƣ điện áp, d ng điện và tổng trở nguồn. Trong đó, nghiên cứu [18] và
[42] cho rằng sai số của máy biến điện áp và máy biến d ng điện đo lƣờng là sai số có hệ
thống; Nghiên cứu [15] chỉ quan tâm đến sai số của kết quả đo lƣờng của d ng điện đến
kết quả định vị sự cố; Nghiên cứu [24] chỉ quan tâm đến sai số của điện trở sự cố và biên
độ của điện áp đo lƣờng.
Nghiên cứu [17], [50], [53], [55], [68]–[70] trình bày phân tích độ nhạy kết hợp
phƣơng pháp Monte Carlo để xác định ảnh hƣởng của những yếu tố bất định nhƣ điện trở
sự cố, d ng điện của tải, tổng trở nguồn, thông số đƣờng dây đến kết quả định vị sự cố.
Trong đó, nghiên cứu [17] có xét đến sai số của tín hiệu đo lƣờng nhƣng cho rằng sai số có
tính hệ thống.
16