BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ NGỌC THIỆN
ỨNG DỤNG WAVELET TRONG VIỆC
NHẬN DẠNG QUÁ ĐIỆN ÁP
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250
S KC 0 0 4 1 8 8
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
VÕ NGỌC THIỆN
ỨNG DỤNG WAVELET TRONG VIỆC
NHẬN DẠNG QUÁ ĐIỆN ÁP
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 52 50
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04/2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SỸ
VÕ NGỌC THIỆN
ỨNG DỤNG WAVELET TRONG VIỆC
NHẬN DẠNG QUÁ ĐIỆN ÁP
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 52 50
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2014
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: VÕ NGỌC THIỆN
Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 08/02/1986
Nơi sinh: Bình Thuận
Quê quán:Phú Quý –Bình Thuận
Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Thôn Phú An – Xã Ngũ Phụng – Huyện Phú Quý
Điện thoại di động:0982.33.88.58Điện thoại nhà riêng: 0623.769.080
Fax:
E-mail:
[email protected]
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Cao đẳng:
Hệ đào tạo: chính quy
Thời gian đào tạo từ 09/2004 đến 08/2007.
Nơi học: Trƣờng Cao đẳng Điện lực
Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật điện.
2. Đại học:
Hệ đào tạo:liên thông
Thời gian đào tạo từ 09/2009 đến 08/2011.
Nơi học:Trƣờng Đại học Điện lực.
Ngành học: Công nghệ Kỹ thuật điện.
3. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: Chính quytập trung
Thời gian đào tạo từ 10/2011đến 2/2014
Nơi học:Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngành học: Thiết bị, mạng và nhà máy điện .
Tên luận văn:
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp.
Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 04 năm 2014, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ
thuật Tp. Hồ Chí Minh.
Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS.Hồ Văn Nhật Chƣơng
HVTH: Võ Ngọc Thiện
i
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
3. Trình độ ngoại ngữ:Tiếng Anh - mức độ: B1
5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính thức cấp; số bằng, ngày & nơi
cấp:
Bằng Kỹ Sƣ Điện,Số hiệu bằng: Q1-ĐHLT-CD-00111, Ngày cấp:02/11/2011
Nơi cấp:Trƣờng Đại học Điện lực.
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Nơi công tác
Thời gian
Công việc đảm nhiệm
Từ
07/2007đến
Điện lực Bình Thuận
Kỹ thuật viên
07/2009
01/2013 đến
nay
Trƣờng Cao đẳng Điện lực
HVTH: Võ Ngọc Thiện
ii
Giảng viên
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 04 năm 2014
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
HVTH: Võ Ngọc Thiện
iii
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn quý thầy
cô, giảng viên trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh, Đại học Bách
khoa Tp. Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu
cho em trong toàn khóa học.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Hồ Văn Nhật Chƣơngvề tất cả
những hƣớng dẫn, đóng góp tận tình của thầy đối với ngƣời thực hiện Luận văn
trong quá trình học và làm việc vừa qua.
Xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn ở bên em ủng hộ động viên cho em
trong quá trình làm Luận văn đƣợc tốt hơn.
Ngoài ra, ngƣời thực hiện cũng xin đƣợc gửi đến các Thầy, Cô bộ môn hệ
thống điện trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM và Đại học Bách khoa
Tp.HCM lời cảm ơn sâu sắc vì đã tạo điều kiện thuận lợi và hỗ trợ rất nhiều trong
quá trình học tập, công tác cũng nhƣ trong thời gian làm Luận văn này.
Việc thực hiện đề tài Luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu
sót về kiến thức chuyên môn. Kính mong nhận đƣợc sự quan tâm, xem xét và đóng
góp ý kiến quý báu của Quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài Luận văn này hoàn thiện
hơn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014
Ngƣời thực hiện
Võ Ngọc Thiện
HVTH: Võ Ngọc Thiện
iv
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
TÓM TẮT
Chất lƣợng điện năng ngày càng trở thành tiêu chuẩn quan trọng trong các
Công ty và các khách hàngsử dụng điện.Chất lƣợng điện năng thƣờng đồng nghĩa
với chất lƣợng điện áp, tần số … Ngày nay với khoa học công nghệ phát triển, các
thiết bị vi điện tử rất nhạy cảm sự thay đổi của biên độ điện áp, tần số, góc pha …
Chỉ cần một nhiễu loạn nhỏ cũng có thể dẫn đến sự vận hành sai của các thiết bị này,
thậm chí còn làm hƣ hỏng thiết bị. Vì vậy đối với ngành điện nói chung, phải đảm
bảo chắc chắn rằng các thông số phát ra phải nằm trong tiêu chuẩn cho phép, ngay
cả trong trƣờng hợp bị sự cố dù nguyên nhân chủ quan hay khách quan.
Nguyên nhân ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện năng thƣờng do nhiễu loạn trên
đƣờng dây nhƣ: xung sét, gián đoạn điện áp, tăng điện áp, giảm điện áp, méo dạng
do sóng hài, điện áp chập chờn.Do đó việc phân tích, nhận dạng, cô lập các hiện
tƣợng trên mang ý nghĩa rất quan trọng trong quá trình hƣớng đến các phƣơng pháp
hoàn thiện hơn để bảo vệ lƣới điện khỏi các ảnh hƣởng do nhiễu trên đƣờng dây.
Trong phần luận văn này tiếp tục nghiên cứu khảo sát các mức năng lƣợng
của các dạng quá điện áp, bằng cách mô phỏng các hiện tƣợng nhiễu trên hệ thống
điện, dùng kỹ thuật wavelet cho phép nhận đƣợc nhiều thông tin định lƣợng và là cơ
sở trong quá trình đánh giá chất lƣợng điện năng.
Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 6 chƣơng:
Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Quá điện áp trong hệ thống điện
Chƣơng 3: Cơ sở về phép biến đổi Fourier và phép biến đổi Wavelet
Chƣơng 4: Giới thiệu công cụ thực hiện và mô phỏng các dạng quá điện áp
Chƣơng 5: Phân tích tín hiệu và nhận dạng quá điện áp bằng kỹ thuật wavelet
Chƣơng 6: Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài
HVTH: Võ Ngọc Thiện
v
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
ABSTRACT
Power quality is increasingly becoming importantstandards in the company
and customers use electricity. Power quality is often synonymous with quality
voltage, frequency … Today, with the development of science and technology,
microelectronic devices are very sensitive to the change of voltage amplitude,
frequency, phase angle … Just a small disturbance can also lead to incorrect
operation of the device, even damaging equipment. So for electrical industry must
ensure that the generated parameters must be within permissible standards, even in
case of subjective or objective.
Low electric power quality is normally caused by disturbances on the line,
such as lightning impulses, interruptions, voltage swell, voltage sag, harmonic
distortion, and flicker and this results caused the error or misoperation of end-user‟s
equipment, so the analyze, identify, isolate this phenomenon is very important
meaning in the process towards more complete method to protect the grid from the
effects of disturbances on the line.
In this thesis, further study and the energylevels analysisof overvoltage form.
Simulation overvoltage form on the power system, using wavelet technique lets get
more quantitative information and is the basis for the assessment of power quality.
The contentof this thesisis includes sixchapters:
Chapter 1: Overview
Chapter 2: Over voltage in the power system
Chapter 3: The basis of the Fourier transforms and the Wavelet transforms
Chapter 4: Introducing the tool implementation and simulation of overvoltage
Chapter 5: The energylevels analysisand identification signal by the wavelet
technique
Chapter 6: Conclusions and development of topics
HVTH: Võ Ngọc Thiện
vi
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
MỤC LỤC
TRANG TỰA
TRANG
Quyết định giao đề tài
Xác nhận của Giáo viên hƣớng dẫn
LÝ LỊCH KHOA HỌC ............................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iv
TÓM TẮT ...................................................................................................................v
CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................................... xiv
DANH SÁCH CÁC HÌNH ..................................................................................... xiv
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................. xvxii
Chƣơng 1 .....................................................................................................................1
TỔNG QUAN .............................................................................................................1
1.1 Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ....................................................1
1.2 Mục đích và giới hạn của đề tài ........................................................................4
1.2.1 Mục đích .........................................................................................................4
1.2.2 Giới hạn ..........................................................................................................4
1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................................5
1.3.1 Phạm vi nghiên cứu ........................................................................................5
1.3.2 Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................5
1.4 Điểm mới của luận văn .........................................................................................5
Chƣơng 2 .....................................................................................................................6
QUÁ ĐIỆN ÁP TRONG HỆ THỐNG ĐIỆN .............................................................6
2.1 Tổng quan về quá điện áp .....................................................................................7
2.2 Phân loại ................................................................................................................7
2.3 Quá điện áp khí quyển: .........................................................................................8
2.3.1 Quá điện áp và nguồn gốc quá điện áp khí quyển: ........................................8
2.3.2 Sự hình thành các đám mây dông mang điện tích: .......................................9
HVTH: Võ Ngọc Thiện
vii
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
2.3.3Quá trình phóng điện của sét: ........................................................................12
2.3.4 Các giai đoạn phóng điện của sét: ...............................................................13
a. Giai đoạn 1: ..................................................................................................13
b. Giai đoạn 2: ...................................................................................................14
c. Giai đoạn 3: ..................................................................................................15
2.3.5 Các tham số chủ yếu của sét và cƣờng độ hoạt động của sét: ......................16
2.4 Quá điện áp nội bộ...............................................................................................17
2.4.1 Quá điện áp đóng cắt ....................................................................................17
2.4.2 Nguyên nhân ................................................................................................17
2.4.3 Phân loại .......................................................................................................18
2.4.3.1 Nhóm I: Quá điện áp thao tác ...............................................................18
2.4.3.2 Nhóm II: Quá điện áp cộng hƣởng .......................................................18
2.4.4 Các tham số của quá điện áp nội bộ .............................................................18
2.4.5 Các dạng quá điện áp nội bộ thƣờng gặp: ....................................................19
2.4.5.1 Nguồn 1 chiều .......................................................................................19
2.4.5.2 Nguồn xoay chiều .................................................................................23
Chƣơng 3 ...................................................................................................................28
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ PHÉP BIẾN ĐỔI
WAVELET................................................................................................................28
3.1 Công nghệ xử lý tín hiệu .....................................................................................28
3.2 Biến đổi Fourier ..................................................................................................29
3.2.1 Khuyết điểm của phép biến đổi Fourier truyền thống................................32
3.2.2 Nguyên lý bất định .......................................................................................35
3.2.3 Phép biến đổi Fourier thời gian ngắn (Short-Time Fourier Transform) ......36
3.3 Phép biến đổi wavelet .........................................................................................40
3.3.1 Giới thiệu......................................................................................................40
3.3.2 Wavelet trong xử lý tín hiệu.........................................................................42
3.3.2.1 Biến đổi Wavelet liên tục ......................................................................43
3.3.2.2 Biến đổi Wavelet rời rạc DWT .............................................................49
HVTH: Võ Ngọc Thiện
viii
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
3.3.2.3 Tái tạo Wavelet IDWT ..........................................................................52
3.3.2.4 Các bộ lọc tái tạo ...................................................................................53
3.3.3 Giới thiệu một số họ Wavelet ......................................................................53
3.3.3.1 Biến đổi Wavelet Haar ..........................................................................53
3.3.3.2 Biến đổi Wavelet Hat Mexican .............................................................54
3.3.3.3 Biến đổi Wavelet Daubechies ...............................................................55
3.3.4 Một số ứng dụng nổi bậc của Wavelet .........................................................55
3.3.4.1 Nén tín hiệu ...........................................................................................55
3.3.4.2 Khử nhiễu ..............................................................................................56
Chƣơng 4 ...................................................................................................................57
GIỚI THIỆU CÔNG CỤ THỰC HIỆN VÀMÔ PHỎNG CÁC DẠNG QUÁ ĐIỆN
ÁP ..............................................................................................................................57
4.1 Giới thiệu công cụ thực hiện: ..............................................................................57
4.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của Matlab:...............................................57
4.1.2 Tổng quan về Matlab ...................................................................................58
4.2 Thực hiện mô phỏng với xung điện áp không chu kỳ.........................................59
4.2.1 Xác định phƣơng trình xung điện áp không chu kỳ: ....................................59
4.2.2 Xác định thông số cho các dạng sóng 1.2/50 s ..........................................59
4.2.3 Mô phỏng các dạng xung điện áp không chu kỳ..........................................60
4.3 Thực hiện mô phỏng đóng nguồn 1 chiều: .........................................................63
4.3.1 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch RC: ............................63
4.3.2 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng cuộn cảm mạch RL .......................64
4.3.3 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch RLC: .........................65
4.4 Thực hiện mô phỏng với nguồn xoay chiều: ......................................................67
4.4.1 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng cuộn cảm với mạch RL .................67
4.4.2 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch RC: ............................68
4.4.3 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch LC: ............................69
4.4.4 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch RLC: .........................70
4.5 Thực hiện mô phỏng với nguồn xoay chiều và một chiều: .................................73
HVTH: Võ Ngọc Thiện
ix
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
4.5.1 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi cuộn cảm với mạch RL: .........................73
4.5.2 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch RC: ............................74
4.5.3 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch LC: ............................75
4.5.4 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ khi đóng tụ với mạch RLC: .........................76
4.6 Mô phỏng tạo tín hiệu cộng hƣởng .....................................................................80
4.6.1 Cộng hƣởng tần số 0 100 [rad/s] .......................................................80
4.6.2 Cộng hƣởng tần số 30 100 [rad/s] ......................................................81
4.6.3 Cộng hƣởng tần số 0 3 300 [rad/s] .....................................................83
4.7 Mô phỏng tạo tín hiệu quá độ trên tải khi có xung sét 100kA đánh vào đƣờng
dây 110kV: ................................................................................................................84
4.7.1 Xung sét 1.2/50 µs .......................................................................................84
4.7.2 Xung sét 0.84/40 µs .....................................................................................86
4.7.3 Xung sét 0.84/60 µs .....................................................................................86
4.7.4 Xung sét 1.56/40 µs .....................................................................................87
4.7.5 Xung sét 1.56/60 µs .....................................................................................87
Chƣơng 5 ...................................................................................................................88
PHÂN TÍCH TÍN HIỆU VÀ NHẬN DẠNG QUÁ ĐIỆN ÁP BẰNG KỸ THUẬT
WAVELET................................................................................................................88
5.1 Nguồn một chiều .................................................................................................91
5.1.1 Mạch RLC với R = 0,68 ...........................................................................91
5.1.1.1 Phân tích tín hiệu trên C ........................................................................91
5.1.1.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C..........................................................94
5.1.1.3 Phân tích tín hiệu trên L ........................................................................94
5.1.1.4 Phân tích mức năng lƣợng trên L ..........................................................97
5.1.2 Mạch RLC với R = 10 ..............................................................................98
5.1.3 Mạch RLC với R = 100 ..........................................................................100
5.1.4 Mạch RC ....................................................................................................102
5.1.5 Mạch RL .....................................................................................................103
5.2 Nguồn xoay chiều .............................................................................................105
HVTH: Võ Ngọc Thiện
x
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
5.2.1 Mạch RL .....................................................................................................105
5.2.2 Mạch RC ....................................................................................................107
5.2.3 Mạch LC .....................................................................................................108
5.2.4 Mạch RLC với R = 0,68 ........................................................................113
5.2.4.1 Phân tích tín hiệu trên C ......................................................................113
5.2.4.2 Phân tích năng lƣợng trên C ................................................................114
5.2.4.3 Phân tích năng lƣợng trên L ................................................................115
5.2.5 Mạch RLC với R = 10 ...........................................................................116
5.2.5.1 Phân tích tín hiệu trên C ......................................................................116
5.2.5.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C........................................................117
5.2.5.3 Phân tích mức năng lƣợng trên L ........................................................118
5.2.6 Mạch RLC với R = 100 .........................................................................119
5.2.6.1 Phân tích tín hiệu trên C ......................................................................119
5.2.6.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C........................................................120
5.2.6.3 Phân tích mức năng lƣợng trên L ........................................................121
5.3 Nguồn xoay chiều và một chiều:.......................................................................123
5.3.1 Mạch RL .....................................................................................................123
5.3.1.1 Phân tích tín hiệu.................................................................................123
5.3.1.2 Phân tích mức năng lƣợng trên L ........................................................124
5.3.2 Mạch RC ....................................................................................................125
5.3.2.1 Phân tích tín hiệu với mạch RC ..........................................................125
5.3.2.2 Phân tích năng lƣợng với mạch RC ....................................................126
5.3.3 Mạch LC .....................................................................................................127
5.3.3.1 Phân tích tín hiệu trên C với mạch LC ................................................127
5.3.3.2 Phân tích năng lƣợng trên C với mạch LC..........................................128
5.3.3.3 Phân tích năng lƣợng trên L với mạch LC ..........................................129
5.3.4 Mạch RLC với R = 0,68 ........................................................................130
5.3.4.1 Phân tích tín hiệu trên C ......................................................................130
5.3.4.2 Phân tích năng lƣợng trên C ................................................................131
HVTH: Võ Ngọc Thiện
xi
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
5.3.4.3 Phân tích năng lƣợng trên L ................................................................132
5.3.5 Mạch RLC với R = 10 ...........................................................................133
5.3.5.1 Phân tích tín hiệu trên C ......................................................................133
5.3.5.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C........................................................134
5.3.5.3 Phân tích mức năng lƣợng trên L ........................................................135
5.3.6 Mạch RLC với R = 100 .........................................................................136
5.3.6.1 Phân tích tín hiệu trên C ......................................................................136
5.3.6.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C........................................................137
5.3.6.3 Phân tích mức năng lƣợng trên L ........................................................138
5.4 Quá điện áp cộng hƣởng ...................................................................................140
5.4.1 Cộng hƣởng với tần số nguồn 0 100 [rad/s] .................................140
5.4.1.1 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R = 0.68 ..............................140
5.4.1.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R=10 ...................................141
5.4.1.3 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R=100 .................................142
5.4.1.4 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 0.68 ..............................143
5.4.1.5 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 10 .................................143
5.4.1.6 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 100 ...............................144
5.4.2 Cộng hƣởng với tần số 30 100 [rad/s]...........................................145
5.4.2.1 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R = 0.68 ..............................145
5.4.2.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R = 10 .................................146
5.4.2.3 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R = 100 ...............................146
5.4.2.4 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 0.68 ..............................147
5.4.2.5 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 10 .................................148
5.4.2.6 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 100 ...............................148
5.4.3 Cộng hƣởng với tần số 0 3 300 [rad/s]..........................................150
5.4.3.1 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R = 0.68 ..............................150
5.4.3.2 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R = 10 .................................151
5.4.3.3 Phân tích mức năng lƣợng trên C với R = 100 ...............................151
5.4.3.4 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 0.68 ..............................152
HVTH: Võ Ngọc Thiện
xii
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
5.4.3.5 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 10 .................................152
5.4.3.6 Phân tích mức năng lƣợng trên L với R = 100 ...............................153
5.5 Mạch có xung sét đánh vào đƣờng dây .............................................................156
5.5.1 Xung sét 1.2/50 ( s ) ..............................................................................157
5.5.2 Xung sét 1.56/40 ( s ) ............................................................................160
5.5.3 Xung sét 0.84/40 ( s ) ............................................................................163
5.5.4 Xung sét 1.56/60 ( s ) ............................................................................165
5.5.5 Xung sét 0.84/60 ( s ) ............................................................................167
5.6 Đề xuất phƣơng pháp nhận dạng các tín hiệu quá điện áp................................170
Chƣơng 6 .................................................................................................................171
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI ................................................171
6.1 Các kết quả đạt đƣợc của đề tài.........................................................................171
6.2 Hƣớng phát triển của đề tài ...............................................................................172
TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………...166
CHƢƠNG TRÌNH CODE TÍNH TOÁN PHỤC VỤ LUẬN VĂN .......................175
PL.1 Chƣơng trình tính FT cho tín hiệu dừng......................................................... 169
PL.2 Chƣơng trình tính FT cho tín hiệu không dừng.............................................. 170
PL.3 Chƣơng trình tính FT cho xung Dirac ............................................................ 171
PL.4 Chƣơng trình tính STFT cho tín hiệu không dừng ......................................... 172
PL.5 Chƣơng trình tính CWT cho tín hiệu không dừng ......................................... 173
PL.6 Chƣơng trình tính FT, STFT, CWT cho xung Dirac ...................................... 175
PL.7 Chƣơng trình tính FT, STFT, CWT cho tín hiệu không dừng ....................... 177
PL.8 Chƣơng trình xác định thông số xung sét ....................................................... 177
PL.9Chƣơng trình phân tích mức năng lƣợng cho tín hiệu..................................... 178
HVTH: Võ Ngọc Thiện
xiii
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
CHỮ VIẾT TẮT
AC: ký hiệu nguồn xoay chiều
DC: ký hiệu nguồn 1 chiều
AC&DC : nguồn xoay chiều và một chiều
R
: điện trở.
L
: điện cảm
C
: điện dung
l
: chiều dài
: tần số góc, rad/s
FT
: biến đổi Fourier
STFT
: biến đổi Fourier thời gian ngắn
CWT
: biến đổi wavelet liên tục
DWT
: biến đổi wavelet rời rạc
HVTH: Võ Ngọc Thiện
xiv
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
TRANG
Hình 2.1 Sự phóng điện sét ........................................................................................8
Hình 2.2 Sự phân bố điện tích trong đám mây dông ..................................................9
Hình 2.3 Sự hấp thụ ion bởi các giọt nƣớc đã bị phân cực ......................................10
Hình 2.4 Điện tích trong đám mây ...........................................................................11
Hình 2.5 Sự hình thành những dãy sáng mờ của sét ................................................12
Hình 2.6 Sự hình thành phóng điện ngƣợc ...............................................................14
Hình 2.7 Kết thúc quá trình phóng điện sét ..............................................................15
Hình 2.8 Sơ đồ mạch RC ..........................................................................................18
Hình 2.9 Điện áp trên C theo phƣơng trình ..............................................................19
Hình 2.10 Sơ đồ mạch RL ........................................................................................19
Hình 2.11 Điện áp trên L theo phƣơng trình ............................................................20
Hình 2.12 Sơ đồ mạch RLC .....................................................................................20
Hình 2.13 Điện áp trên C theo phƣơng trình ............................................................21
Hình 2.14 Sơ đồ mạch RL ........................................................................................22
Hình 2.15 Điện áp trên L theo phƣơng trình ............................................................23
Hình 2.16 Sơ đồ mạch RC ........................................................................................23
Hình 2.17 Điện áp trên C theo phƣơng trình ............................................................24
Hình 2.18 Sơ đồ mạch RLC .....................................................................................25
Hình 2.19 Điện áp trên C theo phƣơng trình ............................................................26
Hình 3.1 FT của tín hiệu dừng..................................................................................31
Hình 3.2 FT của tín hiệu không dừng.......................................................................32
Hình 3.3 FT của tín hiệu xung Dirac ........................................................................33
Hình 3.4 STFT của tín hiệu không dừng gồm các tần số 200, 300, 400 và 600 Hz
tồn tại ở 4 khoảng thời gian nối tiếp nhau - đƣợc thực hiện với cửa sổ Kaiser. .......37
Hình 3.5 Biến đổi Wavelet .......................................................................................40
HVTH: Võ Ngọc Thiện
xv
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
Hình 3.6 Mô tả các miền biến đổi của tín hiệu.........................................................40
Hình 3.7 Sóng sin và wavelet ...................................................................................41
Hình 3.8 Rời rạc hóa mặt phẳng thời gian tần số bằng các viên ngói định vị trong
CWT và các hàm wavelet tƣơng ứng ........................................................................44
Hình 3.9 So sánh giữa phép biến đổi Fourier thời gian ngắn và phép biến đổi
Wavelet theo các phép toán cơ bản trên hàm cơ sở làm ảnh hƣởng lên viên ngói thời
gian - tần số. ..............................................................................................................44
Hình 3.10 CWT của tín hiệu không dừng gồm các tần số 200, ...............................45
Hình 3.11 Tín hiệu xung Dirac xuất hiện ở thời gian t0 = 0.1 ..................................47
Hình 2.12 Tín hiệu sine với 4 khoảng tần số liên tiếp ..............................................47
Hình 3.13 Minh hoạ lƣới nhị tố dyadic với các giá trị của m và n ...........................49
Hình 3.14 Sơ đồ phép biến đổi DWT .......................................................................49
Hình 3.15Phân tách đa mức......................................................................................50
Hình 3.16 Sơ đồ tƣơng đƣơng 1 phép biến đổi IDWT .............................................50
Hình 3.17 Bộ lọc gƣơng cầu phƣơng .......................................................................51
Hình 3.18 Hàm (t ) của biến đổi Haar ...................................................................52
Hình 3.19 Hàm (t ) của biến đổi Wavelet Hat Mexican ........................................52
Hình 3.20 Hàm t của họ biến đổi Daubechies n với n=2, 3, 7, 8 .......................53
Hình 4.1 Mô hình xung sét chuẩn 1.2/50 ( s ) .........................................................58
Hình 4.2 Dạng sóng xung sét chuẩn 1.2/50 ( s ) .....................................................59
Hình 4.3 Dạng sóng xung sét chuẩn 0.84/40 ( s ) ...................................................59
Hình 4.4 Dạng sóng xung sét chuẩn 0.84/60 ( s ) ...................................................60
Hình 4.5 Dạng sóng xung sét chuẩn 1.56/40 ( s ) ...................................................60
Hình 4.6 Dạng sóng xung sét chuẩn 1.56/60 ( s ) ...................................................61
Hình 4.7 Mô hình đóng tụ mạch RC ........................................................................61
Hình 4.8 Dạng sóng trên tụ mạch RC nguồn DC .....................................................62
Hình 4.9 Mô hình đóng cuộn cảm mạch RL nguồn DC...........................................62
Hình 4.10 Tín hiệu quá độ trên L với mạch RL nguồn DC .....................................63
HVTH: Võ Ngọc Thiện
xvi
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
Luận văn thạc sỹ
Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng quá điện áp
Hình 4.11 Mô hình đóng tụ với mạch RLC nguồn DC ............................................63
Hình 4.12 Tín hiệu quá độ trên C với mạch RLC nguồn DC ...................................64
Hình 4.13 Tín hiệu quá độ trên L với mạch RLC nguồn DC ...................................64
Hình 4.14 Mô hình đóng cuộn cảm với mạch RL nguồn AC ..................................65
Hình 4.15 Tín hiệu điện áp quá độ trên L với mạch RL nguồn AC .........................65
Hình 4.16 Mô hình đóng tụ với mạch RC nguồn AC ..............................................66
Hình 4.17 Tín hiệu điện áp quá độ trên C với mạch RC nguồn AC ........................66
Hình 4.18 Mô hình đóng tụ với mạch LCnguồn AC ................................................67
Hình 4.19 Tín hiệu điện áp quá độ trên C và L với mạch LC nguồn AC ................67
Hình 4.20 Mô hình đóng tụ với mạch RLC nguồn AC ............................................68
Hình 4.21 Tín hiệu điện áp quá độ trên C với R 0,68 nguồn AC ......................68
Hình 4.22 Phóng to điện áp quá độ của tụ với R 0,68 nguồn AC ......................69
Hình 4.23 Tín hiệu điện áp quá độ trên L với R 0,68 nguồn AC .......................69
Hình 4.24 Phóng to điện áp quá độ của L với R 0,68 nguồn AC ......................70
Hình 4.25 Tín hiệu điện áp quá độ trên C với R 10 nguồn AC .........................70
Hình 4.26 Tín hiệu điện áp quá độ trên L với R 10 nguồn AC ..........................71
Hình 4.27 Tín hiệu điện áp quá độ trên C với R 100 nguồn AC ........................71
Hình 4.28 Tín hiệu điện áp quá độ trên L với R 100 nguồn AC ........................72
Hình 4.29 Mô hình đóng cuộn cảm với mạch RL nguồn AC&DC..........................72
Hình 4.30 Tín hiệu điện áp quá độ trên L với mạch RL nguồn AC&DC ................73
Hình 4.31 Mô hình đóng tụ với mạch RC nguồn AC&DC ......................................73
Hình 4.32 Tín hiệu điện áp quá độ trên C với mạch RC nguồn AC&DC ................74
Hình 4.33 Mô hình đóng tụ với mạch LC nguồn AC&DC ......................................74
Hình 4.34 Tín hiệu điện áp quá độ trên C và L, mạch LC nguồn AC&DC .............75
Hình 4.35 Mô hình đóng tụ trong mạch RLC với R = 0,68 nguồn AC&DC ...........75
Hình 4.36 Tín hiệu điện áp quá độ trên C với R 0,68 nguồn AC&DC .............76
Hình 4.37 Tín hiệu điện áp quá độ trên L với R 10 nguồn AC&DC ................76
Hình 4.38Tín hiệu điện áp quá độ trên C với R 100 nguồn AC&DC ...............77
HVTH: Võ Ngọc Thiện
xvii
GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương