Luận văn Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHẤN NGHIÊN CỨU PHỔ WAVELET CỦA CÁC DẠNG XUNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÔNG CHU KỲ NGÀNH: THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S K C0 0 3 6 1 4 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN VĂN KHẤN NGHIÊN CỨU PHỔ WAVELET CỦA CÁC DẠNG XUNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÔNG CHU KỲ NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2012
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGUYỄN VĂN KHẤN NGHIÊN CỨU PHỔ WAVELET CỦA CÁC DẠNG XUNG QUÁ ĐIỆN ÁP KHÔNG CHU KỲ NGÀNH : THIẾT BỊ MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 60 52 50 Hướng dẫn khoa học: TS. HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
4. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN VĂN KHẤN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 1988 Nơi sinh: Sóc Trăng Quê quán: Kế Sách- Sóc Trăng. Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 190/4, Ấp 12, Ba Trinh, Kế Sách, Sóc Trăng Điện thoại cơ quan: 07103.894.050 Điện thoại nhà riêng: 0949.397.559 Fax: E-mail: nvkhan@dhtcct.edu.vn II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2006 đến 2010. Nơi học: Trƣờng Đại học Cần Thơ. Ngành học: Kỹ thuật điện. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Luận văn Thiết kế cung cấp điện cho khu dân cƣ Nam Long đi dây bằng cáp ngầm . 2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 10/2010 đến 10/2012 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: Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 10 năm 2012, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngƣời hƣớng dẫn: TS. Hồ Văn Nhật Chƣơng 3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1 HVTH: Nguyễn Văn Khấn i GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
5. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ 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: 271347, Ngày cấp:18/08/2010 Nơi cấp: Trƣờng Đại học Cần Thơ. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 07/2010 Trƣờng Cao đẳng Nghề Cần Thơ Giảng viên đến 02/2011 02/2011 đến Trƣờng Đại học Tại Chức Cần Thơ Giảng viên nay HVTH: Nguyễn Văn Khấn ii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
6. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ 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 10 năm 2012 (Ký tên và ghi rõ họ tên) HVTH: Nguyễn Văn Khấn iii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
7. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ LỜI CẢM ƠN Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô, giảng viên trường Đại học Sư 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 TS. Hồ Văn Nhật Chương, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp và giúp em hoàn thành luận văn đúng thời hạn. Xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn ở bên em ủng hộ động viên cho em trong quá trình làm luận văn được tốt hơn. Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, các anh chị học viên cùng khóa cao học 2010 – 2012 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình học và thực hiện luận văn này. Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót về kiến thức chuyên, hạn chế về thời gian. Kính mong nhận được 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 10 năm 2012 Người thực hiện Nguyễn Văn Khấn HVTH: Nguyễn Văn Khấn iv GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
8. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ TÓM TẮT Đo lƣờng cao áp là một quá trình khó khăn, phức tạp tốn kém về thời gian cũng nhƣ tài chính. Các giá trị cao áp thƣờng đƣợc đo gián tiếp qua các thiết bị. Trong thực tế, vấn đề đo lƣờng chính xác là vấn đề cần tập trung nghiên cứu để đƣa ra kết quả chính xác nhất. Dựa theo một số tiêu chuẩn đo lƣờng cao áp, từ đó tìm đƣợc các giá trị phổ tần số để từ đó đƣa ra đƣợc các thông số nhằm giúp cải tiến chất lƣợng đo lƣờng và giúp cho nhà sản xuất sử dụng các thông số này để chế tạo các thiết bị đo lƣờng xung cao áp càng chính xác hơn. Trong phần luận văn này tiếp tục nghiên cứu khảo sát phổ Wavelet, tìm điều kiện tồn tại của hàm toán học xung quá điện áp không chu kỳ. Tìm mô hình toán học kết hợp với sử dụng các phép biến đổi Fourier và Wavelet để tìm đƣợc dạng phổ thuận và nghịch, biết đƣợc khoảng tần số đáp ứng để giúp tìm đƣợc khoảng đo lƣờng với sai số 0.1%. Tìm hiểu đƣợc phổ nghịch Wavelet qua bộ phân áp và từ đó giúp tìm đƣợc biểu thức dự đoán phổ nhanh giúp độ rộng băng thông để đo lƣờng chính xác hơn . Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 6 chƣơng: Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan Chƣơng 2: Giới thiệu phƣơng pháp tính toán gần đúng và phƣơng pháp nội suy Chƣơng 3: Cơ sở về phép biến đổi Fourier và phép biến đổi Wavelet Chƣơng 4: Các dạng xung điện áp chuẩn trong thí nghiệm Chƣơng 5: Phân tích phổ của các dạng xung điện áp chuẩn trong thí nghiệm Chƣơng 6: Chƣơng trình code tính toán phục vụ luận văn Chƣơng 7: Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài HVTH: Nguyễn Văn Khấn v GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
9. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ ABSTRACT High voltage measurement is a difficult complex process, and expensive in terms of time as well as financial. The high-voltage values is usually measured indirectly through the equipments .In reality, accurate measurement problems are issues that need intensive research to give the most accurate results. Based on high- voltage measurement standard, to find the value of the frequency spectrum to provide parameters to help improve measurement quality and to help manufacturers to use these parameters to manufacture impulse high-voltage measurement devices more accurately. This thesis continues to survey, research Wavelet spectrum, to find conditions for the existence of mathematical functions impulse over-voltage non periodic. Finding a mathematical model associated with the use of the Fourier and Wavelet transform to find the spectrum form of forward and invert, given the frequency of response to find a measurement error of 0.1%. Learning Wavelet invert spectrum over voltage distribution. The content of this thesis is includes six chapters: Chapter 1: Overview Chapter 2: Introduction approximate calculation method and interpolation method Chapter 3: The basis of the Fourier transforms and the Wavelet transforms Chapter 4: The standard voltage pulses in the experiment Chapter 5: Spectral analysis of the pulsed voltage standards in experimental Chapter 6: The code program calculate for thesis Chapter 7: Conclusions and further development topics HVTH: Nguyễn Văn Khấn vi GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
10. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ MỤC LỤC TRANG TỰA TRANG LÝ LỊCH KHOA HỌC i LỜI CAM ĐOAN iii LỜI CẢM ƠN iv TÓM TẮT v DANH SÁCH CÁC HÌNH xi DANH SÁCH CÁC BẢNG xv CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 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 2 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.4 Điểm mới của luận văn 3 CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GẦN ĐÚNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NỘI SUY 4 2. 1 Cơ sở toán học của phƣơng pháp dây cung 4 2.1.1 Phƣơng pháp dây cung 4 2.1.2 Các bƣớc tiến hành tính toán 5 2.1.3 Giải thuật đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp dây cung 5 2.2 Cơ sở toán của phƣơng pháp tính tích phân gần đúng bằng công thức Simpson . 5 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ PHÉP BIẾN ĐỔI WAVELET 8 3.1 Giới thiệu về phép biến đổi Fourier 8 3.1.1 Biến đổi Fourier 8 3.1.1.1 Biến đổi Fourier liên tục 8 3.1.1.2 Chuỗi Fourier 10 3.1.1.3 Biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc DTFT 10 HVTH: Nguyễn Văn Khấn vii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
11. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ 3.1.1.4 Chuỗi Fourier rời rạc 11 3.1.1.5 Biến đổi Fourier hữu hạn 12 3.1.2 Tìm hiểu biến đổi Fourier thuận 13 3.1.3 Tìm hiểu biến đổi Fourier ngƣợc 17 3.1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu đặc tính tần số 17 3.1.5 Nghiên cứu phổ của các tín hiệu cơ bản 21 3.1.5.1 Xung dạng hàm mũ 21 3.1.5.2 Xung vuông 22 3.1.5.3 Xung tăng tuyến tính và cắt ở thời gian Tc 23 3.2 Giới thiệu về phép biến đổi Wavelet 24 3.2.1 Giới thiệu tổng quan cơ sở lý thuyết Wavelet 24 3.2.3 Từ biến đổi Fourier đến biến đổi Wavelets 25 3.2.4 So sánh biến đổi Wavelet và biến đổi Fourier 27 3.2.5 Cơ sở toán học của Wavelet 29 3.2.5.1 Biến đổi Wavelet liên tục 29 3.2.5.2 Năm bƣớc để thực hiện biến đổi Wavelet liên tục 31 3.2.5.3 Biến đổi Wavelet rời rạc DWT 32 3.2.5.4 Tái tạo Wavelet IDWT 35 3.2.5.5 Các bộ lọc tái tạo 35 3.2.7 Phân tích Wavelet gói 36 3.2.7.1 Phân tích đa phân giải 36 3.2.7.2 Cấu trúc Wavelet gói 37 3.2.8 Giới thiệu một số họ Wavelet 38 3.2.8.1 Biến đổi Wavelet Haar 38 3.2.8.2 Biến đổi Wavelet Hat Mexican 38 3.2.8.3 Biến đổi Wavelet Daubechies 39 3.2.9 Một số ứng dụng nổi bậc của Wavelet 40 3.2.9.1 Nén tín hiệu 40 3.2.9.2 Khử nhiễu 40 HVTH: Nguyễn Văn Khấn viii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
12. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ CHƢƠNG 4: CÁC DẠNG XUNG ĐIỆN ÁP CHUẨN TRONG THÍ NGHIỆM 41 4.1 Các dạng xung điện áp chuẩn trong thí nghiệm 41 4.2 Xác định mối quan hệ giữa các thông số của các dạng sóng quá điện áp không chu kỳ 47 4.2.1 Mục đích 47 4.2.2 Xác lập mối quan hệ các thông số thời gian 47 4.2.3 Khảo sát hàm số f (x) 49 4.2.3.1 Tìm giới hạn khi x→1 50 4.2.3.2 Tìm giới hạn của f(x) khi x→0 50 4.2.4 Khảo sát đạo hàm f ' (x) 51 4.2.4.1 Tìm giới hạn của f ' (x) khi x 1 52 4.2.4.2 Tìm giới hạn của f ' (x) khi x 0 53 4.2.5 Điều kiện tồn tại xung cao áp và dòng cao 54 4.2.6 Kết luận 55 4.3 Xác định thông số cho các dạng sóng tiêu biểu 55 CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH PHỔ CỦA CÁC DẠNG XUNG ĐIỆN ÁP CHUẨN 59 5.1 Biến đổi Fourier thuận và nghịch cho tín hiệu xung quá điện áp không chu kỳ 59 5.1.1 Giới thiệu 59 5.1.2 Biến đổi Fourier thuận 60 5.1.3 Biến đổi Fourier nghịch 61 5.2 Biến đổi Wavelet của các tín hiệu xung quá điện áp không chu kỳ 63 5.2.1 Biến đổi Wavelet thuận 63 5.2.2 Phổ Wavelet thuận với hệ số a thay đổi và cố định hệ số b=1 66 5.2.3 Phổ Wavelet thuận với hệ số b thay đổi và cố định hệ cố a 69 5.2.4 Phân tích phổ Wavelet thuận với hệ số a thay đổi liên tục 72 5.3 Khảo sát bộ biến đổi điện áp bằng biến đổi Wavelet nghịch 74 5.3.1 Khảo sát Wavelet nghịch qua bộ biến đổi điện áp 74 * 5.3.2 Kết quả giá trị điện áp u2 (t) theo f qua bộ phân áp bằng Wavelet nghịch 77 5.3.3 Phổ Wavelet nghịch qua bộ biến đổi điện áp ở tần số thấp 85 HVTH: Nguyễn Văn Khấn ix GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
13. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ 5.3.4 Phổ Wavelet nghịch qua bộ biến đổi điện áp ở tần số cao 89 5.4 Biểu thức dự đoán nhanh Phổ Tần của dạng xung sét chuẩn: 96 5.5 Phân tích phổ Wavelet với các tham số tỷ lệ và thời gian 98 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 101 6.1 Các kết quả đạt đƣợc của đề tài 101 6.2 Hƣớng phát triển của đề tài 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 103 PHỤ LỤC: CHƢƠNG TRÌNH CODE TÍNH TOÁN PHỤC VỤ LUẬN VĂN 105 1.1 Chƣơng trình xác định điều kiện tồn tại sóng xung sét K= TS/TdS 105 1.2 Chƣơng trình xác định thông số xung sét 105 1.3 Chƣơng trình phân tích phổ Fourier thuận và nghịch của xung sét 107 1.3.1 Chƣơng trình phân tích Fourier thuận 107 1.3.2 Chƣơng trình phân tích phổ Fourier nghịch 107 1.4 Chƣơng trình xác định hàm cơ sở của Wavelet 108 1.5 Chƣơng trình phân tích xác định phổ Wavelets của các dạng xung sét 110 1.5.1 Chƣơng trình code Wavelet thuận với hệ số tỷ lệ a cố định trong miền tần số và hệ số dịch chuyển b cố định 110 1.5.2 Chƣơng trình code Wavelet thuận với hệ số tỷ lệ a thay đổi trong miền tần số và hệ số dịch chuyển b cố định 111 1.5.3 Chƣơng trình code Wavelet phân tích phổ tần số qua bộ phân áp của xung sét 112 * 1.5.4 Chƣơng trình toán tìm giá trị u2 (t) theo giá trị tần số f 113 1.5.5 Chƣơng trình code dự đoán nhanh phổ tần số của xung sét chuẩn 115 1.5.6 Chƣơng trình code phân tích Wavelet biểu diễn hàm tỷ lệ và trong miền thời gian 116 HVTH: Nguyễn Văn Khấn x GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
14. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: nghiệm theo phƣơng pháp dây cung 4 Hình 3.1: Phổ biên độ biểu diễn F0  trong miền tần số của xung dạng hàm mũ . 22 Hình 3.2: Phổ biên độ biểu diễn F0  trong miền tần số của xung vuông 23 Hình 3.3: Phổ biên độ biểu diễn F0  trong miền tần số của xung tăng tuyến tính và cắt ở thời gian Tc 24 Hình 3.4: Biến đổi Wavelet 26 Hình 3.5: So sánh các phép biến đổi tín hiệu 26 Hình 3. 6: Biểu diễn biến đổi Fourier trong mặt phẳng tần số - thời gian 28 Hình 3.7: Biểu diễn biến đổi Wavelet trong mặt phẳng tần số - thờigian 28 Hình 3.8: Phép tịnh tiến của biến đổi Wavelets 30 Hình 3.9: Hệ số tỷ lệ 30 Hình 3.10: Minh hoạ lƣới nhị tố dyadic với các giá trị của m và n 33 Hình 3.11: Sơ đồ phép biến đổi DWT 34 Hình 3.12: Phân tách đa mức 34 Hình 3.13: Sơ đồ tƣơng đƣơng 1 phép biến đổi IDWT 35 Hình 3.14: Bộ lọc gƣơng cầu phƣơng 35 Hình 3.15: Phân tích đa phân giải áp dụng cho biểu diễn tín hiệu 36 Hình 3.16: Phân tích Wavelet gói 37 Hình 3.17: Hàm  (t) của biến đổi Haar 38 Hình 3.18: Hàm  (t) của biến đổi Wavelet Hat Mexican 38 Hình 3.19: Hàm  t của họ biến đổi Daubechies n với n= 2, 3, 7, 8 39 Hình 4.1: Xung sét chuẩn 42 Hình 4.2: Xung thao tác chuẩn không chu kỳ 43 Hình 4.3: Xung thao tác dao động 44 Hình 4.4: Xung với đầu sóng tuyến tính 45 HVTH: Nguyễn Văn Khấn xi GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
15. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ Hình 4.5: Xung cắt ở đuôi sóng 45 Hình 4.6: Xung sét cắt ở đầu sóng 46 Hình 5.1: Dạng sóng của xung điện áp chuẩn 60 Hình 5.2: Phổ Fourier thuận sóng 1.2/50 s 61 Hình 5.3: Phổ Fourier nghịch sóng 1.2/50 62 Hình 5.4: Hàm cơ sở Wavelet Mexican biểu diễn ở dạng thời gian 64 Hình 5.5: Hàm cơ sở Wavelet Mexican biểu diễn ở dạng tần số 64 1 t Hình 5.6 và 5.7: Tiêu chuẩn Mexican Hat Wavelets  ( ) 65 a a Hình 5.8: Phổ Fourier của hàm Wavelet a(a) 65 Hình 5.9: Phổ Wavelet với a=10,b=1 66 Hình 5.10: Phổ Wavelet với a=50,b=1 67 Hình 5.11: Phổ Wavelet với a=100,b=1 67 Hình 5.12: Phổ Wavelet với a=500,b=1 68 Hình 5.13: Phổ Wavelet với a=103,b=1 68 Hình 5.14: Phổ Wavelet với a=104,b=1 69 Hình 5.15: Phổ Wavelet với a=103,b=0.99 70 Hình 5.16: Phổ Wavelet với a=103,b=0.9 70 Hình 5.16b: Phổ Wavelet với a=105,b=1 71 Hình 5.17a: Phổ Wavelet với hệ số a thay đổi, b=1 72 Hình 5.17b: Phổ Wavelet với hệ số a thay đổi, b=1 73 Hình 5.17c: Phổ Wavelet với hệ số a thay đổi, b=1 73 * Hình 5.18a: Giá trị điện áp u2 (t) theo tần số dạng sóng 1.2/50 s 78 Hình 5.18b: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 1.2/50 78 Hình 5.19a: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 1.56/40 80 Hình 5.19b: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 1.56/40 80 Hình 5.20a: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 0.84/40 81 Hình 5.20b: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 0.84/40 81 HVTH: Nguyễn Văn Khấn xii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
16. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ * Hình 5.21a: Giá trị điện áp u2 (t) theo tần số dạng sóng 1.56/60 s 82 Hình 5.21b: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 1.56/60 s 82 Hình 5.22a: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 0.84/60 83 Hình 5.22b: Giá trị điện áp theo tần số dạng sóng 0.84/60 s 83 T 1.2 20% Hình 5.23a: Giá trị điện áp tổng hợp 5 dạng sóng dS 84 TS 50 20% T 1.2 20% Hình 5.23b: Giá trị điện áp tổng hợp 5 dạng sóng dS 85 TS 50 20% Hình 5.24: Giá trị điện áp theo tần số thấp dạng sóng 1.2/50 86 Hình 5.25: Giá trị điện áp theo tần số thấp dạng sóng 1.56/40 86 Hình 5.26: Giá trị điện áp theo tần số thấp dạng sóng 0.84/40 87 Hình 5.27: Giá trị điện áp theo tần số thấp dạng sóng 1.56/60 87 Hình 5.28: Giá trị điện áp theo tần số thấp dạng sóng 0.84/60 88 Hình 5.29: Giá trị điện áp theo tần số thấp 5 dạng sóng 88 Hình 5.30a: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 1.2/50 90 Hình 5.30b: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 1.2/50 90 Hình 5.31a: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 1.56/40 91 Hình 5.31b: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 1.56/40 91 Hình 5.32a: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 0.84/40 92 Hình 5.32b: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 0.84/40 92 Hình 5.33a: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 1.56/60 93 Hình 5.33b: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 1.56/60 93 Hình 5.34a: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 0.84/60 94 Hình 5.34b: Giá trị điện áp theo tần số cao dạng sóng 0.84/60 94 Hình 5.35a: Giá trị điện áp theo tần số cao 5 dạng sóng . 95 HVTH: Nguyễn Văn Khấn xiii GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
17. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ * TdS 1.2 20% Hình 5.35b: Giá trị điện áp u2 (t) theo tần số cao 5 dạng sóng s . 95 TS 50 20% Hình 5.36: Dạng sóng xung sét chuẩn biểu diễn ở dạng thời gian 97 Hình 5.37a: Phân tích Phổ 3D của hệ số Wavelet của dạng sóng 1.2/50 s 99 Hình 5.37b: Phân tích Phổ 3D của hệ số Wavelet của dạng sóng 1.2/50 s 99 HVTH: Nguyễn Văn Khấn xiv GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
18. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Một số biến đổi Fourier các hàm thông dụng 16 Bảng 4.1: Bảng biến thiên của hàm số f(x) 54 Bảng 4.2: Các dạng xung sét chuẩn tiêu biểu 55 Bảng 4.3: Dạng sóng 1.2/50 ( s ) 56 Bảng 4.4: Dạng sóng 8/20 ( ) 56 Bảng 4.5: Dạng sóng 250/2500 ( ) 57 Bảng 4.6: Dạng sóng 500/2500 ( ) 57 Bảng 4.7: Dạng sóng 100/2500 ( ) 57 Bảng 4.8: Dạng sóng 4000/7500 ( ) 57 Bảng 4.9: Dạng sóng 100/1000 ( ) 58 Bảng 4.10: Dạng sóng 50/500 ( ) 58 Bảng 4.11: Dạng sóng 4/10 ( ) 58 * Bảng 5.1: Giá trị điện áp u2 (t) của dạng sóng 1.2/50 79 Bảng 5.2: Các tần số thấp ft(Hz) sai số 0.1% của phổ Wavelet 88 Bảng 5.3: Các tần số cao fc(Hz) và băng thông Δf sai số 0.1% của phổ Wavelet 96 Bảng 5.4: Dự đoán phổ tần số xung sét chuẩn 97 HVTH: Nguyễn Văn Khấn xv GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
19. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ Chƣơng 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu Bƣớc vào thế kỷ 21, ngành điện Việt Nam đang có những bƣớc phát triển đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu điện năng của nền kinh tế Việt Nam. Nhiều nhà máy nhiệt điện, thủy điện, năng lƣợng tái tạo cùng hệ thống truyền tải, phân phối điện trung và cao áp đƣợc quy hoạch, thiết kế và xây dựng trên toàn đất nƣớc để xây dựng một hệ thống lƣới điện quốc gia ổn định đảm bảo cho nhu cầu điện năng của các ngành kinh tế và phục vụ đời sống sinh hoạt cộng đồng. Vì thế việc sử dụng điện áp cao trong truyền tải điện đi xa là một điều tất yếu. Tuy nhiên, việc truyền tải điện đi xa sẽ xuất hiện hàng loạt vấn đề về khoa học kỹ thuật mà ngành năng lƣợng cần phải giải quyết. Một trong những vấn đề trên là đo lƣờng các thông số điện trong lĩnh vực điện áp cao. Đặc biệt là trong hệ thống điện điện áp cao, cần phải tiến hành nghiên cứu việc xác định chính xác các thông số điện. Trong các phòng thí nghiệm điện áp cao, để đo lƣờng các thông số điện áp hoặc dòng điện ngƣời ta chế tạo các thiết bị đo trực tiếp hoặc gián tiếp. Đối với điện áp cao, dòng điện lớn thực hiện việc đo trực tiếp các thông số điện thƣờng gặp khó khăn và tốn kém. Cho nên, trong thực tế ngƣời ta thƣờng dùng các loại thiết bị đo gián tiếp có nghĩa là tín hiệu ghi nhận đƣợc thông qua các bộ phân áp hoặc phân dòng. Tuy nhiên việc ghi nhận các tín hiệu càng gần với giá trị thực càng tốt, nhƣng việc làm này không phải lúc nào cũng thực hiện đƣợc do còn tùy thuộc vào mục đích, yêu cầu sử dụng mà phép đo thực hiện với cấp độ chính xác cho trƣớc. Việc ghi nhận tín hiệu của các thiết bị đo thông qua việc thử nghiệm điện áp xung, xung điện áp sử dụng trong thử nghiệm điện áp cao thƣờng có dạng không chu kỳ và có chu kỳ thay đổi theo thời gian, đặc biệt là dạng không chu kỳ là dạng điện áp có tính chất tăng nhanh đến giá trị cực đại và giảm dần xuống zero có chu kỳ theo thời gian. Phần tăng nhanh đến giá trị cực đại của xung đƣợc gọi là đầu HVTH: Nguyễn Văn Khấn 1 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
20. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ sóng và phần giảm chậm đƣợc gọi là đuôi sóng. Trong hệ thống năng lƣợng ngƣời ta sử dụng xung có đầu sóng gần nhƣ tuyến tính và dạng xung thao tác có độ dài đầu sóng từ vài chục đến vài ngàn micro giây. Việc đo biên độ của xung điện áp phóng điện cần phải thực hiện với sai số không quá 1,5%-2%, nhƣng trong thực tế để nhận đƣợc độ chính xác của phép đo xung điện áp phóng điện nhƣ thế thật không dễ, độ chính xác của thiết bị phụ thuộc vào loại xung đo, các yêu cầu đo xung điện áp theo IEC 60-3: giá trị biên độ của xung toàn sóng và xung cắt gần giá trị biên độ hoặc ở đuôi sóng cần phải đo với sai số không vƣợt quá 3%. Chính vì sự đòi hỏi độ chính xác trong đo lƣờng xung điện áp cao nên các nhà nghiên cứu về lĩnh vực xung điện áp cao đã nghiên cứu rất nhiều phƣơng pháp đo lƣờng, và một trong những phƣơng pháp đo xung điện áp cao cũng mang lại độ chính xác cao cần nghiên cứu đó là phƣơng pháp phổ tần số hiệu dụng của thiết bị đo xung không chu kỳ cao thế. Đó chính là lý do để tôi chọn đề tài ”Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ”. 1.2 Mục đích và giới hạn của đề tài Với đề tài ”Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ” sau khi hoàn thành sẽ xây dựng các dạng xung điện áp chuẩn của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ, phƣơng pháp biến đổi Fourier thuận và nghịch và kết hợp với phép biến đổi Wavelet thuận và nghịch, mô hình toán học của dạng điện áp xung thao tác không chu kỳ tiêu biểu, phổ tần số hiệu dụng của thiết bị đo xung thao tác không chu kỳ cao thế. Nghiên cứu phân tích phổ Wavelet để xác định đƣợc khoảng tần số đáp ứng để xác định đƣợc sai số đo lƣờng giảm từ 3% xuống 0,1%. Nhằm giúp cho việc đo lƣờng điện áp cao chính xác, tránh méo dạng xung, đảm bảo an toàn, tin cậy trong vận hành hệ thống điện cao áp. Giới hạn của đề tài chỉ tập trung nghiên cứu: Tổng quan về các dạng sóng cao áp không chu kỳ. HVTH: Nguyễn Văn Khấn 2 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
21. Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ Khảo sát mô hình toán học của xung quá điện áp không chu kỳ và điều kiện tồn tại hàm toán học. Sử dụng biến đổi Fourier và Wavelet để khảo sát xung quá điện áp tiêu biểu để phân tích phổ của các dạng xung giúp đo lƣờng chính xác hơn. Phân tích khảo sát phổ Wavelet của các dạng xung cao áp không chu kỳ tiêu biểu và từ đó xác định đƣợc biểu thức dự đoán phổ nhanh cho các dạng xung quá điện áp không chu kỳ. Từ kết quả thực hiện để đánh giá về độ chính xác trong đo lƣờng cao áp đối với từng dạng sóng. 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Để đáp ứng đƣợc các mục tiêu đề ra , đề tài đã sử dụng các phƣơng pháp nghiên cứu sau: Sử dụng phƣơng pháp dây cung và phƣơng pháp tính tích phân Simpson Sử dụng phƣơng pháp biến đổi Wavelet thuận và nghịch nghiên cứu phổ biên độ -tần số, xác định độ rộng băng thông Thu thập và tham khảo các tài liệu liên quan trong và ngoài nƣớc. Khảo sát và tham khảo các đề tài trƣớc làm cơ sở thực hiện cho đề tài. Tham khảo các trang web và bài báo nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Sử dụng phần mềm Matlab để làm công cụ thực hiện các kết quả mô phỏng của luận văn . 1.4 Điểm mới của luận văn Tìm đƣợc mô hình toán học của xung cao áp không chu kỳ. Tính đƣợc phổ bằng phƣơng pháp toán học phƣơng pháp nội suy và tính tích phân gần đúng bằng phƣơng pháp tích phân Simpson. Nhận đƣợc phổ tần số của các xung quá điện áp chuẩn không chu kỳ qua phép biến đổi Wavelet. HVTH: Nguyễn Văn Khấn 3 GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương
22. S K L 0 0 2 1 5 4