Luận văn Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu (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 THÀNH THIỆN ỨNG DỤNG WAVELET TRONG VIỆC NHẬN DẠNG PHỔ TÍN HIỆU NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN - 605250 S KC 0 0 4 1 7 5 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 04 năm 2014
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÀNH THIỆN ỨNG DỤNG WAVELET TRONG VIỆC NHẬN DẠNG PHỔ TÍN HIỆU NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 52 50 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2014
3. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN THÀNH THIỆN ỨNG DỤNG WAVELET TRONG VIỆC NHẬN DẠNG PHỔ TÍN HIỆU NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN - 60 52 50 HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HỒ VĂN NHẬT CHƯƠNG Tp. Hồ Chí Minh, tháng 4/2014
4. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN THÀNH THIỆN Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 27/08/1987 Nơi sinh: Tây Ninh Quê quán: Tây Ninh . Dân tộc: Kinh Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: Ấp An Quới, xã An Hòa, huyện Trảng Bàng, tỉnh Tây Ninh Điện thoại nhà riêng: 0166.498.1197 E-mail: thien121@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: chính quy Thời gian đào tạo từ 09/2005 đến 2010. Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM. Ngành học: Điện khí hóa & cung cấp điện. Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: Tiết kiệm năng lƣợng trong chiếu sáng. 2. Thạc sĩ: Hệ đào tạo: chính quy tập trung Thời gian đào tạo từ 8/2011 đến 10/2013 Nơi học: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngành học: Kỹ thuật điện. Tên luận văn: Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu. Ngày & nơi bảo vệ luận văn: Tháng 4 năm 2014, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chƣơng 3. Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1 HVTH: Nguyễn Thành Thiện i GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
5. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu 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: 00055757, Ngày cấp:25/05/2010 Nơi cấp: Trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí Minh. III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm Từ 04/2010 Công ty TNHH Quốc Việt Giám Sát công trình đến 05/2012 06/2012 đến Công ty TNHH Đầu tƣ Xây lắp Cán bộ kỹ thuật nay Nhân Thuận Hòa HVTH: Nguyễn Thành Thiện ii GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
6. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu 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 năm 2014 (Ký tên và ghi rõ họ tên) HVTH: Nguyễn Thành Thiện iii GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
7. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu LỜI CẢM ƠN  Đầu tiên ngƣời thực hiện xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy Hồ Văn Nhật Chƣơng, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Ngƣời thực hiện cũng xin chân thành cảm ơn thầy Trƣơng Việt Anh, chủ nhiệm ngành đã giúp đỡ vào tạo nhiều điều kiện để đề tài đƣợc hoàn thành đúng thời hạn Ngƣời thực hiện xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô trƣờng ĐH Sƣ phạm Kỹ thuật Tp.HCM, trƣờng ĐH Bách Khoa Tp.HCM đã giảng dạy và giúp đỡ trong quá trình học và thực hiện đề tài này Sau cùng ngƣời thực hiện xin gửi đến những ngƣời thân trong gia đình lời cảm ơn vì những lời động viên và giúp đỡ trong thời gian thực hiện đề tài. Tp.HCM , Ngày tháng năm 2014 Ngƣời thực hiện Nguyễn Thành Thiện HVTH: Nguyễn Thành Thiện iv GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
8. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu TÓM TẮT Luận văn giới thiệu một số hiện tƣợng quá độ trong hệ thống điện nhƣ nhiễu loạn điện áp (do đóng tụ điện và do xung sét), các hiện tƣợng tăng điện áp, võng điện áp và mất điện tạm thời. Qua đó, luận văn giới thiệu 2 phƣơng pháp nhận dạng tín hiệu đó là: - Phƣơng pháp phân tích Wavelet đa phân giải MRA để trích ra các đặc trƣng năng lƣợng của từng tín hiệu quá độ, từ các mức năng lƣợng đó ta dễ dàng nhận dạng tín hiệu. - Phƣơng pháp phân tích phổ Wavelet của tín hiệu.Với phƣơng pháp này chúng ta biết đƣợc đặc tính tần số của các tín hiệu.Từ đó chúng ta có thể nhận dạng từng loại tín hiệu. Nội dung của luận văn đƣợc trình bày gồm 7 chƣơng, gồm 2 chƣơng mở đầu và kết luận, cùng 5 chƣơng về nội dung. Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Giới thiệu các hiện tƣợng quá độ trên hệ thống điện Chƣơng 3: Mô phỏng một số dạng sóng quá độ điện áp trên hệ thống điện. Chƣơng 4: Cơ sở lý thuyết của phép biến đổi fourier và phép biến đổi wavalet Chƣơng 5: Ứng dụng wavelets để phân tích các mức chi tiết và tính các năng lƣợng của các tín hiệu quá độ Chƣơng 6: Ứng dụng wavelets để phân tích phổ các tín hiệu Chƣơng 7: Kết luận HVTH: Nguyễn Thành Thiện v GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
9. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu ABSTRACT The thesis presents a number of transition phenomena in power system such as: disturbances (by voltage capacitors close and impulse lightning), voltage surges, voltage sags and voltage interruptions. Thereby, the thesis introduces two signal detection methods : - The Wavelet multi-resonlution analysis (MRA) method is to extract the characteristic energy of each transitional signal. With energy levels, we will easily identify the form of signal. - The Wavelet spectral analysis method is to know the characteristics frequency of the signal, so we can detect each type of signal. The content of the thesis consists of seven chapters: Chapter 1: Overview. Chapter 2: Introduce the transitional phenomena in power system. Chapter 3: Simulate the transition waveforms in the power system. Chapter 4: Theoretical basis of Fourier transform and wavalet transform. Chapter 5: Application of wavelets to analyze the detail level and energy distribution of the transitional signal. Chapter 6: Application of wavelets to analyze the spectrum of signals. Chapter 7: Conclusion. HVTH: Nguyễn Thành Thiện vi GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
10. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu Mục Lục CHƢƠNG 1:TỔNG QUAN 1 1.1. Đặt vấn đề 1 1.2. Giải quyết vấn đề 2 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài 2 CHƢƠNG 2:GIỚI THIỆU CÁC HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 3 2.1 KHÁI NIỆM 3 2.1.1 Định nghĩa chất lƣợng điện năng: 3 2.1.1.1. Chất lƣợng điện áp. 3 2.1.1.2. Chất lƣợng tần số. 4 2.1.2 Tầm quan trọng của chất lƣợng điện năng. 4 2.2. CÁC HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 4 2.2.1 Dao động quá độ. 4 2.2.2. Thay đổi điện áp thời gian dài. 6 2.2.3. Thay đổi điện áp thời gian ngắn: 7 2.2.4. Mất cân bằng điện áp: 9 2.2.5. Méo dạng sóng: 10 2.2.6. Nhấp nháy điện áp (Voltage Flicker): 13 2.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG ĐIỆN NĂNG 13 2.3.1 Giới thiệu: 13 2.3.2. Đánh giá chất lƣợng điện năng. 14 2.3.3 Thiết bị đo chất lƣợng điện năng 16 CHƢƠNG 3:MÔ PHỎNG MỘT SỐ DẠNG SÓNG QUÁ ĐỘ ĐIỆN ÁP TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 19 3.1 Giới thiệu về công cụ power System Blockset Toolbox: 19 3.2. Mạch mô phỏng: 20 3.2.1 Mạch mô phỏng đóng tụ điện 20 HVTH: Nguyễn Thành Thiện vii GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
11. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu 3.2.2 Mô phỏng dạng sóng quá điện áp khí quyển. 21 3.2.2.1. Trƣờng hợp với xung toàn sóng. 21 3.2.2.2. Trƣờng hợp với xung sét cắt. 23 3.2.2.2.1. Trƣờng hợp với xung sét cắt tại Tc=0.6μs. 23 3.2.2.2.2. Trƣờng hợp với xung sét cắt tại Tc=1.2μs. 25 3.2.2.2.3. Trƣờng hợp với xung sét cắt tại Tc=25μs. 26 3.2.3 Mạch mô phỏng võng điện áp 27 3.2.4 Mạch mô phỏng tăng điện áp: 28 3.2.5 Mạch mô phỏng mất điện tạm thời: 28 CHƢƠNG 4:CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ PHÉP BIẾN ĐỔI WAVALET 30 4.1 Phép biến đổi Fourier: 30 4.1.1. Phép biến đổi Fourier liên tục: 30 4.1.2 Chuỗi Fourier 31 4.1.3 Biến đổi Fourier của tín hiệu rời rạc DTFT 32 4.1.4 Chuỗi Fourier rời rạc 33 4.1.5 Biến đổi Fourier hữu hạn 34 4.1.6. Phép biến đổi Fourier thời gian ngắn: 37 4.2. Phép biến đổi wavelet: 38 4.2.1 Phân tích Wavelet 38 4.2.1.1 Phân tích cục bộ 39 4.2.1.2 Định tỷ lệ (Scaling) 40 4.2.1.3. Dịch ( Shifting) 42 4.2.2 Cơ sở toán học 43 4.2.2.1 .Biến đổi Wavelet liên tục 43 4.2.2.2 Biến đổi Wavelet rời rạc 45 4.2.3. Tính chất của biến đổi Wavelet 46 4.2.4. Giới thiệu một số họ Wavelet 49 4.2.4.1 Họ Haar: 49 HVTH: Nguyễn Thành Thiện viii GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
12. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu 4.2.4.2 Daubecchies: 50 4.2.4.3. Biến đổi Wavelet Meyer: 51 4.2.4.4. Biorthogonal ( song trực giao) 52 4.2.4.5. Coiflets: 53 4.2.4.6 Symlets: 53 4.2.4.7. Morlet: 54 4.2.4.8.Mũ Mehico (Mehico hat): 54 4.2.4.9. Các Wavelet thực khác 55 4.2.4.10. Các Wavelet phức: 55 4.2.5. Một số ứng dụng nổi bật của Wavelet 55 4.2.5.1 Đặc tính tỉ lệ 55 4.2.5.2 Đặc tính thời gian. 56 CHƢƠNG 5:ỨNG DỤNG WAVELETS ĐỂ PHÂN TÍCH CÁC MỨC CHI TIẾT VÀ PHÂN BỐ NĂNG LƢỢNG CỦA CÁC TÍN HIỆU QUÁ ĐỘ 57 5.1 Phân tích đa phân giải: 57 5.2. Định lý Parseval 58 5.3 Chọn các đặc trƣng của tín hiệu: 59 5.4. Kết quả phân tích: 60 5.4.1. Dạng sóng sin chuẩn: 62 5.4.2. Dạng sóng đóng tụ điện: 63 5.4.2.1 Dạng sóng đóng tụ điện lúc điện áp nguồn bằng 0: 63 5.4.2.2 Dạng sóng đóng tụ điện lúc điện áp nguồn cực tiểu: 64 5.4.2.3 Dạng sóng đóng tụ điện lúc điện áp nguồn cực đại: 65 5.4.3. Dạng sóng quá điện áp khí quyển: 67 5.4.3.1 Dạng sóng quá điện áp tại nút tải do xung toàn sóng 1.2/50μs gây ra 67 5.4.3.2 Dạng sóng quá điện áp tại nút tải do xung sét cắt gây ra 68 5.4.3.2.1. Quá điện áp tại nút tải do xung sét 1.2/50μs cắt tại Tc=0.6μs gây ra 68 5.4.3.2.2. Quá điện áp tại nút tải do xung sét 1.2/50μs cắt tại Tc=1.2μs gây ra 69 5.4.3.2.3. Quá điện áp tại nút tải do xung sét 1.2/50μs cắt tại Tc=1.2μs gây ra 70 HVTH: Nguyễn Thành Thiện ix GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
13. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu 5.4.4. Dạng sóng tăng điện áp: 72 5.4.5. Dạng sóng võng điện áp: 73 5.4.6. Dạng sóng mất điện áp tạm thời: 74 CHƢƠNG 6:ỨNG DỤNG WAVELETS ĐỂ PHÂN TÍCH PHỔ TÍN HIỆU 76 6.1. Phân tích phổ: 76 6.1.1. Định nghĩa 76 6.1.2. Phạm vi ứng dụng 76 6.2 Biến đổi Wavelet của các tín hiệu xung quá điện áp không chu kỳ 77 6.3. Biến đổi Wavelet của các tín hiệu . 80 Sử dụng chƣơng trình Matlab (Phụ lục 1.4.1 và 1.4.2) để mô phỏng phổ các tín hiệu 80 6.3.1.Phổ wavelet thuận của tín hiệu điện áp đóng tụ điện. 80 6.3.1.1. Phổ Wavelet của tín hiệu điện áp đóng tụ điện khi áp nguồn cực tiểu. 80 6.3.1.2. Phổ Wavelet của tín hiệu điện áp đóng tụ điện khi áp nguồn bằng 0. 84 6.3.1.3.Phổ Wavelet của tín hiệu điện áp đóng tụ điện khi áp nguồn cực đại. 85 6.3. 2.Phổ wavelet thuận của tín hiệu quá điện áp do xung dòng sét 1.2/50μs. 86 6.3. 2.1 Quá điện áp do xung toàn sóng 1.2/50μs. 86 6.3. 2.2 Quá điện áp do xung sóng cắt. 87 6.3. 2.2.1 Quá điện áp do xung sóng 1.2/50μs cắt tại 0.6μs. 87 6.3. 2.2.2 Quá điện áp do xung sóng 1.2/50μs cắt tại 1.2μs. 88 6.3. 2.2.3 Quá điện áp do xung sóng 1.2/50μs cắt tại 25μs. 89 6.3. 3.Phổ wavelet thuận của tín hiệu tăng điện áp. 90 6.3. 4.Phổ wavelet thuận của tín hiệu võng điện áp. 91 6.3. 5. Phổ wavelet thuận của tín hiệu mất điện tạm thời. 92 CHƢƠNG 7:KẾT LUẬN 94 7.1. Kết luận 94 7.2. Hƣớng phát triển đề tài 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO 95 HVTH: Nguyễn Thành Thiện x GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
14. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu PHỤ LỤC 96 CHƢƠNG TRÌNH CODE TÍNH TOÁN 96 1.1: Chƣơng trình tính FT cho tín hiệu dừng : 96 1.2: Chƣơng trình tính FT cho tín hiệu không dừng : 96 1.3: Chƣơng trình phân tích Wavelet DWT db4 : 97 1.4: Chƣơng trình phân tích xác định phổ Wavelet của hiệu 99 1.4.1: 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 99 1.4.2.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 100 HVTH: Nguyễn Thành Thiện xi GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
15. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu Chƣơng 1: TỔNG QUAN 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Các vấn đề về chất lƣợng điện năng đƣợc quan tâm ở nhiều nƣớc trên thế giới và đã có rất nhiều tài liệu đề cập đến đề tài này. ở Việt nam hiện nay, tuy vấn đề về chất lƣợng điện năng chƣa đƣợc quan tâm nhiều nhƣng trong tƣơng lai đây sẽ là một tiêu chí quan trọng để ngƣời tiêu dùng lựa chọn nhà cung cấp điện năng. Do đó, tìm hiểu về chất lƣợng điện năng và các vấn đề liên quan là một công việc cần thiết trong thời gian này. Hiện nay có rất nhiều kỹ thuật mới để phân tích, xử lý và phân loại, nhận dạng các tín hiệu. Đặc biệt kỹ thuật phân tích wavelets rất hiệu quả trong phân tích tín hiệu động để nhận dạng, phân loại tự động nhiều tín hiệu khác nhau. Nhận thấy đƣợc tầm quan trọng của các vấn đề trên ngƣời thực hiện đã chọn đề tài “ Ứng dụng wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu ” để thực hiện trong luận văn tốt nghiệp. Luận văn trình bày hai phƣơng pháp nhận dạng tín hiệu: Nhận dạng theo mức năng lƣợng và nhận dạng theo phổ tín hiệu. Các kết quả nghiên cứu đã đƣợc công bố trong và ngoài nƣớc: Nguyễn Hữu Phúc, Trƣơng Quốc khánh, Nguyễn Nhân Bổn, ứng dụng wavelet trong việc phân tích và nhận dạng các vấn đề chất lượng điện năng. Tạp chí phát triển KH&CN, tập 9, số 1 – 2006. Nguyễn Hữu Phúc, Trƣơng Đình Nhơn, Kỹ thuật phân tích Wavelets kết hợp với Fuzzy Logic để nhận dạng nhiễu trong hệ thống điện. Tạp chí phát triển khoa học và công nghệ tập 9, số 5-2006. Hồ Văn Nhật Chƣơng, Nguyễn Văn Khấn, Nghiên cứu phổWavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ. Luận văn thạc sĩ năm 2012. V.R.Sheelavant, Vijaya C, S.C. Shiralashetti,Wavelet based Fault Detection Method for Ungrounded Power System with Balanced and Unbalanced load. HVTH: Nguyễn Thành Thiện 1 GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
16. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu International Journal of Electrical and Computer Engineering (IJECE),No.1, September 2011, pp. 9~16 . ISSN: 2088-8708 1.2. Giải quyết vấn đề Đƣợc sự phân công của Phòng quản lý sau đại học và ban chủ nhiệm ngành và sự đồng ý của giáo viên hƣớng dẫn, ngƣời thực hiện đã thực hiện đề tài theo hƣớng kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng trên máy tính. 1.3. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài  Nhiệm vụ đề tài Giới thiệu các hiện tƣợng quá độ trên hệ thống điện Tìm hiểu về wavelet và phân tích wavelet Sử dụng phần mềm Matlab để mô phỏng các hiện tƣợng quá độ Ứng dụng wavelet trong việc tính các mức năng lƣợng và phân tích phổ tín hệu.  Giới hạn đề tài Chấp nhận dữ liệu của các tín hiệu quá độ cũng nhƣ đƣợc tạo ra trên máy tính, không thử nghiệm với việc xử lý trong thời gian thực. HVTH: Nguyễn Thành Thiện 2 GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
17. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu Chƣơng 2 GIỚI THIỆU CÁC HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM 2.1.1 Định nghĩa chất lƣợng điện năng: Chất lƣợng điện năng đó là một thuật ngữ đƣợc định nghĩa khác nhau với nhiều tổ chức khác nhau. Viện Kỹ sƣ Điện và Điện tử (IEEE) định nghĩa chất lƣợng điện năng “ là các khái niệm về cung cấp năng lƣợng và đặt nền tảng cho các thiết bị điện tử phù hợp với thiết bị đó ”. Tất cả các thiết bị điện dễ bị hỏng hay sự cố khi làm việc với chất lƣợng điện năng kém. Các thiết bị này có thể là động cơ điện, máy biến áp, máy phát điện, máy tính, máy in, thiết bị truyền thông hoặc thiết bị điện gia dụng. Một định nghĩa khác đơn giản và ngắn gọn về chất lƣợng điện năng “ chất lƣợng điện năng là một tập hợp của những giới hạn về điện cho phép một bộ phận của thiết bị hoạt động với chức năng đã đƣợc định sẵn mà không hề gây ra sự mất mát nào về hiệu suất cũng nhƣ tuổi thọ của thiết bị ”. Định nghĩa này bao trùm hai điều yêu cầu từ một thiết bị điện: hiệu suất và tuổi thọ. Mọi vấn đề liên quan đến hai thuộc tính trên đều là mối quan tâm của chất lƣợng điện năng. 2.1.1.1. Chất lƣợng điện áp. Điện áp là một trong những chỉ tiêu quan trọng của chất lƣợng điện năng. Việc duy trì một điện áp ở mức độ cho phép có ý nghĩa to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Chất lƣợng điện áp đƣợc đánh giá thông qua các chỉ tiêu về độ lệch điện áp, độ dao động điện áp, độ không đối xứng và mức độ không sin của điện áp. Trong đó chỉ tiêu về độ lệch điện áp là chỉ tiêu quan trọng nhất. Trong quá trình vận hành mạng điện, phụ tải thay đổi liên tục trong suốt thời gian ngày và đêm nên tổn thất điện áp trong mạng điện cũng thay đổi theo làm cho giá trị độ lệch điện áp ở hộ tiêu thụ và thiết bị điện riêng rẽ cũng thay đổi. Việc giữ cho điện áp không đổi và bằng điện áp định mức cho hộ tiêu thụ trong suốt thời gian làm việc HVTH: Nguyễn Thành Thiện 3 GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
18. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu thực tế là không thực hiện đƣợc. Để dảm bảo đƣợc độ lệch điện áp ở hộ tiêu thụ nằm trong giới hạn cho phép cần phải tiến hành điều chỉnh điện áp trong mạng điện xí nghiệp, mạng phân phối, mạng truyền tải, nhà máy điện thông qua các tiêu chuẩn về độ lệch điện áp trong quá trình vận hành mạng. 2.1.1.2. Chất lƣợng tần số. Tần số là một chỉ tiêu hệ thống của chất lƣợng điện năng. Độ lệch tần số là nhƣ nhau đối với toàn bộ hệ thống điện, bởi vì giá trị tần số ở thời điểm nào đó đƣợc xác định bằng tốc độ quay của máy phát điện. Trong các chế độ xác lập bình thƣờng tất cả các máy phát có tốc độ đồng bộ. Do đó chất lƣợng tần số đƣợc đánh giá bằng độ lệch tần số so với định mức và độ dao động tần số. 2.1.2 Tầm quan trọng của chất lƣợng điện năng. Sự gia tăng của các thiết bị kỹ thuật số có độ nhạy cao đòi hoirnghieem ngặt về chất lƣợng nguồn cung cấp. Các lĩnh vực lien quan nhƣ công nghệ bán dẫn, máy tính điện tử, ngƣời máy, các thiết bị điều khiển có lập trình Ngoài ra, chính các thiết bị điện tử làm tăng ảnh hƣởng đến chất lƣợng điện năng. Thị trƣờng điện tạo ra tính cạnh tranh cũng làm ngƣời ta quan tâm nhiều đến chất lƣợng điện năng. Chất lƣợng của nguồn điện có thể ảnh hƣởng trực tiếp lên nhiều nhà tiêu thụ trong công nghiệp, những ngƣời sử dụng các thiết bị tự động và hiện đại. Lý do cuối cùng để ta quan tâm đến chất lƣợng điện năng là giá trị kinh tế, các ảnh hƣởng về kinh tế lên các công ty điện, khách hang, nhà cung cấp thiết bị điện. 2.2. CÁC HIỆN TƢỢNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.2.1 Dao động quá độ. Khái niệm quá độ dung để chỉ các sự kiện ta không mong muốn xảy ra thoáng qua trên hệ thống điện. Quá độ thƣờng lien quan đến các hiện tƣợng dao động tắt dần của các mạch R,L và C. Quá độ đƣợc chia làm 2 loại: xung quá độ và dao động quá độ, tùy vào dạng song điện áp hoặc dòng điện quá độ.  Xung quá độ HVTH: Nguyễn Thành Thiện 4 GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
19. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu Hình 2.1: Xung quá độ Xung quá độ là sự thay đổi đột ngột điện áp hoặc dòng điện ở trạng thái xác lập, mang tính đơn cực. Xung quá độ thƣờng đƣợc mô tả bằng thời gian xuất hiện và thời gian suy giảm của nó, ví dụ xung quá độ 1,2/50µs 20KV sẽ có biên độ tăng từ 0 đến 20KV trong thời gian 1,2µs sau đó suy giảm biên độ trong khoảng thời gian 50µs. nguyên nhân gây ra xung quá độ là do sét đánh. Do có chứa các thành phần tần số cao nên hình dạng xung quá độ có thể thay đổi tùy theo các thành phần của mạch và sẽ khác nhau đáng kể ở những vị trí khác nhau trên hệ thống. Xung quá độ có thể kích thích tần số cơ bản và gây ra dao động quá độ.  Dao động quá độ Dao động quá độ đó là sự thay đổi đột ngột của điện áp hoặc dòng điện ở trạng thái xác lập trên hệ thống điện, mang tính lƣỡng cực dƣơng và âm. Dao động quá độ gồm các giá trị tức thời của điện áp hoặc dòng điện thay đổi cực tính lien tục. Nó đƣợc mô tả bởi các thành phần chứa trong phổ tần, gồm tần số, HVTH: Nguyễn Thành Thiện 5 GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
20. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu thời gian và biên độ. Dựa vào tần số ngƣời ta chia dao động quá độ ra thành 3 loại: tần số cao, tần số trung bình và tần số thấp. Hình 2.2 minh họa dạng song dao động quá độ do đóng cắt tụ. Hình 2.2: dao động quá độ 2.2.2. Thay đổi điện áp thời gian dài. Các thay đổi làm lệch điện áp hiệu dụng trong thời gian dài hơn 1 phút đƣợc gọi là thay đổi điện áp thời gian dài. Chúng bao gồm quá điện áp và thấp điện áp. - Quá áp ( Overvoltage): Một hiện tƣợng đƣợc gọi là quá điện áp khi giá trị hiệu dụng tăng lớn hơn 110% định mức trong thời gian dài hơn 1 phút. Quá điện áp thƣờng xảy ra do đóng cắt tải có giá trị lớn, sự nạp điện trên các tụ nhánh. Ngoài ra việc cài đặt sai các đầu dây máy biến áp cũng có thể gây quá áp trên hệ thống điện. - Thấp áp ( Undervoltage ): Một hiện tƣợng đƣợc xem là thấp áp khi giá trị hiệu dụng nhỏ hơn 90% trong thời gian dài hơn 1 phút. Thấp điện áp xảy ra do các hiện tƣợng ngƣợc với quá điện áp. Việc đóng các tải có giá trị lớn hoặc các tụ nhánh có thể gây thấp điện áp. HVTH: Nguyễn Thành Thiện 6 GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương
21. Luận văn thạc sỹ Ứng dụng Wavelet trong việc nhận dạng phổ tín hiệu Thấp áp và quá áp sẽ gây ra các sự cố trên hệ thống làm ảnh hƣởng đến các thiết bị điện tử công suất, máy tính, thiết bị xử lý. - Mất áp kéo dài ( Sustained Interruption): Hiện tƣợng điện áp hệ thống giảm về zero kéo dài trong thời gian quá 1 phút đƣợc gọi là mất điện áp kéo dài. Hiện tƣợng này cũng thƣờng xảy ra và cần phải có sự can thiệp của con ngƣời để phục hồi lại hệ thống. 2.2.3. Thay đổi điện áp thời gian ngắn: Thay đổi điện áp trong thời gian ngắn đƣợc chia làm nhiều loại tùy vào thời gian xảy ra gồm: Instantaneous (3-60s), Momentary (0.6-3s), Temporary (0.1-0.6s). Các thay đổi này xuất hiện do các điều kiện sự cố, do dòng khởi động các tải lớn. Tùy vào vị trí xảy ra sự cố và các điều kiện của hệ thống mà sự cố có thể gây ra giảm áp tạm thời (sag), tăng áp tạm thời (swell), mất điện áp tạm thời (interruption). - Mất điện tạm thời ( Voltage Interruption ): Hiện tƣợng này xảy ra khi điện áp nguồn hoặc dòng điện tải giảm đến giá trị nhỏ hơn 0.1pu (power unit) trong thời gian ít hơn 1 phút, nhƣ hình vẽ 2.3 Hiện tƣợng này xảy ra do các sự cố trên hệ thống, sự cố tại thiết bị, điều khiển sai thiết bị. Mất điện áp thƣờng do sự cố ngắn mạch trên hệ thống điện gây ra. Sự mất điện đƣợc đo bởi thời gian xảy ra trên hệ thống, từ lúc biên độ điện áp nhỏ hơn 10% định mức, thời gian của mất điện đƣợc xác định là thời gian hoạt động của các thiết bị bảo vệ, các thời gian này có thể không đề nhau. HVTH: Nguyễn Thành Thiện 7 GVHD: PGS.TS. Hồ Văn Nhật Chương