Nhận dạng và phân loại các tín hiệu quá độ dựa vào mạng nơron kết hợp với phân tích Wavelets

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN ĐỜI NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC TÍN HIỆU Q ĐỘ DỰA VÀO MẠNG NƠRON KẾT HỢP VỚI PHÂN TÍCH WAVELETS NGÀNH: THIẾT BỊ, MẠNG VÀ NHÀ MÁY ĐIỆN - 605250 S KC 0 4 Tp Hồ Chí Minh, tháng 08 năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN TẤN ĐỜI NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC TÍN HIỆU QUÁ ĐỘ DỰA VÀO MẠNG NƠRON KẾT HP VỚI PHÂN TÍCH WAVELETS Chuyên ngành: Thiết Bò Mạng Nhà Máy Điện Mã số ngành: 60 52 50 Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2005 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NHẬN DẠNG VÀ PHÂN LOẠI CÁC TÍN HIỆU QUÁ ĐỘ DỰA VÀO MẠNG NƠRON KẾT HP VỚI PHÂN TÍCH WAVELETS Chuyên ngành: Thiết Bò Mạng Nhà Máy Điện Mã số ngành: 60 52 50 Họ Tên Học Viên: NGUYỄN TẤN ĐỜI Người Hướng Dẫn: TS NGUYỄN HỮU PHÚC Thành Phố Hồ Chí Minh, Tháng 08 Năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Giáo viên hướng dẫn: ( ghi họ tên, chức danh khoa học, học vò quan công tác ) Giáo viên chấm nhận xét 1: ( ghi họ tên, chức danh khoa học, học vò quan công tác ) Giáo viên chấm nhận xét 2: ( ghi họ tên, chức danh khoa học, học vò quan công tác ) Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TPHCM Ngày … Tháng … Năm …… Có thể tìm hiểu luận văn thạc só Thư Viện Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật T.P Hồ Chí Minh LÝ LỊCH TRÍCH NGANG - Họ tên: Nguyễn Tấn Đời - Ngày sinh: 07 – 03 – 1974 - Nơi sinh: Thò xã Bến Tre - Đòa liên lạc:  BM Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện Tử, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM 08 – 8960985 ntdoi@yahoo.com  43/12 Đường KP3 P.Linh Trung Q.Thủ Đức 08 – 222 159 - 0983 222 159 Quá trình đào tạo:  1980 – 1991: học cấp 1, Thò Xã Bến Tre  1992 – 1997: học đại học ngành Kỹ thuật Điện – Điện Tử Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM  2003 – 2005: học cao học ngành Điện Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM - Quá trình công tác:  1997 – 2004: Giảng dạy BM Điện tử, Khoa Điện – Điện Tử, Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM  2004 – nay: Giảng dạy BM Điện tử Công nghiệp, Khoa Điện Tử Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, người thực xin bày tỏ lòng biết ơn Thầy NGUYỄN HỮU PHÚC, người tận tình hướng dẫn trình thực đề tài Người thực chân thành cảm ơn Thầy Quyền Uy nh, chủ nhiệm ngành giúp đỡ tạo nhiều điều kiện để đề tài hoàn thành thời hạn Người thực xin gởi lới cám ơn đến quý Thầy Cô Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM, Trường ĐH Bách Khoa TPHCM giảng dạy giúp đỡ trình học thực đề tài Người thực xin gởi đến quý Thầy Cô Anh Chò Phòng QLKH -–QHQT - Sau ĐH Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM có nhiều giúp đỡ trình học thực đề tài Xin gởi đến bạn học viên khóa lớp CH Điện Trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM có nhiều ý kiến quý báu cho người thực trình thực đề tài Sau cùng, người thực xin gởi đến người thân gia đình lời cám ơn động viên giúp đỡ suốt thời gian thực đề tài TPHCM, Ngày 30 tháng 08 năm 2005 Người Thực Hiện NGUYỄN TẤN ĐỜI TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ii TÓM TẮT Nội dung luận văn trình bày theo chương, bao gồm chương Mở đầu Kết luận, với chương nội dung đề tài đưa Chương 1: Giới thiệu đề tài đưa hướng giải nêu lên phạm vi giới hạn đề tài Chương 2: Trình bày chất lượng điện với đặc điểm tượng độ xảy hệ thống điện Chương 3: Giới thiệu lý thuyết wavelets phân tích wavelets Chương 4: Giới thiệu mạng nơron đặc điểm loại mạng nơron, qui tắc học hoạt động mạng Chương 5: Giới thiệu Simulink Matlab phần mềm ATP–EMTP Mô Matlab ATP–EMTP mạch tạo dạng sóng độ: Sóng Sin chuẩn, Võng điện áp, Tăng điện áp, Méo họa tần, Nhấp nháy điện áp, Mất điện tạm thời Đóng cắt tụ điện Chương 6: Trình bày việc áp dụng phân tích wavelets đa phân giải MRA mạng nơron xác suất PNN Đưa nội dung tính toán cách thực việc phân tích phân loại tượng độ phân tích wavelets mạng nơron Chương 7: Trình bày kết mô nội dung tính toán chương 6, với thực giao diện cho người sử dụng Chương 8: Rút kết luận đưa hướngphát triển cho đề tài tương lai TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN TÓM TẮT MỤC LỤC CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1.4 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM 2.1.1 Đònh nghóa chất lượng điện 2.1.2 Tầm quan trọng chất lượng điện 2.2 CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.2.1 Dao động độ 2.2.2 Thay đổi áp thời gian dài 2.2.3 Thay đổi áp thời gian ngắn 2.2.4 Mất cân điện áp 2.2.5 Méo họa tần 2.2.6 Nhấp nháy điện áp 2.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯNG ĐIỆN NĂNG 2.3.1 Giới thiệu 2.3.2 Đánh giá chất lượng điện 2.3.3 Thiết bò đo chất lượng điện CHƯƠNG 3: WAVELETS PHÂN TÍCH WAVELETS 3.1 GIỚI THIỆU VỀ WAVELETS 3.1.1 Đònh nghóa Wavelets 3.1.2 Phân tích Wavlets 3.2 BIẾN ĐỔI WAVELETS 3.2.1 Biến đổi Wavelets liên tục 3.2.2 Biến đổi Wavelets rời rạc CHƯƠNG 4: MẠNG NƠRON 4.1 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON 4.1.1 Đònh nghóa mạng nơron 4.1.2 Hoạt động mạng nơron 4.1.3 Các thành phần mạng nơron 4.2 HUẤN LUYỆN MẠNG NƠRON 4.2.1 Học có giám sát/ Học có thầy TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 i ii iii 1 3 3 5 9 10 13 13 14 15 15 18 21 21 22 23 24 24 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iv 4.2.2 Học không giám sát/ Học thầy 4.2.3 Tốc độ học 4.2.4 Các luật học 4.3 GIỚI THIỆU CÁC LOẠI MẠNG NƠRON 4.3.1 Mạng Lan truyền ngược 4.3.2 mạng LVQ 4.3.3 Mạng Xác suất 4.3.4 Mạng Hopffield 4.3.5 Mạng Tự xếp CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ 5.1 MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 5.1.1 Giới thiệu Power System Blockset Toolbox 5.1.2 Mạch mô 5.2 MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM ATP 5.2.1 Giới thiệu ATP 5.2.2 Mạch kết mô CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH WAVELETS MẠNG NƠRON TRONG PHÂN TÍCH PHÂN LOẠI QUÁ ĐỘ 6.1 ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH WAVELETS 6.1.1 Phân tích đa phân giải 6.1.2 Đònh lý Parseval 6.1.3 Phân tích tín hiệu độ Wavelets 6.2 PHÂN LOẠI TỰ ĐỘNG BẰNG MẠNG NƠRON 6.2.1 Mô hình mạng nơron Xác suất 6.2.2 Nhận dạng tượng độ mạng nơron Xác suất CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ NHẬN DẠNG 7.1 XÂY DỰNG GIẢI THUẬT 7.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ NHẬN DẠNG 7.2.1 Nhận dạng qua đặc trưng lượng 7.2.2 Mẫu huấn luyện nhận dạng tự động 7.3 CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN 7.3.1 Giới thiệu GUI 7.3.2 Phân tích nhận dạng tín hiệu giao diện CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN 8.1 KẾT LUẬN 8.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 25 25 25 25 25 27 28 29 30 32 32 33 34 34 38 41 41 42 42 47 47 49 50 52 52 61 63 63 65 68 68 69 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương MỞ ĐẦU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ : Các vấn đề chất lượng điện quan tâm nhiều nước giới có nhiều tài liệu đề cập đến đề tài Việt Nam nay, vấn đề chất lượng điện chưa quan tâm nhiều tương lai tiêu chí quan trọng để người tiêu dùng lựa chọn nhà cung cấp điện Do đó, tìm hiểu chất lượng điện vấn đề liên quan công việc cần thiết thời gian Hiện có nhiều kỹ thuật để phân tích, xử lý phân loại, nhận dạng tín hiệu Đặc biệt kỹ thuật phân tích wavelets hiệu phân tích tín hiệu động, không mang tính chu kỳ, mạng nơron thích hợp cho việc phân loại tự động nhiều tín hiệu khác Nhận thấy tầm quan trọng vấn đề trên, người thực chọn đề tài Nhận Dạng Phân Loại Các Tín Hiệu Quá Độ Dựa Vào Mạng Nơron Kết Hợp Với Phân Tích Wavelets để thực luận văn tốt nghiệp Đề tài dùng để nhận dạng phân loại nhanh tượng độ hệ thống điện như: Võng điện áp, Tăng điện áp, Méo họa tần, Nhấp nháy điện áp, Mất điện áp Đóng cắt tụ điện đường dây Khi nhận biết tượng giúp người vận hành hệ thống có thao tác xử lý thích hợp để nâng cao chất lượng điện 1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ: Được phân công Phòng quản lý sau đại học Ban chủ nhiệm ngành với đồng ý giáo viên hướng dẫn, người thực giải đề tài theo hướng kết hợp nghiên cứu lý thuyết mô máy tính 1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI: Do thời gian thực đề tài 06 tháng bò hạn chế thiết bò nên người thực phải thu hẹp phạm vi nghiên cứu Nội dung đề tài giới hạn việc mô kết phân loại số tín hiệu có sẵn máy tính Chấp nhận liệu tín hiệu độ tạo máy tính, chưa thử nghiệm việc xử lý thời gian thực Ngoài đề tài giới hạn việc nhận biết tượng độ khác nhau, không quan tâm đến việc nhận biết khác biệt loại độ TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1.4 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN: Vì nội dung đề tài nói nhận dạng tượng độ hệ thống điện nên luận văn trình bày theo hướng tìm hiểu, phân tích vấn đề lý thuyết liên quan làm tảng cho việc lập trình mô máy tính Cụ thể luận văn xếp theo nội dung sau: - Chương trình bày vấn đề chất lượng điện Từ nêu lên tượng độ hệ thống ảnh hưởng đến chất lượng điện Đây đối tượng nhận dạng phần sau - Chương trình bày khái niệm wavelets biến đổi wavelets Lý thuyết làm tảng cho việc nghiên cứu ứng dụng wavelets - Chương giới thiệu mạng nơron, đặc điểm hoạt động loại mạng nơron Lý thuyết giúp cho việc chọn lựa tối ưu ứng dụng loại mạng - Chương giới thiệu hai phần mềm: ATP – EMTP Matlab, đồng thời nêu lên cách thực mô dạng sóng tín hiệu độ Những tín hiệu làm liệu cho chương trình phân tích phân loại - Chương nêu cụ thể cách ứng dụng phân tích wavelets đa phân giải - - phân tích tín hiệu độ Trình bày ứng dụng đònh lý Parseval vào biến đổi wavelets để trích đặc trưng lượng tín hiệu độ Điều làm giảm bớt số lượng mẫu nhận dạng Ngoài ra, chương trình bày cách thực mô hình mạng nơron xác suất để nhận dạng tín hiệu, cách lựa chọn liệu huấn luyện mạng Chương nêu lên toàn kết mô đạt được, bao gồm kết nhận dạng qua đặc trưng lượng tín hiệu kết huấn luyện thử nghiệm nhận dạng mạng nơron Các đặc trưng lượng tín hiệu biểu diễn qua đồ thò phân bố lượng 13 cấp phân tích wavelets db4 Cuối cùng, chương nêu lên nhận xét, kết luận người thực đề tài, với đònh hướng phát triển đề tài tương lai Toàn nội dung chương trình mô phỏng, với số liệu liên quan trình bày phần phụ lục luận văn TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chương GIỚI THIỆU CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 2.1 KHÁI NIỆM: 2.1.1 Đònh nghóa chất lượng điện năng: Bất kỳ sai lệch dòng điện điện áp so với dạng sóng sin chuẩn nguồn cung cấp gây hư hỏng tác động sai thiết bò Người sử dụng yêu cầu phải cung cấp nguồn điện có chất lượng, dạng sóng sin chuẩn có biên độ ổn đònh đảm bảo độ tin cậy cho thiết bò điện tử có độ nhạy cao Có thể đònh nghóa khác chất lượng điện - Các công ty cung cấp điện đònh nghóa chất lượng điện độ tin cậy cung cấp điện - Nhà máy sản xuất thiết bò điện đònh nghóa chất lượng điện đặc tính nguồn cho phép thiết bò hoạt động phù hợp, đặc tính khác loại thiết bò khác tùy vào nhà máy - Tuy nhiên cuối chất lượng điện khách hàng đưa Do chất lượng điện đònh nghóa vấn đề hệ thống điện liên quan đến điện áp, dòng điện tần số nhằm đảm bảo cho thiết bò hoạt động cách hiệu Thực tế, chất lượng điện chất lượng điện áp hệ thống điện Các tiêu chuẩn lãnh vực chất lượng điện dành cho việc trì điện áp với giới hạn xác đònh 2.1.2 Tầm quan trọng chất lượng điện năng: - Sự gia tăng thiết bò kỹ thuật số có độ nhạy cao đòi hỏi nghiêm ngặt chất lượng nguồn cung cấp Các lãnh vực liên quan công nghệ bán dẫn, máy tính điện tử, người máy, thiết bò điều khiển có lập trình Ngoài thiết bò điện tử lại làm tăng ảnh hưởng đến chất lượng điện Thò trường điện tạo tính cạnh tranh làm người ta quan tâm nhiều đến chất lượng điện - Chất lượng nguồn điện ảnh hưởng trực tiếp lên nhiều nhà tiêu thụ công nghiệp, người sử dụng thiết bò tự động đại - Lý cuối để ta quan tâm đến chất lượng điện giá trò kinh tế, ảnh hưởng kinh tế lên công ty điện, khách hàng, nhà cung cấp thiết bò 2.2 CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN: 2.2.1 Dao động độ: TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Khái niệm độ dùng để kiện ta không mong muốn xảy thoáng qua hệ thống điện Quá độ thường liên quan đến tượng dao động tắt dần mạch R, L C Quá độ chia làm loại: xung độ dao động qua độ, tùy vào dạng sóng điện áp dòng điện độ Xung độ: Hình 2.1: Xung độ Xung độ thay đổi đột ngột điện áp dòng điện trạng thái xác lập, mang tính đơn cực Xung độ thường mô tả thời gian xuất thới gian suy giảm Ví dụ xung độ 1.2x50s 2000V có biên độ tăng từ đến max 2000V thời gian 1.2s, sau suy giảm biên độ thời gian 50s Nguyên nhân gây xung độ sét đánh Do có chứa thành phần tần số cao nên hình dạng xung độ thay đổi tùy theo thành phần mạch, khác đáng kể vò trí khác hệ thống Xung độ kích thích tần số gây dao động độ Dao động độ: Dao động độ thay đổi đột ngột điện áp dòng điện trạng thái xác lập hệ thống điện, mang tính lưỡng cực dương âm Dao động độ gồm giá trò tức thời điện áp dòng điện thay đổi cực tính liên tục Nó mô tả thành phần chứa phổ tần, gồm tần số, thời gian biên độ Dựa vào tần số người ta chia dao động độ thành loại: tần số cao, tần số trung bình tần số thấp Hình 2.2 minh họa dạng sóng dao động độ đóng cắt tụ Hình 2.2: Dao động độ TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trong hình vẽ mục sau này, trục hoành biểu diễn thời gian số điểm lấy mẫu tín hiệu Tốc độ lấy mẫu 256điểm/chu kỳ - Các dao động độ có tần số >500KHz, thời gian tính s, xem dao động độ tần số cao, chúng thường đáp ứng hệ thống xung độ - Các dao động có tần số từ – 500KHz với thời gian xảy hàng chục s, xem dao động độ tần số trung bình, thường đóng cắt tụ đóng cắt đường dây gây - Các dao động độ có tần số < 5KHz, thời gian khoảng 0.3 – 50ms, xem dao động độ tần số thấp Các dao động thường xuất hệ thống truyền dẫn phân phối, thường nhiều kiện khác gây 2.2.2 Thay đổi điện áp thời gian dài: Các thay đổi làm lệch điện áp dụng thời gian dài 01 phút gọi thay đổi điện áp thời gian dài Chúng bao gồm điện áp thấp điện áp - Quá áp – Overvoltage: Một tượng gọi điện áp giá trò hiệu dụng tăng lớn 110% đònh mức thời gian dài 01 phút Quá điện áp thường xảy đóng cắt tải có giá trò lớn, nạp điện tụ nhánh Ngoài việc cài đặt sai đầu dây máy biến áp gây áp hệ thống - Thấp áp – Undervoltage: Một tượng xem thấp áp giá trò hiệu dụng giảm nhỏ 90% đònh mức thời gian dài 01 phút Thấp điện áp xảy kiện ngược với điện áp Việc đóng tải có giá trò lớn cắt tụ nhánh gây thấp điện áp Thấp áp áp gây cố hệ thống làm ảnh hưởng đến thiết bò điện tử công suất, máy tính, thiết bò xử lý - Mất áp kéo dài – Sustained Interruption: Hiện tượng điện áp hệ thống giảm zero kéo dài thời gian 01 phút gọi điện áp kéo dài Hiện tượng thường xảy cần phải có can thiệp người để phục hồi lại hệ thống 2.2.3 Thay đổi điện áp thời gian ngắn: Thay đổi điện áp thời gian ngắn 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 xuất điều kiện cố, dòng khởi động tải lớn Tùy vào vò trí xảy cố điều kiện hệ thống mà cố gây giảm áp tạm thời (sag), tăng áp tạm thời (swell), điện tạm thời (interruption) - Mất điện tạm thời – Voltage Interruption: Hiện tượng xảy điện áp nguồn dòng điện tải giảm đến giá trò nhỏ 0.1pu (power unit) thời gian 01 phút Như hình vẽ 2.3 TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hiện tượng xảy cố hệ thống, cố thiết bò, điều khiển sai thiết bò Mất điện áp thường cố ngắn mạch hệ thống điện gây Sự điện đo thời gian xảy hệ thống, từ lúc biên độ điện áp nhỏ 10% đònh mức Thời gian điện xác đònh thời gian hoạt động thiết bò bảo vệ, thời gian không Hình 2.3: Mất điện tạm thời - Võng điện áp – Voltage Sag: Là giảm điện áp dòng điện hiệu dụng lại khoảng 0.1 – 0.9 pu thời gian từ 0.5 đến 30 chu kỳ Như hình 2.4 Hình 2.4: Võng điện áp Võng điện áp thường kèm theo cố hệ thống đóng điện tải nặng trình khởi động động lớn Các công ty điện, người sử dụng, nhà sản xuất thiết bò áp dụng nhiều biện pháp để giảm bớt cố gây võng điện áp giảm bớt ảnh hưởng lên thiết bò - Tăng điện áp – Voltage Swell: Là tăng dòng điện điện áp hiệu dụng đến giá trò khoảng 1.1 – 1.8 pu thời gian từ 0.5 đến 30 chu kỳ Như hình 2.5 Hình 2.5: Tăng điện áp TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Giống võng điện áp, tăng điện áp thường kèm theo cố hệ thống phổ biến Tăng điện áp gia tăng áp tức thời pha không bò cố, hệ thống pha, cố ngắn mạch pha đất Tăng điện áp xác đònh biên độ hiệu dụng thời gian xảy Mức độ nghiêm trọng tăng điện áp có cố tùy thuộc vào vò trí, trở kháng hệ thống việc nối đất Trong hệ thống không nối đất, điện áp dây pha không bò cố tăng không tăng máy biến áp thường nối  - Trong hệ thống không nối đất, xảy cố pha đất điện áp pha lại tăng lên đến 1.73 pu Tuy nhiên tăng điện áp thường xảy hệ thống so với võng điện áp 2.2.4 Mất cân điện áp: Điều kiện không cân xác đònh tỉ số độ lệch cực đại giá trò trung bình điện áp dòng điện pha, thường độ lệch tính theo % Độ lệch (%) =max(V) / Vtrung bình Tỉ số thành phần thứ tự ngược thứ tự không thứ tự thuận dùng để xác đònh % cân điện áp Nguyên nhân gây cân áp nhỏ 2% sử dụng tải pha hệ thống ba pha Ngoài ra, cân điện áp xảy nổ cầu chì pha nhánh tụ ba pha Mất cân điện áp xem nghiêm trọng độ lệch lớn 5% 2.2.5 Méo dạng sóng: Là lệch dạng sóng, trạng thái xác lập, so với dạng sóng sin lý tưởng tần số nguồn, mô tả phổ tần Méo dạng sóng bao gồm loại: lệch áp DC (DC offset), họa tần (Harmonics), liên hoạ tần (Interharmonic), Notching nhiễu (Noise) - Lệch áp DC – DC offset: Sự xuất điện áp dòng điện DC hệ thống AC gọi DC offset Nguyên nhân nhiễu đòa từ chỉnh lưu chiều Dòng DC mạng AC ảnh hưởng làm bảo hoà máy biến áp điều kiện làm việc bình thường Điều làm phát sinh nhiệt làm tăng tổn hao máy biến áp Dòng DC gây ăn mòn điện phân điện cực nối đất đầu nối khác - Họa tần – Harmonic: Là điện áp dòng điện hình sin có lẫn tần số số nguyên lần tần số hệ thống, làm méo dạng sóng sin chuẩn, hình 2.6 Các dạng sóng bò méo phân tích thành tổng thành phần họa tần TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Hình 2.6: Méo họa tần Nguyên nhân gây họa tần đặc tính phi tuyến thiết bò tải hệ thống Các mức độ méo mô tả toàn phổ họa tần với biên độ góc pha thành phần Thường dùng đại lượng Độ méo hoạ tần tổng THD – Total Harmonic Distortion để đo giá trò ảnh hưởng méo họa tần Các cấp độ méo mô tả giá trò THD, gây sai lầm số trường hợp Ví dụ dòng điện ngả vào truyền động điều chỉnh tốc độ có giá trò THD cao chúng vận hành với tải nhẹ Điều lại không phù hợp biên độ dòng hài thấp cho dù méo hài cao Để khắc phục việc này, sử dụng thêm đại lượng Độ méo nhu cầu tổng TDD – Total Demand Distortion Đại lượng tương tự THD ngoại trừ việc biểu diễn độ méo theo % tỉ lệ dòng điện tải so với biểu diễn theo % biên độ dòng điện - Interharmonic – Liên họa tần: Các điện áp dòng điện có thành phần tần số khác với số nguyên lần tần số nguồn gọi liên họa tần Chúng xuất dạng tần số rời rạc phổ băng rộng Nguyên nhân gây méo liên họa tần biến tần, động cảm ứng, thiết bò hồ quang Ngoài đường dây điện mang tín hiệu xem liên họa tần nh hưởng liên họa tần không đáng kể hệ thống điện Chúng ảnh hưởng đường dây mang tín hiệu làm nhấp nháy thiết bò hiển thò hình phóng tia điện tử - Notching: Là nhiễu loạn điện áp mang tính tuần hoàn thiết bò điện tử công suất gây dòng điện chuyển đổi từ pha sang pha khác Vì Notching xảy liên tục nên mô tả thông qua phổ họa tầ n điện áp bò ảnh hưởng Tuy nhiên Notching xem trường hợp đặc biệt Tần số Notching cao ta nhận biết thiết bò phân tích họa tần thông thường - Nhiễu – Noise: Là tín hiệu điện không mong muốn có dãi tần rộng, nhỏ 200KHz, cộng thêm vào điện áp dòng điện hệ thống dây pha, dây trung tính dây dẫn tín hiệu TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Nguyên nhân gây nhiễu thiết bò điện tử công suất, mạch điều khiển, thiết bò tạo hồ quang, chỉnh lưu, thao tác đóng cắt nguồn nh hưởng nhiễu tăng lên việc nối đất không phù hợp, không dẫn nhiễu khỏi hệ thống Ta phân loại nhiễu họa tần hay độ nhiễu gồm nhiều méo dạng không mong muốn tín hiệu nguồn Khi hệ thống bò nhiễu làm nhiễu loạn thiết bò điện tử máy tính, điều khiển có lập trình Ta sử dụng lọc, biến áp cách ly, điều hòa đường dây để hạn chế nhiễu 2.2.6 Voltage Flicker – Nhấp nháy điện áp: Là thay đổi mang tính hệ thống hình bao điện áp chuỗi thay đổi điện áp ngẫu nhiên, có biên độ giới hạn khoảng từ 0.9 đến 1.1pu, hình 2.7 Nhấp nháy điện áp đo theo độ nhạy mắt người Nguyên nhân gây nhấp nháy điện áp tải có dòng điện thay đổi nhanh liên tục Một nguyên nhân khác thường gây nhấp nháy điện áp hệ thống truyền dẫn phân phối lò hồ quang Hình 2.7: Nhấp nháy điện áp 2.3 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯNG ĐIỆN NĂNG: 2.3.1 Giới thiệu: Đánh giá chất lượng điện trình thu nhận, phân tích chuyển đổi liệu đo thành thông tin có ích Quá trình thu nhận liệu thực phép đo liên tục điện áp dòng điện Còn trình phân tích chuyển đổi thực theo nhiều cách: trước thực tay, thực tự động cách áp dụng hệ thống xử lý tín hiệu trí tuệ nhân tạo Những điều tra chất lượng điện thường đòi hỏi việc kiểm tra để xác đònh xác cố đánh giá giải pháp thực Trước bắt tay vào chương trình kiểm tra mở rộng, cần phải tìm hiểu khả khách hàng, thiết bò bò ảnh hưởng, việc nối dây nối đất, hoạt động hệ thống Thông thường vấn đề chất lượng điện giải mà không cần việc kiểm tra mở rộng, thông qua câu hỏi thích hợp khách hàng qua việc khảo sát chỗ ban đầu TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 10 Cuộc khảo sát cần thực cho nhận nhiều thông tin tốt khả khách hàng cố xảy Các thông tin gồm: - Bản chất cố - Đặc tính thiết bò có độ nhạy cao xảy cố - Thời điểm xảy cố - Các cố trùng hợp hay hoạt động xảy thời điểm - Những nguyên nhân làm thay đổi chất lượng điện thiết bò điện tử công suất, đóng cắt tụ, khởi động động - Các thiết bò sử dụng - Dữ liệu hệ thống Mỗi lần trao đổi với khách hàng, công ty điện nhận liệu trên, khảo sát thực để đánh giá lại sơ đồ đơn tuyến, liệu hệ thống, việc nối dây nối đất 2.3.2 Đánh giá chất lượng điện năng: Sau khảo sát ban đầu người ta thực việc đánh giá chất lượng điện để mô tả thay đổi chất lượng nguồn điện vò trí xác đònh khoảng thời gian Các yêu cầu cho việc đánh giá tùy thuộc vào cố xảy Việc đánh giá chất lượng điện thực qua bước sau: - Chọn vò trí xem xét: cách tốt nên bắt đầu vò trí gần thiết bò chòu ảnh hưởng thay đổi chất lượng điện tốt Khi máy ghi nhận thay đổi với thiết bò Các độ tần số cao có thay đổi đáng kể ta đặt máy kiểm tra xa thiết bò Một vò trí quan trọng khác đường dây hệ thống Các độ thay đổi điện áp vò trí ảnh hưởng lên tất thiết bò - Ghi cố vào mẫu có sẵn: cần phải yêu cầu khách hàng thực thường xuyên việc ghi cố xảy vào dạng mẫu có sẵn - Kết nối máy kiểm tra nhiễu loạn: nên lấy tín hiệu cho máy kiểm tra từ mạch điện khác với mạch kiểm tra Việc nối đất máy kiểm tra cần quan tâm, máy phải có đường nối đất tín hiệu đo đường nối đất nguồn cung cấp Để an toàn, nên nối đường xuống mặt đất - Cài đặt ngưỡng cho máy kiểm tra: máy kiểm tra dùng để phát điều kiện bất thường nên cần phải xác đònh phạm vi xem bình thường Một số máy đặt trước ngưỡng làm điểm bắt đầu Phương pháp tốt để chọn ngưỡng làm chúng phù hợp với đặc điểm kỹ thuật thiết bò - Đònh lượng phép đo: kiểm tra đánh giá nhiễu loạn cần đo điện áp hệ thống, họa tần cần phải đo điện áp dòng điện Đo dòng điện để mô tả tổng quát họa tần sinh tải phi tuyến hệ thống Còn kết đo điện áp dùng để mô tả đáp ứng hệ thống dòng điện họa tần TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - - 11 Chuyển đổi kết đo: để phân tích vấn đề chất lượng điện từ kết đo, cần tìm quan hệ đặc tính nhiễu nguyên nhân gây chúng Dạng sóng kết đo khác chuyển đổi sang nhiều biến khác phục vụ cho việc đánh giá chất lượng điện Tìm nguyên nhân gây cố: bước để tìm nguồn gây nhiễu tìm mối tương quan dạng sóng nhiễu nguồn nhiễu có sẵn Mỗi lần xác đònh loại nhiễu việc tìm nguyên nhân thực dễ dàng 2.3.3 Thiết bò đo chất lượng điện năng: Các vấn đề chất lượng điện bao gồm nhiều loại nhiễu điều kiện khác hệ thống, từ điện áp xảy nhanh đến việc điện kéo dài Ngoài có tượng trạng thái xác lập méo họa tần tượng không liên tục nhấp nháy điện áp Với nhiều tượng xảy đòi hỏi phải có nhiều thiết bò đo khác nhau, làm cho việc tạo thiết bò đo lường theo tiêu chuẩn gặp nhiều khó khăn Mặc dù có nhiều thiết bò dùng đo nhiễu loạn hệ thống để đánh giá chất lượng điện năng, cần phải phát triển thêm nhiều loại khác tùy thuộc vào tượng gặp phải trình điều tra Một số loại thiết bò thường sử dụng đo kiểm tra chất lượng điện năng, gồm: Máy kiểm tra nối dây nối đất: nhiều cố ghi nhận việc nối dây nối đất không đúng, sử dụng thiết bò kiểm tra nối dây nối đất cho mục đích sau: - Đo trở kháng đất dây trung tính - Kiểm tra cách điện - Kiểm tra việc nối sai dây pha trung tính đất Đồng hồ đo vạn năng: sau kiểm tra toàn việc nối dây, cần phải kiểm tra nhanh áp dòng thiết bò Thiết bò dùng cho mục đích đồng hồ đo vạn năng, dùng để đo: - Điện áp pha đất - Điện áp pha trung tính - Điện áp trung tính đất - Dòng điện pha - Dòng điện trung tính Có thể dùng thiết bò đo giá trò trung bình, hiệu dụng, đỉnh tín hiệu Dao động ký: thiết bò đo dạng sóng điện áp dòng điện thời gian thực, giúp thu nhận thông tin diễn kể phân tích hài méo dạng sóng TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - - - 12 Có nhiều loại dao động ký Các dao động ký số lưu trữ phân tích liệu, kết nối với máy tính Loại thiết bò cầm tay có khả đo dạng sóng xử lý tín hiệu Máy phân tích nhiễu loạn: loại thiết bò chế tạo chuyên dùng cho đo lường chất lượng điện Chúng đo nhiễu loạn điện áp độ thời gian ngắn đến thấp áp áp kéo dài Có loại máy phân tích: Máy phân tích thường: dùng tóm tắt kiện kèm theo thông tin riêng biên độ áp thấp áp, biên độ thời gian độ, … Máy phân tích dựa vào hình ảnh: lưu trữ in dạng sóng thực với thông tin chúng máy phân tích thông thường Máy phân tích họa tần phân tích phổ: thiết bò phân tích nhiễu loạn bò giới hạn khả phân tích họa tần, cần có thiết bò thiết kế đặc biệt cho phân tích phổ họa tần Máy có chức sau: Có thể đo lúc điện áp dòng điện để cung cấp thông tin dòng công suất họa tần Có thể đo riêng biệt biên độ góc pha thành phần họa tần Tốc độ đồng lấy mẫu phải đủ nhanh để phép đo xác lên đến thành phần thứ 37 Có thể mô tả chất bậc méo họa tần Đồng hồ đo nhấp nháy điện áp: có nhiều phương pháp khác để đo nhấp nháy điện áp, từ đồng hồ đo giá trò hiệu dụng với đặc tuyến nhấp nháy đồng hồ đo nhấp nháy sử dụng lọc cộng hưởng phân tích thống kê để ước lượng xác mức độ nhấp nháy Máy biến năng: đánh giá chất lượng điện hệ thống điện cần có máy biến để chuyển đổi mức điện áp dòng điện phù hợp Điện áp đo hệ thống thứ cấp kết nối trực tiếp cần có máy biến dòng Phần lớn thiết bò đo kiểm tra đánh giá chất lượng điện thiết kế với đầu vào có điện áp 600V dòng điện 5A hiệu dụng Các máy biến điện áp dòng điện chọn để cung cấp giá trò Có đặc điểm quan trọng cần quan tâm chọn máy biến năng: Các mức tín hiệu: chọn thiết bò sau cho đo toàn thang không làm tín hiệu bò méo dạng hay bò cắt Đáp ứng tần số: cần quan tâm đo kiểm tra méo dạng sóng độ tần số cao TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 [...]... lên cách thực hiện mô phỏng các dạng sóng của tín hiệu quá độ Những tín hiệu này làm dữ liệu cho chương trình phân tích và phân loại - Chương 6 nêu cụ thể cách ứng dụng phân tích wavelets đa phân giải trong - - phân tích các tín hiệu quá độ Trình bày ứng dụng đònh lý Parseval vào biến đổi wavelets để trích các đặc trưng năng lượng của tín hiệu quá độ Điều này sẽ làm giảm bớt số lượng mẫu nhận dạng. .. như biên độ quá áp và thấp áp, biên độ và thời gian quá độ, … Máy phân tích dựa vào hình ảnh: có thể lưu trữ và in dạng sóng thực cùng với các thông tin về chúng như là máy phân tích thông thường Máy phân tích họa tần và phân tích phổ: các thiết bò phân tích nhiễu loạn bò giới hạn về khả năng phân tích họa tần, do đó cần có thiết bò được thiết kế đặc biệt cho phân tích phổ và họa tần Máy này có các chức... thống điện Quá độ thường liên quan đến các hiện tượng dao động tắt dần của các mạch R, L và C Quá độ được chia làm 2 loại: xung quá độ và dao động qua độ, tùy vào dạng sóng điện áp hoặc dòng điện quá độ Xung quá độ: 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 thường được mô tả bằng thời gian xuất hiện và thới gian... bày cách thực hiện mô hình mạng nơron xác suất để nhận dạng tín hiệu, cách lựa chọn dữ liệu huấn luyện mạng Chương 7 nêu lên toàn bộ kết quả mô phỏng đạt được, bao gồm kết quả nhận dạng qua các đặc trưng năng lượng của tín hiệu và kết quả huấn luyện và thử nghiệm nhận dạng của mạng nơron Các đặc trưng về năng lượng của tín hiệu được biểu diễn qua đồ thò phân bố năng lượng của 13 cấp phân tích wavelets. .. dao động quá độ Dao động quá độ: Dao động quá độ là sự thay đổi đột ngột của điện áp hoặc dòng điện ở trạng thái xác lập trên hệ thống điện, mang tính lưỡng cực dương và âm Dao động quá độ gồm các giá trò tức thời của điện áp hoặc dòng điện thay đổi cực tính liên tục Nó được mô tả bởi các thành phần chứa trong phổ tần, gồm tần số, thời gian và biên độ Dựa vào tần số người ta chia dao động quá độ ra... được xem là dao động quá độ tần số cao, chúng thường do đáp ứng của hệ thống đối với một xung quá độ - Các dao động có tần số từ 5 – 500KHz với thời gian xảy ra hàng chục s, được xem là dao động quá độ tần số trung bình, thường do đóng cắt tụ và đóng cắt đường dây gây ra - Các dao động quá độ có tần số < 5KHz, thời gian khoảng 0.3 – 50ms, được xem là dao động quá độ tần số thấp Các dao động này thường... Giới thiệu: Đánh giá chất lượng điện năng là quá trình thu nhận, phân tích và chuyển đổi dữ liệu đo được thành các thông tin có ích Quá trình thu nhận dữ liệu được thực hiện bằng phép đo liên tục điện áp và dòng điện Còn quá trình phân tích và chuyển đổi thì được thực hiện theo nhiều cách: trước kia thực hiện bằng tay, hiện nay được thực hiện tự động bằng cách áp dụng các hệ thống xử lý tín hiệu và trí... tính Có thể dùng thiết bò này đo giá trò trung bình, hiệu dụng, đỉnh của tín hiệu Dao động ký: là thiết bò đo dạng sóng điện áp hoặc dòng điện ở thời gian thực, giúp thu nhận các thông tin về những gì đang diễn ra kể cả phân tích hài và méo dạng sóng TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005 LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP - - - 12 Có nhiều loại dao động ký Các dao động ký số có thể lưu trữ và phân tích dữ liệu, kết nối với. .. là các đối tượng sẽ được nhận dạng trong những phần sau - Chương 3 trình bày khái niệm về wavelets và biến đổi wavelets Lý thuyết này làm nền tảng cho việc nghiên cứu các ứng dụng của wavelets - Chương 4 giới thiệu về mạng nơron, về đặc điểm và hoạt động của các loại mạng nơron Lý thuyết này giúp cho việc chọn lựa tối ưu ứng dụng của từng loại mạng - Chương 5 giới thiệu về hai phần mềm: ATP – EMTP và. .. với máy tính Loại mới hiện nay là thiết bò cầm tay có khả năng đo dạng sóng và xử lý tín hiệu Máy phân tích nhiễu loạn: đây là loại thiết bò được chế tạo chuyên dùng cho đo lường về chất lượng điện năng Chúng có thể đo các nhiễu loạn về điện áp quá độ trong thời gian rất ngắn đến các thấp áp hoặc mất áp kéo dài Có 2 loại máy phân tích: Máy phân tích thường: dùng tóm tắt các sự kiện kèm theo các thông