(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu phổ wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

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 Tp Hồ Chí Minh, tháng 10/2012 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 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 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung 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 riêng địa liên lạc: 190/4, Ấp 12, Ba Trinh, Kế Sách, Sóc Trăng Điện thoại quan: 07103.894.050 Điện thoại nhà riêng: 0949.397.559 Fax: E-mail: nvkhan@dhtcct.edu.vn II QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: Đại học: Hệ đào tạo: 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 môn thi tốt nghiệp: Luận văn Thiết kế cung cấp điện cho khu dân cƣ Nam Long dây cáp ngầm Thạc sĩ: Hệ đào tạo: 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 nhà máy điện Tên luận văn: Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung 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 Trình độ ngoại ngữ: Tiếng Anh - mức độ: B1 HVTH: Nguyễn Văn Khấn i GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc 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 Q TRÌNH CƠNG TÁC CHUN MƠN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Nơi công tác Thời gian Từ 07/2010 đến 02/2011 02/2011 đến Công việc đảm nhiệm Trƣờng Cao đẳng Nghề Cần Thơ Giảng viên Trƣờng Đại học Tại Chức Cần Thơ Giảng viên HVTH: Nguyễn Văn Khấn ii GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2012 (Ký tên ghi rõ họ tên) HVTH: Nguyễn Văn Khấn iii GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ LỜI CẢM ƠN Với lịng kính trọng 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 tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức quý báu cho em toàn khóa học Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS Hồ Văn Nhật Chương, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt trình thực đề tài luận văn tốt nghiệp giúp em hoàn thành luận văn thời hạn Xin chân thành cảm ơn gia đình ln bên em ủng hộ động viên cho em trình làm luận văn tốt Ngồi tơi xin cảm ơn bạn bè, anh chị học viên khóa cao học 2010 – 2012 động viên, khuyến khích giúp đỡ tơi vượt qua khó khăn suốt q trình học thực luận văn Việc thực đề tài luận văn chắn không tránh khỏi thiếu sót kiến thức chuyên, hạn chế thời gian Kính mong nhận quan tâm, xem xét đóng góp ý kiến quý báu Quý Thầy, Cô bạn để đề tài luận văn hoàn thiện Một lần xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012 Người thực Nguyễn Văn Khấn HVTH: Nguyễn Văn Khấn iv GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung 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 Giới thiệu tổng quan lĩnh vực nghiên cứu 1.2 Mục đích giới hạn đề tài 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .3 1.4 Điểm luận văn CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TỐN GẦN ĐÚNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NỘI SUY Cơ sở toán học phƣơng pháp dây cung 2.1.1 Phƣơng pháp dây cung .4 2.1.2 Các bƣớc tiến hành tính tốn 2.1.3 Giải thuật đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp dây cung .5 2.2 Cơ sở tốn phƣơng pháp tính tích phân gần công thức Simpson CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ PHÉP BIẾN ĐỔI WAVELET .8 3.1 Giới thiệu phép biến đổi Fourier 3.1.1 Biến đổi Fourier 3.1.1.1 Biến đổi Fourier liên tục 3.1.1.2 Chuỗi Fourier 10 3.1.1.3 Biến đổi Fourier tín hiệu rời rạc DTFT 10 HVTH: Nguyễn Văn Khấn vii GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung 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 tín hiệu 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 cắt thời gian Tc 23 3.2 Giới thiệu phép biến đổi Wavelet 24 3.2.1 Giới thiệu tổng quan 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 biến đổi Fourier 27 3.2.5 Cơ sở toán học Wavelet .29 3.2.5.1 Biến đổi Wavelet liên tục 29 3.2.5.2 Năm bƣớc để thực 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 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 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 bậc 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 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung 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 thí nghiệm 41 4.2 Xác định mối quan hệ thơng số dạng sóng q điện áp không chu kỳ 47 4.2.1 Mục đích 47 4.2.2 Xác lập mối quan hệ thông số thời gian 47 4.2.3 Khảo sát hàm số f (x) 49 4.2.3.1 Tìm giới hạn x→1 50 4.2.3.2 Tìm giới hạn f(x) x→0 .50 4.2.4 Khảo sát đạo hàm f ' ( x) 51 4.2.4.1 Tìm giới hạn f ' ( x) x  52 4.2.4.2 Tìm giới hạn f ' ( x) x  53 4.2.5 Điều kiện tồn xung cao áp dòng cao 54 4.2.6 Kết luận 55 4.3 Xác định thông số cho dạng sóng tiêu biểu 55 CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH PHỔ CỦA CÁC DẠNG XUNG ĐIỆN ÁP CHUẨN 59 5.1 Biến đổi Fourier thuận nghịch cho tín hiệu xung 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 tín hiệu xung q điện áp khơng chu kỳ 63 5.2.1 Biến đổi Wavelet thuận 63 5.2.2 Phổ Wavelet thuận với hệ số a thay đổi cố định hệ số b=1 .66 5.2.3 Phổ Wavelet thuận với hệ số b thay đổi 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 biến đổi điện áp biến đổi Wavelet nghịch 74 5.3.1 Khảo sát Wavelet nghịch qua biến đổi điện áp 74 5.3.2 Kết giá trị điện áp u2* (t ) theo f qua phân áp Wavelet nghịch .77 5.3.3 Phổ Wavelet nghịch qua biến đổi điện áp tần số thấp .85 HVTH: Nguyễn Văn Khấn ix GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ [14] J Rohan Lucas, High voltage engineering, Senior professor in electrical engineering, Department of electrical engineering, University of Moratuwa, Sri Lanka, 2001 [15] RIABOB B M 1983 High Voltage Impulse Measurements Leningred Energy Publishers HVTH: Nguyễn Văn Khấn 104 GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ PHỤ LỤC CHƢƠNG TRÌNH CODE TÍNH TỐN PHỤC VỤ LUẬN VĂN 1.1 Chƣơng trình xác định điều kiện tồn sóng xung sét K= Ts/Tds clear format long g e=1; a=1; b=3; x=0.5*exp(-1); while e>0.000001 c=(a+b)/2; if ((x-c*exp(-c))*(x-a*exp(-a)))1.678344663 x=giaiptsv(M); td(i,1)=Td; ts(i,1)=Ts; c(i,1)=M; d(i,1)=x; t1(i,1)=Td*(x-1)/(x*log(x)); t2(i,1)=Td*(x-1)/(log(x)); i=i+1; end end end t1 t2 -% HAM GIAI PHUONG TRINH SIEU VIET function x=giaiptsv(M) a=0.000000001; b=0.999999999; c=0; e=1 while e>0.000000001 c=(a+b)/2; if (hamf(M,a)*hamf(M,c))0.000001 HVTH: Nguyễn Văn Khấn 115 GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ c1 = (a1 +b1)/2; if ((hamft(c1,t1,t2) - 0.9*hamft(x1,t1,t2))*(hamft(a1,t1,t2)-0.9*hamft(x1,t1,t2)))0.000001 c2 = (a2 +b2)/2; if ((hamft(c2,t1,t2) - 0.9*hamft(x2,t1,t2))*(hamft(a2,t1,t2)-0.9*hamft(x2,t1,t2)))