CHƢƠNG 4 XÂY DỰNG HỆ THỐNG THEO DÕI ĐIỆN NĂNG THÔNG MINH
4.3. Các khái niệm
Cho 2 tín hiệu điện signalA đƣợc đo trong khoảng thời gian TA và signalB đƣợc đo trong khoảng thời gian TB. Mỗi tín hiệu có thông số nhƣ sau:
Tín hiệu A, kí hiệu: signalA
Danh sách k mẫu tín hiệu cƣờng độ dòng điện tức thời đo đƣợc trong khoảng thời gian TA:
aI[0,k-1] = {aI[0],...., aI[k-1]}
Danh sách k mẫu hiệu điện thế tức thời đo đƣợc trong khoảng thời gian TA:
aU[0,k-1] = {aU[0],..., aU[k-1]}
Tín hiệu B, kí hiệu: signalB
Danh sách k mẫu tín hiệu cƣờng độ dòng điện tức thời đo đƣợc trong khoảng thời gian TB:
bI[0,k-1] = {bI[0],...., bI[k-1]}
bU[0,k-1] = {bU[0],..., bU[k-1]}
Vì các thiết bị đƣợc mắc song song với nhau nên:
aU[0] = aU[1] = ... = aU[k-1] = bU[0] = bU[1] = ... = bU[k-1]
Chúng ta có một số khái niệm nhƣ sau:
4.3.1. Chu kỳ điện áp T
Sóng hình sin có trị số và chiều thay đổi theo quy luật hình sin đối với thời gian t, do đó cực tính của dòng điện hình sin luôn thay đổi. Trị số lớn nhất của giá trị tức thời là biên độ của sóng tức là khoảng cách từ 0 tới đỉnh sóng. Khoảng cách giữa 2 đỉnh sóng liên tiếp (tính bằng giây s) gọi là chu kỳ T. Số chu kỳ trong một đơn vị thời gian gọi là tần số.
Chu kỳ của sóng hình sin: T = 1/f (s).
4.3.2. Công suất trung bình trong thời gian T
Công suất hiệu dụng, công suất thực P, là phần công suất điện có thể biến đổi thành các dạng công suất khác (cơ, nhiệt, hay hóa). Đơn vị của công suất hiệu dụng P là Watt(W).
Khi hiệu điện thế u(t) và cƣờng độ dòng điện i(t) không đổi thìP = U · I.
Nếu u(t) và i(t) là những giá trị biến đổi thìPlà giá trị trung bình của công suất tức thời p.
4.3.3. Độ lệch công suất tiêu thụ trong hai khoảng thời gian
Giả sử công suất các thiết bị tiêu thụ trong thời gian t1 là P1, công suất tiêu thụ trong thời gian t2 là P2. Khi đó giá trị độ lệch công suất trong hai khoảng thời gian t1, t2 là:
Pdiff = |P1-P2| (2)
Khi một thiết bị thay đổi trạng thái thì công suất tiêu thụ trên mạch sẽ thay đổi. Khi đó trong mạch đã xảy ra bƣớc nhảy công suất, làm tín hiệu thay đổi trạng thái ổn định trƣớc đó (steady state).
Trong bài toán nhận dạng thiết bị, trong quá trình theo dõi tín hiệu, nếu quan sát thấy công suất tiêu thụ thay đổi (tăng hoặc giảm) vƣợt quá một ngƣỡng nào đó thì chúng ta có thể coi là có một hoặc nhiều thiết bị đã thay đổi trạng thái. Việc xác định ngƣỡng công suất này phụ thuộc vào từng bài toán cụ thể, phụ thuộc vào các thiết bị điện đƣợc sử dụng trong trƣờng hợp đó.
4.3.4. Độ lệch cƣờng độ dòng điện của hai tín hiệu
Độ lệch dòng điện của hai tín hiệu SignalA và SignalB đo đƣợc trong hai khoảng thời gian t1, t2 đƣợc ký hiệu là: Idiff (t1,t2).
Idiff(t1, t2) đƣợc tính theo công thức sau:
1 2 diff 1 2 0 I t , t ( [ ] [ ]) k i aI i bI i (3)
4.3.5. Độ lệch tín hiệu điện trong hai khoảng thời gian
Độ lệch tín hiệu điện trong hai khoảng thời gian t1, t2 đƣợc ký hiệu là: DiffSignal(t1, t2) bằng tổng độ lệch công suất tiêu thụ và độ lệch cƣờng
DiffSignal(t1, t2) = Pdiff (t1,t2)+Idiff(t1,t2)
4.3.6. Phép trừ hai tín hiệu
Ta gọi tín hiệu C bằng tín hiệu A trừ đi tín hiệu B, với các thông số của tín hiệu C nhƣ sau:
Hiệu điện thế tức thời của tín hiệu C gồm k mẫu trong đó: cU[j] = aU[j] = bU[j] với 0 <= j <= k-1
Cƣờng độ dòng điện tức thời của tín hiệu C gồm k mẫu trong đó: cI[j] = aI[j] - bI[j] nếu Pa < Pb, cI[j] = bI[j] - aI[j] nếu Pa >= Pb với 0 <= j <= k-1
4.4. Thuật toán
Với bài toán ở Mục 4.1, ta có giải thuật thực hiện nhƣ sau:
Lấy mẫu hiệu điện thế tức thời u và cƣờng độ dòng điện tức thời
i từ mạch đo.
Khi số lƣợng mẫu đủ lớn vƣợt ngƣỡng threshold thì bắt đầu xử lý.
Nếu là lần xử lý đầu tiên thì tính toán chu kỳ điện áp T bằng cách tìm 2 điểm cực tiểu kế tiếp trên đƣờng cong biến thiên của cƣờng độ dòng điện (Đơn vị của chu kỳ điện áp T là số lƣợng mẫu, nếu muốn đổi ra thời gian thì nhân với chu kỳ lấy mẫu). Đây chính là 2 điểm bắt đầu và kết thúc của một chu kỳ. Thay vì tìm 2 điểm cực tiểu kế tiếp ta có thể đổi thành tìm 2 cực đại hoặc 2 điểm xấp xỉ 0 kế tiếp. Với những mẫu thu thập đƣợc tiếp theo sẽ không cần tính lại chu kỳ điện áp nữa, chúng ta xem nhƣ chu kỳ T là không thay đổi.
Tính công suất tiêu thụ trong n chu kỳ hiện tại rồi so sánh với công suất trong n chu kỳ liền kề trƣớc đó. Nếu công suất có chênh lệch đủ lớn, vƣợt quá ngƣỡng biến đổi công suất thì có khả năng là đã có thiết bị thay đổi trạng thái tắt/bật. Bƣớc tiếp theo, chúng ta cần tìm những thiết bị nào có trong danh sách D1, D2,..., Dn đang đƣợc bật. Cách thức nhận dạng:
o Duyệt hết tất cả các tổ hợp của các thiết bị D1, D2,..., Dn đã đƣợc nhận dạng trong cơ sở dữ liệu.
o Với mỗi tổ hợp thì tính tổng dòng điện tại từng thời điểm lấy mẫu, tổng công suất, tính sai số cƣờng độ dòng điện và công suất thực so với cƣờng độ dòng điện giữa tín hiệu cần nhận dạng với tín hiệu của tổ hợp thiết bị.
o Tổ hợp nào có sai số nhỏ nhất thì các thiết bị trong đó vừa thay đổi trạng thái, đƣợc bật lên (nếu công suất tăng) hoặc tắt đi (nếu công suất giảm)
Sau đó lại dịch đi n chu kỳ và lặp lại quá trình nhƣ thế cho đến khi không còn nhận đƣợc tín hiệu.