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 QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN 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 công trình nghiên cứu Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố công 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 lòng 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 bên em ủng hộ động viên cho em trình làm luận văn tốt Ngoài xin cảm ơn bạn bè, anh chị học viên khóa cao học 2010 – 2012 động viên, khuyến khích giúp đỡ vượt qua khó khăn suốt 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 TÓM TẮT Đo lƣờng cao áp trình khó khăn, phức tạp tốn thời gian nhƣ tài Các giá trị cao áp thƣờng đƣợc đo gián tiếp qua thiết bị Trong thực tế, vấn đề đo lƣờng xác vấn đề cần tập trung nghiên cứu để đƣa kết xác Dựa theo số tiêu chuẩn đo lƣờng cao áp, từ tìm đƣợc giá trị phổ tần số để từ đƣa đƣợc thông số nhằm giúp cải tiến chất lƣợng đo lƣờng giúp cho nhà sản xuất sử dụng thông số để chế tạo thiết bị đo lƣờng xung cao áp xác Trong phần luận văn tiếp tục nghiên cứu khảo sát phổ Wavelet, tìm điều kiện tồn hàm toán học xung điện áp không chu kỳ Tìm mô hình toán học kết hợp với sử dụng phép biến đổi Fourier Wavelet để tìm đƣợc dạng phổ thuận 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 phân áp từ giúp tìm đƣợc biểu thức dự đoán phổ nhanh giúp độ rộng băng thông để đo lƣờng xác Nội dung luận văn đƣợc chia thành chƣơng:  Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan  Chƣơng 2: Giới thiệu phƣơng pháp tính toán gần phƣơng pháp nội suy  Chƣơng 3: Cơ sở phép biến đổi Fourier phép biến đổi Wavelet  Chƣơng 4: Các dạng xung điện áp chuẩn thí nghiệm  Chƣơng 5: Phân tích phổ dạng xung điện áp chuẩn thí nghiệm  Chƣơng 6: Chƣơng trình code tính toán phục vụ luận văn  Chƣơng 7: Kết luận hƣớng phát triển đề tài HVTH: Nguyễn Văn Khấn v GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung 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 highvoltage 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 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 TOÁN 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 toán 2.1.3 Giải thuật đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp dây cung .5 2.2 Cơ sở toán 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 thông số dạng sóng 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 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 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 5.3.4 Phổ Wavelet nghịch qua biến đổi điện áp tần số cao 89 5.4 Biểu thức dự đoán nhanh Phổ Tần dạng xung sét chuẩn: 96 5.5 Phân tích phổ Wavelet với tham số tỷ lệ thời gian 98 CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 101 6.1 Các kết đạt đƣợc đề tài 101 6.2 Hƣớng phát triển 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 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 nghịch 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 sở Wavelet 108 1.5 Chƣơng trình phân tích xác định phổ Wavelets dạng xung sét 110 1.5.1 Chƣơng trình code Wavelet thuận với hệ số tỷ lệ a cố định miền tần số hệ số dịch chuyển b cố định .110 1.5.2 Chƣơng trình code Wavelet thuận với hệ số tỷ lệ a thay đổi miền tần số hệ số dịch chuyển b cố định .111 1.5.3 Chƣơng trình code Wavelet phân tích phổ tần số qua phân áp 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 xung sét chuẩn 115 1.5.6 Chƣơng trình code phân tích Wavelet biểu diễn hàm tỷ lệ miền thời gian 116 HVTH: Nguyễn Văn Khấn x GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 2.1: nghiệm theo phƣơng pháp dây cung Hình 3.1: Phổ biên độ biểu diễn F0   miền tần số xung dạng hàm mũ 22 Hình 3.2: Phổ biên độ biểu diễn F0   miền tần số xung vuông 23 Hình 3.3: Phổ biên độ biểu diễn F0   miền tần số xung tăng tuyến tính cắt thời gian Tc 24 Hình 3.4: Biến đổi Wavelet 26 Hình 3.5: So sánh phép biến đổi tín hiệu 26 Hình 6: Biểu diễn biến đổi Fourier mặt phẳng tần số - thời gian 28 Hình 3.7: Biểu diễn biến đổi Wavelet mặt phẳng tần số - thờigian 28 Hình 3.8: Phép tịnh tiến biến đổi Wavelets 30 Hình 3.9: Hệ số tỷ lệ 30 Hình 3.10: Minh hoạ lƣới nhị tố dyadic với giá trị m 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 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 ) biến đổi Haar 38 Hình 3.18: Hàm  (t ) biến đổi Wavelet Hat Mexican 38 Hình 3.19: Hàm  t  họ biến đổi Daubechies n với n= 2, 3, 7, 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 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ Hình 4.5: Xung cắt đuôi sóng 45 Hình 4.6: Xung sét cắt đầu sóng 46 Hình 5.1: Dạng sóng 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 s 62 Hình 5.4: Hàm sở Wavelet Mexican biểu diễn dạng thời gian 64 Hình 5.5: Hàm sở Wavelet Mexican biểu diễn dạng tần số 64 Hình 5.6 5.7: Tiêu chuẩn Mexican Hat Wavelets Hình 5.8: Phổ Fourier hàm Wavelet t  ( ) 65 a a 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 u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.2/50 s 78 Hình 5.19a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.56/40 s 80 Hình 5.19b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.56/40 s 80 Hình 5.20a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 0.84/40 s 81 Hình 5.20b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 0.84/40 s 81 HVTH: Nguyễn Văn Khấn xii GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung 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 u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.56/60 s 82 Hình 5.22a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 0.84/60 s 83 Hình 5.22b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 0.84/60 s 83 Hình 5.23a: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp dạng sóng TdS 1.2  20%  s 84 TS 50  20% Hình 5.23b: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp dạng sóng TdS 1.2  20%  s 85 TS 50  20% Hình 5.24: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số thấp dạng sóng 1.2/50 s 86 Hình 5.25: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số thấp dạng sóng 1.56/40 s 86 Hình 5.26: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số thấp dạng sóng 0.84/40 s 87 Hình 5.27: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số thấp dạng sóng 1.56/60 s 87 Hình 5.28: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số thấp dạng sóng 0.84/60 s 88 Hình 5.29: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số thấp dạng sóng TdS 1.2  20%  s 88 TS 50  20% Hình 5.30a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 1.2/50 s 90 Hình 5.30b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 1.2/50 s 90 Hình 5.31a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 1.56/40 s 91 Hình 5.31b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 1.56/40 s 91 Hình 5.32a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 0.84/40 s 92 Hình 5.32b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 0.84/40 s 92 Hình 5.33a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 1.56/60 s 93 Hình 5.33b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 1.56/60 s 93 Hình 5.34a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 0.84/60 s 94 Hình 5.34b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng 0.84/60 s 94 Hình 5.35a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng HVTH: Nguyễn Văn Khấn xiii TdS 1.2  20%  s 95 TS 50  20% GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ Hình 5.35b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao dạng sóng TdS 1.2  20%  s 95 TS 50  20% Hình 5.36: Dạng sóng xung sét chuẩn biểu diễn dạng thời gian 97 Hình 5.37a: Phân tích Phổ 3D hệ số Wavelet dạng sóng 1.2/50 s 99 Hình 5.37b: Phân tích Phổ 3D hệ số Wavelet dạng sóng 1.2/50 s 99 HVTH: Nguyễn Văn Khấn xiv GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 3.1: Một số biến đổi Fourier hàm thông dụng 16 Bảng 4.1: Bảng biến thiên 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 ( s ) 56 Bảng 4.5: Dạng sóng 250/2500 ( s ) 57 Bảng 4.6: Dạng sóng 500/2500 ( s ) 57 Bảng 4.7: Dạng sóng 100/2500 ( s ) 57 Bảng 4.8: Dạng sóng 4000/7500 ( s ) 57 Bảng 4.9: Dạng sóng 100/1000 ( s ) 58 Bảng 4.10: Dạng sóng 50/500 ( s ) 58 Bảng 4.11: Dạng sóng 4/10 ( s ) 58 Bảng 5.1: Giá trị điện áp u2* (t ) dạng sóng 1.2/50 79 Bảng 5.2: Các tần số thấp ft(Hz) sai số 0.1% phổ Wavelet 88 Bảng 5.3: Các tần số cao fc(Hz) băng thông Δf sai số 0.1% 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 Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ Chƣơng GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu tổng quan lĩnh vực nghiên cứu Bƣớc vào kỷ 21, ngành điện Việt Nam có bƣớc phát triển đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu điện kinh tế Việt Nam Nhiều nhà máy nhiệt điện, thủy điện, lƣợng tái tạo… hệ thống truyền tải, phân phối điện trung cao áp đƣợc quy hoạch, thiết kế xây dựng toàn đất nƣớc để xây dựng hệ thống lƣới điện quốc gia ổn định đảm bảo cho nhu cầu điện ngành kinh tế phục vụ đời sống sinh hoạt cộng đồng Vì việc sử dụng điện áp cao truyền tải điện xa điều tất yếu Tuy nhiên, việc truyền tải điện xa xuất hàng loạt vấn đề khoa học kỹ thuật mà ngành lƣợng cần phải giải Một vấn đề đo lƣờng thông số điện lĩnh vực điện áp cao Đặc biệt hệ thống điện điện áp cao, cần phải tiến hành nghiên cứu việc xác định xác thông số điện Trong phòng thí nghiệm điện áp cao, để đo lƣờng thông số điện áp dòng điện ngƣời ta chế tạo thiết bị đo trực tiếp gián tiếp Đối với điện áp cao, dòng điện lớn thực việc đo trực tiếp thông số điện thƣờng gặp khó khăn tốn Cho nên, thực tế ngƣời ta thƣờng dùng loại thiết bị đo gián tiếp có nghĩa tín hiệu ghi nhận đƣợc thông qua phân áp phân dòng Tuy nhiên việc ghi nhận tín hiệu gần với giá trị thực tốt, nhƣng việc làm lúc thực đƣợc tùy thuộc vào mục đích, yêu cầu sử dụng mà phép đo thực với cấp độ xác cho trƣớc Việc ghi nhận tín hiệu thiết bị đo thông qua việc thử nghiệm điện áp xung, xung điện áp sử dụng thử nghiệm điện áp cao thƣờng có dạng không chu kỳ có chu kỳ thay đổi theo thời gian, đặc biệt dạng không chu kỳ dạng điện áp có tính chất tăng nhanh đến giá trị cực đại giảm dần xuống zero có chu kỳ theo thời gian Phần tăng nhanh đến giá trị cực đại xung đƣợc gọi đầu HVTH: Nguyễn Văn Khấn GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ sóng phần giảm chậm đƣợc gọi đuôi sóng Trong hệ thống lƣợng ngƣời ta sử dụng xung có đầu sóng gần nhƣ tuyến tính dạng xung thao tác có độ dài đầu sóng từ vài chục đến vài ngàn micro giây Việc đo biên độ xung điện áp phóng điện cần phải thực với sai số không 1,5%-2%, nhƣng thực tế để nhận đƣợc độ xác phép đo xung điện áp phóng điện nhƣ thật không dễ, độ xác thiết bị phụ thuộc vào loại xung đo, yêu cầu đo xung điện áp theo IEC 60-3: giá trị biên độ xung toàn sóng xung cắt gần giá trị biên độ đuôi sóng cần phải đo với sai số không vƣợt 3% Chính đòi hỏi độ xác đo lƣờng xung điện áp cao nên nhà nghiên cứu lĩnh vực xung điện áp cao nghiên cứu nhiều phƣơng pháp đo lƣờng, phƣơng pháp đo xung điện áp cao mang lại độ xác cao cần nghiên cứu phƣơng pháp phổ tần số hiệu dụng thiết bị đo xung không chu kỳ cao Đó lý để chọn đề tài ”Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ” 1.2 Mục đích giới hạn đề tài Với đề tài ”Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ” sau hoàn thành xây dựng dạng xung điện áp chuẩn dạng xung điện áp không chu kỳ, phƣơng pháp biến đổi Fourier thuận nghịch kết hợp với phép biến đổi Wavelet thuận nghịch, mô hình toán học dạng điện áp xung thao tác không chu kỳ tiêu biểu, phổ tần số hiệu dụng thiết bị đo xung thao tác không chu kỳ cao 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 xác, tránh méo dạng xung, đảm bảo an toàn, tin cậy vận hành hệ thống điện cao áp Giới hạn đề tài tập trung nghiên cứu: Tổng quan dạng sóng cao áp không chu kỳ HVTH: Nguyễn Văn Khấn GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương Luận văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet dạng xung điện áp không chu kỳ Khảo sát mô hình toán học xung điện áp không chu kỳ điều kiện tồn hàm toán học Sử dụng biến đổi Fourier Wavelet để khảo sát xung điện áp tiêu biểu để phân tích phổ dạng xung giúp đo lƣờng xác Phân tích khảo sát phổ Wavelet dạng xung cao áp không chu kỳ tiêu biểu từ xác định đƣợc biểu thức dự đoán phổ nhanh cho dạng xung điện áp không chu kỳ Từ kết thực để đánh giá độ xác đo lƣờng cao áp dạng sóng 1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Để đáp ứng đƣợc mục tiêu đề , đề tài sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu sau: Sử dụng phƣơng pháp dây cung phƣơng pháp tính tích phân Simpson Sử dụng phƣơng pháp biến đổi Wavelet thuận nghịch nghiên cứu phổ biên độ -tần số, xác định độ rộng băng thông Thu thập tham khảo tài liệu liên quan nƣớc Khảo sát tham khảo đề tài trƣớc làm sở thực cho đề tài Tham khảo trang web báo nghiên cứu nƣớc Sử dụng phần mềm Matlab để làm công cụ thực kết mô luận văn 1.4 Điểm luận văn Tìm đƣợc mô hình toán học xung cao áp không chu kỳ Tính đƣợc phổ phƣơng pháp toán học phƣơng pháp nội suy tính tích phân gần phƣơng pháp tích phân Simpson Nhận đƣợc phổ tần số xung điện áp chuẩn không chu kỳ qua phép biến đổi Wavelet HVTH: Nguyễn Văn Khấn GVHD: TS Hồ Văn Nhật Chương S K L 0 [...]... 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 chu n 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... Chương 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... 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 ... 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 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 CHU N TRONG THÍ NGHIỆM 41 4.1 Các dạng xung điện áp chu n trong thí... 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 u2* (t ) theo tần số dạng sóng 1.56/60 s 82 Hình 5.22a: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 0.84/60 s 83 Hình 5.22b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số dạng sóng 0.84/60 s 83 Hình 5.23a: Giá trị điện áp. .. 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 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... 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 áp 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... 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 chu n 60 Hình 5.2: Phổ Fourier thuận sóng 1.2/50 s 61 Hình 5.3: Phổ Fourier nghịch sóng 1.2/50 s 62 Hình 5.4: Hàm cơ sở Wavelet Mexican biểu diễn ở dạng thời gian ... văn thạc sỹ Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ 3.1.1.4 Chu i 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... 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 chu n tiêu biểu 55 Bảng 4.3: Dạng sóng 1.2/50 ( s ) 56 Bảng 4.4: Dạng sóng 8/20 ( s ) 56 Bảng 4.5: Dạng sóng 250/2500