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

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iii

TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i
TÓM TẮT ii
MỤC LỤC iii
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1
1.2. GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1
1.3. GIỚI HẠN ĐỀ TÀI 1
1.4. BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN 2
CHƯƠNG 2: GIỚI THIỆU CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN
HỆ THỐNG ĐIỆN
2.1. KHÁI NIỆM 3
2.1.1. Đònh nghóa chất lượng điện năng 3
2.1.2. Tầm quan trọng của chất lượng điện năng 3
2.2. CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ TRÊN HỆ THỐNG ĐIỆN 3
2.2.1. Dao động quá độ 3
2.2.2. Thay đổi áp thời gian dài 5
2.2.3. Thay đổi áp thời gian ngắn 5
2.2.4. Mất cân bằng điện áp 6
2.2.5. Méo họa tần 7
2.2.6. Nhấp nháy điện áp 8
2.3. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯNG ĐIỆN NĂNG 9
2.3.1. Giới thiệu 9
2.3.2. Đánh giá chất lượng điện năng 9
2.3.3. Thiết bò đo chất lượng điện năng 10
CHƯƠNG 3: WAVELETS và PHÂN TÍCH WAVELETS
3.1. GIỚI THIỆU VỀ WAVELETS 13

3.1.1. Đònh nghóa Wavelets 13
3.1.2. Phân tích Wavlets 14
3.2. BIẾN ĐỔI WAVELETS 15
3.2.1. Biến đổi Wavelets liên tục 15
3.2.2. Biến đổi Wavelets rời rạc 18
CHƯƠNG 4: MẠNG NƠRON
4.1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON 21
4.1.1. Đònh nghóa mạng nơron 21
4.1.2. Hoạt động của mạng nơron 22
4.1.3. Các thành phần của mạng nơron 23
4.2. HUẤN LUYỆN MẠNG NƠRON 24
4.2.1. Học có giám sát/ Học có thầy 24
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP iv

TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
4.2.2. Học không giám sát/ Học không có thầy 25
4.2.3. Tốc độ học 25
4.2.4. Các luật học 25
4.3. GIỚI THIỆU CÁC LOẠI MẠNG NƠRON 25
4.3.1. Mạng Lan truyền ngược 25
4.3.2. mạng LVQ 27
4.3.3. Mạng Xác suất 28
4.3.4. Mạng Hopffield 29
4.3.5. Mạng Tự sắp xếp 30
CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG CÁC HIỆN TƯNG QUÁ ĐỘ
5.1. MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB 32
5.1.1. Giới thiệu về Power System Blockset Toolbox 32
5.1.2. Mạch mô phỏng 33
5.2. MÔ PHỎNG BẰNG PHẦN MỀM ATP 34
5.2.1. Giới thiệu về ATP 34

5.2.2. Mạch và kết quả mô phỏng 38
CHƯƠNG 6: ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH WAVELETS và MẠNG NƠRON
TRONG PHÂN TÍCH và PHÂN LOẠI QUÁ ĐỘ
6.1. ỨNG DỤNG PHÂN TÍCH WAVELETS 41
6.1.1. Phân tích đa phân giải 41
6.1.2. Đònh lý Parseval 42
6.1.3. Phân tích tín hiệu quá độ bằng Wavelets 42
6.2. PHÂN LOẠI TỰ ĐỘNG BẰNG MẠNG NƠRON 47
6.2.1. Mô hình mạng nơron Xác suất 47
6.2.2. Nhận dạng hiện tượng quá độ bằng mạng nơron Xác suất 49
CHƯƠNG 7: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ NHẬN DẠNG
7.1 XÂY DỰNG GIẢI THUẬT 50
7.2 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH VÀ NHẬN DẠNG 52
7.2.1 Nhận dạng qua các đặc trưng năng lượng 52
7.2.2 Mẫu huấn luyện và nhận dạng tự động 61
7.3 CHƯƠNG TRÌNH GIAO DIỆN 63
7.3.1 Giới thiệu về GUI 63
7.3.2 Phân tích và nhận dạng tín hiệu trên giao diện 65
CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN
8.1. KẾT LUẬN 68
8.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
PHỤ LỤC
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 1
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Chương 1
MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ :
Các vấn đề về chất lượng điện năng được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới

và đã có rất nhiều tài liệu đề cập đến đề tài này. Việt Nam hiện nay, tuy vấn
đề về chất lượng điện năng chưa được quan tâm nhiều nhưng trong tương lai đây
sẽ là một tiêu chí quan trọng để người tiêu dùng lựa chọn nhà cung cấp điện
năng. Do đó, tìm hiểu về chất lượng điện năng và các vấn đề liên quan là một
công việc cần thiết trong thời gian này.
Hiện nay có 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 các tín
hiệu động, không mang tính chu kỳ, và mạng nơron rất thích hợp cho việc phân
loại tự động nhiều tín hiệu khác nhau.
Nhận thấy được tầm quan trọng của các vấn đề trên, người thực hiện đã chọn
đề tài Nhận Dạng và Phân Loại Các Tín Hiệu Quá Độ Dựa Vào Mạng Nơron
Kết Hợp Với Phân Tích Wavelets để thực hiện trong luận văn tốt nghiệp.
Đề tài này dùng để nhận dạng và phân loại nhanh các hiện tượng quá độ trên hệ
thống điện như: Võng điện áp, Tăng điện áp, Méo họa tần, Nhấp nháy điện áp,
Mất điện áp và Đóng cắt tụ điện trên đường dây. Khi nhận biết được các hiện
tượng này sẽ giúp người vận hành hệ thống có những thao tác xử lý thích hợp để
nâng cao chất lượng điện năng.

1.2 GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ:
Được sự phân công của Phòng quản lý sau đại học và Ban chủ nhiệm ngành và
với sự đồng ý của giáo viên hướng dẫn, người thực hiện đã giải quyết đề tài trên
theo hướng kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết và mô phỏng trên máy tính.

1.3 GIỚI HẠN ĐỀ TÀI:
Do thời gian thực hiện đề tài là 06 tháng và bò hạn chế về thiết bò nên người
thực hiện phải thu hẹp phạm vi nghiên cứu của mình. Nội dung đề tài được giới
hạn trong việc mô phỏng kết quả phân loại một số tín hiệu có sẵn trên máy tính.
Chấp nhận dữ liệu của các tín hiệu quá độ cũng được tạo ra trên máy tính, chưa
thử nghiệm được việc xử lý trong thời gian thực.
Ngoài ra đề tài được giới hạn trong việc nhận biết các hiện tượng quá độ khác

nhau, không quan tâm đến việc nhận biết khác biệt trong cùng một loại quá độ.




LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
1.4 BỐ CỤC CỦA LUẬN VĂN:
Vì nội dung đề tài nói về nhận dạng các hiện tượng quá độ trên hệ thống điện
nên luận văn được trình bày theo hướng tìm hiểu, phân tích các vấn đề lý thuyết
liên quan làm nền tảng cho việc lập trình mô phỏng trên máy tính.
Cụ thể luận văn được sắp xếp tuần tự theo các nội dung sau:
- Chương 2 trình bày các vấn đề về chất lượng điện năng. Từ đó nêu lên các
hiện tượng quá độ trên hệ thống ảnh hưởng đến chất lượng điện năng. Đây 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 Matlab, đồng thời
nêu 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.
Ngoài ra, chương này còn trình 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 db4
- Cuối cùng, chương 8 nêu lên nhận xét, kết luận của người thực hiện đề tài,
cùng với đònh hướng phát triển của đề tài trong tương lai.
- Toàn bộ nội dung các chương trình mô phỏng, cùng với các số liệu liên quan
được trình bày trong phần phụ lục của luận văn.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 3
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
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 năng:
Bất kỳ sai lệch nào của dòng điện và điện áp so với dạng sóng sin chuẩn của
nguồn cung cấp đều có thể gây ra hư hỏng hoặc tác động sai đối với các thiết bò.
Người sử dụng yêu cầu phải được cung cấp nguồn điện có chất lượng, dạng sóng
sin chuẩn có biên độ ổn đònh và đảm bảo độ tin cậy cho các thiết bò điện tử có độ
nhạy cao.
Có thể đònh nghóa khác nhau về chất lượng điện năng.
- Các công ty cung cấp điện đònh nghóa chất lượng điện năng là độ tin cậy
trong cung cấp điện.
- Nhà máy sản xuất thiết bò điện đònh nghóa chất lượng điện năng là các đặc
tính của nguồn cho phép thiết bò hoạt động phù hợp, các đặc tính này khác
nhau đối với các loại thiết bò khác nhau và tùy vào từng nhà máy.
- Tuy nhiên cuối cùng thì chất lượng điện năng sẽ do khách hàng đưa ra. Do
đó chất lượng điện năng được đònh nghóa là các vấn đề trên hệ thống điện
liên quan đến điện áp, dòng điện và tần số nhằm đảm bảo cho thiết bò hoạt

động một cách hiệu quả.
Thực tế, chất lượng điện năng chính là chất lượng của điện áp trên hệ thống
điện Các tiêu chuẩn trong lãnh vực chất lượng điện năng được dành cho việc
duy trì điện áp với các giới hạn xác đònh.
2.1.2. Tầm quan trọng của chất lượng điện năng:
- Sự gia tăng của các thiết bò kỹ thuật số có độ nhạy cao đòi hỏi nghiêm ngặt
về chất lượng nguồn cung cấp. Các lãnh vực liên quan như công nghệ bán
dẫn, máy tính điện tử, người máy, thiết bò điều khiển có lập trình. Ngoài ra
chính các thiết bò điện tử lại làm tăng ảnh hưởng đến chất lượng điện năng.
Thò trường điện tạo ra tính cạnh tranh cũng làm người ta quan tâm nhiều đến
chất lượng điện năng.
- Chất lượng của nguồn điện có thể ảnh hưởng trực tiếp lên nhiều nhà tiêu thụ
trong công nghiệp, những người sử dụng các thiết bò tự động và hiện đại.
- Lý do cuối cùng để ta quan tâm đến chất lượng điện năng là giá trò kinh tế,
các ảnh hưởng về kinh tế lên các 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 quá độ:
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 4
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Khái niệm quá độ được dùng để chỉ các sự kiện ta không mong muốn xảy ra
thoáng qua trên hệ 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 suy giảm
của nó. Ví dụ một xung quá độ 1.2x50s 2000V sẽ có biên độ tăng từ 0 đến
max 2000V trong thời gian 1.2s, sau đó suy giảm biên độ trong thời gian
50s.
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 vò 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 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
thành 3 loại: tần số cao, tần số trung bình và tần số thấp.
Hình 2.2 minh họa dạng sóng dao động quá độ do đóng cắt tụ.


Hình 2.2: Dao động quá độ
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 5
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Trong những hình vẽ ở các mục sau này, trục hoành có thể biểu diễn thời gian
hoặc số điểm lấy mẫu của tín hiệu. Tốc độ lấy mẫu là 256điểm/chu kỳ.
- Các dao động quá độ có tần số >500KHz, thời gian tính bằng s, 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 xuất hiện
trên hệ thống truyền dẫn và phân phối, thường do nhiều sự kiện khác nhau
gây ra.
2.2.2. Thay đổi điện áp thời gian dài:
Các thay đổi làm lệch điện áp hiện dụng trong thời gian dài hơn 01 phút được gọi
là thay đổi điện áp thời gian dài. Chúng bao gồm quá điện áp và thấp điện áp.
- Quá áp – Overvoltage:
Một hiện tượng được gọi là quá điện áp khi giá trò hiệu dụng tăng lớn hơn 110%
đònh mức trong thời gian dài hơn 01 phút.
Quá điện áp thường xảy ra do đóng cắt tải có giá trò lớn, sự nạp điện trên các tụ
nhánh. Ngoài ra việc cài đặt sai các đầu dây máy biến áp cũng có thể gây ra
quá áp trên hệ thống.
- Thấp áp – Undervoltage:
Một hiện tượng được xem là thấp áp khi giá trò hiệu dụng giảm nhỏ hơn 90%
đònh mức trong thời gian dài hơn 01 phút.
Thấp điện áp xảy ra do các sự kiện ngược với quá điện áp. Việc đóng các tải có
giá trò lớn hoặc cắt tụ nhánh có thể gây thấp điện áp.
Thấp áp và quá áp sẽ gây ra các sự cố trên hệ thống làm ảnh hưởng đến các
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 về zero kéo dài trong thời gian quá 01 phút
được gọi là mất điện áp kéo dài. Hiện tượng này cũng thường xảy ra và cần
phải có sự can thiệp của con người để phục hồi lại hệ thống.
2.2.3. Thay đổi điện áp thời gian ngắn:
Thay đổi điện áp trong thời gian ngắn được 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 vò 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 tạm thời (interruption).

- Mất điện tạm thời – Voltage Interruption:
Hiện tượng này xảy ra khi điện áp nguồn hoặc dòng điện tải giảm đến giá trò
nhỏ hơn 0.1pu (power unit) trong thời gian ít hơn 01 phút. Như hình vẽ 2.3.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 6
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Hiện tượng này xảy ra do các sự cố trên hệ thống, sự cố tại thiết bò, điều khiển
sai thiết bò. Mất điện áp thường do sự cố ngắn mạch trên hệ thống điện gây ra.
Sự mất điện được đo bởi thời gian xảy ra trên hệ thống, từ lúc biên độ điện áp
luôn nhỏ hơn 10% đònh mức. Thời gian của mất điện được xác đònh là thời gian
hoạt động của các thiết bò bảo vệ, các thời gian này có thể không đều nhau.

Hình 2.3: Mất điện tạm thời
- Võng điện áp – Voltage Sag:
Là sự giảm điện áp hoặc dòng điện hiệu dụng còn lại trong khoảng 0.1 – 0.9 pu
trong 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 sự cố trên hệ thống nhưng cũng có thể do sự
đóng điện của các tải nặng hoặc do quá trình khởi động các động cơ lớn.
Các công ty điện, người sử dụng, nhà sản xuất thiết bò có thể áp dụng nhiều
biện pháp để giảm bớt các sự cố gây ra võng điện áp và giảm bớt ảnh hưởng
của nó lên các thiết bò.
- Tăng điện áp – Voltage Swell:
Là sự tăng dòng điện hoặc điện áp hiệu dụng đến giá trò khoảng 1.1 – 1.8 pu
trong thời gian từ 0.5 đến 30 chu kỳ. Như hình 2.5.


Hình 2.5: Tăng điện áp
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 7

TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Giống như võng điện áp, tăng điện áp thường kèm theo sự cố trên hệ thống
nhưng ít phổ biến hơn. Tăng điện áp còn do sự gia tăng áp tức thời trên các pha
không bò sự cố, của hệ thống 3 pha, trong sự cố ngắn mạch giữa 1 pha và đất.
Tăng điện áp được xác đònh bởi biên độ hiệu dụng và thời gian xảy ra nó. Mức
độ nghiêm trọng của tăng điện áp khi có sự cố sẽ tùy thuộc vào vò trí, trở kháng
hệ thống và việc nối đất. Trong hệ thống không nối đất, điện áp dây pha không
bò sự cố sẽ tăng rất ít hoặc không tăng do máy biến áp thường nối  -. Trong
hệ thống không nối đất, khi xảy ra sự cố giữa một pha và đất thì điện áp trên
các pha còn lại sẽ tăng lên đến 1.73 pu. Tuy nhiên tăng điện áp thường ít xảy ra
trên hệ thống hơn so với võng và mất điện áp.
2.2.4. Mất cân bằng điện áp:
Điều kiện không cân bằng được xác đònh bằng tỉ số giữa độ lệch cực đại và giá trò
trung bình của điện áp hoặc dòng điện 3 pha, thường độ lệch tính theo %.
Độ lệch (%) =max(V) / V
trung bình
.
Tỉ số giữa thành phần thứ tự ngược hoặc thứ tự không và thứ tự thuận cũng có thể
dùng để xác đònh % mất cân bằng điện áp.
Nguyên nhân gây ra mất cân bằng áp nhỏ hơn 2% là do sử dụng các tải một pha
trên hệ thống ba pha. Ngoài ra, mất cân bằng điện áp cũng có thể xảy ra do nổ các
cầu chì trên một pha của nhánh tụ ba pha.
Mất cân bằng điện áp được xem là nghiêm trọng khi độ lệch lớn hơn 5%.
2.2.5. Méo dạng sóng:
Là sự lệch dạng sóng, ở trạng thái xác lập, so với dạng sóng sin lý tưởng ở tần số
cơ bản của nguồn, nó được mô tả bằng phổ tần.
Méo dạng sóng bao gồm 5 loại: lệch áp DC (DC offset), họa tần (Harmonics), liên
hoạ tần (Interharmonic), Notching và nhiễu (Noise).
- Lệch áp DC – DC offset:
Sự xuất hiện của điện áp hoặc dòng điện DC trên hệ thống AC gọi là DC offset.

Nguyên nhân là do nhiễu đòa từ hoặc do các bộ chỉnh lưu một chiều.
Dòng DC trong mạng AC có thể ảnh hưởng làm bảo hoà máy biến áp ở điều
kiện làm việc bình thường. Điều này sẽ làm phát sinh nhiệt và làm tăng tổn hao
máy biến áp.
Dòng DC này còn có thể gây ra ăn mòn điện phân đối với các điện cực nối đất
và các đầu nối khác.
- Họa tần – Harmonic:
Là các điện áp hoặc dòng điện hình sin có lẫn các tần số bằng số nguyên lần
tần số cơ bản của hệ thống, làm méo dạng sóng sin chuẩn, như hình 2.6. Các
dạng sóng bò méo được phân tích thành tổng của thành phần cơ bản và các họa
tần.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 8
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005

Hình 2.6: Méo họa tần
Nguyên nhân gây ra họa tần là do các đặc tính phi tuyến của các thiết bò và tải
trên hệ thống.
Các mức độ méo được mô tả bằng toàn bộ phổ họa tần với biên độ và góc pha
của từng thành phần.
Thường dùng đại lượng Độ méo hoạ tần tổng THD – Total Harmonic Distortion
để đo giá trò ảnh hưởng của méo họa tần. Các cấp độ méo có thể được mô tả
bởi giá trò THD, nhưng có thể gây ra sai lầm trong một số trường hợp. Ví dụ như
dòng điện ngả vào của các bộ truyền động điều chỉnh tốc độ sẽ có giá trò THD
cao khi chúng vận hành với các tải nhẹ. Điều này lại không phù hợp vì biên độ
của 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 này tương tự như THD ngoại trừ
việc biểu diễn độ méo theo % của tỉ lệ dòng điện tải so với biểu diễn theo %
của biên độ dòng điện cơ bản.

- Interharmonic – Liên họa tần:
Các điện áp và dòng điện có các thành phần tần số khác với số nguyên lần tần
số nguồn được gọi là liên họa tần. Chúng xuất hiện dạng các tần số rời rạc hoặc
phổ băng rộng. Nguyên nhân chính gây ra méo liên họa tần là các bộ biến tần,
động cơ cảm ứng, thiết bò hồ quang. Ngoài ra các đường dây điện mang tín hiệu
cũng có thể xem như các liên họa tần.
nh hưởng của liên họa tần thì không đáng kể đối với hệ thống điện. Chúng chỉ
ảnh hưởng trên đường dây mang tín hiệu và làm nhấp nháy các thiết bò hiển thò
như các màn hình phóng tia điện tử.
- Notching:
Là các nhiễu loạn điện áp mang tính tuần hoàn do các thiết bò điện tử công suất
gây ra khi dòng điện chuyển đổi từ pha này sang pha khác. Vì Notching xảy ra
liên tục nên nó được mô tả thông qua phổ họa tần của điện áp bò ảnh hưởng.
Tuy nhiên Notching được xem là một trường hợp đặc biệt. Tần số của Notching
cao và ta không thể nhận biết ngay bằng các thiết bò phân tích họa tần thông
thường.
- Nhiễu – Noise:
Là các tín hiệu điện không mong muốn có dãi tần rộng, nhỏ hơn 200KHz, cộng
thêm vào điện áp hoặc dòng điện của hệ thống trong các dây pha, dây trung
tính hoặc dây dẫn tín hiệu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 9
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Nguyên nhân gây ra nhiễu là các thiết bò điện tử công suất, mạch điều khiển,
thiết bò tạo hồ quang, bộ chỉnh lưu, thao tác đóng cắt nguồn.
nh hưởng của nhiễu sẽ tăng lên khi việc nối đất không phù hợp, vì không dẫn
nhiễu ra khỏi hệ thống được. Ta không thể phân loại nhiễu như họa tần hay quá
độ vì nhiễu gồm nhiều méo dạng không mong muốn của tín hiệu nguồn.
Khi hệ thống bò nhiễu sẽ làm nhiễu loạn các thiết bò điện tử như máy tính, các
bộ điều khiển có lập trình. Ta có thể sử dụng các bộ lọc, biến áp cách ly, bộ
điều hòa đường dây để hạn chế nhiễu.

2.2.6. Voltage Flicker – Nhấp nháy điện áp:
Là sự thay đổi mang tính hệ thống của hình bao điện áp hoặc những chuỗi thay
đổi điện áp ngẫu nhiên, có biên độ giới hạn trong khoảng từ 0.9 đến 1.1pu, như
hình 2.7. Nhấp nháy điện áp được đo theo độ nhạy của mắt người.
Nguyên nhân gây ra nhấp nháy điện áp là những tải có dòng điện thay đổi
nhanh và liên tục. Một nguyên nhân khác cũng thường gây ra nhấp nháy điện
áp trên hệ thống truyền dẫn và phân phối là 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 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 tuệ nhân tạo.
Những cuộc điều tra về chất lượng điện năng thường đòi hỏi việc kiểm tra để
xác đònh chính xác sự cố và đánh giá các giải pháp đã thực hiện. Trước khi bắt
tay vào các chương trình kiểm tra mở rộng, cần phải tìm hiểu về khả năng của
khách hàng, thiết bò đang bò ảnh hưởng, việc nối dây và nối đất, hoạt động của
hệ thống. Thông thường các vấn đề về chất lượng điện năng có thể được giải
quyết mà không cần việc kiểm tra mở rộng, thông qua các câu hỏi thích hợp đối
với khách hàng và qua việc khảo sát tại chỗ ban đầu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 10
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005

Cuộc khảo sát cần thực hiện sao cho nhận được càng nhiều thông tin càng tốt về
khả năng của khách hàng và về các sự cố đã xảy ra. Các thông tin này gồm:
- Bản chất của các sự cố.
- Đặc tính của các thiết bò có độ nhạy cao xảy ra sự cố.
- Thời điểm xảy ra sự cố.
- Các sự cố trùng hợp hay các hoạt động xảy ra cùng thời điểm.
- Những nguyên nhân có thể làm thay đổi chất lượng điện năng như thiết bò
điện tử công suất, đóng cắt tụ, khởi động động cơ.
- Các thiết bò đang được sử dụng.
- Dữ liệu về hệ thống.
Mỗi lần trao đổi với khách hàng, công ty điện sẽ nhận được các dữ liệu trên, khi
đó một cuộc khảo sát sẽ được thực hiện để đánh giá lại các sơ đồ đơn tuyến, dữ
liệu của hệ thống, việc nối dây và nối đất.
2.3.2. Đánh giá chất lượng điện năng:
Sau cuộc khảo sát ban đầu người ta sẽ thực hiện việc đánh giá chất lượng điện
năng để mô tả các thay đổi về chất lượng nguồn điện tại các vò trí xác đònh
trong một khoảng thời gian nào đó. Các yêu cầu cho việc đánh giá tùy thuộc
vào sự cố đã xảy ra.
Việc đánh giá chất lượng điện năng được thực hiện qua các bước sau:
- Chọn vò trí xem xét: cách tốt nhất là nên bắt đầu ở vò trí càng gần thiết bò
đang chòu ảnh hưởng bởi các thay đổi về chất lượng điện năng càng tốt. Khi
đó máy sẽ ghi nhận cùng một thay đổi với thiết bò. Các quá độ tần số cao sẽ
có những thay đổi đáng kể nếu ta đặt máy kiểm tra ở xa thiết bò. Một vò trí
quan trọng khác là ngay đường dây chính của hệ thống. Các quá độ và
những thay đổi về điện áp tại vò trí này đều ảnh hưởng lên tất cả các thiết bò.
- Ghi sự cố vào mẫu có sẵn: cần phải yêu cầu khách hàng thực hiện thường
xuyên việc ghi các sự cố xảy ra vào một 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 đang được kiểm tra. Việc nối đất của máy kiểm tra cũng
cần được quan tâm, máy phải có đường nối đất của tín hiệu đo và đường nối

đất của nguồn cung cấp. Để an toàn, nên nối các đường này xuống mặt đất.
- Cài đặt ngưỡng cho máy kiểm tra: vì các máy kiểm tra được dùng để phát
hiện các điều kiện bất thường nên cần phải xác đònh phạm vi được xem là
bình thường. Một số máy được đặt trước các ngưỡng làm điểm bắt đầu.
Phương pháp tốt nhất để chọn ngưỡng là làm chúng phù hợp với các đặc
điểm kỹ thuật của thiết bò.
- Đònh lượng phép đo: khi kiểm tra đánh giá về các nhiễu loạn chỉ cần đo điện
áp của hệ thống, nhưng đối với họa tần cần phải đo cả điện áp và dòng điện.
Đo dòng điện để mô tả tổng quát họa tần sinh ra do các tải phi tuyến của hệ
thống. Còn kết quả đo điện áp được dùng để mô tả đáp ứng của hệ thống đối
với dòng điện họa tần.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 11
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
- Chuyển đổi kết quả đo: để phân tích vấn đề chất lượng điện năng từ các kết
quả đo, cần tìm quan hệ giữa các đặc tính của nhiễu và nguyên nhân gây ra
chúng. Dạng sóng và các kết quả đo khác sẽ được chuyển đổi sang nhiều
biến khác nhau phục vụ cho việc đánh giá chất lượng điện năng.
- Tìm ra nguyên nhân gây sự cố: bước đầu tiên để tìm nguồn gây ra nhiễu là
tìm mối tương quan giữa dạng sóng nhiễu và các nguồn nhiễu có sẵn.
Mỗi lần xác đònh được một loại nhiễu thì việc tìm nguyên nhân sẽ được thực
hiện dễ dàng.


2.3.3. Thiết bò đo chất lượng điện năng:
Các vấn đề về chất lượng điện năng bao gồm nhiều loại nhiễu và các điều kiện
khác nhau trên hệ thống, từ các quá điện áp xảy ra rất nhanh đến việc mất điện
kéo dài. Ngoài ra còn có cả các hiện tượng ở trạng thái xác lập như méo họa
tần và các hiện tượng không liên tục như nhấp nháy điện áp. Với nhiều hiện
tượng xảy ra như trên đòi hỏi phải có nhiều thiết bò đo khác nhau, làm cho việc
tạo ra các thiết bò đo lường theo tiêu chuẩn gặp nhiều khó khăn.

Mặc dù đã có nhiều thiết bò dùng đo các nhiễu loạn trên hệ thống để đánh giá
chất lượng điện năng, vẫn cần phải phát triển thêm nhiều loại khác tùy thuộc
vào các hiện tượng gặp phải trong quá trình điều tra.
Một số loại thiết bò thường sử dụng trong đo kiểm tra chất lượng điện năng,
gồm:
Máy kiểm tra nối dây và nối đất: rất nhiều sự cố được ghi nhận là do việc
nối dây và nối đất không đúng, có thể sử dụng thiết bò kiểm tra nối dây và
nối đất cho các mục đích sau:
- Đo trở kháng đất và dây trung tính.
- Kiểm tra cách điện.
- Kiểm tra việc nối sai giữa dây pha và trung tính hoặc đất.
Đồng hồ đo vạn năng: sau khi kiểm tra toàn bộ việc nối dây, cần phải kiểm
tra nhanh áp và dòng trên thiết bò. Thiết bò dùng cho mục đích này là đồng
hồ đo vạn năng, dùng để đo:
- Điện áp pha và đất.
- Điện áp pha và trung tính.
- Điện áp trung tính và đất.
- Dòng điện pha.
- Dòng điện trung 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.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 12
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Có nhiều loại dao động ký. Các dao động ký số có thể lưu trữ và phân tích
dữ liệu, kết nối 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 tin
riêng 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 năng sau:
- Có thể đo cùng lúc cả điện áp và dòng điện để cung cấp thông tin về dòng
công suất họa tần.
- Có thể đo riêng biệt biên độ và góc pha các thành phần họa tần.
- Tốc độ đồng bộ và lấy mẫu phải đủ nhanh để phép đo chính xác lên đến
thành phần thứ 37.
- Có thể mô tả bản chất của các bậc méo họa tần.
Đồng hồ đo nhấp nháy điện áp: có nhiều phương pháp khác nhau để đo
nhấp nháy điện áp, từ các đồng hồ đo giá trò hiệu dụng với đặc tuyến nhấp
nháy cho tới các đồng hồ đo nhấp nháy sử dụng các bộ lọc cộng hưởng và
phân tích thống kê để ước lượng chính xác mức độ nhấp nháy.
Máy biến năng: khi đánh giá chất lượng điện năng trên hệ thống điện cần
có các máy biến năng để chuyển đổi mức điện áp và dòng điện phù hợp.
Điện áp đo trên hệ thống thứ cấp có thể kết nối trực tiếp nhưng vẫn cần có
các máy biến dòng.
Phần lớn các thiết bò đo kiểm tra đánh giá chất lượng điện năng đều được
thiết kế với đầu vào có điện áp 600V và dòng điện 5A hiệu dụng. Các máy
biến điện áp và dòng điện được chọn để cung cấp các giá trò này.
Có 2 đặc điểm quan trọng cần quan tâm khi chọn máy biến năng:
- Các mức tín hiệu: chọn thiết bò sau cho khi đo toàn thang không làm tín hiệu
bò méo dạng hay bò cắt.

- Đáp ứng tần số: cần được quan tâm khi đo kiểm tra méo dạng sóng và quá
độ ở tần số cao.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 13
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Chương 3
WAVELETS VÀ PHÂN TÍCH WAVELETS

3.1. GIỚI THIỆU VỀ WAVELETS:
3.1.1. Đònh nghóa Wavelets:
Wavelets là một dạng sóng nhỏ có thời gian rất ngắn. Nó xuất hiện và suy giảm
trong thời gian giới hạn nào đó và có giá trò trung bình bằng zero.
(3.1)
với hàm cơ sở (t) được biểu diễn theo các hệ số tỉ lệ s và hệ số chuyển đổi  :
(3.2)
Có thể so sánh giữa Wavelets và sóng sin trên hình 3.1 như sau: sóng sin có thời
gian vô hạn, có hình dạng trơn và có thể dự đoán được; wavelets lại có trò bất
kỳ và không dự đoán được.


Hình 3.1: Sóng sin và wavelest

Các tính chất quan trọng của wavelets:
- Tính kế thừa:
(3.3)
- Wavelets phải có dãi thông giống như phổ tần:
(3.4)
- Giá trò trung bình của wavelets trong miền thời gian bằng 0:
(3.5)

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 14

TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
3.1.2. Phân tích Wavelets:
Phân tích wavelets là một công cụ toán học dùng để phân tích các tín hiệu
động, phân chia một tín hiệu thành các phiên bản dòch chuyển và tỉ lệ của
wavelets ban đầu. Phân tích wavelets một tín hiệu là biến đổi tín hiệu đó thành
nhiều tỉ lệ theo thời gian và tần số khác nhau.
Biến đổi wavelets của hàm f(t), được tính theo hệ số biến đổi và hệ số tỉ lệ, là
f(u,s) bằng cách cho nó tương quan với một phần tử wavelets.
(3.6)
Phân tích wavelets khắc phục được một số khuyết điểm của phân tích Fourier
đối với các tín hiệu thay đổi nhiều theo thời gian (gọi là tín hiệu động).
Ưu điểm của phân tích wavelets là khả năng phân tích cục bộ, tức là có thể
phân tích một vùng nhỏ trong một tín hiệu lớn. Vì vậy phân tích wavelets khắc
phục được nhược điểm của phân tích Fourier và phân tích Fourier thời gian
ngắn.
Phân tích Fourier khi chuyển sang miền tần số thì mất thông tin về thời gian,
không thể biết thời gian xảy ra các sự kiện trong tín hiệu.
Phân tích wavelets dùng kỹ thuật cửa sổ với miền kích thước có thể thay đổi
được. Phân tích wavelets cho phép sử dụng các khoảng thời gian dài khi cần
thông tin chính xác ở tần số thấp, và thời gian ngắn hơn ở tần số cao.
Phân tích wavelets không sử dụng quan hệ miền Thời gian–Tần số như phân
tích Fourier thời gian ngắn mà sử dụng miền quan hệ Thời gian–Tỉ lệ, như hình
3.2


Hình 3.2: Phân tích wavelets
Như vậy có thể dùng phân tích wavelets để làm gì?
Vì ưu điểm của wavelets là thực hiện phân tích cục bộ nên có thể dùng để phân
tích từng phần trong toàn bộ tín hiệu lớn.
Xét một tín hiệu sin có một đứt đoạn nhỏ hay gặp trong thực tế như hình 3.3.

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 15
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Hình 3.3: Sóng sin có gián đoạn
Nếu dùng các hệ số phân tích Fourier sẽ không thấy sự khác biệt. Tuy nhiên khi
dùng các hệ số phân tích wavelets sẽ thấy chính xác thời gian xảy ra gián đoạn,
như hình vẽ 3.4.
Phân tích wavelets có khả năng thể hiện đặc tính của dữ liệu mà các kỹ thuật
khác không có. Nó còn có thể nén hoặc khử nhiễu cho tín hiệu mà không làm
mất đi tính chất của tín hiệu đó.

Hình 3.4: So sánh phân tích Wavelets và Fourier

3.2. BIẾN ĐỔI WAVELETS:
3.2.1. Biến đổi wavelets liên tục:
Biến đổi wavelets liên tục của hàm f(t) là phân tích hàm này thành một tập hợp
các hàm cơ sở (t).
(3.7)
dấu * ký hiệu cho giá trò liên hiệp phức.
Biến đổi wavelets liên tục là lấy tổng của các tích giữa tín hiệu và các phiên
bản đã lấy tỉ lệ và đã dòch chuyển của wavelets trên toàn bộ thời gian xét. Quá
trình này sẽ tạo ra các hệ số wavelets, là các hàm theo tỉ lệ và vò trí.
Kết quả của CWT tạo ra rất nhiều hệ số wavelets C – là hàm theo tỉ lệ và vò trí,
được tính theo công thức (3.8) – được biểu diễn ở hình 3.5.
(3.8)

Nếu nhân mỗi hệ số với wavelets dòch chuyển và tỉ lệ thích hợp sẽ tạo lại thành
tín hiệu ban đầu.

Hình 3.5: Biến đổi wavelets liên tục
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 16
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005

- Đặt tỉ lệ:
Đặt tỉ lệ cho wavelets là kỹ thuật kéo ra hoặc nén nó lại.
Để mô tả rỏ hơn về đặt tỉ lệ, người ta dùng hệ số tỉ lệ ‘a’. Xét ảnh hưởng của a
đối với sóng sin trong hình 3.6. Tỉ lệ a thay đổi sẽ làm thay đổi chu kỳ sóng sin.
Tương tự đối với wavelets trong hình 3.7. Tuy không cho thấy ý nghóa về biến
đổi chu kỳ nhưng các hệ số tỉ lệ cũng cho thấy sự nén và giãn của tín hiệu.


Hình 3.6: nh hưởng hệ số tỉ lệ với sóng sin


Hình 3.7: nh hưởng hệ số tỉ lệ đối với wavelets

- Dòch chuyển tín hiệu:
Dòch chuyển wavelets đơn giản là làm trễ với chính bản thân nó. Về mặt toán
học, hàm trễ của f(t) là hàm f(t – k).


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 17
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Hình 3.8: Dòch chuyển tín hiệu
* Các bước thực hiện biến đổi Wavelets liên tục:
Có 5 bước biến đổi wavelets liên tục:
- Bước 1: chọn một wavelets và so sánh nó với đoạn bắt đầu của tín hiệu gốc,
như hình 3.9.

Hình 3.9: Chọn một wavelets
- Bước 2: tính giá trò C để biểu diễn cách mà wavelets này tương quan chặt
chẽ với đoạn của tín hiệu gốc. Giá trò C càng cao thì độ giống nhau càng
nhiều. Hơn nữa, nếu năng lượng của tín hiệu và wavelets bằng nhau thì C là
hệ số tương quan. Kết quả đạt được sẽ phụ thuộc vào dạng wavelets được
chọn.
- Bước 3: dòch wavelets về bên phải và lặp lại bước 1, 2 cho đến hết tín hiệu.


Hình 3.10: Dòch wavelets
- Bước 4: đònh tỉ lệ wavelets và lặp lại các bước 1, 2 và 3.

Hình 3.11: Đònh tỉ lệ wavelets
- Bước 5: lặp lại các bước từ 1 đến 4 cho mọi tỉ lệ.
Sau khi hoàn thành sẽ có các hệ số do các đoạn khác nhau của tín hiệu tạo ra.
Các hệ số này sẽ tạo ra những kết quả hồi qui của tín hiệu gốc được thực hiện
trên wavelets. Làm cách nào để nhận ra các hệ số này?
Có thể vẽ một đồ thò, với trục x biểu diễn các vò trí dọc theo tín hiệu (thời gian)
và trục y biểu diễn tỉ lệ. Màu sắc của mỗi điểm x-y sẽ biểu diễn độ lớn của hệ
số wavelets C.




LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 18
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005

Hình 3.12: Biểu diễn tỉ lệ theo thời gian
- Tỉ lệ và Tần số:

Hình 3.13: Tỉ lệ của tín hiệu và wavelets
Theo hình 3.12, trục tỉ lệ tỉ lệ thay đổi từ 1 đến 31 (trục y – scale). Tỉ lệ cao ứng
với wavelets được kéo dãn hơn. Wavelets càng được kéo dãn thì tín hiệu sẽ dài
hơn, nên các hệ số wavelets sẽ thể hiện các đặc điểm thô hơn của tín hiệu.
Có sự tương quan giữa các hệ số wavelets và tần số được thể hiện trong phân
tích wavelets, như hình 3.13:
- Tỉ lệ a thấp tương ứng với wavelets được nén, các chi tiết thay đổi nhanh,
tần số  cao.
- Tỉ lệ a cao tương ứng với wavelets được dãn, các đặc trưng thô thay đổi
chậm, tần số  thấp.
3.2.2. Biến đổi wavelets rời rạc:
Tính toán các hệ số wavelets ở mọi tỉ lệ là công việc khá lớn và tạo ra nhiều dữ
liệu, chỉ nên chọn một tập con các tỉ lệ và vò trí để tính toán. Nếu chọn các tỉ lệ
và vò trí theo hàm bậc hai – còn gọi là các tỉ lệ và vò trí dyadic – thì việc phân
tích sẽ hiệu quả và vẫn đảm bảo chính xác. Cách thực hiện như trên gọi là
phép biến đổi wavelets rời rạc (DWT – Discrete Wavelets Transform).
Sự khác biệt trong biến đổi wavelets rời rạc so với liên tục là các hệ số tỉ lệ s và
hệ số biến đổi  không còn liên tục nữa, mà chúng được thay bằng các số
nguyên j và k.
(3.9)
Khi đó phương trình (3.2) trở thành:
(3.10)
Biến đổi DWT của hàm f(t) là:
dtttfkjfDWT
kj

 )()(),)((
,


(3.11)
- Các xấp xỉ và các chi tiết:
Đối với nhiều tín hiệu, nội dung tần số thấp là phần quan trọng nhất, nó giúp
xác đònh tín hiệu đó. Còn nội dung tần số cao chỉ làm tăng thêm sắc thái tín
hiệu. Chẳng hạn tiếng nói con người, nếu lọc bỏ phần tần số cao thì vẫn hiểu
được, nhưng nếu lọc bỏ tần số thấp đến một mức nào đó thì không còn hiểu
được nữa.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 19
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Trong phân tích wavelets, thường đề cập đến xấp xỉ và chi tiết:
Các xấp xỉ là tỉ lệ cao, ứng với các thành phần tần số thấp của tín hiệu.
Các chi tiết là tỉ lệ thấp, ứng với các tần số cao của tín hiệu.
Quá trình lọc tại mức cơ bản của một tín hiệu có dạng như hình 3.14.
Tín hiệu gốc s đi qua 2 bộ lọc bổ phụ, chia thành 2 tín hiệu A và D. Nếu thực
hiện việc này với tín hiệu số thực thì sẽ thu được dữ liệu gấp đôi.


Hình 3.14: Lọc bổ phụ tín hiệu s
Các tín hiệu A và D rất có ích, nhưng khi đó dữ liệu tăng gấp đôi so với lúc đầu.
Có một cách tốt hơn để thực hiện việc phân tích là sử dụng wavelets. Bằng cách
xem xét cẩn thận việc tính toán, chỉ cần giữ lại một điểm trong hai của mỗi mẫu
được tạo ra mà vẫn có đầy đủ thông tin. Việc này gọi là hạ mẫu và sẽ tạo ra 2
chuỗi gọi là cA và cD.


Hình 3.15: Hạ mẫu tín hiệu sau khi lọc
Trên hình 3.15 bên trái, có 2000 mẫu so với 1000 mẫu ban đầu. Nhưng ở hình
bên phải do sử dụng hạ mẫu nên chỉ có 1000 mẫu ra. Quá trình này sẽ tạo ra
các hệ số wavelets rời rạc.

Để minh họa rỏ hơn về quá trình này, hãy thực hiện biến đổi DWT đối với một
tầng của tín hiệu. Chọn tín hiệu sin có các nhiễu tần số cao. Thực hiện theo sơ
đồ hình 3.16.
Biểu diễn trên hình này cho thấy rằng các hệ số chi tiết cD có giá trò nhỏ và
chứa chủ yếu thành phần nhiễu, còn các hệ số xấp xỉ cA chứa ít nhiễu hơn so
với tín hiệu sin ban đầu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 20
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005

Hình 3.16: Biến biến đổi DWT sóng sin có nhiễu tần số cao
- Phân tích đa cấp:
Quá trình phân tích có thể lặp lại làm cho các xấp xỉ được lần lượt tách ra, do
đó một tín hiệu được chia thành nhiều thành phần phân giải thấp hơn. Gọi là
cây phân tích wavelets, biểu diễn trên hình 3.17.


Hình 3.17: Phân tích đa cấp
Quá trình phân tích có thể được lặp lại không xác đònh, nhưng thật sự việc phân
tích chỉ tiếp tục cho đến khi các chi tiết riêng chứa đến một mẫu.
Trong thực tế, chọn số cấp phù hợp dựa trên bản chất của tín hiệu hoặc dựa vào
một tiêu chuẩn phù hợp nào đó.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 21
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
Chương 4
MẠNG NƠRON

4.1. GIỚI THIỆU VỀ MẠNG NƠRON:
4.1.1 Đònh nghóa Mạng Neuron:
Mạng nơron là một hệ thống liên kết nhiều phần tử hoạt động song song nhau.
Những phần tử này được mô phỏng theo hệ thống thần kinh sinh học con người.

Chức năng của mạng được xác đònh bởi sự kết nối giữa các phần tử. Mạng có
thể được huấn luyện bằng cách hiệu chỉnh các giá trò kết nối (gọi là các trọng
số) giữa các phần tử trong mạng để thực hiện một chức năng nào đó.
Các phần tử của mạng hoạt động giống như các tế bào thần kinh của con người,
được gọi là các nơron.

Hình 4.1: Cấu trúc một phần tử của mạng nơron
Trong đó:
X=(xo, x1, …, xn) biểu diễn cho tập hợp các ngả vào của phần tử xử lý.
W=(w1,w2,…,wn) biểu diễn cho vectơ trọng số ứng với vectơ vào X.
Mỗi ngả vào có một trọng số wi đặc trưng cho cường độ kết nối.
Các ngả vào có trọng số được lấy tổng tại phần tử xử lý theo công thức (4.1).
I=SUM(wi*xi)=W*X (4.1)
Sau đó hàm tổng được đưa qua một hàm truyền Y và tạo kết quả tại ngả ra của
phần tử xử lý. Các trọng số được thay đổi trực tiếp qua các luật học của mạng.

Hình 4.2: Cấu trúc mạng nơron
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 22
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
4.1.2 Hoạt động của mạng rơron:
Mạng nơron được hiệu chỉnh, còn gọi là huấn luyện, sao cho ứng với một ngả
vào sẽ có một ngả ra riêng biệt. Mạng được hiệu chỉnh dựa vào kết quả so sánh
giữa ngả ra và giá trò mẫu, cho đến khi ngả ra phù hợp với mẫu.
Một mạng nơron được tạo ra bằng cách kết hợp nhiều lớp nơron với nhau. Dạng
tổng quát như hình vẽ 4.3.

Hình 4.3: Kết nối các lớp của mạng nơron

Trong mạng này một số nơron sẽ giao tiếp với thế giới thực để nhận dữ liệu
vào. Một số nơron khác sẽ xuất kết quả ở ngả ra. Các nơron còn lại tồn tại ở

dạng ẩn trong mạng.
Thông thường một mạng nơron sẽ có 3 lớp: lớp vào, lớp ẩn và lớp ra. Mỗi nơron
trong lớp ẩn sẽ nhận tín hiệu từ tất cả các nơron phía trước nó, với mạng có 3
lớp thì lớp trước lớp ẩn là lớp vào, sau khi xử lý nó sẽ chuyển ngả ra tới các
nơron phía sau, với mạng có 3 lớp thì lớp sau lớp ẩn là lớp ra.
Một cách kết nối khác là hồi tiếp (feedback), như hình 4.4, trong đó ngả ra của
nơron sau sẽ nối ngược lại nơron phía trước. Cách các nơron kết nối nhau có ảnh
hưởng đáng kể đến hoạt động của mạng.


Hình 4.4: Mạng nơron có hồi tiếp


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 23
TP HỒ CHÍ MINH 30 – 08 – 2005
4.1.3 Các thành phần chính của mạng nơron:
Một mạng nơron gồm có 7 thành phần chính:
Trọng số:
Một nơron sẽ nhận cùng lúc nhiều dữ liệu vào, mỗi ngả vào sẽ có trọng số kết
nối riêng tạo ra ảnh hưởng lên ngả vào và nó cần có hàm tổng của phần tử xử
lý. Một số ngả vào được làm cho quan trọng hơn các ngả vào khác để chúng có
ảnh hưởng lớn hơn lên phần tử xử lý khi chúng kết hợp với nhau để tạo ra một
đáp ứng của nơron.
Các trọng số là những hệ số thích nghi dùng để xác đònh mật độ của tín hiệu
vào. Chúng là phép đo cường độ kết nối của một ngả vào. Cường độ này có thể
được thay đổi đáp ứng cho nhiều tập huấn luyện khác nhau, và theo một cấu
trúc riêng của mạng hoặc qua các tập huấn luyện khác nhau.
Hàm tổng:
Bước đầu tiên trong hoạt động của phần tử xử lý là tính tổng có trọng số của tất
cả các ngả vào. Về mặt toán học, các ngả vào và trọng số của chúng đều là các

vectơ, gọi là vectơ (i
1
, i
2
, …, i
n
) và vectơ (w
1
, w
2
, …, w
n
). Tổng ngả vào là tích số
của 2 vec tơ này, là một điểm. Hàm tổng được tìm bằng cách nhân mỗi phần tử
của vectơ i với phần tử tương ứng của vectơ w, rồi lấy tích các tổng này.
Vào(1) = i
1
*w
1
, (4.2)
Vào(2) = i
2
*w
2
, . . . (4.3)
Hàm tổng = i
1
*w
1
+ i

2
*w
2
+ . . . + i
n
*w
n
(4.4)
Chú ý kết quả đạt được là một số, không phải là một vectơ.
Về mặt hình học, tích bên trong của các vectơ được xem xét như độ tương đồng
giữa chúng. Nếu các vectơ cùng hướng thì tích này sẽ cực đại, các vectơ ngược
hướng thì tích cực tiểu.
Các hệ số vào và trọng số có thể kết hợp theo nhiều cách khác nhau trước khi
đưa tới hàm truyền. Bằng cách chọn mô hình và cấu trúc mạng sẽ xác đònh được
thuật toán riêng cho sự kết hợp các ngả vào.
Một số hàm tổng có thêm quá trình xử lý kết quả trước khi chuyển nó tới hàm
truyền. Quá trình này gọi là hàm kích hoạt. Mục đích của việc sử dụng hàm
kích hoạt là cho phép ngả ra của hàm tổng thay đổi theo thời gian.
Hàm truyền:
Kết quả của hàm tổng được biến đổi thành ngả ra bằng một thuật toán xử lý gọi
là hàm truyền. Trong hàm truyền, tổng số hàm tổng được so sánh với một
ngưỡng để xác đònh ngả ra của nơron. Nếu tổng lớn hơn giá trò ngưỡng thì phần
tử xử lý tạo ra một tín hiệu. Nếu tổng nhỏ hơn ngưỡng thì không tạo tín hiệu ra.
Ngưỡng này, hay hàm truyền, là phi tuyến. Hàm tuyến tính sẽ bò loại trừ vì làm
cho ngả ra tỉ lệ với ngả vào.
Mạng có thể tạo ra giá trò zero và 1, hoặc 1 và -1, hoặc +1 và -1. Hàm truyền có
thể là một ‘giới hạn cứng’ hay là một hàm bước.