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 0 3 6 1 4

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 của các dạng xung quá 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 ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 190/4, Ấp 12, Ba Trinh, Kế Sách, Sóc Trăng
Điện thoại cơ quan: 07103.894.050

Điện thoại nhà riêng: 0949.397.559

Fax:

E-mail:

II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: chính 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 hoặc môn thi tốt nghiệp: Luận văn Thiết kế cung cấp điện
cho khu dân cƣ Nam Long đi dây bằng cáp ngầm .
2. Thạc sĩ:
Hệ đào tạo: chính 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 và nhà máy điện .
Tên luận văn:

Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá 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
3. 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 của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

5. Học vị, học hàm, chức vụ kỹ thuật đƣợc chính 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
nay

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 của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng 10 năm 2012
(Ký tên và ghi rõ họ tên)

HVTH: Nguyễn Văn Khấn

iii

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và 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 đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức quý báu cho em
trong toàn khóa học.
Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn TS. Hồ Văn Nhật Chương, người đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp và
giúp em hoàn thành luận văn đúng thời hạn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình đã luôn ở bên em ủng hộ động viên cho em trong
quá trình làm luận văn được tốt hơn.
Ngoài ra tôi cũng xin cảm ơn bạn bè, các anh chị học viên cùng khóa cao học 2010
– 2012 đã động viên, khuyến khích và giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong
suốt quá trình học và thực hiện luận văn này.
Việc thực hiện đề tài luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót về
kiến thức chuyên, hạn chế về thời gian. Kính mong nhận được sự quan tâm, xem xét
và đóng góp ý kiến quý báu của Quý Thầy, Cô và các bạn để đề tài luận văn này
hoàn thiện hơn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2012
Người thực hiện

Nguyễn Văn Khấn

HVTH: Nguyễn Văn Khấn

iv

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

TÓM TẮT
Đo lƣờng cao áp là một quá trình khó khăn, phức tạp tốn kém về thời gian
cũng nhƣ tài chính. Các giá trị cao áp thƣờng đƣợc đo gián tiếp qua các thiết bị.
Trong thực tế, vấn đề đo lƣờng chính xác là vấn đề cần tập trung nghiên cứu để đƣa
ra kết quả chính xác nhất. Dựa theo một số tiêu chuẩn đo lƣờng cao áp, từ đó tìm
đƣợc các giá trị phổ tần số để từ đó đƣa ra đƣợc các thông số nhằm giúp cải tiến
chất lƣợng đo lƣờng và giúp cho nhà sản xuất sử dụng các thông số này để chế tạo
các thiết bị đo lƣờng xung cao áp càng chính xác hơn.
Trong phần luận văn này tiếp tục nghiên cứu khảo sát phổ Wavelet, tìm điều
kiện tồn tại của hàm toán học xung quá điện áp không chu kỳ. Tìm mô hình toán
học kết hợp với sử dụng các phép biến đổi Fourier và Wavelet để tìm đƣợc dạng
phổ thuận và 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 bộ phân áp và từ đó
giúp tìm đƣợc biểu thức dự đoán phổ nhanh giúp độ rộng băng thông để đo lƣờng
chính xác hơn .
Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 6 chƣơng:

 Chƣơng 1: Giới thiệu tổng quan
 Chƣơng 2: Giới thiệu phƣơng pháp tính toán gần đúng và phƣơng pháp nội suy
 Chƣơng 3: Cơ sở về phép biến đổi Fourier và phép biến đổi Wavelet
 Chƣơng 4: Các dạng xung điện áp chuẩn trong thí nghiệm
 Chƣơng 5: Phân tích phổ của các dạng xung điện áp chuẩn trong thí nghiệm
 Chƣơng 6: Chƣơng trình code tính toán phục vụ luận văn
 Chƣơng 7: Kết luận và hƣớng phát triển của đề tài

HVTH: Nguyễn Văn Khấn

v

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá 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 của các dạng xung quá 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
1.1 Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu ........................................................1
1.2 Mục đích và giới hạn của đề tài ............................................................................2
1.3 Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................................3
1.4 Điểm mới của luận văn .........................................................................................3
CHƢƠNG 2: GIỚI THIỆU PHƢƠNG PHÁP TÍNH TOÁN GẦN ĐÚNG VÀ
PHƢƠNG PHÁP NỘI SUY........................................................................................4
2. 1 Cơ sở toán học của phƣơng pháp dây cung .........................................................4
2.1.1 Phƣơng pháp dây cung .......................................................................................4
2.1.2 Các bƣớc tiến hành tính toán..............................................................................5
2.1.3 Giải thuật đƣợc tiến hành theo phƣơng pháp dây cung .....................................5
2.2 Cơ sở toán của phƣơng pháp tính tích phân gần đúng bằng công thức Simpson .5
CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ PHÉP BIẾN ĐỔI FOURIER VÀ PHÉP
BIẾN ĐỔI WAVELET ...............................................................................................8
3.1 Giới thiệu về phép biến đổi Fourier ......................................................................8
3.1.1 Biến đổi Fourier .................................................................................................8
3.1.1.1 Biến đổi Fourier liên tục .................................................................................8
3.1.1.2 Chuỗi Fourier ................................................................................................10
3.1.1.3 Biến đổi Fourier của 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 của các dạng xung quá 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 của các tín hiệu cơ bản ..........................................................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 và cắt ở thời gian Tc ...................................................23
3.2 Giới thiệu về phép biến đổi Wavelet...................................................................24
3.2.1 Giới thiệu tổng quan cơ 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 và biến đổi Fourier .................................................27
3.2.5 Cơ sở toán học của Wavelet .............................................................................29
3.2.5.1 Biến đổi Wavelet liên tục ..............................................................................29
3.2.5.2 Năm bƣớc để thực hiện 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 bộ 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 một 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 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 CHUẨN TRONG THÍ NGHIỆM ...41
4.1 Các dạng xung điện áp chuẩn trong thí nghiệm ..................................................41
4.2 Xác định mối quan hệ giữa các thông số của các dạng sóng quá điện áp không
chu kỳ ........................................................................................................................47
4.2.1 Mục đích...........................................................................................................47
4.2.2 Xác lập mối quan hệ các thông số thời gian ....................................................47
4.2.3 Khảo sát hàm số f (x) ......................................................................................49
4.2.3.1 Tìm giới hạn khi x→1 ...................................................................................50
4.2.3.2 Tìm giới hạn của f(x) khi x→0 .....................................................................50
4.2.4 Khảo sát đạo hàm f ' ( x) ...................................................................................51
4.2.4.1 Tìm giới hạn của f ' ( x) khi x  1 ................................................................52
4.2.4.2 Tìm giới hạn của f ' ( x) khi x  0 ................................................................53
4.2.5 Điều kiện tồn tại xung cao áp và dòng cao ......................................................54
4.2.6 Kết luận ............................................................................................................55
4.3 Xác định thông số cho các dạng sóng tiêu biểu ..................................................55

CHƢƠNG 5: PHÂN TÍCH PHỔ CỦA CÁC DẠNG XUNG ĐIỆN ÁP CHUẨN ..59
5.1 Biến đổi Fourier thuận và nghịch cho tín hiệu xung quá 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 của các tín hiệu xung quá 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 và cố định hệ số b=1.........................66
5.2.3 Phổ Wavelet thuận với hệ số b thay đổi và 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 bộ biến đổi điện áp bằng biến đổi Wavelet nghịch ..............................74
5.3.1 Khảo sát 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 Biểu thức dự đoán nhanh Phổ Tần của dạng xung sét chuẩn: ............................96
5.5 Phân tích phổ Wavelet với các tham số tỷ lệ và thời gian ..................................98
CHƢƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI..........................101
6.1 Các kết quả đạt đƣợc của đề tài......................................................................... 101

6.2 Hƣớng phát triển của 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 tại 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 và nghịch của 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 cơ sở của Wavelet ................................................108
1.5 Chƣơng trình phân tích xác định phổ Wavelets của các dạng xung sét............110
1.5.1 Chƣơng trình code Wavelet thuận với hệ số tỷ lệ a cố định trong miền tần số
và hệ số dịch chuyển b cố định ...............................................................................110
1.5.2 Chƣơng trình code Wavelet thuận với hệ số tỷ lệ a thay đổi trong miền tần số
và hệ số dịch chuyển b cố định ...............................................................................111
1.5.3 Chƣơng trình code Wavelet phân tích phổ tần số qua bộ phân áp của 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 của xung sét chuẩn ................115
1.5.6 Chƣơng trình code phân tích Wavelet biểu diễn hàm tỷ lệ và trong miền thời
gian .......................................................................................................................... 116

HVTH: Nguyễn Văn Khấn

x

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH

TRANG

Hình 2.1: nghiệm theo phƣơng pháp dây cung .......................................................... 4
Hình 3.1: Phổ biên độ biểu diễn F0   trong miền tần số của xung dạng hàm mũ . 22
Hình 3.2: Phổ biên độ biểu diễn F0   trong miền tần số của xung vuông ............. 23
Hình 3.3: Phổ biên độ biểu diễn F0   trong miền tần số của xung tăng tuyến tính
và cắt ở thời gian Tc .................................................................................................. 24
Hình 3.4: Biến đổi Wavelet ...................................................................................... 26
Hình 3.5: So sánh các phép biến đổi tín hiệu ........................................................... 26
Hình 3. 6: Biểu diễn biến đổi Fourier trong mặt phẳng tần số - thời gian ............... 28
Hình 3.7: Biểu diễn biến đổi Wavelet trong mặt phẳng tần số - thờigian................ 28
Hình 3.8: Phép tịnh tiến của biến đổi Wavelets ....................................................... 30
Hình 3.9: Hệ số tỷ lệ................................................................................................. 30
Hình 3.10: Minh hoạ lƣới nhị tố dyadic với các giá trị của m và 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 1 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 ) của biến đổi Haar .................................................................. 38
Hình 3.18: Hàm  (t ) của biến đổi Wavelet Hat Mexican ...................................... 38
Hình 3.19: Hàm  t  của họ biến đổi Daubechies n với n= 2, 3, 7, 8 ..................... 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 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 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 cơ sở Wavelet Mexican biểu diễn ở dạng thời gian ........................ 64
Hình 5.5: Hàm cơ sở Wavelet Mexican biểu diễn ở dạng tần số ............................. 64
Hình 5.6 và 5.7: Tiêu chuẩn Mexican Hat Wavelets
Hình 5.8: Phổ Fourier của hàm Wavelet

1
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 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 u2* (t ) tổng hợp 5 dạng sóng

TdS 1.2  20%

s ........... 84
TS
50  20%

Hình 5.23b: Giá trị điện áp u2* (t ) tổng hợp 5 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 5 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 5 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 của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

Hình 5.35b: Giá trị điện áp u2* (t ) theo tần số cao 5 dạng sóng

TdS 1.2  20%

s . 95
TS
50  20%

Hình 5.36: Dạng sóng xung sét chuẩn biểu diễn ở dạng thời gian .......................... 97
Hình 5.37a: Phân tích Phổ 3D của hệ số Wavelet của dạng sóng 1.2/50 s .......... 99
Hình 5.37b: Phân tích Phổ 3D của hệ số Wavelet của 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 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 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 ) của dạng sóng 1.2/50 ............................................... 79
Bảng 5.2: Các tần số thấp ft(Hz) sai số 0.1% của phổ Wavelet ............................... 88
Bảng 5.3: Các tần số cao fc(Hz) và băng thông Δf sai số 0.1% của 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 của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

Chƣơng 1

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu
Bƣớc vào thế kỷ 21, ngành điện Việt Nam đang có những bƣớc phát triển
đáng kể nhằm đáp ứng nhu cầu điện năng của nền kinh tế Việt Nam. Nhiều nhà máy
nhiệt điện, thủy điện, năng lƣợng tái tạo… cùng hệ thống truyền tải, phân phối điện
trung và cao áp đƣợc quy hoạch, thiết kế và xây dựng trên toàn đất nƣớc để xây
dựng một hệ thống lƣới điện quốc gia ổn định đảm bảo cho nhu cầu điện năng của
các ngành kinh tế và phục vụ đời sống sinh hoạt cộng đồng.
Vì thế việc sử dụng điện áp cao trong truyền tải điện đi xa là một điều tất yếu.
Tuy nhiên, việc truyền tải điện đi xa sẽ xuất hiện hàng loạt vấn đề về khoa học kỹ
thuật mà ngành năng lƣợng cần phải giải quyết. Một trong những vấn đề trên là đo
lƣờng các thông số điện trong lĩnh vực điện áp cao. Đặc biệt là trong hệ thống điện
điện áp cao, cần phải tiến hành nghiên cứu việc xác định chính xác các thông số
điện. Trong các phòng thí nghiệm điện áp cao, để đo lƣờng các thông số điện áp
hoặc dòng điện ngƣời ta chế tạo các thiết bị đo trực tiếp hoặc gián tiếp. Đối với điện
áp cao, dòng điện lớn thực hiện việc đo trực tiếp các thông số điện thƣờng gặp khó
khăn và tốn kém. Cho nên, trong thực tế ngƣời ta thƣờng dùng các loại thiết bị đo
gián tiếp có nghĩa là tín hiệu ghi nhận đƣợc thông qua các bộ phân áp hoặc phân
dòng. Tuy nhiên việc ghi nhận các tín hiệu càng gần với giá trị thực càng tốt, nhƣng
việc làm này không phải lúc nào cũng thực hiện đƣợc do còn tùy thuộc vào mục
đích, yêu cầu sử dụng mà phép đo thực hiện với cấp độ chính xác cho trƣớc.
Việc ghi nhận tín hiệu của các thiết bị đo thông qua việc thử nghiệm điện áp
xung, xung điện áp sử dụng trong thử nghiệm điện áp cao thƣờng có dạng không
chu kỳ và có chu kỳ thay đổi theo thời gian, đặc biệt là dạng không chu kỳ là dạng
điện áp có tính chất tăng nhanh đến giá trị cực đại và giảm dần xuống zero có chu
kỳ theo thời gian. Phần tăng nhanh đến giá trị cực đại của xung đƣợc gọi là đầu
HVTH: Nguyễn Văn Khấn

1

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương

Luận văn thạc sỹ

Nghiên cứu phổ Wavelet của các dạng xung quá điện áp không chu kỳ

sóng và phần giảm chậm đƣợc gọi là đuôi sóng. Trong hệ thống năng lƣợng ngƣời
ta sử dụng xung có đầu sóng gần nhƣ tuyến tính và dạng xung thao tác có độ dài
đầu sóng từ vài chục đến vài ngàn micro giây.
Việc đo biên độ của xung điện áp phóng điện cần phải thực hiện với sai số
không quá 1,5%-2%, nhƣng trong thực tế để nhận đƣợc độ chính xác của phép đo
xung điện áp phóng điện nhƣ thế thật không dễ, độ chính xác của thiết bị phụ thuộc
vào loại xung đo, các yêu cầu đo xung điện áp theo IEC 60-3: giá trị biên độ của
xung toàn sóng và xung cắt gần giá trị biên độ hoặc ở đuôi sóng cần phải đo với sai
số không vƣợt quá 3%.
Chính vì sự đòi hỏi độ chính xác trong đo 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”.
1.2 Mục đích và 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 chuẩn 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 bị đo xung
thao tác không chu kỳ cao thế. 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 chính xác, tránh méo dạng xung, đảm bảo

an toàn, tin cậy trong vận hành hệ thống điện cao áp.
Giới hạn của đề tài chỉ tập trung nghiên cứu:
Tổng quan về các dạng sóng cao áp không chu kỳ.

HVTH: Nguyễn Văn Khấn

2

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật 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 đó xác định đƣợc biểu thức dự 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 đáp 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
độ -tần số, xác định độ rộng băng thông

Thu thập và tham khảo các tài liệu liên quan trong và ngoài nƣớc.
Khảo sát và tham khảo các đề tài trƣớc làm cơ sở thực hiện cho đề tài.
Tham khảo các trang web và bài báo nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.
Sử dụng phần mềm Matlab để làm công cụ thực hiện các kết quả mô phỏng
của luận văn .
1.4 Điểm mới của luận văn
Tìm đƣợc mô hình toán học của xung cao áp không chu kỳ.
Tính đƣợc phổ bằng phƣơng pháp toán học phƣơng pháp nội suy và tính tích
phân gần đúng bằng phƣơng pháp tích phân Simpson.
Nhận đƣợc phổ tần số của các xung quá điện áp chuẩn không chu kỳ qua
phép biến đổi Wavelet.

HVTH: Nguyễn Văn Khấn

3

GVHD: TS. Hồ Văn Nhật Chương


S

K

L

0

0

2

1

5

4