đồ án kỹ thuật cầu đường Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phương pháp sigma-delta ứng dụng để đo sai số tần số của hệ điều chế số đơn kênh

1.2 Các bớc để đo sai số tần số Tính khả thi và sự thích nghi làm cho kiến trúc này có tính hiệu quả, phơngpháp để đo sự truyền sai số tần số của bộ điều chế số đơn kênh cho hệ thốngtru

Lời cam đoan

Đề tài luận văn của tôi là “Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phơng pháp sigma-delta ứng dụng để đo sai số tần số của hệ điều chế số đơn kênh” Luận văn bao gồm các vấn đề sau:

- Nghiên cứu cấu trúc khối chức năng cho đo lỗi tần số

- Nghiên cứu ảnh hởng của kiến trúc ADC đối với đo lỗi tần số

- Nghiên cứu về bộ chuyển đổi ADC sigma-delta

- Xây dựng bộ chuyển đổi ADC theo phơng pháp sigma- delta để đo

sai số tần số của hệ điều chế số đơn kênh

Tôi xin cam đoan luận văn này do chính tôi làm dới sự hớng dẫn củaPGS.TS Phạm Thị Ngọc Yến

Hà nội, ngày thỏng năm 2007

Học viờn

Phạm Văn Tiến

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan 1

Mục lục 2

Danh mục cỏc hỡnh vẽ và đồ thị 4

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG 1: Tổng quan Về Hệ thống 9

1.1 Kiến trúc hệ thống truyền thông 9

1.2 Các bớc để đo sai số truyền tần số 11

CHƯƠNG 2: Kiến trúc khối chức năng 20

2.1 Lý thuyết cơ bản của phơng pháp đo lỗi tần số 20

2.2 Cấu trúc khối chức năng 26

CHƯƠNG 3: ảnh hởng của kiến trúc adc 39

3.1 đặc trng thiết kế của kiến trúc adc 39

3.1.1 Kiến trúc ADC song song 39

3.1.2 Bộ điều chế lặp lợng tử hoá Sigma-delta 41

3.1.3 Bộ điều chế ép nhiễu ΣΔ (MASH)MASH)) 46

3.2 Hớng đo lỗi 47

CHƯƠNG 4: tổng kết 65

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC Danh mục cỏc hỡnh vẽ và đồ thị Trang Hỡnh 1.1: Sơ đồ cấu trỳc của hệ thống 10

Hỡnh 1.2: Sơ đồ của bộ điều chế ΣΔ thứ nhất 15

Hình 1.3: Các dạng ngắn mạch 16

Hình 2.1: Mô hình chia điện áp để tính toán sụt áp

21 Hình 2.2: Sáu kiểu của dạng sụt áp 3 pha không đối xứng 24

Hình 2.3: Dạng điện áp khi sự cố sụt áp trên một pha 25

Hình 2.4: Dạng điện áp khi sự cố sụt áp 3 pha đối xứng 25

Hình 2.5: Dạng sóng điện áp khi sự cố 3 pha không đối xứng 25

Hình 2.6: Dạng sóng điện áp khi sự cố ngắt trên một pha 26

Hình 2.7: Đường cong từ hoá và Vòng trễ của lõi biến áp 27

Hình 2.8:Dạng sóng điện áp quá độ khi đóng điện vào trạm tụ độc lập 29

Hình 2.9: Dạng sóng dòng điện quá độ khi đóng điện vào trạm tụ độc lập 30

Hình 2.10: Dạng sóng điện áp trên tụ khi quá độ đóng trạm tụ song song 30

Hình 2.11: Dạng sóng dòng điện chạy qua tụ khi đóng vào trạm tụ song song 30

Hình 2.12: Dạng sóng điện áp khi xảy ra hiện tượng phóng điện trước 31

Hình 2.13: Dạng sóng dòng điện khi xảy ra hiện tượng phóng điện trước 31

Hình 2.14: Dạng sóng điện áp khi xảy ra hiện tượng phóng điện lặp lại 32

Hình 2.15: Dạng sóng dòng điện khi xảy ra hiện tượng phóng điện lặp lại 32

Hình 2.16: Thư viện linh kiện của chương trình ATP 35

Hình 2.17: Cấu trúc các mô đun của chương trình ATP-EMTP 35

Hình 2.18: a) Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu, b) sơ đồ mạch thực hiện bởi ATP Draw 36

Hình 2.19: Minh hoạ quá trình vẽ mạch trên ATP 37

Hình 2.20: a) Sơ đồ nguyên lý, b) Mạch mô phỏng bằng ATP 37

Hình 3.1: Một số dạng hàm wavelet cơ bản 45

Hình 3.2: Hình ảnh mô phỏng sự biến đổi tín hiệu sử dụng hàm wavelet 45

Hình 3.3: Một vài dạng mother wavelet họ Daubechies 46

Hình 3.4: Vòng quay liên tục của bộ lọc Kalman rời rạc 51

Hình 3.5: Hoạt động của lọc Kalman 53

Hình 4.1: Mạch thực hiện mô phỏng hiện tượng sụt áp một pha 66

Hình 4.2: Dạng sóng dòng điện khi xảy ra hiện tượng sụt áp 66

Hình 4.3: Ước lượng biên độ điện áp sử dụng lọc Kalman 1 sụt áp một pha với 6 thành phần điều hoàbậc lẻ 67

Hình 4.4: Ước lượng biên độ điện áp sử dụng lọc Kalman 1 sụt áp một pha với 12 thành phần điều hoà bậc lẻ 68

Hình 4.5: Ước lượng biên độ điện áp sử dụng lọc Kalman 2 sụt áp một pha, phân tích với 6 thành phần sóng hài bậc lẻ 69

Hình 4.6: Mạch thực hiện mô phỏng hiện tượng sụt áp ba pha đối xứng 70

Hình 4.7: Dạng sóng điện áp khi xảy ra hiện tượng sụt áp trên ba pha đối xứng 70

Hình 4.8: Ước lượng biên độ điện áp sử dụng lọc Kalman 2 - sụt áp ba pha đối xứng 71

Hình 4.9: Mạch thực hiện mô phỏng hiện tượng sụt áp ba pha không đối xứng 72

Hình 4.10: Dạng sóng điện áp khi xảy ra hiện tượng sụt áp ba pha không đối xứng 73

Hình 4.11: Ước lượng biên độ điện áp sử dụng lọc Kalman 2 - sụt áp ba pha đối xứng 73

Hình 4.12: Mạch thực hiện mô phỏng hiện tượng ngắt 74

Hình 4.13: Dạng sóng điện áp khi sự cố ngắt trên một pha 75

Hình 4.14: Ước lượng ngắt trên một pha sử dụng mô hình lọc Kalman 2 75

Hình 4.15: Mạch thực hiện mô phỏng hiện tượng quá áp 75

Hình 4.16: Dạng sóng điện áp khi sự cố ngắt trên một pha 76

Hình 4.17: Ước lượng trạng thái quá áp trên một pha sử dụng mô hình lọc Kalman 2 với 6 thành phần sóng hài bậc lẻ 77

Mở đầu

Những thành tựu đạt đợc trong lịch sử phát triển của ngành đo lờngcũng nh công nghiệp âm thanh, đặc biệt trong những năm gần đây đã cónhững gắn bó mật thiết với nhau Xử lý tín hiệu cũng nh việc truyền tín hiệu

để sao cho chất lợng tốt cần một công cụ, phơng pháp chuyển đổi tín hiệu là

ổn định nhất và sai số cũng nh lỗi là thấp nhất

Trong tất cả các ngành công nghiệp có liên quan đến tín hiệu hay tần số

đều biết đến tầm quan trọng của phơng pháp này Sự sai số của tần số quyết

định thông tin mà chúng ta truyền tải có đúng nh chúng ta mong muốn haykhông ?

Và hiện nay phơng pháp hiện đang đợc sử dụng phổ biến trên thế giới,nhất là trong lĩnh vực xử lý âm thanh, đó là sử dụng bộ điều chế ADC delta-sigma để đo lỗi tần số truyền trong bộ điều chế số đơn kênh, phơng pháp này

đợc đánh giá cao và coi nó một công cụ mới cho ngành thiết bị đo lờng tiêntiến Phơng pháp này đã đợc đề cập tới trong bài báo có nhan đề : ΣΔ ADC-Based Frequency-Eror Measuarement in Single-Carrier Digital Modulations.VOL.55 NO.5 OCTOBER 2006, trên tạp chí IEEE

Từ những phân tích và ý nghĩa khoa học cũng nh thực tiễn của phơngpháp này, tôi quyết định lựa chọn đề tài luận văn nghiên cứu

Luận văn bao gồm 4 chương :

Tuy nhiờn, do những hạn chế về kiến thức cũng như thời gian thựchiện, luận văn này chắc chắn cũn nhiều thiếu sút Tụi rất mong nhận được sựphờ bỡnh đúng gúp ý kiến của cỏc thầy cụ, và cỏc bạn

Tụi xin chõn thành cảm ơn

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN HỆ THỐNG

1.1 Kiến trúc hệ thống truyền thông

Vài năm trớc, những chức năng của hệ thống radio đợc thực hiện bằng phầnmềm, sự đi đầu là hớng tới phần mềm radio (MASH)SR) Trong quá trình nhận của

SR, tín hiệu đến đợc chuyển sang dạng số bởi bộ chuyển đổi tơng tự sang số(MASH)ADC) và sử dụng kỹ thuật phần mềm để giải điều chế [1] Những lợi ích củaphơng pháp này chứa đựng công dụng đơn lẻ để thực hiện những chức khácbằng chạy chơng trình đơn giản khác Kết quả chính là có đợc kiến trúc phầncứng có thể ứng dụng SR [2] bằng hệ thống truyền thông

Kiến trúc chung của SR đã đợc lấy làm tài liệu và có lợi ích phổ biến trong

Hỡnh 1.1 : Sơ đồ cấu trỳc của hệ thống.

công nghiệp truyền thông [1], [2] đợc cấu thành bởi 3 khối chức năng chính

3) khối xử lý dải tần cơ sở đợc thực hiện bởi bộ xử lý tín hiệu số (MASH)DSP)

H)ớng nghiên cứu hiện tại là thực thi việc chuyển đổi số tới antenna [3]

1.2 Các bớc để đo sai số tần số

Tính khả thi và sự thích nghi làm cho kiến trúc này có tính hiệu quả, phơngpháp để đo sự truyền sai số tần số của bộ điều chế số đơn kênh cho hệ thốngtruyền thông [4]

Phơng pháp này đòi hỏi việc xử lý tín hiệu đến theo tuần tự các bớc sau:1) chuyển đổi đầu ra của các tín hiệu dải tần cơ sở

2) ớc lợng của cả hai trong pha (MASH)I) và góc lệnh pha (MASH)Q)

Cả 3 bớc này phối hợp tốt với khối chức năng của kiến trúc SR

Tầm quan trọng trong phơng pháp này đã đợc minh chứng bởi thống nhất tiếngần tới

1) Tín hiệu khuyếch đại, điều chế khuyếch đại góc lệch pha M-ary QAM), và khuyếch đại pha M-ary (MASH)M-ASK)

(MASH)M-2) Tách biệt ra Góc tín hiệu và chuyển pha M-ary (MASH)M-PSK)

Ngoài ra nó thể hiện việc thực thi với giải pháp có thể thục hiện trong tài liệu[5] -[10] Thực vậy, tuỳ tín hiệu hay tỉ số nhiễu (MASH)SNR) giá trị tới 10dB, chiềuhớng lỗi lớn nhất của bộ điều chế ASK, PSK và QAM [4]

Lu ý đến sự thực hiện của phơng pháp, thiết kế của cả 2 kiến trúc ADC

và DDC là một sự cân bằng giữa tính lợi ích của công nghệ và cả độ chínhxác, độ nhạy của đo lỗi tần số Những điều này là khía cạnh quan trọng để đavào bản báo cáo và nghiên cứu trớc khi thực hiện bởi tính khả thi của côngnghệ

Trong trờng hợp này, bài báo đề cập tới tác động của kiến trúc ADCtrong việc đo lỗi truyền tấn số Thực vậy, dựa vào chi phí cao của mẫu ADCmới, kết quả rút ra đơc từ những kiến trúc mô phỏng khác là một giải phápthực tế cho việc lựa chọn đúng kiến trúc

Chú ý sự giới hạn của kiến trúc ADC trong SR[11] – [7] và khả năng

l m việc của công nghệ hiện nay Trong tràm việc của công nghệ hiện nay Trong tr ờng hợp này, chúng là pipelineADC và băng thông Sigma-delta Giữa chúng, ADC băng thông dựa trên sựlặp lợng tử hoá đơn SQL và nén nhiễu đa trạng thái (MASH)MASH)) là đa vào bảnthống kê Cả hay loại có tác dụng trong các cách khác nhau để đo lỗi truyềntần số đơn kênh bởi vì bộ lợng tử hoá nhiễu và nén nhiễu khác nhau theo kiếntrúc khác nhau

Trong phần tiếp theo, sự mô tả của phơng pháp cho đo lỗi tần số là gắn gọncăn cứ vào lợi ích toàn vẹn Kế tiếp, sơ đồ khối của thiết kế kiến trúc ADC đểthực hiện tầng IF của SR Và cuối cùng, kết quả đợc kiểm tra số học tiến hànhnghiên cứu tỉ mỉ ảnh hởng của kiến trúc ADC trong việc đo lỗi truyền

CHƯƠNG 2

Kiến trúc khối chức năng

Chế độ hoạt động bình thờng của chuyển đổi, module tín hiệu ở bộ tần số

RF đợc tăng gấp bội bởi chế độ hình sin cùng với tần số f Trong chế độ này,phổ của module tín hiệu đợc chuyển đổi cân bằng lợng tần số f Nếu tần sốnày là cân bằng khi truyền, tín hiệu đợc lọc để loại trừ ảnh hởng phản chiếu

đối với tần số Nyquist Tín hiệu thu đợc từ đầu ra bộ lọc chuyển đổi chính xáctrong việc truyền tần số, độ chênh lệch fsh = fc-fo có thể là thuộc tính của tìnhtrạng lỗi truyền tần số

Lỗi này có thể đợc đánh giá bằng đờng dốc của đờng thẳng miêu tả pha điềuchế tín hiệu sau chuyển đổi trong dải tần cơ bản

Khi lỗi tần số mang fsh xuất hiện, tín hiệu sd(MASH)t) đáp ứng cho bộ điều chế số đơnkênh M-ASK, M-PSK, và M-QAM đợc phân tích thành:

sd(MASH)t) = 

k Akej(MASH)2πfsh +ψ)g(MASH)t-kTs)

Ak là giá trị phức trong công thức ký hiệu chuyển đổi, ψ là độ dịch pha truyền,

Ts là ký hiệu cho thời gian, g(MASH)t) là tín hiệu năng lợng hạn chế với khoảng thời

gian Biểu thức của Ak cho bộ điều chế M-ASK, M-PSK, và M-QAM căn cứvào [4] Đối số của sd(MASH)t) là

arg(MASH)sd(MASH)t)) = 2πfsht + ψ + φi

φi là góc thứ i của ký hiệu bộ truyền và có thể có giá trị φi = hằng số cho ASK, φi = 2πi/M cho M-PSK, và φi = atan(MASH)bk/ak) cho M-QAM Bám theo hìnhdạnh của arg(MASH)sd(MASH)t)), nó có

ph-ơng của arg(MASH)sd(MASH)t)) của hai

thẳng với các bớc thêm vào nguyên nhân bởi sự thay đổi Đờng dốc của đờngthẳng cho thấy lỗi của tần số [4]

Hình 1.2: Sơ đồ của bộ điều chế ΣΔ thứ nhất

Trớc tiên theo theo lý thuyết cơ bản, sự thực hiện của phơng pháp trên yêu cầucủa thiết bị đo thực hiện lần lợt theo các bớc sau:

1 Chuyển đổi xuống trong băng thông cơ bản của đầu vào tín hiệu;

2 Ước lợng giá trị các thành phần của I và Q điều chỉnh tín hiệu để cho phép tính toán góc của băng thông tín hiệu;

3 Ước lợng của đờng dốc hớng pha để xác định lỗi tần số

Trớc 3 bớc thực hiện với nguyên tắc cơ bản thực thi trong kiến trúc SR Nh là

hệ quả, hình 3 các tầng của ADC, DDC, DSP đợc rút ra từ kiến trúc SR tới thực thi phơng pháp đo lỗi tần số đơn kênh

Từ ấy tín hiệu đợc xử lý đơn giản hơn và dễ thực thi ở băng thông cơ bản, tín hiệu số sau chuyển đổi lần thứ nhất Chuẩn sau DDC sau ADC[1], so sánh với tín hiệu tơng tự trớc ADC, là giá trị đầy đủ IQ dễ dàng thực hiện Thành phần

IQ ở đầu ra DDC, đợc xác định nghĩa của trộn lẫn số và tín hiệu đầu vào phụ thuộc chủ yếu vào:

1 Ký hiệu chuyển đổi ;

tần số

H)ình 3 Tỉ số nhiễu SNR qua các mức ΣΔ ADC

Thành phần IQ thứ hai là đầu vào khối tiếp theo dành cho tính toán của pha Nếu khối này là thực hiện bởi DSP, DDC có thể thực hiện bằng phần mềm vì vậy điều chế có thể dễ dàng phỏng theo yêu cầu mới Phần cứng thực thi có thể thích nghi sử dụng khi ở mứu cao cho sự thực hiện Việc số hoá bởi DDC

có thể thực hiện bằng phần cứng theo công nghệ hiện nay

Trớc kia, kiến trúc DDC có thể cung cấp cả hai giải động cao và đờng thẳng cao bị giới hạn bởi đầu vào băng thông thấp Ngày nay, sự tích hợp các thành phần của công nghệ mới làm tăng tốc độ của chu kỳ chuyển đổi lên vài triệu mẫu mỗi giây Tuy nhiên, trạng thái hiện nay của công nghệ khó thể hiện để cung cấp cho băng thông RF [3] Thực tế, truyền tần số của điều chế tín hiệu

là tỉ H)ezt, và do vậy, ADC phải sử dụng rất tần số mẫu rất lớn, hàng trăm hoặchàng nghìn lần truyền tần số Với sự giới hạn này, chức năng tới hạn của kiến trúc khối trong hình 3 đợc kiểm tra Đặc biệt hiệu quả của ADC trong việc đo lỗi truyền tần số đã đợc phân tích, và kiến trúc của ADC là đa ra giả thuyết rằng nó có thể thực hiện đợc với công nghệ đang tồn tại

Bên ngoài của tín hiệu đầu vào s(t) trong hình.3 là: 1 Truyền tần số từ dải của

IF theo công nghệ ở thời điểm đó

2 Điều chế số theo sơ đồ M-ASK, M-QAM và M-PSK

Theo nghiên cứu gần đây dựa vào tài liệu [11]-[14], ba kiến trúc khác nhau của ADC có thể gắn vào bộ đếm Thứ nhất là thể hiện kiến trúc ống ở hình 4(MASH)a) [15]

Thứ 2 là kiến trúc cơ bản ΣΔBP trên bộ điều chế SQL hình 4(MASH)b) [16] Đây là

bộ điều chế có kiến trúc đa phản hồi (MASH)MFB) với số lợng bít đơn Sự cộng hởng

trong bộ lọc lặp lại đợc thực hiện bởi giao thức trễ kép (MASH)DD) Sự cộng hởng

DD chứa đựng của sự trễ kép trong dải với một phần phản hồi

Kiến trúc thứ 3 là ΣΔBP cơ bản trên bộ điều chế MASH) [17] hình 4(MASH)c) H)oạt

động với hai Module ΣΔ Kiến trúc MASH) chứa đựng trạng thái trong các tầng, mỗi một phần tạo thành một SQL Mỗi một trạng thái là phần bởi số l-ợng lỗi xuất hiện từ một u tiên Cấu hình này tăng khả năng thực hiện trong băng thông của bộ chuyển đổi và sự cho phép của chúng tăng số lợng ảnh h-ởng của bít (MASH)ENOB) Nh là một kết quả, tăng độ phân giải của bít làm tăng độchính xác đánh giá lỗi tần số Cả kiến trúc ΣΔBP bộ điều chế có tần số trung

[16] giá trị f s /4 với fs là tần số mẫu

Kiến trúc chung của DDC đợc thể hiện trên sơ đồ khối hình 5 Nó đợc

nhân bởi sử dụng tín hiệu hình sin với tần số f 0 Trong trờng hợp của bộ điều

chế ΣΔ BP tín hiệu phải đợc chuyển vào bộ đếm với tần số dải trung (MASH)fW) Bởi

vì điều này quan hệ tới fs bởi quan hệ fW = fS/4, quan hệ f0 = fS/4 đợc thể hiện trong kiến truc hình 3 Mặc dù vậy, nó có thể không phải lỗi truyền tần số đợc

đánh giá bằng khoảng cách giữa tần số trung tâm của bộ điều chế ΣΔ BP và tần số thực của tín hiệu điều chế

Để đạt đợc thành phần IQ của băng thông cơ bản tín hiệu đầu vào chuyển

đổi, đầu ra của cả bộ điều chế và ADC ống dẫn là bộ nhân bởi chuỗi 1, 0, -1,

0, 1, , cho thành phần I và bởi chuỗi 0, 1, 0, -1, 0, 1, , cho thành phần Q

1 Chuỗi 1, 0, -1, 0, 1, , tạo từ cos(MASH)Πn/2), n= 0,1, ,N, và tơng ứng với mẫu

ở tần số fS của hàm đơn vị cos(MASH).) , nó đợc định nghĩa trong miền thời gian ở tần số fS/4 tới dải tần số trung của bộ điều chế

2 Chuỗi 0, 1, 0, -1, 0, 1, , tạo ra từ sin(MASH)Πn/2), với n = 0, 1, , N, và tơng ứng với mẫu ở tần số fS của hàm đơn vị sin(MASH).), nó đợc định nghĩa trong miền thời gian ở tần số fS/4

Bởi vì đầu ra của hai bộ điều chế ΣΔ BP trong bảng thống kê chỉ đợc thể hiện duy nhất là 1 bit, nh hình 6, bộ nhân đơn giản đặc biệt với ADC ống Quả thực, điều cuối cùng đợc mô tả bởi đầu ra với độ phân giải đa bit

Ngoài ra, bộ lọc xung hữu hạn trong DDC [18] đợc sử dụng truyền thànhphần cao tần và thay đổi độ phân giải đầu ra số

Các phép đo từ các hệ thống phân phối giống như việc mô phỏng được sửdụng để chỉ ra các kiểu sự cố khác nhau Xác định biên độ điện áp của thànhphần tần số cơ bản và các thành phần sóng hài của điện áp và quan hệ giữa 3pha Các sự cố có thể chia thành các nhóm sau:

 Các sự cố liên quan tới hư hỏng:

 Các sụt áp

 Quá áp

 Các ngắt

 Các sự cố liên quan tới đóng cắt:

 Sự khởi động của động cơ điện cảm ứng

 Sự bão hoà máy biến áp

Các sụt áp là các biến đổi khoảng thời gian ngắn về điện áp RMS do ngắnmạch, quá tải, và sự khởi động các động cơ lớn Các vấn đề liên quan tới sụt

áp đang ngày càng được quan tâm nhiều hơn bởi chúng là nguyên nhân gây racác tác động không mong muốn lên các thiết bị nhạy cảm như: thiết bị có khảnăng thay đổi tốc độ, thiết bị điều khiển quá trình, máy tính… Một vài phầncủa thiết bị sẽ ngắt khi điện áp rms giảm xuống dưới 90% và kéo dài tới 1hoặc 2 chu kỳ Mặc dù sụt áp không gây nhiều thiệt hại cho phía người tiêu

dùng như sự cố ngắt, nhưng những đánh giá về thiệt hại do các sụt áp gây ravẫn được quan tâm nhiều hơn do các sụt áp trong thực tế thường xảy ra nhiềuhơn so với các ngắt Do đó, việc đánh giá chính xác các tác động của các sụt

 Kiểu hư hỏng (các kiểu ngắn mạch, hư hỏng cách ly,…)

 Điện trở của sự hư hỏng

 Khoảng cách tới điểm hư hỏng

 Cấu trúc hệ thống

Tính toán độ lớn của sụt áp do hư hỏng tại một điểm nào đó trong hệ thốngphân phối yêu cầu điểm nối chung giữa điểm hư hỏng và tải (PCC) phải đượctìm ra

Hình 2.1: Mô hình chia điện áp để tính toán sụt áp

Trong đó:

Zo: là điện trở nguồn

Z1: là điện trở giữa PCC và sự hự hỏng (bao gồm cả điện

trở hư hỏng

E Z Z

Z

V dip

1 0

1



Với E là điện áp nguồn

Ta thấy các hư hỏng gần với PCC sụt áp sẽ lớn hơn (Z1 nhỏ hơn) Điện ápsụt nhỏ với các nguồn cung cấp yếu hơn (Z0 lớn hơn)

Zo

PCC

Load Z1

Tuỳ theo các kiểu hư hỏng ta chia làm hai kiểu sụt áp:

Sụt áp đối xứng (với ngắn mạch ba pha hoặc ba pha chạm đất)

Đặc điểm sụt áp gây ra bởi hư hỏng 3 pha: tất cả 3 pha đưa ra cùng đặc tính.Điện áp trở lại giá trị bình thường sau khi hoạt động loại bỏ hư hỏng đượcthực hiện Việc phục hồi điện áp nhanh

Sụt áp không đối xứng (với một pha chạm đất hoặc hai pha chạm đất, ngắnmạch hai pha)

Khoảng thời gian sụt áp:

Khoảng thời gian sụt áp do hư hỏng phụ thuộc vào hệ thống bảo vệ Nóbằng thời gian yêu cầu cho thiết bị loại bỏ hư hỏng hoạt động sau khi nhậnmột tín hiệu ngắt từ rơle bảo vệ Mục đích của hệ thống bảo vệ là cách lyphần hệ thống ở đó xảy ra hư hỏng

NHẬN XÉT: Qua phân tích ở trên các sụt áp gây ra do lỗi hệ thống bao

số (tính theo %) giữa điện áp RMS lớn nhất trên cả quá trình quá áp và giá trịđiện áp bình thường

 Sự quá áp này sẽ có thể tồn tại và tiếp tục kéo dài ngay cả khi đã loại

bỏ sự cố

 Phụ thuộc vào sự nối đất của hệ thống

 Với một hệ thống hoàn toàn không nối đất, sự quá điện áp bằng điện

áp dây của hệ thống (có thể tăng lên đến 173%)

2.1.4 Các sụt áp đa bậc.

Các sụt áp đa bậc do các hư hỏng gây ra, nhưng chúng đưa ra độ lớn vềđiện áp ở các mức khác nhau trước khi điện áp trở về giá trị bình thường Cácbậc này trong độ lớn sụt áp có thể do các thay đổi trong cấu trúc hệ thống khi

hệ thống bảo vệ cố gắng cách ly sự hư hỏng, hoặc các thay đổi do hư hỏng tựnhiên

Phân tích một số lượng lớn các phép đo chỉ ra rằng khoảng 20% các sụt ápgây ra do hư hỏng là nhiều bậc

Phương pháp xác định đặc tính sụt áp.

Các sụt áp lan truyền trong hệ thống và các đặc tính của chúng thay đổinhư khi chúng chuyển đổi qua máy biến áp Theo như phương pháp này thì sựkhác biệt cơ bản giữa các loại sụt áp được phân thành 3 kiểu: A, C và D:Kiểu A: sự rơi điện áp cân bằng trên cả 3 pha

Kiểu C: rơi áp trên 2 pha

Kiểu D: sự sụt áp lớn trên một pha và sụt áp nhỏ hơn trên các pha còn lại.Cần một sự phân chia nhỏ hơn với kiểu C và D bao gồm một pha đối xứng(Pha có sự sụt áp lớn hơn trong kiểu D, và pha không có sụt áp trong kiểu C).Kết quả là có 6 kiểu sụt áp không đối xứng ba pha được chỉ ra trong hình sau:

Hình 2.2: Sáu kiểu của dạng sụt áp 3 pha không đối xứng.

xuất phát từ biên độ điện áp và góc pha điện áp của 3 pha, người ta phân chiathành các loại sụt áp khác nhau, có 7 loại sụt áp như trong hình trên, sụt ápđối xứng được gọi là sụt áp loại A, sụt áp trên cả 3 pha là bằng nhau

Sụt áp loại C biểu diễn sự rơi điện áp giữa 2 pha

Kiểu Ca là khi sụt áp giữa hai pha b và c

Kiểu Cb là khi sụt áp giữa hai pha a và c

Kiểu Cc là khi sụt áp giữa hai pha a và b

Sụt áp loại D biểu diễn sự rơi điện áp trong một pha

Kiểu Da là khi sụt áp trên pha a

Kiểu Db là khi sụt áp trên pha b

Kiểu Dc là khi sụt áp trên pha c

(file sa1p.pl4; x-var t) v:XX0025 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 [s] 0.15 -8000

Hình 2.3 Dạng điện áp khi sự cố sụt áp trên một pha

(file sa3pdx.pl4; x-var t) v:X0015A v:X0015B v:X0015C 0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 [s] 0.15 -20

Hình 2.4 Dạng điện áp khi sự cố sụt áp 3 pha đối xứng

(file sutap3phakdx.pl4; x-var t) v:X0011A v:X0011B v:X0011C 0.0 0 0 03 0.06 0.0 9 0 12 [s] 0.15 -25.00

2.1.5 Các hư hỏng và các ngắt:

Khoảng thời gian xảy ra ngắt tương ứng với chu kỳ trong đó giá trị RMSthường nhỏ hơn 1% giá trị điện áp thông thường

Các hư hỏng là nguyên nhân của các sụt áp truyền đi trong hệ thống

Mạch mô phỏng và dạng sóng điện áp khi xảy ra sự cố ngắt :

(f ile ngat pl4; x-v ar t) v :XX0023

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000

8000 [V]

Hình 2.6 Dạng sóng điện áp khi sự cố ngắt trên một pha

2.2 CÁC SỰ CỐ ĐIỆN ÁP LIÊN QUAN ĐẾN ĐÓNG CẮT THIẾT BỊ ĐIỆN.

2.2.1 Khởi động động cơ điện cảm ứng.

Khởi động động cơ điện cảm ứng lớn là một nguyên nhân dẫn đến các sụt

áp Đây là một vấn đề đáng quan tâm khi thiết kế hệ thống cung cấp điệntrong công nghiệp Trong quá trình khởi động động cơ điện cảm ứng, sẽ tạo ramột dòng điện lớn gấp 5-6 lần dòng điện thông thường Dòng điện này duy trìcho đến khi động cơ đạt đến tốc độ thông thường Quá trình này sẽ tồn tại từvài giây đến một phút Các đặc tính của sụt áp tương ứng phụ thuộc vào đặcđiểm của động cơ điện cảm ứng (kích thước, phương pháp khởi động, tải, )

và khả năng của hệ thống tại điểm mà ở đó động cơ điện được nối vào Độlớn sụt áp phụ thuộc vào các thông số của hệ thống

Độ lớn của sụt áp do khởi động động cơ điện thường nhỏ hơn 0.85%puKhoảng thời gian của sụt áp do khởi động động cơ phụ thuộc vào một sốcác thông số của động cơ Quan trọng nhất là quán tính động cơ Khoảng thời

gian sụt áp bị kéo dài nếu các tải động cơ khác được nối trong cùng một bus,khi đó chúng sẽ giữ điện áp thấp lâu hơn nữa.

Sụt áp là đối xứng: ba pha sụt áp bằng nhau và phục hồi chậm theo cùngmột cách bởi vì dòng khởi động của động cơ là như nhau với tất cả các pha

2.2.2 Sự bão hoà máy biến áp.

Sự bão hoà máy biến áp cũng là một nguyên nhân gây sụt áp Điều cần chú

ý nhất ở đây là các tác động của dòng đưa vào các rơ le bảo vệ của biến áp đó.Sụt áp là nguyên nhân dòng điện từ hoá đưa vào có thể trong một khoảng thờigian và dẫn đến sự bão hoà điện áp nhiều hơn Độ lớn của các sụt áp này phụthuộc vào các thành phần: điểm trên sóng tại đó xảy ra sự chuyển đổi, độ lớncủa nguồn, từ thông dư trong lỗi sắt và sự suy giảm của mạng

Hình 2.7: Đường cong từ hoá và Vòng trễ của lõi biến áp

Khi máy biến áp hoạt động ở chế độ không tải, dòng điện từ hoá cần thiết

để duy trì từ thông trong lõi sắt thường chỉ là một vài phần trăm giá trị bìnhthường của dòng tải Trong các điều kiện ở trạng thái xác lập, dòng điện daođộng trong khoảng  Imax, khi đó từ thông Φ thay đổi giữa   max

Trong quá trình hoạt động, khi có một sự thay đổi về điện áp giữa các đầudây của máy biến áp, thì một quá trình quá độ sẽ xảy ra làm thay đổi từ thôngtrong lõi sắt, dẫn tới trạng thái xác lập mới Thông thường sự quá độ này là

nguyên nhân khiến cho từ thông vượt quá giá trị bão hoà trong một chu kỳ,cho tới khi giá trị trung bình của từ thông (Φ) trên một chu kỳ giảm tới gầnkhông Sự tăng tạm thời từ thông của lõi biến áp là nguyên nhân gây ra sựtăng cao giá trị của dòng từ hoá Sự tăng này có tính không đối xứng cao vàgiảm theo hàm mũ

Các trường hợp bão hoà máy biến áp:

Tách riêng các trường hợp bão hoà máy biến áp trong quá trình hoạt động,

ta có thể thấy rõ hơn các nguyên nhân gây ra bão hoà máy biến áp:

Khi biến áp khác ở gần bão hoà Hiện tượng đó được gọi là sự tương hỗ và

nó là nguyên nhân của các quá áp tạm thời trong thời gian kéo dài

Do sét Sét có thể kéo biến áp vào trạng thái bão hoà do xung điện áp gây

ra Trong trường hợp này các dòng từ hoá cao được tạo ra có thể làm nổ cầuchì mặc dù nó không phải một tình huống hư hỏng

Sụt tải, trường hợp thực tế chỉ ra ở những nơi các sự quá áp các thành phầnsóng hài cao được tạo ra do bão hoà máy biến áp sau khi sụt tải phụ thuộc vào

sự cộng hưởng của hệ thống

Từ tính trái đất cảm ứng ra các dòng điện

Các phép đo bão hoà máy biến áp

Các phép đo phân tích sụt áp do bão hoà máy biến áp được thực hiệntương đối phổ biến trong suốt quá trình hoạt động của máy biến áp, ngay cảsau khi hoạt động loại bỏ lỗi đã kết thúc Các phép đo này chỉ ra rằng quátrình phục hồi điện áp hầu hết là theo quy luật hàm mũ (sự suy giảm theo hàm

mũ của dòng từ hoá) Tuy nhiên, một hằng số thời gian không đủ để mô tảhiện tượng này bởi vì độ tự cảm kéo theo là không tuyến tính

2.2.3 Đóng cắt trạm tụ bù.

Ngày nay, các trạm tụ bù với công nghệ không dùng cầu chì dần được đưavào lắp đặt rộng rãi trong mạng lưới điện truyền tải, phân phối tại nhiều nước,trong đó có Việt Nam Trong quá trình vận hành, hiện tượng quá độ với cácxung dòng điện, cùng các quá điện áp xảy ra khi thực hiện các thao tác đóngcắt trạm tụ bù gây ra tác động rất xấu đối với bản thân trạm tụ, đồng thời gây

tác động không tốt đến chất lượng điện năng cung cấp cho các phụ tải côngnghiệp.

a) Quá độ khi đóng điện trạm tụ làm việc độc lập:

Khi đóng điện vào trạm tụ bù , chênh lệch giữa điện áp tức thời của lướiđiện và của tụ sẽ làm xuất hiện một xung dòng và xung điện áp có biên độ cóthể rất lớn, phụ thuộc vào thời điểm đóng điện Giá trị của xung dòng và tần

số dao động được tính theo biểu thức:

L C Uc Us

I pl   / (2.2)

LC

f

 2

1

Trong đó

US: điện áp (pha) tức thời của hệ thống (kV)

UC: điện áp (pha) tức thời trên giàn tụ (kV)

250 [kV]

Hình 2.8Dạng sóng điện áp quá độ khi đóng điện vào trạm tụ độc lập

(f ile tramtudoclap.pl4; x-v ar t) c:XX0011-XX0019

0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 [s] 0.15 -3000

-2000

-1000

0 1000

2000

3000

[A]

Hình 2.9 Dạng sóng dòng điện quá độ khi đóng điện vào trạm tụ độc lập

b) Quá độ khi đóng điện vào trạm tụ song song.

Khi đóng một trạm tụ vào lưới có những trạm tụ khác nhau đang làm việc

150 [kV]

Hình 2.10 Dạng sóng điện áp trên tụ khi quá độ đóng trạm tụ song song

(f ile tramtusongsong.pl4; x-v ar t) c:XX0029-XX0027

0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 [s] 0.15 -1200

-800 -400 0 400 800

1200 [A]

Hình 2.11 Dạng sóng dòng điện chạy qua tụ khi đóng vào trạm

tụ song song

c) Quá độ với hiện tượng phóng điện trước (prestrike):

Trong quá trình đóng của các tiếp điểm, điện trường giữa 2 tiếp điểm sẽtăng rất mạnh và khi độ bền cách điện của lớp điện môi trong máy cắt khôngchịu nổi, dẫn đến khi máy cắt đóng điện trạm tụ, hiện tượng phóng điện trước

có thể xuất hiện trong buồng cắt, hồ quang phát sinh ngay cả trước khi haitiếp điểm tiếp xúc với nhau Dòng điện hồ quang có tần số rất cao nên khi điqua giá trị zero, nó sẽ bị tắt và điện áp trên tụ vẫn giữ nguyên giá trị mà nónhận được ở lần phóng điện đầu tiên Đến khi tiếp điểm đóng lại hoàn toàn,điện áp trên tụ mới bắt đầu dao động

(f ile pdtrc.pl4; x -v ar t) v :XX0027-XX0039 v :XX0019

0.00 0.03 0.06 0.09 0.12 [s] 0.15 -400

d) Quá độ với hiện tượng phóng điện trở lại(restrike):

Trong quá trình cắt của các tiếp điểm, độ chênh lệch điện áp giữa áp trên tụ(giữ giá trị áp trước khi cắt) và áp trên hệ thống có thể lên đến 2 pu Điệntrường giữa 2 tiếp điểm sẽ tăng rất mạnh và hiện tượng phóng điện lại xảy rakhi độ bền điện môi trong buồng cắt của máy cắt thấp hơn so với tốc độ tăngcủa điện áp phục hồi giữa hai tiếp điểm trong quá trình cắt trạm tụ bù khỏilưới Hiện tượng có thể dẫn đến phóng điện lần 2, thậm chí lần 3… và áp trên

e) Quá độ trên lưới phân phối hạ áp khi đóng trạm tụ bù trên lưới phân phối:

Các kết quả trên là cơ sở để tiến hành đánh giá tác động của việc đóng trạm

tụ bù trên lưới phân phối đến các phụ tải công nghiệp

Trên đây chúng ta đa phân tích về các dạng sự cố nói chung, và các sự cốđiện áp nói riêng xảy ra trong hệ thống điện Chúng ta sẽ sử dụng công cụ môphỏng ATP - EMTP để mô phỏng các sự cố đó

2.3 CÔNG CỤ MÔ PHỎNG ATP-EMTP

Giới thiệu về ATP-EMTP

The Alternative Transients Program (ATP) là một hệ thống chương trình

mô hình hoá số các hiện tượng thoáng qua của điện từ trường được sử dụngrất rộng rãi và phổ biến trong hệ thống điện Với chương trình này, có thể môhình hoá các mạng lưới điện phức tạp và hệ thống điều khiển của các cấu trúc.ATP có phạm vi, số lượng lớn về mô hình, các khả năng và cộng thêm nhữngnét đặc trưng quan trọng ngoài những ứng dụng để tính toán các hiện tượngthoáng qua

EMTP (Electro-Magnetic Transients Program) là một trong những công cụphân tích hệ thống rất linh hoạt và hiệu quả Trong nhiều trường hợp, nó cókhả năng thay thế mô hình vật lý với những thiết bị rất đắt tiền

Mô phỏng các hành vi các thiết bị điều khiển trong hệ thống điện

Nguyên tắc hoạt động của chương trình, nó tạo ra các biến mô tả mối liên

hệ bên trong hệ thống điện theo các hàm của thời gian Tính toán giải quyếtvấn đề cuả hệ thống, các phương trình tích phân, vi phân, trong miền thờigian Giá trị khởi tạo ban đầu của các biến có thể do người dụng xác địnhhoặc được thực hiện tự động bởi chương trình Nó có khả năng mô hình hoá

hệ thống điều khiển Các nhiễu đối xứng hoặc không đối xứng, cho phép tạolỗi, sự chuyển mạch của các van điều khiển Cung cấp khả năng phân tíchsóng hài, đáp ứng tần số

Các phần tử trong hệ thống điện chương trình có thể cung cấp bao gồm:

- Các phần tử R, L, C tuyến tính và phi tuyến

- Đường dây truyền tải, cáp với các thông số có thể điều chỉnh

được

- Các phần tử phi tuyến như : Máy biến áp, cột thu lôi

- Các chuyển mạch điều khiển được

- Các loại nguồn cung cấp

- Động cơ : 3 pha đồng bộ, không đồng bộ, và các mô hình động

cơ thông thường khác

- Các van điều khiển: diode, thyristors, triacs

- Và các phần tử do người dùng định nghĩa

Khả năng thực thi mô phỏng của chương trình:

Chương trình có thể mô phỏng tới: 6000 bus, 10000 nhánh, 1200 chuyểnmạch, 900 nguồn cung cấp, 2250 phần tử phi tuyến, 90 động cơ đồng bộTrong chương trình ATP có nhiều thư viện linh kiện, thư viện All.adp chophép chúng ta tham khảo tất cả các linh kiện mà chương trình hỗ trợ để thựchiện vẽ mạch

Hình 2.16 Thư viện linh kiện của chương trình ATP

ATP-EMTP là phần mềm mô phỏng quá độ trong hệ thống điện, bao gồm 4chương trình chính là :

- ATP control center

Hình 2.17 Cấu trúc các mô đun của chương trình ATP-EMTP

ATP control center : là phần mềm trung tâm điều khiển và kích hoạt 3

 Menu Load, chọn file với phần mở rộng là pl4 vừa được tạo ra từ file

mô phỏng trong ATPDraw (cùng tên)

 Chọn các biến cần vẽ và nhấn vào nút Plot

 Muốn phân tích phổ Furie thì nhấn vào nút Four

GTPPLOT

 Là phần mềm để xem tín hiệu mô phỏng được xuất ra từ ATPDraw,thực thi trên giao diện DOS

 Hỗ trợ xuất dữ liệu mô phỏng thành dữ liệu Matlab

Giới thiệu một số mạch mô phỏng thực hiện bởi chương trình ATP

Mạch chỉnh lưu một pha:

(a)

(b) Hình 2.18 a) Sơ đồ nguyên lý mạch chỉnh lưu, b) sơ đồ mạch thực hiện bởi

ATP Draw

Để thực hiện được việc mô phỏng mạch trên chúng ta cần phải:

- Sử dụng ATP Draw để vẽ mạch, kích chuột phải vào bản vẽ và lựa chọncác linh kiện rời, tụ điện, điện trở, cuộn cảm, diode, nguồn cung cấp để nốiđất cho một chân nào đó của linh kiện chúng ta kích đúp vào chân linh kiện

và chọn Ground, dùng chuột để nối các chân linh kiện với nhau

Hình 2.19 Minh hoạ quá trình vẽ mạch trên ATP

Đặt giá trị các thông số cho một linh kiện nào đó chúng ta kích đúp vàolinh kiện đó, chương trình sẽ hiện ra một cửa sổ cho phép ta nhập giá trị.Sau khi hoàn thành việc vẽ mạch ta có thể cho chương trình chạy mô phỏng:

menu ATP\run ATP (phím tắt F2) Chương trình sẽ tạo ra một file PL4,

file PL4 là dữ liệu đầu vào của chương trình PlotXY, và GTPPLOT cho phépchúng ta vẽ đồ thị các biến điện áp, dòng điện xuất dữ liệu sang file củaMatlab

Mạch mô phỏng máy biến áp trong hệ thống 3 pha:

(a)

(b)

Hình 2.20 a) Sơ đồ nguyên lý, b) Mạch mô phỏng bằng ATP

KẾT LUẬN.

Các phân tích trên tập trung vào các sự cố gây ra các sai lệch về điện áp,thay cho việc phân loại các sai lệch về điện áp Ví dụ: phân loại các phép đotheo các sự cố sau: do lỗi, do bão hoà máy biến áp, khởi động động cơ, màkhông xác định các sai lệch về điện áp (sụt áp, ngắt, quá áp) Các sự cố khácnhau gây ra các sai lệch điện áp đơn giản và các phân tích chuẩn xác hơn cầnphải biết được cách tổ chức của phép đo

Các sự cố được đề cập đến ở trên là các nhóm sự cố hệ thống điện quantrọng nhất bởi vì chúng gây ra các vấn đề quan trọng về điện áp (ngắt, sụt áp).Tất cả đặc tính của chúng được xác định bằng các phép đo trên hệ thống phânphối Thông thường các ngắt xuất hiện khi có lỗi xảy ra Xa hơn nữa, các lỗi

tự phục hồi có thể xuất hiện, tuy nhiên các lỗi này không xuất hiện trước khi

Khởi động động cơ điện cảm ứng là nhóm khác của các sự cố hệ thốngđiện, điện áp phục hồi chậm và có dạng đối xứng (tất cả các pha có cùng đặctính)

Với nhóm các sự cố bão hoà máy biến áp cũng là nguyên nhân gây ra cácsụt áp Sụt áp không đối xứng (mỗi pha có biên độ sụt áp khác nhau do góc độkhác nhau của bão hoà trên mỗi pha)

Các dạng sụt áp được phân chia thành :

Các sụt áp đối xứng (các sụt áp do động cơ điện cảm ứng và các sụt áp docác lỗi 3 pha)

Các sụt áp không đối xứng (các sụt áp do máy biến áp và các sụt áp do cáclỗi không đối xứng)

CHƯƠNG 3

TỰ ĐỘNG DÒ TÌM VÀ PHÂN TÍCH SỰ CỐ ĐIỆN ÁP

TRONG LƯỚI ĐIỆN

Ngày nay, sự không ổn định về chất lượng điện trong hệ thống cung cấpđiện là một vấn đề rất cần quan tâm trong các hệ thống công nghiệp vàthương mại Một nhóm các sự mất ổn định quan trọng này là sự tăng hoặcgiảm tạm thời và tức thì về biên độ của điện áp cung cấp Các sụt áp, các ngắttạm thời, các quá áp, và sự quá độ có thể gây ra tình trạng ngừng hoạt động,hoặc sự cố cho các thiết bị nối với hệ thống điện Các sự cố điện áp này đượcxem xét như là một vấn đề chính về chất lượng điện cung cấp cho các kháchhàng công nghiệp, chúng có những tác động lớn về kinh tế, hiệu quả của cácquá trình sản xuất công nghiệp Với lý do này, cần thiết phải có các công cụ

tự động dò tìm nhanh và chính xác xác định các sự cố điện áp này, để ngănchặn các tác động không mong muốn của chúng

Hiện nay, đã có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để dò tìm vàước lượng biên độ điện áp trong khi xảy ra sự cố điện áp

3.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP DÒ TÌM VÀ ƯỚC LƯỢNG BIÊN ĐỘ ĐIỆN

vào thời điểm sự cố bắt đầu, độ lớn và khoảng thời gian sự cố điện áp, và cáckiểu cửa sổ được sử dụng, độ lớn rms của nguồn cung cấp điện áp trong quátrình sự cố có thể rất khác nhau.

Trong toán học, giá trị trung bình bình phương rms là một giá trị đo thống

kê (statistical) của biên độ và của một đại lượng biến đổi

Nó có thể tính cho một chuỗi các giá trị rời rạc hoặc các hàm biến đổi liên tục.Định nghĩa:

Giá trị rms của một tập n giá trị { x1, x2 ,xn } là

n

x x

x x n

i i rms

2 2

2

2 1 1

2

) (

T

T T

1 2

) sin(

T

T T

Tín hiệu, hàm liên tục có thể được tính gần đúng bằng cách lấy giá trị rmscủa một chuỗi các mẫu trong một không gian tương ứng

Tiêu chuẩn IEC 61000-4-30 định nghĩa Urms(1/2) là các phép đo cơ bản để

dò tìm và đánh giá độ lớn và khoảng thời gian của sụt áp hoặc tăng áp Độ lớnnày được định nghĩa “điện áp rms được đo trên một chu kỳ, bắt đầu từ không,

và lặp lại sau nửa chu kỳ” Theo tiêu chuẩn này, một sụt áp hoặc quá áp bắtđầu khi độ lớn Urms(1/2) giảm xuống hoặc vượt quá ngưỡng đưa ra (tươngứng thường là 0.9 hoặc 1.1%pu của điện áp bình thường), và kết thúc khi độlớn này bằng hoặc trên/dưới ngưỡng sự cố trừ điện áp trễ

Hiệu quả của việc dò tìm và ước lượng độ lớn và khoảng thời gian các sụt

áp sử dụng giá trị Urms(1/2) là:

Thứ nhất, một điểm rất quan trọng là thường có trễ trong việc phát hiệnthời điểm bắt đầu của sụt áp bởi vì khoảng thời gian cho việc update độ lớnUrms(1/2) mất một nửa chu kỳ của nguồn cung cấp Phụ thuộc vào độ lớn vàkhoảng thời gian khi sụt áp bắt đầu, thời gian phát hiện khác nhau nhưngkhông bao giờ vượt quá kích cỡ cửa sổ (20ms với hệ thống 50Hz)

Thứ hai, có một sai lệch trong việc ước lượng khoảng thời gian của sụt ápphụ thuộc vào đặc điểm của sụt áp và có thể vượt qua kích cỡ cửa sổ Sự sailệch này sẽ trở thành một lỗi rất nghiêm trọng trong trường hợp các sụt áp xảy

ra trong thời gian ngắn

Cuối cùng, có một lỗi rất quan trọng trong việc ước lượng độ lớn của sụt

áp, nếu nó ngắn hơn hoặc trong giải của độ lớn cửa sổ Lỗi có thể là độ lớncủa sụt áp có khả năng không được phát hiện khi sử dụng giá trị Urms(1/2)trong trường hợp một vài sụt áp nhỏ không thể vượt quá ngưỡng Chỉ các sụt

áp lớn hơn hoặc bằng 1.5 chu kỳ khoảng thời gian cần thiết để tính toán chínhxác sử dụng độ lớn Urms(1/2), nó không phụ thuộc vào điểm trên sóng bắtđầu xảy ra sự cố

3.1.2 Phương pháp biến đổi wavelet:

Phân tích và tổng hợp wavelet trở đóng một vai trò rất quan trọng tronglĩnh vực xử lý tín hiệu Một trong những công cụ chính trong xử lý tín hiệu làphân tích Furie, có các dạng biến đổi Furie khác nhau như là chuỗi Furie, biếnđổi Furie, biến đổi Furie rời rạc phương pháp phân tích Furie sử dụng mộttập hợp các hàm trực giao để khai triển một hàm tuần hoàn thành chuỗi vôhạn Phương pháp Furie thường sử dụng các hàm sin và cos để phân tích Tuynhiên đối với các hàm không tuần hoàn thì phương pháp này có một vài điềubất tiện Điều này được khắc phục bởi ứng dụng các kỹ thuật cửa sổ khácnhau, dẫn đến phép biến đổi Short-time-Fourier Mặc dù vậy chúng cũng cónhững hạn chế Một phương pháp khác là sử dụng wavelet Phân tích waveletkhác với phân tích Furie ở một vài khía cạnh

Phân tích wavelet là một công cụ phân tích mạnh trong các hệ thống điện,trong đó các đặc điểm về tần số- thời gian cho phép phát hiện và chỉ ra cáckiểu khác nhau của sự không ổn định trong chất lượng hệ thống Việc chọnchức năng sóng mẹ có vai trò quan trọng trong việc phát hiện các sai lệch.Một vài nghiên cứu đã được thực hiện trên các sóng mẹ khác nhau để pháthiện chính xác, xác định đặc điểm một vài thông số của điện áp và các vấn đề

về dòng điện trong các hệ thống điện

Phép biến đổi sóng rời rạc được đưa vào, sử dụng một thuật toán hiệu quảđược biết đến như là kỹ thuật phân tích tín hiệu đa giải pháp Mức phân tíchđầu tiên chứa thông tin tần số cao nhất của tín hiệu, mức thứ hai chứa mứccao nhất tiếp theo, cứ thế mức cuối cùng chứa thông tin tần số thấp nhất củatín hiệu

Các đặc tính về vị trí và thời gian các hệ số riêng của quá trình phân tích ởcác mức tần số cao có thể được sử dụng để phát hiện chính xác thời điểm bắtđầu và kết thúc của sự cố về điện áp trong nguồn cung cấp Các hệ số nàykhông nhạy với các tín hiệu tĩnh nhưng có khả năng chỉ ra một sự thay đổi rấtlớn về biên độ tương ứng với các thành phần tần số cao xuất hiện tại thờiđiểm bắt đầu và kết thúc của sự cố (sụt áp, ngắt, hoặc quá áp) Độ lớn điện áprms của nguồn cung cấp trong quá trình sụt áp có thể xác định, sử dụng các hệ

số của quá trình phân tích dạng sóng Trong tất cả các trường hợp này, phântích dạng sóng thường được đưa vào trong các bản ghi chất lượng hệ thốngđiện đạt được trong hệ thống điện trước đó

X( , ) ( ) a,b( ) (3.4)Tín hiệu đưa ra để xử lý là x(t), tuỳ thuộc vào việc lựa chọn hàm a,b(t) ta cócác phép biến đổi khác nhau

Fourier Transform:

Hàm a,b(t)được cho bởi công thức:

t j b

 , ( )  2

Trong đó f là tần số, chiều dài cửa sổ là không xác định, các hàm cơ bản làhàm sin và cos.

Short-time-Fourier Transform:

Hàm a,b(t)được cho bởi công thức:

) ( )

theo thời gian và nó có chiều dài xác định

Biến đổi ngược của biến đổi trên được cho bởi công thức:



t

f( )  ( ,  ) s,( )  (3.8)Các Wavelet được tạo bởi một hàm wavelet cơ bản (t)- hàm này gọi làmother wavelet, bằng cách thay đổi tỉ lệ và dịch chuyển vị trí của motherwavelet:

) ( 1 ) ( ,

s

t s

(3.10)Biến đổi Furie của (t):

0 )

(

0 2

( dt t) 0 (3.12)Hàm (t)phải là một hàm dao động, có dạng sóng.

Biến đổi wavelet rời rạc:

Khi tín hiệu được lấy mẫu và tín hiệu rời rạc chúng ta phải sử dụng các wavelet rời rạc, wavelet rời rạc ở đây không phải là rời rạc theo thời gian mà chỉ là sự dịch chuyển và bước tỉ lệ là rời rạc

) (

1 ) (

0

0 0 0

j j

k j

s

s k t s