Xây dựng giải pháp chẩn đoán sự cố trong máy biến áp 3 pha sử dụng các phương pháp xử lý tín hiệu thông minh TT

MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Luận án nghiên cứu và đưa ra giải pháp chẩn đoán sự cố trong MBA phân phối 3 pha 22/0.4kV.Phần mềm ANSYS được sử dụng để xây dựng mô hình MBA phân phối 22/0.4kV và mạ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 1

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1

4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 1

5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TRONG MÁY BIẾN ÁP 2

1.1 Ý NGHĨA CỦA BÀI TOÁN CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP 2

1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ MBA 2

1.2.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước 2

1.2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước 2

1.2.3 Những tồn tại của các phương pháp chẩn đoán sự cố trong và ngoài nước 2

1.2.4 Đề xuất của luận án 2

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC ĐỀ XUẤT CỦA LUẬN ÁN 2

2.1 HIỆN TƯỢNG RUNG TRONG MÁY BIẾN ÁP 2

2.1.1 Rung động của cuộn dây 2

2.1.2 Rung động của lõi thép 2

2.2 NHU CẦU GIÁM SÁT ĐỘ RUNG MÁY BIẾN ÁP 3

2.3 PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG THEO MIỀN TẦN SỐ 3

2.3.1 Cơ sở của việc đáp ứng tần số 3

2.3.2 Phạm vi áp dụng của phương pháp 3

2.3.3 Nhận xét phương pháp phân tích rung động theo miền tần số 3

2.4 PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 3

2.4.1 Giới thiệu chung phương pháp phần tử hữu hạn 4

4

2.4.2 Sơ đồ tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn 4

2.4.3 Hệ phương trình Maxwell tổng quát cho trường điện từ 4

2.4.4 Mối liên hệ giữa mật độ dòng điện và phương trình từ thế vectơ A 5

2.5 ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN TRONG PHẦN MỀM ANSYS MAXWELL ĐỂ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TOÁN MBA 6

2.5.1 Phương trình trường điện từ 6

2.5.2 Hệ phương trình cơ học 8

2.5.3 Ghép nối bài toán trường điện từ và bài toán cơ học 8

2.6 MẠNG NƠRON MLP 8

2.6.1 Cấu trúc mạng nơron MLP [40] 8

2.6.2 Quá trình học mạng nơron MLP 9

2.6.3 Thuật toán bước giảm cực đại 9

2.6.4 Thuật toán Levenberg – Marquardt cho mạng MLP 9

2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 10

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRONG PHẦN MỀM ANSYS CHO MBA PHÂN PHỐI TRONG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ 11

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG PHẦN MỀM ANSYS 11

3.1.1 Một số module chính của phần mềm ANSYS 11

3.1.2 Khối chức năng mô phỏng điện từ ANSYS Maxwell 11

3.1.3 Khối chức năng mô phỏng kết cấu ANSYS Structure 11

3.1.4 Khối chức năng xây dựng mô hình ANSYS desing modeler và ANSYS meshing .11 3.1.5 Khối chức năng ANSYS mechanical workbench 11

3.1.6 Khối chức năng mô phỏng ANSYS mechanical 11

3.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MBA PHÂN PHỐI 400KVA 22-0.4KV Y-Y0 TRONG ANSYS 11

3.2.1 Nguyên lý làm việc của MBA 11

3.2.2 Xây dựng mô hình MBA phân phối 400kVA 22-0.4kV Y-Y0 11

3.3 XÂY DỰNG CÁC MÔ HÌNH CHUẨN BỊ CHO QUÁ TRÌNH MÔ PHỎNG TRẠNG THÁI LÀM VIỆC BÌNH THƯỜNG VÀ TRẠNG THÁI SỰ CỐ CỦA MBA PHÂN PHỐI 12

3.3.1 Mô hình chia lưới MBA làm việc ở trạng thái bình thường 12

3.3.2 Mô hình chia lưới MBA làm việc khi sự cố các cuộn dây bị nới lỏng theo thời gian 13

3.3.3 Mô hình chia lưới MBA làm việc khi sự cố chập 2 vòng dây 5%, 10% tổng số vòng dây cuộn cao áp pha B 13

3.3.4 Mô hình chia lưới MBA làm việc khi sự cố lỏng bulông gá cuộn dây 13

3.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 13

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 13

4.1 BỘ DỮ LIỆU TÍN HIỆU ĐIỆN, CƠ LẤY TỪ MÔ PHỎNG TRONG PHẦN MỀM ANSYS 13

4.1.1 Trường hợp MBA hoạt động bình thường, tải 50% (trường hợp A-1) 13

4.1.2 Trường hợp sự cố ngắn mạch hai vòng dây cao áp 15

4.1.3 Trường hợp sự cố nới lỏng vòng dây 16

4.1.4 Trường hợp sự cố nới lỏng bu lông gá cuộn dây 17

4.1.7 Nhận xét các kết quả mô phỏng 17

4.2 KẾT QUẢ HUẤN LUYỆN MẠNG MLP 18

4.2.1 Các thông số đặc trưng của tín hiệu thu thập từ MBA 18

4.2.2 Kết quả huấn luyện mạng MLP 18

4.3 THỰC NGHIỆM TRÊN MBA PHÂN PHỐI 19

4.4 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4 22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 24

KẾT LUẬN 24

KIẾN NGHỊ 25

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong quá trình vận hành, MBA có thể gặp những sự cố như hỏng cách điện giữa các vòng dây,ngắn mạch, đứt dây, chạm đất, hoạt động sai của thiết bị hay sự cố từ phía người sử dụng, tình trạngquá tải và sự lão hóa của thiết bị, Khi xảy ra sự cố trong MBA, bảo vệ rơle sẽ tác động tách phần tử

bị sự cố ra khỏi hệ thống điện và loại trừ sự ảnh hưởng của phần tử sự cố với các phần tử liền kềkhông bị sự cố

Chẩn đoán dạng sự cố trong máy biến áp 3 pha là một bài toán cấp thiết để phát hiện và khắc phục

sự cố của một thiết bị rất quan trọng trong hệ thống điện Việc xây dựng thành công giải pháp chẩnđoán các sự cố tiềm ẩn trong MBA nói chung và MBA phân phối 22/0.4kV nói riêng sẽ có ý nghĩathực tế tốt, nếu đưa vào áp dụng sẽ giúp cho người vận hành nhận biết được sớm các sự cố MBA do

đó tránh được thiệt hại về kinh tế do phải sửa chữa hoặc thay thế MBA mới, cũng như nâng caođược tính liên tục cung cấp điện

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Luận án nghiên cứu và đưa ra giải pháp chẩn đoán sự cố trong MBA phân phối 3 pha 22/0.4kV.Phần mềm ANSYS được sử dụng để xây dựng mô hình MBA phân phối 22/0.4kV và mạng nơronMLP với thuật toán học Levenberg – Marquadrt để chẩn đoán các dạng sự cố tiềm ẩn trong MBAdựa trên các đặc tính được trích chọn từ các tín hiệu điện và tín hiệu rung cơ học

3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu các tài liệu về phần mềm ANSYS và xử lý tín hiệu trong MBA để xây dựng mô hìnhMBA phân phối 22/0.4kV trong các trạng thái làm việc bình thường và sự cố

Mô phỏng MBA ở trạng thái làm việc bình thường và 5 trường hợp sự cố trong ANSYS để lấymẫu là các tín hiệu điện và rung động cơ khí Các tín hiệu này sẽ được phân tích và trích chọn cácthông số đặc trưng để huấn luyện các mô hình nhận dạng sử dụng mạng nơron MLP với thuật toánhọc Levenberg – Marquadrt và thư viện hỗ trợ Neural Network Toolbox trong Matlab để chẩn đoáncác dạng sự cố tiềm ẩn trong MBA

Kiểm chứng mô hình MBA xây dựng trên phần mềm ANSYS bằng thực nghiệm với việc sử dụngcảm biến gia tốc để đo tín hiệu rung động của MBA ở chế độ làm việc bình thường khi tải thay đổi

4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của luận án là chẩn đoán sự cố MBA phân phối ba pha 400kVA 22-0.4kVY-Y0 để nâng cao hiệu quả khi vận hành hệ thống điện

5 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Ứng dụng phần mềm ANSYS để xây dựng 5 mô hình sự cố MBA phân phối ba pha 400kVA 0.4kV Y-Y0 (chập 2 vòng dây của 1 pha, chập 5% tổng số vòng dây 1 pha, chập 10% tổng số vòngdây 1 pha, bị nới lỏng dây quấn 1 pha, bị lỏng bu lông gá dây quấn) để mô phỏng lấy kết quả (các tínhiệu điện, lực, cơ khí) làm tín hiệu mẫu cho quá trình nhận dạng sự cố

Lựa chọn và xây dựng thuật toán nhận dạng sử dụng mạng nơron MLP để chẩn đoán sự cố trongMBA phân phối

Thử nghiệm dùng cảm biến gia tốc để đo độ rung trên MBA thực ở chế độ làm việc bình thườngkhi tải thay đổi để kiểm chứng mô hình MBA xây dựng trên phần mềm ANSYS

6 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

 Ý nghĩa khoa học:

Đề xuất thuật toán nhận dạng sử dụng mạng nơron MLP với việc sử dụng đồng thời tín hiệu điện

và tín hiệu cơ (rung động) để chẩn đoán sự cố tiềm ẩn trong MBA phân phối

 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài:

- Luận án góp phần dự báo sớm các sự cố tiềm ẩn có thể xảy ra đối với MBA phân phối nhằmnâng cao hiệu quả vận hành hệ thống điện

- Kết quả nghiên cứu của luận án là tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành điều khiển và tựđộng hóa, học viên cao học và các nghiên cứu sinh quan tâm nghiên cứu về các vấn đề chẩnđoán sự cố MBA

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ TRONG MÁY BIẾN ÁP

1.1 Ý NGHĨA CỦA BÀI TOÁN CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ MÁY BIẾN ÁP

1.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẨN ĐOÁN SỰ CỐ MBA

1.2.1 Các công trình nghiên cứu ngoài nước

1.2.1.1 Các phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên tín hiệu dòng, áp

1.2.1.2 Phương pháp phân tích nồng độ khí

1.2.1.3 Phương pháp chẩn đoán sự cố MBA dựa trên việc phân tích tín hiệu rung cơ học của MBA

1.2.2 Các công trình nghiên cứu trong nước

1.2.3 Những tồn tại của các phương pháp chẩn đoán sự cố trong và ngoài nước

1.2.3.1 Những tồn tại của phương pháp phân tích tín hiệu dòng áp

1.2.3.2 Những tồn tại của phương pháp phân tích nồng độ khí

1.2.3.3 Những tồn tại của phương pháp đáp ứng tần số rung

1.2.4 Đề xuất của luận án

1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Chương 1 luận án đã giải quyết được các vấn đề sau:

 Tổng hợp được các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về các phương pháp chẩnđoán sự cố tiềm ẩn trong MBA truyền tải và phân phối

 Chỉ ra được các tồn tại và hạn chế của các phương pháp chẩn đoán sự cố MBA đã đượccông bố

 Đề xuất giải pháp chẩn đoán sự cố MBA phân phối bằng việc xây dựng mô hình MBAtrong phần mềm ANSYS để lấy các tín hiệu điện, cơ (rung động) làm bộ dữ liệu cho việcnhận dạng các sự cố MBA phân phối bằng mạng nơron nhân tạo MLP

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC ĐỀ XUẤT CỦA LUẬN ÁN 2.1 HIỆN TƯỢNG RUNG TRONG MÁY BIẾN ÁP

Hiện tượng rung trong máy biến áp được sinh ra bởi các

lực khác nhau xuất hiện trong lõi thép và cuộn dây bên

trong máy biến áp trong suốt quá trình vận hành

2.1.1 Rung động của cuộn dây

Sự rung động trong cuộn dây gây ra bởi lực điện động,

khi có một sự tương tác giữa dòng điện chảy trong cuộn

dây và từ thông dò sẽ làm cho cuộn dây bị rung

2.1.2 Rung động của lõi thép

Sự rung động của lõi thép là do một hiện tượng gọi là từ

giảo, từ giảo là hiện tượng khi các vật thể bằng kim loại trải

0 0

0 )

i i

i i

i

i

i

d c

s A

qua một sự biến dạng về hình dạng của mình khi được đặt vào trong một từ trường Bên trong máybiến áp, lõi thép vốn được làm dưới dạng các tấm được dát mỏng cũng chịu sự giãn nở và co ngót doviệc thay đổi từ thông Sự giãn nở và co ngót này xảy ra hai lần trong một chu kỳ xoay chiều

2.2 NHU CẦU GIÁM SÁT ĐỘ RUNG MÁY BIẾN ÁP

2.3 PHÂN TÍCH RUNG ĐỘNG THEO

MIỀN TẦN SỐ

2.3.1 Cơ sở của việc đáp ứng tần số

MBA được xem là một mạng lưới phức hợp

bao gồm các phần tử RLC Mạng RLC này là

xuất phát từ điện trở của cuộn dây đồng; điện

cảm của các cuộn dây và điện dung có từ các lớp

cách điện giữa các bối dây, giữa các cuộn dây

với nhau, giữa cuộn dây và lõi thép, giữa lõi thép

và vỏ thùng, giữa thùng máy và cuộn dây Tuy

nhiên, có thể sử dụng một mạch đẳng trị đã được

đơn giản hóa với các phần tử RLC đã gộp lại

như đã minh họa ở hình 2.3 để giải thích một

cách chính xác nguyên lý của kỹ thuật đáp ứng

tần số

Bất kỳ dạng hư hỏng về mặt vật lý đối với MBA đều dẫn đến những thay đổi của mạng lưới RLC.Những thay đổi này là cái mà chúng ta đang tìm kiếm và sử dụng đáp ứng tần số để làm nổi bậtnhững thay đổi nhỏ này trong lưới RLC bên trong MBA

Đáp ứng tần số được tiến hành bằng cách đặt một tín hiệu điện áp thấp có các tần số thay đổi vàocác cuộn dây của MBA và đo cả hai tín hiệu đầu vào và đầu ra Tỷ số của hai tín hiệu này cho ta đápứng đã yêu cầu Tỷ số này được gọi là hàm truyền của MBA từ đó ta có thể thu được các giá trị về

độ lớn và góc pha Với các tần số khác nhau, mạng lưới RLC sẽ cho các mạch tổng trở khác nhau

Vì lý do đó, hàm truyền tại mỗi tần số là một đơn vị đo lường của tổng trở thực của mạng lưới RLCcủa MBA Bất kỳ sự biến dạng về mặt hình học làm thay đổi mạng lưới RLC, sự thay đổi này lạilàm thay đổi hàm truyền ở các tần số khác nhau và từ đó ta biết được sự thay đổi cơ học của MBA

2.3.2 Phạm vi áp dụng của phương pháp

Hiện tại nhằm phát hiện sự dịch chuyển của cuộn dây MBA, các đơn vị bảo trì MBA sử dụng cácthiết bị đo FRA được xem là một công cụ chẩn đoán hỗ trợ trong công tác thí nghiệm đánh giá hưhỏng và điều tra sự cố ở các MBA Kỹ thuật FRA đã chứng tỏ là một công cụ mạnh mẽ về phươngtiện phát hiện sự dịch chuyển của cuộn dây và các hư hỏng khác vốn ảnh hưởng đến tổng trở củaMBA một cách tin cậy và hiệu quả

Việc tiến hành các phép đo FRA để đánh giá tình trạng của MBA, là một tiêu chuẩn cần thiếttrong những tình huống sau đây:

 Ở tất cả các MBA mới với mục đích lấy số liệu gốc ban đầu

 Là một phần của các thử nghiệm điện thông lệ trong định kỳ

 Sau khi lắp đặt lại MBA

 Sau khi MBA gặp phải các ngắn mạch dài hạn

 Sau khi sửa chữa các bộ chuyển nấc ở MBA

 Sau bất kỳ loại sự cố nào xảy ra ở MBA

 Sau bất kỳ các loại hình bảo dưỡng nào đã thực hiện ở MBA, đặc biệt khi có sự kiểm tra bêntrong MBA

2.3.3 Nhận xét phương pháp phân tích rung động theo miền tần số

Khối 1: Đọc các dữ liệu đầu vào: Các dữ

liệu này bao gồm các thông tin mô tả nút và

phần tử (lưới phần tử), các thông số cơ học

của vật liệu (môđun đàn hồi, hệ số dẫn

nhiệt ), các thông tin về tải trọng tác dụng

và thông tin về liên kết của kết cấu (điều kiện

Khối 4: Áp đặt các điều kiện liên kết trên

biên kết cấu, bằng cách biến đổi ma trận độ

cứng K và vec tơ lực nút tổng thể F;

Khối 5: Giải phương trình PTHH, xác

định nghiệm của hệ là véctơ chuyển vị

chung Q;

Khối 6: Tính toán các đại lượng khác

(ứng suất, biến dạng, gradiên nhiệt độ, v.v.) ;

Khối 7: Tổ chức lưu trữ kết quả và in kết

quả, vẽ các biểu đồ, đồ thị của các đại lượng

theo yêu cầu

2.4.3 Hệ phương trình Maxwell tổng quát cho trường điện từ.

hệ chặt chẽ và chuyển hoá lẫn nhau Khái niệm về trường điện từ được Maxwell nêu lên đầu tiên và

để diễn tả định lượng gọi là hệ phương trình Maxwell

00

D rot H J

t B rot E

t divB divD

Trong môi trường vật liệu từ, mối quan hệ giữa B và H theo hệ số từ thẩm của

vật liệu như sau:

z

x y

2.5.1 Phương trình trường điện từ

Để giải quyết bài toán trường điện từ theo từng đặc trưng về thời gian trong kỹ thuật chia làm 3hình thái khác nhau, từ đó hình thành nên hệ phương trình maxell cơ sở cho việc giải quyết các phépphân tích cụ thể là: Khi hệ ở trạng thái ổn định có hai trường hợp: Trạng thái tĩnh không có sự biếnthiên của bất kỳ đại lượng nào và trạng thái mà các đặc tính vật lý biến thiên theo chu kỳ thôngthường trong kỹ thuật chỉ xét tới các trạng thái theo chu kỳ điều hòa Khi hệ ở trạng thái quá độchuyển từ trạng thái ổn định này sang trạng thái ổn định khác, thì yếu tối tức thời gắn với thời gian sẽđược đưa vào làm cơ sở để xác định trạng thái tức thời của hệ Trên cơ sở đó để đơn giản hóa bài toántrong kỹ thuật các phương pháp phần tử hữu hạn cũng xây dựng các phương trình đặc trưng cho cácphần tử theo 3 trạng thái cơ bản trên

Các hệ phương trình tại các nút phần tử áp dụng cho các mô hình phân tích cụ thể được áp dụngtrong phần mềm ANSYS

Trạng thái điện từ tĩnh 3D chỉ tính toán cho các mô hình mà tại đó chỉ có từ trường tĩnh được hìnhthành bởi nam châm vĩnh cửu, nam châm điện trong các môi chất khác nhau trong không gian 3DPhương trình điện từ không gian cho bởi công thức

0

y x A y

x

r z

Trong đó A là từ thế véc tơ của mặt phẳng đang xét

Trạng thái từ trường biến thiên theo dạng sin 3D áp dụng cho lớp các bài toán về điện từ trường ởtrạng thái từ trường được sinh ra bởi các nguồn điện biến thiên điều hòa, các hiệu ứng bề mặt do sựkết hợp giữa từ trường biến thiên điều hòa và dòng điện biến thiên điều hòa gây bên trong vật dẫn.Phương trình biến số không gian tại các nút được xác định bởi:

H j H

0 ) (

.

0

0 1

(2.11)

Trạng thái điện từ biến thiên theo thời gian 2D áp dụng tương tự như bài toán điện trường 3D tuynhiên đạo hàm từ trường, dòng điện theo 1 phương nào đó có giá trị bằng 0 Khi đó phương trìnhkhông gian tại nút phần tử được xác định bởi:

A V

H V

t

A J

Tráng thái tính điện: Xét cho lớp bài toán về phân bố điện trường trong không gian 3D mà không

có sự biến thiên theo thời gian Phương trình không gian của hệ được thiết lập bởi hệ:

Áp dụng cho phân tích mô hình 2D:

0 ) (

Hình 2.4: Mô hình mạng MLP với 1 lớp ẩn

Theo đó lực điện từ được tính toán theo công thức:

trong đó: F là lực điện từ, A là diện tích mặt cần tính lực,  tenso lực Maxwell,

Theo phương pháp phân tích trên, trong phần mềm nếu người dùng thiết lập tính toán lực điện từ,phần mềm sẽ tự động tính toán các tensor lực Maxwell trên mỗi nút của vật thể được thiết lập, từ đótính toán ra mật độ lực theo thể tích và mật độ lực tại các bề mặt của vật thể Các kết quả tính toán lực

là cơ sở để phân tích các ứng sử cơ học trong các giai đoạn sau của phân tích

Loại phần tử được sử dụng trong phần mềm maxwell 3D là phần tử tứ diện 4 đỉnh 8 nút Các thànhphần tiếp xúc giữa các cạnh được xác định bởi các đỉnh Thành phần tiếp xúc giữa các mặt được xácđịnh bằng điểm trung bình trên các cạnh Các điểm bên trong được nội suy theo hàm bậc 2 từ điểm

cơ sở

2.5.2 Hệ phương trình cơ học

2.5.2.1 Lực, chuyển vị, biến dạng và ứng suất

2.5.2.2 Nguyên lý cực tiểu hoá thế năng toàn phần

2.5.3 Ghép nối bài toán trường điện từ và bài toán cơ học

2.5.3.1 Phân tích dao động cơ học và độ ồn

2.5.3.2 Mô hình tính toán dao động bằng phương pháp phần tử hữu hạn.

2.6 MẠNG NƠRON MLP

2.6.1 Cấu trúc mạng nơron MLP

Mạng MLP (MultiLayer Perceptron) là một mạng truyền thẳng được xây dựng từ các phần tử cơ bản là các nơron McCulloch – Pitts, trong đó các nơron được sắp xếp thành các lớp (layer) gồm một lớp các kênh tín hiệu đầu vào (input layer), một lớp

các kênh tín hiệu đầu ra (output layer), và một số lớp

trung gian gọi chung là các lớp ẩn (hidden layers).

Trên hình 2.13 là mô hình của mạng MLP có N đầu

vào, có 1 lớp ẩn với M nơron và K đầu ra.

Ta ký hiệu chung các trọng số ghép nối giữa lớp

đầu vào và lớp ẩn là W ( ij i 1 M; j  0 N),

ký hiệu các trọng số ghép nối giữa lớp ẩn và lớp đầu ra

là V ( ij i  1 K; j  0 M) Các hàm truyền đạt

của các nơron lớp ẩn và lớp đầu ra tương ứng được ký

hiệu là f1 và f2 Trong từng mô hình, các tác giả có thể

chọn các hàm truyền đạt khác nhau tùy theo kinh

nghiệm và mục đích Các dạng hàm thường được lựa

e tansig x

Trong luận án NCS chọn hàm truyền đạt của các nơrn ẩn là hàm f x1( )tansig x( ) do hàm này

có dải giá trị gồm cả các giá trị âm và dương, tổng quát hơn so với hàm logsig(), đồng thời là hàm phituyến sẽ tổng quát hơn so với hàm tuyến tính; hàm truyền đạt của các nơron lớp ra là hàm

2( ) ( )

f x linear x do hàm này có thể tạo được các giá trị lớn hơn 1 (vì NCS sẽ sử dụng mã các trạngthái của MBA từ d=0 cho đến d=6)

Khi đó, với vectơ đầu vào xx x1, , ,2  x NN (đầu vào phân cực cố định x  ) đầu ra được0 1

xác định tuần tự theo chiều lan truyền thuận (forward propagation) như sau:

 Tính tổng các kích thích đầu vào của nơron ẩn thứ i ( i  1 M ) bằng:

Mạng MLP thường được xây dựng bằng các thuật toán học có giám sát, tức là các thuật toán huấn

luyện khi có các mẫu gồm cả đầu vào và đầu ra tương ứng Với bộ số liệu mẫu là một tập hợp gồm p

các cặp mẫu được cho ở dạng vectơ đầu vào – vectơ đầu ra tương ứng x d với i, i i 1 p,

;

iR iR

x d , ta cần xác định một mạng MLP (bao gồm việc xác định được các thông số cấu trúc

và các trọng số ghép nối tương ứng với cấu trúc đã lựa chọn) sao cho khi đưa vectơ xi vào mạngMLP, thì đầu ra của mạng sẽ xấp xỉ giá trị đích đã có:

p

i i i



Có thể xác định các thông số này theo các bước sau:

 Số kênh đầu vào N và kênh đầu ra K được xác định dựa trên bộ số liệu mẫu: N = kích

thước của các vectơ x , K = kích thước của các vectơ i d i

 Số lớp ẩn: Theo định lý Komogorov chỉ cần tối đa là 2 hai lớp ẩn, cụ thể có giữa 3 khảnăng để lựa chọn là 0, 1 và 2 Mạng không có lớp ẩn nào phù hợp với các bài toán đơngiản, bậc phi tuyến thấp Trong thực tế đa số các trường hợp sử dụng 1 lớp ẩn Trườnghợp không thể tìm được các mạng có 1 lớp ẩn đáp ứng được yêu cầu của quá trình học thì

ta sẽ sử dụng mạng có 2 lớp ẩn với độ phức tạp lớn và bậc phi tuyến cao hơn Ngược lại,nếu như đang có một mạng có 1 lớp ẩn với quá ít số nơron trên đó thì có thể thử bỏ lớp

ẩn đó đi để sử dụng mạng không có lớp ẩn nào xem có đạt yêu cầu

2.6.3 Thuật toán bước giảm cực đại

2.6.4 Thuật toán Levenberg – Marquardt cho mạng MLP

Các thuật toán sử dụng gradient (đạo hàm bậc nhất) có tốc độ hội tụ chậm Khi cần cải thiện tốc độhội tụ, ta có thể sử dụng thuật toán Levenberg–Marquardt (L–M) Thuật toán này dựa trên khai triểnTaylor đến bậc hai Xét sai số theo công thức (2.27) là hàm phụ thuộc các trọng số ghép nối của

nơron, khi đó ta khai triển hàm E lân cận điểm W, các giá trị trọng số hiện tại sẽ được:

theo các trọng số ghép nối (được nhóm lại trong ma trận W), còn H là ma trận vuông đối xứng của các đạo hàm bậc hai (còn gọi là ma trận Hessian) của E theo W với:

Tại điểm cực tiểu (đang cần tìm) của hàm số ta sẽ có g W( ) 0  và H W( ) xác định dương Xét bước

lặp thứ t giá trị các trọng số là W( )t , giả thiết cần tìm điểm xấp xỉ tiếp theo ( 1)t ( )t

W W p tiến gầnđiểm cực tiểu của hàm số, khi đó ta có:

– ( )t , ( )t



W V các ma trận chứa các trọng số ghép nối W ij và V ij tại bước lặp thứ (t) trong quá trình

điều chỉnh thích nghi;

– g W  và g V  – véc–tơ gradient của hàm sai số theo từng trọng số trong các ma trận;

– H W  và H V  – ma trận gradient bậc hai của hàm sai số theo từng cặp trọng số từ các ma trận

2.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2

Chương 2, luận án đã giải quyết được các vấn đề sau:

- Nêu được cơ sở lý thuyết hiện tượng rung của máy biến áp

- Nghiên cứu phương pháp phần tử hữu hạn áp dụng trong phần mềm ANSYS Sử dụng lý thuyếtphần tử hữu hạn để giải cho hệ phương trình Maxwell và từ kết quả tính toán từ trường (lực điện từ,biến dạng, chuyển vị) luận án đã xây dựng được mô hình tính toán dao động bằng phương pháp phần

tử hữu hạn

- Luận án đã đề xuất mô hình phi tuyến là mạng nơron truyền thẳng MLP kết hợp thuật toán họcLevenberg – Marquardt để xây dựng mô hình nhận dạng và chẩn đoán sự cố trong MBA

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MÔ HÌNH TRONG PHẦN MỀM ANSYS CHO MBA PHÂN

PHỐI TRONG MỘT SỐ TRƯỜNG HỢP SỰ CỐ

3.1 GIỚI THIỆU CHUNG PHẦN MỀM ANSYS

3.1.1 Một số module chính của phần mềm ANSYS

3.1.2 Khối chức năng mô phỏng điện từ ANSYS Maxwell

3.1.3 Khối chức năng mô phỏng kết cấu ANSYS Structure

3.1.4 Khối chức năng xây dựng mô hình ANSYS desing modeler và ANSYS meshing

3.1.5 Khối chức năng ANSYS mechanical workbench

3.1.6 Khối chức năng mô phỏng ANSYS mechanical

3.2 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MBA PHÂN PHỐI 400KVA 22-0.4KV Y-Y 0 TRONG ANSYS 3.2.1 Nguyên lý làm việc của MBA

3.2.2 Xây dựng mô hình MBA phân phối 400kVA 22-0.4kV Y-Y0

a) Thông số cơ bản

Với công cụ ANSYS trong luận án này lựa chọn mô hình MBA như trên hình 3.8 với các thông số

cơ bản như cho trong bảng 3.1

Bảng 3 1: Các thông số cơ bản của MBA phân phối đươc lựa chọn trong Luận án

Số vòng cuộn HA 22

Hình 3.1: Mô hình MBA 3 pha

10ohm R30

LabelID=IHA

LabelID=IHB

LabelID=IHC

0.78 R38

0.78 R41

0.78 R44

LabelID=ILA

LabelID=ILB

LabelID=ILC

10ohm R54