Real Book

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRẦN MINH THÀNH
NÂNG CAO KHẢ NĂNG ÐIỀU KHIỂN CỦA BỘ
ANFIS BẰNG GIẢI THUẬT PSO
NGÀNH: KỸ THUẬT ÐIỆN – 60520202
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 - 2018
SKC0 0 5 8 4 6

2. 1
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: TRẦN MINH THÀNH
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ
NÂNG CAO KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BỘ
ANFIS BẰNG GIẢI THUẬT PSO
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018

3. 2
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HỌ VÀ TÊN HỌC VIÊN: TRẦN MINH THÀNH
TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ
NÂNG CAO KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BỘ
ANFIS BẰNG GIẢI THUẬT PSO
NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN – 60520202
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN
Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2018

4. 3

5. 4
CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS.TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 1:
(Ghi rõ họ, tên,, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Cán bộ chấm nhận xét 2:
(Ghi rõ họ, tên, chức danh khoa học, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ trước
HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HỒ CHÍ MINH.
Ngày .... tháng .... năm 2018

6. i
LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƯỢC:
Họ & tên: TRẦN MINH THÀNH Giới tính: Nam
Ngày, tháng, năm sinh: 09-02-1981 Nơi sinh: Bến Tre
Quê quán: Nhân Khang, Lý Nhân, Hà Nam Dân tộc: Kinh
Chỗ ở riêng hoặc địa chỉ liên lạc: 201/53/16 Nguyễn Xí, P26, Quận Bình Thạnh,
TP. Hồ Chí Minh
E-mail: tmthanh911@gmail.com SĐT: 01678087183
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học phổ thông:
Hệ đào tạo: Chính quy Thời gian đào tạo từ tháng 9/1996 đến tháng 6/2000
Nơi học (trường, thành phố): THPT Phan Văn Trị
Huyện Giồng Trôm, Tỉnh Bến Tre
2. Đại học: Hệ đào tạo: Vlvh Thời gian đào tạo từ tháng 9/2006 đến tháng 3/2008
Nơi học (trường, thành phố): Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TPHCM
Ngành học: Điện Công Nghiệp
III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP
ĐẠI HỌC:
Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm
11/2011- nay Trường TCN Bến Tre Giáo viên

7. ii
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 chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018
Học viên
(Ký tên và ghi rõ họ tên)
Trần Minh Thành

8. iii
LỜI CẢM ƠN
Qua quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn, em kính gửi lời
cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:
 PSG.TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN và các thầy đã tận tình chỉ dạy,
tạo điều kiện và động viên em trong suốt quá trình thực hiện.
 Quý thầy, cô giáo đã tham gia công tác giảng dạy, hướng dẫn em và
các thành viên trong lớp Cao học chuyên ngành Kỹ Thuật Điện trong
toàn bộ khoá học.
 Quý thầy, cô giảng dạy tại khoa Điện-Điện Tử, phòng Đào tạo – bộ
phận sau đại học – Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp. Hồ Chí
Minh đã giúp đỡ em thực hiện trong thời gian học tập và nghiên cứu
tại trường.
 Kính gửi lời cảm tạ tới BGH Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Tp.
Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi cho cho các học viên tại
trường được học tập và nghiên cứu.
Kính chúc Quý thầy, cô thật nhiều sức khỏe.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018
Học viên
Trần Minh Thành

9. iv
TÓM TẮT
Đề tài “NÂNG CAO KHẢ NĂNG ĐIỀU KHIỂN CỦA BỘ ANFIS
BẰNG GIẢI THUẬT PSO” được tiến hành trong khoảng thời gian 1 năm
tại trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP HCM. Sau thời gian nghiên cứu
đề tài được triển khai và tập trung giải quyết các vấn đề sau:
 Ứng dụng STATCOM để nâng cao độ ổn định động của hệ thống điện.
 Tìm hiểu về thuật toán bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization)
 Tìm hiểu về bộ điều khiển ANFIS (Adaptive -Network-based Fuzzy
Inference )
 Thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM để nâng cao độ
ổn định của hệ thống điện 3 bus.
 Mô phỏng kết quả trên Matlab.
Học viên thực hiện
Trần Minh Thành

10. v
ABSTRACT
There is “HYBRID PSO AND ANFIS CONTROLLER TO IMPROVE
THE STABILITY SYSTEM” has been done for a year at Ho Chi Minh University
Of Technology And Education. The thesis’s content focused on:
 Application of STATCOM to improve the dynamic stability of the power
system.
 Learn about the PSO (Particle Swarm Optimization) algorithm.
 Understanding ANFIS controller (Adaptive -Network-based Fuzzy Inference)
 Design PSO and ANFIS controller for STATCOM to improve the stability of
the power system 3 bus.
 Simulation results on Matlab.
Author
Trần Minh Thành

11. vi
MỤC LỤC
Trang tựa Trang
Lý lịch khoa học...........................................................................................................i
Lời cam đoan...............................................................................................................ii
Lời cảm ơn ................................................................................................................ iii
Tóm tắt .......................................................................................................................iv
Abstract .......................................................................................................................v
Mục lục.......................................................................................................................vi
Danh mục các chữ viết tắt..........................................................................................ix
Danh sách các hình......................................................................................................x
Danh sách các bảng...................................................................................................xii
Chương 1.....................................................................................................................1
TỔNG QUAN ............................................................................................................1
1.1. Giới thiệu.......................................................................................................1
1.2. Đặt vấn đề......................................................................................................2
1.3. Ứng dụng của bộ ANFIS kết hợp thuật toán PSO trong hệ thống điện ........3
1.4. Mục tiêu đề tài ...............................................................................................4
1.5. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài...........................................................................4
1.6. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................4
1.7. Nội dung đề tài ..............................................................................................5
Chương 2.....................................................................................................................6
CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................................................6
2.1. Tổng quan về STATCOM.............................................................................6
2.2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM ............................8

12. vii
2.3. Các chỉ tiêu cơ bản liên quan chất lương điện năng trong lưới phân phối ....8
2.3.1. Độ lệch tần số .......................................................................................8
2.3.2. Độ dao động tần số.............................................................................12
2.3.3. Ảnh hương của sự thay đổi tần số ......................................................12
2.4. Điện áp nút phụ tải ................................................................................13
2.4.1. Dao động điện áp................................................................................13
2.4.2. Độ lệch điện áp...................................................................................15
2.4.2.1. Độ lệch điện áp tại phụ tải....................................................15
2.4.2.2. Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp...........................................16
2.4.2.3. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối .........................18
2.4.2.4. Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải.............20
2.4.3. Độ không đối xứng.............................................................................23
2.4.3.1. Nguyên nhân..........................................................................23
2.4.3.2. Ảnh hưởng của không đối xứng lưới điện.............................24
2.4.4. Độ không sin.......................................................................................27
2.4.4.1. Sóng hài.................................................................................27
2.4.4.2. Các nguồn tạo sóng hài .........................................................28
2.4.4.3. Ảnh hưởng của sóng hài........................................................31
Chương 3...................................................................................................................40
GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN BẦY ĐÀN (PSO) ................................................40
3.1. Giới thiệu.....................................................................................................40
3.2. Biểu thức thuật toán PSO ............................................................................41
3.3. Giải thuật PSO.............................................................................................43
Chương 4...................................................................................................................45
BỘ ĐIỀU KHIỂN ANFIS.......................................................................................45
4.1. Giới thiệu về hệ suy luận mờ dựa trên mạng thích nghi ANFIS (Adaptive-
Network-based Fuzzy Inference System) .............................................................45
4.2. Cấu trúc ANFIS (Adaptive-Network-based Fuzzy Inference System).......45

13. viii
4.3. Các luật học ANFIS.....................................................................................47
Chương 5...................................................................................................................55
THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN PSO KẾT HỢP ANFIS CHO STATCOM ĐỂ
NÂNG CAO ĐỘ ỔN ĐỊNH HỆ THỐNG ĐIỆN .................................................55
5.1. Giới thiệu hệ thống nghiên cứu ...................................................................55
5.2. Thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM trong hệ thống
nghiên cứu 3 Bus ..............................................................................................56
5.3. Kết quả mô phỏng........................................................................................58
Chương 6...................................................................................................................64
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.............................................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................65

14. ix
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
GO (Global Optimization)
GA (Genetic Algorithms)
PSO (Particle Swarm Optimization)
ANFIS (Adaptive -Network-based Fuzzy Inference )
FACTS (Flexible AC Tranmission System)
STATCOM (Static compensator)
SVC (Static Var Compensator )
IGBT (Insulated gate bipolar transistor)
IGCT (Integrated Gate Commutated Thyristor)
PWM (Pulse Width Modulation)
PI (Proportional Integral)

15. x
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Hình 2.1 : Mạch điện tương đương của STATCOM .................................................7
Hình 2.2 : Mạch điện tương đương 3 pha của STATCOM........................................8
Hình 2.3 : Giản đồ bộ STATCOM.............................................................................8
Hình 2.4 : Cấu trúc cơ bản của bộ VSC .....................................................................9
Hình 2.5 : Nguyên lý hoạt động của bộ STATCOM................................................10
Hình 2.6 : Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện .....................................11
Hình 2.7 : Miền chất lượng điện áp..........................................................................16
Hình 2.8 : Chế độ công suất max và min của phụ tải...............................................16
Hình 2.9 : Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối............................................18
Hình 2.10 : Theo quan hệ với công suất phụ tải.......................................................20
Hình 2.11 : Trục ngang là độ lệch điện áp B1 .........................................................20
Hình 2.12 : Đặc tính của đèn sợi đốt. .....................................................................21
Hình 2.13 : Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp. .....................................................22
Hình 2.14 : Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số KĐX.....................27
Hình 2.15 : Các bậc sóng hài....................................................................................28
Hình 2.16 : Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng dòng điện. 30
Hình 2.17 : Sự phụ thuộc của tổn thất công suất ∆Pd và giá trị hiệu dụng của dòng
điện Ie vào độ méo…………………………………………………………………..33
Hình 2.18 : Sự suy giảm công suất máy biến áp phụ thuộc vào tỷ phần phụ tải phi
tuyến trong mạng…………………………………………………………………...36
Hình 3.1 : Mô hình thuật toán bầy đàn PSO đàn kiến tìm thức ăn ..........................40
Hình 3 2 : Sơ đồ một điểm tìm kiếm bằng phương pháp PSO ................................42

16. xi
Hình 3.3 : Lưu đồ ứng dụng PSO.............................................................................44
Hình 4.1 : Hệ thống suy luận mờ ANFIS ( a) Cấu trúc ANFIS gồm 6 lớp..............46
Hình 5.1 : Mô hình hệ thống nghiên cứu STATCOM .............................................56
Hình 5.2 : Bộ điều khiển ANFIS thiết kế cho khâu điều chỉnh điện áp...................57
Hình 5.3 : Lưu đồ giải thuật thiết kế bộ điều khiển ANFIS kết hợp PSO ...............57
Hình 5.4 : Kết quả sai số huấn luyện ANFIS...........................................................58
Hình 5.5 : Mối quan hệ giữa 2 tín hiệu ngõ vào và tín hiệu ngõ ra .........................58
Hình 5.6 : Kết quả của quá trình huấn luyện ANFIS dùng PSO..............................59
Hình 5.7 : Kết quả mô phỏng khi nguồn thay đổi………………………………….60
Hình a: Thay đổi điện áp đầu nguồn........................................................................59
Hình b: Công suất Q phát ra từ STATCOM ............................................................60
Hình c: Góc kích alpha của STATCOM..................................................................60
Hình 5.8 : Kết quả mô phỏng khi ngắn mạch 2 pha trên L2………………………..63
Hình a: Điện áp tại bus 1..........................................................................................61
Hình b: Dòng điện điều khiển Iq..............................................................................61
Hình c: Điện áp Vdc của STATCOM......................................................................62
Hình d: Công suất Q.................................................................................................62
Hình e: Góc kích alpha.............................................................................................63

17. 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu
Trong thực tế rất nhiều ngành khoa học phải giải quyết các bài toán tối ưu đa mục
tiêu đặc biệt là trong ngành kinh tế. Chẳng hạn, người chế tạo sản phẩm thường phải đưa
ra phương án sao cho vừa tiết kiệm vật liệu, chi phí sản xuất thấp và lại muốn giá trị sản
phẩm là cao nhất. Nghiên cứu giải bài toán tối ưu đa mục tiêu là một vấn đề không đơn
giản vì chưa chắc có lời giải thỏa mãn đồng thời các mục tiêu đặt ra (thường là các mục
tiêu đối nghịch như ví dụ trên) mà không vi phạm các ràng buộc nào đó. Đã có nhiều
phương pháp giải bài toán tối ưu đa mục tiêu được đề xuất, việc nghiên cứu phát triển
các phương pháp này và ứng dụng chúng để giải quyết các bài toán thực tế là một vấn
đề đang được quan tâm. Trong nhiều bài toán tối ưu thực tế, việc trọng tâm là tìm vị trí
cực tiểu toàn cục của hàm mục tiêu. Đã có nhiều phương pháp tối ưu toàn cục (Global
Optimization - GO) được phát triển để giải quyết vấn đề như trên như: Mô phỏng việc
luyện thép (Simulated Annealing). Tính toán tiến hóa (Evolutionary Computation). Về
mặt lý thuyết tổng quát, các phương pháp GO có tính hội tụ mạnh, hay ít ra về nguyên
tắc cũng dễ hiểu trong việc thực hiện và ứng dụng. Tính toán tiến hóa là kỹ thuật đặc biệt
trong số các phương pháp GO. Phương pháp này làm việc trên một tập hợp những lời
giải tiềm năng, được gọi là quần thể (population) và tìm lời giải tối ưu thông qua việc
cộng tác và cạnh tranh giữa các lời giải tiềm năng. Thường được sử dụng nhất là các
thuật toán di truyền (Genetic Algorithms – GA) và Artificial Life, dựa trên sự tiến hóa
tự nhiên và cư xử xã hội. Các phương pháp này thường có thể tìm tốt nhất trong các bài
toán tối ưu phức tạp với các phương pháp tối ưu truyền thống. Thuật toán tối ưu PSO
(Particle Swarm Optimization) được R.C. Eberhat và J.Kennedy đề nghị năm 1995. Từ

18. 2
lúc ra đời đến nay PSO đã được nhiều nhà khoa học số hóa bởi trung tâm học liệu nhằm
tìm hiểu khả năng ứng dụng của thuật toán PSO, GA trong việc giải quyết các bài toán
tối ưu đa mục tiêu trong thực tế. Với mục đích đó, đề tài tập trung trình bày về việc giải
bài toán tối ưu bằng giải thuật PSO kết hợp bộ ANFIS. Vậy ANFIS là gì?
Ngày nay, các mạng nơron nhân tạo (ANN) đã được ứng dụng thành công, các nhà
khoa học và các kĩ sư trong những năm gần đây đã có nhiều nghiên cứu ứng dụng trong
việc xấp xỉ hàm, nhận dạng và điều khiển, xử lý ảnh, dự đoán chuỗi thời gian… Hệ mờ
nơ ron là một sự kết hợp giữa logic mờ và và khả năng học của mạng nơron. Một trong
những sự kết hợp đó là hệ mờ nơron thích nghi (ANFIS - Adaptive Neuro Fuzzy
Inference System). Hệ thống này có khả năng tối ưu hóa hệ mờ dựa trên các tập mẫu có
sẵn. Các hệ mờ - nơron và các công cụ thống kê là các phương pháp khác nhau được sử
dụng trong các bài toán dự báo như dự báo các chỉ số kinh tế, tài chính. Các mạng nơron
chứa một số lượng lớn các thông số đầu vào cho phép việc học bên trong các quan hệ
không tuyến tính hiện tại trong chuỗi thời gian, tăng cường khả năng dự báo. Trong
những năm gần đây, nhiều bài toán dự báo được các chuyên gia đã tin tưởng và sử dụng
các hệ thống thông minh khác nhau, trong đó mạng ANFIS cũng được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực khác.
1.2. Đặt vấn đề
Điện áp là một trong những đại lượng quan trọng để đánh giá chất lượng điện năng.
Ổn định điện áp đáp ứng khả năng duy trì điện áp tại tất cả các nút trong hệ thống ở trong
một phạm vi cho phép (tùy thuộc vào tính chất mỗi nút mà phạm vi dao động cho phép
của điện áp sẽ khác nhau). Trong điều kiện vận hành không bình thường hoặc sau các
nhiễu loạn, hệ thống sẽ đi vào trạng thái không ổn định khi xuất hiện các kích động như
tăng tải đột ngột hay thay đổi các thông số của hệ thống. Các thay đổi đó có thể làm cho
quá trình giảm điện áp xảy ra và nặng nề nhất có thể rơi vào trình trạng không thể điều

19. 3
khiển được hay còn gọi là sụp đổ điện áp. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến sự mất ổn định
và sụp đổ điện áp thường là do không đáp ứng đủ các nhu cầu công suất phản kháng cần
thiết khi phụ tải tăng bất thường và đột biến.
Trước đây, khi mà ngành công nghiệp điện tử công suất cao chưa phát triển mạnh
thì việc nâng cao chất lượng điện áp trên hệ thống điện bị hạn chế và thời gian đáp ứng
cũng rất chậm, bởi vì lúc đó ta phải thực hiện việc đóng cắt các khóa cơ khí các phần tử
điện như là cuộn dây, tụ điện, bộ chuyển đổi nấc máy biến áp…để nâng cao ổn định điện
áp trên hệ thống.
1.3. Ứng dụng bộ ANFIS kết hợp thuật toán PSO trong hệ thống điện
Ngày nay, với sự phát triển mạnh và nhanh của các thiết bị điện tử công suất lớn,
trí tuệ nhân tạo… đã được ứng dụng vào hệ thống điện mà điển hình ở đây là bộ ANFIS
kết hợp thuật toán PSO để nâng cao khả năng điều khiển hệ thống điện, cụ thể là đường
dây truyền tải được linh hoạt và nhanh chóng, một số nước tiên tiến đã sử dụng thiết bị
trong mạng truyền tải, cụ thể như Mỹ, Canada… là những nước tiên phong sử dụng công
nghệ này.
Sự phức tạp và sự năng động của một số vấn đề, chẳng hạn như dự đoán hệ thống
hỗn loạn và thích nghi với nhà máy phức tạp, đòi hỏi các phương pháp và công cụ tinh
vi để xây dựng một hệ thống thông minh. Sử dụng các hệ mờ là xấp xỉ, định danh và dự
báo, là phương pháp đáng tin cậy cho mục đích này. Sự kết hợp logic mờ với thiết kế
kiến trúc mạng thần kinh dẫn đến việc tạo ra các hệ thống thần kinh-mờ được lợi từ việc
tính toán năng suất đầu ra và khả năng học lại của mạng nơ-ron, đồng thời vẫn có thể
diễn giải được hệ mờ được gọi là ANFIS bởi vì các chức năng kết quả sắc nét, ANFIS
sử dụng một hình thức đơn giản của rộng quy mô ngầm. Mạng này thích nghi có khả
năng tốt và hiệu suất trong nhận dạng hệ thống, dự đoánvà kiểm soát và đã được áp dụng
trong nhiều hệ thống khác nhau. ANFIS có lợi thế về khả năng ứng dụng tốt vì nó có thể
được giải thích như mô hình tuyến tính hóa địa phương và các kỹ thuật tuyến tính thông

20. 4
thường để ước tính và kiểm soát nhà nước được trực tiếp áp dụng. ANFIS tạo ra khả
năng của mạng nơ ron và hệ thống mờ. Việc đào tạo và cập nhật các thông số của ANFIS
là một trong những vấn đề chính. Hầu hết các phương pháp đào tạo dựa trên từng bước
là rất khó khăn và phải sử dụng quy tắc chuỗi cũng có thể gây ra tối thiểu tại địa phương.
Ở đây ở phạm vi đề tài này tôi cố gắng đề xuất một phương pháp có thể cập nhật tất cả
các thông số dễ dàng hơn và nhanh hơn
1.4. Mục tiêu đề tài
 Ứng dụng STATCOM để nâng cao độ ổn định động của hệ thống điện.
 Tìm hiểu về thuật toán bầy đàn PSO (Particle Swarm Optimization)
 Tìm hiểu về bộ điều khiển ANFIS (Adaptive -Network-based Fuzzy Inference )
 Thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM để nâng cao độ ổn
định của hệ thống điện 3 bus.
 Mô phỏng kết quả trên Matlab.
1.5. Nhiệm vụ và giới hạn đề tài
Thiết kế hệ thống điện điều khiển bằng bộ ANFIS kết hợp thuật toán PSO mà đơn
cử ở đây là sử dụng thiết bị STATCOM
Do chạy mô phỏng nên chưa thể kết luận chính xác nhất tính ưu việc của hệ thống
1.6. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu nguyên lý làm việc, các thuật toán PSO kết hợp bộ ANFIS để xây dựng
cho bộ STATCOM. Từ đó xây dựng mô hình mô phỏng để nghiên cứu đặt trên các đường
dây.

21. 5
1.7. Nội dung đề tài
Chương 1: Tổng quan.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết.
Chương 3: Giới thiệu thuật toán bầy đàn PSO.
Chương 4: Bộ điều khiển ANFIS.
Chương 5: Thiết kế bộ điều khiển PSO kết hợp ANFIS cho STATCOM để nâng cao
ổn định hệ thống điện.
Chương 6: Kết luận và Hướng phát triển.

22. 6
Chương 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Tổng quan về STATCOM
STATCOM (Static Synchronous Compensator) là thiết bị chuyển đổi nguồn áp
(VSC-Voltage Source Converter), được định nghĩa là một bộ tự biến đổi công suất cung
cấp từ một nguồn điện thích hợp và hoạt động tạo ra một bộ điều chỉnh điện áp nhiều
pha.Thiết bị này được dùng trong lưới điện xoay chiều 3 pha để thực hiện điều chỉnh,
điều khiển độc một cách độc lập công suất tác dụng và công suất phản kháng. Để điều
khiển bù công suất phản kháng trong hệ thống điện thường sử dụng cấu hình STATCOM
biến đổi. STATCOM đã được định nghĩa với ba chức năng hoạt động. Chức năng đầu
tiên là bộ chuyển đổi tĩnh: nguyên lý dựa trên các thiết bị chuyển đổi không có thành
phần quay, chứa năng thứ hai là thiết bị đồng bộ : tương tự như một máy đồng bộ lý
tưởng với điện áp ba pha hình sin tại tần số cơ bản, chức năng thứ ba là khả năng bù
: cung cấp bù công suất phản kháng. Cơ sở của công nghệ STATCOM là sử dụng các
bộ biến đổi điện tử công suất ở dạng một bộ biến đổi điện tạo nguồn điện áp để tổng hợp
điện áp đầu ra Vc từ nguồn điện áp một chiều. Điện áp xoay chiều Vc của bộ biến đổi
điện được đấu nối với hệ thống điện (được thể hiện bằng điện áp hệ thống Vs và điện
kháng hệ thống Xs), thông qua điện kháng đệm Xc. Trên Hình 2.1 thể hiện mạch điện
tương đương một pha của STATCOM.
Bằng cách khống chế điện áp Vc của STATCOM, cùng pha với điện áp hệ thống
Vs, nhưng có biên độ lớn hơn, dòng điện và công suất phản kháng chạy từ STATCOM
vào hệ thống, để nâng điện áp lên. Ngược lại, nếu điều khiển điện áp Vc thấp hơn điện
áp hệ thống Vs, thì dòng điện và dòng công suất chạy từ lưới vào STATCOM, do vậy
hạn chế quá điện áp trên lưới điện

23. 7
Điện áp xoay chiều được tạo ra từ nguồn điện áp một chiều nhờ các bộ biến đổi công
suất sử dụng điện tử tác động nhanh. Đặc điểm khác biệt của STATCOM là nó sử dụng
các công tắc hai chế độ, ví dụ như các thyristor cắt (GTO) hoặc transistor lưỡng cực
cửa cách điện (IGBT) có khả năng điều khiển dẫn dòng cũng như cắt mạch. Dạng sóng
đầu ra đơn giản nhất từ bộ biến đổi điện nguồn điện áp là điện áp có dạng sóng vuông.
Tuy nhiên, dạng sóng mong muốn và tối ưu nhất là dạng hình sin, STATCOM thực hiện
được dạng sóng với chất lượng yêu cầu bằng cách tổng hợp dạng sóng hình sin theo một
chuỗi các bậc, với việc sử dụng kỹ thuật nhân xung được áp dụng từ nhiều năm nay để
giảm sóng hài trong điện áp xoay chiều của các bộ chỉnh lưu và biến đổi điện. Bằng cách
tăng số bậc, có thể giảm thành phần sóng hài và nhờ đó điện áp tạo ra gần đúng hơn với
sóng hình sin tần số cơ bản.
Chức năng của STATCOM thì tương tự như của một tụ bù đồng bộ nhưng thời gian
phản ứng cực kỳ nhanh chóng và hiệu quả.Tóm lại, STATCOM cung cấp bù công suất
phản kháng để giải quyết một loạt những yêu cầu chất lượng cho hệ thống điện như điện
áp, tần số của hệ lưới điện thống công nghiệp khi bản thân nó có biến động và nguy cơ
mất ổn định. Một hệ thống STATCOM hoàn thiện cơ bản bao gồm một nguồn điện áp
DC, bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC), và một máy biến áp ghép nối với lưới điện.
vs
Vdc
vc
Xc
STACOM
POWER
SYSTEM
Uc
Hình 2.1 : Mạch điện tương đương 1 pha của STATCOM

24. 8
C
rp
ea
rs Is va
eb
ec
rs
rs
Is
Is
vb
vc
Ua
Ua
Ua
Voltage
sourced
inverter
Hình 2.2 : Mạch điện tương đương 3 pha của STATCOM
2.2. Cấu trúc và nguyên lý hoạt động cơ bản của STATCOM
Hình 2.3 : Giản đồ bộ STATCOM
Bộ STATCOM được mắc song song với đường dây và hoạt động không cần nguồn
năng lượng dự trữ có tác dụng như là một máy bù công suất phản kháng. Việc điều khiển
dòng công suất phản kháng cung cấp cho hệ thống điện được thực hiện bằng cách điều
khiển điện áp ngõ ra V cùng pha với điện áp hệ thống VT (hình 2.3).

25. 9
 Nếu V nhỏ hơn điện áp hệ thống VT thì dòng điện bộ nghịch lưu đi qua cuộn
kháng sẽ mang tính cảm, bộ STATCOM nhận công suất phản kháng từ hệ thống.
 Nếu V lớn hơn điện áp hệ thống V T thì dòng điện bộ nghịch lưu đi qua cuộn
kháng sẽ mang tính dung, bộ STATCOM phát công suất phản kháng lên hệ thống.
Hình 2.4. mô tả cấu trúc cơ bản của bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC)
Hình 2.4 : Cấu trúc cơ bản của bộ VSC
Hình 2.2 biểu diễn cấu trúc cơ bản của một bộ biến đổi toàn sóng 3 pha có 6 bộ
chuyển mạch, mổi bộ gồm có một GTO (gate-turn-off) thyristor nối đối song với một
diode. Với mục tiêu là tạo ra một dạng sóng điện áp đầu ra gần như dạng sóng hình sin
có thể, bộ chuyển mạch của thyristor GTO riêng lẽ trong bộ VSC thì được điều khiển
bằng khối chương trình điều khiển chuyển mạch, được thiết kế để giảm đến mức tối thiểu
phát sinh sóng hài lúc bộ VSC làm việc và nhu cầu cho việc lọc sóng hài.
Hầu hết các phương pháp thường được sử dụng cho việc điều khiển điện áp xoay
chiều bằng các phương pháp biến đổi như là:
Thay đổi điện áp một chiều với một bộ biến đổi sóng đầy đủ, đôi khi còn được
gọi là bộ điều biến biên độ xung (Pulse Amplitude Modulation - PAM).

26. 10
Điện áp một chiều không đổi với bộ điều biến độ rộng xung (Pulse Width
Modulated - PWM)
Nguyên lý cơ bản của STATCOM là sử dụng bộ biến đổi nguồn điện áp (VSC)
dựa trên kỹ thuật các phần tử điện tử công suất (GTO) thyristor hay tranzitor lưỡng cực
có cổng cách điện (IGBT) với khả năng ngắt dòng điện khi có xung ngắt gửi đến cổng
điều khiển. Điều này cho phép cho bộ STATCOM phát ra một nguồn điện áp xoay chiều
AC ở đầu cực bộ biến đổi lúc tần số cơ bản yêu cầu với biên độ điều chỉnh được, sơ đồ
khối của một bộ STATCOM được thể hiện ở Hình 2.5.
Sự chuyển đổi công suất phản kháng với lưới điện thì đạt được bởi điều khiển
biên độ điện áp V và sự chuyển đổi công suất tác dụng do điều khiển dịch chuyển pha
ψ. Sự thay đổi công suất tác dụng thì chỉ thường điều khiển điện áp một chiều.
Hình 2.5: Nguyên lý hoạt động của bộ STATCOM

27. 11
Ứng dụng của bộ bù đồng bộ tĩnh – STATCOM:
Hình 2.6 : Sơ đồ kết nối bộ STATCOM với hệ thống điện
Bộ STATCOM là một thiết bị bù ngang, nó chuyển đổi nguồn điện áp một chiều
thành điện áp xoay chiều để bù công suất phản kháng cho hệ thống điện.
STATCOM không yêu cầu các thành phần cảm kháng và dung kháng lớn để cung
cấp công suất phản kháng cho các hệ thống truyền tải cao áp. Một lợi thế khác là đầu ra
phản ứng nhanh ở điện áp hệ thống thấp.
2.3 Các chỉ tiêu cơ bản liên quan chất lương điện năng trong lưới phân phối
2.3.1 Độ lệch tần số:
Là hiệu số giữa giá trị tần số thực tế và tần số định mức: (f - fn) gọi là độ lệch tần
số. Độ lệch tần số có thể biểu thị dưới dạng độ lệch tương đối:
 
n
n
f - f
Δf (%) = 100 %
f
(2.1)
Chất lượng điện đảm bảo khi độ lệch tần số nằm trong giới hạn cho phép:
∆fmin ≤ ∆f ≤ ∆fmax có nghĩa là tần số phải luôn nằm trong giới hạn: fmin ≤ f ≤ fmax.

28. 12
2.3.2 Độ dao động tần số:
Trong trường hợp tần số thay đổi nhanh với tốc độ lớn hơn 0,1%/s, sự biến đổi
đó gọi là dao động tần số. Một trong những nguyên nhân gây ra dao động tần số là sự
thay đổi đột ngột các tham số của hệ thống điện như khi xảy ra ngắn mạch, quá trình
đóng cắt tải…
2.3.3 Ảnh hưởng của sự thay đổi tần số:
Khi có sự thay đổi tần số có thể gây ra một số hậu quả xấu ảnh hưởng đến sự làm
việc của các thiết bị điện và hệ thống điện.
Với thiết bị điện.
Các thiết bị được thiết kế và tối ưu ở tần số định mức, biến đổi tần số dẫn đến
giảm năng suất làm việc của thiết bị.
Làm giảm hiệu suất của thiết bị điện ví dụ như đối với động cơ vì khi tần số thay
đổi sẽ làm tốc độ quay thay đổi, ảnh hưởng đến năng suất làm việc của các động cơ. Khi
tần số tăng lên, công suất tác dụng tăng và ngược lại.
Đối với hệ thống điện
Biến đổi tần số ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị tự dùng
trong các nhà máy điện, có nghĩa là ảnh hưởng đến chính độ tin cậy cung cấp điện. Tần
số giảm có thể dẫn đến ngừng một số bơm tuần hoàn trong nhà máy điện, tần số giảm
nhiều có thể dẫn đến ngừng tổ máy.
Thiết bị được tối ưu hoá ở tần số 50 Hz, đặc biệt là các thiết bị cuộn dây từ hoá
như máy biến áp.
Làm thay đổi trào lưu công suất của hệ thống, tần số giảm thường dẫn đến tăng
tiêu thụ công suất phản kháng, đồng nghĩa với thay đổi trào lưu công suất tác dụng và
tăng tổn thất trên các đường dây truyền tải.
Tần số nằm trong giới hạn nguy hiểm là từ (45  46) Hz, ở tần số này năng suất
của các thiết bị dung điện giảm, hệ thống mất ổn định, xuất hiện sự cộng hưởng làm cho

29. 13
các máy phát, động cơ bị rung mạnh và có thể bị phá hỏng.
Ngoài ra sự biến đổi của tần số còn phá hoại sự phân bố công suất, kinh tế trong
hệ thống điện.
Các ảnh hưởng của tần số trong hệ thống điện đến chất lượng điện ta thấy rất rõ
trong phân tích trên. Tần số thay đổi là do có sự sai lệch về momen điện và momen cơ
trên trục máy phát. Do vậy những vấn đề về điều chỉnh sự cân bằng momen này được
thực hiện tại các nhà máy điện. Trong phạm vi nghiên cứu về lưới điện phân phối ta coi
tần số là không đổi và đi sâu nghiên cứu các vấn đề về điện áp do chúng là một đại lượng
biến đổi ở mọi điểm trên lưới điện và ảnh hưởng đến chất lượng điện năng.
2.4 Điện áp nút phụ tải
2.4.1 Dao động điện áp
Dao động điện áp là sự biến thiên của điện áp xảy ra trong khoảng thời gian tương
đối ngắn. Được tính theo công thức:
max min
n
U - U
ΔU = 100 (%)
U
(2.2)
Tốc độ biến thiên từ Umin đến Umax không quá 1%/s. Phụ tải chịu ảnh hưởng của
dao động điện áp không những về biên độ dao động mà cả về tần số xuất hiện các dao
động đó. Nguyên nhân chủ yếu gây ra dao động điện áp là do các thiết bị có cosφ thấp
và các phụ tải lớn làm việc đòi hỏi đột biến về tiêu thụ công suất tác dụng và công suất
phản kháng như: các lò điện hồ quang, các máy hàn, các máy cán thép cỡ lớn, …
Dao động điện áp được đặc trưng bởi hai thông số là biên độ và tần số dao động.
Trong đó, biên độ dao động điện áp có thể xác định theo biểu thức:
 
Q
k
Q
k
v = 100 %
1 - k (2.3)

30. 14
Ở đây: Q
BA
Q
k =
S
- Tỷ lệ công suất phản kháng so với công suất định mức của MBA;
Q - Lượng phụ tải phản kháng thay đổi đột biến, MVAr.
SBA - Công suất định mức của máy biến áp cấp cho điểm tải, MVA.
Như vậy, biên độ dao động điện áp sẽ phụ thuộc vào giá trị hệ số kQ. Với cùng
một sự biến đổi phụ tải Q như nhau, nếu công suất máy biến áp lớn hơn thì mức độ dao
động điện áp giảm, điều đó có nghĩa là máy biến áp có công suất càng lớn thì mức độ
dao động điện áp càng giảm, chất lượng điện năng của hệ thống càng được đảm bảo. Tuy
nhiên công suất của máy biến áp càng lớn thì dẫn tới nhiều yếu tố bất lợi khác như tổn
thất điện năng, dòng ngắn mạch cũng lớn hơn… Vì vậy việc giảm biên độ dao động là
bài toán rất phức tạp đòi hỏi chúng ta phải phân tích kỹ lưỡng để làm dung hòa các yếu
tố trên.
Khi cần đánh giá sơ bộ dao động điện áp khi thiết kế cấp điện, ta có thể tính toán
gần đúng như sau:
 
N
%
ΔQ
U = . 100
S
 (2.4)
Dao động điện áp khi lò điện hồ quang làm việc:
 
B
N
%
S
U = .100
S
 (2.5)
Trong đó:
Q - Lượng công suất phản kháng biến đổi của phụ tải;
SB - Công suất của máy biến áp lò điện hồ quang;
SN - Công suất ngắn mạch tại điểm có phụ tải làm việc.
Độ dao động điện áp được hạn chế trong miền cho phép, theo TCVN quy định

31. 15
dao động điện áp trên cực các thiết bị chiếu sáng như sau:
 
cp %
6 Δt
ΔU = 1 + = 1 +
n 10
(2.6)
Trong đó:
n - là số dao động trong một giờ;
∆t - Thời gian trung bình giữa hai dao động (phút).
Nếu trong một giờ có một dao động thì biên độ được phép là 7 %. Đối với các
thiết bị có sự biến đổi đột ngột công suất trong vận hành chỉ cho phép ∆U đến 1,5 %.
Còn đối với các phụ tải khác không được chuẩn hóa, nhưng nếu ∆U lớn hơn 15 % thì sẽ
dẫn đến hoạt động sai của khởi động từ và các thiết bị điều khiển.
2.4.2 Độ lệch điện áp
2.4.2.1. Độ lệch điện áp tại phụ tải
Là giá trị sai lệch giữa điện áp thực tế U trên cực của các thiết bị điện so với điện
áp định mức Un của mạng điện và được tính theo công thức:
 
n
n
U - U
= . 100 %
U
 (2.7)
Độ lệch điện áp  phải thỏa mãn điều kiện: -
≤  ≤ +
trong đó : -
, +
là giới hạn
dưới và giới hạn trên của độ lệch điện áp.
Độ lệch điện áp được tiêu chuẩn hóa theo mỗi nước. Ở Việt Nam quy định:
- Độ lệch cho chiếu sáng công nghiệp và công sở, đèn pha trong giới hạn:
-2,5 % ≤ cp ≤ +5 %.
- Độ lệch cho động cơ -5,5 % ≤ cp ≤ +10 %.
- Các phụ tải còn lại. -5 % ≤ cp ≤ +5 %.

32. 16
Với các sự cố xảy ra trên đường dây truyền tải mặc dù không gây ra mất điện cho
khách hàng do đã được bảo vệ bởi các thiết bị bảo vệ như rơle, máy cắt… Tuy nhiên
hiện tượng sụt áp vẫn xảy ra. Do đó phải đảm bảo không được tăng quá 110 % điện áp
danh định ở các pha không bị sự cố đến khi sự cố bị loại trừ … Ngoài ra bên cung cấp
và khách hàng cũng có thể thoả thuận trị số điện áp đấu nối, trị số này có thể cao hơn
hoặc thấp hơn các giá trị được ban hành.
2.4.2.2. Độ lệch điện áp trong lưới hạ áp
Lưới phân phối hạ áp cấp điện trực tiếp cho hầu hết các thiết bị điện. Trong lưới
phân phối hạ áp các thiết bị điện đều có thể được nối với nó cả về không gian và thời
gian (tại bất kỳ vị trí nào, bất kỳ thời gian nào). Vì vậy trong toàn bộ lưới phân phối hạ
áp điện áp phải thỏa mãn tiêu chuẩn:  -
≤  -
≤ +
.
Hình 2.7 : miền chất lượng điện áp Hình 2.8: chế độ công suất max và
min của phụ tải
Ta thấy rằng có hai vị trí và hai thời điểm mà ở đó chất lượng điện áp đáp ứng yêu cầu
thì tất cả các vị trí còn lại và trong mọi thời gian sẽ đạt yêu cầu về độ lệch điện áp. Đó là
điểm đầu lưới (điểm B) và điểm cuối lưới (điểm A), trong hai chế độ max và chế độ min
của phụ tải.
Phối hợp các yêu cầu trên ta lập được các tiêu chuẩn sau, trong đó quy ước số 1
UH
B A
 Pmin
1
2 3
UH1
UH2
Pmax
P


B A
L-íi h¹ ¸p 


Tr¹m ph©n phèi
MiÒn CL§A
MiÒn CL§A

33. 17
chỉ chế độ max, số 2 chỉ chế độ min.
A1
A2
B1
B2
  
  
  
  
 
 
 
 
  

 


 

  

(2.8.1)
Từ đồ thị ta nhận thấy độ lệch điện áp trên lưới phải nằm trong vùng gạch chéo,
Hình 2.7, gọi là miền chất lượng điện áp.
Nếu sử dụng tiêu chuẩn (2.8.1) thì ta phải đo điện áp tại hai điểm A, B trong cả
chế độ phụ tải max và min.
Giả thiết tổn thất điện áp trên lưới hạ áp được cho trước, ta chỉ đánh giá tổn thất
điện áp trên lưới trung áp. Vì vậy ta có thể quy đổi về đánh giá chất lượng điện áp chỉ ở
điểm B là điểm đầu của lưới phân phối hạ áp hay điện áp trên thanh cái 0,4 kV của trạm
phân phối.
Ta có:
A1 B1 H1
A2 B2 H2
U
U
 
 
  


  

(2.8.2)
Thay vào (2.8.1) ta được:
H1 B1 H1
H2 B2 H2
B1
B2
U U
U U
  
  
  
  
 
 
 
 
      

     


 

  

Nếu hai bất phương trình đầu thỏa mãn vế trái thì hai bất phương trình sau cũng
thỏa mãn vế trái và nếu hai bất phương trình sau thỏa mãn vế phải thì hai bất phương

34. 18
trình đầu cũng thỏa mãn vế phải hệ trên tương đương với:

H1 B1
H2 B2
U
U
  
  
 
 
    


   


(2.8.3)
Ta có thể vẽ được đồ thị biểu diễn theo tiêu chuẩn (2.8.3) trên Hình 2.8 ứng với
hai chế độ công suất max và min của phụ tải.
Tiêu chuẩn này được áp dụng như sau:
Khi cho biết UH trên lưới hạ áp ở hai chế độ max và min, ta lập đồ thị đánh giá
chất lượng điện như Hình 2.8. Sau đó đo điện áp trên thanh cái trạm phân phối trong chế
độ max và min, tính được B1, B2. Đặt hai điểm này vào đồ thị rồi nối bằng một đường
thẳng. Nếu đường này nằm trọn trong miền chất lượng (đường 3) thì độ lệch điện áp trên
lưới đạt yêu cầu, nếu nó có phần nằm ngoài miền chất lượng (đường 1, 2) thì độ lệch
điện áp trên lưới không đạt yêu cầu và đòi hỏi chúng ta cần có các biện pháp để điều
chỉnh điện áp phù hợp đảm bảo cho độ lệch nằm trong miền giới hạn.
2.4.2.3. Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối
Phân tích lưới phân phối với cấu trúc như hình vẽ sau:
Hình 2.9 : Diễn biến của điện áp trong lưới phân phối
E
UTA
MBA PP
UH
p UB
B A
MBA nguån
UTA1
UTA2
UB1
UB1
UH2
UH1
p
1
2



§D trung ¸p L-íi h¹ ¸p
B A



35. 19
Ở chế độ max, nhờ bộ điều áp dưới tải ở các trạm 110 kV nên điện áp đầu nguồn
đạt độ lệch E1 so với điện áp định mức. Khi truyền tải trên đường dây trung áp, điện áp
sụt giảm một lượng là UTA làm điện áp thanh cái đầu vào máy biến áp phân phối giảm
xuống (đường 1) nhưng tại máy biến áp phân phối có các đầu phân áp cố định nên điện
áp có thể tăng lên hoặc giảm, tuỳ theo vị trí đầu phân áp đến điện áp Ep1. Ở đầu ra của
máy biến áp phân phối điện áp giảm xuống do tổn thất điện áp UB1 trong máy biến áp
phân phối. Đến điểm A ở cuối lưới phân phối hạ áp điện áp giảm xuống thấp hơn nữa do
tổn thất UH1 trên lưới hạ áp.
Ở chế độ min cũng tương tự, ta có đường biểu diễn điện áp (đường 2). Nếu đường
điện áp nằm trọn trong miền chất lượng điện áp (miền gạch chéo) thì chất lượng điện áp
đạt yêu cầu, ngược lại là không đạt, khi đó cần phải có các biện pháp điều chỉnh. Áp
dụng tiêu chuẩn (2.8.1) ta có thể đánh giá được chất lượng điện áp tại các nút cung cấp
điện cho phụ tải và có thể chọn được đầu phân áp thích hợp với cấu trúc lưới phân phối
và các thông số vận hành cho trước. Song với tiêu chuẩn này ta không so sánh được hiệu
quả của các biện pháp điều chỉnh điện áp và không thể lập mô hình tính toán để giải trên
máy tính điện tử. Để khắc phục ta đưa ra tiêu chuẩn tổng quát sau:
Từ sơ đồ trên ta lập được biểu thức tính toán:
B1 1 TA1 P B1
B2 2 TA2 P B2
A1 B1 H1
A2 B2 H2
E U +E U
E U +E U
U U
U U




    

     


  

   

(2.8.4)
Xét thêm độ không nhạy  của thiết bị điều áp ta rút ra hai tiêu chuẩn:
U1 B1
U2 B2
U +ε ε
U +ε ε
  
  
 
 
     


    


(2.8.5)
Tiêu chuẩn (2.8.5) cho phép đánh giá chất lượng điện áp của toàn lưới hạ áp tại

36. 20
điểm B là thanh cái của máy biến áp hạ áp khi đã biết tổn thất điện áp trong lưới hạ áp ở
chế độ max UH1 và chế độ min UH2.
Hình 2.10 Hình 2.11
Tiêu chuẩn (2.8.5) được vẽ trên Hình 2.10 theo quan hệ với công suất phụ tải, giả
thiết quan hệ này là tuyến tính. Miền gạch chéo là miền chất lượng điện áp, nghĩa là khi
độ lệch điện áp nằm trong miền này thì chất lượng. Khi độ lệch điện áp tại B nằm trong
miền này thì chất lượng điện áp trong toàn lưới hạ áp được đảm bảo và ngược lại.
Tiêu chuẩn này được vẽ trên Hình 2.11 với trục ngang là độ lệch điện áp B1, chất
lượng điện áp được đảm bảo khi B1 nằm trong miền giữa -
+ U1+ và +
- .
2.4.2.4 Ảnh hưởng của điện áp đến sự làm việc của phụ tải
Trong thực tế ta thấy khi làm việc với các thiết bị điện sử dụng chất lượng điện
kém và điện áp thường xuyên dao động nó sẽ gây ra những tác động không tốt đến sức
khỏe người lao động, giảm hiệu suất làm việc và tuổi thọ của thiết bị điện. Ta có thể
nhận thấy sự ảnh hưởng này đối với các thiết bị cụ thể như sau:
Đối với động cơ:
Mô men của động cơ không đồng bộ tỷ lệ với bình phương điện áp U đặt vào
động cơ. Đối với động cơ đồng bộ khi điện áp thay đổi làm cho momen quay thay đổi,
khả năng phát công suất phản kháng của máy phát và máy bù đồng bộ giảm đi khi điện

37. 21
áp giảm quá 5% so với định mức. Vì vậy bất kỳ sự thay đổi điện áp nào cũng tác động
không tốt đến sự làm việc của các động cơ.
Đối với thiết bị chiếu sáng
Các thiết bị chiếu sáng rất nhạy cảm với điện áp, khi điện áp giảm 2,5 % thì quang
thông của đèn dây tóc giảm 9 %. Đối với đèn huỳnh quang khi điện áp tăng 10 % thì tuổi
thọ của nó giảm (2025) %, với các đèn có khí, khi điện áp giảm xuống quá 20% định
mức thì nó sẽ tắt và nếu duy trì độ tăng điện áp kéo dài thì có thể cháy bóng đèn. Đối với
các đèn hình khi điện áp nhỏ hơn 95 % điện áp định mức thì chất lượng hình ảnh bị méo.
Các đài phát hoặc thu vô tuyến, các thiết bị liên lạc bưu điện, các thiết bị tự động hóa rất
nhạy cảm với sự thay đổi của điện áp. Như khi xảy ra dao động điện áp nó sẽ gây ra dao
động ánh sáng, làm hại mắt người lao động, gây nhiễu máy thu thanh, máy thu hình và
thiết bị điện tử. Chính vì thế độ lệch điện áp cho phép đối với các thiết bị chiếu sáng và
thiết bị điện tử được quy định nhỏ hơn so với các thiết bị điện khác.
Hình 2.12 - Đặc tính của đèn sợi đốt.
Các dụng cụ đốt nóng, các bếp điện trở
Công suất tiêu thụ trong các phụ tải loại này tỷ lệ với bình phương điện áp đặt
vào. Khi điện áp giảm hiệu quả đốt nóng của các phần tử giảm rõ rệt. Đối với các lò điện
sự biến đổi điện áp ảnh hưởng nhiều đến đặc tính kinh tế kỹ thuật của các lò điện.

38. 22
Đối với nút phụ tải tổng hợp
Khi thay đổi điện áp ở nút phụ tải tổng hợp bao gồm các phụ tải thành phần thì
công suất tác dụng và phản kháng do nó sử dụng cũng biến đổi theo đường đặc tính tĩnh
của phụ tải.
Hình 2.13 - Sự phụ thuộc của P, Q vào điện áp.
Ta thấy công suất tác dụng ít chịu ảnh hưởng của điện áp so với công suất phản
kháng. Khi điện áp giảm thì công suất tác dụng và công suất phản kháng đều giảm, đến
một giá trị điện áp Ugh nào đó, nếu điện áp tiếp tục giảm công suất phản kháng tiêu thụ
tăng lên, hậu quả là điện áp lại càng giảm và phụ tải ngừng làm việc, hiện tượng này gọi
là hiện tượng thác điện áp, có thể xảy ra với một nút phụ tải hay toàn hệ thống điện khi
điện áp giảm xuống (7080) % so với điện áp định mức ở nút phụ tải. Đây là một sự cố
vô cùng nguy hiểm cần phải có biện pháp ngăn chặn kịp thời.
Đối với hệ thống điện
Sự biến đổi điện áp ảnh hưởng đến các đặc tính kỹ thuật của bản thân hệ thống
điện. Điện áp giảm sẽ làm giảm công suất phản kháng do máy phát điện và các thiết bị
bù sinh ra. Đối với máy biến áp, khi điện áp tăng, làm tăng tổn thất không tải, tăng độ
cảm ứng từ trong lõi thép gây phát nóng cục bộ. Khi điện áp tăng quá cao có thể chọc
thủng cách điện.
0
P, Q
U
Q
P
Un
Ugh

39. 23
2.4.3 Độ không đối xứng
2.4.3.1 Nguyên nhân
Trong mạng điện ba pha, ngoài các thiết bị điện ba pha còn có rất nhiều các thiết
bị điện 1 pha. Mặc dù nguồn điện là 3 pha, phụ tải 3 pha đối xứng đối xứng và các phụ
tải 1 pha được phân phối đều trên các pha khi thiết kế và lắp đặt… Tuy nhiên các phụ tải
1 pha này lại luôn biến đổi và hoàn toàn mang tính ngẫu nhiên. Vì vậy, trong quá trình
vận hành chắc chắn không thể tránh được tình trạng làm việc không đối xứng.
Sự xuất hiện không đối xứng trong hệ thống điện do nhiều nguyên nhân khác
nhau như:
- Do phụ tải: phụ tải một pha là phụ tải không đối xứng điển hình nhất như lò
điện, máy hàn, các thiết bị chiếu sáng và các phụ tải sinh hoạt… Các lò hồ quang ba pha
nói chung là phụ tải ba pha không đối xứng vì hồ quang trong ba pha thường không đồng
đều. Sự phân chia phụ tải một pha không đồng đều cho các pha cũng là nguyên nhân gây
mất đối xứng.
- Do bản thân các phần tử ba pha được hoàn thành không đối xứng hoàn toàn như
đường dây tải điện ba pha đặt đồng phẳng hay trên đỉnh của các tam giác đều mà không
hoán vị.
- Do áp dụng một số trường hợp đặc biệt như các đường dây “2 pha - đất”, “pha
- đường ray” chế độ không toàn pha, tức là chế độ đường dây 3 pha chỉ truyền tải điện
trên 1 hoặc 2 pha.
- Do sự cố ngắn mạch không đối xứng, đứt dây… Trong các tình trạng làm việc
này hiện tượng điện áp và dòng điện trên các pha có trị số khác nhau và góc giữa 2 vectơ
cạnh nhau khác 120°. Lúc này trong lưới điện ngoài thành phần thứ tự thuận còn xuất
hiện các thành phần thứ tự nghịch và thứ tự không của điện áp, dòng điện gây ảnh hưởng
đến sự làm việc của thiết bị điện ba pha. Sự không đối xứng còn gây ra nhiều vấn đề ảnh

40. 24
hưởng lớn đến hệ thống điện và các phụ tải, do đó để đảm bảo chất lượng điện năng cung
cấp thì không những các nhà thiết kế mà cả các kỹ sư vận hành lưới điện và người sử
dụng cũng phải cần dành sự quan tâm đặc biệt cho vấn đề này.
Như vậy ta có thể thấy độ không đối xứng của lưới điện xuất hiện khi có thành
phần thứ thự nghịch trong nó. Đặc biệt là sự xuất hiện của điện áp thứ thự nghịch. Độ
không đối xứng được ký hiệu là K2 và tính như sau:
• • •
2
A B C
2
2
n n
U +a U +a U
U
K = 100 = . 100 (%);
3U 3U
Với U2 - Điện áp thứ tự nghịch ở tần số cơ bản;
K2 ≤ 1 % thì được xem là đối xứng.
2.4.3.2 Ảnh hưởng của không đối xứng lưới điện
Trong khi lưới điện bị mất đối xứng sẽ xuất hiện dòng thứ tự nghịch và thứ tự
không. Do điện trở thứ tự nghịch nhỏ hơn điện trở thứ tự thuận từ (57) lần. Nên với
một giá trị nhỏ của điện áp U2 cũng có thể làm cho dòng điện thứ tự nghịch lớn gây lên
đốt nóng thiết bị điện, đồng thời nó gây lên tổn thất thứ tự nghịch và thứ tự không.
Đối với máy phát đồng bộ
Hiện nay đại bộ phận các máy phát điện đồng bộ thường làm việc trong lưới trung
tính cách ly, do đó trong chế độ không đối xứng không tồn tại thành phần dòng thứ tự
không mà qua chúng chỉ có thành phần thứ tự thuận và nghịch.
Hệ dòng thứ tự thuận sinh ra từ trường quay đồng bộ với rôto nên không quét qua
rôto và các tác dụng của nó giống như lúc máy phát có phụ tải đối xứng bình thường
(trong rôto không có dòng cảm ứng xoay chiều mà chỉ có dòng kích thích một chiều).
Hệ dòng thứ tự nghịch sinh từ trường quay ngược chiều rôto với vận tốc đồng bộ do đó
nó quét qua rôto với vận tốc bằng hai lần vận tốc đồng bộ và do đó trong mạch rôto sẽ

41. 25
có dòng cảm ứng tần số 100 Hz. Dòng này gây nên tác dụng nhiệt và cơ đối với máy
phát điện đồng bộ.
Tác dụng nhiệt là do từ trường quay ngược cắt các mạch vòng khép kín của phần
quay và tĩnh của máy phát và nó sinh dòng cảm ứng cùng tồn tại thất phụ. Đối với các
máy phát nhiệt điện (tuabin máy phát) rôto của chúng là cả một khối thép lớn, do đó
dòng cảm ứng với tần số 100 Hz trong rôto cũng rất lớn. Ngoài ra vì tần số của dòng
trong rôto tương đối cao do đó hiệu ứng mặt ngoài mạnh, dòng rôto khép mạch qua các
chêm và đai. Vì vậy các tác dụng nhiệt của dòng cảm ứng tần số 100 Hz đối với rôto
máy phát nhiệt điện rất nguy hiểm. Đối với máy thuỷ điện, vì rôto cục lồi lên dòng cảm
ứng tần số 100 Hz nhỏ hơn nhiều so với máy phát nhiệt điện và chế độ không đối xứng,
tác dụng nhiệt không nguy hiểm như đối với máy phát nhiệt điện.
Trong chế độ không đối xứng mômen của máy phát gồm hai thành phần: không
đổi dấu và đập mạch. Tác dụng của từ trường nghịch với cuộn kích thích sẽ sinh ra
mômen đổi dấu đập mạch với tần số 100, 200, 300 Hz,… Tuy nhiên trong thực tế chỉ
cần xét đến mômen đập mạch với tần số 100 Hz vì biên độ mômen tần số càng cao càng
nhỏ, thí dụ biên độ của mômen đập mạch với tần số 200 Hz chỉ bằng 10 % biên độ của
mômen đập mạch với tần số 100 Hz.
Để xác định mômen đập mạch sinh ra trong chế độ không đối xứng cần phải xét
máy phát cùng với mạch ngoài vì điện kháng thứ tự nghịch của máy phát không chỉ phụ
thuộc vào tham số của bản thân máy phát mà còn phụ thuộc vào cả mạch điện không đối
xứng bên ngoài. Tác dụng mômen đổi dấu đối với máy phát điện là gây ứng suất phụ và
rung.
Đối với động cơ không đồng bộ
Cuộn dây ba pha phần tĩnh của động cơ không đồng bộ được đấu tam
giác hoặc sao không dây trung tính, do đó trong chế độ không đối xứng phần
tĩnh của nó chỉ tồn tại các thành phần dòng thứ tự thuận và thứ tự nghịch.

42. 26
Tác dụng từ trường quay của hệ dòng thứ tự thuận đối với rôto là sinh mô men
không đồng bộ như trong chế độ đối xứng bình thường và khi đó dòng rôto có tần số f1s
( s ở đây là độ trượt giữa vận tốc quay của rôto và vận tốc đồng bộ, f1 tần số dòng phần
tĩnh).
Từ trường quay của dòng thứ tự nghịch quay ngược chiều với rôto nên
sinh dòng cảm ứng trong rôto với tần số (2 - s).f1 . Điện trở tác dụng tương đối
định mức của rôto động cơ không đồng bộ rất nhỏ (R2 = 0,02 ÷ 0,03), điện
kháng tản từ của rôto cũng chỉ vào khoảng 0,1. Trong khi đó điện kháng từ
hoá của nó lại rất lớn (Xm = 3 ÷ 4). Do đó điện kháng thứ tự nghịch của động
cơ không đồng bộ rất nhỏ và có thể coi như bằng điện kháng ngắn mạch của nó X2 = XN
= (0,1 ÷ 0,3) tức là rất nhỏ so với điện kháng thứ tự thuận. Như vậy ngay cả khi điện áp
thứ tự nghịch đặt vào rất nhỏ thì trong động cơ không đồng bộ cũng có dòng thứ tự
nghịch rất lớn.
Trong chế độ không đối xứng đứt một pha phần tĩnh động cơ thì dòng hai pha
còn lại tăng gấp 3 lần dòng thứ tự thuận và nếu coi dòng này bằng định mức thì tổn thất
công suất trong phần tĩnh hai pha còn lại tăng ba lần, tổn thất trong rôto tăng hai lần. Vì
vậy trong chế độ không đối xứng động cơ không đồng bộ phát nóng rất mạnh. Mô men
cực đại của động cơ không đồng bộ trong chế độ không đối xứng có thể giảm xuống đến
hai lần.
Đối với đường dây các phần tử tĩnh khác
Có thể thấy rằng trong chế độ không đối xứng tổn thất trên đường dây và các
phần tử tĩnh khác tăng lên. Ví dụ trong chế độ đối xứng tổn thất ba pha đường dây có
dòng điện I và điện trở R là 3I2
R. Còn trong chế độ không đối xứng, nếu dòng trong
pha này giảm đi I, dòng trong pha kia tăng lên I, còn dòng trong pha thứ ba vẫn là I
thì tổn thất trên đường dây khi đó là: R[(I+I)2
+(I - I)2
+I2
] = R(3I2
+2I2
).

43. 27
Hình 2.14 - Sự phụ thuộc của tổn thất điện năng vào các hệ số KĐX.
Chế độ không đối xứng có thể dẫn đến quá tải các tụ điện bù, tụ lọc của thiết bị
chỉnh lưu và phản chỉnh lưu, làm phức tạp cho bảo vệ rơle. Vì điện áp khi đó có thể lớn
hơn hoặc nhỏ hơn điện áp định mức nên công suất phát của tụ QC của tụ có thể tăng hoặc
giảm, do đó có thể thay đổi sự đốt nóng của các pha khác nhau.
2.4.4 Độ không sin
Điện áp và dòng điện ba pha thay đổi theo chu kỳ hình sin với tần số cơ bản 50
Hz. Nhưng trong thực tế ta không bao giờ nhận được đường cong hình sin trọn vẹn vì
hầu hết các phần tử của hệ thống điện có đặc tính Vôn-Ampe là phi tuyến. Điều đó dẫn
đến sự xuất hiện của các tần số khác nhau làm cho điện áp và dòng điện không sin đó là
các sóng hài. Vậy sóng hài là gì?
2.4.4.1 Sóng hài
Ta biết rằng theo lý thuyết các nguồn tác động (là những tín hiệu được đưa đến
mạch) tồn tại trên lưới điện là các hàm điều hòa. Thực tế các nguồn tác động này trong
hệ thống điện không phải lúc nào cũng là hàm điều hòa, mà nó có thể có hình dạng bất
kỳ, bao gồm nhiều thành phần tần số trong đó có các thành phần tần số nào đó (họa tần)
khác với thành phần tần số cơ bản mà ta mong muốn sẽ ảnh hưởng nhất định cho sự hoạt

44. 28
động của mạch và các phần tử trong hệ thống điện. Khi đó các đáp ứng trong mạch cũng
sẽ là các quá trình nhiều tần số.
Hình 2.15 - Các bậc sóng hài.
2.4.4.2 Các nguồn tạo sóng hài
Trong những năm gần đây, các thiết bị điện tử (như bộ điều chỉnh tốc độ động cơ,
các bộ chỉnh lưu điều khiển, máy vi tính, ...) đã gây ra nhiều vấn đề liên quan đến sóng
họa tần trong hệ thống điện. Đối với hệ thống truyền tải điện thì ảnh hưởng chủ yếu do
cảm kháng từ hóa phi tuyến của máy biến áp, thiết bị hồ quang như: các lò điện hồ quang,
các máy hàn, các cuộn kháng điện trong các thiết bị hoạt động dựa trên cơ sở cảm ứng
điện từ. Đối với điều kiện vận hành không cân bằng giữa các pha như điện áp hệ thống
không cân bằng, tổng trở hệ thống hay tải không cân bằng mỗi thành phần sóng hài có
thể xảy ra trong ba thành phần (thuận, nghịch, không). Ngoài ra các tụ bù trong lưới điện
thường kết hợp với cảm kháng lưới tạo ra mạch cộng hưởng làm khuếch đại các dòng
hài có tần số lân cận tần số cộng hưởng tồn tại trong lưới. Sau đây chúng ta nghiên cứu
một vài nguồn gây ra họa tần trong mạng điện.

45. 29
Tải phi tuyến
Do ở tải phi tuyến tổng trở của nó thay đổi, dòng mà nó hấp thu sẽ không sin mặc
dù điện áp đặt vào có tính sin và từ đó có thể tạo nên nguồn dòng họa tần bơm vào hệ
thống. Các tải phi tuyến thường gặp như:
- Các quá trình chỉnh lưu điện áp.
- Thiết bị văn phòng và dân dụng như: UPS, máy tính, máy photocopy, TV, đèn
huỳnh quang...
- Bộ điều chỉnh tốc độ động cơ.
- Thiết bị thuộc lĩnh vực điện công nghệ: máy hàn, lò hồ quang...
Bão hòa mạch từ máy biến áp
Khi từ hóa lõi thép máy biến áp, do mạch từ bão hòa sẽ làm xuất hiện những hiện
tượng mà trong một số trường hợp ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của máy biến áp.
Ở đây xét những ảnh hưởng đáng kể đó khi máy biến áp làm việc không tải.
Ta biết rằng khi đặt vào dây quấn sơ cấp điện áp hình sin thì sẽ sinh ra dòng điện
không tải io chạy trong nó, dòng điện không tải io này sinh ra từ thông chạy trong lõi
thép. Ở đây nếu không kể đến tổn hao trong lõi thép thì dòng điện không tải io thuần túy
là dòng điện phản kháng dùng để từ hóa lõi thép.
Khi đó quan hệ f(io) cũng chính là quan hệ từ hóa B = F(H). Trên cơ sở lý thuyết
mạch, do hiện tượng bão hòa của lõi thép, nếu là hình sin thì io không hình sin và có dạng
nhọn đầu và trùng pha, nghĩa là dòng điện io ngoài thành phần sóng cơ bản còn có các
thành phần sóng hài bậc cao 3, 5, 7…Trong đó đáng chú ý là thành phần hài bậc 3 lớn
nhất và đáng kể hơn cả, còn các thành phần khác khá nhỏ. Hiện tượng này chúng ta có
thể thấy rõ trong Hình 2.16.

46. 30
Hình 2.16 - Hiện tượng từ trễ và bão hòa mạch từ làm méo dạng sóng dòng điện.
Máy phát cấp cho tải không đối xứng.
Trong quá trình cung cấp điện có thể xảy ra các trường hợp tải các pha không
bằng nhau. Như vậy máy phát điện đồng bộ làm việc ở tải không đối xứng, trong máy
điện đồng bộ sẽ sinh ra một số hiện tượng bất lợi như điện áp không đối xứng, các sóng
hài sức điện động và dòng điện bậc cao. Và đặc biệt khi có dòng họa tần phát sinh mạch
ngoài tác động lên đầu cực máy phát từ đó có sự biến thiên từ trở phản ứng giữa các khe
hở của stator và rotor của máy làm chuyển đổi bậc dòng họa tần này lan truyền vào hệ
thống.
Lưới điện
Lưới điện tồn tại các hài áp do ảnh hưởng của các tải tiêu thụ (công nghiệp và dân
dụng). Đây là căn cứ để đánh giá chất lượng sóng hài của hệ thống điện. Kiểm soát các
nguồn nhiễu họa tần tác động lên hệ thống để nâng cao chất lượng điện năng cho khách
hàng.
Ngoài các nguồn hài là các thiết bị điện kể trên còn phải kể đến các sóng hài do
quá độ sinh ra bởi các hiện tượng quá độ xảy ra trên lưới điện do thao tác đóng cắt mạch,
do xung sét … gây nên.

47. 31
2.4.4.3 Ảnh hưởng của sóng hài
Dòng điều hòa từ các nguồn phát sóng hài được đưa ngược trở lại hệ thống cung
cấp. Do đó sóng hài ảnh hưởng đến tất cả các thiết bị trong hệ thống điện, sự tồn tại của
chúng làm giảm chất lượng điện năng, gây ra tổn thất điện năng trên các phần tử của hệ
thống. Do đặc tính phi tuyến của các thiết bị tạo sóng hài làm biến dạng đường đồ thị
điện áp, khiến nó không còn hình sin nữa và biến thành sóng hài bậc cao. Các sóng hài
bậc cao này góp phần làm giảm điện áp trên đèn điện, tăng nhanh quá trình già hoá của
vật liệu cách điện, gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng làm việc của các bộ biến đổi van
(đổi chiều không hoàn toàn) làm cho các thiết bị đo lường, bảo vệ, điều khiển trong các
hệ thông cung cấp điện tác động không chính xác, đồng thời làm giảm các chỉ tiêu kinh
tế kỹ thuật của hệ thống cung cấp điện.
Nghiên cứu sau đây chúng ta có thể thấy rõ sự ảnh hưởng của sóng hài đối với
thiết bị điện:
Sóng hài gây ra tổn thất phụ trên đường dây.
Công suất tác dụng cấp cho phụ tải phụ thuộc vào giá trị dòng điện tần số cơ bản
(I1). Khi có sự hiện diện của phụ tải phi tuyến, giá trị hiệu dụng của dòng điện Ie lớn hơn
giá trị của dòng I1. Độ méo hình sin theo dòng điện được đánh giá bởi hệ số:
1
2
h
2
3
2
2
ks.i
I
I
...
I
I
k



 (2.9)
Hay: 1
I
I
k
2
1
e
ksi 








 (2.10)
Trong đó:
kksi - độ không sin theo dòng;
Ie - giá trị hiệu dụng của dòng điện;

48. 32
I1 - cường độ dòng điện tần số cơ bản.
Từ đó:
2
ksi
1
e k
1
I
I 
 (2.11)
Tương tự, hệ số độ méo theo điện áp:
1
n
2
h
2
h
ks.u
U
U
k


 ; hay 1
U
U
k
2
1
e
ksu 









Sự hiện diện của các thành phần sóng hài dẫn đến sự gia tăng tổn thất điện năng
trong các phần tử của mạng điện. Tổng tổn thất công suất tác dụng trên đường dây ba
pha được xác định theo biểu thức:
∆Pd = 3.R.Ie
2
= ∆Pd1+ ∆Ph∑; (2.12)
Trong đó:
∆Pd1 - tổn thất gây ra bởi thành phần dòng điện tần số cơ bản:
∆Pd1 = 3.R.I1
2
;
∆Ph∑ - tổng tổn thất gây ra bởi các thành phần sóng hài bậc cao:



n
3
h
h
2
h
hΣ R
I
3
ΔP ; (2.13)
Ih - thành phần dòng điện sóng hài bậc h;
Rh - điện trở đường dây ứng với tần số hài bậc h.
Một cách gần đúng có thể coi bằng giá trị điện trở tần số cơ bản: Rh = R1. Ta biểu
thị tổng tổn thất công suất tác dụng do các thành phần sóng hài gây ra trên đường dây
trong hệ đơn vị tương đối (pu), ứng với chế độ tần số cơ bản:

49. 33
1
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP d.pu
d1
d1
d1
d
d
d
d
d1
hΣ
h.pu
1
1






 (2.14)
Xét đến (2.10) ta có:
1
k
I
I
ΔP
ΔP
ΔP 2
ks.i
2
1
e
d1
d
d.pu 










 (2.15)
Từ đó suy ra:
2
ks.i
h.pu k
ΔP  (2.16)
Như vậy tổn thất phụ trong hệ đơn vị tương đối do các thành phần dòng điện sóng
hài bậc cao tỷ lệ thuận với bình phương độ méo hình sin dòng điện kks.i. Trên Hình 2.17,
biểu thị sự thay đổi của tổn thất ∆Pd và giá trị hiệu dụng của dòng điện Ie trên đường dây
phụ thuộc vào độ méo hình sin kks.
Hình 2.17 - Sự phụ thuộc của tổn thất công suất ∆Pd và giá trị hiệu dụng của
dòng điện Ie vào độ méo.
Tổn thất trong máy biến áp
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
0.8
1
1.2
1.4
1.6
1.8
2
Ton that dPd
va dong dien Ie
phu thuoc vao do meo hinh sin
kks
dP
d
,
I
e
,
pu
dPd
Ie

50. 34
Dòng điện sóng hài gây tổn thất trong các cuộn dây và lõi thép của máy biến áp
do sự hiện diện của các dòng điện xoáy fuko. Điện áp sóng hài là nguyên nhân gây tổn
thất trong lõi thép do hiện tượng từ trễ (hysteresis). Thông thường tổn thất trong các cuộn
dây tỷ lệ với bình phương độ méo hình sin của dòng điện kksi, còn tổn thất trong lõi thép
thì tỷ lệ với độ méo hình sin điện áp kksu.
Tổn thất phụ trong các cuộn dây
Tổn thất phụ do các thành phần sóng hài bậc cao gây ra trong các cuộn dây của
máy biến áp được xác định tương tự như tổn thất phụ trên đường dây. Nếu bỏ qua hiệu
ứng bề mặt, thì tổn thất đồng gây ra bởi các thành phần sóng hài được xác định phụ thuộc
vào độ méo hình sin:
2
ks.i
cu.pu
cu
cu
cu
h.cu.pu k
1
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
ΔP
1
1




 (2.17)
Tổn thất phụ trong lõi thép
Tổn thất trong lõi thép bao gồm tổn thất từ trễ (hysteresis) và tổn thất do dòng
điện xoáy (eddy-current). Tổn thất từ trễ phụ thuộc vào khối lượng và chất lượng mạch
từ, thành phần tổn thất do dòng điện xoáy là kết quả của kích thích máy biến áp. Nếu coi
thông lượng (flux density) biến thiên theo hình sin, thì các thành phần tổn thất này được
xác định theo biểu thức:
2
max
2
e
α
max
h
fuko
hys
fe B
100
f
ε
B
100
f
ε
ΔP
ΔP
ΔP 








 ; (2.18)
Với:
α
max
h
hys B
100
f
ε
ΔP  ;
2
max
2
e
fuko B
100
f
ε
ΔP 





 ; (2.19)
Trong đó:

51. 35
∆Pfe - tổng tổn thất trong lõi thép;
∆Phys - tổn thất từ trễ;
∆Pfuko - tổn thất do dòng điện xoáy;
εh - hệ số từ trễ;
εe - hệ số dòng điện xoáy;
f - tần số;
Bmax - biên độ thông lượng;
α - hằng số.
Sự hiện diện của phụ tải phi tuyến dẫn đến sự quá tải của máy biến áp. Theo tiêu
chuẩn UTE C15-112, sự suy giảm công suất máy biến áp phụ thuộc vào dòng điện sóng
hài được xác định theo biểu thức:










40
2
h
2
h
1,6
B
m
h
0,1
1
1
k (2.20)
1
h
h
I
I
m  (2.21)
Đường cong hình 2.12 dưới biểu thị sự suy giảm công suất máy biến áp phụ
thuộc vào tỷ phần phụ tải phi tuyến.

52. 36
Hình 2.18 - Sự suy giảm công suất máy biến áp phụ thuộc vào tỷ phần
phụ tải phi tuyến trong mạng.
Các kết quả tính toán cho thấy nếu máy biến áp cấp điện cho phụ tải trong đó với
40 % là tải phi tuyến, thì công suất của nó sẽ phải giảm đi hơn 40 %.
Tổn thất trong máy điện quay
a). Tổn thất phụ trong máy đồng bộ do sóng hài được xác định theo biểu thức:
h.mc
hfe
hcu
đ
h.m ΔP
ΔP
ΔP
ΔP 

 ; (2.22)
Trong đó:
Рh.cu – tổn thất phụ trong các cuộn dây máy điện;
Рh.fe – tổn thất phụ trong lõi thép;
Рh.mc – tổn thất do phải vượt qua mômen cản do dòng điện hài bậc cao gây nên.
Tổn thất phụ trong động cơ không đồng bộ:
Tổn thất phụ do các thành phần sóng hài gây ra trong động cơ không đồng bộ
được xác định theo biểu thức:
 




n
3
h
'
h
2,
h
1,
2
h
h.đ. R
R
I
3
ΔP (2.23)
npt, %
kB%
0 20 40 60 80
100
8
6
4
2

53. 37
Trong đó:
R1h , R2h
'
– điện trở tác dụng của stator và điện trở quy đổi của rôto ở tần số thứ h.
Theo tiêu chuẩn IEC 60892, hệ số độ méo điện áp cho phép đối với máy điện là
2 %.
Tổn thất phụ trong tụ điện
Tổng tổn thất trong tụ điện gồm các thành phần tổn thất trong điện trở ∆PR và tổn
thất trong điện môi ∆PD:
∆P = ∆PR + ∆PD (2.24)
Tổn thất phụ trong điện trở
Thành phần tổn thất trong điện trở của tụ được xác định theo biểu thức:
∆PR = Ie
2
. Rs (2.25)
Trong đó:
Ie - dòng điện qua tụ bù:
2
h
2
1
e I
...
I
I 

 (2.26)
Tổn thất phụ trong điện môi
Thành phần tổn thất điện môi do các sóng hài gây ra không đáng kể, nên đối với
tổn thất điện môi thường chỉ xét tần số cơ bản, nó được xác định theo biểu thức:
∆PD = U2
2.π.f.C.tgδ0 (2.27)
Trong đó:
U - điện áp của tụ;
f - tần cơ bản (50 Hz);
C - tổng điện dung (Cn - đối với sơ đồ nối tam giác và bằng Cn đối với sơ đồ nối sao)

54. 38
tg δ0 - hệ số tổn thất điện môi (2.10-4
);
Ngoài ra còn có các thành phần tổn thất do sóng hài ở vỏ tụ và ở các tấm cách
điện:
* Tổn thất phụ trong do sóng hài ở cách điện đối với vỏ tụ:
2
n
2 h
vo n n 0
h 1 n
U
ΔP 2 f .U .tgδ . h
U


 
  
 
 (2.28)
* Tổn thất phụ trong do sóng hài ngoài ở các tấm cách điện của tụ:
2
2 2 2
h
cđ. h e,h n n e n,e,h
n
U
ΔP I R (2π f U ) R K h
U
 
   
 
(2.29)
Trong đó:
Кn,e,h - hệ số tính tới ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt ở đoạn е;
Rе - điện trở của đoạn thứ е.
Ảnh hưởng tới các thiết bị khác
Gây chỉ thị sai đối với thiết bị đo lường ví dụ như thiết bị kiểm tra cách điện
thường trực (PIM) thì khi có hài bội bậc cao có thể có dòng trên dây trung tính, PIM có
thể nhận thấy và báo tín hiệu sai hoặc đối với các máy cắt (CB) điện tử khi có sóng hài
có thể làm CB tác động không mong muốn.
Làm tăng nhiệt máy cắt, ảnh hường khả năng cắt dòng của máy cắt do dòng hài
tồn tại làm tăng dòng hiệu dụng qua máy cắt dẫn đến máy cắt tác động sai lệch.
Các máy cắt hoạt động cắt không được do các cuộn cắt không có khả năng vận
hành thích hợp trong điều kiện hiện diện các sóng hài phức tạp.
Sóng hài gây nên trạng thái vận hành không mong muốn của cầu chì (do là đặc
tính thời gian và dòng điện của các dây chì).

55. 39
Sự xuất hiện các dòng điện trong dây trung tính gây tác động chức năng của các
rơle như rơle phát hiện dòng rò, dòng chạm đất…).
Sóng hài trong hệ thống làm rơle có thể tác động sai. Do rơle hoạt động phụ thuộc
vào giá trị đỉnh của điện áp và dòng điện. Do đó chúng chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi sự
méo dạng dòng của sóng hài. Các loại rơle bảo vệ có thể tác động sai do hiện tượng méo
dạng dòng hay áp.
Đối với các đèn chiếu sáng trong các chấn lưu có tụ và cuộn cảm sóng hài gây
cộng hưởng tạo nên sự gia tăng nhiệt gây hư hỏng.
Gây kích dẫn không đúng thời điểm cho các thiết bị công suất, hư hỏng các phần
tử trong bộ lọc của đường dây sử dụng trong hệ thống thông tin.
Các thiết bị truyền dẫn để điều khiển từ xa sẽ vận hành sai nếu tần số sóng hài
gần với tần số truyền dẫn.

56. 40
Chương 3
GIỚI THIỆU THUẬT TOÁN PSO
3.1. Giới thiệu:
Thuật toán tối ưu bầy đàn PSO là kết quả của sự mô hình hóa việc đàn Chim, đàn Cá,
hay Kiến đi kiếm thức ăn (Hình 3.1 ) đi tìm kiếm thức ăn cho nên nó thường được xếp
vào các loại thuật toán có sử dụng trí tuệ bầy đàn. Được giới thiệu vào năm 1995 tại một
hội nghị của IEEE bởi James Kennedy và kỹ sư Russell C. Eberhart. Thuật toán PSO
thực hiện đơn giản, ít thông số có hiệu quà tìm kiếm trên toàn cục và hội tụ nhanh, chính
xác. Thuật toán có nhiều ứng dụng quan trọng trong tất cả các lĩnh vực như Y học, cơ
học kết cấu, mạng điện, sinh học …mà ở đó đòi hỏi phải giải quyết các bài toán tối ưu
hóa.
Hình 3.1: Mô hình thuật toán bầy đàn PSO đàn kiến tìm thức ăn
Thuật toán có nhiều ứng dụng quan trọng trong tất cả các lĩnh vực mà ở đó đòi
hỏi phải giải quyết các bài toán tối ưu hóa. Để hiểu rõ thuật toán PSO ta hãy xem một ví
dụ đơn giản về quá trình tìm kiếm thức ăn của một đàn chim. Không gian tìm kiếm thức
ăn lúc này là toàn bộ không gian ba chiều mà chúng ta đang sinh sống. Tại thời điểm bắt
đầu tìm kiếm cả đàn bay theo một hướng nào đó, có thể là rất ngẫu nhiên. Tuy nhiên, sau
một thời gian tìm kiếm một số cá thể trong đàn bắt đầu tìm ra được nơi có chứa thức ăn.
Tùy theo số lượng thức ăn vừa tìm kiếm, mà cá thể gửi tín hiệu đến các cá thể đang tìm

57. 41
kiếm ở vùng lân cận, tín hiệu này nhanh chóng lan truyền trên toàn quần thể. Dựa vào
thông tin nhận được mỗi cá thể sẽ điều chỉnh hướng bay và vận tốc theo hướng về nơi
có nhiều thức ăn nhất. Cơ chế này giúp cả đàn chim tìm ra nơi có nhiều thức ăn nhất trên
không gian tìm kiếm vô cùng rộng lớn. Như vậy đàn chim đã dùng trí tuệ, kiến thức và
kinh nghiệm của cả đàn để nhanh chóng tìm ra nơi chứa thức ăn. Bây giờ chúng ta tìm
hiểu làm cách nào mà một mô hình trong sinh hoạt như vậy có thể áp dụng trong tính
toán và sinh ra thuật toán PSO mà chúng ta từng nhắc đến. Việc mô hình hóa này thường
được gọi là quá trình phỏng sinh học (bioinspired) mà chúng ta thường thấy trong các
ngành khoa học khác. Một thuật toán được xây dựng dựa trên việc mô hình hóa các quá
trình trong sinh học được gọi là thuật toán phỏng sinh học (bioinspired algorithms).
3.2. Biểu thức thuật toán PSO
 Mỗi giải pháp đơn trong kịch bản trên là “một con Chim, Cá, hay Kiến”, được gọi
là một phần tử (particle).
 Mỗi phần tử có một giá trị thích nghi (fitness value), được đánh giá bằng hàm đo
độ thích nghi (fitness function) và một vận tốc để định hướng việc bay, bơi, bò
(cách tìm kiếm) của nó.
 Các phần tử trong PSO sẽ duyệt không gian bài toán bằng cách theo sau phần tử
có điều kiện tốt nhất hiện thời.
 Giải thuật toán PSO được bắt đầu bằng việc khởi tạo bởi một nhóm ngẫu nhiên
các phần tử, sau đó tìm kiếm giải pháp tối ưu bằng việc cập nhật vị trí các phần
tử trong các thế hệ.
 Trong mỗi thế hệ, mỗi phần tử i được cập nhập bởi hai giá trị.Giá trị thứ nhất gọi
là Pbesti là vị trí tốt mà nó đã từng đạt được. Giá trị thứ hai gọi là Gbesti là vị trí
tốt nhất trong tất cả quá trình tìm kiếm từ trước đến bây giờ, mỗi cá thể trong quần
thể cập nhật vị trí của nó theo vị trí tốt nhất của nó và của cá thể trong quần thể
tính tới thời điểm hiện tại như (Hình 3.2)

58. 42
O X
Y
i
k
X
i
k
V
i
K+1
V
i
Gbest
V
i
Pbest
V
i
K+1
X
k
Gbest
i
Pbestk
Hình 3.2 : Sơ đồ một điểm tìm kiếm bằng phương pháp PSO
Trong đó :
k
i
X Vị trí phần tử thứ i tại thế hệ thứ k
:
k
i
V Vận tốc phần tử thứ i tại thế hệ thứ k
:
1
k
i
X 
Vị trí phần tử thứ i tại thế hệ thứ k+1
:
1
k
i
V 
Vận tốc phần tử thứ i tại thế hệ thứ k+1
Quá trình cập nhập các particle dựa trên 2 công thức:
1
1 1 2 2
( ) ( )
k k k k
i i best i best i
V V c r P X c r G X


    
1 1
k k k
i i i
X X V
 
 
Trong đó: ω: Là trọng số quán tính
c1 , c2: Các hệ số gia tốc có giá trị là 1,5 đến 2,5
r1 , r2 : Số ngẫu nhiên giữa 0 và 1
Các nhà nghiên cứu đã tìm ra giá trị của ω lớn cho phép các cá thể thực hiện mở
rộng phạm vi tìm kiếm, giá trị của ω nhỏ làm tăng sự thay đổi để nhận được giá trị tối
ưu địa phương. Bởi vậy, người ta đã nhận thấy rằng hiệu năng tốt nhất có thể đạt được
khi sử dụng giá trị ω lớn (chẳng hạn 0.9) ở thời điểm bắt đầu và sau đó giảm dần dần
cho đến khi đưa ra được giá trị khác nhỏ của ω

59. 43
3.3. Giải thuật toán PSO.
1.Khởi tạo quần thể:
(a) Thiết lập các hằng số: kmax , c1, c2.
(b) Khởi tạo ngẫu nhiên vị trí cá thể 0
i
x thuộc miền D trong tập IRn
với i = 1, 2, ..,s.
(c) Khởi tạo ngẫu nhiên vận tốc cá thể :
max
0 0
0 i
v v
  với i = 1, ..., s.
(d) Đặt k = 1;
2. Tối ưu hóa:
(a) Đánh giá hàm i
k
f bằng tọa độ của
i
k
x tính toán được trong không gian tìm kiếm.
(b) Nếu
i i
k best
f f
 thì
i i
best k
f f
 và
i i
k k
p x

(c) ) Nếu
i g
k best
f f
 thì
g i
best k
f f
 và
g i
k k
p x

(d) Nếu thỏa mãn tiêu chuẩn hội tụ thì dừng lại rồi thực hiện bước 3.
(e) Cập nhật tất cả các vận tốc
i
k
v và vị trí
i
k
x
(f) Tăng i. Nếu i > s thì đặt i = 1, tăng k
(g) Quay trở lại từ bước 2
3. Kết thúc.
Với max
k là số lần lặp tối đa.
Việc áp dụng thuật toán PSO sẽ được trình bày trong phần dưới và sẽ được minh họa
bởi lưu đồ.

60. 44
Hình 3.3 : Lưu đồ ứng dụng PSO

61. 45
Chương 4
BỘ ĐIỀU KHIỂN ANFIS
4.1. Giới thiệu về hệ suy luận mờ dựa trên mạng thích nghi ANFIS (Adaptive -
Network-based Fuzzy Inference System).
ANFIS (Adaptive -Network-based Fuzzy Inference System) là hệ suy luận mờ
dựa trên mạng thích nghi là một ứng dụng chạy trên phần mềm Matlab.Mạng đưa ra các
phương pháp để hệ thống mờ có thể “học” từ các thông tin vào/ra cho trước (thông tin
huấn luyện) từ đó xây dựng một hệ thống các hàm liên thuộc cho phép hệ thống này có
thể suy luận các đáp ứng ra của hệ thống từ các kích thích ngõ vào dựa trên cấu trúc của
hệ thống đã được học. Cấu trúc của các hàm liên thuộc này đóng vai trò như cấu trúc của
một mạng nơron. Các tham số kết hợp với các hàm liên thuộc sẽ thay đổi trong quá trình
huấn luyện cho mạng. ANFIS sử dụng phương pháp ước lượng bình phương tối thiểu
(least mean square) và lan truyền ngược sai số theo hướng giảm gradien (back-
propagation gradien descent) để xây dựng các tham số hàm liên thuộc. ANFIS đang được
nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và đưa vào ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhận
dạng và điều khiển mô hình hóa các hàm phi tuyến, các hàm phi tuyến thường là các bài
toán rất phức tạp đòi hỏi khả năng logic và suy luận cao kết hợp với các phương pháp
giải thuật, để thiết kế, chế tạo và đưa vào các thiết bị thông minh để điều khiển. Do đó
đòi hỏi phải nâng cao tính thông minh cho các thiết bị điều khiển thường ứng dụng các
giải pháp sử dụng mạng noron, hệ mờ, mạng noron mờ …để xác định trực tiếp các thành
phần phi tuyến trong một hệ thống điều khiển, và dự đoán một loạt sự kiện hỗn loạn và
đưa ra kết quả chính xác nhất.
4.2. Cấu trúc ANFIS.
ANFIS được Jang đề xuất sử dụng luật học mờ TSK (Takasi -Sugeno- Kang) luật
học mờ thứ j của ANFIS là Rj
có dạng :

62. 46
1 1 2 2 0
1
...and )
n
j j j j j
n n j i i
i
IF X isA and X ISA X IS A thenY f P p X

    (4.0)
Với Xi, Y tương ứng là các biến vào/ra Ai
j
(x i ) là biến ngôn ngữ mờ ứng với biến
đầuvào đầu vào xi ; p1
j
ϵ R là hệ số của hàm tuyến tính fj ; i = 1, 2,..., n; j = 1, 2, ..., M.
Cấu trúc ANFIS gồm 6 lớp như sau.
x1
x2
Layer 1 Layer 2 Layer 3 Layer 4 Layer 5 Layer 6
N
N
x
1
x
2
x
1
x
2
µ
2
µ
2
µ
1
µ
1
∏
∏
∑
µ
2
f
2
f
µ1 1
*
y
µA 1
1
( x )
2
µA1 ( x )
2
2
µA
( x )
2
2
2
A
1
1
A
1
2
2
1
A
2
2
A
1
µA 1
1( x )
( b )
µ
1
µ
2
x1
x2
x1
x2
X2
1
X
1
X X2
f1 0
1
a
= + a x1
1
1
x2
a1
2
+
2
a0
f
2 = a2
1x
1 a2
2
x2
+
+
*
y
( a )
f
µ1 1
µ
2
f
2
+
=
*
y =
µ
1
µ
2
f
µ1 1
µ f
2
+
+ 2
Hình 4.1. Hệ thống suy luận mờ ANFIS ( a) Cấu trúc ANFIS gồm 6 lớp
(b)

63. 47
Lớp 1: Là lớp đầu vào có tín hiệu vào xi
Lớp 2: Mỗi phân tử là một hàm
)
( Xi
i
Ai

Lớp 3: Mỗi phần tử Rj
tương đương thục hiện một luật thứ j:
1
( )
n
j
j i
i
Xi
 

  (4.1)
Lớp 4: Mỗi phần tử N tương ứng thực hiện phép tính
1
/
M
j j j
j
  


  (4.2)
Lớp 5: Mỗi phần tử thứ j thực hiện phép tính:
0
1
( )
n
j j
j i
i
P P Xi



  (4.3)
Lớp 6: Có một phần tử tính toán giá trị đầu ra:
1 1 1
/
M
M M
j j j j j
j j j
y f f
  

  
 
  
(4.4)
Sai lệch trung bình, bình phương giữa hàm đầu ra mong muốn ym
và hàm đầu ra y:
2
( ) ( )
1 1
1 1
1
( ) / ( )
2
j j
i i
n n
M M
m
j
A Xi A Xi
j j
i i
E y f
 
 
 
 
 
 
 
 
  (4.5)
Các phần tử của PSO chính là các hệ số trọng lượng (µ) trong giải thuật ANFIS
được thể hiện trong hình 4.1. Vị trí chính là các thông số của các lớp còn tốc độ chính là
tốc độ thay đổi của các hệ số này để đạt được tối ưu về sai số huấn luyện.

64. 48
1.2.1. Các luật học cơ bản của ANFIS.
Vấn đề đặt ra là cần tìm các luật học cập nhật bộ các thông số điều chỉnh ở các
lớp 2 và 5 cho ANFIS khi sử dụng hàm liên thuộc ở lớp 2 ở dạng hình chuông:
2
1
( )
1 [( ) / ]
j j
i i
A b
j j
i i i
Xi
X c a
 
 
(4.6)
Luật cập nhật bộ thông số điều chỉnh trong quá trình học của ANFIS trường hợp
sử dụng hàm liên thuộc có dạng hàm hình chuông được theo các biểu thức như sau:
)
(
)
(
)
1
(
)
(
)
(
)
1
(
)
(
)
(
)
1
(
)
(
)
(
)
1
(
Xi
p
E
p
t
p
t
p
Xi
c
E
c
t
c
t
c
Xi
b
E
b
t
b
t
b
Xi
a
E
a
t
a
t
a
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
j
i
























với ηa, ηb, ηc, ηp là các hệ số học.
đã chứng minh được các thành phần đạo hàm riêng của sai lệch E đối với các thông số
điều chỉnh có dạng sau đây. Với kết quả của các đạo hàm riêng này là.
 
)
(
ln(
)
(
ln(
)
(
1
)(
)(
(
)
(
)
(
)
(
)
(
1
)(
)(
(
.
2
)
(
1
1
Xi
c
X
Xi
a
Xi
y
f
y
y
Xi
E
Xi
a
Xi
b
Xi
y
f
y
y
Xi
a
E
j
i
i
j
i
A
j
m
M
j
j
j
j
a
j
i
j
i
A
j
m
M
j
j
j
j
i
j
i
j
i
























( 4.7)
( 4.8)
( 4.9)
( 4.10)

65. 49
i
Xi
y
y
Xi
p
E
Xi
c
Xi
b
Xi
y
f
y
y
Xi
c
E
m
M
j
j
j
j
a
j
i
j
i
A
j
m
M
j
j
j
j
i
j
i
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
1
)(
)(
(
.
2
)
(
1
1



















Giả sử rằng một mạng thích nghi đã cho có L lớp và lớp thứ k có #(k) nút,ta có
thể biểu thị vị trí nút thứ i trong lớp thứ k bằng (k, i), và hàm nút của nó (dữ liệu xuất của
nút) bằng Ok . Khi một đầu ra của nút dựa trên tín hiệu vào và tập các tham số của nó,
chúng ta có:
1 1
1 #( 1),
( ..... , , ...)
k k k k
i i k
O O O O a b c
 

 ( 4.11)
Trong đó a, b, c,…là các tham số gắn liền với nút k
i
O được dùng cho cả dữ liệu
nhập và dữ liệu xuất của nút và hàm nút.
Giả sử rằng dữ liệu huấn luyện đã cho có P mục, chúng ta có thể định nghĩa độ
đo lỗi (hoặc hàm năng lượng) cho mục thứ p (1 ≤ p ≤ P) của mục dữ liệu huấn luyện như
tổng các lỗi bình phương:
#( )
2
, ,
1
( )
L
L
p m p m p
m
E T O

 
 ( 4.12)
Trong đó ,
m p
T là thành phần thứ m của vecto ra đích thứ p, và ,
L
m p
O thành phần
thứ m của vectơ ra thực sự của vectơ vào thứ p. Vì vậy độ đo lỗi toàn cục là
1
p
p
p
E E

 

66. 50
Để phát triển thủ tục học thực hiện giảm gradient trong E toàn bộ không gian tham
số, đầu tiên phải tính tỷ lệ lỗi p
E
O


cho dữ liệu huấn luyện thứ p và cho mỗi đầu ra
của nút O. Tỷ lệ lỗi cho nút đầu ra tại (L, i) được suy ra từ phương trình (4.13) là:
, ,
,
2 ( )
p L
i p i p
L
i p
E
T O
O

  

(4.13)
Đối với nút ẩn tại (k, i), tỷ lệ lỗi được tính theo chuỗi vi phân:
1
#( 1)
m,
1
1
, m, ,
k
k
p p p
L k L
m
i p p i p
E E O
O O O (4.14)
Trong đó 1 ≤ k ≤ L – 1. Chính là, tỷ lệ lỗi của nút ẩn có thể được mô tả như một
tổ hợp tuyến tính các tỷ lệ lỗi của các nút trong lớp kế tiếp. Vì vậy với k, và i, sao cho 1
≤ k ≤ L và 1 ≤ i ≤ #(k), chúng ta có thể tính
,
p
L
i p
E
O
qua phương trình (4.13) và (4.14)
Nếu α là một tham số của mạng thích nghi đã cho, ta có:
*
*
*
p p
O s
E E O
O
(4.15)
Trong đó S là tập các nút mà đầu ra của nó phụ thuộc α thì đạo hàm độ đo lỗi toàn
cục E tương ứng α là:
1
p
p p
p
E E
(4.16)
Suy ra, công thức cập nhật cho tham số chungα là
E
(4.17)