Báo cáo nghiên cứu khoa học: " ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN" pdf

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

59
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC
TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN
APPLICATION OF SPREAD SPECTRUM TECHNOLOGY
TO SIGNAL TRANSMISSION ON POWER LINES

Lê Kim Hùng
Đại học Đà Nẵng
Nguyễn Thị Ngọc Minh
Trường Cao đẳng Nghề Đà Nẵng

TÓM TẮT
Bài báo giới th iệu công nghệ trải phổ và ứng dụng công nghệ này trong hệ thống đo
lường, giám sát, điều khiển phụ tải khi truyền tín hiệu trên đường dây điện lực. Cụ thể là xây
dựng sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa sử dụng công nghệ trải phổ, phân tích quá trình điều biến
trong việc truyền tín hiệu. Ngoài ra, công nghệ trải phổ được nghiên cứu và ứng dụng trong
việc trải phổ các từ (word) trên khổ truyền sóng. Lợi ích của việc khai thác và đưa vào ứng
dụng công nghệ trải phổ trong quá trình truyền tín hiệu trên đường dây tải điện là khắc phục
các dạng nhiễu và bảo mật thông tin trên đường truyền.Việc khắc phục nhiễu và bảo mật thông
tin được thực hiện dựa trên cơ sở tín hiệu trải phổ giống như nhiễu, khó phát hiện và khó để
chặn đứng nếu không có các thiết bị thích hợp.
ABSTRACT
The article introduces the spread spectrum technology and the application of this
technology in the system of measurement, monitoring, controlling secondary load on power
lines, especifically, the construction of diagrams of the remote control system using the spread
spectrum technology, the analysis of changes in the transmission signals. In addition, spread
spectrum technology has been studied and applied to the spread spectrum of words in wave
transmission. Benefits of exploitation and application of the spread spectrum technology to the
media signals on the lines are overcoming interference and securing information on the lines.

The interference overcoming and information security are based on the spread spectrum
signals looking like interference which is difficult to be detected and stopped without appropriate
equipment.
1. Đặt vấn đề
Trong xu thế hiện nay, việc truyền tin trên hệ thống đường dây tải điện sẽ đưa
đến khả năng triển khai nhiều ứng dụng phục vụ công tác kinh doanh điện năng và dịch
vụ khách hàng, đem lại nhiều hiệu quả thiết thực cho ngành điện cũng như khách hàng
mua điện. Tuy nhiên, việc truyền tin trên đường dây tải điện hạ thế là vấn đề khó khăn
từ trước đến nay bởi tính chất đặc thù của lưới điện hạ thế là có kết cấu phức tạp, nhiều
phụ tải gây nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn thông tin trên đường dây.
Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, nhiều giải pháp đảm bảo độ
tin cậy khi truyền tin trên đường dây tải điện đã được nghiên cứu[1]. Một trong những
giải pháp đang được chú ý là công nghệ trải phổ [5], nó có khả năng khắc phục được
nhiễu một cách mạnh mẽ, phù hợp với đặc điểm của lưới điện hạ thế.
TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 5(34).2009

60
2. Cụng ngh tri ph
Cụng ngh tri ph ó c s dng trong k thut quõn s nh tớnh nng chng
nhiu v bo mt. Cỏc tớnh nng ny cú c nh gión rng ph tớn hiu khụng phõn
bit c tp õm nn. Hin nay, k thut ny c s dng rng rói trong lnh vc bu
chớnh vin thụng vi hỡnh thc phỏt trin l cụng ngh CDMA (Code Detect Multiple
Access).
Cú cỏc phng phỏp tri ph khỏc nhau, nhng vi s phỏt trin mnh m ca
k thut s húa v iu khin nh hin nay, k thut tri ph trc tip (DSSS_Direct
Sequence Spread Spectrum) ang c ng dng ph bin.
Vi k thut DSSS, ph ca súng mang c iu khin bi mt mó gi ngu
nhiờn (PN_Pseudo Noise) tun t, mó ny l mt chui tun t mt cỏch ngu nhiờn ca
cỏc s nh phõn thu c qua b sinh mó (Generator). Mó PN c nhõn vi tớn hiu c
bn (cú tn s thp), tớn hiu thu c s c chuyn lờn ng truyn. Ti b phn

nhn tin, tớn hiu ny li c nhõn mt ln na vi mó PN ó quy nh thu c tớn
hiu gc ban u [3].
3. ng dng cụng ngh tri ph trong h thng o lng, giỏm sỏt, iu khin khi
truyn tin trờn ng dõy in lc
3.1 H thng truyn thụng tin trờn ng dõy in lc.
H thng gm 6 khi chớnh th hin trờn hỡnh 1.
T/bở baớo vóỷ
110KV/22KV
22KV
/0.4KV
Maùy tờnh
Hóỷ thọỳng sồ õọử
Traỷm bióỳn aùp
(1)Baỡn phờm thao
taùc (traỷm chờnh)
Bọỹ nọỳi õióỷn
(3) cao aùp
Bọỹ nọỳi õióỷn
cao aùp
/khióứn
(2) tr/taới
Baớng õ/k mbd
(5) bọứ trồỹ
(6)nhỏỷn t/h
Tr 1B
110KV/22KV
Tr 2B
FCB(1~6)
CB
FCB 1

FCB 2
CB
(
*
2)ióỷn
aùp naỷp
(Chố coù doỡng õióỷn
naỷp)
Cỏửu dao gừn trón cọỹt
(
*
3)
D/õióỷn
naỷp
(4)
RTU
Caùp quang 2 loợi
Bón
ngoaỡi
(
*
1)caùp
lión laỷc
keùp
1SS
2SS
6SS
22KV
/0.4KV
Vn phoỡng dởch vuỷ khaùch haỡng

ổồỡng bỏỷc ba
(Chố coù doỡng õióỷn naỷp)
T/bở baớo vóỷ
Sọỳ traỷm

Hỡnh 1. S h thng iu khin t xa s dng k thut tri ph

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

61
CB: Máy cắt điện
FCB: Máy cắt tuyến đường dây
(*1): Hệ thống thay đổi tần số (600 b/s); tiêu chuẩn 1300 Hz; Mở rộng: 2100 Hz
(*2): Mức điện áp nạp của trạm: 0,3 đến 0,5% điện áp định mức
(*3): Mức dòng điện nạp của RTU
Chức năng của các khối được thể hiện trên bảng 1.
Bảng 1. Chức năng của các khối
STT Tên Sự diễn tả
(1) Bàn phím thao tác Phát tín hiệu chỉ dẫn để thao tác cầu dao,.v.v
(2) Khối điều khiển truyền tín
hiệu
Chấp hành mệnh lệnh nhận tín hiệu từ bàn phím thao tác và gởi tới
ph
ần tử ghép (bộ nối). Nó gửi tất cả số liệu nhận được từ bàn phím
thao tác.
(3) Bộ ghép (bộ nối) điện áp
cao
Nạp tín hiệu có âm thanh nhỏ vào đường dây phân phối nhằm
truyền tín hiệu để chỉ đạo sự vận hành của RTU.
(4) Bộ đầu cuối được điều

khiển từ xa
Giải (mã) tín hiệu được nạp có âm thanh nhỏ của đường dây phân
phối để điều khiển cầu dao. Thiết bị này cũng biến đổi kết quả
điều khiển thành tín hiệu có âm thanh nhỏ và nạp vào đường dây
phân phối.
(5) Pano máy biến dòng bổ trợ
cho đường dây phân phối
Thu hút tín hiệu (tín hiệu có âm thanh nhỏ) nạp vào đường dây
phân phối.
(6) Máy thu Máy biến dòng bổ trợ thực hiện giải (mã) các tín hiệu thu được từ
đường dây phân phối rồi gửi tới thiết bị phát.
3.2 Nguyên lý vận hành hệ thống

0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
Tín hiệu vào 1 [W]
Sự phát triển theo bề rộng
Tín hiệu vào
Tần số
Trải phổ
Sự giảm năng lương trên một đơn vị
Hz
Tiếng ồn làm thay đổi đường
đặc tính của đường truyền
Sự nhiễu loạn
Sự tụ tập của tín hiệu
Khi tín hiệu căng ra qua dải rộng, tín hiệu gốc
có thể được khôi phục lại dù là có
một phần bị thất lạc
Tín hiệu đầu ra
0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Tập hợp lại
Tín hiệu đầu ra 0,8 [W]

Năng lượng tín hiệu vào của một
thông tin là 1 [W]
Ấn định tín hiệu vào 1[W] được
chia thành 1-10
Do ồn, tín hiệu thứ 4 và thứ 7
bị mất
Sự tập hợp 1-10 tín hiệu đảm bảo băng
lượng tín hiệu đầu ra 0,8 [W]
Hình 2. Kỹ thuật trải phổ

TP CH KHOA HC V CễNG NGH, I HC NNG - S 5(34).2009

62
K thut tri ph l mt phng phỏp cú nng lng tớn hiu phỏt i trờn mt din rng,
di tn s rng hn b rng di tn s gc ca chớnh bn thõn tớn hiu m nú ó cú. Vỡ
lý do ny, m nng lng c tớnh tr ờn mt n v tn s gim i. So sỏnh vi h
thng liờn lc khỏc, yờu cu in nng cung cp s gim i khi tin hnh np tớn hiu
vo ng dõy. Hn na, nú ớt b nh hng nhiu trong quỏ trỡnh liờn lc. Khi cú mt
s ớt tớn hiu b tht lc do nguyờn nhõn n hoc do nhõn t khỏc gõy nờn, quỏ trỡnh tri
ph tớn hiu s khụi phc li dng tớn hiu gc ban u (hỡnh 2).
Qua hỡnh 2 cho ta thy kt qu ca vic khụi phc li tớn hiu gc do nhiu gõy ra
trờn ng truyn: gi s tớn hiu th 4 v tớn hiu th 7 trong s 10 tớn hiu b mt i
do nhiu õm thanh gõy nờn, thỡ tớn hiu u ra vn m bo.
3.3 B iu bin truyn tớn hiu

Hỡnh 3. B iu bin súng truyn tớn hiu cú õm thanh nh.

0
1
0
1
1
Daỷng soùng
Daỷng soùng
0
1
0
1
1
6
A
B
5
B
A
B
A
3
4
2
1
Phỏửn nhỏỷn õổồỹc laỡ tờn
hióỷu logic
Pheùp trổỡ tờn hióỷu õóứ doỡ tỗm
"1" hoỷc "2"
Tờn hióỷu nhỏỷn laỡm vióỷc trỗ hoaợn vồùi
thồỡi gian 1/ 60 giỏy (1 chu trỗnh)

Tờn hióỷu nhỏỷn cuớa chờnh noù
Nhỏỷn tờn hióỷu
Tờn hióỷu laỡm vióỷc trỗ hoaợn
vồùi thồỡi gian 1/ 60 giỏy
Tờn hióỷu nhỏỷn tổỡ phờa
RTU
Naỷp tờn hióỷu vaỡo õổồỡng
dỏy f = 50 Hz
Tờn hióỷu ỏm thanh nhoớ
(phờa õỏửu vaỡo)
Tờn hióỷu logic
Nguọửn õióỷn tỏửn sọỳ cọng
nghióỷp 50 Hz
1'
2'
3'
4'
5'
6'
Tờn hióỷu hổồùng õi lón
6
5
4
3
2
1
Tờn hióỷu hổồùng õi xuọỳng
2'
1'
6

5
4
3'
3
6'
5'
1
2
4'
RTU
ổồỡng dỏy phỏn phọỳi
Cỏửu dao
Phaùt t/h coù
ỏm nhoớ
Khọỳi õióửu
khióứn
Thióỳt bở doỡ
tờn hióỷu
T/bở truyóửn
t/hióỷu
Bọỹ loỹc kióứu
rng cổa
Thióỳt bở
gheùp
Baỡn phờm
thao taùc
Maùy tờnh
Phaùt t/h coù
ỏm nhoớ
T/bở truyóửn

tờn hióỷu
Thióỳt bở
gheùp
T/bở doỡ
tờn hióỷu
Bọỹ loỹc kióứu
rng cổa
(Traỷm chờnh)
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

63
Trong điều kiện làm việc với nhiễu, bộ điều biến sóng truyền tín hiệu có âm thanh
nhỏ được sử dụng để thu phát tín hiệu. Bộ điều biến truyền tín hiệu có chức năng so sánh
và tổng hợp tín hiệu dưới tác động của nhiễu để đảm bảo tín hiệu ban đầu (hình 3).
3.4. Khổ truyền sóng
Khổ truyền sóng là sự sắp xếp có thứ tự những tín hiệu gửi từ trạm phát. Việc
sắp xếp các tín hiệu theo thứ tự tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý thông tin. Cấu
trúc của khổ truyền sóng bao gồm 28 từ (word), mỗi từ bao gồm 44 bit với tốc độ truyền
là 200bit/s. Quá trình truyền sóng được thực hiện theo hai chiều, bao gồm quá trình gửi
tín hiệu xuống và quá trình gửi tín hiệu lên.
3.4.1.Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm chính đến RTU
11 bit x 12 từ = 132 bit (0,11 giây)
Khổ truyền sóng gửi xuống được thể hiện trong bảng 2.
Bảng 2. Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm chính đến RTU
1W 2W 3W 4W 5W 6W 7W 8W 9W 10W 11W 12W
STX
Số
trạm
Số nhóm Địa chỉ của RTU Thực
hiện chỉ

huy
Thông số
ETX BCC
10 10
1
10
0
10
2
10
1
10
0
10
1

0


D D
7
D
6
D
5
D
4
D
3
D

2
D
1
Diễn tả
0

1 0 1 1 0 0 1 0 Sự lựa chọn riêng
1 0 1 0 1 0 1 0 Loại bỏ sự lựa chọn riêng
1 0 0 1 1 0 1 0 Cho phép điều khiển riêng
1 0 1 0 0 1 1 0 Không cho phép điều khiển riêng
1 0 0 1 0 0 1 1 Khóa điều khiển từ xa
1 0 1 0 0 0 1 1 Mở khóa điều khiển từ xa
1 0 0 0 1 0 1 1 Điều khiển trực tiếp DM nguồn cung cấp phía “C”
1 0 0 0 0 1 1 1 Điều khiển trực tiếp DM nguồn cung cấp phía “A”
1 0 0 0 1 1 0 1 Cho phép điều khiển chức năng của DM
1 0 0 1 0 1 0 1 Không cho phép điều khiển chức năng của DM
1 0 1 0 0 1 0 1 Thời gian đặt DM
1 0 1 1 0 1 0 0
Yêu cầu sự giám sát từ xa thiết bị đo 1 (điện áp)
Mã ASCII
Mã ASCII
Hình dạng của từ thứ 8 ( Thực hiện chỉ huy)
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

64
1 0 1 0 1 1 0 0 Yêu cầu sự giám sát thiết bị đo 2 (dòng điện)
1 0 0 1 1 1 0 0 Yêu cầu sự giám sát thiết bị đo 3 (riêng)
1 0 0 0 1 1 1 0 Yêu cầu đối với bộ chứa
1 0 0 1 1 0 0 1 Bộ chứa chưa đầy
1 0 1 0 1 0 0 1 Bộ chứa bị loại bỏ

1 0 1 1 1 0 0 0 Trạng thái xem xét (Yêu cầu đối với thiết bị giám sát)
1 0 0 1 0 1 1 0 Điều khiển đồng thời
1 0 0 0 1 1 1 1 Chuyển đồi điều khiển
Ví dụ: Thực hiện trải phổ lệnh: "Mở khoá điều khiển từ xa" có mã nhị phân là
10100011 có sơ đồ khối được thể hiện trên hình 4.
Xét đa thức dãy ghi dịch: g(x) = x
8
+ x
4
+ x
3
+ x
2
+ 1. Ta có điều kiện hồi quy
dãy ra: c
i+8
= c
i+4
+ c
i+3
+ c
i+2
+ c
i
. Vì bậc của g(x) là m = 8 nên có 8 đơn vị nhớ trong
mạch và có chu kỳ N = 2
8

-1 [5].
Hình 4. Sơ đồ khối thanh ghi dịch

Xung đồng hồ I Trạng thái Xung đồng hồ

Trạng thái
0 10100011 5 00110101
1 01010001 6 10011010
2 10101000 7 11001101
3 11010100 8 01100110
4 01101010 … …
Vậy dãy ra là cột cuối cùng của trạng thái: 10001010…
Thực hiện mô phỏng trải phổ lệnh điều khiển bằng phần mềm Matlab cho kết
quả lỗi là 1/101 được thể hiện ở hình 5.






x
0

x
1

x
2

x
3

x

4

x
5

x
6

x
7

x
8

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

65

Hình 5. Kết quả xác định lỗi bằng mô phỏng Matlab
3.4.2. Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm chính
11 bit x 13 từ = 143 bit (0,12 giây)
Khổ truyền sóng gửi lên được thể hiện trong bảng 3.
Bảng 3: Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm chính
3.4.3. Nhận xét
Qua kết quả mô phỏng thực hiện trải phổ lệnh chỉ huy trong quá trình gửi tín hiệu xuống
từ trạm chính đến RTU cho ta thấy xác suất lỗi 1/101 là rất thấp. Tương tự ta có thể thực
hiện trãi phổ cho tất cả các lệnh trong các khổ truyền sóng trong quá trình truyền tín
hiệu. Như vậy, việc ứng dụng công nghệ trải phổ đã giải quyết được việc khôi phục lại
tín hiệu ban đầu dưới tác dụng của các loại nhiễu.
1W 2W 3W 4W 5W 6W 7W 8W 9W 10W 11W 12W 13W

STX
Số
trạm
Số nhóm Địa chỉ của RTU
Cờ
hiệu
Số
liệu
giám
sát 1
Số
liệu
giám
sát 2
Số
liệu
giám
sát 3
ETX BCC
10 10
1
10
0
10
2
10
1

2

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009

66
4. Kết luận
Bài báo nghiên cứu các khả năng ứng dụng công nghệ trải phổ vào việc truyền thông tin
trên đường dây tải điện. Các ứng dụng trải phổ được phân thành những phạm vi ứng
dụng khác nhau với nhiều ưu điểm. Khả năng chống nhiễu cao với các nhiễu cố ý hoặc
không cố ý, khả năng chống nhiễu của công nghệ này tỷ lệ với hệ số trải phổ. Khả năng
tín hiệu bị phát hiện bởi máy thu không chủ định thấp, khả năng này giảm khi hệ số trải
phổ tăng. Ngoài ra công nghệ trải phổ còn có khả năng đa truy nhập với số lượng lớn
các đối tượng sử dụng đồng thời, liên quan tới việc dùng chung một băng tần và ở trong
cùng một khu vực địa lý.
Kết quả nghiên cứu của bài báo mở ra nhiều ứng dụng của công nghệ trải phổ
trong việc tru yền tin trên đường dây tải điện cho tương lai. Đó là việc khai thác các
chức năng thu thập dữ liệu về tình trạng thiết bị, điều khiển các thiết bị đầu cuối, giám
sát phụ tải, giám sát tình trạng lưới điện…


TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Mohammad Shariwa - A Direct Sequence - Spread Spectrum Modulator/
Demodulator Design - Princess Sumaya University.
[2] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và đa truy nhập vô tuyến, NXB Bưu
điện, 2006.
[3] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ và ứng dụng, NXB Bưu điện, 2000.
[4] Nguyễn Hồng Sơn, Kỹ thuật truyền số liệu, Nhà Xuất bản Lao động, 2006.
[5] Đỗ Quốc Trinh, Vũ Thanh Hải, Kỹ thuật trải phổ và ứng dụng, NXB Bưu điện,
2006.