Ứng dụng công nghệ trải phổ vào việc truyền tin trên đường dây tải điện

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

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

<b>ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC</b>

<b>TRUYỀN TINTRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN</b>

APPLICATION OF SPREAD SPECTRUM TECHNOLOGY
TO SIGNAL TRANSMISSION ON POWER LINES

<i><b>Lê Kim Hùng </b></i>

<i>Đại học Đà Nẵng</i> <i>Trường Cao đẳng Nghề Đà Nẵng<b>Nguyễn Thị Ngọc Minh </b></i>

<b>TÓM TẮT</b>

Bài báo giới thiệu 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 q trình điều biến

trong việc truyền tín hiệu. Ngồi ra, cơng 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 q 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 khơng có các thiết bị thích hợp.

<b>ABSTRACT </b>

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.

<b>1. Đặt vấn đề</b>

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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ, ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG - SỐ 5(34).2009
<b>2.Công nghệ trải phổ</b>

Công nghệ trải phổ đã được sử dụng trong kỹ thuật quân sự nhờ tính năng chống
nhiễu và bảo mật. Các tính năng này có được nhờ giãn rộng phổ tín hiệu để không phân
biệt được tạp âm nền. Hiện nay, kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực bưu
chính viễn thơng với hình thức phát triển là cơng nghệ CDMA (Code Detect Multiple
Access).

Có các phương pháp trải phổ khác nhau, nhưng với sự phát triển mạnh mẽ của
kỹ thuật số hóa và điều khiển như hiện nay, kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DSSS_Direct
Sequence Spread Spectrum) đang được ứng dụng phổ biến.

Với kỹ thuật DSSS, phổ của sóng mang được điều khiển bởi một mã giả ngẫu
nhiên (PN_Pseudo Noise) tuần tự, mã này là một chuỗi tuần tự một cách ngẫu nhiên của
các số nhị phân thu được qua bộ sinh mã (Generator). Mã PN được nhân với tín hiệu cơ
bản (có tần số thấp), tín hiệu thu được sẽ được chuyển lên đường truyền. Tại bộ phận
nhận tin, tín hiệu này lại được nhân một lần nữa với mã PN đã quy định để thu được tín
hiệu gốc ban đầu [3].

<b>3. Ứng dụng công nghệ trải phổ trong hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển khi </b>
<b>truyền tin trên đường dây điện lực</b>

<i><b>3.1 H</b><b>ệ thống truyền thông tin trên đường dây điện lực</b><b>. </b></i>

Hệ thống gồm 6 khối chính thể hiện trên hình 1.

T/
bë
bo
vã
û
110KV/22KV
22KV
/0<b>.</b>4KV

M
áy

tín
h
H
ệ th
ốn
g s
ơ đ
ồ

Trạm biến áp

(1)Bn phêm thao

tạc (trảm chênh) B_{äü n}

ối đ

iện

(3) c

ao
áp
B
ộ n
ối đ
iện
cao
áp
Đ

/kh
iển
(2) tr/
tải
Ba
íng
đ/
k
mb
d

(5) b

ổ t
rơ
ü
(6
)n
hận
t/h
Tr 1B
110KV/22KV
Tr 2B
FCB(1~6)
CB
FCB 1
FCB 2
CB

(<b>*</b>2)Điện

áp nạp
(Chỉ có dịng điện
nạp)

Cầu dao gắn trên cột

(<b>*</b>3)
D/điện
nạp

(4)
RTU

Caïp quang 2 li
Bãn

ngoi

(<b>*</b>1)cạp
liãn lảc
kẹp
1SS
2SS
6SS
22KV
/0<b>.</b>4KV

Vàn phng dëch vủ khạch hng

Â

ỉå
ìng
bá
ûc b
a

(Chỉ có dịng điện nạp)

T/
bị
bảo
vê
û
Số trạm

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

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

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.
<i><b>B</b><b>ảng 1</b><b>. Ch</b>ức năng của các khối</i>

<b>STT </b> <b>Tên </b> <b>Sự diễn tả</b>

(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
phần 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 hiphân phối. ệu (tín hiệu có âm thanh nhỏ) nạp vào đường dây
(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.

<i><b>3.2</b><b> Nguyên lý v</b><b>ận hành hệ thống</b></i>

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 khơi 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]

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

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

Kỹ thuật trải phổ là một phương pháp có năng lượng tín hiệu phát đi trên một diện rộng,
dải tần số rộng hơn bề rộng dải tần số gốc của chính bản thân tín hiệu mà nó đã có. Vì
lý do này, mà năng lượng được tính tr ên một đơn vị tần số giảm đi. So sánh với hệ
thống liên lạc khác, yêu cầu điện năng cung cấp sẽ giảm đi khi tiến hành nạp tín hiệu
vào đường dây. Hơn nữa, nó ít bị ảnh hưởng nhiễu trong q trình liên lạc. Khi có một
số ít tín hiệu bị thất lạc do nguyên nhân ồn hoặc do nhân tố khác gây nên, quá trình trải
phổ tín hiệu sẽ khơi phục lại dạng tín hiệu gốc ban đầu (hình 2).

Qua hình 2 cho ta thấy kết quả của việc khơi phục lại tín hiệu gốc do nhiễu gây ra
trên đường truyền: giả sử tín hiệu thứ 4 và tín hiệu thứ 7 trong số 10 tín hiệu bị mất đi
do nhiễu âm thanh gây nên, thì tín hiệu đầu ra vẫn đảm bảo.

<i><b>3.3 B</b><b>ộ điều biến truyền tín hiệu</b></i>

<i>ộ điều biến sóng truyền tín hiệu có âm thanh nhỏ.</i>

0
1
0
1
1
Dảng sọng
Dảng sọng
0
1
0
1
1
6
A
B
5 B
A
B
A
3
4
2

1

Phần nhận được là tín
hiệu logic
Phép trừ tín hiệu để dị tìm
"1" hoặc "2"

Tín hiệu nhận làm việc trì hỗn với
thời gian 1/ 60 giây (1 chu trình)

Tín hiệu nhận của chính nó
Nhận tín hiệu

Tín hiệu làm việc trì hỗn
với thời gian 1/ 60 giây
Tín hiệu nhận từ phía
RTU
Nạp tín hiệu vào đường
dây f = 50 Hz
Tín hiệu âm thanh nhỏ
(phía đầu vào)

Tín hiệu logic
Nguồn điện tần số công
nghiệp 50 Hz

1' 2' 3' 4' 5' 6'

Tín hiệu hướng đi lên

6
5
4
3
2
1

Tín hiệu hướng đi xuống

2'
1'
6
5
4
3'
3
6'
5'
1
2
4'
RTU
Đường dây phân phối

Cầu dao
Phát t/h có
âm nhỏ

Khối điều
khiển

Thiết bị dị
tín hiệu
T/bị truyền
t/hiệu
Bộ lọc kiểu
răng cưa
Thiết bị
ghép
Bàn phím
thao tác
Máy tính
Phát t/h có

âm nhỏ
T/bị truyền
tín hiệu
Thiết bị
ghép
T/bị dị
tín hiệu
Bộ lọc kiểu
răng cưa

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

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

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).

<i><b>3.4. Kh</b><b>ổ truyền sóng</b></i>

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. Q trình truyền sóng được thực hiện theo hai chiều, bao gồm q trình gửi
tín hiệu xuống và q trình gửi tín hiệu lên.

<i>3.4.1.Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm chính đến RTU</i>

11 bit x 12 từ = 132 bit (0,11 giây)

Khổ truyền sóng gửi xuống được thể hiện trong bảng 2.

<i><b>B</b><b>ảng 2. </b>Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm chính đến RTU</i>

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

101 100 ₁₀2 ₁₀1 ₁₀0 ₁₀1 ₁₀0

D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Diễn tả

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}

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

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

<i>Ví dụ:</i> 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) = x8

+ x4 + x3 + x2 + 1. Ta có điều kiện hồi quy
dãy ra: ci+8 = ci+4 + ci+3 + ci+2 + ci. Vì bậc của g(x) là m = 8 nên có 8 đơn vị nhớ trong
mạch và có chu kỳ N = 28-1 [5].

<i><b>Hình 4. </b>Sơ đồ khối thanh ghi dịch</i>

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.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

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

<i><b>Hình 5. Kết quả xác định lỗi bằng m</b>ô phỏng Matlab</i>

<i>3.4.2. Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm chính</i>

11 bit x 13 từ = 143 bit (0,12 giây)
Khổ truyền sóng gửi lên được thể hiện trong bảng 3.

<i>Bảng 3: Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm chính</i>

<i>3.4.3. Nhận xét</i>

Qua kết quả mô phỏng thực hiện trải phổ lệnh chỉ huy trong q trình gửi tín hiệu xuống
từ trạm chínhđến 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 q trình truyền tín
hiệu. Như vậy, việc ứng dụng công nghệ trải phổ đã giải quyết được việc khơi 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

</div>

<!--links-->