ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TIỂU LUẬN KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG Đề tài ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn PGS TS NGUYỄN HỮU TRUNG Học viên ĐINH TIẾN HIỆP MSHV CB110849 Lớp KTTT1B Hà Nội, tháng 022012 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 TÓM TẮT Bài báo gới i th iệu công nghệ trải phổ và ứng d.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC TIỂU LUẬN KỸ THUẬT TRẢI PHỔ VÀ ỨNG DỤNG Đề tài: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TRẢI PHỔ VÀO VIỆC TRUYỀN TIN TRÊN ĐƯỜNG DÂY TẢI ĐIỆN Giảng viên hướng dẫn Học viên MSHV Lớp : : : : PGS.TS NGUYỄN HỮU TRUNG ĐINH TIẾN HIỆP CB110849 KTTT1B Hà Nội, tháng 02/2012 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 TĨM TẮT Bài báo gới i th iệu cơng nghệ trải phổ ứng dụng công nghệ hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển phụ tải truyền tín hiệu đường dây điện lực Cụ thể xây dựng sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa sử dụng cơng nghệ trải phổ, phân tích q trình điều biến việc truyền tín hiệu Ngồi ra, công nghệ trải phổ nghiên cứu ứng dụng việc trải phổ từ (word) khổ truyền sóng Lợi ích việc khai thác đưa vào ứng dụng cơng nghệ trải phổ q trình truyền tín hiệu đường dây tải điện khắc phục dạng nhiễu bảo mật thông tin đường truyền.Việc khắc phục nhiễu bảo mật thông tin thực dựa sở tín hiệu trải phổ giống nhiễu, khó phát khó để chặn đứng khơng có 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 Đặt vấn đề Trong xu nay, việc truyền tin hệ thống đường dây tải điện đưa đến khả triển khai nhiều ứng dụng phục vụ công tác kinh doanh điện dịch vụ khách hàng, đem lại nhiều hiệu thiết thực cho ngành điện khách hàng mua điện Tuy nhiên, việc truyền tin đường dây tải điện hạ vấn đề khó khăn từ trước đến tính chất đặc thù lưới điện hạ có kết cấu phức tạp, nhiều phụ tải gây nhiễu ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn thông tin đường dây Với phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, nhiều giải pháp đảm bảo độ tin cậy truyền tin đường dây tải điện nghiên cứu[1] Một giải pháp ý cơng nghệ trải phổ [5], có khả khắc phục nhiễu cách mạnh mẽ, phù hợp với đặc điểm lưới điện hạ 2 Công nghệ trải phổ Công nghệ trải phổ sử dụng kỹ thuật quân nhờ tính chống nhiễu bảo mật Các tính có nhờ giãn rộng phổ tín hiệu để khơng phân biệt tạp âm Hiện nay, kỹ thuật sử dụng rộng rãi lĩnh vực bưu viễn thơng với hình thức phát triển cơng nghệ CDMA (Code Detect Multiple Access) Có phương pháp trải phổ khác nhau, với phát triển mạnh mẽ kỹ thuật số hóa điều khiển nay, kỹ thuật trải phổ trực tiếp (DSSS_Direct Sequence Spread Spectrum) ứng dụng phổ biến Với kỹ thuật DSSS, phổ sóng mang điều khiển mã giả ngẫu nhiên (PN_Pseudo Noise) tuần tự, mã chuỗi cách ngẫu nhiên số nhị phân thu qua sinh mã (Generator) Mã PN nhân với tín hiệu (có tần số thấp), tín hiệu thu chuyển lên đường truyền Tại phận nhận tin, tín hiệu lại nhân lần với mã PN quy định để thu tín hiệu gốc ban đầu [3] Ứng dụng công nghệ trải phổ hệ thống đo lường, giám sát, điều khiển truyền tin đường dây điện lực 3.1 Hệ thống truyền thông tin đường dây điện lực Hệ thống gồm khối thể hình Trảm biãún ạp Vàn phng dëch vu khạch hng Tr 1B 110KV/22KV Hã û thä ún g så Ma ïy tên h FCB(1~6) (Chè co dng âiãûn nảp) CB FCB FCB Tr 2B Cáöu dao gàõn trãn cäüt (Chè co dng âiãûn 110KV/22KV CB nảp) Säú trảm 22KV /0.4KV (*2)Âiãû n ạp nảp (1)Ban phêm thao tạc (trảm chênh) T/b ë b o vã Bãn ngoi 1SS 2SS 6SS (*1)cạp liãn lảc kẹp T/b ë b o vã Âỉ åìn g bá ûc ba Bäü näúi âiãûn (3) cao Â/khi ãøn (2) tr/ti Bäü näúi âiãûn cao ạp Cạp quang li B (5)ng â/k bä mb ø d trå ü (6)n háû n t/h (4) RTU (*3) D/âiãû n nảp Hình Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa sử dụng kỹ thuật trải phổ 22KV /0.4KV 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 trạm: 0,3 đến 0,5% điện áp định mức (*3): Mức dòng điện nạp RTU Chức khối thể bảng Bảng Chức khối STT Tên Sự diễn tả (1) Bàn phím thao tác (2) Khối điều khiển truyền tín Chấp hành mệnh lệnh nhận tín hiệu từ bàn phím thao tác gởi tới phần tử ghép (bộ nối) Nó gửi tất số liệu nhận từ bàn phím hiệu thao tác (3) Bộ ghép (bộ nối) điện áp Nạp tín hiệu có âm nhỏ vào đường dây phân phối nhằm cao truyền tín hiệu để đạo vận hành RTU (4) Bộ đầu cuối điều Giải (mã) tín hiệu nạp có âm nhỏ đường dây phân khiển từ xa phối để điều khiển cầu dao Thiết bị biến đổi kết điều khiển thành tín hiệu có âm nhỏ nạp vào đường dây phân phối (5) Pano máy bếi n dòng bổ trợ cho đường dây phân phối Máy thu (6) Phát tín hiệu dẫn để thao tác cầu dao,.v.v Thu hút tín hệiu (tín hiệu có âm nhỏ) nạp vào đường dây phân phối Máy biến dòng bổ trợ thực giải (mã) tín hiệu thu từ đường dây phân phối gửi tới thiết bị phát 3.2 Nguyên lý vận hành hệ thống Tín hiệu vào Tín hiệu vào [W] Năng lượng tín hiệu vào thông tin [W] Tần số Sự phát triển theo bề rộng Trải phổ Ấn định tín hiệu vào 1[W] chia thành 1-10 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Sự giảm lương đơn vị Hz Tiếng ồn làm thay đổi đường đặc tính đường truyền Do ồn, tín hiệu thứ thứ bị Sự nhiễu loạn 0,1 0,1 0,1 Sự tụ tập tín hiệu Tín hiệu đầu 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 Tập hợp lại Tín hiệu đầu 0,8 [W] Sự tập hợp 1-10 tín hi ệu đảm bảo băng lượng tín hiệu đầu 0,8 [W] Khi tín hi ệu căng qua dải rộng, tín hiệu gốc khơi phục lại dù có phần bị thất lạc Hình Kỹ thuật trải phổ Kỹ thuật trải phổ phương pháp có lượng tín hiệu phát diện rộng, dải tần số rộng bề rộng dải tần số gốc thân tín hiệu mà có Vì lý này, mà ănng lượng tính tr ên đơn vị tần số giảm So sánh với hệ thống liên lạc khác, yêu cầu điện cung cấp giảm tiến hành nạp tín hiệu vào đường dây Hơn nữa, bị ảnh hưởng nhiễu q trình liên lạc Khi có số tín hiệu bị thất lạc nguyên nhân ồn nhân tố khác gây nên, q trình trải phổ tín hiệu khơi phục lại dạng tín hiệu gốc ban đầu (hình 2) Qua hình cho ta thấy kết việc khơi phục lại tín hiệu gốc nhiễu gây đường truyền: giả sử tín hiệu thứ tín hiệu thứ số 10 tín hiệu bị nhiễu âm gây nên, tín hiệu đầu đảm bảo 3.3 Bộ điều biến truyền tín hiệu (Tram chênh) Âỉåìng dáy phán phäúi 5' 6' Bäü lc kiãøu ràng cỉa T/bë truưn tên hiãûu 4 Thiãt bë doì tên hiãûu T/bë truyãön t/hiãûu 1' 2' Cáöu dao Phạt t/h cọ ám nh 2' Tên hiãûu hỉåïng âi lãn Khäúi âiãưu khiãøn 1' Bn phêm thao tạc Thiãt bë ghẹp May Phạt t/h cọ ám nh Bäü lc kiãøu ràng cỉa Tên hiãûu hỉåïng âi xúng RTU 3' T/bë d tên hiãûu 4' Thiãt bë ghẹp 3' 4' 5' 6' Ngưn âiãûn táön säú cäng nghiãûp 50 Hz Tên hiãûu logic 1 Tên hiãûu ám nhoí (phêa âáưu vo) Nảp tên hiãu vo âỉåìng dáy f = 50 Hz A Tên hiãûu nháûn tỉì phờa RTU B Tờn hióỷu lam vióc trỗ hoaợn vồùi thåìi gian 1/ 60 giáy A Dảng sọng Tên hiãûu nháûn ca chênh Nháûn tên hiãûu B Tên hióỷu nhỏỷn laỡm vióc trỗ hoaợn vồùi thồỡi gian 1/ 60 giỏy (1 chu trỗnh) Daỷng soùng Pheùp trổỡ tờn hióỷu õó doỡ tỗm "1" hoỷc "2" B A Pháưn nháûn âỉåüc la tên hiãu logic 1 Hình Bộ điều biến sóng truyền tín hiệu có âm nhỏ Trong điều kiện làm việc với nhiễu, điều biến sóng truyền tín hiệu có âm nhỏ sử dụng để thu phát tín hiệu Bộ điều biến truyền tín hiệu có chức so sánh tổng hợp tín hiệu tác động nhiễu để đảm bảo tín hiệu ban đầu (hình 3) 3.4 Khổ truyền sóng Khổ truyền sóng xếp có thứ tự tín hiệu gửi từ trạm phát Việc xếp tín hiệu theo thứ tự tạo điều kiện thuận lợi cho việc quản lý thơng tin Cấu trúc khổ truyền sóng bao gồm 28 từ (word), từ bao gồm 44 bit với tốc độ truyền 200bit/s Quá trình truyền sóng thực theo hai chiều, bao gồm trình gửi tín hiệu xuống q trình gửi tín hiệu lên 3.4.1.Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm đến RTU 11 bit x 12 từ = 132 bit (0,11 giây) Khổ truyền sóng gửi xuống thể bảng Bảng Khổ truyền sóng gửi xuống từ trạm đến RTU 1W 2W 3W 5W Số nhóm Số STX 4W 6W 7W 8W Địa RTU Thực 9W 10W 10 10 10 10 10 Mã ASCII 12W ETX BCC Thông số trạm 11W 10 10 Mã ASCII Hình dạng từ thứ ( Thực huy) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 Diễn tả 1 0 Sự lựa chọn riêng 1 1 Loại bỏ lựa chọn riêng 0 1 Cho phép điều khiển riêng 1 0 1 Không cho phép điều khiển riêng 0 0 1 Khóa điều khiển từ xa 1 0 1 Mở khóa điều khiển từ xa 0 1 Điều khiển trực tiếp DM nguồn cung cấp phía “C” 0 0 1 Điều khiển trực tiếp DM nguồn cung cấp phía “A” 0 1 Cho phép điều khiển chức DM 0 1 Không cho phép điều khiển chức DM 1 0 1 Thời gian đặt DM 1 1 0 Yêu cầu giám sát từ xa thiết bị đo (điện áp) 1 1 0 Yêu cầu giám sát thiết bị đo (dòng điện) 0 1 0 Yêu cầu giám sát thiết bị đo (riêng) 0 1 Yêu cầu chứa 0 1 0 Bộ chứa chưa đầy 1 0 Bộ chứa bị loại bỏ 1 1 0 Trạng thái xem xét (Yêu cầu thiết bị giám sát) 0 1 Điều khiển đồng thời 0 1 1 Chuyển đồi điều khiển Ví dụ: Thực trải phổ lệnh: "Mở khố điều khiển từ xa" có mã nhị phân 10100011 có sơ đồ khối thể hình Xét đa thức dãy ghi dịch: g(x) = x + x + x + x + Ta có điều kiện hồi quy dãy ra: c i+8 = c i+4 + c i+3 + c i+2 + c i Vì bậc g(x) m = nên có đơn vị nhớ mạch có chu kỳ N = -1 [5] x0 x1 x2 x3 x4 x5 x7 x6 x8 Hình Sơ đồ khối ghi dịch Xung đồng hồ I Trạng thái Xung đồng hồ Trạng thái 10100011 00110101 01010001 10011010 10101000 11001101 11010100 01100110 01101010 … … Vậy dãy cột cuối trạng thái: 10001010… Thực mô trải phổ lệnh điều khiển phần mềm Matlab cho kết lỗi 1/101 thể hình Hình Kết xác định lỗi mô Matlab 3.4.2 Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm 11 bit x 13 từ = 143 bit (0,12 giây) Khổ truyền sóng gửi lên thể bảng Bảng 3: Khổ truyền sóng gửi lên từ RTU đến trạm 1W 2W 3W 4W Số nhóm STX 5W 6W 7W Địa RTU Số trạm 8W Cờ 10 10 10 10 9W 10W 11W Số Số Số liệu liệu liệu 12W 13W 10 3.4.3 Nhận xét Qua kết mô thực trải phổ lệnh huy trình gửi tín hiệu xuống từ trạm đến RTU cho ta thấy xác suất lỗi 1/101 thấp Tương tự ta thực trãi phổ cho tất lệnh khổ truyền sóng q trình truyền tín hiệu Như vậy, việc ứng dụng cơng nghệ trải phổ giải việc khôi phục lại tín hiệu ban đầu tác dụng loại nhiễu 4 Kết luận Bài báo nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ trải phổ vào việc truyền thông tin đường dây tải điện Các ứng dụng trải phổ phân thành phạm vi ứng dụng khác với nhiều ưu điểm Khả chống nhiễu cao với nhiễu cố ý không cố ý, khả chống nhiễu công nghệ tỷ lệ với hệ số trải phổ Khả tín hiệu bị phát máy thu không chủ định thấp, khả giảm hệ số trải phổ tăng Ngoài cơng nghệ trải phổ cịn có khả đa truy nhập với số lượng lớn đối tượng sử dụng đồng thời, liên quan tới việc dùng chung băng tần khu vực địa lý Kết nghiên cứu báo mở nhiều ứng dụng công nghệ trải phổ việc tru yền tin đường dây tải điện cho tương lai Đó việc khai thác chức thu thập liệu tình trạng thiết bị, điều khiển 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 đa truy nhập vô tuyến, NXB Bưu điện, 2006 [3] Nguyễn Phạm Anh Dũng, Lý thuyết trải phổ ứng dụng, NXB Bưu điện, 2000 [4] Nguyễn Hồng Sơn, Kỹ thuật truyền số liệu, Nhà Xuất Lao động, 2006 [5] Đỗ Quốc Trinh, Vũ Thanh Hải, Kỹ thuật trải phổ ứng dụng, NXB Bưu điện, 2006  ... điều biến việc truyền tín hiệu Ngồi ra, cơng nghệ trải phổ nghiên cứu ứng dụng việc trải phổ từ (word) khổ truyền sóng Lợi ích việc khai thác đưa vào ứng dụng công nghệ trải phổ q trình truyền tín... nhiễu 4 Kết luận Bài báo nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ trải phổ vào việc truyền thông tin đường dây tải điện Các ứng dụng trải phổ phân thành phạm vi ứng dụng khác với nhiều ưu điểm Khả chống.. .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 TÓM TẮT Bài báo gới i th iệu công nghệ