# 臺灣博碩士論文加值系統

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 本論文主要目是以FPGA實現一新型測距電驛之演算法的晶片。晶片之計算過程包含以下之步驟：先藉由輸電線電壓電流的角度差修正出新的電流，目的為去除故障電流之中的的指數衰減成分，再求出輸電線電壓與新的電流之基頻大小與向量，繼續做回授修正的動作，以達到正確算出基頻相量的大小及角度值，並達到快速排除故障的目的。 演算法之驗證分為軟體模擬與硬體實現兩大部分，第一先用MATLAB模擬出電力訊號，如正常弦波訊號與含指數衰減之故障電力訊號，送入MATLAB的修正型離散傅立葉演算法內，以求得各種參數值，如最重要的電壓、修正電流之大小及角度，與最後穩定後電壓與修正電流所得到的基頻相量的大小及角度值，以詳細了解值的變化。 第二部份則是撰寫Verilog硬體描述語言，撰述測距電驛演算法的相關功能，配合ALTERA Quartus II 編譯軟體，設計過程將不同功能分成不同模組，由下往上設計，從最小模組到Top Level 依序驗證，以確保正確性，與管線化設計理念，以將晶片的設計朝高速化/極小化等目標，再完成電驛功能之合成、編譯、除錯、模擬、埠指定及下載等流程，而實現數位電驛設計的目標。 最後再將MATLAB與ALTERA Quartus II做相互比較，經由比較兩者之修正型離散傅立葉演算法的結果，以驗證可得到正確基頻相量的大小及角度值與收斂性的變化。
 The main purpose of this thesis is to realize a new distance relay theory by a FPGA chip. The computations of this chip involve the following steps: First, the measured current is corrected by the phase angles of the voltage and current measurements. Thus, the decaying dc component in the fault current measurement can be removed. Then, the accurate voltage and current phasors are obtained by the proposed algorithm. Meanwhile, the computation procedures are continuous for further correction. Finally, the accurate fault impedance can be obtained, and the fault conditions can be removed rapidely. The verifications of the proposed algorithm contain two parts - software simulation and hardware realization. First, we use MATLAB/SIMULINK to simulate a power system and generate some test signals, such as the normal sinusoidal signal and the fault signal that contains decaying dc component. Then, these test signals are sent to the modified discret Fourier transform (DFT) algorithm program in the MATLAB/SIMULINK to obtain the accurate voltage and current results and analysis those results. Then, we use the ALTERA QUARTUS II environment to develop the Verilog hardware description language for the proposed algorithms. In developing this chip, we divide the proposed algorithm into several modules based on the Bottom-Up concept. We verify the chip from the smallest module to the top level to guarantee the accuracy and the pipeline structure. The main purpose of the design is to achieve the goals of high speed and miniature. Finally, the results of the MATLAB/SIMULINK and the ALTERA QUARTUS II are compared to verify and performance of the developed FPGA chip.
 誌謝 iv摘要 ivABSTRACT vii目錄 viii表目錄 x圖目錄 xi1. 緒論 11.1 研究動機 11.2 文獻回顧 21.3 研究方法 31.4 本文貢獻 41.5 內容大綱 42. 測距電驛與修正型離散傅立葉演算法 52.1 輸電線模型與故障訊號分析 52.2 測距電驛簡介 62.3 傅立葉演算法與離散化 72.4 離散傅立葉轉換(DFT) 82.5 改良型直流衰減模組 122.6 直流衰減修正模組 132.6.1直流衰減修正模組MATLAB模擬結果 162.7 直流衰減修正模組改寫成適用硬體架構 182.8 CORDIC(COrdinate Rotation Digital Computer) 演算法原理 202.8.1 CORDIC 演算法通式 222.9 矽智產(Soft Intellectual Property , Soft IP ) 252.10 小結 263. 修正型DFT系統硬體架構 273.1 簡介 273.2 內部數值格式定義 293.3 全週期DFT 模組架構 303.3.1 nonrecursive DFT 313.3.2 recursive DFT 353.4 CORDIC 模組架構 383.4.1 CORDIC_atan 模組模擬 403.4.2 CORDIC_cos,sin 模組模擬 413.4.3 CORDIC_倒數 模組模擬 433.4.4 CORDIC_除法器 模組模擬 453.5 Line Parameters Estimation 模組架構 473.6 K 模組架構 503.7 Adaptive Mimic Filter 模組架構 533.8 Z(阻抗) 模組架構 544. 濾波晶片架構與模擬結果 574.1 MATLAB模擬輸電線系統 574.2 晶片設計架構 584.3 時序說明 604.4 測試訊號 614.5 未回授 correct DFT module 644.6 回授 correct DFT module 654.7 測距電驛合成方塊圖 714.8 小結 725. 結論與建議 735.1 結論 735.2 建議及未來展望 73參考文獻 74
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 1 基於同步量測及適應性濾波技術之輸電線數位保護電驛與故障定位演算法之設計 2 相量量測技術在特殊輸電系統故障定位與穩定度控制應用 3 高性能同步相量量測器設計與製作 4 以FPGA實現改良型離散傅立葉演算法 5 利用CORDIC原理實現可預測旋轉收斂方向之SIN-COS產器及其FPGA實作 6 快速傅氏轉換法則重組態架構之設計 7 適用於分散式運算之離散傅立葉轉換設計 8 應用衰減型DFT演算法於電力訊號濾波之研究

 1 王玉華。〈清代春秋公羊學異內外義例與大一統思想〉。《哲學與文化》29（3）：204-293。 2 葉海煙。2003。〈論兩漢「大一統」觀念的哲學性：以董仲舒的新儒學為例〉。《哲學與文化》30（9）：5-17。

 1 即時模擬技術應用於數位式電驛之研究 2 應用基因演算法於方向性過流保護電驛之規劃 3 保護電驛運轉影響電力系統長期動態特性之研究 4 以FPGA為基礎實現移動物體偵測系統 5 FPGA之鎖幅迴路模型實現 6 以數位訊號處理器實現電力電子即時模擬器之研究 7 應用故障樹理論於具有PMU保護電驛架構之輸電線系統可靠度分析 8 以FPGA為基礎之數位式測距電驛設計與分析 9 以FPGA實現改良型離散傅立葉演算法 10 開發圖形使用者介面電驛標置程式用於改善二次輸電網路過電流電驛保護協調設定 11 過電流與測距電驛於輸電網路保護協調之研究 12 結合FPGA與DSP實現新型電力電子即時數位模擬器 13 分數型鎖相迴路的三角積分器在FPGA上的設計 14 Homeplug1.0系統之基頻傳輸模式建立與通道解碼器之FPGA實現 15 利用FPGA實現自動對焦電路

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