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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:魏弘智
研究生(外文):eric
論文名稱:以FPGA設計新型測距電驛演算法
指導教授:俞齊山
學位類別:碩士
校院名稱:國防大學中正理工學院
系所名稱:電子工程研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2007
畢業學年度:95
語文別:中文
論文頁數:75
中文關鍵詞:測距電驛離散傅力葉轉換
外文關鍵詞:FPGADFT
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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 iv
ABSTRACT vii
目錄 viii
表目錄 x
圖目錄 xi
1. 緒論 1
1.1 研究動機 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法 3
1.4 本文貢獻 4
1.5 內容大綱 4
2. 測距電驛與修正型離散傅立葉演算法 5
2.1 輸電線模型與故障訊號分析 5
2.2 測距電驛簡介 6
2.3 傅立葉演算法與離散化 7
2.4 離散傅立葉轉換(DFT) 8
2.5 改良型直流衰減模組 12
2.6 直流衰減修正模組 13
2.6.1直流衰減修正模組MATLAB模擬結果 16
2.7 直流衰減修正模組改寫成適用硬體架構 18
2.8 CORDIC(COrdinate Rotation Digital Computer) 演算法原理 20
2.8.1 CORDIC 演算法通式 22
2.9 矽智產(Soft Intellectual Property , Soft IP ) 25
2.10 小結 26
3. 修正型DFT系統硬體架構 27
3.1 簡介 27
3.2 內部數值格式定義 29
3.3 全週期DFT 模組架構 30
3.3.1 nonrecursive DFT 31
3.3.2 recursive DFT 35
3.4 CORDIC 模組架構 38
3.4.1 CORDIC_atan 模組模擬 40
3.4.2 CORDIC_cos,sin 模組模擬 41
3.4.3 CORDIC_倒數 模組模擬 43
3.4.4 CORDIC_除法器 模組模擬 45
3.5 Line Parameters Estimation 模組架構 47
3.6 K 模組架構 50
3.7 Adaptive Mimic Filter 模組架構 53
3.8 Z(阻抗) 模組架構 54
4. 濾波晶片架構與模擬結果 57
4.1 MATLAB模擬輸電線系統 57
4.2 晶片設計架構 58
4.3 時序說明 60
4.4 測試訊號 61
4.5 未回授 correct DFT module 64
4.6 回授 correct DFT module 65
4.7 測距電驛合成方塊圖 71
4.8 小結 72
5. 結論與建議 73
5.1 結論 73
5.2 建議及未來展望 73
參考文獻 74
[1]Yu, C. S., “Removal of the Decaying DC Effects in Distance Protection by Simultaneously Considering the Voltage and Current Waveforms,” Journal of Chinese Institute of Engineers, Vol. 31, scheduled to appear in (2008).
[2]Phadke, A. G., “Synchronized Phasor Measurement in Power Systems,” IEEE Computer Applications in Power, Vol. 62, pp. 10-15, 1993.
[3]Dash, P. K., Jena, R.K. , Panda G., and Routray, A., “An Extended Complex Kalman Filter for Frequency Measurement of Distorted Signals,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 49(4), pp. 746-753, 2000.
[4]Ito, M., and Donaldson, R., “Zero-Crossing Measurements for Analysis and Recognition of Speech Sounds,” IEEE Transactions on Audio and Electroacoustics, Vol. 19, pp. 235-242, 1971.
[5]Sachdev, M.S., and Nagpal, M., “A Recursive Least Error Squares Algorithm for Power System Relaying and Measurement Applications,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 6, pp. 1008-1015, 1991.
[6]Zakhor, A., and Oppenheim, A.V., “ Reconstruction of Two Dimensional Signals from Level Crossings,” IEEE Conference, CA, USA, Vol. 78, pp. 31-35, 1990.
[7]Terzija, V. V., Djuric, M. B., and Kovacevic, B. D., “Voltage Phasor and Local System Frequency Estimation Using Newton Type Algorithm,” IEEE Transactions on Power Delivery, Vol. 9, No. 3, pp. 1368-1374, 1994.
[8]Lobos, T., and Rezmer, J., “Real-Time Determination of Power System Frequency,” IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, Vol. 46, No. 4, pp. 877-881, 1997.
[9]Yu, C. S., and Chen W. H., “Removing Decaying DC Component in Fault Currents via a New Modify Discrete Fourier Algorithm,” IEEE PESGM, Vol. 78, pp. 31-35, 1990.
[10]Volder, J. E., “The CORDIC Trigonometric Computing Technique,” IRE Transactions. Electron.Comput, Vol. EC-8, no. 3, pp. 330-334, 1959.
[11]Walther, J. S., “A Unified Algorithm for Elementary Functions,” Proc. Spring Joint Comput. Conference, NY, USA, pp. 379-385, 1971.
[12]洪培倫,應用於保護電驛的直流偏移消除技術之數位積體電路設計,中華民國第二十五屆電力工程研討會,國立台灣大學電機工程研究所,台北,2004。
[13]朱家齊,多功能可程式數位保護電驛矽智產設計,中華民國第二十五屆電力工程研討會,長庚大學,台北,2004。
[14]陳清山,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,博士論文,國立台灣大學電機工程研究所,台北,2003。
[15]黃朝全,利用CORDIC原理實現可預測旋轉收斂方向SIN-COS產生器及其FPGA實做,碩士論文,國立中山大學資訊工程研究所,高雄,2000。
[16]俞齊山,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,博士論文,國立台灣大學電機所,台北,2001。
[17]塗同銘,高性能同步相量量測器設計與製作,碩士論文,國立台灣大學電機所,台北,1998。
[18]陳錦龍,以FPGA實現改良型離散傅立葉演算法,碩士論文,國防大學中正理工學院,桃園,2004。
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