劉志文臺灣大學：電機工程學研究所廖俊達Liao, Jyun-DaJyun-DaLiao2007-11-262018-07-062007-11-262018-07-062005http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/53230本研究利用現今已商業化量產的(digital signal process)DSP晶片，配合數位測距電驛演算法理論，實現一數位式測距保護電驛。當線路瞬間故障，在裝設電驛的母線端所量得之電壓信號含有大量的雜訊，電流則有直流偏移值(DC Offset)，此會嚴重影響電驛判斷的速度及正確性。為了達到高速動作的要求，數位電驛必須快速的從含有雜訊的輸入訊號中，獲得計算所需的電壓及電流的基本波信號。本論文藉由德州儀器所生產的TMS320VC33 DSP數位訊號處理器將數位餘弦濾波器(COSFilter)加以實現，並加以模擬及驗證，實現一數位測距電驛。This paper capitalizes the commercialized production of DSP (digital signal process)chip， and make use of digital distance algorithm to realize digital distance relays. When a fault occurs on line during operation， the signals of voltage and current would be severely distorted. These signals may contain decaying dc components. It could seriously influence the judgment and accuracy of relays. For the purpose of achieving the goal of fast response， relays have to quickly obtain the fundamental signals of voltage and current from the input signal containing noise. This paper accomplishes COSFilter by TMS320VC33 DSP，simulation and verify to realize the digital distance relays.目錄 中文摘要.......................................... i 英文摘要..........................................ii 目錄..............................................iv 圖目錄............................................iv 表目錄.............................................v 第一章 緒論....................................... 1 1.1 前言.......................................... 1 1.2 歷史研革….............................................. 2 1.3 數位電驛之架構................................ 4 1.4 研究目的............... ...................... 5 1.5 章節概要.......................................5 第二章 測距電驛理論…...............................................7 2.1 前言.................. ....................... 7 2.2 基本概念............. ........................ 7 2.3 阻抗特性分類........ ......................... 7 2.4 姆歐圓阻抗設定................................11 第三章 測距電驛演算法.............................13 3.1 前言..........................................13 3.2 取樣定理............................. ....... 13 3.3 數位濾波器....................................19 3.4 全週期遞迴式數位濾波器演算法…................21 3.5 演算法模擬....................................23 第四章 保護電驛之動態、暫態性能測試介紹...........27 4.1 前言.........................................27 4.2 電力系統故障模擬器...........................27 4.3暫態模擬於保護電驛之應用及實測.................29 4.4結論...........................................36 第五章 硬體製作及軟體規劃.........................39 5.1 數位測距電驛硬體架構......................39 5.2 實體製作......................................40 5.2.1 硬體電路....................................40 5.3 數位訊號處理器環境介紹........................44 5.31 ADC/DAC..................................49 5.4軟體程式規劃...................................51 第六章 驗證測試...................................56 6.1實驗結果.......................................56 6.2結論...........................................62 第七章 結論及未來方向.............................63 參考文獻..........................................65 表目錄 表5.1 處理器內部I/O...............................46 圖目錄 圖 1.1 數位式電驛之架構示意圖......................4 圖 2.1 圓阻抗特性..................................9 圖 2.2 MHO圓阻抗特性….............................9 圖 2.3 橢圓形阻抗特性.............................10 圖 2.4 直線形阻抗特性.............................10 圖 2.5 四邊形阻抗特性............................11 圖 2.6 混合型阻抗特性............................11 圖 2.7 姆歐式測距電驛動作特性圖..................12 圖 3.1 取樣頻率為二倍之信號頻率，且 時之模擬結果................................................15 圖 3.2 取樣頻率為二倍之信號頻率，且 時之模擬結果................................................15 圖 3.3 取樣頻率為二倍之信號頻率，且 時之模擬結果................................................16 圖 3.4 取樣頻率為十倍之信號頻率之模擬結果................................................16 圖 3.5 取樣頻率為十一倍之信號頻率之模擬結果................................................17 圖 3.6 取樣頻率為兩倍之信號最高頻率之實驗結果................................................17 圖 3.7 取樣頻率為十倍之信號最高頻率之實驗結果................................................18 圖 3.8 取樣頻率為十一倍之信號最高頻率之實驗結果................................................18 圖 3.9 類比濾波器基本流程圖......................19 圖 3.10 數位濾波器基本流程圖......................19 圖 3.11 數位餘弦濾波器之頻率響應特性圖............20 圖 3.12 數位餘弦濾波器和傅立業(Fourier)濾波器之比較…..............................................21 圖 3.13 視窗長度為三個資料點之移動性視窗示意圖................................................23 圖 3.14 經指數衰減後的電流波形....................25 圖 3.15 經數位濾波演算法後的波形................…25 圖 3.16 加入直流偏移的電壓訊號....................26 圖 3.17 經數位餘弦濾波器將直流濾除後的波形........26 圖 4.1 Doble所生產之F6150波形重現模擬器實體圖....28 圖 4.2 F6150之控制面板圖….......................29 圖 4.3 由TransWin所載入之故障資料測試波形........29 圖 4.4 ATP-EMTP之互動式介面操作..................30 圖 4.5 模擬系統之單線圖及參數....................30 圖 4.6 以EMTP所建構之輸電線路模擬系統............31 圖 4.7 開迴路之完整電驛暫態測試架構圖............32 圖 4.8 故障點發生在F2時變電所B電驛所量測之波形...32 圖 4.9 故障點發生在F2時變電所B電驛所量測之波形...33 圖 4.10 故障點發生在F3時變電所A電驛所量測之波形...33 圖 4.11 故障點發生在F3時變電所B電驛所量測之波形...33 圖 4.12 實際之電驛暫態試驗(一)....................34 圖 4.13 實際之電驛暫態試驗(二)....................34 圖 4.14 實際之電驛暫態試驗(三)....................35 圖 4.15 雙端(End-to-End)電驛測試架構圖............36 圖 5.1 數位測距電驛基本硬體架構..................40 圖 5.2 VC33-DSP外觀..............................41 圖 5.3 P.T、C.T硬體外觀..........................42 圖 5.4 電壓、電流放大電路及過電壓及過電流保護電路硬體外觀................................................42 圖 5.5 電壓及電流放大器電路圖....................43 圖 5.6 DSP-VC33 軟體之連接圖.....................44 圖 5.7 DSP-VC33內部硬體架構......................45 圖 5.8-(a) DSP-VC33記憶體功能表...................47 圖 5.8-(b) DSP-VC33記憶體功能表...................48 圖 5.8-(c) DSP-VC33記憶體功能表...................48 圖 5.8-(d) DSP-VC33記憶體功能表...................49 圖5.9 ADC/DAC方塊圖..............................49 圖 5.10 軟體程式流程圖...........................52 圖 6.1 系統發生直流偏移的情況，經數位餘弦濾波器將直流偏移濾除的波形..........................................58 圖 6.2 經由數位餘弦濾波器將直流指數衰減( exponential decaying DC)的情況濾除的效果......................58 圖 6.3 系統發生故障時電流瞬間變大，經過數位餘弦濾波器濾除後的波形............................................59 圖 6.4 系統發生故障時電流瞬間變大，經過數位餘弦濾波器濾除後的波形............................................59 圖 6.5 系統發生相間故障，電壓及電流經數位餘弦濾波器後的波形................................................60 圖6.6-(a)系統發生相電壓故障經FFT轉換後之相量圖................................................60 圖6.6-(b)系統發生相電流故障經FFT轉換後之相量圖................................................61 圖 6.7-(a)未發生故障時未有阻抗在測距圓內..........61 圖 6.7-(b)故障發生時，視在阻抗在測距圓內的情形................................................625196955 bytesapplication/pdfen-US數位測距電驛DSPdigital distance rekays數位訊號處理thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/53230/1/ntu-94-R92921070-1.pdf