پروژه مهندسی برق
رله های دیجیتال و کاربرد آن در حفاظت الکتریکی
این پروژه شامل موارد زیر است
1-متن ا صلی پروژه با فرمت word (قابل ویرایش و تغییر)
2- متن اصلی پروژه با فرمت pdf
3-اسلاید کامپیوتری در قالب برنامه «PowerPoint» و فرمت ppt
4-منابع اصلی پروژه با فرمت « pdf» ( در تدوین این پروژه بیش ار 17 منبع حارجی استفاده شده است )
5-فایل های شبیه سازی در نرم افزار simulink matlab مربوط به فصل آخر
چکیده
رشد جهانی برای تقاضای انرژی الکتریکی باعث افزایش سرعت توسعه در طراحی سیستم های قدرت در جهت پاسخگویی به تامین نیازهای مصرف کنندگان برای تامین انرژی الکتریکی مطمئن، ارزان و با کیفیت بالا شده است. حفاظت سیستم های قدرت، به عنوان یک فناوری ضروری در تحویل انرژی الکتریکی با کیفیت بالا، عموما به عنوان یک زمینه تخصصی در حال رشد و اغلب با اهمیت حیاتی شناخته می شود که در آن نیازهای سیستمهای قدرت و پیشرفت فناوری ترکیب شده اند تا در سالهای اخیر باعث توسعه سریع در روشها و اجرای آن شود. یکی از روشهای نوین در حفاظت سیستمهای قدرت و تجهیزات الکتریکی، استفاده از رله های حفاظتی دیجیتال می باشد که با توجه افزایش تراکم بارها و منابع تولید انرژی الکتریکی استفاده از آن به امری لازم و ضروری در حفاظت سیستمهای قدرت تبدیل شده است. عملکرد مطمئن، امکان تشخیص سریع خطا و کارایی بالا در حفاظت و همچنین کاهش قیمت تجهیزات دیجیتال به ویژه میکروپروسسورها و افزایش سرعت و کارایی آنها باعث افزایش استفاده از رله های دیجیتال در سالهای اخیر شده است.
این پروژه به بررسی رله های دیجیتال، انواع و کاربرد این رله ها می پردازد. در فصل اول مقدمه ای بر رله های حفاظتی دیجیتال بیان شده است. در فصل دوم سخت افزار و اجزای رله های دیجیتال بررسی شده است. در فصل های سوم تا ششم مهم ترین و پر کاربردترین رله های دیجیتال مور بررسی قرار گرفته است. همچنین در فصل پنجم طراحی یک نمونه رله دیجیتال مبتنی بر میکروکنترلرAVR ATMeg32 بیان شده است. در فصل هفتم تحلیل و شبیه سازی ساختار و عملکرد رله دیجیتال با نرم افزارMATLAB و نتایج شبیه سازی ارائه شده است.
فهرست مطالب
فصل اول: مقدمه ای بر رله های حفاظتی دیجیتال
1-1 مقدمه کلی
1-2 مزایای سیستم های حفاظت و کنترل دیجیتال.
1-3 رله دیجیتال و مزایای آن
1-4 مهم ترین انواع رله های دیجیتال
فصل دوم: سخت افزار و اجزای رله های دیجیتال
2-1 مقدمه
2-2 ساختار کلی رله های دیجیتال
2-3 اجزای رله های دیجیتال
2-3-1 ترانسفورماتورهای کمکی جریان و ولتاژ.
2-3-2 مبدل جریان به ولتاژ
2-3-3 فیلترهای ضد تشابهی
2-3-4 تقویت کننده های نمونه بردار و نگه دارنده.
2-3-5 مالتی پلکسرآنالوگ
2-3-6 مبدل آنالوگ به دیجیتال
2-3-6-1 مبدل دیجیتال به آنالوگ
2-3-6-2 مبدلهای آنالوگ به دیجیتال : مبدلهای شیب
2-3-6-3 مبدلهای آنالوگ به دیجیتال : مبدلهای تقریب پی در پی.
2-3-6-4 نکاتی درباره مبدلهای آنالوگ به دیجیتال رله های حفاظتی
2-3-7 ریزپردازنده
2-3-8 حافظه های دیجیتال
2-3-9 پورت سریال
2-3-10 واحد ورودی-خروجی.
2-3-11 منبع تغذیه
2-4 فیلترکردن دیجیتال در رله های حفاظتی
2-4-1 انواع فیلتر دیجیتال
2-4-1-1 پاسخ ضربه محدود
2-4-1-2 پاسخ ضربه نامحدود
2-4-2 ملاحظات طراحی فیلتر های دیجیتال در رله های حفاظتی
2-5 ملاحظات مرتبط با زمان واقعی
2-6 فرایند ارتباط در رله های دیجیتال
2-7 بررسی اثر تداخل الکترومغناطیسی بررله های دیجیتال
2-8 تست رله های دیجیتال
2-8-1 مقدمه ای برتست دیجیتال.
2-8-2 دستگاه میکروپروسسوری تست کننده رله های دیجیتال
فصل سوم: رله های اضافه جریان دیجیتال و کاربرد آن
3-1 مقدمه
3-2 سخت افزار رله اضافه جریان دیجیتال
3-3 عملکرد رله های اضافه جریان دیجیتال
3-4 مهم ترین کاربردهای رله های اضافه جریان و اضافه بار
3-5 مشکلات رله های اضافه جریان
3-6 شرط انتخاب ترانسفورماتورهای جریان به منظور تغذیه رله میکروپروسسوری
3-7 ساختمان رله های اضافه جریان نوع میکروپروسسوری
3-8 رله های اضافه جریان لحظه ای نوع دیجیتالی هوشمند
فصل چهارم: رله های دیستانس و دیفرانسیل میکروپروسسوری
4-1 مقدمه
4-2 رله های دیستانس دیجیتال و حفاظت هوشمند خطوط انتقال.
4-2-1 ساختار حفاظت دیستانس دیجیتال خطوط انتقال
4-2-2 مزایای رله دیستانس دیجیتال
4-2-3 اثر امواج سیار بر رله دیستانس دیجیتال
4-2-4 الگوریتم های محاسبه امپدانس در رله های دیستانس میکروپروسسوری
4-2-5 محاسبات خطا
4-2-6 جهتی کردن رله
4-2-7 عناصر رله
4-3 رله های مقایسه ای جهتی از نوع دیجیتال.
4-3-1 الگوریتم رله
4-3-2 مولفه های تحمیلی
4-3-3 عناصر جهتی
4-3-4 کاربرد
4-4 فاصله یابی محل خطا به روش دیجیتال
4-4-1مقدمه ای بر فاصله یابی دیجیتال
4-4-2 فاصله یابی محل خطا با استفاده از راکتانسهای ظاهری
4-4-3 جبرانسازی برای تغذیه از شین دور
4-4-4 جبران سازی دقیق برای خازن موازی
4-4-5 سخت افزار و ساختار فاصله یابهای دیجیتال محل خطا
4-5 رله دیفرانسیل میکروپروسسوری و حفاظت دیفرانسیل هوشمند
4-5-1 ساختار حفاظت دیفرانسیل میکروپروسسوری
4-5-2 فلوچارت برنامه و عملکرد رله دیفرانسیل میکروپروسسوری
4-5-3 ارتباط میان رله های دیفرانسیل میکروپروسسوری از طریق کانال مخابراتی
4-5-3 انواع کاربرد رله های دیفرانسیل میکروپروسسوری
4-5-4 مشخصه رله
فصل پنجم: رله های فرکانسی مبتنی بر میکروکنترلرو میکروپروسسور
5-1 مقدمه
5-2 اهمیت استفاده از رله های حذف بار فرکانسی.
5-3 الگوریتم های تخمین تغییرات فرکانس وشدت تغییرات فرکانس
5-4 انواع رله های فرکانسی دیجیتال
5-4-1 رله های DFF
5-4-1-1 عملکرد فرکانسی رله DFF
5-4-1-2 عملکرد ولتاژی و پیکر بندی ورودی و خروجی رله
5-4-1-3 نظارت و اندازه گیری با رلهDFF
5-4-1-4 مطالب دیگری در مورد رله های DFF
5-4-1-5 دیاگرام نحوه اتصال رله فرکانسی نوع DFF1000
5-4-2 رله MIV
5-4-3 رله های MFF
5-5 بررسی و طراحی یک نمونه رله فرکانسی دیجیتال مبتنی بر میکروکنترلر AVR
5-5-1 مزیت استفاده از میکروکنترلرها در رله های دیجیتال
5-5-2 مختصری راجع به میکروکنترلرهای AVR
5-5-2-1 خصوصیات و مزایای AVR
5-5-2-2 خانواده های محصولات AVR 78
5-5-2-2-1Tiny AVR
5-5-2-2-2 LCD AVR
5-5-2-2-3 Mega AVR
5-5-3 خصوصیات میکروکنترلر AVR- AT-Mega325-5-4 محیط برنامه نویسی BASCOMAVR
5-5-5 اندازه گیری فرکانس توسط میکروکنترلر
5-5-6 سخت افزار و طرح کلی ((MAIN BOARD
5-5-6-1 منبع تغذیه
5-5-6-2 مدار مربوط به خروجی هاجهت قطع و وصل بارها
5-5-6-3 پانل
5-5-6-4 مدار مربوط به میکروکنترلر.
5-5-7 تنظیم فرکانسی رله شرح داده شده برای دقت عملکرد
5-5-8 فلوچارت نرم افزار رله فرکانسی
فصل ششم: رله BFTC با مدارهای منطقی و کنترل هوشمند سنکرون سازی
6-1 مقدمه
6-2 وصل سنکرون ژنراتورها و عواقب وصل غیرسنکرون
6-3 دلایل استفاده از سیستم های دیجیتال در کنترل سنکرون سازی
6-4 رله BFTC با مدارهای منطقی
6-4-1 طرح کلی مدار منطقی
6-4-2 وصل سنکرون کلید
6-4-3 کنترل فرکانس و زاویه فاز
6-4-4 قابلیت کار رله
6-4-5 باز شدن یا وصل شدن کلید
6-4-6 کار مدار BFTC
6-4-7 مدارت DC ،AC وتغذیه رله
6-4-8 هزینه رله و تجهیزات لازم
6-4-9 نتایج کلی
فصل هفتم: تحلیل و شبیه سازی ساختار و عملکرد رله دیجیتال با MATLAB SIMULINK
7-1 مقدمه
7-2 عناصر و اجزای استفاده شده در شبیه سازی اجزا و ساختار رله دیجیتال
7-3 شبیه سازی ترانسفورماتورهای نمونه بردار غیر خطی وغیر ایده آل
7-4 شبیه سازی فلیپ فلاپ D مبتنی بر گیت های NAND
7-5 شبیه سازی شمارنده دیجیتال 6 بیتی
7-6 شبیه سازی مبدل دیجیتال به آنالوگ
7-7 شبیه سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال
7-8 شبیه سازی یک نمونه رله اضافه جریان میکروپروسسوری و تحلیل نتایج
7-8-1 مدار شبیه سازی
7-8-2 تست عملکرد رله
7-8-3 ارائه و بررسی نتایج شبیه سازی
مقدمه فصل اول : رشد جهانی برای تقاضای انرژی الکتریکی باعث افزایش سرعت توسعه در طراحی سیستم های قدرت در جهت پاسخگویی به تامین نیازهای مصرف کنندگان برای تامین انرژی الکتریکی مطمئن ، ارزان وبا کیفیت بالا شده است. به دلیل افزایش مصرف انرژی الکتریکی و افزایش تراکم بارها و منابع تولیدالکتریسیته و لزوم عملکرد سریع و مطمئن تجهیزات حفاظت و کنترل ، استفاده از تجهیزات حفاظت دیجیتال مورد توجه قرار گرفته است. حفاظت الکتریکی یکی از مهمترین مسائل در صنعت برق می باشد. از ابتدای پیدایش این صنعت مساله تولید، انتقال و توزیع انرژی الکتریکی همواره با خطاهای احتمالی و مساله قابلیت اطمینان همراه بوده است. به این معنی که تجهیزات گران قیمتی مانند ژنراتور، ترانسفوماتورهای قدرت و خطوط انتقال باید در مقابل انواع خطاهای احتمالی مورد حفاظت قرار گیردتا هم این سرمایه های با ارزش حفظ شوند و هم انرژی الکتریکی با قابلیت اطمینان بیشتری به مصرف کننده برسد. این حفاظت ها می تواند در مورد کمیتهای مختلف الکتریکی نظیر جریان، ولتاژ، توان، فرکانس و امپدانس انجام شود. رله های حفاظتی وظیفه نظارت بر این کمیت ها را دارند و در صورت نیاز باعث قطع واحد مورد حفاظت(تریپ) می شوند. رله های حفاظتی اولیه بیشتر از نوع الکترومغناطیسی و از گروه دافعه ای هستند. اشکال اصلی این رله ها این است که مختص یک کمیت الکتریکی هستند یعنی اگر به عنوان مثال برای حفاظت اضافه جریان استفاده می شوند دیگر برای حفاظت ولتاژ یا فرکانس قابل استفاده نیستند. حتی رله های اضافه جریان هم تقسیم بندی خاص خود را دارند و استانداردهای مختلفی برای این منظور وجود دارد. در کل این رله ها به جز تنظیم زمانی وتنظیم جریانی قابلیت انعطاف دیگری ندارند.
رله های حفاظتی عمومی از نوع دیجیتالی هستند و در نتیجه می توان با تغییر برنامه نرم افزاری آن ها نوع حفاظت مورد نیاز را تعیین کرد. بعد از دیجیتالی شدن محاسبات اتصال کوتاه، پخش بار و پایداری سیستم های قدرت، دیجیتالی کردن رله های حفاظتی در سیستم های قدرت یکی از موضوعات جالب و مطرح در سالهای اخیر می باشد. موضوع رله های دیجیتال در اواخر دهه 1960شروع گردید. در اوایل به دلیل بالا بودن هزینه سیستم های دیجیتال ، سرعت پایین و همچنین قدرت مصرفی بالای آنها انگیزه ای جهت کاربرد این تجهیزات به جای رله های معمولی وجود نداشت. پیشرفت قابل توجه سیستم های دیجیتال ، کاهش قیمت ،کاهش قدرت مصرفی واندازه آنها و افزایش سرعت و قدرت محاسباتی آنها باعث شده است که این واقعیت ظاهر گردد که اقتصادی ترین و تکنیکی ترین و همچنین مطمئن ترین رله های حفاظتی در حال حاضر، رله های دیجیتال می باشد. لذاجدیدترین نسل رله ها، رله دیجیتالی می باشد که با کاربرد پردازش دیجیتال و استفاده از میکروپروسسورها به عنوان واحد پردازش در این گونه رله ها علاوه بر بالا بردن کارایی و قابلیت رله ها منجر به کاهش حجم و وزن رله و همچنین قیمت پایین طراحی و ساخت گردیده است
مقدمه فصل دوم :در این فصل ساختار، جزئیات سخت افزار و اجزای تشکیل دهنده رله های دیجیتال و عملکرد آنها بررسی می شود. ریزپردازنده، مبدل آنالوگ به دیجیتال، حافظه، ترانسفورماتورهای کمکی جریان و ولتاژ، واحدهای ورودی/ خروجی و برخی عناصر دیگر ساختار کلی رله های دیجیتال را تشکیل می دهند که با توجه به نوع رله و وظیفه حفاظتی آن اجزای دیگری نیز ممکن است به این عناصر اضافه شود ولی به طور کلی نرم افزار رله دیجیتال تعیین کننده نوع رله می باشد و رله های دیجیتال دارای یک ساختار کلی و مشابه به هم هستند. فناوری دیجیتال همچنین باعث پیشرفت در روشهای تست رله های حفاظتی گردیده است به طوری که منجر به ساخت دستگاه میکروپروسسوری تست کننده رله ها شده است که این مورد در ادامه فصل بررسی می شود. فرایند فیلترکردن دیجیتال در رله های حفاظتی، ارتباط با رله، محیط عملکرد و اثرات تداخل الکترومغناطیسی(EMI) بر رله های دیجیتال نیز در این فصل ارائه شده است
مقدمه فصل سوم: رله های اضافه جریان ساده ترین انواع رله هستند که قابلیت ساخته شدن با مفاهیم دیجیتال را دارا می باشند. مزایای اصلی رله های اضافه جریان دیجیتال در قیمت کمتر و توانائی تهیه همه منحنی های مشخصه عملکرد در یک محصول است که مشخصه مورد نظر به راحتی با کلیدهای صفحه جلوی رله قابل دستیابی است . بروزاشباع در ترانسفورماتورهای جریان و عدم تغذیه و تحریک رله های حفاظتی در ردیف مشکلات اصلی حفاظتی در نیروگاهها و پستهای فشار قوی محسوب می شوند.در سالهای اخیر با توجه به تبدیل رله های حفاظتی از نوع آنالوگ به دیجیتال، امکان هوشمند کردن رله ها در قبال بروز اشباع در ترانسفورماتورهای جریان و کار مطمئن رله ها فراهم شده است. با هوشمند نمودن رله های حفاظتی به منظور مقابله با اشباع ترانسفورماتورهای جریان و جلوگیری از تاثیر اشباع در کار مرتب و مطمئن رله های حفاظتی، بسیاری از مشکلات حفاظتی رفع گردیده است.در فصل حاضر روش هوشمند نمودن رله های اضافه جریان در قبال اشباع ترانسفورماتورهای جریان و عدم کار رله های حفاظتی مورد بررسی قرار می گیرد. همچنین ساختار رله های اضافه جریان و اضافه باردیجیتال ، انواع کاربرد این رله ها، ساختمان رله های اضافه جریان نوع میکروپروسسوری و هوشمند، و عملکرد رله های اضافه جریان میکروپروسسوری به همراه نمودارهای مربوطه ارائه می شود
مقدمه فصل چهارم: رله دیستانس ورله دیفرانسیل دو عنصر مهم در حفاظت سیستم های قدرت می باشند. رله دیستانس مهم ترین وسیله حفاظتی در حفاظت خطوط انتقال انرژی الکتریکی است. از رله دیفرانسیل نیز علاوه بر حفاظت خطوط انتقال کوتاه، در حفاظت ژنراتور، ترانسفورماتور های قدرت، باسبار و غیره استفاده می شود رله های دیستانس اولین دستگاههای حفاظتی بودند که برای ساخت به صورت دیجیتال در نظر گرفته شدند، با این حال این رله ها در میان رله های دیگر دیجیتال دارای کمترین توسعه تجارتی بودند ودیرتر وارد بازار شده اند. شاید مهمترین دلیل آن پیچیدگی نسبی یک رله دیستانس دیجیتال در مقایسه با دیگر رله های دیجیتال می باشد . بدین جهت ورود ریزپردازنده های قوی در سالهای اخیر برای طرحهای عملی تجارتی باعث پیشرفتهایی در ساخت آن گردید. رله های دیستانس غیر دیجیتال فقط می توانند تعیین کنند که آیا خطا در داخل یک مشخصه قرار دارد یا خیر، ولی رله های دیستانس دیجیتال مبتنی بر میکروپروسسورها، همچنین می تواند امپدانس ظاهری خطا را محاسبه کنند و محل خطا را تعیین نمایند.
حفاظت اصلی و عمده ژنراتورها در قبال عیوب فاز ودر سیم پیچیهای استاتوراز طریق رله دیفرانسیل صورت می گیرد. همچنین هنگامی که جریان عیب زمین ژنراتور بیش از 30% جریان اسمی سیم پیچیها در نظر گرفته شده باشد، از رله دیفرانسیل زمین برای حفاظت در قبال عیوب زمین سیم پیچیها استفاده می شود.رله دیفرانسیل همچنین از تجهیزات مهم در حفاظت ترانسفورماتورهای قدرت می باشد که این نوع حفاظت باید به هنگام عبور جریان هجومی و اشباع هسته دچار خطا نشود. استفاده از رله دیفرانسیل نوع معمول(غیر دیجیتال) در ژنراتورها با توجه به مولفه DC دراز مدت در عیوب روی داده در نیروگاهها با مشکلات ناشی از اشباع ترانسفورماتورهای جریان و کار نابجای رله در قبال عیوب روی داده در شبکه همراه بوده ودر موارد متعدد گزارش شده است. در ترانسفورماتورهای قدرت نیز با توجه به پدیده جریانهای هجومی و همچنین اشباع ترانسفورماتورهای جریان احتمال کار نابجای رله وجود دارد. در حالی که با پیش بینی رله از نوع دیجیتال و امکان هوشمند نمودن آن، احتمال کار نابجای رله تا نزدیک صفر کاهش می یابد.
در این فصل رله های دیستانس و دیفرانسیل نوع دیجیتال آداپتیو شده و میکروپروسسوری ، و موارد هوشمند شدن این رله ها در عیوب روی داده بررسی می شود. هچنین رله های مقایسه ای جهتی دیجیتال، کاربرد تکنیکهای دیجیتال در فاصله یابی محل خطا وکاربرد رله های دیفرانسیل میکروپروسسوری مورد مطالعه قرار می گیرد.
مقدمه فصل پنجم: در اثرقطع یک منبع قدرت الکتریکی یا یک قسمت از سیستم قدرت، شبکه با کمبود تولید یا به عبارتی افزایش بار مواجه می شود. در صورتی که گاورنرها نتوانند تعادل را برقرار سازند در این حالت رله های فرکانسی باید با حذف مرحله ای بار شاخص پایداری سیستم را بهبود بخشند. نسل اول رله های فرکانسی حذف بار، رله های الکترومغناطیسی بودند که به تدریج با رله های استاتیکی جایگزین شدند. با گسترش هر چه بیشتر مدارهای بر پایه ریزپردازنده ها و کاهش قیمت و افزایش قابلیت های آنهاانواع جدید رله های فرکانسی به صورت دیجیتال با قابلیت های بیشتر و نیز هماهنگ با گسترش طرحهای اتوماسیون در سیستم های انرژی الکتریکی بکار گرفته می شود.در این فصل اهمیت استفاده از رله های حذف بار فرکانسی، انواع رله های فرکانسی دیجیتال و الگوریتم های مربوط به آن وهمچنین طراحی یک نمونه رله فرکانسی مبتنی بر میکروکنترلرAVR AT-Mega32 بررسی می شود.
مقدمه فصل ششم: معمولا حساس ترین عملیات و مانور الکتریکی در نیروگاهها ، فرایند سنکرون نمودن ژنراتورها با شبکه می باشد .
ژنراتورها تنها به صورت سنکرون با شبکه مورد بهره برداری می باشند. تنها در شرایط سنکرون قادر به کار موازی و تولید انرژی الکتریکی می باشند . برای این منظور لازم است در هنگام اتصال به شبکه ، در زاویه مناسب ولتاژ سینوسی و تحت ولتاژ برابر شبکه و ژنراتور ، وصل شوند به عبارت دیگر هنگامی که دور و ولتاژ برابر با دور و ولتاژ شبکه را دارا باشند. وصل کلید اتصال ژنراتورها به شبکه به ترتیب فوق به عنوان سنکرون نمودن ژنراتورها موسوم می باشد به منظور وصل سنکرون ژنراتورها ، تجهیزات مخصوص پیش بینی شده، برابر بودن دور و ولتاژ آنان با دور و ولتاژ شبکه تعیین می شود، چنانچه در لحظه وصل ولتاژهای لحظه ای ژنراتور وشبکه برابر نبوده، اختلاف فرکانس موجود باشد، همزمان با لحظه وصل، ضربه مکانیکی قابل ملاحظه به ژنراتور، ترانسفورماتور، محور توربین و تجهیزات مربوطه وارد شده، در صورت بالا بودن مقدار ضربه، قطع یاShot-Down ژنراتور را سبب می شود. به منظور جلوگیری از عوارض ناشی از وصل غیر سنکرون، وصل کلید توسط رله های حفاظتی از نوع دیجیتالی و هوشمند، به صورت سنکرون کنترل می شود.در این فصل پیش بینی های به عمل آمده به منظور وصل مطمئن کلید به صورت سنکرون و جلوگیری از صدمات ناشی از آن با استفاده از رله های حفاظتی آداپتیو شده و مدارهای منطقی، مورد مطالعه قرار می گیرد.
مقدمه فصل هفتم: در این فصل اجزای رله دیجیتال، ساختار، عملکرد و فرایند تست یک نمونه رله دیجیتال توسط نرم افزار MATLAB SIMULINK شبیه سازی و بررسی می شود. ابتدا اجزای رله و در ادامه فصل ساختار کلی رله دیجیتال و فرایند تست آن شبیه سازی شده و نتایج مورد بررسی قرار می گیرد.
شماره مجوز محصول اور جینال 442138754/21365487
عضو شوید
عضویت سریع
آمار
وب سایت:
آمار مطالب
آمار بازدید
