پایان نامه رله و حفاظت – پروژه رله دیجیتال و کاربرد آن در حفاظت الکتریکی

پایان نامه رله و حفاظت – پروژه رله دیجیتال و کاربرد آن در حفاظت الکتریکی در قالب ورد با بهترین کیفیت در 162 صفحه به قیمت 6900 تومان که لینک دانلود بلافاصله بعد از پرداخت نمایش داده می شود.

توضیحات کامل پایان نامه رله و حفاظت

مقدمه

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. به دلیل افزایش مصرف انرژی الکتریکی و افزایش تراکم بارها و منابع تولید الکتریسیته 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 گیرد تا هم این سرمایه های با ارزش حفظ شوند و هم انرژی الکتریکی با قابلیت اطمینان بیشتری به مصرف کننده برسد.

این حفاظتها می تواند در مورد کمیتهای مختلف الکتریکی نظیر جریان، ولتاژ، توان، فرکانس و امپدانس انجام شود. رله های حفاظتی وظیفه نظارت بر این کمیتها 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 و تنظیم جریانی قابلیت انعطاف دیگری ندارند.

رله های حفاظتی عمومی از نوع دیجیتالی هستند و در نتیجه می توان با تغییر برنامه نرم افزاری آنها 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 و اندازه 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. لذا جدیدترین 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.

طراحی و ساخت رله های دیجیتال گام بزرگی در جهت حفاظت دقیق و مطمئن شبکه های گسترده و پیچیده امروزی است. عمده تفاوت رله های دیجیتالی با رله های استاتیکی در کاربرد یک تراشه به نام میکروپروسسور یا واحد پردازش مرکزی است. همچنین یک تراشه متمرکز به نام میکروکنترلر که در آن علاوه بر cpu، حافظه های RAM و ROM، مدارهای واسطه، پورت های ورودی/خروجی، مدار های وقفه و… در یک تراشه مدار مجتمع(IC) قرار دارند، در برخی رله های دیجیتال کاربرد یافته است. یکی از مزیت های اصلی رله های دیجیتال این است که با تغییر نرم افزار رله و برنامه ریزی مختلف می توان نوع حفاظت رله را تعیین کرد.

مزایای سیستم های حفاظت و کنترل دیجیتال

مزایای سیستم های کنترل و حفاظت دیجیتال می توانند به دو قسمت کوتاه مدت ، در هنگام طراحی مهندسی و نصب و بلند مدت ، در هنگام بهره برداری و نگهداری ، تقسیم شوند . قسمت کوتاه مدت از نظر اقتصادی به صورت کمی ساده تر از قسمت بلند مدت ، که باید مقایسه ای در هزینه در طول عمر باشد، قابل بررسی است. در حال حاضر استفاده از هوش توزیع شده با ریزپردازنده هایی که از طریق فیبرهای نوری ارتباط دارند و استفاده از رایانه های شخصی به عنوان واسط های انسان – ماشین متداول است. بنابراین توسعه های جدید به طور پیوسته در این ناحیه انجام می گیرد و در نتیجه هزینه ها کاهش یافته و عملکرد بهتر می شود.

اضافه بر این پرسنل آموزش دیده بیشتری با این فناوری نوین آشنا هستند. سیستم های سنگین متمرکز و از بالا به پایین که در دهه های 60 و 70 میلادی بکار می رفتند دیگر مناسب نیستند، زیرا سیستمهای غیر متمرکز می توانند با سادگی بیشتر با تغیرات آینده در مقایسه با سیستمهای متمرکز، تطبیق کنند. علاوه بر این نسلهای مختلف تجهیزات که به وسیله سازندگان مختلف ساخته شده است می توانند به راحتی در آنها ترکیب شوند . به روز کردن یا گسترش چنین سیستم توزیع شده ای ساده است . به عنوان مثال در ادامه یک مقایسه ما بین یک پست فشار قوی الکتریکی متداول و یک پست فشار قوی کاملا خودکار با استفاده از فناوری دیجیتال انجام شده است. مزایای استفاده از سیستم های حفاظت و کنترل دیجیتال در پست های فشار قوی الکتریکی به شرح زیر است:

1- هزینه کمتر مهندسی با استفاده از قالب های نرم افزاری استاندارد شده ( کاربرپذیر)
2- هزینه نصب کمتر به خاطر کابل گذاری و نقاط اتصال کمتر
3- هزینه راه اندازی کمتر با قالب های عملیاتی قبلا تست شده
4- هزینه سخت افزاری کمتر بوسیله کاهش در تعداد رله های کمکی و بوردهای کنترلی و بکارگیری سخت افزار حفاظتی برای وظایف اندازه گیری
5- تعداد کمتر تابلوها و در نتیجه نیاز به فضای کمتر و اتاق کنترل کوچکتر
6- هزینه بهره برداری کمتر با دسترسی از راه دور از بالا به پایین
7- افزایش ضریب اطمینان سیستم با خود نظارتی وهزینه کمتر قطع و ردگیری خطا.
8- افزایش طول عمر تجهیزات با نگهداری زمان بندی شده از داده های آماری .

رله دیجیتال و مزایای آن

رله های حفاظتی تجهیزاتی هستند که بر اساس سیگنالهایی که به آنها اعمال می شود ، در صورت تغییر غیر عادی یک کمیت فیزیکی عمل کرده و باعت تغییر وضعیت خود یا وسیله دیگری می شوند. رله های دیجیتال نوعی از رله های حفاظتی هستند که بر اساس پردازش دیجیتال سیگنال(DSP) عمل می کنند. رله های دیجیتال نسبت به سایر رله های حفاظتی (الکترومغناطیسی، الکترودینامیکی، حرارتی، اندوکسیونی و…) داری مزایایی به شرح زیر می باشند:
1- امکان تشخیص زود هنگام خطا و جلوگیری از گسترش آن
2- قابلیت تغییر عملکرد و نوع حفاظت رله با تغییر نرم افزار رله
3- دارای کارایی و قابلیت اطمینان بالا
4- هزینه نسبتا پایین طراحی و ساخت
5- قابلیت ثبت و ضبط وقایع و رخدادهای سیستم به خاطر بهره گیری از حافظه
6- دارای حجم و وزن کوچکتر
7- دارای دقت بالا در تنظیم و انعطاف پذیری نسبت به شرایط مختلف شبکه جهت تنظیم
8- نگهداری آسان و تعمیر و عیب یابی کمتر
9- عملکرد به موقع و سرعت و دقت بالا
10- امکان جلوگیری از تاثیر اشباع ترانسفورماتورهای نمونه بردار در کار نابجای رله

مهم ترین انواع رله های دیجیتال

انواع مختلف رله های حفاظتی قابلیت ساخته شدن به صورت دیجیتال را دارا می باشند که مهم ترین و پر کاربردترین آنها عبارتنداز:
1- رله های اضافه جریان و اضافه بار
2- رله های دیستانس
3- رله های فرکانسی
4- رله های سنکرون کننده
5- رله های حفاظتی BF
6- رله های دیفرانسیل

ساختار کلی رله های دیجیتال

شکل2-1ساختار کلی رله های دیجیتال را نشان می دهد. نوع رله دیجیتال و عملکرد آن را، نرم افزار رله که در حافظهE2PROM قرار داده می شود تعیین می کند یعنی در رله های دیجیتال این امکان وجود دارد که با تغییر برنامه نرم افزاری رله نوع حفاظت مورد نیاز را تعیین کرد. لذا رله های دیجیتال دارای ساختار کلی مشابه به هم هستند. طبق دیاگرام، در یک رله دیجیتال سیگنالهای نمونه برداری شده توسط ترانسفورماتورهای جریان و ولتاژ از سیستم قدرت، به ترانسفورماتورهای کمکی جریان و ولتاژ اعمال میشود تا به حد مناسبی برسد.

پس از آن به فیلترهای آنالوگ جهت حذف فرکانس هایی به جز فرکانس اصلی اعمال می شود. سیگنال های خروجی از این فیلترها به عناصر نمونه بردار و نگه دارنده(S/H) منتقل می شود تا متناسب با فرکانس نمونه برداری عمل نمونه برداری روی آن انجام شود. سیگنال های آنالوگ خروجی به مالتی پلکسرآنالوگ(MUX) اعمال می شود تا به صورت انتخابی به مبدل آنالوگ به دیجیتال(ADC) برسد. خروجی مبدل ADCبه صورت دیجیتال است که امکان پردازش دیجیتال بر روی آن وجود دارد. این سیگنال توسط ریز پردازنده طبق برنامه نرم افزاری رله پردازش می شود و در صورت لزوم فرمان های لازم ارسال می شود. اجزای رله های دیجیتال در ادامه تشریح می گردد.

فهرست مطالب :

فصل اول : مقدمه ای بر رله های حفاظتی دیجیتال5
1-1 –مقدمه6
1-2-مزایای سیستم های حفاظت و کنترل دیجیتال8
1-3-رله دیجیتال و مزایای آن9
1-4-مهم ترین انواع رله های دیجیتال9

فصل دوم : سخت افزار و اجزای رله های دیجیتال10
2-1-مقدمه11
2-2-ساختار کلی رله های دیجیتال11
2-3- اجزای رله های دیجیتال12
2-3-1-ترانسفورماتورهای کمکی جریان و ولتاژ 12
2-3-2-مبدل جریان به ولتاژ 14
2-3-3-فیلترهای ضد تشابهی 14
2-3-4-تقویت کننده های نمونه بردار و نگه دارنده (S/H)15
2-3-5- مالتی پلکسرآنالوگ16
2-3-6 -مبدل آنالوگ به دیجیتال17
2-3-7-ریزپردازنده23
2-3-8-حافظه های دیجیتال24
2-3-9-پورت سریال(Serial port) 24
2-3-10-واحد ورودی-خروجی(I/O) 24
2-3-11- منبع تغذیه24
2-4-فیلترکردن دیجیتال در رله های حفاظتی25
2-4-1-انواع فیلتر دیجیتال 25
2-4-2-ملاحظات طراحی فیلتر های دیجیتال در رله های حفاظتی26
2-5-ملاحظات مرتبط با زمان واقعی29
2-6-فرایند ارتباط در رله های دیجیتال30
2-7- بررسی اثر تداخل الکترومغناطیسی بررله های دیجیتال31
2-8 -تست رله های دیجیتال32
2-8-1 -مقدمه ای برتست دیجیتال32
2-8-2 -دستگاه میکروپروسسوری تست کننده رله های دیجیتال32

فصل سوم : رله های اضافه جریان دیجیتال و کاربرد آن36
3-1-مقدمه37
3-2-سخت افزار رله اضافه جریان دیجیتال37
3-3- عملکرد رله های اضافه جریان دیجیتال38
3-3- عملکرد رله های اضافه جریان دیجیتال38
3-4-مهم ترین کاربردهای رله های اضافه جریان و اضافه بار دیجیتال38
3-5 -مشکلات رله های اضافه جریان 39
3-6 -شرط انتخاب ترانسفورماتورهای جریان به منظور تغذیه رله میکروپروسسوری43
3-7 -ساختمان رله های اضافه جریان نوع میکروپروسسوری44
3-8- رله های اضافه جریان لحظه ای نوع دیجیتالی هوشمند49

فصل چهارم : رله های دیستانس و دیفرانسیل میکروپروسسوری 56
4-1 –مقدمه57
4-2-رله های دیستانس دیجیتال و حفاظت هوشمند خطوط انتقال58
4-2-1-ساختار حفاظت دیستانس دیجیتال خطوط انتقال58
4-2-2-مزایای رله دیستانس دیجیتال60
4-2-3- اثر امواج سیار بر رله دیستانس دیجیتال61
4-2-4- الگوریتم های محاسبه امپدانس در رله های دیستانس میکروپروسسوری62
4-2-5 – محاسبات خطا65
4-2-6 -جهتی کردن رله66
4-2-7 -عناصر رله67
4-3 -رله های مقایسه ای جهتی از نوع دیجیتال68
4-3- 1 -الگوریتم رله68
4-3-2- مولفه های تحمیلی69
4-3-3-عناصر جهتی71
4-3-4 –کاربرد71
4-4- فاصله یابی محل خطا به روش دیجیتال71
4-4-1-مقدمه ای بر فاصله یابی دیجیتال71
4-4-2-فاصله یابی محل خطا با استفاده از راکتانسهای ظاهری72
4-4-3-جبرانسازی برای تغذیه از شین دور73
4-4-4 -جبران سازی دقیق برای خازن موازی74
4-4-5- سخت افزار و ساختار فاصله یابهای دیجیتال محل خطا 74
4-5- رله دیفرانسیل میکروپروسسوری و حفاظت دیفرانسیل هوشمند76
4-5-1- ساختار حفاظت دیفرانسیل میکروپروسسوری76
4-5-2 -فلوچارت برنامه و عملکرد رله دیفرانسیل میکروپروسسوری78
4-5-3 -ارتباط میان رله های دیفرانسیل میکروپروسسوری از طریق کانال مخابراتی81
4-5-4 -انواع کاربرد رله های دیفرانسیل میکروپروسسوری83
4-5-5 -مشخصه رله84

فصل پنجم : رله های فرکانسی مبتنی بر میکروکنترلر و میکروپروسسور86
5-1 –مقدمه87
5-2-اهمیت استفاده از رله های حذف بار فرکانسی 87
5-3 -الگوریتم های تخمین تغییرات فرکانس وشدت تغییرات فرکانس88
5-4-انواع رله های فرکانسی دیجیتال89
5-4-1-رله های DFF89
5-4-2- رله MIV94
5-4-3 -رله های MFF96
5-5 -بررسی و طراحی یک نمونه رله فرکانسی دیجیتال مبتنی بر میکروکنترلر AVR98
5-5-1-مزیت استفاده از میکروکنترلرها در رله های دیجیتال98
5-5-2-مختصری راجع به میکروکنترلرهای AVR98
5-5-3 -خصوصیات میکروکنترلر AVR- AT-Mega32101
5-5-4-محیط برنامه نویسی BASCOMAVR104
5-5-5-اندازه گیری فرکانس توسط میکروکنترلر104
5-5-6- سخت افزار و طرح کلی ((MAIN BOARD106
5-5-7-تنظیم فرکانسی رله شرح داده شده برای دقت عملکرد110
5-5-8- فلوچارت نرم افزار رله فرکانسی111

فصل ششم : رله BFTC با مدارهای منطقی و کنترل هوشمند سنکرون سازی114
6-1-مقدمه115
6-2-وصل سنکرون ژنراتورها و عواقب وصل غیرسنکرون115
6-3-دلایل استفاده از سیستم های دیجیتال در کنترل سنکرون سازی118
6-4- رله BFTC با مدارهای منطقی120
6-4-1 -طرح کلی مدار منطقی 120
6-4-2-وصل سنکرون کلید122
6-4-3-کنترل فرکانس و زاویه فاز 122
6-4-4-قابلیت کار رله 123
6-4-5- باز شدن یا وصل شدن کلید123
6-4-6 -کار مدار BFTC 126
6-4-7- مدارت DC ،AC وتغذیه رله127
6-4-8 -هزینه رله و تجهیزات لازم 128
6-4-9- نتایج کلی128

فصل هفتم : تحلیل و شبیه سازی ساختار و عملکرد رله دیجیتال با MATLAB SIMULINK130
7-1-مقدمه131
7-2-عناصر و اجزای استفاده شده در شبیه سازی اجزا و ساختار رله دیجیتال131
7-3-شبیه سازی ترانسفورماتورهای نمونه بردار غیر خطی وغیر ایده آل132
7-4-شبیه سازی فلیپ فلاپ D مبتنی بر گیت های NAND134
7-5 -شبیه سازی شمارنده دیجیتال 6 بیتی135
7-6 -شبیه سازی مبدل دیجیتال به آنالوگ137
7-7 -شبیه سازی مبدل آنالوگ به دیجیتال138
7-8 -شبیه سازی یک نمونه رله اضافه جریان میکروپروسسوری و تحلیل نتایج139
7-8-1-مدار شبیه سازی139
7-8-2 -تست عملکرد رله140
7-8-3- ارائه و بررسی نتایج شبیه سازی141
نتیجه گیری و پیشنهادات150
اختصارات152
منابع158

جهت دانلود پایان نامه رله و حفاظت از فرم زیر اقدام نمایید.