您是否听说过我们独特的直流保护设备 —— 现在可以保护船舶直流电气系统的4种超快速断开设备？ 当船舶工业面临空间和成本面临越来越多的挑战时，人们认识到的直流系统将会更加有效。 但是需要新的系统，安全问题是一个很大的问题。 我们的团队决定接受挑战。
挑战 #1 – 让船舶直流系统更安全
正如我们在开头提出的那样，为了帮助直流系统降价，我们开发了直流配电环网（DC-Hub），一种多变频器的系统，它使用共用的直流环网进行配电。
但对于船东来说，这就像把所有的鸡蛋都放在一个篮子里！ 如果发生故障会怎样？ 交流电网中使用的断路器和熔断器速度太慢，无法在直流系统中提供良好的保护和选择性。
解决方案 #1 – 用能够快速反应的半导体保护装置来替代保险丝
2007 年，我们的团队发明了电子直流断路器 (EDCB) 来替代我们变频器的保险丝。 这种基于半导体的设备会在 10 微秒内打开，以便在故障导致整个系统停机之前断开故障驱动模块与共用的直流环网的连接，这已成为我们每个 DC-Hub 内的标准配置。
挑战 #2 – 我们能否保护更多的冗余和电力——并在短时间内就做到这些？
2017 年，瓦锡兰 (Wärtsilä) 寻求我们帮助，想解决”北海巨人“号改造的安全问题，”北海巨人“号是世界上最大、最先进的海底施工船之一。
他们想将三个 DC-Hub 连接在一起以获得更多的冗余和电力以及所需的保护。 如果出现故障，他们不希望将三个 DC-Hub都关闭。
这是我们第一次连接多个 DC-Hub，而且还有时间压力。 我们能在六个月内设计出一些东西吗？
解决方案 #2 – DP3级别的EBL
我们设计了电子直流母线断路器 (EBL) 来连接船舶的 DC-Hub 和柴油发动机，并防止 DC-Hub 之间出现故障。 EBL 在几微秒内分隔船上电网，隔离故障并保护整个操作系统。 它经过 DP3 测试和 DNV 批准。
”北海巨人“（North Sea Giant）号 现在可以在仅运行一台柴油发动机的情况下执行 DP 操作。 电力需求得到满足，如果需要，可以启动另一台发动机。 电池可处理任何必要的负载变化，从而显着降低油耗。 电池也可以用作备用电源，降低维护成本和能源消耗。 它们还提供必要的冗余，因此如果柴油发电机发生故障，还有时间启动另一台。
而且我们的团队是在规定日期内完成了任务——我们在 2018 年电动和混合动力海事展上赢得了“年度工程团队”奖。
挑战 #3 – 大型电池组周围的保护措施如何？
电池制造商 Corvus 与我们讨论了在客户希望电池直接连接到 DC-Hub 而无需 DC/DC 变频器的项目中需要更快的保护。
在峡湾中航行的游轮等船只装有许多电池，因此它们可以使用几个小时的电池续航时间。 短路电流随着电池组数量的增加而增加，限制了你在超过设计峰值之前可以连接的数量。
我们知道 EBL 可以处理这个问题，但它不是最佳的，因为它是一个 DP3 解决方案。 更高的电池感应也是一个挑战。
解决方案 #3 – 为电池提供保护的ECL和BSCL
我们想出了电子限流器 (ECL) 来连接电池。 它的功能与 EBL 一样，可以保护 DC-Hub 端，但成本要低得多。
为了保护电池侧，我们设计了电池短路限制器 (BSCL)，针对 EBL 无法处理的高得多的电池组感应进行了优化。
总结
我们的保护概念现在包括 4 个超快设备，可在DC-Hub 内部、DC-Hub 之间以及进出电池时提供保护。
- 处理DC-Hub内部的短路故障
- 处理DC-Hub之间的短路故障
- 处理 DC-Hub 电缆终端进入电池时的短路故障
- 处理出电池的短路故障，尤其是安装在电缆终端的电池
今天，EBL 有竞争对手，但没有什么比得上 EDCB 了。 与 ECL 和 BSCL 类似的产品非常昂贵。
我们是一个小团队——但却是市场上第一家拥有此类设备的团队。 我们很自豪能够帮助海事行业成功应对 21 世纪直流配电的安全挑战。 我们致力于通过改变游戏规则的解决方案为 船舶直流系统推进创造性的新概念。
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About the author
William Gullvik
R&D Manager, Converters
William is R&D Manager for Converters at Yaskawa Environmental Energy / The Switch. He graduated from the Norwegian University of Science and Technology in 2000 with an M.Sc. in Electrical Engineering. He worked for Smart Motor between 2000–2003. During this period, he was hired out to what was then Aker Elektro to help with the development of new marine drives in Trondheim. This company was later acquired by Wärtsilä and then by The Switch.
In 2003, he returned to the university to complete his PhD, which he defended in 2007. Since January 2007, William has been working for Wärtsilä and later The Switch and became the local manager for the Trondheim team in June 2019.