Onboard Microgrid sulakesuojauksen periaate ja mitoitus

Abstract

Tässä työssä tarkastellaan ja selvitetään ABB Marinella kehitetyn pienten alusten mikroverkkotuotteen suojausten selektiivisyyttä oikosulkulaskennan avulla. Standardiin perustuvien laskelmien esittelyn avulla luotiin pohja simulaatiomallille, jonka tarkoitus on vähentää erilaisten projektien vaatimaa projektikohtaista insinöörityötä. Työn teoriaosuus perustuu kirjallisuuskatsaukseen sähköverkkojen suojauksista yleensä ja tasasähkömikroverkkojen ominaisuuksien tutkimiseen sekä tasasähköjärjestelmien oikosulkulaskentaan. Tämän jälkeen esitellään sähköverkkojen simuloinnista teoriaa ja luotu simulointimalli, jonka luominen oli myös työn päätavoite.

Tutkittava ongelma oli, että kuinka saavutetaan selektiivinen sulakesuojaus ABB Marinen uuden vielä tuotekehitysvaiheessa olevan tuotteen Onboard MicroGridin erilaisilla käyttökonfiguraatioilla. Päävaatimuksena oli, että sulakesuojauksien vaatimukset täytetään konfiguraatiosta riippumatta. Asiakkaiden erilaisten aluskonfiguraatioiden takia moduulien määrä ja tyyppi vaihtelee mikroverkon sisällä ja projektikohtainen suunnittelu sekä laskenta pitäisi tehdä käsin joka projektille erikseen.

Laskenta- ja simulointimallit pyrittiin luomaan konfiguroitavaksi erilaisille mahdollisille käyttökonfiguraatioille ja muutamia konfiguraatioita testattiin simuloiden Simulink-ympäristössä. Tuloksia vertailtiin luokituslaitosten vaatimuksien ja jo yrityksen sisällä tehtyjen oikosulkulaskelmien tuloksiin. Tuloksena saatiin malli, jonka avulla perussuunnittelua ei voitu vielä aloittaa mutta jota kehittämällä saataisiin alkuperäisen ongelman ratkaiseva simulointimalli.

This thesis examines and evaluates the selectivity of fuse protection in a small-vessel microgrid product developed by ABB Marine, using shortcircuit current calculations as the main analysis method. By presenting calculations based on applicable standards, a foundation was created for a simulation model intended to reduce the amount of project-specific engineering work required in different delivery projects.

The theoretical part of the thesis is based on a literature review covering protection of electrical power systems in general, characteristics of DC microgrids, and short-circuit calculations in DC systems. This is followed by an overview of power system simulation theory and the developed simulation model, whose creation was the primary objective of the thesis.

The main research problem addressed was how to achieve selective fuse protection for ABB Marine’s new Onboard MicroGrid product, which was still in the product development phase, under different operational configurations. A key requirement was that the fuse protection criteria must be fulfilled regardless of the configuration. Due to varying vessel configurations among customers, the number and types of modules within the microgrid vary significantly, which leads to extensive project-specific manual design and calculation work for each individual project.

The calculation and simulation models were designed to be configurable for various possible operating configurations, and selected configurations were tested through simulations in the Simulink environment. The results were compared against classification society requirements and existing shortcircuit calculation results previously conducted within the company. The outcome of the work was a simulation model that was not yet sufficient for initiating detailed basic design, but which, through further development, could provide a solution to the original problem.