최근 서울지하철 2호선은 저항제어 전동차와 초퍼제어 전동차의 노후화로 인해 단계적으로 VVVF전동차로 교체가 진행 중이다. VVVF전동차는 기존 차량과는 다르게 인버터시스템 구조로 추진과 제동 등 전기성능이 매우 향상 되었다. 이로 인해 전동차 1편성 조성 시, 기존의 경우 6개의 동력차가 필요 하였지만 VVVF전동차는 5개의 동력차로도 더 큰 추진력을 낼 수 있게 되었다. VVVF전동차의 제동은 전기제동과 공기제동을 사용한다. 제동 시 페이드아웃(시속 9km/h) 시점까지는 ...
최근 서울지하철 2호선은 저항제어 전동차와 초퍼제어 전동차의 노후화로 인해 단계적으로 VVVF전동차로 교체가 진행 중이다. VVVF전동차는 기존 차량과는 다르게 인버터시스템 구조로 추진과 제동 등 전기성능이 매우 향상 되었다. 이로 인해 전동차 1편성 조성 시, 기존의 경우 6개의 동력차가 필요 하였지만 VVVF전동차는 5개의 동력차로도 더 큰 추진력을 낼 수 있게 되었다. VVVF전동차의 제동은 전기제동과 공기제동을 사용한다. 제동 시 페이드아웃(시속 9km/h) 시점까지는 회생제동을 사용하고, 페이드아웃 시점 이후부터는 크로스블랜딩 과정을 통해 공기제동으로 역사에 정위치정차를 한다. 전동차가 고속운행 중 제동 시에는 인버터제어를 통해 회생전류를 가선으로 송전한다. 이 과정에서 가선 비수용으로 인해 회생제동 실패가 발생하면 발전제동과 공기제동 등 혼합제동으로 회생제동력을 대체하게 된다. 전기성능이 우수한 VVVF전동차의 도입으로 차량성능은 향상되었으나 제동 시 회생전류를 수용할 수 있는 변전소 설비용량 부족으로 회생실패가 발생하고 있다. 학계에서는 이러한 회생실패 문제점을 개선하기 위해, 가선의 수용성을 높여 회생실패 방지 및 회생 에너지를 재활용하기 위한 다방면의 연구를 하고 있다. 회생전력 에너지 저장방식으로 플라이휠 방식, 2차 전지 방식, 슈퍼커패시터 방식, 초전도 에너지 저장방식 등 폭넓고 다양한 회생전력 제어용 에너지 저장시스템 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 하지만 전동차 측면에서의 회생제동률 개선을 위한 연구는 상대적으로 부족한 현실이다. 본 논문에서는 회생제동을 제어하는 인버터장치의 이론과 기능 및 동작 원리를 정리하였으며, 인버터제어 전동차의 회생제동과 발전제동 기술을 비교 검토하였다. 또한 서울지하철 2호선 운행현황 및 운행시간별 회생실패율을 분석하여 회생제동실패 원인을 면밀히 분석하여 개선 방안을 제시하였다. 이 외에도 향후 서울지하철 2호선 전동차의 회생제동률 개선을 위하여, 각종 시뮬레이션 결과와 데이터를 토대로 인버터시스템의 회생제동률 개선 방안을 제시하였다. 이는 시민에게는 안전하고 승차감 좋은 전동차를 운영자에게는 유지보수의 효율성과 에너지 재사용을 통한 비용 절감을 동시에 이루어 내는 초석이 될 수 있을 것이라 기대한다.
최근 서울지하철 2호선은 저항제어 전동차와 초퍼제어 전동차의 노후화로 인해 단계적으로 VVVF전동차로 교체가 진행 중이다. VVVF전동차는 기존 차량과는 다르게 인버터시스템 구조로 추진과 제동 등 전기성능이 매우 향상 되었다. 이로 인해 전동차 1편성 조성 시, 기존의 경우 6개의 동력차가 필요 하였지만 VVVF전동차는 5개의 동력차로도 더 큰 추진력을 낼 수 있게 되었다. VVVF전동차의 제동은 전기제동과 공기제동을 사용한다. 제동 시 페이드아웃(시속 9km/h) 시점까지는 회생제동을 사용하고, 페이드아웃 시점 이후부터는 크로스블랜딩 과정을 통해 공기제동으로 역사에 정위치정차를 한다. 전동차가 고속운행 중 제동 시에는 인버터제어를 통해 회생전류를 가선으로 송전한다. 이 과정에서 가선 비수용으로 인해 회생제동 실패가 발생하면 발전제동과 공기제동 등 혼합제동으로 회생제동력을 대체하게 된다. 전기성능이 우수한 VVVF전동차의 도입으로 차량성능은 향상되었으나 제동 시 회생전류를 수용할 수 있는 변전소 설비용량 부족으로 회생실패가 발생하고 있다. 학계에서는 이러한 회생실패 문제점을 개선하기 위해, 가선의 수용성을 높여 회생실패 방지 및 회생 에너지를 재활용하기 위한 다방면의 연구를 하고 있다. 회생전력 에너지 저장방식으로 플라이휠 방식, 2차 전지 방식, 슈퍼커패시터 방식, 초전도 에너지 저장방식 등 폭넓고 다양한 회생전력 제어용 에너지 저장시스템 연구가 활발히 진행되어 오고 있다. 하지만 전동차 측면에서의 회생제동률 개선을 위한 연구는 상대적으로 부족한 현실이다. 본 논문에서는 회생제동을 제어하는 인버터장치의 이론과 기능 및 동작 원리를 정리하였으며, 인버터제어 전동차의 회생제동과 발전제동 기술을 비교 검토하였다. 또한 서울지하철 2호선 운행현황 및 운행시간별 회생실패율을 분석하여 회생제동실패 원인을 면밀히 분석하여 개선 방안을 제시하였다. 이 외에도 향후 서울지하철 2호선 전동차의 회생제동률 개선을 위하여, 각종 시뮬레이션 결과와 데이터를 토대로 인버터시스템의 회생제동률 개선 방안을 제시하였다. 이는 시민에게는 안전하고 승차감 좋은 전동차를 운영자에게는 유지보수의 효율성과 에너지 재사용을 통한 비용 절감을 동시에 이루어 내는 초석이 될 수 있을 것이라 기대한다.
Recently, the line 2 of Seoul Subway is being replaced by VVVF rolling stock by 2022. Unlike previous one, VVVF rolling stock has significantly improved electric performance, such as propulsion and braking, due to the inverter system structure. This allowed the VVVF rolling stock to produce more pro...
Recently, the line 2 of Seoul Subway is being replaced by VVVF rolling stock by 2022. Unlike previous one, VVVF rolling stock has significantly improved electric performance, such as propulsion and braking, due to the inverter system structure. This allowed the VVVF rolling stock to produce more propulsion power with five rolling stocks with traction motors, although the previous generation required six rolling stocks. The braking of the VVVF rolling stock uses electric and air brakes. The rolling stock uses regenerative braking until the point of fade-out(9km/h) when braking. After fading out, the braking of the rolling stock is set in place by air braking through cross-blending process. The regenerative power is sent to a winding line via inverter control when it brakes during high speed operation. In this process, failure of regenerative braking due to non-acceptance of power line will result in the replacement of regenerative braking power with mixed braking such as electric and air braking. That is, although the performance of the rolling stock is improved by introducing the VVVF rolling stock having excellent electric performance, regeneration failure occurs due to the lack of capacity of the substation facility of accommodating the regenerative power generated during braking. The academic community is conducting a study to improve the acceptability to recycle the regenerative energy in order to solve this problem. For example, a wide variety of energy storage systems for the control of regenerative power have been actively studied, including flywheel method, secondary battery method, super capacitor method, and superconducting energy storage method. However, research on improving the regenerative braking rate in terms of electric rolling stock is relatively insufficient. In this thesis, the function and operation principles of inverter system that controls regenerative braking are summarized, and the technology of regenerative braking and generation braking control of inverter control rolling stock is reviewed. Further, the plan was proposed for improvement by analyzing the regenerative failure rate by operation status and operation time of Seoul Subway Line 2. In order to improve the regenerative braking efficiency of Seoul Subway Line 2, it suggests a method to improve the regenerative braking efficiency of the inverter system based on various simulation results and data. It is expected that it will be a cornerstone for the operators to secure the safe and comfortable ride for the citizens at the same time to reduce the cost through the efficiency of the maintenance and reuse of energy.
Recently, the line 2 of Seoul Subway is being replaced by VVVF rolling stock by 2022. Unlike previous one, VVVF rolling stock has significantly improved electric performance, such as propulsion and braking, due to the inverter system structure. This allowed the VVVF rolling stock to produce more propulsion power with five rolling stocks with traction motors, although the previous generation required six rolling stocks. The braking of the VVVF rolling stock uses electric and air brakes. The rolling stock uses regenerative braking until the point of fade-out(9km/h) when braking. After fading out, the braking of the rolling stock is set in place by air braking through cross-blending process. The regenerative power is sent to a winding line via inverter control when it brakes during high speed operation. In this process, failure of regenerative braking due to non-acceptance of power line will result in the replacement of regenerative braking power with mixed braking such as electric and air braking. That is, although the performance of the rolling stock is improved by introducing the VVVF rolling stock having excellent electric performance, regeneration failure occurs due to the lack of capacity of the substation facility of accommodating the regenerative power generated during braking. The academic community is conducting a study to improve the acceptability to recycle the regenerative energy in order to solve this problem. For example, a wide variety of energy storage systems for the control of regenerative power have been actively studied, including flywheel method, secondary battery method, super capacitor method, and superconducting energy storage method. However, research on improving the regenerative braking rate in terms of electric rolling stock is relatively insufficient. In this thesis, the function and operation principles of inverter system that controls regenerative braking are summarized, and the technology of regenerative braking and generation braking control of inverter control rolling stock is reviewed. Further, the plan was proposed for improvement by analyzing the regenerative failure rate by operation status and operation time of Seoul Subway Line 2. In order to improve the regenerative braking efficiency of Seoul Subway Line 2, it suggests a method to improve the regenerative braking efficiency of the inverter system based on various simulation results and data. It is expected that it will be a cornerstone for the operators to secure the safe and comfortable ride for the citizens at the same time to reduce the cost through the efficiency of the maintenance and reuse of energy.
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