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문제 정의
- 이렇게 되면 PWM 정류기는 기존 설비 대비 가격이 높지만 변전소의 수가 줄어들어 관련 설비 및 공사비의 절감이 가능하여 경제성 확보가 가능할 것으로 기대된다. 본 논문에서는 PWM 정류기의 시뮬레이션을 통해 기존 시스템과 비교하여 전압강하 특성을 분석하여 급전거리의 향상을 검토하고, 그에 따른 비용도 기존 설비와 비교하여 경제성을 분석한다.
- 본 논문에서는 PWM 정류기의 전압강하 감소 효과와 그에 따른 비용 절감 효과를 분석하고자 한다. 이를 위해 기존 다이오드 변전소와의 전압강하 비교, 향상된 전압 크기를 이용한 변전소간 거리 증대를 통해 비용이 감소됨을 확인하고자 한다.
- 본 논문에서는 PWM 정류기의 전압강하 감소 효과와 그에 따른 비용 절감 효과를 분석하고자 한다. 이를 위해 기존 다이오드 변전소와의 전압강하 비교, 향상된 전압 크기를 이용한 변전소간 거리 증대를 통해 비용이 감소됨을 확인하고자 한다. 다음과 같은 절차 및 방법으로 전압 및 비용을 검토하고자 한다.
- 저심도 도시철도시스템은 저비용, 고효율 극대화한 시스템으로서, 변전소를 거점역에 설치하기 때문에 급전거리가 기존 경전철 시스템보다 길어져 전압강하의 문제가 발생할 우려가 높다. 이에 대한 대안으로 본 논문에서는 기존 다이오드 정류기를 PWM 정류기로 대체한 변전소를 제안하였다. PWM 정류기는 다이오드 정류기와 달리 정전압 제어가 가능하여 변전소 공급전압의 정전압 제어가 가능하고, 역방향 운전이 가능하여 자체적으로 회생전력을 이용할 수 있는 장점이 있다.
- 반면, 그림 2의 실선과 같은 특성의 PWM 정류기는 IGBT 등과 같은 완전 제어 스위칭 소자를 이용하여 입력된 교류전력을 제어하여 직류로 변환한다. 즉, 본 논문에서 제안하는 PWM 정류기를 이용한 저심도 도시철도 전력공급시스템은 완전제어 스위칭 소자의 이용으로 출력전압의 제어가 가능하며, 정전압 제어가 가능한 제어기가 포함된 PWM 정류기를 통하여 전압강하를 줄이고, 급전거리를 늘려서, 궁극적으로는 변전소 수를 줄이고자 한다.
- 이러한 장점들은 가지고 있으나 그 비용은 기존 다이오드 정류기보다 높기 때문에 현재까지 국내에서는 개발 및 적용이 이루어지고 있지 않다. 하지만 동일한 용량의 다이오드 정류기를 PWM 정류기로 대체하여 전압강하를 줄이고, 이로 인하여 변전소의 개수를 줄이고자 한다. 이렇게 되면 PWM 정류기는 기존 설비 대비 가격이 높지만 변전소의 수가 줄어들어 관련 설비 및 공사비의 절감이 가능하여 경제성 확보가 가능할 것으로 기대된다.
가설 설정
- 각 시스템의 고장 상황에 대한 시뮬레이션도 진행하였다. 두 급전시스템의 변전소 중 차량기지 단에서 가장 가까이 위치한 변전소의 급전을 중단하는 경우를 가정하였다. 그림 9는 결과 그래프이다.
- 는 변전소의 단위 구축비용으로서 다음과 같다. 식 (2)와 같이 두 비용은 다이오드 정류기 및 PWM 정류기의 설비비를 제외한 설비의 재료비(CF), 건설비(CC) 및 기타비용(Cetc)는 두 경우 모두 동일한 것으로 가정한다.
- 적용대상 시스템에 시뮬레이션 조건은 표 1과 같다. 여기서, 열차 부하는 표정속도 35[km/h]로 가정하여 최소 시격 2.5분으로 동일하게 배치하였다. 이렇게 배치된 열차들의 부하 합은 약 5.
- 5분으로 동일하게 배치하였다. 이렇게 배치된 열차들의 부하 합은 약 5.6[MW]로 가정하였다.
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