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PWM컨버터를 적용한 경전철 전력공급시스템에 관한 연구
A Study on DC Traction Power Supply System Using PWM Converter 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.29 no.4, 2016년, pp.250 - 254  

김주락 (한국철도기술연구원) ,  박창릉 ((주)비츠로시스 연구소) ,  박기준 (한국철도기술연구원) ,  김주욱 (한국철도기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Currently, power conversion system which converts AC to DC Power is applied in domestic urban railway. The diode rectifier is used in most of them. However the diode rectifier can not control the output voltage and can not regenerate power as well. On the other hand, PWM (pulse width modulation) con...

주제어

#PWM converter   #DC traction power supply system   #IGBT   #P-SIM  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 그러나 PWM 컨버터는 이러한 장점에도 불구하고, 기존의 다이오드정류기보다 고비용이기 때문에 현재까지 국내에서는 개발 및 적용이 이루어지지 않고 있는 실정이다 [1]. 따라서 본 논문에서는 동일한 용량의 다이오드 정류기를 PWM 컨버터로 대체 하여, 회생에너지 활용과 전압강하개선이 가능한 PWM 컨버터를 이용한 도시철도용 직류급전시스템을 제안한다. 또한, P-SIM소프트웨어를 이용하여, 다이오드정류기 및 PWM 컨버터를 이용한 직류급전시스템을 모델링하고, 이를 통해 각 시스템의 특성을 모의한 결과, 본 논문에서 제안한 PWM 컨버터를 이용한 도시철도용 직류급전시스템의 유용성을 확인한다.
  • 본 논문에서는 도시철도용 직류급전시스템의 운용특성을 분석하고, 기존의 직류급전시스템에 PWM 컨버터를 적용하여 기존 다이오드 방식과 비교하였다. 또한 전력분석 프로그램인 P-SIM 소프트웨어를 이용한 모델링과 시뮬레이션 분석을 통하여, PWM 컨버터의 유용성을 확인하였으며, 이를 요약하면 다음과 같다.

가설 설정

  • PWM 컨버터의 적용효과를 분석하기 위한 대상은 그림 3과 같다. 이때 출력전압은 750 V, 두 변전소간 거리는 3 km로 가정한다. 양단 변전소 사이의 선로 저항은 기존 경전철 시스템의 자료를 활용하여 적용하였으며 [1], 변전소 사이에 전동차 대수를 증가 시켜가며, 다이오드 변전소와 PWM 변전소의 전압강하 특성을 비교하였다.
  • 차량부하 모델링은 그림 4와 같이 고정부하 사용하였다. 전동차의 부하량을 일반 철제 전동차를 기준하여 약 500 kW의 최대 전력을 소모한다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
IGBT를 활용한 PWM 컨버터의 장점은? 그러나 기존 다이오드정류기는 출력전압의 제어가 불가능하고, 역방향 도통이 불가능하여 열차에서 변전소로 흐르는 회생전력의 활용이 불가능한 단점이 있다 [1]. 반면에, IGBT (insulatedgate bipolar transistor)를 활용한 PWM (pulse width modulation) 컨버터는 출력전압을 제어할 수 있어 직류급전시스템의 전압강하를 줄일 수 있으며, 회생전력의 활용이 가능하여 별도의 회생용 인버터 설치가 필요 없는 장점이 있다. 그러나 PWM 컨버터는 이러한 장점에도 불구하고, 기존의 다이오드정류기보다 고비용이기 때문에 현재까지 국내에서는 개발 및 적용이 이루어지지 않고 있는 실정이다 [1].
기존 다이오드정류기의 단점은? 한편, 직류전력을 사용하는 도시철도차량은 내리막 구간이나 감속 운행 시 회생전력이 발생하게 되며, 이 에너지는 전동차를 가속하기 위해 투입된 에너지의 45% ～ 47%정도이며, 이 중 20% ～ 27%의 에너지가 잉여전력으로 남게 된다. 그러나 기존 다이오드정류기는 출력전압의 제어가 불가능하고, 역방향 도통이 불가능하여 열차에서 변전소로 흐르는 회생전력의 활용이 불가능한 단점이 있다 [1]. 반면에, IGBT (insulatedgate bipolar transistor)를 활용한 PWM (pulse width modulation) 컨버터는 출력전압을 제어할 수 있어 직류급전시스템의 전압강하를 줄일 수 있으며, 회생전력의 활용이 가능하여 별도의 회생용 인버터 설치가 필요 없는 장점이 있다.
PWM (pulse width modulation) 컨버터가 국내에서 개발 및 적용이 이루어지지 않는 이유는? 반면에, IGBT (insulatedgate bipolar transistor)를 활용한 PWM (pulse width modulation) 컨버터는 출력전압을 제어할 수 있어 직류급전시스템의 전압강하를 줄일 수 있으며, 회생전력의 활용이 가능하여 별도의 회생용 인버터 설치가 필요 없는 장점이 있다. 그러나 PWM 컨버터는 이러한 장점에도 불구하고, 기존의 다이오드정류기보다 고비용이기 때문에 현재까지 국내에서는 개발 및 적용이 이루어지지 않고 있는 실정이다 [1]. 따라서 본 논문에서는 동일한 용량의 다이오드 정류기를 PWM 컨버터로 대체 하여, 회생에너지 활용과 전압강하개선이 가능한 PWM 컨버터를 이용한 도시철도용 직류급전시스템을 제안한다.
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참고문헌 (6)

  1. J. R. Kim, K. J. Park, C. R. Park, E. S. Choo, and J. Y. Lee, Trans. KIEE., 64, 640 (2015). [DOI: http://dx.doi.org./10.5370/KIEE.2015.64.4.640] 

    원문보기 상세보기 crossref

  2. IEEE 1547, "IEEE Standard for Interconnecting Distributed Resources with Electric Power Systems", 2, (2011). 

  3. J. S. Lim, C. R. Park, J. H. Han, and Young Il Lee, IEEE, Trans. Ind. Electron., 61, 4142 (2014). [DOI: http://dx.doi.org./10.1109/TIE.201.2284155] 

    상세보기 crossref

  4. S. Yang, Q. Lei, F. Z. Peng, and Z. Qain, IEEE Trans. Ind. Electron., 58, 202 (2011). [DOI: http://dx.doi.org./10.1109/TIE.2010.2045998] 

    상세보기 crossref

  5. R. C. Dugan, M. F. McGranaghan, and H. W. Beaty, Electrical Power Systems Quality (McGraw Hil, 2004) p. 5. 

  6. Renewable Portfolio Standard Management and Operational Guidelines (Ministry of Knowledge Economy, 2013) p. 32. 

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