[논문]도시철도 변전소 회생전력 분석에 관한 연구 - 서울도시철도 전력공급소 전력분석을 중심으로 -

이준상; 박종헌; 서석철; 김진영; 김기춘

[국내논문] 도시철도 변전소 회생전력 분석에 관한 연구 - 서울도시철도 전력공급소 전력분석을 중심으로 -
Analysis of regenerative power substations, railway 원문보기

이준상 (서울도시철도공사 기술연구팀) , 박종헌 (서울도시철도공사 기술본부) , 서석철 (서울도시철도공사 기술연구소) , 김진영 (서울도시철도공사 기술연구소) , 김기춘 (서울도시철도공사)

도시철도의 전동차는 변전설비로부터 전력을 공급받아 지상, 지하부의 다양한 선로조건(구배)를 지닌 선로를 운행하며, 열차 제동 시 많은 회생전력이 발생하고 있다. 회생제동은 에너지를 재활용 할 뿐만 아니라 기계식 브레이크의 사용을 줄이는 매우 이상적인 시스템이라고 할 수 있다. 또한 중요한 점은 회생제동이 가능한 시스템은 발생된 에너지가 어떤 정해진 흐름을 가지고 소모되고 재활용 가능하다는 것이다. 본 연구에서는 서울도시철도 전력공급소(변전소)의 전동차용 전력의 정밀분석을 실시하였다. 이를 통하여 변전소 전력공급과 전동차 전력사용의 데이터 분석을 통하여 회생전력 활용 연구의 기반작업을 수행하였다.

An Electric railway system has the characteristics. The train powered by substations generates regenerative power when it runs on railway of various slope. A regenerative braking is an ideal system on account of reducing mechanical braking as well as recycling the energy. In this study, Seoul Metropolitan Rapid Transit (substation) Precision analysis of the power of the electric car was carried out. Through this use of power substations, power supplies and trains through the regenerative power of the data analysis was performed utilizing research-based work.

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문제 정의

본 연구에서는 도시철도 급전시스템의 구성과 전력공급소 선정과 연계하여 회생전력저장 장치 설치 위치별 장단점을 분석하고, 도시철도 기반설비인 전력공급소의 전동차용 전력공급반 정밀전력 분석을 기반으로 무부하 가선전압 대비 전압의 상승 및 하강을 계측 분석, 각 피더별 전력조류를 분석하고자 한다. 이는 회생전력 저장시스템 구동의 기초자료로 활용 될 것이며, 저장시스템 설치 후 데이터의 비교로 추후 경제성을 평가 자료로 활용될 것이다.

제안 방법

전차선의 표준전압은 DC1500V 로 본선의 전차선은 전압강하와 사고 발생시 정전구간을 짧게 할 수 있도록 상, 하선 공히 변전소를 기준으로 구분하고 급전방식은 병렬급전 방식으로 건설되었다. 또한 급전선의 용량결정은 8량(4M4T) 편성으로 운전시격은 2분으로 전류용량을 기준으로 설계 되어 있다.

대상 데이터

본 연구에서는 서울도시철도공사의 7호선 수락산 변전소를 대상으로 가선전압 및 정류기(1,2,3호계), 전동차용 급전반(F11∼F14) 까지 총 8개 개소의 정밀 데이터를 추출하였다.

성능/효과

전차선 피더별 가선전류의 변화는 위표와 같은 변화를 보이고 있으며, 일일 급전시간 동안의 전압상승횟수는 평균 2100회로, 1∼5초(1090회), 5∼10초(451회), 10∼20초(392회), 20초 이상(164회)로 계측되었다.

후속연구

상기 데이터를 토대로 에너지 저장시스템 구동의 기초자료로 활용될 것이며, 회생전력저장장치의 설치 전, 후의 데이터의 비교를 통한 경제성 평가의 자료로도 활용 될 것이다. 또한 전동차의 에너지 사용 및 회생전력 발생, OVR 동작의 계측 부분은 더욱 연구가 필요할 것이다.
본 연구에서는 서울도시철도공사의 7호선 수락산 변전소를 대상으로 가선전압 및 정류기(1,2,3호계), 전동차용 급전반(F11∼F14) 까지 총 8개 개소의 정밀 데이터를 추출하였다. 상기 데이터를 토대로 에너지 저장시스템 구동의 기초자료로 활용될 것이며, 회생전력저장장치의 설치 전, 후의 데이터의 비교를 통한 경제성 평가의 자료로도 활용 될 것이다. 또한 전동차의 에너지 사용 및 회생전력 발생, OVR 동작의 계측 부분은 더욱 연구가 필요할 것이다.
본 연구에서는 도시철도 급전시스템의 구성과 전력공급소 선정과 연계하여 회생전력저장 장치 설치 위치별 장단점을 분석하고, 도시철도 기반설비인 전력공급소의 전동차용 전력공급반 정밀전력 분석을 기반으로 무부하 가선전압 대비 전압의 상승 및 하강을 계측 분석, 각 피더별 전력조류를 분석하고자 한다. 이는 회생전력 저장시스템 구동의 기초자료로 활용 될 것이며, 저장시스템 설치 후 데이터의 비교로 추후 경제성을 평가 자료로 활용될 것이다.
전기철도분야 회생전력의 적극적인 활용은 에너지 이용효율의 확대와 더불어 가선전압의 안정화로 원할한 전력공급에 기여할 것이며, 전동차의 제동력 확보로 승강장 스크린도어 설치 후 전동차 정밀정차에도 기여할 것이다.
회생전력의 적극적인 활용은 에너지의 재활용 뿐만 아니라, 전차선 가선전압의 안정화에 따른 도시철도 전력계통의 안정화를 가져올 것이며, 전동차 저항설비의 동작조건을 줄여 터널내 환경개선과 전동차 제동력 확보로 정거장 정위치 정차에 기여할 것이다.

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