초록 ▼

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
○ 급전선로 전력부하 불평형 개선을 위한 5MVA급 능동형 밸런서 개발
○ 공인기관 시험검증 및 인증획득을 통한 해외 진출 전략 마련

◼ 전체 내용
○ 고속철도용 능동형 밸런서 국내외 동향 조사 분석
- 국내외 기술개발 동향 및 논문조사 분석
- 특허 조사 및 특허 회피 전략 분석
- 해외 벤치마킹 대상 조사 및 적용 기술 분석
- 전력반도체 기술사양 조사 분석
- 피크전력저감 및 에너지절감 효과 분석
○ 고속철도용 불평형 개

□ 연구개발 목표 및 내용
◼ 최종 목표
○ 급전선로 전력부하 불평형 개선을 위한 5MVA급 능동형 밸런서 개발
○ 공인기관 시험검증 및 인증획득을 통한 해외 진출 전략 마련

◼ 전체 내용
○ 고속철도용 능동형 밸런서 국내외 동향 조사 분석
- 국내외 기술개발 동향 및 논문조사 분석
- 특허 조사 및 특허 회피 전략 분석
- 해외 벤치마킹 대상 조사 및 적용 기술 분석
- 전력반도체 기술사양 조사 분석
- 피크전력저감 및 에너지절감 효과 분석
○ 고속철도용 불평형 개선 기술 및 제어 토폴로지 개발
- 해외 선진 벤치마킹 국내 적용 체계 구축
- 전력회사 및 운영사 운영 부합성 검토 및 국내 적용 밸런서 토폴로지 개발
○ 고속철도용 능동형 밸런서 설계
- 국제표준 기반 능동형 밸런서 사양 설계
- 능동형 전력제어 알고리즘 개발
- 국내 철도 급전선 연결 가능 변압기 설계
- 능동형 밸런서 전용 IGBT 인버터 설계
- 각 구성품(모듈) 및 시스템의 상세 설계 수행
○ 고속철도용 능동형 밸런서 제작
- 국내 철도 급전선 연결 가능 변압기 시작품 제작
- 능동형 밸런서 전용 IGBT 인버터 시작품 제작
- 각 구성품(모듈) 및 시스템의 시작품 검토사항이 반영된 시제품 제작
○ 고속철도용 능동형 밸런서 시험평가, 현장시험 수행 및 인증획득
- 국제규격에 준하는 IGBT 인버터 시험 수행
- 교류전기철도 시스템과의 불평형 개선 성능 검증 수행
- 회생제동 전력제어 알고리즘 검증 수행
- 표준시험 구간 선정 및 시험계획 수립
- 현장 적용시험 수행
- 제품/품질 시스템 인증 획득
○ 고속철도용 능동형 밸런서 최적 공정 개발
- 고속철도용 능동형 밸런서 최적 운영 및 유지보수 규격서 개발
- 고속철도용 능동형 밸런서 표준 양산 공정 규격서 개발
○ 해외진출 전략 수립
- 철도개발도상국 및 진출가능 국가 기술수준 분석서 도출
- 해외 시장 진출 기반마련을 위한 해외 유관기관(운영사, 시설/전력 담당기관 등)과의 기술 교류 및 홍보 전략 수립

◼ 1단계
❏ 목표
○ 철도운영기관의 부하밸런서 요구사항 조사 및 분석
○ 능동형 밸런서 국내외 동향 및 전력반도체 기술사양 조사 분석
○ 인버터 연계용 멀티출력 변압기 해외 제조기술 및 국내외 규격 조사
○ 부하밸런서 토폴로지 분석 및 모델링
❏ 내용
○ 철도운영기관의 부하밸런서 요구사항 조사 및 분석
- 시스템 조정 및 통합
- 연구과제 년차별 진도관리(사업관리)
- 교류전기철도 운영사의 부하밸런서 요구사항 조사 및 분석
- 철도개발도상국 및 국외진출국가 기술수준 조사
○ 능동형 밸런서 국내외 동향 및 전력반도체 기술사양 조사 분석
- 능동형 밸런서 국내외 동향 조사 분석
- 특허 조사 및 특허 회피 전략 분석
- 해외 벤치마킹 대상 조사 및 적용 기술 분석
- 전력반도체 기술사양 조사 분석
- 제어기 검증을 위한 능동형 밸런서 시뮬레이터 설계 및 제작
○ 인버터 연계용 멀티출력 변압기 해외 제조기술 및 국내외 규격 조사
- 밸런서용 인버터 변압기의 해외 제조기술 분석
- IEC 등 국내외 변압기 적용 규격 조사
○ 부하밸런서 토폴로지 분석 및 모델링
- 해외 부하밸런서 토폴로지 관련 기술 조사
- 부하밸런서 토폴로지 분석 및 모델링

◼ 2단계
❏ 목표
○ 전철변전소 전력품질 조사
○ 능동형 밸런서 전용 IGBT 인버터 설계 및 시작품 제작
○ 인버터 연계용 멀티출력변압기 시작품 설계 및 제작
○ 능동형 밸런서 전력제어 알고리즘 개발
❏ 내용
○ 전철변전소 전력품질 조사
- 연구과제 사업관리
- 운영사 요구사항 분석 및 기술협의 활동
- 철도변전소 전력품질 조사
- 국내외 활동을 통한 연구과제 홍보 및 기술 동향 파악
○ 능동형 밸런서 전용 IGBT 인버터 설계 및 시작품 제작
- 고속철도용 불평형 개선 기술 및 제어 토폴로지 개발
- 고속철도용 능동형 밸런서 시스템 설계
- 능동형 밸런서 전용 IGBT 인버터 설계(1~2 MVA급)
- 능동형 밸런서 전용 IGBT 인버터 시작품 제작
- 1세부 연계 적합성 요구사항 검증 프로세스 구축
- 1세부 연계 부하 밸런서 신뢰성 요구사항 개발
○ 인버터 연계용 멀티출력변압기 시작품 설계 및 제작
- 시작품용 인버터 변압기 설계 및 제작(단상 55kV 5MVA, 1대)
- 1세부 연계 적합성 요구사항 검증 프로세스 구축
- 1세부 연계 인버터 변압기 신뢰성 요구사항 개발
○ 능동형 밸런서 전력제어 알고리즘 개발
- 능동형 밸런서 전력제어 알고리즘 개발 및 모델링

◼ 3단계
❏ 목표
○ 연구개발품 실증시험을 위한 TEST-BED 선정
○ 능동형 밸런서(1~2MVA) 성능 검증 및 참고시험
○ 인버터 연계용 멀티출력 변압기 성능 개선
○ 병렬 능동형 밸런서 알고리즘 개발
❏ 내용
○ 연구개발품 실증시험을 위한 TEST-BED 선정
- 시스템 조정 및 통합
- 연구과제 진도관리 (사업관리)
- 연구개발품 실증시험을 위한 TEST-BED 선정
- 연구개발품 상용화 추진안 마련
- 국내외 연구과제 홍보 및 기술 동향 파악
○ 능동형 밸런서(1~2MVA) 성능검증 및 참고시험
- 고속철도용 능동형 밸런서(1~2MVA) 시작품 설계/제작
- 모델링을 활용한 능동형 밸런서 불평형 개선 알고리즘 성능 검증
- 고속철도용 능동형 밸런서(1~2MVA) 시작품 참고시험(공인기관)
○ 인버터 연계용 멀티출력 변압기 성능 개선
- 성능 개선용 인버터 변압기 설계 및 제작(단상 55kV 5MVA, 효율 99.0% 이상, 소음 67dB 이하)
○ 병렬 능동형 밸런서 알고리즘 개발
- 병렬 능동형 부하밸런서 전력제어 알고리즘 개발 및 모델링

◼ 4단계
❏ 목표
○ 실증시험 계획 수립 및 국외 진출 기술수준 조사
○ 5MVA급 능동형 밸런서 제작 및 인증시험
○ 인버터 연계용 멀티출력변압기 개발
❏ 내용
○ 실증시험 계획 수립 및 국외 진출 기술수준 조사
- 시스템 조정 및 통합
- 연구과제 진도관리(사업관리)
- 연구개발품 성능 확인을 위한 실증시험 계획 수립
- 철도개발도상국 및 국외 진출 가능국가 기술수준 조사
○ 5MVA급 능동형 밸런서 제작 및 인증시험
- 밸런서 시작품(1~2MVA급) 제작규격서 기반 공인기관 인증시험
- 5MVA급 능동형 밸런서 제작
○ 인버터 연계용 멀티출력변압기 개발
- 공인인증용 인버터 변압기 설계 및 제작(1상 55kV 5MVA, 1대)
- 공인인증시험 및 공인성적서 발행
- 실증시험용 인버터 변압기 제작(1상 55kV 5MVA, 2대)

◼ 5단계
❏ 목표
○ 연구개발품 성능확인을 위한 실증시험 실시
○ 교류전기철도 시스템의 불평형 개선 성능검증 수행
○ 인버터 연계용 멀티출력 변압기 실증시험 수행
❏ 내용
○ 연구개발품 성능확인을 위한 실증시험 실시
- 시스템 조정 및 통합
- 연구과제 진도관리 (사업관리)
- 연구개발품 성능확인을 위한 실증시험 실시
- 철도개발도상국 및 국외 진출 가능국가 기술수준 분석서 작성
○ 교류전기철도 시스템의 불평형 개선 성능검증 수행
- 고속철도용 능동형 밸런서 보완 제작 및 현장 실증시험 수행
- 교류전기철도 시스템과의 불평형 개선 성능검증 수행
- 피크전력저감 및 에너지절감 효과 분석
- 고속철도용 능동형 밸런서 최적 공정 개발
- 해외 진출 전략 수립
○ 인버터 연계용 멀티출력 변압기 실증시험 수행
- 능동형 밸런서 시스템 연계 인버터 변압기 실증시험
- 최적 운영 및 유지보수 규격서 개발

□ 연구개발성과
○ 연구개발 통합관리 및 적합성 검증 반영 보고서
○ 국내외 표준 및 규격, 기술기준, 운영 요구사항이 반영된 표준 설계서
○ 국내외 표준 및 규격, 기술기준, 운영 요구사항, 성능검증 사항이 반영된 개발품
○ 공인기관에서 발행한 시험성적서
○ 성능인증(K마크) 획득 증명서
○ 표준 양산 공정 규격서
○ 최적 운영 및 유지보수 규격서
○ 철도개발도상국 및 국외 진출 가능 국가 기술수준 분석서
○ 해외 진출 전략 수립 보고서

□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 활용계획
- 전기철도의 주요설비인 철도변압기 및 전력설비 등의 사용수명 연장을 위해 전국철도변전소에 연구개발품 설치 확대를 통해 전기철도 운영유지비용 절감에 활용
- 전기에너지 사용량 절감을 위해 철도변전소 뿐만 아니라 철도급전구분소에 추가 설치하여 사용
- 강소기업을 육성할 수 있는 기반을 다지고, 국산화를 통해 전기철도 운영기술의 세계경쟁력 향상을 위한 원동력으로 활용
- 남북철도 연결 대비, 교류전기철도 건설지원시 북한의 에너지 공급 상황을 고려한 효율적∙경제적 전기공급 및 전기철도운영을 위해 연구개발품을 활용
- UIC, OSJD, 해외철도운영국과의 지속적인 기술교류 및 해외 전시회 등의 홍보활동으로 한국철도기술의 발전상을 소개하고 한국철도의 국제적 위상 제고에 활용
○ 기대효과
- 기술적 측면
‧ 일본과 유럽 등 철도 선진국만의 전유물이었던 교류철도 전압 불평형개선 기술을 선제적 자체개발을 통해 국내 전력품질을 향상시키고 안전하고 경제적인 전기철도운영 기술을 보유
‧ 해외기술에 의존하던 과거의 철도기술과 달리, 자체 개발 및 실용화를 통해 경제적 손실 방지하고, 해외시장 진출을 위한 관련 기술들(전력반도체, 인버터 연계용 특수 변압기, 운영기술을 위한 알고리즘 개발, 운영자 기술역량 등)의 경쟁력이 크게 강화
- 경제적∙산업적 측면
‧ 전기철도 주요설비인 스코트 변압기의 사용수명 연장을 통한 비용 절감
‧ 철도전기의 불평형 발생으로 인한 전력공급사의 설비에 대한 피해비용 절감
‧ 회생제동에너지 사용을 통해 에너지 절감이 가능하고, 전체 변전소 및 급전구분소에 적용 시 추가 경제적 효과 기대
‧ 해외 수입품 단가의 80%로 국산품을 개발하여 구매비용 절감기대
‧ 철도변전소의 부하밸런서 사용 확대에 따른 전력전자소자, 특수변압기 등 관련 기술발전 및 해외의존도 탈피 기대
- 사회적 측면
‧ 에너지 절감 및 CO2 배출량 감소를 통한 친환경 교통수단으로서의 철도의 입지 강화 기대
‧ 회생에너지를 사용하여 전력사용 효율이 증대되고, 수송인원 당 소비전력을 절감하여 경제적인 전기철도 운영에 기여
‧ 남북철도 연결을 대비하여, 안전하고 지속적인 남북간 철도 왕래가 확보되도록 북한의 전력상황을 고려한 북한철도 현대화 지원기술로 사용 가능

(출처 : 요약문 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 요 약 문 ... 3
• 목차 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 8
• 1) 연구개발의 목적 및 필요성 ... 8
• 2) 연구개발 대상의 국내외 현황 ... 8
• 3) 연구개발의 목표 및 범위 ... 13
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 16
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 103
• 1) 연구수행 결과 ... 103
• 2) 목표 달성 수준 ... 117
• 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 122
• 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 122
• 6. 연구개발성과의 관리 및 활용계획 ... 123
• 1) 연구성과 총괄 ... 123
• 2) 연구개발성과의 향후 5년간(활용보고서 제출기간) 성과활용 목표·계획 ... 125
• 끝페이지 ... 126