KR100491864B1 - dirct current(D.C)power supply system used of revivable 2-level PWM converter, for electromotive car - Google Patents

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KR100491864B1 KR10-2002-0025359A KR20020025359A KR100491864B1 KR 100491864 B1 KR100491864 B1 KR 100491864B1 KR 20020025359 A KR20020025359 A KR 20020025359A KR 100491864 B1 KR100491864 B1 KR 100491864B1
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Abstract

본 발명은 회생용 2레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템에 관한 것으로; The present invention relates to an electric vehicle DC power supply system using a regenerative two-level feeder UEM converter;

그 목적은 전동차량의 운전중 발생되는 잉여분의 직류전력을 교류모선으로 회생토록 함과 동시에 고조파를 저감시키고, 또한, 상기 회생되는 전력을 고효율로 제어할수 있도록 한 회생용 2레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류(DC)전원 공급 시스템을 제공함에 있는 것이며, 다른 목적으로는 회생용 2레벨 컨버터에 의한 안정적인 전압 공급작용으로서, 전동차량간의 이격거리를 줄이고, 전동차량 운행에 따른 안전성을 상승되도록 함과 동시에, 회생시 남는 전력은 전원으로 환원 되도록 하여 유용한 에너지 활용기능을 행할 수 있도록 한 회생용 2레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류(DC)전원 공급 시스템을 제공함에 있는 것이다.Its purpose is to use the regenerative two-level F / M converter for regenerating the excess DC power generated during operation of the electric vehicle to the AC bus, reducing harmonics, and controlling the regenerated power with high efficiency. It is to provide a DC power supply system for electric cars, and another purpose is to provide a stable voltage supply by a regenerative two-level converter, to reduce the separation distance between the electric vehicles and to increase the safety of the electric vehicle operation. At the same time, the remaining power in the regeneration is to provide a direct current (DC) power supply system for the electric vehicle using a regenerative two-level FEM converter that can be reduced to the power source to perform a useful energy utilization function.

따라서, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;Therefore, the specific means of the present invention for achieving the above object;

전원공급수단인 3상 교류전원과, 전압조절 수단인 변압기와, 교류전력에서 직류전력을 얻기위한 정류기와, 전기회로의 개폐수단인 차단기와, 전동차량에 전력을 공급하는 급전선으로 이루어진 전동차량 직류전원 공급 시스템에 있어서;Electric vehicle DC consisting of a three-phase AC power supply as a power supply means, a transformer as a voltage control means, a rectifier for acquiring DC power from AC power, a circuit breaker as an opening / closing means for an electric circuit, and a feeder line for supplying electric power to an electric vehicle. A power supply system;

상기, 정류기를 고역율의 순변환과 역변환 기능을 갖는 2레벨 피더블유엠 (PWM : 펄스폭 변조) 컨버터로 구성하여, 전동차량의 전원으로 공급되는 교류전력을 직류전력으로 공급, 회생 되도록 함으로서 달성된다.The rectifier is achieved by supplying and regenerating an AC power supplied to a power source of an electric vehicle by DC power by constructing a two-level FEM (PWM) converter having a high power factor forward conversion and an inverse conversion function. .

Description

회생용 2레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템{dirct current(D.C)power supply system used of revivable 2-level PWM converter, for electromotive car} Power supply system used of revivable 2-level PWM converter, for electromotive car}

본 발명은 회생용 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 회생용 2레벨 컨버터(converter)에 의한 안정적인 전압 공급작용으로서, 전동차량간의 이격거리를 줄이고, 전동차량 운행에 따른 안전성을 상승되도록 함과 동시에, 회생시 남는 전력은 전원으로 환원 되도록 하여 유용한 에너지 활용기능을 행할 수 있도록 한 회생용 2레벨 전력변환기를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a DC power supply system for an electric vehicle using a regenerative two-level dual PWM (PWM) converter, and more particularly, as a stable voltage supply action by a regenerative two-level converter, The present invention relates to an electric vehicle DC power supply system using a regenerative two-level power converter that reduces power, increases safety due to the operation of an electric vehicle, and at the same time, allows the remaining power to be restored to a power source to perform a useful energy utilization function. .

일반적으로 널리 이용되고 있는 종래의 전동차량 직류(DC)전원 공급시스템(초퍼장치를 이용한 방식 또는 인버터 방식등)은 급전계통인 삼상 교류전원을 직류전력으로 정류하고, 이와같이 정류된 직류전력을 급전선을 통해 전동차량에 공급토록하므로서 이루어지게 되는 것인바; Conventional electric vehicle DC power supply systems (such as a chopper device or inverter method), which are widely used in general, rectify three-phase AC power as a feed system into DC power, and convert the rectified DC power into a power supply line. Will be made by supplying to the electric vehicle through;

이에, 전동차량이 회생 제동중이거나 정차역에 도착할때, 또는 하향 경사로를 주행하는 경우에 있어서는, 회생된 에너지에 의해 직류모선의 전압을 상승시키게 되는 것이다. Therefore, when the electric vehicle is regenerative braking, when it arrives at the station or when driving downhill, the voltage of the DC bus is increased by the regenerated energy.

하지만, 상기 회생된 에너지는 전동차량의 급전계통에 제한된 전압만 상승시키고 남는 에너지는 회생시키지 못하게 되는 것으로서, 이에 에너지를 다른 전동차에 의해 소모하지 않을 경우, 직류모선의 전압은 계속 높아지며 전동차량 시스템의 각종 기기에 악영향을 미치게 되는 것이었다.However, the regenerated energy increases only a limited voltage in the power supply system of the electric vehicle and does not regenerate the remaining energy. When the energy is not consumed by another electric vehicle, the voltage of the DC bus continues to increase and the voltage of the electric vehicle system is increased. It would have a bad effect on various devices.

또한, 상기 일반적인 회생 전동차량은 정시 또는 하향 구배구간 운행에 따른 속도 억제시 회생에너지를 발생하게 되는 것이나, 전술한 종래의 전동차량 시스템은 삼상 교류를 정류기에 의해 직류로 변환토록 하는 구성임에 따라, 회생에너지를 돌릴수가 없는 것이었으며, 이 때문에 회생전력을 이용하는 역행차량이 없는 경우, 회생 전동차량은 회생효과를 잃고, 회생 브레이크에서 공기 브레이크로 전환하게 되는 문제점을 발생하게 되는 것이었던바; In addition, the general regenerative electric vehicle is to generate the regenerative energy when the speed is suppressed due to the operation of the regular or downward gradient section, but the conventional electric vehicle system is configured to convert three-phase alternating current into direct current by the rectifier. In the absence of a retrograde vehicle using regenerative power, the regenerative electric vehicle loses the regenerative effect and causes a problem of switching from the regenerative brake to the air brake.

이에, 회생 전동차량 도입에 따른 급전 시스템으로서 회생에너지를 유효하게 이용하고, 회생 실효를 저감시키기 위한 시스템 구성의 개발을 절실한 해결과제로 남게 하는 것이었다 Therefore, the effective use of the regenerative energy as a power supply system according to the introduction of the regenerative electric vehicle, and the development of a system configuration for reducing the regenerative effectiveness remains an urgent task.

한편. 또 다르게 전동차량 급전시스템의 일반적인 정류방식은. 도 1로 도시된 바와 같이 3상전원, 변압기, 정류기, 차단기, 급전선의 구성을 채택한 방식으로서, 이는 전동차량의 전원으로 공급되는 교류(AC) 전력을 변압기와 3상 브릿지 정류회로에 의해 직류(DC) 전력으로 변환되게 하여, 이를 전동차량의 급전선에 공급하게 되는 것으로; Meanwhile. Alternatively, the general rectification method of electric vehicle power supply system. As shown in FIG. 1, a three-phase power source, a transformer, a rectifier, a circuit breaker, and a feeder line are adopted. The alternating current (AC) power supplied to a power source of an electric vehicle is transferred by a transformer and a three-phase bridge rectifier circuit. DC) to be converted into electric power, thereby supplying it to the feeder of the electric vehicle;

이때, 교류를 직류로 변환함에 있어서는, 상기 정류회로를 최초에 6펄스 정류기, 그 이후에는 12펄스 정류기 방식을 채용토록 하여 이루어지게 하는 것이었 다.At this time, in converting AC into direct current, the rectifier circuit was initially adapted to adopt a 6-pulse rectifier and then a 12-pulse rectifier.

하지만, 상기 전동차량의 급전용으로 이용되는 종래의 6펄스 정류기 방식은, 통상 직류(DC)전력에 리플을 많이 포함하고 있는 것으로. 이는 운행되는 전동차량과 전동차량 사이의 이격거리가 가까울 경우 전압변동을 크게 하여 전동차량의 보호장치를 동작되게 하고, 이와같은 전동차량 보호장치의 동작으로서 운전중인 전동차량을 순간 정지시키게 하는 문제점을 주는 것이었으며;However, the conventional six-pulse rectifier system used for power supply of the electric vehicle usually includes a lot of ripple in direct current (DC) power. This is because when the separation distance between the running vehicle and the electric vehicle is close, the voltage change is increased to operate the protection device of the electric vehicle, and the operation of the electric vehicle protection device such as the operation of stopping the motor vehicle in operation as a problem. Giving;

또 다르게, 상기 전동차량의 급전용으로 이용되는 종래의 12펄스 정류기 방식은 전술한 6펄스 정류기 방식에 비해 어느정도 리플을 줄일 수 있지만 운전중인 차량의 시격이 가까울 경우, 여전히 전압변동을 크게하여 전동차량의 신뢰성을 저하시키고, 전압회생 또한 불가하게 되는 상당한 차량운전상의 문제점을 갖게 하는 것이었다. In addition, the conventional 12-pulse rectifier method used for power supply of the electric vehicle can reduce the ripple to some extent compared to the above-mentioned 6-pulse rectifier method, but when the speed of the driving vehicle is close, the electric vehicle is still increased by increasing the voltage fluctuation. To reduce the reliability of the system, and to cause significant vehicle driving problems that voltage regeneration is also impossible.

한편, 상기 전동차량으로 전력을 공급함에 있어 발생되는 종래 정류방식의 문제점을 보완한 것으로서, 근래에는 실리콘 제어 정류기(SCR: silicon controlled rectifier)를 이용한 급전방식 또한 일부 이용되고 있는 실정이다.On the other hand, as a supplement to the problems of the conventional rectification method generated when supplying power to the electric vehicle, in recent years, a power supply method using a silicon controlled rectifier (SCR) has also been used.

그러나, 상기 실리콘 제어 정류기를 이용한 급전방식은, 전력반도체 소자의 한계성으로 인해, 정전압제어와 완벽한 회생제어를 수행하지 못하고, 상당한 고조파를 발생되게 하는 것으로서, 이는 전자기기의 신뢰성에 악영향을 미치게 되는 등 전동차량 운전에 있어, 매우 비효율적인 문제점을 그대로 상존되게 하는 것이었다. However, the power feeding method using the silicon-controlled rectifier does not perform constant voltage control and perfect regenerative control due to the limitations of the power semiconductor element, and generates considerable harmonics, which adversely affects the reliability of the electronic device. In the operation of electric vehicles, the problem of very inefficiency remained.

따라서, 본 발명은 전동차량으로 전력을 공급함에 있어 발생되는 종래 정류방식의 제반적인 문제점을 해결하고자 창안된 것으로;Therefore, the present invention was devised to solve the general problems of the conventional rectification method generated in supplying power to the electric vehicle;

본 발명의 목적은 전동차량의 운전중 발생되는 잉여분의 직류전력을 교류모선으로 회생토록 함과 동시에 고조파를 저감시키고, 또한, 상기 회생되는 전력을 고효율로 제어할수 있도록 한 회생용 2레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류(DC)전원 공급 시스템을 제공함에 있는 것이다.An object of the present invention is to regenerate the excess DC power generated during the operation of the electric vehicle to the AC bus and at the same time to reduce the harmonics, and to control the regenerative power with high efficiency, the regeneration two-level FEM converter It is to provide a DC power supply system using an electric vehicle.

한편, 본 발명의 또 다른 목적으로는 회생용 2레벨 컨버터에 의한 안정적인 전압 공급작용으로서, 전동차량간의 이격거리를 줄이고, 전동차량 운행에 따른 안전성을 상승되도록 함과 동시에, 회생시 남는 전력은 전원으로 환원 되도록 하여 유용한 에너지 활용기능을 행할 수 있도록 한 회생용 2레벨 피더블유엠 컨버터를 이용한 전동차 직류(DC)전원 공급 시스템을 제공함에 있는 것이다.On the other hand, another object of the present invention is to provide a stable voltage supply by the regenerative two-level converter, to reduce the separation distance between the electric vehicle, to increase the safety of the operation of the electric vehicle, while at the same time the power remaining in the regeneration It is to provide a direct current (DC) power supply system for an electric vehicle using a regenerative two-level feeder UEM converter capable of performing a useful energy utilization function to be reduced.

이에, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단으로는;Thus, the specific means of the present invention for achieving the above object;

전원공급수단인 3상 교류전원과, 전압조절 수단인 변압기와, 교류전력에서 직류전력을 얻기위한 정류기와, 전기회로의 개폐수단인 차단기와, 전동차량에 전력을 공급하는 급전선으로 이루어진 전동차량 직류전원 공급 시스템에 있어서; Electric vehicle DC consisting of a three-phase AC power supply as a power supply means, a transformer as a voltage control means, a rectifier for acquiring DC power from AC power, a circuit breaker as an opening / closing means for an electric circuit, and a feeder line for supplying electric power to an electric vehicle. A power supply system;

상기, 정류기를 고역율의 순변환과 역변환 기능을 갖는 2레벨 피더블유엠(PWM : 펄스폭 변조) 컨버터로 구성하여, 전동차량의 전원으로 공급되는 교류전력을 직류전력으로 공급, 회생 되도록 함으로서 달성된다.The rectifier is achieved by supplying and regenerating an AC power supplied to a power source of an electric vehicle by DC power by constructing a two-level PWM (PWM) converter having a high power factor forward conversion and an inverse conversion function. .

이하, 본 발명에 따른 회생용 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a preferred embodiment of an electric vehicle DC power supply system using a regenerative two-level FEM converter according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 종래 전동차 직류전원 공급시스템과 본 발명에 따른 직류전원 공급시스템의 비교 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 회생용 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템의 회로구성도이며, 도 3은 본 발명에 적용되는 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 등가회로도이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 벡터도로서 그 구성을 살펴보면;1 is a comparative configuration diagram of a conventional DC power supply system and a DC power supply system according to the present invention, Figure 2 is a circuit of a DC power supply system for an electric vehicle using a regenerative two-level PWM converter according to the present invention. 3 is an equivalent circuit diagram of a two-level FWM converter applied to the present invention, and FIG. 4 is a vector diagram of a two-level FWM converter applied to the present invention.

전원공급수단인 3상 교류전원과, 전압조절 수단인 변압기와, 교류전력에서 직류전력을 얻기위한 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터와, 전기회로의 개폐수단인 차단기와, 전동차량에 전력을 공급하는 급전선을 상호 연계토록 함으로서 구성되는 것이다. It supplies power to three-phase AC power supply as a power supply means, a transformer as a voltage control means, a two-level PWM converter for obtaining DC power from AC power, a circuit breaker as an opening and closing means of an electric circuit, and an electric vehicle. It is configured by interconnecting feeders.

이때, 상기 3상 교류전원은 전동차량을 운전하기 위한 통상의 에너지 공급원으로서, 이와같은 3상 교류전원은 발전기의 구동에 의해 전기에너지를 발생되도록 하여, 이를 전동차량에 송전되게 하는 일반적 구성을 취하는 것이다.At this time, the three-phase AC power source is a conventional energy supply source for driving the electric vehicle, such a three-phase AC power source to take the general configuration to generate electric energy by driving the generator, so that it is transmitted to the electric vehicle. will be.

또한, 상기 변압기는 전술한 3상 교류전원으로 부터 교류 전력을 받아 전자 유도작용에 의해 다른 회로에 전력을 공급토록 하는 통상의 정지 기기로서, 이와같은 변압기를 본 발명에 적용함에 있어서는 도 2로 도시된 바와 같이 전력공급용 변압기와 컨버터용 변압기로 구비되게 함이 바람직하다. In addition, the transformer is a conventional stop device that receives the AC power from the above-described three-phase AC power source to supply power to other circuits by an electromagnetic induction action, which is shown in FIG. 2 when applying such a transformer to the present invention. It is desirable to be provided with a power supply transformer and a converter transformer as shown.

또한, 상기 2레벨 피더블유엠 (PWM) 컨버터는 사용전력을 고역율로 순변환 및 역변환되게하여 전력을 공급토록 하는 제어방식으로서, 이와같은 2레벨 피더블유엠 (PWM) 컨버터는 도 2로 도시된 바와같이 리액터를 사이에 두고 교류전원과 결합하는 구조를 취하도록 함이 바람직하다.In addition, the two-level PWM converter is a control method for supplying power by forward and inverse conversion of the used power to a high power factor, such a two-level PWM converter is shown in FIG. As described above, it is preferable to take a structure in which a reactor is interposed therebetween and connected to an AC power source.

이때, 상기와 같은 구조를 갖는 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터는 고조파가 적게 포함된 정현파에 가까운 교류전류를 흐르게 하고, 직류측 전압을 변조율에 반비례하여 높아지게 하는 특성을 갖게 하는 것으로, 이와같은 2레벨 피더블유엠 (PWM) 컨버터는 교류전원의 역률을 개선하는 무효전력 발생기의 기능으로서 무효전력의 보상을 필요로 하는 전력계통에 응용하여 전압조정 등의 수단으로 사용되는 것이며, 또한 교류/직류 변환기로 적용될 경우 무효전력을 0으로 하여 고역율의 순변환 및 역변환 능력을 갖게 하는 것이다.In this case, the two-level PWM converter having the structure as described above has a characteristic of flowing an AC current close to a sine wave containing less harmonics and increasing the DC voltage in inverse proportion to the modulation rate. 2 level PWM converter is a function of reactive power generator that improves the power factor of AC power. It is used as a means of voltage adjustment by applying to power system that needs compensation of reactive power, and also AC / DC converter In this case, the reactive power is set to 0 to have high power factor forward and reverse power.

또한, 상기 차단기는 전동차량 운전을 위해 공급되는 전력을 필요에 따라 제어하는 수단으로서, 이와같은 차단기는 전기회로의 개폐나 접속상태를 변경토록 하는 통상의 구성을 취하는 것이다.In addition, the breaker is a means for controlling the power supplied for the operation of the electric vehicle as necessary, such a breaker has a conventional configuration to change the opening and closing of the electric circuit or the connection state.

또한, 상기 급전선은 철도차량 운전에 필요한 전력을 공급하는 수단으로서, 이와같은, 급전선은 통상 변전소로부터 전력을 공급하기 위해 도 1로 도시된 바와같이 전차선과 평행하게 설치되는 전선(궤전선)구조로 형성하는 것이다.In addition, the feed line is a means for supplying the power required for the operation of the railway vehicle, such a feed line is formed of a wire (coupling line) structure is installed in parallel with the tram line as shown in Figure 1 for supplying power from the substation. It is.

따라서, 상기 3상 교류전원과, 변압기와, 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터와, 차단기와, 급전선등 일련의 회로적 연결관계로 이루어지는 본 발명에 따른 회생용 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템은;Therefore, the regenerative two-level PWM converter according to the present invention comprising the three-phase AC power supply, a transformer, a two-level PWM converter, a circuit breaker, and a power supply line. The electric vehicle DC power supply system using;

최초 3상 교류전원을 통해 교류전원을 공급하게 되면, 변압기를 통해 상기 공급되는 교류전원을 전자기유도작용에 의해 본 발명의 시스템에 적합한 교류전압으로 변환하게 되고, 이와같이 변환된 교류전압은 본 발명의 요지 구성인 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터에 의해 직류전압으로 변환되어, 차단기에 의한 회로 단속관계로서 급전선을 통해 전동차량 운전에 필요한 직류(DC)1500V와 직류(DC)750V의 전력을 선택적으로 공급하게 되는 것이다.When the AC power is supplied through the first three-phase AC power, the AC power supplied through the transformer is converted into an AC voltage suitable for the system of the present invention by electromagnetic induction, and the AC voltage thus converted is It is converted into DC voltage by 2 level PWM converter, which is the main structure, and selectively selects DC (1500V) DC and DC (750) 750V power required for electric vehicle operation through feeder line as a circuit breaker by circuit breaker. Will be supplied.

이때, 본 발명에 적용되는 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터는 상기 3상 교류전원에 설치되어 있는 변압기의 설비용량에 유효하게 사용할 수 있는 조건으로 운전되는 것으로, 이에 본 발명에 적용되는 2레벨 피더블유엠 (PWM) 컨버터는 3상 교류전원의 전압과 전류를 동위상으로 유지하는 역률 1의 운전 상태를 유지하게 하므로 서, 선로 등의 손실을 최소화하는 경제적 운전을 가능하게 하는 것이다. At this time, the two-level PWM converter applied to the present invention is operated under conditions that can be effectively used for the facility capacity of the transformer installed in the three-phase AC power source. The WM converter maintains the operation state of the power factor 1 which maintains the voltage and current of the three-phase AC power source in phase, thereby enabling economical operation to minimize the loss of the line and the like.

또한 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터는 자체적으로 변환용량에 대하여 각 소자에 흐르는 전류값을 가장 적은 상태로 유지되게 하므로 전력용 반도체 소자를 가장 유효하게 사용하는 이상적인 운전방법을 제공하게 되는 것이다.In addition, the two-level feed-through converter (PWM) by itself maintains the minimum current value flowing to each device with respect to the conversion capacity to provide an ideal operation method that uses the power semiconductor device most effectively.

즉, 이를 좀더 구체적으로 살펴보면;That is, look at this in more detail;

도 3은 본 발명에 적용되는 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 등가회로도로 서, 전원전압을 V, 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 교류측 전압을 E라고 했을 때, 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터로 흐르는 전류 I를 전원전압 V와 동상으로 유지할 경우, 전원전압과 전류벡터는 도 4로 도시된 바와같은 벡터도로 나타낼 수 있는 것이다.FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a two-level PWM converter according to the present invention. When the power supply voltage is V and the AC side voltage of the two-level PWM converter is E, PWM) When the current I flowing through the converter is kept in phase with the power supply voltage V, the power supply voltage and the current vector can be represented as a vector diagram as shown in FIG.

이때, 도 4의 벡터도에 있어, 첨자 f는 순변환의 경우를 나타낸 것이고, 첨자 r은 역변환 동작상태를 나타낸 것으로. 이러한 경우, 도 4로 나타난 바와같이 전원과 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터 사이의 교류 리액터의 전압강하는 전원과 90°의 위상차를 유지하게되고, 리액터의 전압위상이 전원보다 90°앞설 경우에 있어서는 순변환, 또 다르게 90°뒤질 경우는 역변환의 동작을 하게 되는 것이다.At this time, in the vector diagram of FIG. 4, the subscript f represents the case of the forward transformation, and the subscript r represents the inverse transformation operation state. In this case, as shown in FIG. 4, the voltage drop of the AC reactor between the power supply and the two-level PWM converter maintains a phase difference of 90 ° from the power supply, and when the voltage phase of the reactor is 90 ° ahead of the power supply. In the case of the forward transformation, if it is 90 degrees, the reverse transformation is performed.

따라서, 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 교류측 전압 E는 전원전압에서 리액터 전압을 뺀 전압 벡터를 유지해야 하는 것으로. 즉 벡터도를 항상 직각 3각형으로 유지되게 해야 하는 것이다.Therefore, the AC side voltage E of the two-level PWM converter must maintain a voltage vector subtracted from the reactor voltage. In other words, the vector diagram should always be maintained as a right triangle.

또한, 교류전류는 리액터와 리액터 양단전압에 의하여 결정되고, 리액터 전압은 교류전압과 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 교류측전압의 차가되므로, 이에 교류전류는 컨버터의 피더블유엠(PWM) 변조율과 변조파의 위상 및 직류전압에 의하여 제어 가능하게 되는 것이다. In addition, the AC current is determined by the voltage between the reactor and the reactor, and the reactor voltage is the difference between the AC voltage and the AC side voltage of the two-level PPM converter, so that the AC current is the PWM modulation rate of the converter. It can be controlled by the phase and the DC voltage of the modulated wave.

또한 도 3의 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터 등가회로도와 도 4의 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 벡터도로부터     In addition, from the equivalent circuit of the two-level PWM converter of FIG. 3 and the vector diagram of the two-level PWM converter of FIG.

이므로Because of

가 되는 것으로. 이때, α는 V와 E의 위상차이고 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 변환전력은 교류측에서의 입력전력이므로To be. In this case, α is the phase difference between V and E, and the conversion power of the two-level PWM converter is the input power at the AC side.

이 되는 것이다. It will be.

또한, 상기 식(1-2)과 식(1-3)을 정리하면 다음식(1-4)이 성립되는 것으로In addition, summarizing the above formulas (1-2) and (1-3) is that the following formula (1-4) is established

이에, 상기 식(1-4)은 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 변환전력을 나타낸 식으로서, 이를 식(1-2)과 식(1-3)을 함께 고려하면 변환용량은 교류리액터의 인덕턴스의 크기와 위상각 α에 의하여 결정됨을 알 수 있는 것이다.Therefore, Equation (1-4) represents the conversion power of the two-level PWM converter. Considering Equation (1-2) and Equation (1-3), the conversion capacity is the value of the AC reactor. It can be seen that it is determined by the magnitude of the inductance and the phase angle α.

한편, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 회로 구성도로서, 이와같은 또 다른 실시예로서의 본 발명은 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 복수개 구비되도록 한 후, 각 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 직류측을 상호 직렬로 운전되게 하여 고효율을 얻도록 하고, 교류측은 고역율을 유지되도록 한 것이다. On the other hand, Figure 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention, the present invention as yet another embodiment of the present invention is to be provided with a plurality of two-level PWM (PWM) converter, and then each two-level PWM (PWM) ) The DC side of the converter is operated in series with each other to obtain high efficiency, and the AC side is to maintain high power factor.

이에, 또 다른 실시예로서의 본 발명은 도 5로 도시된 바와같이 절연게이트 약극성 트랜지스터(IGBT)로 구성된 2대의 피더블유엠(PWM) 컨버터 구조로서. 높은 직류전압을 얻기 위하여 직류측을 직렬로 연결하고, 각 피더블유엠(PWM)컨버터의 교류측과 각각 3개의 리액터를 사이에 두고 결합되도록 한다.Thus, as another embodiment of the present invention, as shown in FIG. 5, two FDM converter structures including an insulated gate weak polar transistor (IGBT) are shown. In order to obtain a high DC voltage, the DC side is connected in series, and the AC side of each FWM converter is connected to each other with three reactors interposed therebetween.

이때, 교류측은 변압기에 의하여 2대의 피더블유엠(PWM) 컨버터를 교류전원에 대하여 절연된 구조를 갖도록 직류측의 한쪽극을 접지하여 안전을 도모하고.  At this time, the AC side grounds one pole of the DC side so that the two PWM converters are insulated from the AC power source by a transformer.

또한, 전원에 흐르는 전류파형의 고조파성분이 적어지도록 각 피더블유엠 (PWM)컨버터의 변조캐리어에 90도의 위상을 갖는 피더블유엠(PWM) 변조를 하는 것이다.In addition, in order to reduce the harmonic content of the current waveform flowing through the power supply, the modulation carrier of each of the PWM converters is subjected to the PWM modulation having a phase of 90 degrees.

또한, 도 6은 전술한 2대의 피더블유엠(PWM) 컨버터에서의 임의의 두 상에 대한 변조를 설명하는 도면으로서, 이에 상기 2대의 피더블유엠(PWM) 컨버터는 상전압의 변조파형을 상호 90도의 위상차로 하고 있으나, 선간전압파형은 2대의 피더블유엠(PWM) 컨버터가 상호 파형을 보상하는 위치에 펄스전압이 있게 되므로 교류전류의 파형이 개선되어짐을 예측할 수 있게 되는 것이다.FIG. 6 is a diagram illustrating modulation of any two phases in the two PWM converters described above. Thus, the two PWM converters convert the modulated waveforms of the phase voltages by 90 degrees. Although the phase voltage waveform is used as the phase difference, it is possible to predict that the waveform of the AC current is improved since the pulse voltage exists at the position where the two PWM converters compensate the mutual waveform.

이상, 본 발명에 따른 회생용 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템은 전동차량의 운전중 발생되는 잉여분의 직류전력을 교류모선으로 회생토록 함과 동시에 고조파를 저감시키고, 또한, 상기 회생되는 전력을 고효율로 제어할수 있도록 한 것이며;In the above, the electric vehicle DC power supply system using the regenerative two-level PWM converter according to the present invention allows the excess DC power generated during the operation of the electric vehicle to be regenerated by an AC bus, and at the same time, reduces harmonics. To control the regenerative power with high efficiency;

또 다르게 레벨 컨버터에 의한 안정적인 전압 공급작용으로서, 전동차량간의 이격거리를 줄이고, 전동차량 운행에 따른 안전성을 상승되도록 함과 동시에, 회생시 남는 전력은 전원으로 환원 되도록 하여 유용한 에너지 활용기능을 행할수 있도록 한 것으로, 국가적인 차원에 있어 매우 유용한 기대효과를 제공하게 되는 것이다. In addition, as a stable voltage supply action by the level converter, it is possible to reduce the separation distance between the electric vehicles, increase the safety according to the operation of the electric vehicles, and at the same time, the remaining power during regeneration is reduced to the power source to perform useful energy utilization functions. It would provide very useful expectations at the national level.

도 1은 종래 전동차 직류전원 공급시스템과 본 발명에 따른 직류전원 공급시스템의 비교 구성도 1 is a comparative configuration of a conventional DC power supply system and a DC power supply system according to the present invention

도 2는 본 발명에 따른 회생용 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템의 회로구성도 2 is a circuit configuration diagram of a DC power supply system for an electric vehicle using a regenerative two-level FMB converter according to the present invention.

도 3은 본 발명에 적용되는 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 등가회로도 FIG. 3 is an equivalent circuit diagram of a two-level dual PWM converter according to the present invention.

도 4는 본 발명에 적용되는 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터의 벡터도FIG. 4 is a vector diagram of a two-level flexible PWM converter according to the present invention.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸 회로 구성도Figure 5 is a circuit diagram showing another embodiment of the present invention

도 6은 본 발명에 적용되는 피더블유엠(PWM) 컨버터의 변조 상태도6 is a modulation state diagram of a PWM converter according to the present invention;

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예 구성을 이용한 운전 회로도7 is a driving circuit diagram using another embodiment configuration of the present invention.

도 8은 본 발명에 적용되는 피더블유엠(PWM) 컨버터 전단의 변압기 구성 전압공급 회로도 8 is a circuit diagram illustrating a voltage supply circuit for transformers in front of a PWM converter according to the present invention.

도 9는 본 발명에 의한 동작상황을 시뮬레이션 결과도9 is a simulation result of the operating situation according to the present invention

Claims (3)

전원공급수단인 3상 교류전원과, 전압조절 수단인 변압기와, 교류전력에서 직류전력을 얻기 위한 정류기와, 전기회로의 개폐수단인 차단기와, 전동차량에 전력을 공급하는 급전선으로 이루어진 전동차량 직류전원 공급 시스템에 있어서; Electric vehicle DC consisting of a three-phase AC power supply as a power supply means, a transformer as a voltage regulating means, a rectifier for acquiring DC power from AC power, a circuit breaker as an opening / closing means for an electric circuit, and a feeder for supplying electric power to an electric vehicle. A power supply system; 상기, 정류기를 고역율의 순변환과 역변환 기능을 갖는 2레벨 피더블유엠 (PWM : 펄스폭 변조) 컨버터로 구성하여, 전동차량의 전원으로 공급되는 교류(AC)전력을 직류(DC)전력으로 공급, 회생 되도록 함을 특징으로 하는 회생용 2레벨 피더블유엠(PWM) 컨버터를 이용한 전동차 직류전원 공급 시스템.The rectifier is composed of a two-level dual PWM (PWM: pulse width modulation) converter having a high power factor forward conversion and an inverse conversion function, and supplies AC power supplied to a power source of an electric vehicle to DC power. Electric vehicle DC power supply system using a regenerative two-level feeder U (PWM) converter, characterized in that the regeneration. 삭제delete 삭제delete
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