KR100629429B1 - 가선의 급전전압을 유지하는 철도시스템 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 철도시스템은 3상 교류전원을 직류전원으로 변환하여 가선으로 공급하는 3상 다이오드 정류기, 3상 다이오드 정류기에 의해 공급되는 직류전원과 전동차의 회생제동에 의하여 발생된 회생전압에 의해 결정되는 가선의 급전전압의 크기를 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전압 크기 신호를 출력하는 전압 검출부, 전압 검출부로부터 수신되는 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가, 무부하 전압인 기준 전압보다 클 때 제1 전압조절신호를 출력하고, 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가, 기준 전압보다 작을 때 제2 전압조절신호를 출력하는 전압조절 신호발생부, 및 3상 탭전환 변압기를 포함하고, 3상 탭전환 변압기는 전압조절 신호발생부로부터 제1 전압조절신호를 수신할 때 그 변압비가 감소하도록 탭의 위치를 변환시킴으로써 2차측 3상 교류 전압의 크기를 감소시켜 정류기에 출력하고, 제2 전압조절신호를 수신할 때 그 변압비가 증가하도록 탭의 위치를 변환시킴으로써 2차측 3상 교류 전압의 크기를 증가시켜 정류기에 출력하는 전압 변환기를 포함한다.

Description

가선의 급전전압을 유지하는 철도시스템 및 그 방법{Railway System and Method for Sustaining Feeding Voltage of Overhead Wire}

도 1은 본 발명에 따른 철도시스템의 블록구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 가선의 직류급전전압 유지방법의 순서도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

110 : 3상 다이오드 정류기 115 : 가선

120 : 전압 검출부 130 : 전압조절 신호발생부

140 : 전압 변환기 200 : 전동차

본 발명은 철도 시스템에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 가선의 급전전압을 유지하는 철도 시스템 및 그 방법에 관한 것이다.

직류 1500V 철도시스템은 전동차에 장착된 견인전동기를 일시적인 발전기로 사용하여 전기자(電氣子)가 자속(磁束)을 절단할 때 회전을 방해하려는 힘을 이용하여 제동력을 얻고 발전된 회생 전력을 다른 주행 전동차에 제공한다.

발전된 회생 전력은 전동차에 공급되는 전체 전력의 40% 내지 50% 정도이며, 이 중 20% 정도의 회생 전력이 다른 주행 전동차에 제공되고 나머지 20% 내지 30%의 회생 전력은 가선에 공급되어 가선의 직류급전전압을 상승시킨다.

이와 같이 회생전력에 의하여 가선의 직류급전전압이 상승하는 것을 막기 위하여 종래의 철도시스템은 저항을 사용하였다. 즉, 종래의 철도시스템은 생성된 회생전력 중 주행하는 다른 전동차에 공급되는 회생전력 이외의 부분을 전동차에 장착된 저항에 공급하여 열로 소모시킴으로써 가선의 직류급전전압의 상승을 억제한다.

그러나 저항을 이용하여 가선의 직류급전전압의 상승을 억제하는 방법은 여러 가지 문제점들을 야기한다. 즉, 전동차에 저항기를 탑재하기 때문에 전동차의 중량이 증가한다. 또한, 회생전력을 저항기에 공급하여 열로 변환시키기 때문에 에너지 손실이 크고 저항기의 발열에 따라 철도시스템의 냉각설비를 대용량화해야 한다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 가선의 직류급전전압을 상승시키는 회생전력을 효율적으로 사용할 수 있는 철도시스템 및 그 방법을 제공하기 위한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 철도시스템은 3상 교류전원을 직류전원으로 변환하여 가선으로 공급하는 3상 다이오드 정류기, 3상 다이오드 정류기에 의해 공급되는 직류전원과 전동차의 회생제동에 의하여 발생된 회생전압에 의해 결정되는 가선의 급전전압의 크기를 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전압 크기 신호를 출력하는 전압 검출부, 전압 검출부로부터 수신되는 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가, 무부하 전압인 기준 전압보다 클 때 제1 전압조절신호를 출력하고, 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가, 기준 전압보다 작을 때 제2 전압조절신호를 출력하는 전압조절 신호발생부, 및 3상 탭전환 변압기를 포함하고, 3상 탭전환 변압기는 전압조절 신호발생부로부터 제1 전압조절신호를 수신할 때 그 변압비가 감소하도록 탭의 위치를 변환시킴으로써 2차측 3상 교류 전압의 크기를 감소시켜 정류기에 출력하고, 제2 전압조절신호를 수신할 때 그 변압비가 증가하도록 탭의 위치를 변환시킴으로써 2차측 3상 교류 전압의 크기를 증가시켜 정류기에 출력하는 전압 변환기를 포함한다.

또한, 본 발명의 급전전압의 유지방법은 3상 교류전원을 직류전원으로 변환하여 가선으로 공급하는 3상 다이오드 정류기에 의해 공급되는 직류전원과 전동차의 회생제동에 의하여 발생된 회생전압에 의해 결정되는 가선의 급전전압의 크기를 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전압 크기 신호를 출력하는 단계, 전압 크기 신호에 해당하는 전압과, 무부하 전압인 기준 전압의 크기를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 전압조절신호를 발생하는 단계, 전압 크기 신호에 해당하는 전압이 기준 전압보다 큰 것을 나타내는 제1 전압조절신호에 따라, 3상 교류 전원의 크기를 감소시키는 단계, 및 전압 크기 신호에 해당하는 전압이 기준 전압보다 작은 것을 나타내는 제2 전압조절신호에 따라, 3상 교류 전원의 크기를 증가시키는 단계를 포함한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 철도시스템의 블록구성도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 철도시스템은 3상 다이오드 정류기(110), 전압 검출부(120), 전압조절 신호발생부(130) 및 전압 변환기(140)를 포함한다.

3상 다이오드 정류기(110)는 3상 교류전원을 직류전원으로 변환하여 가선(115)으로 공급한다.

전압 검출부(120)는 가선(115)의 직류급전전압의 크기를 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전압 크기 신호를 출력한다.

전압조절 신호발생부(130)는 전압 검출부(120)로부터 전압 크기 신호를 입력받아 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가 기준 전압보다 클 때에는 제1 전압 조절신호를 출력하고 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가 기준 전압보다 작을 때에는 제2 전압조절신호를 출력한다. 이 때, 기준전압은 무부하 전압이다.

전압 변환기(140)는 전압조절 신호발생부(130)로부터 제1 전압조절신호를 입력받으면 3상 교류전압의 크기를 감소시키고, 제2 전압조절신호를 입력받으면 3상 교류전압의 크기를 증가시켜 3상 다이오드 정류기(110)로 출력한다.

이러한 전압 변환기(140)는 부하시 탭전환 장치(OLTC : On Load Tap Changer)(141)와 3상 탭전환 변압기(143)를 포함한다. 부하시 탭전환 장치(141)는 제1 전압조절신호를 입력받으면 탭의 위치를 a에서 b로 변환시켜 권선비를 작게 함으로써 3상 탭전환 변압기(143)의 2차측 3상 교류 전압의 크기를 감소시킨다. 또한 부하시 탭전환 장치(141)는 제2 전압조절신호를 입력받으면 탭의 위치를 b에서 a로 변환시켜 권선비를 크게 함으로써 2차측 3상 교류 전압의 크기를 증가시킨다. 본 발명의 실시예에서는 탭이 2개뿐이나 그 이상의 개수도 가능하다.

다음으로 도면을 참조하여 본 발명에 따른 가선의 직류급전전압 유지방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 가선의 직류급전전압 유지방법의 순서도이다.

전압 검출부(120)는 가선(115)의 직류급전전압(Vf)의 크기를 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전압 크기 신호를 출력한다(S210). 가선(115)의 직류급전전압(Vf)의 크기는 3상 다이오드 정류기(110)에 의하여 공급된 직류전압과 전동차(200)의 회생제동에 의하여 발생된 회생전압으로 구성된다. 전동차(200)의 회생제동에 의하여 회생전압이 가선(115)에 인가될 경우 가선(115)의 직류급전전압(Vf) 의 크기는 증가하며 전압 검출부(120)는 가선(115)의 직류급전전압(Vf)의 크기를 검출하므로 가선(115)의 직류급전전압(Vf)의 크기 변화를 알 수 있다.

전압조절 신호발생부(130)는 전압 검출부(120)로부터 출력된 전압 크기 신호를 입력받아 직류급전전압(Vf)와 기준 전압(Vp)의 크기를 비교한다(S220). 이 때, 기준 전압(Vp)는 무부하 전압이다.

전압조절 신호발생부(130)가 직류급전전압(Vf)의 크기가 기준 전압(Vp)보다 크다고 판단하면 제1 전압조절신호를 전압 변환기(140)로 출력하고, 제1 전압조절신호를 입력받은 전압 변환기(140)는 탭 변환를 통하여 변압비를 조절함으로서 2차측 3상 교류전압의 크기를 감소시킨다(S230).

2차측 3상 교류전압의 크기가 감소됨에 따라 3상 다이오드 정류기(110)는 크기가 감소된 직류급전전압을 가선(115)에 인가한다(S240).

직류급전전압(Vf)의 크기가 기준 전압(Vp)보다 크다는 것은 전동차(200)의 회생제동에 의한 회생전압이 가선(115)에 인가되어 가선(115)의 직류급전전압(Vf)의 크기가 증가했다는 것을 의미한다.

따라서, 전압조절 신호발생부(130)로부터 제1 전압조절신호를 입력받은 전압 변환기(140)가 탭변환을 통하여 2차측 3상 교류전압의 크기를 감소시키면 3상 다이오드 정류기(110)는 크기가 감소된 직류급전전압을 가선(115)에 인가하므로 증가된 회생전압을 상쇄하여 가선의 직류급전전압의 크기가 일정하게 유지된다.

전압조절 신호발생부(130)가 직류급전전압(Vf)의 크기가 기준 전압(Vp)보다 작다고 판단하면 제2 전압조절신호를 전압 변환기(140)로 출력하고, 제2 전압조절 신호를 입력받은 전압 변환기(140)는 탭 변환를 통하여 변압비를 조절함으로서 2차측 3상 교류전압의 크기를 증가시킨다(S250).

2차측 3상 교류전압의 크기가 증가됨에 따라 3상 다이오드 정류기(110)는 크기가 증가된 직류급전전압을 가선(115)에 인가한다(S260).

본 발명에 따른 철도시스템은 회생전압으로 인한 직류급전전압의 상승뿐만 아니라 소정의 원인으로 인한 직류급전전압의 하강에서도 능동적으로 가선의 직류급전전압을 일정하게 유지할 수 있다.

이와 같은 본 발명은 회생전력 발생 시에 가선전압이 상승할 수 있는 전압폭을 넓힐 수 있고 종래의 저항기로 소비되는 회생실효를 줄일 수 있다. 또한 본 발명은 가선의 직류급전전압을 일정하게 유지함으로써 급전시스템의 안전을 도모하고, 회생 전력 발생시에 가선전압을 낮추어 원거리에 있는 역행차량이 흡수할 수 있도록 한다.

이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서와 같이 본 발명은 회생 전압으로 인한 직류급전전압의 크기 변동을 상쇄시켜 직류급전전압을 일정하게 유지함으로써 회생실효를 줄이고 보다 안정적인 급전시스템을 제공할 수 있다.

Claims (7)

1. 전동차에 급전전압을 인가하는 철도시스템에 있어서,

   3상 교류전원을 직류전원으로 변환하여 가선으로 공급하는 3상 다이오드 정류기;

   상기 3상 다이오드 정류기에 의해 공급되는 직류전원과 상기 전동차의 회생제동에 의하여 발생된 회생전압에 의해 결정되는 상기 가선의 급전전압의 크기를 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전압 크기 신호를 출력하는 전압 검출부;

   상기 전압 검출부로부터 수신되는 상기 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가, 무부하 전압인 기준 전압보다 클 때 제1 전압조절신호를 출력하고, 상기 전압 크기 신호에 해당하는 전압의 크기가, 기준 전압보다 작을 때 제2 전압조절신호를 출력하는 전압조절 신호발생부; 및

   3상 탭전환 변압기를 포함하고, 상기 3상 탭전환 변압기는 상기 전압조절 신호발생부로부터 상기 제1 전압조절신호를 수신할 때 그 변압비가 감소하도록 탭의 위치를 변환시킴으로써 2차측 3상 교류 전압의 크기를 감소시켜 상기 정류기에 출력하고, 상기 제2 전압조절신호를 수신할 때 그 변압비가 증가하도록 탭의 위치를 변환시킴으로써 2차측 3상 교류 전압의 크기를 증가시켜 상기 정류기에 출력하는 전압 변환기를 포함하는 철도시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 전동차에 인가되는 급전전압의 유지방법에 있어서,

   3상 교류전원을 직류전원으로 변환하여 가선으로 공급하는 3상 다이오드 정류기에 의해 공급되는 직류전원과 상기 전동차의 회생제동에 의하여 발생된 회생전압에 의해 결정되는 가선의 급전전압의 크기를 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전압 크기 신호를 출력하는 단계;

   상기 전압 크기 신호에 해당하는 전압과, 무부하 전압인 기준 전압의 크기를 비교하여, 그 비교 결과에 따라 제1 또는 제2 전압조절신호를 발생하는 단계;

   상기 전압 크기 신호에 해당하는 전압이 상기 기준 전압보다 큰 것을 나타내는 상기 제1 전압조절신호에 따라, 상기 3상 교류 전원의 크기를 감소시키는 단계; 및

   상기 전압 크기 신호에 해당하는 전압이 상기 기준 전압보다 작은 것을 나타내는 상기 제2 전압조절신호에 따라, 상기 3상 교류 전원의 크기를 증가시키는 단계를 포함하는 급전전압의 유지방법.
7. 삭제

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