KR101221842B1 - 에너지 절약형 열차군 관리 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 절약형 열차군 관리 시스템에 관한 것으로; 전동열차의 스케줄정보를 관리하며 그 스케줄정보에 따라 전동열차의 운행을 감시 및 제어하는 중앙관제센터의 운영서버와, 상기 운영서버로부터 스케줄정보를 수신받는 전동열차의 운행을 감시 및 제어하는 차상제어장치로 구성되괴, 상기 운영서버는 동일급전구간 내에서 제동운전하는 전동열차와 역행운전중인 전동열차가 정합되도록 상기 전동열차들의 스케줄 정보를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 제공한다.
본 발명에 따르면, 전동열차가 제동운전을 하여 회생전력이 생산되면 이를 동일급전구간 내에서 역행운전 중인 다른 전동열차의 동력자원으로 활용하여 전력 소비의 최소화와 피크 전력의 완화효과를 얻을 수 있다.

Description

에너지 절약형 열차군 관리 시스템 { TRAIN GROUP MANAGEMENT SYSTEM FOR ENERGY SAVING }

본 발명은 에너지 절약형 열차군 관리 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 동일급전구간에서 서로 다른 전동열차의 제동단계와 역행단계의 중첩이 발생되도록 전동열차의 제동시 발생되는 회생 전력을 역행하는 전동열차의 동력자원으로 활용하도록 그 전동열차의 운행을 조정하는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템에 관한 것이다.

현재 단위 전력당 소요비용의 증가와 교통약자 시설설치 의무화, 운행 빈도 고밀화 등으로 인하여 철도운영기관의 운영비용은 증가 추세에 있다.

특히, 전력 사용은 지속적으로 증가할 것으로 예상되며 단위 전력당 소요비용도 매년 인상됨에 따라 철도에서의 효율적인 전력 사용이 요구된다.

한편, 전동열차는 제동단계에서 전동열차의 운동에너지가 전력으로 바뀌면서 회생전력을 생산하게 되는데 이는 전동열차의 운행을 위해 소비되는 전력의 30~40%로 상당한 양을 차지한다.

이와 같이 전동열차의 제동단게에서 생산되는 회생전력을 재사용하기 위해 종래에는 변전소 및 역구내에 에너지 저장 장치를 설치 운영해왔다.

이때, 생산된 회생전력은 에너지 저장 장치에 저장되어 역행단계에 있는 전동열차의 동력자원으로 활용되거나 또는 역사의 교통약자 시설 및 전열 시설 등에 사용되는데, 이러한 방식으로는 회생인버터 방식, 지상저장 방식 등이 있으며, 그와 같은 에너지 저장 장치들의 비교 예가 도 1에 도시된다.

그런데, 이상과 같은 다양한 방식의 에너지 저장 장치들은 시설의 구축을 위해 전철 1개 노선당 약 20 ~ 100억원 정도로 상당한 비용을 필요로 할 뿐만 아니라, 설치공간의 필요는 물론, 설치 시간 역시 많이 소요되며, 추후 에너지 저장 장치의 운영으로 인한 유지 보수 역시 지속적으로 이루어져야 하는 문제점을 안고 있다.

따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 제동단계에 있는 전동열차의 회생전력을 동일급전구간에서 역행운전 중인 다른 전동열차의 동력자원으로 활용하여 전동열차의 운행을 위해 소모되는 전력소모량을 줄일 수 있는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 제공하는데 있다.

특히, 본 발명은 동일급전구간에서 서로 다른 전동열차 간에 역행단계와 제동단계의 중첩이 자주 발생하도록 전동열차의 시발역에서 출발시각을 조정 등 운행제어를 통해 전동열차의 동일급전구간에서 많은 중첩이 발생하도록 하여 총 전력소모량을 줄이는 것은 물론 피크 전력을 낮출 수 있는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;

전동열차의 스케줄정보를 관리하며 그 스케줄정보에 따라 전동열차의 운행을 감시 및 제어하는 중앙관제센터의 운영서버와, 상기 운영서버로부터 스케줄정보를 수신받는 전동열차의 운행을 감시 및 제어하는 차상제어장치로 구성되되, 상기 운영서버는 동일급전구간 내에서 제동운전하는 전동열차와 역행운전중인 전동열차가 정합되도록 상기 전동열차들의 스케줄 정보를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 제공한다.

이때, 상기 스케줄정보는 각각의 전동열차의 운행시각표와, 역행운행시에 소요되는 역행전력, 제동단계에서 발생되는 회생전력 데이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 제동운전중인 전동열차의 회생전력은 동일급전구간 내에서 역행운전중인 전동열차가 재사용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 스케줄 정보의 제어는 정합을 통한 전력 소비의 최소화와 피크 전력의 완화를 위해 각각의 전동열차가 시발역에서 출발할 경우 각각의 전동열차의 출발시각을 조정하여서 이루어지는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 출발시각의 조정은 현재 운행되고 있는 전동열차의 출발시각을 기준으로 조상출발, 현재 운행시간 유지, 조하출발 중에서 최소 전력소모와 최대 급전을 완화시키는 각 전동열차의 출발시각을 선택하여 조정하는 것을 특징으로 한다.

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본 발명에 따르면, 전동열차가 제동운전을 하여 회생전력이 생산되면 이를 동일급전구간 내에서 역행운전 중인 다른 전동열차의 동력자원으로 활용하여 전력 소비의 최소화와 피크 전력의 완화효과를 얻을 수 있다.

특히, 본 발명은 기존의 전력저장시설의 설치에 따른 설치비용, 설치시간, 설치장소 등 많은 제약이 없이 쉽게 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 회생전력의 극대화와 피크 전력을 낮춤으로써 적은 전력소비가 가능하여 철도운영기관의 전력사용량에 감소 및 전력사용의 기본요금과 관련된 피크 전력을 낮은 용량으로 계약함으로써 비용절감을 이끌 수 있다.

또한, 본 발명은 전력 소비의 최소화와 피크 전력을 완화하여 온실가스 배출량 감소에 기여할 수 있음은 물론, 장기적으로 철도부문의 탄소배출권 확보에 기여할 수 있다.

도 1은 종래 일반적인 에너지 저장장치들의 비교 예를 도시한 도표이다.
도 2는 동일급전구간 내에서 제동운행 중인 전동열차와 역행운행중인 전동열차의 정합을 통한 전력소비 최소화 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 동일급전구간 내에서 동시에 역행운행하는 전동열차가 존재하는 경우 피크전력의 완화 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 동일급전구간 내에서 운영하는 예를 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예들에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.

도 2는 동일급전구간 내에서 제동운행 중인 전동열차와 역행운행중인 전동열차의 정합을 통한 전력소비 최소화 예를 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 3은 동일급전구간 내에서 동시에 역행운행하는 전동열차가 존재하는 경우 피크전력의 완화 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 시스템을 동일급전구간 내에서 운영하는 예를 도시한 도면이다.

본 발명은 제동단계에 있는 열차의 회생전력을 동일급전구간에서 역행운전 중인 다른 열차의 동력자원으로 활용하여 에너지 절약을 도모할 수 있도록 하기 위해 열차의 스케줄을 관리하여 동일급전구간에서 서로 다른 전동열차 간에 역행단계와 제동단계의 중첩이 자주 발생하도록 유도한다.

특히, 본 발명은 전동열차의 시발역에서 출발시각을 조정함으로써 전동열차의 동일급전구간에서 많은 중첩이 발생하여 총 전력소모량의 5%를 줄이는 것은 물론 피크 전력을 낮추게 된다.

먼저, 본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 시스템은 전동열차의 제동단계에서 발생되는 회생전력을 동일급전구간에서 역행운행 중인 전동열차가 최대한 활용하기 위한 방법을 기초로 한다.

이에 대해 도 2는 정합을 통한 전력소비 최소화 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다. 이에 의하면 동일급전구간에 속한 인접한 A역 및 B역에서 전동열차 1 및 전동열차 2가 운행하는 경우 역행운행 중인 전동열차 1과 제동단계에 있는 전동열차 2가 시간적으로 분산되어 운행하는 경우 시간별 총에너지 손실이 큼을 알 수 있다.

따라서, 동일급전구간에 역행운행 중인 전동열차 1과 제동단계에 있는 전동열차 2가 동일 시간대에 통과하도록 정합이 이루어지도록 스케줄을 관리함에 따라 제동단계에 있는 전동열차 2의 회생전력은 전동열차 1의 역행운행을 위한 동력자원으로 재사용하면 총 전력손실이 줄어듬을 알 수 있다.

한편, 도 3은 동일급전구간 내에서 동시에 역행운행하는 전동열차가 존재하는 경우 피크전력의 완화 예를 도시한 도면이다. 이에 의하면 동일급전구간 내에서 동시(동일 시간대)에 역행운행하는 전동열차 1 및 전동열차 2가 함께 존재하면 전력의 손실 즉 전력소비는 높아지게 됨을 알 수 있다.

따라서, 동일급전구간에서 역행운행 중인 열차를 동일한 시간대가 아닌 다른 시간대로 분산시키게 되면 동일급전구간에서의 피크(peak) 전력을 낮출 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이 동일한 시간대에 동일급전구간에 속한 인접한 역에서 동시에 역행운행 중인 열차의 분산이 이루어질 경우 피크 전력이 낮아짐을 확인할 수 있다.

이와 같은 점에 착안한 본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 전동열차의 스케줄정보를 관리하며 그 스케줄정보에 따라 전동열차의 운행을 감시 및 제어하는 중앙관제센터의 운영서버(100)와, 상기 운영서버(100)로부터 스케줄정보를 수신받아 전동열차(200)의 운행을 감시 및 제어하는 차상제어장치(210)로 구성된다.

이때, 상기 스케줄정보는 각각의 전동열차의 운행시각표와, 역행운행시에 소요되는 역행전력, 제동단계에서 발생되는 회생전력 데이터를 포함하여 구성된다.

즉, 운영서버(100)는 현재 운행되고 있는 전동열차의 시각표와 역행전력, 회생전력의 양이 수치화되어 입력이 되면, 현재 운영되고 있는 전동열차의 시각표를 기준으로 전력의 소비량을 최소화할 수 있는 전동열차의 시각표를 생성한다.

물론, 이 경우 스케줄정보의 입력은 운영자에 의한 수치 입력도 가능하지만, 열차 운행에 의해 실제로 계측되는 역행전력, 회생전력, 구간별 운행시간 등을 고려한 시각표를 차상제어장치(210)로부터 송수신하여 획득함이 바람직하다.

그리고, 상기 운영서버(100)는 다수의 전동열차 각각의 스케줄정보를 합산하여 운행중인 다수의 전동열차의 동일급전구간으로 이동시에 제어하기 위해 스케줄을 동일시간대로 조정함도 바람직하다.

한편, 제동운전중인 전동열차의 회생전력의 재사용은 동일급전구간 내에서 역행운전중인 전동열차만 가능하다.

예를 들어 도 5에 도시된 바에 의하면 A역(10), B역(20), C역(30)은 동일급전구간에 소속된 인접한 역들을 나타낸다. 이 동일급전구간 내에서 전동열차의 제동운전으로 생산된 회생전력은 동일급전구간에서 역행운전 중인 다른 전동열차만이 재사용이 가능하다.

즉, 도시된 바와 같이 전동열차 2(201)가 제동운전을 하여 회생전력을 생산할 경우 동일급전구간 내에서 역행운전 중인 전동열차3(202), 전동열차4(203), 전동열차5(204)는 회생전력을 동력자원으로 활용하게 된다.

이 경우 정합을 통한 전력 소비의 최소화와 피크 전력의 완화는 각 전동열차가 시발역에서 출발할 경우 각 열차의 출발시각을 조정하는 방법을 사용한다.

출발시각의 조정은 현재 운행되고 있는 전동열차의 출발시각을 기준으로 조상출발, 현재 운행시간 유지, 조하출발 중에서 최적의 조합, 즉 최소 전력소모와 최대 급전을 완화시키는 각 전동열차의 출발시각을 찾는 것이다.

즉, 운영서버(100)는 모든 전동열차의 스케줄정보를 조합해 전력소모가 최소화되고, 급전시 피크 전력을 완화할 수 있도록 전동열차의 운행 스케줄을 조정하고 그 운행 스케줄에 따른 제어신호를 전동열차의 차상제어장치(210)로 전송해 주어 열차를 운전제어하게 된다.

이를 통해 전동열차의 제동시 발생되는 회생전력을 역행운행하는 전동열차의 동력자원으로 활용함으로서 별도의 전력 저장 시설이 필요 없고, 그와 같은 시설의 설치에 따른 설치비용, 설치시간, 설치장소 등 많은 제약이 없이 쉽게 적용이 가능하다.

본 발명에 따른 에너지 절약형 열차군 관리 방법은, 전동열차(200)의 스케줄을 관리하며 그 스케줄에 따라 전동열차(200)의 운행을 감시 및 제어하는 중앙관제센터의 운영서버(100)를 이용하는 것으로서, 상기 운영서버(100)는 동일급전구간 내에서 제동운전하는 전동열차(200)와 역행운전중인 전동열차(200)가 정합되도록 상기 전동열차들의 스케줄 정보를 조정하는 단계; 상기 운영서버(100)는 스케줄 정보를 상기 전동열차(200)의 운전을 감시 및 제어하는 차상제어장치에 전송하는 단계로 구성된다.

이때, 상기 스케줄정보는 각각의 전동열차(200)의 운행시각표와, 역행운행시에 소요되는 역행전력, 제동단계에서 발생되는 회생전력 데이터를 포함하되, 정합을 통한 전력 소비의 최소화와 피크 전력의 완화를 위해 각각의 전동열차(200)가 시발역에서 출발할 경우 각각의 전동열차(200)의 출발시각을 조정하여서 이루어지게 된다.

그리고, 상기 출발시각의 조정은 현재 운행되고 있는 전동열차(200)의 출발시각을 기준으로 조상출발, 현재 운행시간 유지, 조하출발 중에서 최소 전력소모와 최대 급전을 완화시키는 각 전동열차(200)의 출발시각을 선택하여 조정하게 된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.

10: A역 20: B역
30: C역 100: 운영서버
200: 전동열차 201,202,203,204: 전동열차
210: 차상제어장치

Claims (8)

1. 전동열차의 운행시각표와, 역행운행시에 소요되는 역행전력, 제동단계에서 발생되는 회생전력 데이터를 포함하는 전동열차의 스케줄정보를 관리하고, 전동열차의 운행시각표를 생성하는 중앙관제센터의 운영서버와,
   상기 운영서버로부터 스케줄정보를 수신받아 전동열차의 운행을 감시 및 제어하는 차상제어장치로 구성되되,
   상기 운영서버에서는 열차 운행에 의해 실제로 계측되는 역행전력, 회생전력, 구간별 운행시간을 차상제어장치로부터 수신하여 전동열차의 운행시각표를 생성하고,
   상기 운영서버는 동일급전구간 내에서 제동운전하는 전동열차와 역행운전중인 전동열차가 정합되도록 상기 전동열차들의 스케줄 정보를 제어하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제동운전중인 전동열차의 회생전력은 동일급전구간 내에서 역행운전중인 전동열차가 재사용하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 스케줄 정보의 제어는 정합을 통한 전력 소비의 최소화와 피크 전력의 완화를 위해 각각의 전동열차가 시발역에서 출발할 경우 각각의 전동열차의 출발시각을 조정하여서 이루어지는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 출발시각의 조정은 현재 운행되고 있는 전동열차의 출발시각을 기준으로 조상출발, 현재 운행시간 유지, 조하출발 중에서 최소 전력소모와 최대 급전을 완화시키는 각 전동열차의 출발시각을 선택하여 조정하는 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 열차군 관리 시스템.
   
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