KR101630774B1 - 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템 - Google Patents

스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템에 관한 것으로서, 전동차, 회생전력 생성부, 회생전력 저장부, 발전부, 에너지 저장부, 에너지 관리부, 운행 패턴 분석부, 소비패턴 분석부, 사용량 분석부 및 통합제어부를 포함하며,
철도 에너지 소비의 효율적 활용을 위해, 운행 패턴 분석 및 예측 기술, 회생에너지 활용 기술, 신재생 에너지 기술, 전력 소모량 예측 기술, 전력 운용 계획 수립 기술, 급배전계통의 에너지 공급 기술 및 전기철도 전력설비의 진단 기술 등을 스마트 그리드 환경에서 연계함으로써, 획기적인 철도에너지 저감을 실현할 수 있는 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템을 제공한다.

Description

스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템 {Smart grid-based electricity rail system}
본 발명은 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지능화된 철도전력망과 전력 사용 예측 기술을 개발하고, ICT Network과 상호 연계하여 획기적인 철도에너지 저감을 실현할 수 있는 기술개발로, 에너지 절감과 Global Leading 기술의 확보가 가능한 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템에 관한 것이다.
전기철도는 한전 변전소로부터 전기를 공급(154㎸/55㎸) 받아 열차운전(25㎸) 및 전력설비 (6.6㎸/22㎸)를 사용하는데 적합한 전원을 공급하기 위한 전압으로 바꾸는 송, 변전 설비, 한전으로부터 공급전압을 수전 받아 단로기 및 차단기 통하여 주변압기(MTR) 또는 특고용변압기(DTR)에 전원을 공급하는 수전설비, 주변압기로부터 55㎸ 전압을 수전받아 단로기 및 차단기 거쳐 단권변압기를 통하여 급전선(AF) 및 전차선((TF)에 전원을 공급하는 급전설비, 수전설비와 급전설비의 제어, 보호 및 각종 경보 표시를 하고 철도 역사 및 선로변 장치에 전원을 공급하는 배전설비 등으로 구성되며, 한전변전소로부터 수전을 받아 철도변전소에서 철도설비에 필요한 전원으로 분리하여 송전한다.
이러한 전력 시스템은 현재 시점의 데이터만으로 전력제어를 하기 때문에 미래에 소모될 전력의 예측 및 분배계획을 세울 수 없음으로, 전체 시스템의 체계적인 관리가 어려운(피크치 관리가 어려움) 문제점이 있다.
온실가스로 인한 기후변화 및 에너지 자원이 고갈됨에 따라 선진국을 중심으로 온실가스 감축과 친환경 저탄소형 산업구조로 재편하고 있다. 스마트그리드는 전력시스템의 운영에 따른 온실가스 배출과 시스템 운영비용의 최소화를 목적으로 태양광, 풍력으로 대표되는 신재생에너지원의 보급과 친환경 전력기기의 개발 및 설치, 그리고 전기자동차를 통해 온실가스 배출을 억제하고, 스마트 미터를 이용하여 실시간 가격 정보를 주고받아 소비자로 하여금 전기를 가장 값 싸게 사용할 수 있도록 하는 기술로서, 국내의 경우에도 신재생에너지 확대 및 저탄소 녹색성장 계획과 맞물려 지식경제부에서는 국가 단위의 스마트 그리드 구축을 위해 지능형 전력망 로드맵 수립 추진위원회를 구성하여 스마트 그리드 사업을 추진하고 있다. 또한 2009년 7월 9일 이탈리아 라퀼라에서 개최된 G8 확대 정상회의(G20 정상회의)중에 열린 기후변화 주요국 정상회의(MEF)에서 대한민국은 기후변화 대응하여 세계를 바꿀 7대 기술 중 스마트 그리드 기술에 대해 선도 국가로 지정된 바 있다. 따라서, 국가 차원으로 추진되고 있는 스마트 그리드 사업에 대한 다양한 기술 조사와 향후 기술 로드맵에 대한 상세한 분석을 통해 철도교통에서 적용 가능한 기술을 도출하고 스마트 그리드 기술과의 연계방안을 모색하여야 한다.
전기철도에 사용되는 전기요금은 매년 증가 추세에 있습니다. 이에, 효율적인 전력 생산, 소비, 관리를 위한 스마트 그리드 시스템의 도입이 필요한 실정 이다.
우리나라는 2030년까지 세계 최초 국가단위의 스마트그리드 구축 사업을 실시 중에 있으며, 많은 나라들이 스마트 그리드 시스템을 전기철도에 적용하기 위한 노력을 하고 있으므로, 저탄소 녹색성장의 핵심 정책인 스마트그리드 시스템을 전기철도에 적용함으로써, 향후 전 세계적으로 스마트 그리드 시스템을 전기 철도에 적용하고자 하는 해외 시장에 진출 가능성이 높아, 사업화 가능성이 충분하다고 할 수 있다.
또한, 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템을 구축하기 위해서는 크게 발전시스템, 에너지저장시스템, 에너지관리시스템이 필요하며, 각각의 시스템의 비용이 고가이기 때문에 효율적인 관리가 필요한 실정이다.
결론적으로, 철도 에너지의 효율적 활용을 위해, 운행 패턴 분석 및 예측 기술, 회생에너지 활용 기술, 신재생 에너지 기술, 전력 소모량 예측 기술, 전력 운용 계획 수립 기술, 급배전계통의 에너지 공급 기술 및 전기철도 전력설비의 진단 기술 등이 필요하며, 이들 기술들이 향후 스마트 그리드 환경에서 종합적으로 적용될 필요성이 있다.
한국등록특허 [10-1391124]에서는 철도 전력망 통합 에너지 관리 시스템이 개시되어 있다.
한국등록특허 [10-1391124](등록일자: 2014년04월25일)
따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 철도 에너지 소비의 효율적 활용을 위해, 운행 패턴 분석 및 예측 기술, 회생에너지 활용 기술, 신재생 에너지 기술, 전력 소모량 예측 기술, 전력 운용 계획 수립 기술, 급배전계통의 에너지 공급 기술 및 전기철도 전력설비의 진단 기술 등을 스마트 그리드 환경에서 연계함으로써, 획기적인 철도에너지 저감을 실현할 수 있는 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 실 시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템은, 전동차(100); 상기 전동차가 전기적으로 제동할 때 회생전력을 생성하는 회생전력생성부(200); 상기 회쟁전력부로부터 발생된 회생전력을 저장하는 회생전력저장부(250); 철도 역사, 선로 및 차량에 설치된 태양광, 풍력 및 수소발전 중 선택되는 어느 하나를 이용하여 신재생 에너지를 생성하는 다수의 발전부(300); 상기 발전부와 각각 전기적으로 연결되어, 상기 발전부로부터 생성된 에너지를 저장하는 에너지저장부(350); 상기 회생전력저장부 및 에너지저장부로부터 저장된 에너지 정보를 받고, 각각의 저장부(회생전력 저장부 및 에너지 저장부)를 관리(충전 및 방전 관리)하는 에너지관리부(400); 상기 전동차로부터 전력소모량 정보를 받아, 전동차의 운행구간에 따른 전력소모량을 회귀분석을 이용하여 분석하는 운행패턴분석부(500); 철도역사로부터 전력소모량 정보를 받아, 철도역사의 전력소모량을 회귀분석을 이용하여 분석하는 소비패턴분석부(600); 전력계통으로부터 사용된 전력량을 회귀분석을 이용하여 분석하는 사용량분석부(700); 및 상기 운행패턴 분석부로부터 전동차의 운행패턴을 분석한 정보를 바탕으로, 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하고, 상기 사용량 분석부로부터 전력계통으로부터 사용된 전력량 및 상기 에너지관리부로부터 각각의 저장부(회생전력 저장부 및 에너지 저장부)에 저장된 에너지정보를 바탕으로 전동차에 공급해야 할 장치(전력계통, 회생전력 저장부 및 에너지 저장부)를 판단하여, 해당 장치가 전동차에 에너지를 공급하도록 제어신호를 보내는 통합제어부(800);를 포함한다.
또한, 상기 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템은 상기 전동차로부터 전동차 상태정보를 입력받아, 전동차의 성능을 분석 및 예측하는 전동차분석부(150);를 포함하되, 상기 통합제어부가 상기 전동차 분석부의 분석 및 예측 정보를 추가 근거자료로 활용하여 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템은 차축온도, 레일온도, 지장물 및 환경(지진, 기상 등) 중 선택되는 적어도 하나를 감지하는 복수의 감지부(910); 및 각각의 상기 감지부로부터 감지정보를 입력받아, 상기 통합제어부로 감지정보를 전송하는 관제부(900);를 포함하되, 상기 통합제어부가 상기 관제부로부터 받은 감지정보를 추가 근거자료로 활용하여 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템에 의하면, 운행 패턴 분석 및 예측 기술, 회생에너지 활용 기술, 신재생 에너지 기술, 전력 소모량 예측 기술, 전력 운용 계획 수립 기술, 급배전계통의 에너지 공급 기술 및 전기철도 전력설비의 진단 기술 등을 스마트 그리드 환경에서 연계함으로써, 철도에너지 저감을 획기적으로 실현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 전동차분석부에 의해 전동차의 상태를 분석할 수 있으며, 전동차의 구간별 전기 소모량을 더욱 정확하게 예측할 수 있는 효과가 있다.
또, 감지부 및 관제부를 통해 전동차의 주행 중 전기공급이 예상보다 증가 또는 감소되는 구간을 예측함으로써, 전동차에 공급해야 하는 에너지를 더욱 정확하게 예측할 수 있는 효과가 있다.
아울러, 전기 철도와 관련된 모든 전기의 사용량을 정확하게 예측할 수 있음으로써, 이를 근거로 전기료가 가장 적게 나오도록 전력 운용 계획을 세울 수 있는 효과가 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템의 블록도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템의 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템은 전동차(100), 회생전력생성부(200), 회생전력저장부(250), 발전부(300), 에너지저장부(350), 에너지관리부(400), 운행패턴분석부(500), 소비패턴분석부(600), 사용량분석부(700) 및 통합제어부(800)를 포함한다.
전동차(100)는 침목 위에 철제의 궤도를 설치하고, 그 위로 차량을 운전하여 여객과 화물을 운송하는 시설 중 전기를 이용하는 수단을 지칭한다.
회생전력생성부(200)는 상기 전동차가 전기적으로 제동할 때 회생전력을 생성한다.
여기서, 회생전력은 전동차가 정차 시 공급전원을 차단하면, 전동기가 관성에 의해 한동안 회전을 하면서 발생하는 전력을 말한다. 그동안에는 이러한 회생전력을 전동차에 내장된 저항기를 이용해 열로 태워 버려왔으며, 또한 불필요한 전차선 전압상승으로 장애도 발생해 전동차의 수명을 단축하는 문제가 있어왔다.
회생전력저장부(250)는 상기 회쟁전력부로부터 발생된 회생전력을 저장한다.
회생전력저장부(250)는 회생전력 재이용장치라고도 하며, 회생전력 재이용장치(1,350kW)는 태양광발전설비(500kW)와 비교해도 초기투자비와 회수기간이 짧아 태양광발전설비 보다 더 경제적이다. 상동변전소에 설치된 예를 들면, 회생전력 재이용장치(1,350kW)를 이용한 1년 간 전기 절감량은 618,301kWh로서 태양광 발전설비(500kW)를 설치해 얻을 수 있는 1년간 전기 발전량(620,000kWh)에 버금가는 수치다. 또한, 회생전력 재이용장치(1,350kW)는 초기투자비 10억원에 회수기간은 13년으로 초기투자비 25억에 회수기간이 34년인 태양광 발전설비(500kW)보다 경제적 효과가 크다.
발전부(300)는 철도 역사, 선로 및 차량에 설치된 태양광, 풍력 및 수소발전 중 선택되는 어느 하나를 이용하여 신재생 에너지를 생성하며, 다수 개 구비된다.
온실가스로 인한 기후변화 및 에너지 자원이 고갈됨에 따라 선진국을 중심으로 온실가스 감축과 친환경 저탄소형 산업구조로 재편하고 있는 실정에서 신재생 에너지를 활용하는 것은 중요하다. 신재생 에너지는 석유ㆍ석탄ㆍ원자력ㆍ천연가스 등의 화석연료를 대체하는 새로운 에너지원 액화석탄ㆍ수소에너지 등 '신(新) 에너지'와 동식물유기물ㆍ햇빛ㆍ바람ㆍ물ㆍ지열 등을 이용하여 친환경적이고 재생가능한 에너지로 변환하는 에너지를 통합해 지칭한 말이다.
에너지저장부(350)는 상기 발전부와 각각 전기적으로 연결되어, 상기 발전부로부터 생성된 에너지를 저장한다.
에너지저장부(350)는 에너지 저장 장치(ESS ; Energy Storage System)를 포함하며, 에너지 저장 장치는 스마트그리드의 필수요소로 태양광, 풍력 등 신재생발전원의 간헐적 출력특성을 단기적으로 안정화시키기 위해서, 그리고 발전과 수요의 시차를 극복하기 위해서는 에너지 저장 기술의 적용이 필수적이라고 할 수 있다. 산업용 전기 또는 가정용 전기는 대량으로 저장하는 것은 기술적(저장 공간 및 효율 상)으로 어렵다. 따라서, 계절이나 온도 등을 고려한 시장의 전력수요의 최대값, 즉 최대부하량에 안정적인 공급을 위해 10% 정도를 추가한 정도의 양을 생산하게 되며, 소모되지 못한 전기는 그대로 사라지게 된다. 버려지는 전기의 손실을 줄이기 위해 에너지 저장 장치가 필요하며, 많은 국내 민영기업, 공기업 간의 업무제휴를 통해 고효율의 에너지 저장 장치를 연구 개발 중에 있으며, 제주도에 국내 최초 8000kwh급 대용량 에너지 저장 장치를 갖춘 바 있다.
에너지관리부(400)는 상기 회생전력저장부 및 에너지저장부로부터 저장된 에너지 정보를 받고, 각각의 저장부(회생전력 저장부 및 에너지 저장부)를 관리(충전 및 방전 관리)한다.
에너지 저장 장치는 일반적으로 단위셀들이 모듈단위로 용접 등으로 융착 되어, 하나의 셀에 저전압이 발생할 경우 셀 손상으로 인해 모듈 단위로 교체를 해줘야 하기 때문에 셀 저전압 관리(배터리 셀 밸런싱 등), 셀 온도 관리 등 에너지 저장 장치의 지속적인 관리를 위해 배터리 관리 시스템(BMS: Battery Management System)이 필요하며, 배터리 관리 시스템이 포함된 에너지관리부(400)가 필요하다.
운행패턴분석부(500)는 상기 전동차로부터 전력소모량 정보를 받아, 전동차의 운행구간에 따른 전력소모량을 회귀분석을 이용하여 분석한다.
전동차는 운행 구간(오르막, 내리막, 커브 등)에 따라 전력 소비량이 달라지기 때문에, 운행 구간에 따른 전력 소비량 데이터를 축적하여, 이를 근거로 회귀분석을 이용하면, 추후 전동차의 운행 구간에 따른 전력 소비량을 예측할 수 있다.
회귀분석(regression analysis)이란 둘 또는 그 이상의 변수들간의 관계를 파악함으로써 어떤 특정한 변수(종속변수)의 값을 다른 한 개 또는 그 이상의 변수(독립변수)들로부터 설명하고 예측하는 통계적 기법이다.
즉, 회귀분석은 상관관계의 연관성(association)과 인과모형의 인과성(causation)을 종합한 개념으로 정리할 수 있다. 또한 회귀분석은 계량적 종속변수와 하나 혹은 그 이상의 독립변수들 간의 관련성을 분석하는 데 있어 매우 강력한 분석력을 갖고 있으며, 또한 적응성이 뛰어난 특성을 가지고 있다. 회귀분석의 일반적인 형태는 1차 방정식의 함수관계로 나타난다.
또한, 회귀분석은 단순회귀분석(simple regression analysis)과 다중회귀분석(multiple regression analysis)으로 나뉘며, 단순회귀분석은 한 개의 독립변수를 이용하여 종속변수를 설명, 예측하는 것으로 회귀분석의 가장 단순한 형태이고, 다중회귀분석은 여러개의 독립변수와 종속변수 사이의 관계를 설명, 예측하고자 할 때 사용할 수 있는 분석 방법이다.
회귀 분석은 한 변수를 이용하여 다른 변수의 값을 설명하거나 예측할 수 있는 모형으로 자료를 분석하는 것이다. 이때 설명하는 변수를 독립 변수 또는 설명 변수라 하고 설명이 되거나 예측이 되는 변수를 종속 변수 또는 반응 변수라고 한다. 설명하는 독립 변수가 하나인 경우 단순 회귀 분석, 설명하는 독립 변수가 두 개 이상인 경우는 다중 회귀 분석이라고 한다.
결정계수(R2)는 표본회귀선이 종속변수인 Y의 변동량을 어느정도 설명해주느냐를 나타내주며, SSR/SST(SSR: Model의 Sum of square 값, SST: Corrected Total의 Sum of square 값)의 결과값으로 구할 수 있다. 회귀분석에서 산출된 회귀 계수들을 이용하여 결정계수 값이 높을수록 신뢰도가 높다.
소비패턴분석부(600)는 철도역사로부터 전력소모량 정보를 받아, 철도역사의 전력소모량을 회귀분석을 이용하여 분석한다.
철도역사는 철도역 건물을 말하며, 조명, 냉방, 난방, 전기기기 등의 사용으로 소모되는 전력소모량 정보를 축적하여, 이를 근거로 회귀분석을 이용하면 계절 및 환경에 따른 철도역사에서 소모될 전력 소비량을 예측할 수 있다.
사용량분석부(700)는 전력계통으로부터 사용된 전력량을 회귀분석을 이용하여 분석한다.
즉, 사용량분석부(700)는 전력계통으로부터 사용된 전력량을 회귀분석을 이용하여 분석한다. 전력계통은 발전소 등으로부터 생산된 전력을 철도 전력망에 공급하는 전력 설비를 모두 통칭(예: 한전으로부터 공급받는 전력)한다. 일반적으로, 전력계통으로부터 공급된 전력을 전력배전반(154kV 배전반)과 변압기(스코트 변압기)를 거쳐 철도 차량 전력망으로 공급함과 더불어, 배전반(154kV 배전반)과 고배용 변압기 및 배전반(AC 6.6kV 배전반)을 통해 철도 역사 전력망으로 공급할 수 있으며, 이들의 사용량을 관리하는 것은 중요하다. 이는, 전력 샤용량의 피크치를 기준으로 전기요금의 변화가 크기 때문이며, 피크치가 갑자기 높아지는 것을 방지하기 위해, 사용량 분석부(700)가 필요하다. 사용량 분석부(700)는 전력계통으로부터 사용된 전력량 정보를 축적하여, 이를 근거로 회귀분석을 이용하면 계절 및 환경에 따라 전력계통으로부터 사용된 전력량을 예측할 수 있으며, 이를 근거로 전력 사용 계획을 수립할 수 있다. 예를 들어, 한여름 냉방기의 과다 사용으로 전력 피크치가 높아질 경우를 대비하여, 전력 사용량이 낮은 시간대에 회생전력 저장부 및 에너지 저장부에 최대한 에너지를 저장하고, 전력 사용량이 가장 높아지는 시간대에 회생전력 저장부 및 에너지 저장부에 저장된 에너지를 사용하도록 제어하면 전력계통으로부터 공급받아 사용되는 전력의 피크치를 최대한 낮추어 전기사용 요금을 낮출 수 있다.
통합제어부(800)는 상기 운행패턴 분석부로부터 전동차의 운행패턴을 분석한 정보를 바탕으로, 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하고, 상기 사용량 분석부로부터 전력계통으로부터 사용된 전력량 및 상기 에너지관리부로부터 각각의 저장부(회생전력 저장부 및 에너지 저장부)에 저장된 에너지정보를 바탕으로 전동차에 공급해야 할 장치(전력계통, 회생전력 저장부 및 에너지 저장부)를 판단하여, 해당 장치가 전동차에 에너지를 공급하도록 제어신호를 보낸다.
즉, 통합제어부(800)는 입력받은 모든 정보를 통합 관리하며, 이 정보들을 근거로 최고의 효율을 낼 수 있는 전력 운용 계획을 세우고, 이를 바탕으로 전력 공급을 제어한다.
여기서, 운용 계획은 어느 구간에서 얼마만큼의 전기가 사용될지 예측이 가능하기 때문에, 해당 구간에 어떤 전기(한전으로부터 공급된 전기, 회생전력저장부에 저장된 전기, 어떤 섹터의 에너지저장장치에 저장된 전기 등)를 공급할지 계획하는 것을 말한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템은 상기 전동차로부터 전동차 상태정보를 입력받아, 전동차의 성능을 분석 및 예측하는 전동차분석부(150)를 포함하되, 상기 통합제어부가 상기 전동차분석부(150)의 분석 및 예측 정보를 추가 근거자료로 활용하여 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 전동차 상태정보는 전동차의 제조사, 제조일자, 사양, 점검이력, 부품교체이력 등이 될 수 있다. 이러한 전동차 상태정보를 바탕으로 상기 전동차분석부(150)는 전동차의 상태를 분석할 수 있으며, 전동차의 평지에서의 연비(전기공급량 대비 주행거리), 수명, 전동차의 구간별 전기 소모량 등을 예측할 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템은 감지부(910) 및 관제부(900)를 포함하되, 상기 통합제어부가 상기 관제부로부터 받은 감지정보를 추가 근거자료로 활용하여 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
감지부(910)는 차축온도, 레일온도, 지장물 및 환경(지진, 기상 등) 중 선택되는 적어도 하나를 감지하며 복수 개 구성된다.
관제부(900)는 각각의 상기 감지부로부터 감지정보를 입력받아, 상기 통합제어부로 감지정보를 전송한다.
즉, 상기 감지부(910)는 전동차의 주행 중 전기공급이 예상보다 증가 또는 감소되는 구간을 예측할 수 있는 근거자료를 확보하여 전동차의 주행 중 전기공급이 예상보다 증가 또는 감소되는 구간을 예측할 수 있으며, 관제부(900)는 이를 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하는 연산에 피드백 시킬 수 있다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100: 전동차 150: 전동차분석부
200: 회생전력생성부 250: 회생전력저장부
300: 발전부 350: 에너지저장부
400: 에너지관리부
500: 운행패턴분석부
600: 소비패턴분석부
700: 사용량분석부
800: 통합제어부
900: 관제부 910:　감지부

Claims (1)

  1. 전동차(100);
    상기 전동차가 전기적으로 제동할 때 회생전력을 생성하는 회생전력생성부(200);
    상기 회생전력생성부로부터 발생된 회생전력을 저장하는 회생전력저장부(250);
    철도 역사, 선로 및 차량에 설치된 태양광, 풍력 및 수소발전 중 선택되는 어느 하나를 이용하여 신재생 에너지를 생성하는 다수의 발전부(300);
    상기 발전부와 각각 전기적으로 연결되어, 상기 발전부로부터 생성된 에너지를 저장하는 에너지저장부(350);
    상기 회생전력저장부 및 에너지저장부로부터 저장된 에너지 정보를 받고, 각각의 저장부(회생전력 저장부 및 에너지 저장부)를 관리(충전 및 방전 관리)하는 에너지관리부(400);
    상기 전동차로부터 전력소모량 정보를 받아, 전동차의 운행구간에 따른 전력소모량을 회귀분석을 이용하여 분석하는 운행패턴분석부(500);
    철도역사로부터 전력소모량 정보를 받아, 철도역사의 전력소모량을 회귀분석을 이용하여 분석하는 소비패턴분석부(600);
    전력계통으로부터 사용된 전력량을 회귀분석을 이용하여 분석하는 사용량분석부(700); 및
    상기 운행패턴 분석부로부터 전동차의 운행패턴을 분석한 정보를 바탕으로, 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하고, 상기 사용량 분석부로부터 전력계통으로부터 사용된 전력량 및 상기 에너지관리부로부터 각각의 저장부(회생전력 저장부 및 에너지 저장부)에 저장된 에너지정보를 바탕으로 전동차에 공급해야 할 장치(전력계통, 회생전력 저장부 및 에너지 저장부)를 판단하여, 해당 장치가 전동차에 에너지를 공급하도록 제어신호를 보내는 통합제어부(800);를 포함하고,
    스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템은
    차축온도, 레일온도, 지장물 및 환경(지진, 기상 등) 중 선택되는 적어도 하나를 감지하는 복수의 감지부(910); 및
    각각의 상기 감지부로부터 감지정보를 입력받아, 상기 통합제어부로 감지정보를 전송하는 관제부(900);
    를 포함하되,
    상기 통합제어부가 상기 관제부로부터 받은 감지정보를 추가 근거자료로 활용하여 전동차에 공급해야 하는 에너지를 산출하는 것을 특징으로 하는 스마트 그리드 기반 전기 철도 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102580834B1 (ko) * 2023-03-27 2023-09-20 대아티아이 (주) 철도시설 회생전력을 활용한 수소 설비 사고 시나리오 도출 및 위험성 평가 플랫폼

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101224570B1 (ko) * 2011-12-12 2013-01-21 주식회사 우진산전 철도차량의 에너지 저장 시스템 기반 자동 튜닝 방법
JP2014073014A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Toshiba Corp 鉄道電力管理装置
KR101391124B1 (ko) 2012-11-08 2014-05-02 한국철도기술연구원 철도 전력망 통합 에너지 관리 시스템

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101224570B1 (ko) * 2011-12-12 2013-01-21 주식회사 우진산전 철도차량의 에너지 저장 시스템 기반 자동 튜닝 방법
JP2014073014A (ja) * 2012-09-28 2014-04-21 Toshiba Corp 鉄道電力管理装置
KR101391124B1 (ko) 2012-11-08 2014-05-02 한국철도기술연구원 철도 전력망 통합 에너지 관리 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102580834B1 (ko) * 2023-03-27 2023-09-20 대아티아이 (주) 철도시설 회생전력을 활용한 수소 설비 사고 시나리오 도출 및 위험성 평가 플랫폼

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