KR102112039B1

KR102112039B1 - 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법 및 그 시험장치

Info

Publication number: KR102112039B1
Application number: KR1020180168925A
Authority: KR
Inventors: 류준형; 김재원; 이재범; 김길동; 조인호; 이장무
Original assignee: 한국철도기술연구원
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2020-06-15

Abstract

전기철도차량을 이용한 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법 및 그 시험장치가 개시된다. 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치는, 기동시퀀스 확인부, 충전 시작동작 확인부, 충전모드중 기능 확인부, 충전완료동작 확인부, 방전모드중 기능확인부, 회생제동 연계 확인부, 및 재충전 동작모드 확인부를 포함한다. 기동시퀀스 확인부는 전차선 전원이 컨버터로 인가되는지 확인한다. 충전 시작동작 확인부는 충전모드 시작을 위한 연계 동작으로서 주간제어기 상태를 인지하여 컨버터 기동을 확인한다. 충전모드기능 확인부는 에너지 저장매체로의 충전 시작 및 TCMS(Train Control and Monitoring System)에 충전 상태가 전달되는지를 확인한다. 충전완료동작 확인부는 TCMS가 추진제어용 전력변환장치 컨버터 스위칭 정지 및 집전장치 하강을 확인한다. 방전모드중 기능 확인부는 인버터부가 직류단 전압을 감시하여 견인 전동기 제어 시작을 확인한다. 회생제동 연계 확인부는 방전모드 중 전압 상승시 충전 모드로 전환하여 회생을 확인한다. 재충전 동작모드 확인부는 차량의 정지상태를 확인하고 재충전 모드 준비를 한다.

Description

교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법 및 그 시험장치{METHOD AND APPARATUS FOR TESTING A CATENARY FREE DRIVING PERFORMANCE OF AC/DC COMBINED ELECTRIC TRAIN}

본 발명은 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법 및 그 시험장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 역사급속충전 방식의 무가선 전기철도차량으로서의 성능검증을 확인할 수 있게 하는 전기철도차량을 이용한 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법 및 그 시험장치에 관한 것이다.

일반적으로, 현재의 역사에서 다음 역까지 이동이 필요한 에너지를 충전하여 무가선으로 역간 주행하는 역사급속충전 방식의 무가선 전기철도차량은 역간 주행에 필요한 에너지를 회생제동 에너지흡수와 함께 고려하여, 정거장에서 정차하는 동안인 약 20여초 이내에 급속충전으로 에너지를 저장하고, 전차선 없이 다음 역까지의 구간을 주행할 수 있는 것을 특징으로 한다.

이러한 역사급속충전방식의 무가선 전기철도차량은 급속충방전을 위한 급속 충방전 시스템(전용 전력변환장치와 에너지저장장치로 구성)이 필요하며 해외에서는 주로 DC 750V 전기철도차량에 적용되어 운행되고 있다. 철도연이 개발한 DC 1500V 입력전압 기반 급속 충방전 시스템은 DC 1500V 직류 전기철도차량뿐만 아니라 교직겸용 대형 전기철도차량에도 적용이 가능하다.

하지만, 직류 전기철도차량과는 다르게 교직겸용 전기철도차량에 급속 충방전 시스템을 적용한 사례가 없고, 전기철도차량과 급속 충방전 시스템 간의 인터페이스를 고려해야 하기 때문에 전기철도차량에 설치 후 기존 전기철도차량의 기동/운행 시퀸스를 활용하여 시험을 진행할 경우 안전을 포함한 다양한 문제에 대한 대처가 불가능하다.

따라서, 안전 문제, 기술적 조치 등을 고려하기 위해서는 새로운 기동/운행 시퀸스를 적용해야 할 뿐만 아니라, 다양한 보호 알고리즘/장치 및 모니터링이 수반되어야 할 필요가 있다.

한국등록특허 제10-1776008호(2017.09.01.)(급속 충전을 통한 정거장 간 전동차 운행시스템) 한국등록특허 제10-1913314호(2018.10.24.)(전기 철도 차량의 급속 충방전을 위한 시스템 및 방법) 한국등록특허 제10-1066765호(2011.09.15.)(차량용 에너지 조정 시스템) 한국등록특허 제10-1770593호(2017.08.17.)(다중 분산형 DC-DC 컨버터를 이용한 급속충방전이 가능한 전력 저장시스템)

본 발명의 목적은 개발된 DC 1500V 급속 충방전 시스템을 교직겸용 대형 전기철도차량에 적용하여 역사급속충전 방식의 무가선 전기철도차량으로서의 성능검증을 확인할 수 있게 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법을 수행하기 위한 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법은, 전기철도차량의 기동시퀀스를 확인하는 단계; 상기 기동시퀀스를 확인한 후, 상기 전기철도차량의 충전 모드 시작을 확인하는 단계; 상기 충전 모드 시작을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 충전 모드 기능을 확인하는 단계; 상기 충전 모드 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 충전 완료 기능을 확인하는 단계; 상기 충전 완료 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 방전 모드 기능을 확인하는 단계; 상기 방전 모드 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 회생제동 연계 기능을 확인하는 단계; 및 상기 회생제동 연계 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 재충전 모드 기능을 확인하고, 상기 기동시퀀스를 확인하는 단계로 피드백하는 단계를 포함한다.

일실시예에서, 상기 전기철도차량의 기동시퀀스를 확인하는 단계는, 상기 전기철도차량의 키가 온되는지를 확인하는 단계; 상기 전기철도차량의 역전기가 전진되는지를 확인하는 단계; 상기 전기철도차량의 제어전원이 투입되는지를 확인하는 단계; 상기 전기철도차량의 집전장치가 상승되는지를 확인하는 단계; 및 상기 전기철도차량의 주회로차단기가 투입되는지를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 충전 모드 시작을 확인하는 단계는, 상기 전기철도차량의 주간제어기가 제동 상태로 전환되었는지를 확인하는 단계; 추진제어용 전력변환장치의 컨버터의 기동을 확인하는 단계; 및 인버터의 직류고속차단기가 온되는지를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 충전 모드 기능을 확인하는 단계는, DC 링크단의 전압을 확인하는 단계; DC 링크단의 전압이 설정값보다 큰 것으로 체크되면, DC-DC 컨버터 충전 시작을 확인하는 단계; 및 상기 전기철도차량의 종합제어장치(Train Control and Monitoring System, TCMS) 충전중 현시를 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 충전 완료 기능을 확인하는 단계는, DC-DC 컨버터의 스위칭 정지를 확인하는 단계; 상기 전기철도차량의 종합제어장치(TCMS) 충전완료 현시를 확인하는 단계; 상기 전기철도차량의 주간제어기(master controller)에 의한 중립 전환을 확인하는 단계; 추진제어용 전력변환장치의 컨버터의 스위칭 정지와, 인버터 고속차단기(HSCB)의 오프를 확인하는 단계; 및 주회로차단기(MCB) 차단과, 집전장치의 하강 상태를 종합제어장치를 통해 DC-DC 컨버터로 전달하고 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 방전 모드 기능을 확인하는 단계는, 상기 전기철도차량의 종합제어장치(TCMS)가 DC-DC 컨버터로 부터 출력되는 방전 모드 개시 신호를 확인하는 단계; DC-DC 컨버터 방전모드로 전환을 확인하는 단계; 상기 전기철도차량의 주간제어기가 역행 상태로 전환되었는지를 확인하는 단계; 직류단의 전압이 설정값보다 큰지의 여부를 체크하는 단계; 상기 직류단의 전압이 설정값보다 큰 것으로 체크되면, 인버터 HSCB 온과 추진제어용 전력변환장치 인버터 기동을 확인하는 단계; 및 속도가 올라간 후 주간제어기가 제동 상태로 전환하는 것을 확인하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 회생제동 연계 기능을 확인하는 단계는, 상기 전기철도차량의 제동상태 전환에 따라 추진제어장치 회생 제동을 확인하는 단계; 상기 전기철도차량의 정지 여부를 확인하는 단계; 상기 전기철도차량이 정지하지 않은 것으로 체크되면, DC-DC 컨버터 방전모드로의 전환을 확인하는 단계; 및 DC-DC 컨버터 충전모드로의 전환을 확인하는 단계; 아날로그-디지털 변환오차와 직류단 전압의 유동의 요인으로 의도하지 않게 충/방전 모드의 전환이 이루어지는 것을 차단하기 위해 직류단 전압을 기준으로 일정 구간의 변동 제한폭을 두고 이루어지도록 하는 히스테리시스 적용단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 상기 재충전 모드 기능을 확인하는 단계는, 상기 전기철도차량이 정지한 것으로 체크되면, 인버터 및 HSCB 오프와, 재충전을 위한 집전장치 상승을 확인하는 단계; 및 상기 전기철도차량의 집전장치가 상승하고 제로속도계전기(ZVR, Zero Velocity Relay)가 온됨에 따라, DC-DC 컨버터에 재충전 모드 대기를 확인한 후, 상기 주회로차단기를 투입하는 단계로 피드백하는 단계를 포함할 수 있다.

일실시예에서, 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법은 상기 전기철도차량의 보호동작 기능을 확인하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치는, 기동시퀀스 확인부, 충전 시작동작 확인부, 충전모드중 기능 확인부, 충전완료동작 확인부, 방전모드중 기능 확인부, 회생제동 연계 확인부, 및 재충전 동작모드 확인부를 포함한다. 상기 기동시퀀스 확인부는 전차선 전원이 컨버터로 인가되는지 확인한다. 상기 충전 시작동작 확인부는 충전모드 시작을 위한 연계 동작으로서 주간제어기 상태를 인지하여 컨버터 기동을 확인한다. 상기 충전모드중 기능 확인부는 에너지 저장매체로의 충전 시작 및 TCMS(Train Control and Monitoring System)에 충전 상태가 전달되는지를 확인한다. 상기 충전완료동작 확인부는 TCMS가 추진제어용 전력변환장치 컨버터 스위칭 정지 및 집전장치 하강을 확인한다. 상기 방전모드중 기능 확인부는 인버터부가 직류단 전압을 감시하여 견인 전동기 제어 시작을 확인한다. 상기 회생제동 연계 확인부는 방전모드 중 전압 상승시 충전 모드로 전환하여 회생을 확인한다. 상기 재충전 동작모드 확인부는 차량의 정지상태를 확인하고 재충전 모드 준비를 한다.

일실시예에서, 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치는, 에너지 저장매체의 방전에 따른 기동불능 상황 방지를 위해 TCMS를 통해 기관사가 인지하도록 하는 보호동작 기능 확인부를 더 포함할 수 있다.

이러한 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법 및 그 시험장치에 의하면, 무가선 운행 추진시스템을 적용한 교직겸용 전기철도차량의 성능검증에 필요한 철도차량 인터페이스 및 기동시퀀스 제어 등에 관한 시험방법을 통해, 전기철도차량 및 장치 간의 연계 동작이 원활하게 수행되는지를 평가할 수 있다. 즉, 교직겸용 전기철도차량에 급속 충방전 시스템을 적용하여 성능검증시험을 수행할 때 장치 간 연계동작 확인에 활용이 가능하다.

도 1은 전기철도차량의 일반적인 기동시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2a는 기존 전기철도차량의 일반적인 추진시스템의 구성도이고, 도 2b는 역사급속충전방식이 적용된 전기철도차량의 추진시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 DC 1500V 급속 충방전 시스템을 교직겸용 전기철도차량에 적용한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 DC 1500V 급속 충방전 시스템의 인터페이스를 설명하기 위한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 전기철도차량의 일반적인 기동시퀀스를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1을 참조하면, 전기철도차량의 키를 온하고, 역전기는 전진 상태로 두면(단계 S10), 제어전원이 투입되며(단계 S20), 집전장치(Pantograph)를 는 상승시킨 후(단계 S30), 보조전원용 전력변환장치가 기동된다(단계 S40). 여기서, 집전장치는 전기철도차량의 지붕에 장치한 마름모꼴로 접을 수 있게 짠 틀 위에 가선과 접촉하는 집전부를 갖춘 것인데, 스프링 또는 압축공기의 힘으로 가선이 밀착하도록 밀어 올린다.

주간제어기가 역행으로 전환하고(단계 S50), 추진제어용 전력변환장치가 기동된다(단계 S60).

이처럼, 일반적인 전기철도차량은 상술된 전기철도차량 기동시퀸스와 같이 집전장치를 통하여 전차선으로부터 전기에너지를 공급받아 추진제어용 전력변환장치를 통해 이동하고 보조전원용 전력변환장치를 통해 제어 및 전기장치에 전기를 공급한다.

도 2a는 기존 전기철도차량의 일반적인 추진시스템의 구성도이고, 도 2b는 역사급속충전방식이 적용된 전기철도차량의 추진시스템의 구성도이다.

도 2a를 참조하면, 철로 위를 주행하는 전기철도차량은 전차선에 흐르는 AC전원을 DC전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터에 의해 변환된 DC전원을 다시 AC전원으로 변환하여 모터를 구동하는 DC-AC 인버터를 포함하여 주행 등을 위한 전원을 공급받는다.

도 2b를 참조하면, 역사금속충전방식이 적용된 전기철도차량은 전차선에 흐르는 AC전원을 제1 DC전원으로 변환하는 AC-DC 컨버터, AC-DC 컨버터에 의해 변환된 제1 DC전원을 다시 AC전원으로 변환하여 모터를 구동하는 DC-AC 인버터, AC-DC 컨버터에 의해 변환된 제1 DC전원과 제2 DC전원을 양방향 DC-DC 컨버터을 통해 변환하여 에너지저장장치(ESS)에 저장하거나 무가선 주행 때 인버터로 주행을 위한 에너지를 공급하는 급속충방전 시스템이 있다.

이처럼, 교직 전기철도차량에 급속 충방전 시스템을 적용시 AC 전차선의 전압을 DC로 변환하는 DC 링크단에 DC-DC 컨버터와 에너지 저장매체가 연결되므로 두 장치간의 인터페이스를 반영하여 집전장치의 상승, 충전모드, 집전장치의 하강, 주행(방전모드), 제동(회생시 충전모드) 동작 등이 잘 동작되는지 스텝-바이-스텝 확인하여 성능시험을 진행해야 한다.

또한 DC 전용차량에는 없는 직류 철도차량에 구성되지 않은 주회로차단기(MCB), 주변압기, 교류-직류 전력변환 컨버터 등의 장치간 동작 연동을 고려해야 한다.

이외에도 변환된 에너지가 저장되는 에너지저장장치(ESS)의 경우, 슈퍼커패시터로 구성되어 빠른 응동이 가능하지만 ESS의 출력전압이 만충시 전압의 1/2이하로 떨어지면 DC/DC 컨버터의 동작가능 범위를 초과할 우려도 있기 때문에 이에 대해 보호 및 운행자에 대한 알람과 같은 보호동작 기능이 필요하다.

본 발명은 개발된 DC 1500V 급속 충방전 시스템을 교직겸용 대형 전기철도차량에 적용하여 역사급속충전 방식의 전기철도차량으로서의 무가선 운행성능검증을 확인할 수 있게 하는 최적의 시험 방법 및 시험장치를 제시한다. 이에 따라, 인터페이스 및 시퀀스 제어 등에 관한 시험방법 및 그 시험장치를 통해 최적의 성능검증이 가능하다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 DC 1500V 급속 충방전 시스템을 교직겸용 전기철도차량에 적용한 블록도이다.

도 3을 참조하면, DC 1500V 급속 충방전 시스템은 집전장치을 통해 입력되는 전원을 온/오프 제어하는 주회로차단기(510), 주회로차단기(510)의 온에 따라 집전장치을 통해 입력되는 전원을 변압하는 주변압기(520), 주변압기(520)에 연결되어 구동모터(TM)에 전원을 공급하는 추진제어용 전력변환장치(530), 무가선 운행시 에너지저장장치의 에너지를 추진제어용 전력변환장치(530)을 통해 추진제어용 제어변환장치에 공급하고 역사에서 급속으로 충전하여 에너지저장장치에 저장할 수 있게 하는 제1 DC-DC 컨버터(540)를 포함한다. 여기서, 추진제어용 전력변환장치(530)는 주변압기(520)에 연결되어 교류전원을 직류전원으로 변환하는 제1 컨버터(532), 및 제1 컨버터(532)의 출력단에 연결된 제1 인버터(534)를 포함한다.

부가적으로, DC 1500V 급속 충방전 시스템은 주변압기(520)에 연결되어 전기철도차량에 구비되는 제어장치, 냉난방 장치, 전등류 등과 같은 각종 전기장치 로드에 전원을 공급하는 보조전원용 전력변환장치(560), 무가선 운행시 에너지저장장치의 에너지를 보조전원용 전력변환장치(560)를 통해 차량의 제어, 냉난방, 전등과 같은 전기부하에 공급하고 역사에서 급속으로 충전하여 에너지저장장치에 저장할 수 있게 하는 제2 DC-DC 컨버터(570)를 포함한다. 여기서, 보조전원용 전력변환장치(560)는 주변압기(520)에 연결되어 교류전원을 직류전원으로 변환하는 제2 컨버터(562), 및 제2 컨버터(562)의 출력단에 연결된 제2 인버터(564)를 포함한다.

도 3에서, 보조전원용 전력변환장치(560) 및 추진제어용 전력변환장치(530)의 급속 충방전 시스템(양방향 DC-DC 컨버터와 에너지저장장치로 구성)을 별도로 구성한 것으로 도시하였으나, 급속 충방전 시스템을 공유하게 구성할 수도 있다.

교직겸용 전기철도차량에 적용되는 DC 1500V 급속 충방전 시스템은 교류-직류 전력변환용 컨버터의 출력 직류단에 연결되고, 에너지 저장매체 충전용 DC-DC 컨버터의 동작을 위해서는 집전장치의 상태, 주회로차단기(510)의 상태, 전력변환장치(컨버터 및 인버터)의 상태, 전기철도차량 기동 시퀀스의 상태 등과 같은 관련 정보가 필요하다(두 장치간 인터페이스 고려).

역사급속충전 방식 전기철도차량의 기동시퀀스는 에너지 저장장치(ESS)를 충전하고, 전력변환장치의 DC-DC 컨버터로부터 필요한 에너지를 공급받는 시퀀스 및 장치간 상태정보에 대한 감시 기능의 추가가 필요하다.

DC 1500V 급속 충방전 시스템의 내부 장치간, 즉 DC/DC 컨버터와 에너지저장장치 간에는 정보전달을 위한 시리얼 통신라인을 적용하였고, DC/DC 컨버터와 전기철도차량간에는 도 4에 도시된 바와 같은 인터페이스를 구성하여 적용하였다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 DC 1500V 급속 충방전 시스템의 인터페이스를 설명하기 위한 블록도이다.

도 4를 참조하면, 전기철도차량의 컨버터/인버터와 종합제어장치(TCMS) 간에는 MVB(Multifunction Vehicle Bus) 통신이 적용되었다. MVB 통신 방식은 전기철도차량 내에 여러 장치들과 연결되어 상호 통신하는 방식이다. 또한 전기철도차량의 종합제어장치(TCMS)는 급속 충방전 시스템의 DC-DC 컨버터에 컨버터 동작 신호(CONVON), 인버터 동작 신호(INVON), 컨버터 결함 신호(CONVFAULT), 인버터 결함 신호(INVFAULT), 판토그래프 등과 같은 집전장치 동작 완료 신호(OKPANOFF)를 제공하도록 인터페이스를 구성하였다.

급속 충방전 시스템의 DC-DC 컨버터는 종합제어장치(TCMS)에 충전 완료 신호(CHARGEEND), 방전 신호(DISCHARON), DC-DC 컨버터의 결함 신호(DCDCFAULT)를 제공하도록 인터페이스를 구성하였다.

주간제어기(Master controller)는 DC-DC 컨버터에 역행(가속) 신호(PWR), 제동 신호(BRK)를 제공하도록 인터페이스를 구성하였다. 여기서, 주간제어기는 기관사 제어대에 장착되어 수동 운전시 열차의 속도를 조절하고 제동을 제어하는데 사용하는 장치로서 다양한 단계의 역행, 중립, 다양한 단계의 제동 등으로 구성된 위치에 있게하여 차량의 속도나 제동을 기관사가 제어할 수 있게 한다.

전기철도차량과 DC-DC 컨버터 간의 연계는 직접적인 통신보다는 시험의 위험성을 낮추기 위해 전선과 같은 하드 와이어로 구성하는 것이 바람직하다.

상기한 인터페이스를 구현하는 장치 중 하나로 충방전 모드 상태를 스위치를 통해 전기철도차량에 알려주고, 각종 신호에 대해 램프로 현시할 수 있어 장치간 연계동작을 시험자가 개입하여 스텝-바이-스텝 확인을 할 수 있게 하여 시험 안전성을 높일 수 있는 인터페이스 박스(I/F 박스)를 시험장치로서 별도 구성할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치(600)를 설명하기 위한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치(600)는, 기동시퀀스 확인부(610), 충전시작동작 확인부(620), 충전모드중 기능 확인부(630), 충전완료동작 확인부(640), 방전모드중 기능 확인부(650), 회생제동 연계 확인부(660), 재충전 동작모드 확인부(670), 및 보호동작 기능 확인부(680)를 포함한다.

기동시퀀스 확인부(610)는 전차선 전원이 AC-DC 컨버터로 인가되는지를 확인한다. 구체적으로, 전기철도차량의 집전장치가 상승하면, 기동시퀀스 확인부(610)는 전차선 전압을 확인한 후, 주회로차단기(MCB)가 투입되었는지를 확인한다. 또한 기동시퀀스 확인부(610)는 주변압기를 통하여 입력되는 전차선 전원이 추진제어용 전력변환장치(530, 도 3에 도시됨) 및 보조전원장치용 전력변환장치(560, 도 3에 도시됨) 각각의 AC-DC 컨버터에 인가중인지를 확인한다. 또한 기동시퀀스 확인부(610)는 추진제어용 전력변환장치와 DC-DC 컨버터가 제어기만 동작하고 있는 상태에서 기동을 대기하고 현재상태를 유지하는지를 확인한다.

충전 시작동작 확인부(620)는 충전모드 시작을 위한 연계 동작으로서 주간제어기의 상태를 인지하여 추진제어용 전력변환장치 컨버터(530)의 기동을 확인한다. 구체적으로, 충전을 위하여 주간제어기가 제동 위치로 이동되면, 충전시작 동작부(620)는 주간제어기의 상태를 인지하여 추진제어용 전력변환장치의 AC-DC 컨버터의 기동 상태를 확인한다. 또한 DC-LINK 즉 직류단 전압이 설정값까지 상승되었는지를 센싱 및 확인한다. 또한 충전 시작동작 확인부(620)는 인버터의 입력단이 되는 고속차단기(HSCB)의 접점이 클로즈 상태인지를 확인한다.

충전모드중 기능 확인부(630)는 DC-DC 컨버터 및 에너지 저장장치의 충전 상태에 대해 종합제어장치(Train Control and Monitoring System, TCMS)로 충전 중임을 전달한다.

충전완료동작 확인부(640)는 TCMS에 충전완료 상태를 전달한다. 구체적으로, 충전완료동작 확인부(640)는 충전 완료시 DC-DC 컨버터가 전력변환을 위해 스위칭을 정지하는지를 확인한다. 또한 충전완료동작 확인부(640)는 충전 완료 상태를 종합제어장치(TCMS)로 전달하고 운전석의 표시장치(DU)에 충전완료 메시지가 현시되는지를 확인한다. 또한 기관사가 표시장치(DU) 상의 충전 완료 표시를 확인하여 주간제어기를 중립(N)으로 이동하면, 충전완료동작 확인부(640)는 종합제어장치(TCMS)가 추진제어용 전력변환장치의 컨버터부의 스위칭을 정지하는지를 확인한다. 또한 충전완료동작 확인부(640)는 주회로차단기(MCB)를 차단한 후 집전장치가 하강하는지를 확인하고 TCMS가 집전장치 동작완료 신호를 DC-DC 컨버터로 전달하는지 확인한다.

방전모드중 기능 확인부(650)는 방전동작을 확인한다. 구체적으로, 방전모드중 기능 확인부(650)는 DC-DC 컨버터가 방전모드를 시작하여 직류단 전압을 확립하고 방전모드 개시를 종합제어장치(TCMS)에 전달한다. 또한 기관사가 표시장치 상의 방전모드 표시를 확인하여 주간제어기를 역행 위치로 이동하면, 방전모드중 기능 확인부(650)는 추진제어용 전력변환장치의 인버터부가 직류단 전압을 감시하며 조건 충족 시 기동시퀀스를 수행하여 견인전동기의 제어를 시작하는지를 확인한다. 또한 속도의 상승에 따른 주행을 확인한다.

회생제동 연계 확인부(660)는 방전모드 중 전압 상승시 충전 모드로 전환하여 회생을 확인한다. 여기서, 회생제동(regenerative brake)은 전기철도차량의 전기제동의 하나로 주전동기(main motor)를 발전기(generator)로 하여 발생하는 전력을 전차선을 거쳐서 다른 역행(powering)하는 전기차량에서 소비시키든가 또는 회생제동용 저항을 이용하여 발생하는 전력을 소비하게 하는 방식이다.

구체적으로, 회생제동 연계 확인부(660)는, 제동을 취급하게 되면 회생제동을 수행하는데 이때 발생하는 회생에너지를 에너지 저장매체로 충전하기 위하여, DC-DC 컨버터가 방전모드 중에도 직류단 전압을 지속적으로 감시하는 기능을 확인한다. 또한 회생제동 연계 확인부(660)는 방전모드 중 직류단 전압이 정해진 값 이상으로 상승하는 경우 충전모드로 전환하여 회생에너지 저장 동작을 확인한다. 또한 회생제동 연계 확인부(660)는, 직류단 전압이 다시 정해진 값 이하로 하강하는 경우, 방전모드로 전환하여 추진제어용 인버터에 전력공급 기능을 확인한다. 이 때 DC-DC 컨버터의 충전모드와 방전모드 전환이 직류단 전압의 크기에 따라 이루어지는데 아날로그-디지털 변환 오차와 직류단 전압의 유동 등의 요인으로 인하여 의도하지 않게 충/방전모드의 전환이 이루어질 수 있기 때문에, 해당 모드 전환은 직류단 전압을 기준으로 일정 구간의 변동 제한폭을 두고 이루어지도록 히스테리시스(Hysteresis)를 사용한다.

재충전 동작모드 확인부(670)는 재충전 동작을 위한 조건을 확인한다. 구체적으로, 재충전 동작모드 확인부(670)는, 재충전을 위하여 충전장소에 정지하면 기관사가 집전장치를 상승시키고 종합제어장치(TCMS)에서 집전장치 상승신호와 전기철도차량 정지상태를 검지하는 영속도 릴레이(ZVR) 신호를 논리합 연산하여 DC-DC 컨버터로 재충전 모드 준비 명령을 전달한다.

보호동작 기능 확인부(680)는 에너지 저장매체 과방전에 따른 기동불능 상황 방지 확인한다. 구체적으로, 보호동작 기능 확인부(680)는, 에너지 저장매체의 충전잔량(SOC; State Of Charge)에 따라 DC-DC 컨버터의 부스트(Boost) 전압에 제한이 걸릴 수 있기 때문에 시스템 보호를 위하여, 에너지 저장매체의 충전잔량(SOC)이 설정값 이하가 되면, 종합제어장치(TCMS)에 신호를 전달하여 기관사가 인지하도록 하여 에너지 저장매체의 방전에 따른 기동불능 등의 상황 방지 기능을 확인한다.

도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 일실시예에 따른 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 6a 내지 도 6d를 참조하면, 기동시퀀스 확인을 위해, 전기철도차량의 키가 온되고(단계 S110), 역전기가 전진되어(단계 S120) 제어전원이 투입됨에 따라(단계 S130), 전기철도차량의 집전장치는 충전을 위해 상승하여 전차선에 접촉하게 된다.(단계 S140).

이어, 전차선의 전압 확인 후 주회로차단기(MCB)가 투입된다(단계 S150).

상기한 단계 S110 내지 단계 S150은 교직겸용 전기철도차량의 기동 확인을 위한 단계들이다. 즉, 전기철도차량의 집전장치가 상승하고, 전차선 전압이 확인된 후 주회로차단기(MCB)가 투입된다. 이어, 주변압기를 통하여 전차선 전원이 전력변환장치(AC/DC 컨버터부)에 인가중인 상태를 확인한다. 또한 추진제어용 전력변환장치와 DC-DC 컨버터는 제어기만 동작하고 있는 상태에서 기동 대기 및 상태유지인지를 확인한다.

상기한 단계 S110 내지 단계 S150은 도 5에 도시된 기동시퀀스 확인부(610)에 의해 확인될 수 있다.

충전시작 동작 확인을 위해, 주간제어기(Master controller)를 제동(Braking) 위치로 이동시킨다(단계 S210).

이어, 주간제어기의 상태를 인지하여 추진제어용 전력변환장치의 컨버터의 기동 상태를 확인한다(단계 S220). 즉, AC전원을 DC전원으로 변환하는 컨버터의 출력단에서 직류단 전압이 정의된 값까지 상승되었는지 센싱 및 확인한다. 직류단 전압이 정의된 값까지 상승된 것으로 센싱되면 컨버터가 기동 상태인 것으로 확인될 수 있다.

이어, 인버터 입력단인 고속차단기(HSCB) 접점 클로즈를 확인한다(단계 S230).

상기한 단계 S210 내지 단계 S230은 충전 시작동작 확인을 위한 단계들이다. 즉, 주간제어기의 제동위치 상태를 인지하여 추진제어용 전력변환장치(AC/DC 컨버터부)의 기동 상태를 확인한다. 또한 직류단 전압이 정의된 값까지 상승되었는지 센싱 및 확인한다. 또한 인버터 입력단 고속차단기(HSCB) 접점이 클로즈 상태인지를 확인한다.

상기한 단계 S210 내지 단계 S230은 도 5에 도시된 충전시작동작 확인부(620)에 의해 확인될 수 있다.

충전 모드 진입을 확인하기 위해, 급속 충방전 시스템의 DC-DC 컨버터는 DC 링크인 직류단 전압을 감시하며, 대기 중인 상태에서 직류단 전압이 설정값보다 큰지의 여부를 체크한다(단계 S310). 직류단 전압이 충전모드 시작 가능한 전압인 설정값에 도달하면, 충전모드에 진입한다.

단계 S310에서 직류단 전압이 설정값보다 큰 것으로 체크되면, 에너지 저장매체로 에너지의 급속충전을 시작한다(단계 S320).

이어, DC/DC 컨버터 및 에너지 저장매체의 상태에 대해 종합제어장치(TCMS)로 충전중임을 알리는 상태를 전달하여 충전중이라는 메시지를 현시한다(단계 S330).

상기한 단계 S310 내지 단계 S330은 충전모드 진입의 확인을 위한 단계들이다. 즉, 급속 충방전 시스템의 DC-DC 컨버터는 DC 링크인 직류단 전압을 감시하며 대기 중인 상태에서 상술된 충전모드 시작 가능한 전압 도달시 충전모드에 진입한다. 에너지 저장매체로 에너지 급속충전을 시작하고, DC/DC 컨버터 및 에너지 저장매체의 상태에 대해 종합제어장치(TCMS)로 충전 중임을 알리는 상태 메시지를 전달한다.

상기한 단계 S310 내지 단계 S330은 도 5에 도시된 충전모드중 기능 확인부(630)에 의해 확인될 수 있다.

단계 S330에 이어, 충전 완료 기능을 확인하기 위해, 충전이 완료됨에 따라, DC-DC 컨버터는 전력변환을 위한 스위칭 정지를 확인한다(단계 S410).

이어, 충전 완료 상태를 종합제어장치(TCMS)로 전달하고, 운전석의 표시장치(DU)에 충전완료 메시지가 현시되는지를 확인한다(단계 S420).

이어, 기관사가 표시장치(DU) 상의 충전 완료 표시를 확인하여 주간제어기(Master controller)를 중립(N)으로 이동하면(단계 S430), 종합제어장치(TCMS)는 추진제어용 전력변환장치의 컨버터가 스위칭 정지되는지를 확인한다(단계 S440).

이어, 주회로차단기(MCB)를 차단한 후 집전장치가 하강하는지를 확인한다(단계 S450). 종합제어장치(TCMS)는 집전장치가 하강한 후 집진장치의 하강에 따른 신호를 DC-DC 컨버터에 전달한다.

상기한 단계 S410 내지 단계 S450은 충전 완료 동작의 확인을 위한 단계들이다. 즉, 충전 완료시 DC-DC 컨버터는 전력변환을 위한 스위칭 정지를 확인한다. 또한 충전 완료 상태를 종합제어장치(TCMS)로 전달하고 운전석의 표시장치(DU)에 충전완료 메시지가 현시되는지를 확인한다. 또한 기관사가 표시장치(DU) 상의 충전 완료 표시를 확인하여 주간제어기를 중립(N)으로 이동하면 종합제어장치(TCMS)는 추진제어용 전력변환장치의 컨버터부 스위칭 정지를 확인한다. 또한 주회로차단기(MCB)를 차단한 후 집전장치가 하강하는지를 확인한다. 또한 종합제어장치(TCMS)는 집전장치가 하강한 후 해당 신호를 DC-DC 컨버터로 전달한다.

상기한 단계 S410 내지 단계 S450은 도 5에 도시된 충전완료동작 확인부(640)에 의해 확인될 수 있다.

집전장치가 하강하는지를 확인한 후, 방전 동작을 확인하기 위해, 방전모드 동작을 시작하여 직류단 전압을 확립하고 방전모드 개시를 종합제어장치(TCMS)로 전달되는지를 확인한다(단계 S510).

이어, DC-DC 컨버터는 방전모드로 전환되었는지를 확인한다(단계 S520).

이어, 기관사가 표시장치(DU) 상의 방전모드 표시를 확인하여 주간제어기를 역행(Powering) 위치로 이동하면(단계 S530), 추진제어용 전력변환장치의 인버터부가 직류단 전압이 설정값보다 큰지의 여부를 체크한다(단계 S540).

단계 S540에서 직류단 전압이 설정값보다 큰 것으로 체크되면, 인버터의 HSCB가 접촉되고, 추진제어용 전력변환장치의 인버터 기동을 확인한다(단계 S550).

상기한 단계 S510 내지 단계 S550은 주행(방전모드) 동작의 확인을 위한 단계들이다. 즉, DC-DC 컨버터는 방전모드를 시작하여 직류단 전압을 확립하고 방전모드 개시 신호를 종합제어장치(TCMS)로 전달하는지 확인한다. 또한 기관사가 표시장치(DU) 상의 방전모드 표시를 확인하여 주간제어기를 역행 위치로 이동하면 추진제어용 전력변환장치의 인버터부가 직류단 전압을 감시하며 조건 충족시 견인전동기 제어가 시작되는지를 확인한다. 속도가 올라가며 주행을 확인하고 주간제어기 제동을 한다(단계 S560).

상기한 단계 S510 내지 단계 S560은 도 5에 도시된 방전모드 중 기능 확인부(650)에 의해 확인될 수 있다.

회생제동 연계 기능을 확인하기 위해, 추진제어장치를 회생제동한다(단계 S610).

이어, 철도차량이 정지하는지를 체크한다(단계 S620).

단계 S620에서 철도차량이 정지되지 않은 것으로 체크되면, 직류단 전압을 기준으로 일정 구간의 변동 제한폭을 두고 이루어지도록 하는 히스테리시스를 통해 체크한다(단계 S630).

단계 S630에서 상기 히스테리시스로 체크되지 않으면, DC-DC 컨버터 방전모드로 전환한 후(단계 S640), 단계 S620으로 피드백한다.

단계 S630에서 상기 히스테리시스로 체크되면, DC-DC 컨버터 충전모드로 전환한 후(단계 S650), 단계 S620으로 피드백한다.

상기한 단계 S710 내지 단계 S730은 방전모드 중 회생제동 연계 기능의 확인을 위한 단계들이다. 제동을 취급하게 되면 회생제동을 수행하는데, 이때 발생하는 회생에너지를 에너지 저장매체로 충전하기 위하여 DC-DC 컨버터는 방전모드 중에도 직류단 전압을 지속적으로 감시하는 기능을 확인한다. 방전모드 중 직류단 전압이 정해진 값 이상으로 상승하는 경우, 충전모드로 전환하여 회생에너지 저장 동작을 확인한다. 직류단 전압이 다시 정해진 값 이하로 하강하는 경우, 방전모드로 전환하여 추진제어용 인버터에 전력공급 기능을 확인한다.

상기한 단계 S710 내지 단계 S730은 도 5에 도시된 회생제동 연계 확인부(660)에 의해 확인될 수 있다.

재충전 모드 기능을 확인하기 위해, 인버터 고속도차단기(High Speed Circuit Breaker, HSCB)를 오프하고, 재충전을 위한 집전장치를 상승시킨다(단계 S710).

판토그래프와 같은 집전장치(Pan)가 업되고 전기철도차량의 정지상태를 검지하는 영속도 릴레이 신호가 온인지의 여부를 체크한다(단계 S720). 여기서, 영속도 릴레이 신호는 제로속도계전기(ZVR, Zero Velocity Relay)에서 출력된다. 제로속도계전기는 전동차 출입문 회로에 연결되어 전동차의 속도가 시속 5킬로미터 이상되면 출입문 열림회로를 차단하여 승무원이 실수로 출입문 열림스위치를 작동시켰을 경우라도 출입문이 열리는 것을 가장 큰 역할이다. 또한 제로속도계전기는 시속 5킬로미터 이하의 속도에서 운전경계장치의 동작을 무효화시켜서 정차시 기관사가 운전경계장치를 누르지 않아도 자동비상제동이 체결되는 것을 방지한다. 또한 제로속도계전기는 시속 5킬로미터 이상의 속도에서 제동체결시 역행회로의 출력을 차단하여 제동력을 확보하게 한다.

단계 S720에서 집전장치가 업되고 영속도 릴레이 신호가 온인 것으로 체크되면, DC-DC 컨버터 재충전모드를 대기한다(단계 S730).

상기한 단계 S710 내지 단계 S730은 재충전모드 기능의 확인을 위한 단계들이다. 즉, 재충전을 위하여 충전장소에 정지하면 기관사가 집전장치를 상승시키고 종합제어장치(TCMS)에서 집전장치 상승신호와 전기철도차량 정지상태를 검지하는 영속도 릴레이 신호를 논리합 연산(AND)하여 DC-DC 컨버터에 재충전 모드 준비 명령이 전달되는지를 확인한다.

상기한 단계 S710 내지 단계 S730은 도 5에 도시된 재충전모드 기능 확인부(670)에 의해 확인될 수 있다.

부가적으로, 시스템 보호를 위한 보호동작 기능을 확인할 수 있다. 즉, 에너지 저장매체의 충전잔량(SOC; State Of Charge)에 따라 DC-DC 컨버터의 부스트(Boost) 전압에 제한이 걸리기 때문에 시스템 보호를 위하여 에너지 저장매체의 충전잔량(SOC)이 정해진 값 이하가 되면 종합제어장치(TCMS)에 신호를 전달하여 기관사가 인지하도록 하여 에너지 저장매체 방전에 따른 기동불능 등의 상황 방지 기능을 수행한다.

상기한 보호동작 기능의 확인은 도 5에 도시된 보호동작 기능 확인부(680)에 의해 수행될 수 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 무가선 추진시스템을 적용한 교직겸용 전기철도차량의 성능검증에 필요한 철도차량 인터페이스 및 기동시퀀스 제어 등에 관한 시험방법을 통해, 전기철도차량 및 장치 간의 연계 동작이 원활하게 수행되는지를 평가할 수 있다. 즉, 교직겸용 전기철도차량에 급속 충방전 시스템을 적용하여 성능검증시험을 수행할 때 장치 간 연계동작 확인에 활용이 가능하다.

또한 본 발명에 따른 시험방법을 통해, I/F 박스를 이용하여 스텝-바이-스텝으로 장치간 연계동작을 확인하여 안전성을 확립시킴으로써, 향후 I/F 박스를 제거한 후 시험자의 개입없이 자동 동작으로 수행하도록 하여 실제 운행에 적용이 가능한 효과가 있다.

이상에서는 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 집전장치 200 : 구동모터
300 : 전력변환장치 400 : 배터리
410 보조 배터리 510 : 주회로차단기
520 : 주변압기 TM : 구동모터
530 : 추진제어용 전력변환장치 532 : 제1 컨버터
534 : 제1 인버터 540 : 제1 DC-DC 컨버터
560 : 보조전원용 전력변환장치 562 : 제2 컨버터
564 : 제2 인버터 570 : 제2 DC-DC 컨버터
610 : 기동시퀀스 확인부 620 : 충전시작동작 확인부
630 : 충전모드중 기능 확인부 640 : 충전완료동작 확인부
650 : 방전모드중 기능 확인부 660 : 회생제동 연계 확인부
670 : 재충전 동작모드 확인부 680 : 보호동작 기능 확인부

Claims

전기철도차량의 기동시퀀스를 확인하는 단계;
상기 기동시퀀스를 확인한 후, 상기 전기철도차량의 충전 모드 시작을 확인하는 단계;
상기 충전 모드 시작을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 충전 모드 기능을 확인하는 단계;
상기 충전 모드 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 충전 완료 기능을 확인하는 단계;
상기 충전 완료 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 방전 모드 기능을 확인하는 단계;
상기 방전 모드 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 회생제동 연계 기능을 확인하는 단계; 및
상기 회생제동 연계 기능을 확인한 후, 상기 전기철도차량의 재충전 모드 기능을 확인하고, 상기 기동시퀀스를 확인하는 단계로 피드백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제1항에 있어서, 상기 전기철도차량의 기동시퀀스를 확인하는 단계는,
상기 전기철도차량의 키가 온되는지를 확인하는 단계;
상기 전기철도차량의 역전기가 전진되는지를 확인하는 단계;
상기 전기철도차량의 제어전원이 투입되는지를 확인하는 단계;
상기 전기철도차량의 집전장치가 상승되는지를 확인하는 단계; 및
상기 전기철도차량의 주회로차단기가 투입되는지를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제1항에 있어서, 상기 충전 모드 시작을 확인하는 단계는,
상기 전기철도차량의 주간제어기가 제동 상태로 전환되었는지를 확인하는 단계;
추진제어용 전력변환장치의 컨버터의 기동을 확인하는 단계; 및
인버터의 직류고속차단기가 온되는지를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제1항에 있어서, 상기 충전 모드 기능을 확인하는 단계는,
DC 링크단의 전압을 확인하는 단계;
DC 링크단의 전압이 설정값보다 큰 것으로 체크되면, DC-DC 컨버터 충전 시작을 확인하는 단계; 및
상기 전기철도차량의 종합제어장치(Train Control and Monitoring System, TCMS)로 충전중 현시를 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제1항에 있어서, 상기 충전 완료 기능을 확인하는 단계는,
DC-DC 컨버터의 스위칭 정지를 확인하는 단계;
상기 전기철도차량의 종합제어장치(TCMS) 충전완료 현시를 확인하는 단계;
상기 전기철도차량의 주간제어기(master controller)에 의한 중립 전환을 확인하는 단계;
추진제어용 전력변환장치의 컨버터의 스위칭 정지와, 인버터 고속차단기(HSCB)의 오프를 확인하는 단계; 및
주회로차단기(MCB) 차단과, 집전장치의 하강 상태를 종합제어장치를 통해 DC-DC 컨버터로 전달하고 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제1항에 있어서, 상기 방전 모드 기능을 확인하는 단계는,
상기 전기철도차량의 종합제어장치(TCMS)가 DC-DC 컨버터로부터 출력되는 방전 모드 개시 신호를 확인하는 단계;
DC-DC 컨버터 방전모드로 전환을 확인하는 단계;
상기 전기철도차량의 주간제어기가 역행 상태로 전환되었는지를 확인하는 단계;
직류단의 전압이 설정값보다 큰지의 여부를 체크하는 단계;
상기 직류단의 전압이 설정값보다 큰 것으로 체크되면, 인버터 HSCB 온과 추진제어용 전력변환장치 인버터 기동을 확인하는 단계; 및
속도가 올라간 후 주간제어기가 제동 상태로 전환하는 것을 확인하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제2항에 있어서, 상기 회생제동 연계 기능을 확인하는 단계는,
상기 전기철도차량의 제동상태 전환에 따라 추진제어장치 회생 제동을 확인하는 단계;
상기 전기철도차량의 정지 여부를 확인하는 단계;
상기 전기철도차량이 정지하지 않은 것으로 체크되면, DC-DC 컨버터 방전모드로의 전환을 확인하는 단계;
DC-DC 컨버터 충전모드로의 전환을 확인하는 단계; 및
아날로그-디지털 변환오차와 직류단 전압의 유동의 요인으로 의도하지 않게 충/방전 모드의 전환이 이루어지는 것을 차단하기 위해 직류단 전압을 기준으로 일정 구간의 변동 제한폭을 두고 이루어지도록 하는 히스테리시스 적용단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제7항에 있어서, 상기 재충전 모드 기능을 확인하는 단계는,
상기 전기철도차량이 정지한 것으로 체크되면, 인버터 및 HSCB 오프와, 재충전을 위한 집전장치 상승을 확인하는 단계; 및
상기 전기철도차량의 집전장치가 상승하고 제로속도계전기(ZVR, Zero Velocity Relay)가 온됨에 따라, DC-DC 컨버터에 재충전 모드 대기를 확인한 후, 상기 주회로차단기가 투입되는지를 확인하는 단계로 피드백하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
제1항에 있어서, 상기 전기철도차량의 보호동작 기능을 확인하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험방법.
전차선 전원이 AC-DC 컨버터로 인가되는지 확인하는 기동시퀀스 확인부;
충전모드 시작을 위한 연계 동작으로서 주간제어기 상태를 인지하여 추진제어용 전력변환장치 컨버터 기동을 확인하는 충전 시작동작 확인부;
DC-DC 컨버터 및 에너지 저장장치의 충전상태에 대해 종합제어장치(Train Control and Monitoring System, TCMS)로 충전 중임을 전달하는 충전모드중 기능 확인부;
DC-DC 컨버터 스위칭 정지 및 집전장치 하강을 TCMS로 전달하는 충전완료동작 확인부;
추진제어용 전력변환장치의 인버터부가 직류단 전압을 감시하여 견인 전동기 제어 시작을 확인하는 방전모드중 기능 확인부;
방전모드 중 전압 상승시 충전 모드로 전환하여 회생을 확인하는 회생제동 연계 확인부; 및
차량의 정지상태를 확인하고 재충전 모드 준비를 하는 재충전 동작모드 확인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치.
제10항에 있어서, 에너지 저장매체의 방전에 따른 기동불능 상황 방지를 위해 TCMS를 통해 기관사가 인지하도록 하는 보호동작 기능 확인부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 교직겸용 전기철도차량 시스템의 무가선 운행성능 시험장치.