KR102572156B1

KR102572156B1 - 철도 급전부하 저감 시스템

Info

Publication number: KR102572156B1
Application number: KR1020230056308A
Authority: KR
Inventors: 백용호; 백진영
Original assignee: (주)선진하이테크
Priority date: 2023-04-28
Filing date: 2023-04-28
Publication date: 2023-08-29

Abstract

본 발명은 변전소간 부하가 분배되어 어느 한 쪽 변전소의 부하가 과도하게 증가되는 것을 방지하고, 이를 통해 피크 전력을 감소시키는 철도 급전부하 저감 시스템에 관한 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 철도 급전부하 저감 시스템은, 철로를 따라 소정 간격을 두고 설치되는 제1, 2 변전소와, 상기 제1, 2 변전소 사이에 위치되어 상기 제1, 2 변전소 간의 전기를 구분하거나 급전하는 구분소 및 상기 구분소에 설치되어 상기 제1, 2 변전소 간의 부하를 저감시키는 부하 저감장치를 포함하는 부하 저감시스템에 있어서, 상기 부하 저감장치는, 차단기; 복수 개의 임피던스조절부; 에너지저장장치; 및 제어기를 포함하고, 상기 차단기에는, 전압감지센서가 내장되어 송전케이블의 전압을 실시간 감지하고, 상기 제어기는 상기 차단기의 전압감지센서에서 감지되는 전압에 기초하여 상기 복수 개의 임피던스조절부의 임피던스값을 실시간 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

철도 급전부하 저감 시스템{Railway Feed Load Reduction System}

본 발명은 철도 급전부하 저감 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 철도 급전 시스템에서 발생하는 부하를 자동으로 분산하고 유효 전력을 공유하여 철도 급전 계통의 전압강하 및 전력 손실을 감소시키는 철도 급전부하 저감 시스템에 관한 것이다.

철도의 운행량이 증가됨에 따라 변전소의 부하가 증가되고, 이러한 변전소의 부하 증가로 인해 철도계통에 전압강하가 발생하여 철도 급전 시스템의 안전성이 떨어지는 문제가 있다.

따라서 근래에는 철도 급전 시스템의 안전성을 담보하기 위해 변전소에서 발생하는 부하를 줄이고, 이를 통한 전압강하를 방지하는 다양한 철도 급전시스템의 부하 저감장치가 개발되어 적용되고 있다.

상기와 같은 목적의 종래 기술로는 공개특허공보 제2020-0044229호의 전기철도의 전압상승을 이용한 전압강하 및 레일전류 저감장치(이하 '특허문헌'이라 한다)가 개시되어 있다.

상기 특허문헌은 전기차에서 양단의 각 변전소측으로부터 공급받는 전류크기를 각각 측정하는 제1, 제2 전차선전류 측정부; 상기 제1, 제2 전류측정부에서 감지한 전류크기를 비교한 후 그 비교결과 전류크기가 작은 방향의 변전소의 전압을 상승시키기 위한 제어신호를 출력하는 전압제어부; 상기 전압제어부의 제어신호에 따라 전차선으로 공급하는 전압의 크기를 조정하여 공급하는 전차선 전압 가변공급부 를 포함하여, 전차선의 전류 Ia와 전차선의 전류 Ib를 동일한 크기가 되게 제어하도록 이루어진 것으로 이루어진다.

상기 특허문헌은 철도의 전후 방향 양측에 변전소가 배치되어 철도의 양단으로 전기를 급전하는 경우, 급전되는 양단의 전류를 감지하여 급전전류의 크기가 작은 쪽의 변전소 전압을 상승시키고, 이를 통해 양단의 변전소에서 동일한 크기의 전류를 공급할 수 있도록 한 것이나, 이 경우 변전소의 부하증가에 따른 피크 전력이 증가되는 문제를 해결하는 데에 한계가 있다.

따라서 철도 급전 시스템에 있어서 변전소에서 발생하는 부하를 분산하여 감소시키고, 이를 통해 철도 급전 계통의 전합강하 및 전력 손실을 감소시키는 철도 급전부하 저감 시스템의 개발이 요구된다.

KR 10-2020-0044229 A (2020. 04. 29.) KR 10-2023-0048776 A (2023. 04. 12.) KR 10-2018-0117923 A (2018. 10. 30.) KR 10-1876751 B1 (2018. 07. 04.) KR 10-0925344 B1 (2009. 10. 30.)

본 발명은 상기와 같은 종래의 철도 급전부하 저감 시스템이 가지는 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 철도 급전 시스템에 있어서, 변전소간 부하가 분배되어 어느 한 쪽 변전소의 부하가 과도하게 증가되는 것을 방지하고, 이를 통해 피크 전력을 감소시키는 철도 급전부하 저감 시스템을 제공하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 철도 급전부하 저감 시스템은, 철로를 따라 소정 간격을 두고 설치되는 제1, 2 변전소와, 상기 제1, 2 변전소 사이에 위치되어 상기 제1, 2 변전소 간의 전기를 구분하거나 급전하는 구분소 및 상기 구분소에 설치되어 상기 제1, 2 변전소 간의 부하를 저감시키는 부하 저감장치를 포함하는 부하 저감시스템에 있어서, 상기 부하 저감장치는, 상기 제1, 2 변전소를 연결하는 송전케이블을 선택적으로 차단 또는 차단 해제하는 차단기; 상기 차단기를 기준으로 양측에 설치되는 복수 개의 임피던스조절부; 상기 차단기의 일측에 위치되면서 상기 임피던스조절부와 상기 차단기 사이의 상기 송전케이블에 연결되고, 선택적으로 상기 송전케이블로부터 여유전력이 공급되어 저장되거나 또는 저장된 여유전력을 상기 송전케이블로 공급하는 에너지저장장치; 및 상기 차단기, 상기 임피던스조절부 및 상기 에너지저장장치의 동작을 제어하여 상기 제1, 2 변전소의 급전 부하를 조절하는 제어기를 포함하고, 상기 차단기에는, 전압감지센서가 내장되어 송전케이블의 전압을 실시간 감지하고, 상기 제어기는 상기 차단기의 전압감지센서에서 감지되는 전압에 기초하여 상기 복수 개의 임피던스조절부의 임피던스값을 실시간 조절하는 것을 특징으로 한다.

그리고 본 발명은 상기 복수 개의 임피던스조절부가 상기 제1 변전소 측에서 발생하는 사고전류를 차단하는 제1, 2 서미스터; 및 상기 제2 변전소 측에서 발생하는 사고전류를 차단하는 제3, 4 서미스터를 포함하고, 상기 제1, 2, 3, 4 서미스터는, PTC 서미스터(Positive Temperature Coefficient Thermistor)로 구성되며, 상기 제어기는, 상기 제1, 2, 3, 4 서미스터의 온도를 조절하여 사고전류의 차단에 필요한 임피던스값을 발생시키는 것을 또 다른 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제어기가 열차에 공급되는 유효전력의 총합을 기준으로 상기 제1, 2 변전소에 1/2로 분배되도록 제어되되, 상기 제1, 2 변전소와 열차간의 이격거리가 짧은 위치의 일측 변전소 쪽에서 열차에 공급하는 유효전력량이 먼 위치의 타측 변전소에 비해 상대적으로 증가되도록 이격거리에 따라 비례 제어하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

이에 더해 본 발명은 상기 제어기가 상기 제1, 2 변전소 각각의 피크전력 제한 값을 설정한 다음, 상기 제1, 2 변전소와 열차 간의 이격거리에 따라 유효전력량이 비례 제어되어 분배될 때, 일측 변전소가 피크전력 제한 값에 도달하면, 상기 에너지저장장치에 저장된 여유전력이 부족한 유효전력량에 맞추어 보상 공급되도록 제어하는 것을 또 다른 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 양측 변전소 사이에 위치되는 구분소에 에너지저장장치를 포함하는 부하 저감장치가 설치되고, 이를 통해 필요시 변전소의 여유전력이 저장되거나 에너지저장장치에 저장된 전력이 공급될 수 있으며, 그 결과 양측 변전소의 부하에 따른 에너지저장장치의 상호 연동제어를 통해 변전소의 피크 전력을 줄일 수 있는 장점이 있다.

그리고 본 발명은 사고전류의 전압에 따라 임피던스값이 조절되어 사고전류가 흐르는 것이 확실하게 방지되는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 철도 급전부하 저감 시스템의 예를 보인 도면.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 도시한 첨부도면에 따라 상세하게 설명한다.

본 발명은 철도 급전 시스템에 있어서, 변전소간 부하가 분배되어 어느 한 쪽 변전소의 부하가 과도하게 증가되는 것을 방지하고, 이를 통해 피크 전력을 감소시키는 철도 급전부하 저감 시스템을 제공하고자 하는 것으로, 이러한 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이 철로를 따라 소정 간격을 두고 설치되는 제1, 2 변전소(1, 2)와, 상기 제1, 2 변전소(1, 2) 사이에 위치되어 제1, 2 변전소(1, 2) 간의 전기를 구분하거나 급전하는 구분소(3) 및 상기 구분소(3)에 설치되어 제1, 2 변전소(1, 2) 간의 부하를 저감시키는 부하 저감장치(4)를 포함하고, 상기 부하 저감장치(4)는 도 2에 도시된 바와 같이 차단기(10), 복수 개의 임피던스조절부, 에너지저장장치(30) 및 제어기(40)를 포함한다.

차단기(10)는 제1, 2 변전소(1, 2)를 연결하는 구분소(3) 상의 송전케이블에 설치되고, 송전케이블에 고압의 이상전류가 흐르는 경우 회로를 자동으로 차단하는 구성이다.

이러한 차단기(10)에는 송전케이블을 따라 흐르는 전류의 전압을 감지하는 전압감지센서를 통해 실시간 감지되는 전압값은 후술되는 제어기(40)로 전달되어 이상전류의 발생 여부 및 차단기(10)의 동작 여부가 감시되게 된다.

상기와 같은 차단기(10)는 공지된 다양한 종류의 차단기 또는 단로기 중에서 선택되어 구성될 수 있고, 또 다르게는 전력퓨즈 등으로 변경되거나 또는 차단기와 전력퓨즈가 함께 구성될 수 있다.

임피던스조절부는 제1, 2 변전소(1, 2)가 병렬 연결됨에 따른 사고 발생시 사고전류(고장전류)가 증가되지 않도록 하는 구성이다.

이러한 임피던스조절부는 도 2에 도시된 바와 같이 구분소(3) 상의 송전케이블에 설치된 차단기(10)를 기준으로 양측에 각각 설치된다.

이때 임피던스조절부는 제1 변전소(1) 측에서 발생하는 사고전류를 차단하는 제1, 2 서미스터(20A, 20B)와, 제2 변전소(2) 측에서 발생하는 사고전류를 차단하는 제3, 4 서미스터(20C, 20D)로 구성될 수 있고, 이러한 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)는 PTC 서미스터(Positive Temperature Coefficient Thermistor)로 구성되어 온도가 상승됨에 따라 저항이 증가되도록 구성될 수 있다.

그리고 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)는 후술되는 제어기(40)에 의해 온도가 조절되어 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)의 임피던스값이 조절되도록 구성될 수 있다.

이때 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)에는 온도 제어용 보조서미스터가 각각 설치되고, 상기 보조서미스터는 제어기(40)로부터 전류가 선택적으로 인가되어 가열되도록 구성되며, 이를 통해 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)를 통해 흐르는 전류에 의한 온도 상승과 함께 보조서미스터의 가열로 인해 전류가 차단되는 각 서미스터의 저항값(임피던스)이 조절되도록 구성될 수 있다.

에너지저장장치(30)는 부하 저감장치(4) 내부에 설치되어 구분소(3)를 통과하여 흐르는 여유전력을 저장하고, 필요시 변전소의 부하 저감을 위해 저장된 여유전력을 유효전력으로 공급하는 구성으로, 이러한 에너지저장장치(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 차단기(10)의 일측에 위치되면서 임피던스조절부와 차단기(10) 사이의 송전케이블에 연결될 수 있다.

그리고 에너지저장장치(30)는 제어기(40)의 제어에 의해 구분소(3)의 송전케이블을 따라 흐르는 전류를 저장하거나 또는 저장된 여유전력이 송전케이블을 통해 열차에 공급되도록 구성될 수 있다.

이러한 에너지저장장치(30)는 공지된 다양한 종류의 배터리모듈(축전지, 2차전지)로 구성될 수 있고, 따라서 에너지저장장치(30)의 구성에 대한 설명은 생략한다.

이때 에너지저장장치(30)와 송전케이블을 연결하는 케이블(도면부호 없음) 상에는 제어기(40)의 제어에 의해 온오프 동작되는 복수 개의 스위치(도면부호 없음)가 설치될 수 있고, 이러한 스위치의 온오프 동작을 통해 에너지저장장치(30)에 여유전력이 저장되거나 공급되도록 구성될 수 있다.

제어기(40)는 부하 저감장치(4) 내부의 차단기(10)와 임피던스조절부 및 에너지저장장치(30)의 동작을 제어하여 제1, 2 변전소(1, 2)의 급전 부하를 조절하는 구성이다.

이러한 제어기(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 차단기(10)의 전압감지센서로부터 실시간으로 전압이 감지(측정)되고, 실시간 감지되는 전압값에 기초하여 사고발생 여부가 판단되며, 사고 발생시 임피던스조절부의 임피던스값을 실시간 조절하여 일측 변전소의 사고전력이 타측 변전소로 전달되어 사고전력이 증가되는 것을 방지하게 된다.

한편, 제어기(40)는 임피던스조절부 즉, 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)의 온도를 조절하여 사고전류의 차단에 필요한 임피던스값을 발생시켜 사고전류가 흐르지 못하도록 제어하고, 필요시 차단기(10)를 통해 회로가 차단되도록 제어할 수 있다.

또한, 제어기(40)는 열차 공급되는 유효전력의 총합(총량)을 기준으로 제1, 2 변전소(1, 2)에서 유효전력을 1/2로 분배하여 공급하도록 제어되고, 이와 동시에 제1, 2 변전소(1, 2)와 열차간의 이격거리가 짧은 위치의 일측 변전소 쪽에서 열차에 공급하는 유효전력량이 먼 위치의 타측 변전소에 비해 상대적으로 증가되도록 이격거리에 따라 비례 제어하도록 구성될 수 있다.

이때 제어기(40)는 제1, 2 변전소(1, 2)와 유무선 통신망을 통해 실시간으로 제어정보가 상호 공유되도록 구성될 수 있다.

이에 더해 제어기(40)를 통해 제1, 2 변전소(1, 2) 각각의 피크전력 제한 값이 설정된 다음, 제1, 2 변전소(1, 2)와 열차 간의 이격거리에 따라 유효전력량이 비례 제어되어 분배될 때, 일측 변전소에서 공급하는 유효전력이 피크전력 제한 값에 도달하면, 타측 변전소에서 공급하는 유효전력을 증가시키는 대신 에너지저장장치(30)에 저장된 여유전력을 공급하여 부족한 유효전력량에 맞추어 보상 공급되도록 제어될 수 있다.

그리고 에너지저장장치(30)의 충전량이 기준치 이하면서 제1, 2 변전소(1, 2)로 비례 분배되는 유효전력량이 피크전력 제한 값보다 설정된 기준값 이하일 경우에는 자동으로 유효전력량을 1 ~ 5% 증가시켜 여유전력이 생기도록 제어될 수 있고, 이러한 여유전력은 구분소(4)로 공급되어 에너지저장장치(30)에 저장(충전)되게 된다.

또한, 제어기(40)는 에너지저장장치(30)의 충전시 온도를 감지하고, 이를 통해 과열로 인한 화재가 발생하지 않도록 여유전력의 공급에 의한 에너지저장장치(30)의 충전 및 충전 정지 동작이 제어될 수 있다.

또 다르게는 에너지저장장치(30)에 여유전력이 설정된 시간 동안 연속하여 충전되지 않도록 시간을 기준으로 충전 및 충전 정지 동작이 제어될 수 있다.

한편, 위에서는 에너지저장장치(30)가 구분소(4)의 위치되는 것으로만 도시되고 설명되었으나, 이와 달리 제1, 2 변전소(1, 2)에 각각 구비될 수 있고, 이에 따라 제1, 2 변전소(1, 2)의 여유전력이 각각의 에너지저장장치(30)게 저장되도록 구성될 수 있다.

또한, 제어기(40)는 에너지저장장치(30)의 충전량을 모니터링하여 제1, 2 변전소(1, 2)의 여유전력을 주기적으로 생성하고, 이를 통해 에너지저장장치(30)의 충전량이 설정값 이상 유지되도록 제어할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 양측 변전소 사이에 위치되는 구분소에 에너지저장장치를 포함하는 부하 저감장치가 설치되고, 이를 통해 필요시 변전소의 여유전력이 저장되거나 에너지저장장치에 저장된 전력이 공급될 수 있으며, 그 결과 양측 변전소의 부하에 따른 에너지저장장치의 상호 연동제어를 통해 변전소의 피크 전력을 줄일 수 있고, 또한 사고전류의 전압에 따라 임피던스값이 조절되어 사고전류가 흐르는 것이 확실하게 방지되게 된다.

위에서는 설명의 편의를 위해 바람직한 실시예를 도시한 도면과 도면에 나타난 구성에 도면부호와 명칭을 부여하여 설명하였으나, 이는 본 발명에 따른 하나의 실시예로서 도면상에 나타난 형상과 부여된 명칭에 국한되어 그 권리범위가 해석되어서는 안 될 것이며, 발명의 설명으로부터 예측 가능한 다양한 형상으로의 변경과 동일한 작용을 하는 구성으로의 단순 치환은 통상의 기술자가 용이하게 실시하기 위해 변경 가능한 범위 내에 있음은 지극히 자명하다고 볼 것이다.

1: 제1 변전소 2: 제2 변전소
3: 구분소 4: 부하 저감장치
10: 차단기 20A: 제1 서미스터
20B: 제2 서미스터 20C: 제3 서미스터
20D: 제4 서미스터 30: 에너지저장장치
40: 제어기

Claims

철로를 따라 소정 간격을 두고 설치되는 제1, 2 변전소(1, 2)와, 상기 제1, 2 변전소(1, 2) 사이에 위치되어 상기 제1, 2 변전소(1, 2) 간의 전기를 구분하거나 급전하는 구분소(3) 및 상기 구분소(3)에 설치되어 상기 제1, 2 변전소(1, 2) 간의 부하를 저감시키는 부하 저감장치(4)를 포함하는 부하 저감시스템에 있어서,
상기 부하 저감장치(4)는,
상기 제1, 2 변전소(1, 2)를 연결하는 송전케이블을 선택적으로 차단 또는 차단 해제하는 차단기(10);
상기 차단기(10)를 기준으로 양측에 설치되는 복수 개의 임피던스조절부;
상기 차단기(10)의 일측에 위치되면서 상기 임피던스조절부와 상기 차단기(10) 사이의 상기 송전케이블에 연결되고, 선택적으로 상기 송전케이블로부터 여유전력이 공급되어 저장되거나 또는 저장된 여유전력을 상기 송전케이블로 공급하는 에너지저장장치(30); 및
상기 차단기(10), 상기 임피던스조절부 및 상기 에너지저장장치(30)의 동작을 제어하여 상기 제1, 2 변전소(1, 2)의 급전 부하를 조절하는 제어기(40);
를 포함하고,
상기 차단기(10)에는,
전압감지센서가 내장되어 송전케이블의 전압을 실시간 감지하고,
상기 제어기(40)는 상기 차단기(10)의 전압감지센서에서 감지되는 전압에 기초하여 상기 복수 개의 임피던스조절부의 임피던스값을 실시간 조절하며,
상기 복수 개의 임피던스조절부는,
상기 제1 변전소(1) 측에서 발생하는 사고전류를 차단하는 제1, 2 서미스터(20A, 20B); 및
상기 제2 변전소(2) 측에서 발생하는 사고전류를 차단하는 제3, 4 서미스터(20C, 20D);
를 포함하고,
상기 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)는,
PTC 서미스터(Positive Temperature Coefficient Thermistor)로 구성되며,
상기 제어기(40)는,
상기 제1, 2, 3, 4 서미스터(20A, 20B, 20C, 20D)의 온도를 조절하여 사고전류의 차단에 필요한 임피던스값을 발생시키는 것을 특징으로 하는 철도 급전부하 저감 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제어기(40)는,
열차에 공급되는 유효전력의 총합을 기준으로 상기 제1, 2 변전소(1, 2)에 1/2로 분배되도록 제어되되, 상기 제1, 2 변전소(1, 2)와 열차간의 이격거리가 짧은 위치의 일측 변전소 쪽에서 열차에 공급하는 유효전력량이 먼 위치의 타측 변전소에 비해 상대적으로 증가되도록 이격거리에 따라 비례 제어하는 것을 특징으로 하는 철도 급전부하 저감 시스템.
청구항 3에 있어서,
상기 제어기(40)는,
상기 제1, 2 변전소(1, 2) 각각의 피크전력 제한 값을 설정한 다음,
상기 제1, 2 변전소(1, 2)와 열차 간의 이격거리에 따라 유효전력량이 비례 제어되어 분배될 때, 일측 변전소가 피크전력 제한 값에 도달하면, 상기 에너지저장장치(30)에 저장된 여유전력이 부족한 유효전력량에 맞추어 보상 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 철도 급전부하 저감 시스템.