KR102657346B1 - 철도 전력의 분산 제어 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 철도 전력의 분산 제어 시스템은 가선으로부터 전원을 입력받는 공용 전원 회로, 공용 전원 회로의 출력단에 접속되며 가변전압가변주파수 제어에 따라 구동하는 추진제어장치, 및 공용 전원 회로의 출력단에 접속되며, 고정전압고정주파수에 따라 구동하는 보조전원장치를 포함하며, 추진제어장치 및 보조전원장치는 공용 전원회로에 병렬 접속되며, 추진제어장치와 보조전원장치의 전원이 공급되지 않을 경우 견인구동기에 대한 비상구동전원과 보조기기에 대한 비상보조전원을 공급할 수 있는 비상전원장치와, 고장 철도차량을 피난시키고 철도차량에 대한 경정비와 승객들에 대한 응급조치를 취할 수 있는 비상피난설비를 더 포함한다.
Description
본 발명은 철도전기 기술 분야 중에서, 철도 전력의 분산 제어 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 철도차량의 열차 편성 구성의 자유도를 향상시킬 수 있도록 함과 아울러 추진제어장치의 출력과 보조전원장치의 출력이 추진제어장치와 보조전원장치의 고장으로 견인구동기와 보조기기들에 전력이 공급되지 않는 경우 비상전원장치의 전력을 견인구동기에 대한 비상구동전원과 보조기기들에 대한 비상보조전원으로서 공급할 수 있게 하고, 정규선로의 일측에 비상피난설비를 설치하여 고장 철도차량을 피난시켜 후속 철도차량과의 추돌사고를 방지하여 심각한 피해를 막을 수 있으며, 정규선로에 후속 철도차량이 지체하지 않아 철도차량의 운행을 신속하게 정상화할 수 있고, 승객의 편의를 제공할 수 있게 하며, 비상피난설비에서의 비상정비로 정상적인 운행이 가능하게 된 경우 다시 정규선로로 복귀하여 정비기지로 이동할 수 있고, 피난 철도차량의 비상정비와 승객에 대한 응급조치를 취할 수 있게 하여 철도차량을 안전하고 편리하게 운행할 수 있도록 한 철도 전력의 분산 제어 시스템에 관한 것이다.
도시철도는 도시교통의 원활한 소통을 위하여 도시교통권역에서 건설, 운영하는 철도, 모노레일, 노면전차, 선형유도전동기, 자기부상열차 등 궤도에 의한 교통시설 및 교통수단을 말한다. 이러한 도시철도는 대부분 전동차(electric multiple unit)인 전기철도차량으로 운영되며, 이를 도시철도차량이라고 지칭한다. 참고로, 전동차는 궤도 위에 전차선을 가설하고 가선(catenary, 전력공급용 전선)으로부터 전원을 공급받아 운행하는 동력분산식 동차이며, 일명으로 전기동차라고도 한다.
전동차의 운행을 위해서는 전력변환장치가 필수적이다. 특히 도시철도차량의 경우 전력변환장치로서 추진력을 만들기 위한 추진제어장치 및 추진력을 제외하고 차량에서 요구되는 전원(제어기, 냉난방기, 냉각팬, 공기압축기, 승객편의기기 등)을 공급하는 보조전원장치를 필요로 한다.
이러한 전력변환장치는 요구되는 기능에 따라 제어방법을 달리하는데, 추진제어장치는 가변전압 가변주파수(Variable Voltage Variable Frequency; VVVF) 제어를 하고, 보조전원장치는 고정전압 고정주파수(Constant Voltage Constant Frequency; CVCF) 제어를 수행한다.
이와 관련하여 대한민국 등록특허 제10-0683590호 "고속철도차량의 브이브이브이에프 인버터 및 보조 컨버터 진단 시스템"은 VVVF 인버터들의 출력전압을 검출하는 VVVF 인버터 전압 검출부; VVVF 인버터들에 흐르는 전류를 검출하는 VVVF 인버터전류 검출부; VVVF 인버터 전압/전류 검출부로부터 검출되는 VVVF 인버터의 전압 및 전류를 직류전압으로 변환시켜 주는 제1 신호변환기; 보조 컨버터들의 출력전압을 검출하는 보조 컨버터 전압 검출부; 보조 컨버터들에 흐르는 전류를 검출하는 보조 컨버터 전류 검출부; 보조 컨버터 전압/전류 검출부로부터 검출되는 보조 컨버터의 전압 및 전류를 직류전압으로 변환시켜 주는 제2 신호변환기; 철도차량의 주행 중 차륜의 회전수에 부응하는 펄스신호를 발생하는 속도센서; 속도 검출 펄스의 주파수를 전압으로 변환하여 주는 주파수/전압 변환부; 아날로그의 철도차량 속도전압을 디지털신호로 변환시켜 주는 A/D 변환부; 철도차량의 현재 주행속도를 검출하는 차속 검출부; 펄스를 계수하는 카운터; 펄스수에 대비되는 철도차량의 주행거리를 산출하여 그 위치를 검출하는 위치정보 검출부; TCN 통신의 WTB를 통해 차량에 설치된 각종 전장품들에 대한 정보들을 통합하여 입력받는 게이트 웨이부; 및 각부의 출력신호를 실시간으로 입력받아 기억함과 동시에 특정 VVVF 인버터 또는 보조 컨버터에서 고장 발생시 그 시점에서의 속도와 위치 정보를 포함하는 추진, 제동, 가선전압, 고장상태 정보를 기억 및 출력하는 컴퓨터를 포함하는 고속철도차량의 브이브이브이에프 인버터 및 보조 컨버터 진단 시스템을 개시하고 있다.
일반적으로 도시철도차량은 운행의 안전성을 확보하기 위하여 편성 구성 차량의 50% 이상의 추진제어장치(즉, 추진제어인버터)가 장착된 모터카(일명, 'M-car')로 구성하고 있으며, 추진 전력 이외의 전원을 안정적으로 공급하기 위하여 보조전원장치 또한 복수개 이상을 탑재하고 있다. 따라서 최소 2대 이상의 보조전원장치를 객차에 설치해야 하므로 순수한 객차의 비율은 20% 정도로 운용되고 있다. 이에 따라 도시철도차량의 전력변환장치 및 그 편성 조성 방식은 편성 전체의 중량을 증가시키고, 편성 구성의 운영 가변폭이 제한적이라는 문제점이 있으며, 순수 객차 이외의 객차에서 전력변환장치에 의한 인체 유해성도 간과할 수 없다는 문제가 있었다. 또한 복수의 보조전원장치는 다른 보조전원장치가 고장일 경우 필요한 최소한의 전원을 공급하여야 하므로 보조전원장치의 요구되는 용량이 점점 더 증가되고 있는 문제도 있다. 또한 전철의 경우 전장품(電裝品)을 설치할 수 있는 공간이 중/대형 철도차량에 비해 제약이 많아 추진제어장치 및 보조전원장치를 각각 철도차량에 효율적으로 배치하는 데에 어려움이 있다.
이러한 문제점을 하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-1855348호 "전기철도차량 통합형 전력변환장치 및 이를 구비한 전기철도차량"은 전기철도차량의 추진제어장치와 보조전원장치가 하드웨어적으로 동일한 입력단을 공유하도록 함으로써 열차 차량 내 공간적 배치가 용이해지고, 편성 차량이 경량화되며, 구성 부품이 감소됨에 따라 유지 보수가 간편해지는 효과를 기대할 수 있다. 또한 전기철도차량에 통합형 전력변환장치를 설치함으로써 1량에 추진제어장치와 보조전원장치가 한꺼번에 설치되어 1량 평성 운행까지 가능할 뿐만 아니라 차량 운영 편성 구성이 용이해지게 하고, 통합형 전력변환장치를 사용함에 따라 철도차량 내 공간적 부담없이 다수의 보조전원장치를 설치할 수 있어 다수의 보조전원장치가 공동으로 부하를 분담하도록 제어함으로써 보조전원장치의 설계 용량을 저감할 수 있으며, 또한 통합형 전력변환장치에서 추진제어장치의 희생에너지가 레일 측으로 돌려보내지는 것이 아니라 동일 입력단에 접속된 보조전원장치로 공급됨으로써 희생에너지 활용을 극대화할 수 있는 효과를 기대할 수 있도록 한 기술을 개시하고 있다.
그러나 대한민국 등록특허 제10-1855348호는 고장으로 인하여 추진제어장치의 출력전류와 보조전원장치의 출력전류가 출력되지 않을 경우, 정규선로에 후속 철도차량들이 지체하게 되는 등 철도차량의 운행에 차질을 빗게 되고, 승객의 편의를 도모할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 철도차량의 편성 구성의 자유도를 향상시킬 수 있는 진철도차량 통합형 젼력변환장치 및 이를 구비한 전기철도차량을 제공하려는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 추진제어장치의 출력과 보조전원장치의 출력이 추진제어장치와 보조전원장치의 고장으로 견인구동기와 보조기기들에 전력이 공급되지 않는 경우 비상전원장치의 전력을 견인구동기에 대한 비상구동전원과 보조기기들에 대한 비상보조전원으로서 공급할 수 있게 하고, 정규선로의 일측에 비상피난설비를 설치하여 고장 철도차량을 피난시켜
후속 철도차량과의 추돌사고를 방지하여 심각한 피해를 막을 수 있으며, 정규선로에 후속 철도차량이 지체하지 않아 철도차량의 운행을 신속하게 정상화할 수 있고, 승객의 편의를 제공할 수 있도록 한 철도 전력의 분산 제어 시스템을 제공하려는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 비상피난설비에서의 비상정비로 정상적인 운행이 가능하게 된 경우 다시 정규선로로 복귀하여 정비기지로 이동할 수 있고, 피난 철도차량의 비상정비와 승객에 대한 응급조치를 취할 수 있게 하여 철도차량을 안전하고 편리하게 운행할 수 있도록 한 철도 전력의 분산 제어 시스템을 제공하려는 것이다.
다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기한 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 더 존재할 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 전기철도차량에 연결되어 편성된 복수의 차량 중 둘 이상의 차량은 각각 통합형 전력변환장치를 포함하고, 통합형 전력변환장치는, 가선으로부터 전원을 입력받는 공용 전원 회로; 공용 전원 회로의 출력단에 접속되며, 가변전압가변주파수 제어에 따라 구동하는 추진제어장치; 및 공용 전원 회로의 출력단에 접속되며, 고정전압고정주파수에 따라 구동하는 보조전원장치를 포함하고, 추진제어장치 및 보조전원장치는 공용 전원회로에 병렬 접속되며, 통합형 전력변환장치 중 적어도 하나는, 각각의 보조전원장치에 대한 마스터 여부 및 기동 순번을 관리하고, 전기철도차량의 부하 전압 및 전류를 실시간으로 모니터링하는 보조전원장치 출력 제어기를 포함하고, 보조전원장치 출력 제어기는, 모니터링의 결과에 따라 임의의 보조전원장치의 정지에 의한 부하 변동을 실시간 검출하고, 정지된 보조전원장치가 검출되면 정지된 보조전원장치를 전기적으로 분리한 후 정지된 보조전원장치에 따른 부하를 나머지 보조전원장치들에 동일 비율로 분산시켜 부담하도록 제어하되, 나머지 보조전원장치들의 출력 전압을 기설정된 마스터 보조전원장치의 위상과 동기화시키는 철도 전력의 분산 제어 시스템에 있어서, 복수의 차량에 각각 설치되는 연료전지와, 연료전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환함과 아울러 견인구동기에 필요한 전압으로 변환하는 견인구동기 비상구동 인버터부와, 연료전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환함과 아울러 보조기기에 필요한 전압으로 변환하는 보조전원 비상공급 인버터부와, 견인구동기 구동인버터부의 출력전류를 감지하는 추진제어장치 출력감지센서와, 보조전원 공급 인버터부의 출력전류를 감지하는 보조전원장치 출력감지센서와, 추진제어장치 출력감지센서에 의해 추진제어장치의 출력전류가 감지되지 않거나 보조전원장치 출력감지센서에 의해 보조전원장치의 출력전류가 감지되지 않으면, 연료전지가 가동되고, 연료전지에 생성된 직류가 견인구동기 비상구동 인버터부 또는 보조전원 비상공급 인버터부를 통해 견인구동기 또는 보조기기에 공급되게 제어하는 비상전원제어부를 구비하는 비상전원장치를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 철도 전력의 분산 제어 시스템을 제공한다.
철도차량이 운행되는 정규선로의 일측에 설치되어 고장 철도차량이 피난할 수 있도록 설치되는 피난선로와, 비상피난선로의 시점과 정규선로 사이에 설치되는 피난용 선로전환기와, 비상피난선로의 종점과 정규선로 사이에 설치되는 복귀용 선로전환기와, 비상피난선로의 주변에 설치되는 비상경정비센터와, 비상피난선로의 주변에 설치되는 비상응급센터를 구비하는 비상피난설비를 더 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 철도 전력의 분산 제어 시스템에 의하면 도시철도차량과 같이 전기철도차량에 추진제어장치 및 보조전원장치가 입력단(즉, 전원단)을 공통으로 사용하는 통합형 전원변환장치를 제공함으로써 하나의 열차차량에 추진제어장치 및 보조전원장치를 함께 배치할 수 있다.
즉, 전기철도차량의 추진제어장치와 보조전원장치가 하드웨어적으로 동일한 입력단을 공유하도록 함으로써 열차 차량 내 공간적 배치가 용이해지고, 편성 차량이 경량화되며, 구성 부품이 감소됨에 따라 유지 보수가 간편해지는 효과를 기대할 수 있다. 또한 전기철도차량에 통합형 전력변환장치를 설치함으로써 1량에 추진제어장치와 보조전원장치가 한꺼번에 설치되어 1량 평성 운행까지 가능할 뿐만 아니라 차량 운영 편성 구성이 용이해지는 효과를 기대할 수 있다.
또한 본 발명의 철도 전력의 분산 제어 시스템에 의하면 통합형 전력변환장치를 사용함에 따라 철도차량 내 공간적 부담없이 다수의 보조전원장치를 설치할 수 있어 다수의 보조전원장치가 공동으로 부하를 분담하도록 제어함으로써 보조전원장치의 설계 용량을 저감할 수 있다.
또한 통합형 전력변환장치에서 추진제어장치의 희생에너지가 레일 측으로 돌려보내지는 것이 아니라 동일 입력단에 접속된 보조전원장치로 공급됨으로써 희생에너지 활용을 극대화할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
또한 본 발명의 철도 전력의 분산 제어 시스템에 의하면 비상전원제어부는 추진제어장치의 출력전류가 감지되지 않는 경우, 비상전원장치의 출력전류가 견인구동기에 비상구동전원으로서 공급되되고, 보조전원장치의 출력이 감지되지 않는 경우, 비상전원장치의 출력전류가 보조기기들에 비상보조전원으로서 공급될 수 있다.
또한 본 발명의 철도 전력의 분산 제어 시스템에 의하면 고장 철도차량을 정규선로로부터 비상피난선로로 피난시켜 후속 철도차량과의 추돌사고를 방지하여 심각한 피해를 막을 수 있으며, 정규선로에 후속 철도차량이 지체하지 않아 철도차량의 운행을 신속하게 정상화할 수 있고, 승객의 편의를 제공할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 철도 전력의 분산 제어 시스템에 의하면 비상피난설비에 비상경정비센터를 구비하여 피난 철도차량을 비상정비할 수 있으며, 비상피난설비에 비상응급센터를 구비하여 몸이 불편한 승객들을 비상응급조치할 수 있어 철도차량을 더욱 안전하고 편리하게 운행할 수 있게 된다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 의한 철도 전력의 분산 제어 시스템의 바람직한 일 실시예를 나타낸 것으로,
도 1은 일반적인 전기철도차량의 전력변환장치의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 실시예에 따른 전기철도차량의 통합 전력변환장치의 세부 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 실시예에 따른 통합형 전력변환장치의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 실시예에 따른 통합형 전력변환장치가 구비된 전기철도차량의 편성 조성 시 전장품 배치방식을 설명하기 위한 도면이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 전력의 분산 제어 시스템을 나타낸 것으로,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 전력변환장치의 세부 구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 실시예에 따른 통합형 전력변환장치가 구비된 전기철도차량의 편성 조성 시 전장품 배치방식을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 정규선로와 비상피난선로를 포함하는 비상피난설비를 보인 도면이다.
도 1은 일반적인 전기철도차량의 전력변환장치의 구성을 나타낸 도면,
도 2는 본 실시예에 따른 전기철도차량의 통합 전력변환장치의 세부 구성을 나타낸 도면,
도 3은 본 실시예에 따른 통합형 전력변환장치의 구성을 나타낸 도면,
도 4는 본 실시예에 따른 통합형 전력변환장치가 구비된 전기철도차량의 편성 조성 시 전장품 배치방식을 설명하기 위한 도면이고,
도 5 내지 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 철도 전력의 분산 제어 시스템을 나타낸 것으로,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 전력변환장치의 세부 구성을 나타낸 도면,
도 6은 본 실시예에 따른 통합형 전력변환장치가 구비된 전기철도차량의 편성 조성 시 전장품 배치방식을 설명하기 위한 도면이고,
도 7은 정규선로와 비상피난선로를 포함하는 비상피난설비를 보인 도면이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 전기철도차량의 통합형 전력변환장치 및 이를 구비한 전기철도차량을 설명하기에 앞서, 일반적인 전기철도차량의 전력변환장치의 구성에 대해서 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 4의 실시예는 대한민국 등록특허 제10-1855348호와 실질적으로 동일한 것으로, 이하에서는 위 특허에 기재된 사항을 그대로 기재한다.
도 1은 일반적인 전기철도차량의 전력변환장치의 구성을 나타낸 도면이다.
기존의 전기철도차량의 전력변환장치는 추진제어장치와 보조전원장치가 각각 분리된 장치로서, 전기철도차량에 추진제어장치와 보조전원장치가 별도로 구비된다. 즉, 전기철도차량이 복수의 열차 차량을 연결하여 편성될 경우, 동력차에는 추진제어장치가 설치되고, 객차 등에는 보조전원장치가 설치될 수 있다. 따라서, 하나의 열차 차량 당 추진제어장치 또는 보조전원장치가 설치되며, 이 두 장치는 동시에 설치되지 않는다.
구체적으로, 도 1에 도시한 바와 같이, 기존의 전기철도차량의 전력변환장치는, 가선 전압을 인가받아 직류단으로 전달하는 입력단(P10)을 포함하는 추진제어장치를 포함한다. 또한, 추진제어장치의 입력단(P10)과 별개로, 가선 전압을 따로 인가받아 직류단으로 전달하는 입력단(P20)을 포함하는 보조전원장치를 포함한다.
참고로, 추진제어장치 및 보조전원장치의 제어 방법은 서로 상이하나, 두 장치의 입력단은 하드웨어적으로 거의 유사한 구조를 가지고 있다. 즉, 도 1에 도시한 바와 같이, 추진제어장치의 입력단(P10)과 보조전원장치의 입력단(P20)은 동일한 설계를 가질 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량의 통합형 전력변환장치 및 그 전기철도차량에 대해서 상세히 설명하되, 전기철도차량이 직류전원을 사용하는 도시철도차량인 것을 예로서 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기철도차량의 통합형 전력변환장치의 구성을 나타낸 블록도이다. 그리고 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치의 세부 구성을 나타낸 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치(10)는 복수의 차량으로 편성된 전기철도차량의 적어도 하나의 차량에 설치되는 것으로서, 도 2에 도시한 바와 같이, 추진제어장치(200)와 보조전원장치(300) 각각의 가선 전원 입력단으로서 공통으로 사용되는 공용 전원 회로(100)를 포함한다. 이처럼, 본발명의 일 실시예에 따른 전력변환장치(10)는 추진제어장치(200)와 보조전원장치(300)가 입력단의 하드웨어 부분을 공유하여 직류단의 전원을 같이 사용하는 일체형 전력변환장치이다.
이때, 추진제어장치(200)는 가변전압 가변주파수(Variable Voltage Variable Frequency; VVVF) 제어를 하는 VVVF 인버터를 주요 구성 요소로 포함할 수 있으며, 보조전원장치(300)는 고정전압 고정주파수(Constant Voltage Constant Frequency; CVCF) 제어를 하는 정지형 인터버(SIV)를 주요 구성 요소로 포함할 수 있다.
한편, 도 3에 도시한 바와 같이, 가선 전원 입력단인 공용 전원 회로(100)는 충전 접촉기/주회로 접촉기(110), 필터 리액터(120), 및 필터 커패시터(130)를 포함한다. 그리고 직류단인, 추진제어장치(200)는 과전압 방지회로(210) 및 견인전동기 구동 인버터부(220)를 포함하며, 보조전원장치(300)는 보조전원 공급 인버터부(310)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치(10)는, 전기철도차량에서 각 차량이 다른 차량에 설치된 통합형 전력변환장치의 보조전원장치들과의 부하 분담을 할 수 있도록, 보조전원장치(300)의 출력을 제어하는 보조전원장치 출력 제어기(320)를 더 포함할 수 있다.
참고로, 이하에서는 전기철도차량이 운행되기 위한 각종 구성들 및 그 동작을 설명하도록 한다. 이때, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치(10)는 도 3에 도시된 바와 같은 구성들뿐만 아니라, 아래에서 설명할 전기철도차량 운행을 위한 구성 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
직류용 도시철도차량에서, 가선 전압은 고속차단기(HSCB) 등을 통하여 인가된다. 이때, 기설정된 철도차량의 기동 시퀀스에 따라 충전 접촉기(110)가 온(ON)되면 충전이 개시된다. 이를 통해 직류단으로 인가될 전압이 확립되면 주회로 접촉기(110)가 온(ON)되어 직류단으로의 전원을 인가하는 동작을 수행한다. 또한, 가선 전원의 노이즈를 필터링하기 위하여 필터 리액터(120)와 필터 커패시터(130)가 입력단에 포함된다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 전기철도차량을 운행하는 기관사가 집전장치를 전차선에 붙이면, 메인퓨즈 후방에 위치한 전력변환장치의 전압검지장치에 의해 고속차단기(HSCB)의 동작 가능 신호가 전송된다. 그리고 가선 전압이 고속차단기를 통해 인가되면, 방전된 필터 커패시터(130)가 급격히 충전되는 것을 방지하기 위해 충전 접촉기(110)가 온(ON) 된다. 이때, 충전 접촉기(110)의 후단에는 필터 커패시터 충전저항(FCCR)이 포함될 수 있으며, 이를 통해 인가된 전압을 약화하여 느리게 충전이 진행되도록 하여 커패시터에 대한 보호작용을 할 수 있다.
이때, 필터 커패시터(130)는 전차선이나 고압 모선으로부터 발생한 맥류 성분이나 노이즈를 제거해주는 역할을 한다. 필터 리액터(120)는, 충전 접촉기(110)와 필터 커패시터(130) 사이의 직렬 연결 소자로서, 필터 커패시터(130)와 유사한 역할을 한다. 필터 리액터(120) 및 필터 커패시터(130)는 둘 다 전기의 전압 변화율을 완화하여 회로 장치를 보호하는 역할을 할 수 있다. 그리고, 전압검지장치를 통해 필터 커패시터(130)에 충전되는 전압이 감시되면서 충전이 완료되면, 전력변환장치 제어기에 신호가 전송되어 충전 접촉기(110)가 차단되고 주회로 접촉기(110)가 온(ON)된다. 이때, 필터 커패시터(130)가 충전되어 있으므로 인가 전류가 직류단으로 급하게 인가되지 않게 된다.
다시 도 3으로 돌아가서, 직류단인 추진제어장치(200)의 과전압 방지회로(210)는 과전압보호동작을 처리한다. 이때, 과전압 방지회로(210)는 전력변환장치 제어기가 과전압 보호 신호를 보내오면 내부의 전력반도체(IGBT)의 게이트에 신호를 보내어 과전압 보호 저항을 통하여 과전압으로 발생한 에너지를 열에너지로 소모하게 하는 역할을 한다.
견인전동기 구동 인버터부(220)는 견인전동기를 구동시키는 전압을 출력한다. 즉, 견인전동기 구동 인버터부(220)는 직류단 전압 확립이 검지되면 기관사의 운전 명령에 따라 기동하여 VVVF 제어를 수행한다. 참고로, 견인전동기는 대차 또는 차체 하부(고속전철용)에 장착되어 추진제어장치(즉, 견인전동기 구동 인버터부(220)로부터 전기적인 에너지를 공급받아 차량을 구동시키는 장치이다.
보조전원장치(300)의 보조전원 공급 인버터부(310)는 직류단 전압이 확립되면 기동 시퀀스의 이상 유무를 점검한 후 별도의 시작 명령 없이 기동하여 동작한다.
예를 들어, 보조전원장치(300)는 공기압축기, 조명기기, 냉난방장치, 표시기장치, 차량 제어전원 등에 대한 전원(즉, 보조전원)으로 사용되는 일정한 전압/주파수의 전원 및 직류전원을 공급할 수 있다. 그리고, 보조전원장치(300)는 차량의 종합제어장치(TCMS)와 연계하여 동작 상태 모니터링 및 고장감시 기능을 처리할 수 있다.
좀 더 구체적으로 설명하자면, 보조전원장치(300)는 정지형 인버터(SIV)로 구현될 수 있으며, 고정 출력을 갖는다. 보조전원장치(300)는 삼상교류를 만들기 위한 중성선이 연결되어 있으며 정류기를 통한 직류를 출력하는 단자를 가질 수 있다. 그리고 보조전원장치(300)는 높은 부하를 담당하며, 종합제어장치(TCMS)는 차상신호보안장치, 제동작용장치 및 기타 장치의 제어기에 전원을 공급하기 위한 단자를 포함할 수 있다. 또한, 보조전원장치(300)는 방송 및 표시기를 가동하며, 충전기, 보조공기압축기, 무전기, 공기브레이크전자변, 전자식 제동장치부품, 접촉기를 운용하기 위한 직류전원을 포함할 수 있다. 참고로, 종합제어장치(TCMS)는 중앙 집중식 임베디드 컴퓨터 시스템으로서, 차상에 설치된 하부기기 정보를 수집해 운전자가 필요한 정보를 모니터에 표시하고, 하부 기기들을 제어하며 그 상태를 시험하여 결과를 기록한다.
이상에서와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 추진제어장치(200)와 보조전원장치(300)는 직류단의 전원을 공유하여 사용하기 때문에 회생에너지 활용률이 극대화 된다. 즉, 기존 철도차량의 경우 추진제어장치의 회생 제동으로 인하여 발생되는 회생 에너지가 가선을 통하여 해당 차량 또는 다른 차량이 이용하게 되어 불필요한 전력 손실이 발생하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치(10)는 직류단으로 전원을 공급하는 공용 전원 회로(100)를 추진제어장치(200) 및 보조제어장치(300)가 공유하기 때문에, 추진제어장치(200)에서 발생되는 회생에너지를 바로 보조전원장치(300)가 사용할 수 있게 되어 손실을 최소화하고 효율을 최대화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치가 구비된 전기철도차량의 편성 조성 시 전장품 배치 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4의 (a)는 통합형 전력변환장치(10)가 아닌 추진제어장치와 보조전원장치가 분리되어 구비되는 전기철도차량의 편성의 예를 나타냈다. 그리고 도 4의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치(10)가 구비된 전기철도차량의 편성의 예를 나타냈다. 이때, 도 4의 (a) 및 (b)에서는 두 전기철도차량 편성을 용이하게 비교하기 위하여 동일하게 10량 1편성의 전기철도차량을 도시하였다.
참고로, 도 4의 (a) 및 (b)에서는 전기철도차량의 차량들이 각각, 팬터그래프, 추진제어인버터, 견인전동기가 탑재된 'M'차', 추진제어인버터 및 견인전동기만이 탑재된 'M차', 보조전원장치(SIV), 공기압축기, 축전지, 제어실 등을 갖춘 'Tc차', 그리고 아무 기기도 탑재되지 않는 객차인 'T차' 중 어느 하나로 구성된 것을 예로서 나타냈다.
도 4의 (a)에서와 같이, 통합형 전력변환장치(10)를 사용하지 않는 도시철도차량의 경우 50%의 동력차와 보조전원장치가 설치된 객차 그리고 나머지 20% 정도의 순수 객차로 편성이 구성된다. 이에 비해, 도 4의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치(10)를 설치한 도시철도차량의 경우, 50%의 동력차와 50%의 순수 객차로 편성을 구성할 수 있으며, 이에 따라 편성 구성 시 운영할 수 있는 가변폭이 증대된다.
한편, 도 4의 (a)에 도시한 바와 같이, 추진제어장치 및 보조전원장치를 별도로 사용하는 도시철도차량의 편성 구성의 경우, 전원 공급의 안정성을 유지하기 위하여 복수의 보조전원장치를 해당 차량에 각각 설치하였다. 예를 들어, 도 4의 (a)의 철도차량에서, 1대의 보조전원장치(SIV)가 전원을 공급해야 하는 부하는 최대 4량 정도이다. 이때, 1대의 보조전원장치(SIV)가 고장일 경우 해당 장치를 전기적으로 분리하고, 연장급전 접촉기를 사용하여 나머지 1대의 보조전원장치(SIV)가 필요한 최소한의 전원을 공급한다. 따라서, 보조전원장치의 용량의 증대가 지속적으로 요구된다. 구체적으로, 전기철도차량의 운용 중 어느 하나의 기기의 입력저전압, 입력과전압, 입력과전류, 출력과전압, 출력저전압, 과부하 등에 의한 보호회로동작 및 기관사의 강제적인 정지명령 등이 발생될 경우, 보조전원장치(300)의 운용이 중지될 수 있다. 이러한 경우 다른 보조전원장치(300)에서 전원을 끌어다 쓰게 하는것을 연장급전이라고 한다. 참고로, 보조전원장치(SIV)의 출력모선의 양단을 연결하여 위의 동작을 실시하게 하는 연장급전 접촉기는 일반적으로 'T차'에 설치된다.
그러나 본 발명의 일 실시예에 따른 통합형 전력변환장치(10)에서는 보조전원장치(300)가 안정적으로 전원을 공급하면서도, 고장시 나머지 보조전원장치가 부담하게 되는 부하를 경감시키기 위하여 부하 수요를 복수의 통합형 전력변환장치(10)가 공동으로 분담한다.
도 4의 (b)에서와 같이, 통합형 전력변환장치(10)인 "VVVF/SIV"가 구비된 도시철도차량에서는, 정상상태에서 하나의 보조전원장치(SIV)가 담당하는 부하 차량이 2량 정도이다. 이러한 경우, 1대의 보조전원장치(SIV)가 고장일 경우에도 나머지 보조전원장치들이 해당 부하를 공동으로 분담하므로 용량 증가에 대한 부담이 경감된다.
결과적으로, 보조전원장치(300)의 용량을 하향시키는 것이 가능하다. 즉, 도 4의 (b)에서와 같이 도시철도차량의 10량 편성의 경우, 5대의 통합형 전력변환장치(VVVF/SIV)가 설치되고, 각 차량에서 요구되는 보조전원장치 부하를 5대가 분담하여 동작하며, 그 중 1대가 고장일 경우 나머지 4대가 부하를 분담하게 된다. 따라서, 이상 상태가 발생 되더라도, 각 통합형 전력변환장치(10) 별로 25%의 부하가 증가 될 뿐이다.
이상에서와 같은 보조전원 부하 분담에 따른 개별동작을 위해서, 통합형 전력변환장치(10)는 보조전원장치 출력 제어기(320)를 포함한다.
구체적으로, 전기철도차량의 복수의 차량에 각각 설치된 통합형 전력변환장치(10)의 보조전원장치(300)에 기동 순번이 부여된다. 그리고, 복수의 보조전원장치(300) 중 기설정된 마스터 보조전원장치(300)가 기동하여 동작한 후, 편성에 설치된 나머지 보조전원장치(300)들이 부하 전압을 모니터링하여 출력전압의 위상을 동기화할 수 있도록 기동하여 동작한다.
이를 위하여 보조전원장치 출력 제어기(320)는 전기철도차량에 설치된 각 보조전원장치(300)의 기동 순번 및 마스터 여부를 관리하고, 전기철도차량의 부하 전압 및 부하전류를 실시간으로 모니터링한다. 그리고 보조전원장치 출력 제어기(320)는 상기 모니터링의 결과에 따라 임의의 보조전원장치(300)의 정지에 따른 부하변동을 검출한다. 이에 따라, 적어도 하나의 보조전원장치(300)의 정지가 검출되면, 보조전원장치 출력 제어기(320)는 정지된 보조전원장치(300)를 전기적으로 분리하고, 부하 측에 직접적으로 부하 전류를 변동시켜 상기 정지된 보조전원장치(300)의 부하를 나머지 보조전원장치(300)들이 분산하여 분담하도록 제어한다. 이때, 보조전원장치 출력 제어기(320)는 부하를 분담할 나머지 보조전원장치(300)들의 출력 전압을 마스터 보조전원장치(300)의 위상과 동기화하여 기동시킨다.
이상에서는, 앞서 도 2에 도시된 보조전원장치 출력 제어기(320)가 복수의 열차 차량에 각각 설치된 통합형 전력변환장치(10)의 보조전원장치(300)와 모두 연결된 하나의 제어기로 구현된 것을 설명하였다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 보조전원장치 출력 제어기(320)는 각 통합형 전력변환장치(10)에 개별적으로 포함되어 내부의 보조전원장치(300)에 연결되도록 구성될 수도 있다.
이때, 보조전원장치 출력 제어기(320)는 다른 열차 차량 중 적어도 하나의 보조전원장치(300)의 정지 여부를 실시간으로 검출하고, 다른 보조전원장치(300)의 정지 상태가 검출되면 연장급전 접촉기(ESK)를 온(ON)시켜 정지된 보조전원장치(300) 측으로 기설정된 용량의 전원이 제공되도록 제어한다. 참고로, 보조전원장치(300)가 직접 부하측에 제공하거나 연장급전 접촉기(ESK)를 통해 제공하는 전원 용량은 전기철도차량의 편성 구성에 따른 통합형 전력변환장치(10)의 개수 및 설치 위치 등의 조건에 따라 변경될 수 있다.
그리고. 보조전원장치 출력 제어기(320)는 다른 열차 차량에 설치된 통합형 전력변환장치(10)들과 연결되어 다른 보조전원장치(300)의 정지 여부 정보를 수신하거나, 부하 전압을 지속적으로 모니터링하여 다른 보조전원장치(300)의 정지 여부를 검출할 수 있다. 보조전원장치 출력 제어기(320)는 담당하는 보조전원장치(300)의 정지 여부를 검출하여 다른 보조전원장치 출력 제어기(320)들로 제공할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예를 보인 것이다.
본 실시예에 의한 철도 전력의 분산 제어 시스템은 도 5에 도시한 바와 같이, 비상전원장치(400)를 더 포함한다.
본 실시예의 여타 부분은 상술한 실시예와 동일하므로 동일 부분에 대해서는 동일부호를 부여하고 구체적인 설명은 생략한다.
비상전원장치(400)는 복수의 차량에 각각 설치되는 연료전지(410)와, 연료전지(410)에서 출력되는 직류를 교류로 변환함과 아울러 견인구동기에 필요한 전압으로 변환하는 견인구동기 비상구동 인버터부(420)와, 연료전지(410)에서 출력되는 직류를 교류로 변환함과 아울러 보조기기에 필요한 전압으로 변환하는 보조전원 비상공급 인버터부(430)와, 견인구동기 구동인버터부(220)의 출력전류를 감지하는 추진제어장치 출력감지센서(441)와, 보조전원 공급 인버터부(310)의 출력전류를 감지하는 보조전원장치 출력감지센서(442)와, 추진제어장치 출력감지센서(441)에 의해 추진제어장치(200)의 출력전류가 감지되지 않거나 보조전원장치 출력감지센서(442)에 의해 보조전원장치(300)의 출력전류가 감지되지 않으면, 연료전지(410)가 가동되고, 연료전지(410)에 생성된 직류가 견인구동기 비상구동 인버터부(420) 또는 보조전원 비상공급 인버터부(430)를 통해 견인구동기 또는 보조기기에 공급되게 제어하는 비상전원제어부(450)를 포함하여 구성된다.
연료전지(410)는 통상적인 수소를 연료로 하여 전력을 생산하는 수소연료전지를 사용할 수 있으므로 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
연료전지(410)는 통상적인 연료전지를 사용하는 것이므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
비상전원제어부(450)는 추진제어장치 출력감지센서(441)에 의해 추진제어장치(200)의 출력전류가 감지되는 경우, 추진제어장치(200)의 출력전류가 견인구동기에 공급되게 제어하며, 비상전원제어부(450)는 추진제어장치 출력감지센서(441)에 의해 추진제어장치(200)의 출력전류가 감지되지 않는 경우, 연료전지(410)의 출력전류가 견인구동기 비상구동 인버터부(420)를 통해 견인구동기에 비상구동전원으로서 공급되게 제어하도록 구성된다.
또한 비상전원제어부(450)는 보조전원장치 출력감지센서(442)에 의해 보조전원장치(300)의 출력이 감지되는 경우, 보조전원장치(300)의 출력전류가 보조기기들에 공급되게 제어하며, 보조전원 출력감지센서(442)에 의해 보조전원장치(300)의 출력이 감지되지 않는 경우, 비상전원장치(400)의 출력전류가 보조전원 비상공급 인버터부(430)를 통해 보조기기들에 비상보조전원으로서 공급되게 제어하도록 구성된다.
비상전원장치(400)는 연료전지(410)와 비상전원제어부(450)에 기동전원을 공급하기 위한 비상배터리(460)가 더 포함된다.
비상배터리(460)는 철도차량의 정상적인 운행시 보조전원장치(300)로부터 충전전류를 공급받아 충전될 수 있으며, 평소 완충된 상태로 유지되게 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 통합형 전력변환장치가 구비된 전기철도차량의 편성 조성 시 전장품 배치 방식을 설명하기 위한 도면이다.
또한 참고로, 도 6의 (a) 및 (b)에서는 전기철도차량의 차량들이 각각, 팬터그래프, 추진제어인버터, 견인전동기와 비상전원장치(400)가 탑재된 'M'차', 추진제어인버터 및 견인전동기와 비상전원장치(400)가 탑재된 'M차', 보조전원장치(SIV)와 비상전원장치(400), 공기압축기, 축전지, 제어실 등을 갖춘 'Tc차', 그리고 아무 기기도 탑재되지 않는 객차인 'T차' 중 어느 하나로 구성된 것을 예로서 나타냈다.
또한 고장 철도차량을 정규선로(R1)에 그대로 방지하는 경우, 후속 철도차량의 운행에 지장을 주게 되고, 자칫 후속 철도차량과의 추돌사고로 인해 심각한 피해를 초래할 수 있으므로 도 7에 도시한 바와 같은 비상피난설비(500)를 구비하는 것이 바람직하다.
비상피난설비(500)는 정규선로(R1)의 일측에 설치되어 고장 철도차량이 피난할 수 있는 피난선로(R2)를 포함한다.
비상피난선로(R2)의 시점과 정규선로(R1) 사이에는 피난용 선로전환기(510)가 설치되고, 비상피난선로(R2)의 종점과 정규선로(R1) 사이에는 복귀용 선로전환기(520)가 설치된다,
피난용 선로전환기(510)와 복귀용 선로전환기(520)는 포인트 부분의 텅레일, 리드 부분의 리드레일, 크로싱 부분의 가드레일과 크로싱을 포함하는 통상적인 선로전환기를 사용할 수 있다.
또한 피난용 선로전환기(510)와 복귀용 선로전환기(520)는 수동조작에 의해 이루어지는 선로전환기 또는 전기나 압축공기 등의 동력을 이용하는 선로전환기 중에서 선택할 수 있다.
이러한 선로전환기는 통상적으로 사용되는 것이므로 이에 대한 구체적인 도시 및 설명은 생략한다.
또한 비상피난선로(R2)의 주변에는 비상경정비센터(530)와 비상응급센터(540)를 구비할 수 있다.
비상경정비센터(530)는 철도차량에 대한 경정비가 가능한 경정비설비를 구비할 수 있다.
비상응급센터(540)는 몸이 불편한 승객을 대상으로 간단한 응급조치를 취할 수 있는 응급설비를 구비할 수 있다.
또한 비상응급센터(540)는 응급요원이 상주하는 형태로 운용될 수도 있으나 비상피난선로(R2)를 주변의 병원과 가까운 위치에 설치함으로써 비상응급센터(540)를 주변의 병원과 협력하여 비상응급초치 및 응급이송이 이루어지도록 할 수 있다.
이러한 본 실시예에 따른 철도 전력의 분산 제어 시스템에 의하면, 철도차량의 추진제어장치(200)의 입력단의 고장이나 철도차량 자체의 고장으로 인해 정상 주행이 불가능한 경우, 비상전원장치(400)로부터 비상구동전원을 공급받을 수 있어 고장 철도차량이 정규선로(R1)에서 정차해 있지 않고 비상철로(R2)로 피난하여 후속 철도차량의 주행에 지장이 없도록 할 수 있으며, 후속 철도차량과의 추돌사고를 방지하여 심각한 피해를 막을 수 있다.
또한 보조전원장치(300)의 입력단의 고장이나 철도차량 자체의 고장으로 인해 보조기기에 대한 전원공급이 이루어지지 않을 경우, 비상전원장치(400)로부터 비상보조전원을 공급받을 수 있어 보조기기인 제어기, 냉난방기, 냉각팬, 공기압축기, 승객편의기기 등의 작동에 지장이 없게 되어 정상적인 전기철도차량의 운행이 가능하게 할 수 있다.
따라서 어떠한 경우라도 고장 철도차량을 비상전원장치(400)에 의해 비상피난설비(500)로 피난시킬 수 있으며, 비상피난설비(500)로 피난하는 동안 또는 비상피난설비(500)에 체류하는 동안 냉난방기, 냉각팬, 공기압축기, 승객편의기기 등의 작동불능으로 인해 승객들에게 불편을 주는 일이 없게 할 수 있다.
비상피난선로(R2)로 피난했던 철도차량이 비상경정비센터(530)에서 충분히 정비되어 정상적인 운행이 가능하게 된 경우에는 추진제어장치(200)의 전력에 의해 정규선로(R1)로 복귀하여 가까운 정비기지로 이동하여 최종적인 정비를 받을 수 있게 한다.
비상피난선로(R2)로 피난했던 철도차량이 비상경정비센터(530)에서 정비하였으나 정상적인 운행이 불가능한 경우에는 정규선로(R1)의 철도차량이 운행하지 않는 시간대에 견인차량으로 견인하여 가까운 정비기지로 이동시켜 최종적인 정비를 받을 수 있게 한다.
이때, 비상경정비센터(530)에 견인차량이 구비되어 있는 경우에는 이 견인차량을 이용하여 피난 철도차량을 견인할 수 있으며, 그렇지 못할 경우 가까운 정비기지로부터 견인차량을 파견하여 피난 철도차량을 견인할 수 있다.
비상피난설비(500)는 정차역과 정차역 사이에 1개소 설치할 수 있으나, 정차역 간의 거리에 따라서는 2개소 이상 설치하여 정규선로(R1) 상의 어느 위치에서 고장이 발생하더라도 최대한 신속하게 비상피난설비(500)로 이동할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10 : 통합형 전력변환장치 100 : 공용 전원 회로
200 : 추진제어장치 300 : 보조전원장치
400 : 비상전원장치 500 : 비상피난설비
200 : 추진제어장치 300 : 보조전원장치
400 : 비상전원장치 500 : 비상피난설비
Claims (2)
- 전기철도차량에 연결되어 편성된 복수의 차량 중 둘 이상의 차량은 각각 통합형 전력변환장치를 포함하고, 통합형 전력변환장치는, 가선으로부터 전원을 입력받는 공용 전원 회로; 공용 전원 회로의 출력단에 접속되며, 가변전압가변주파수 제어에 따라 구동하는 추진제어장치; 및 공용 전원 회로의 출력단에 접속되며, 고정전압고정주파수에 따라 구동하는 보조전원장치를 포함하고, 추진제어장치 및 보조전원장치는 공용 전원회로에 병렬 접속되며, 통합형 전력변환장치 중 적어도 하나는, 각각의 보조전원장치에 대한 마스터 여부 및 기동 순번을 관리하고, 전기철도차량의 부하 전압 및 전류를 실시간으로 모니터링하는 보조전원장치 출력 제어기를 포함하고, 보조전원장치 출력 제어기는, 모니터링의 결과에 따라 임의의 보조전원장치의 정지에 의한 부하 변동을 실시간 검출하고, 정지된 보조전원장치가 검출되면 정지된 보조전원장치를 전기적으로 분리한 후 정지된 보조전원장치에 따른 부하를 나머지 보조전원장치들에 동일 비율로 분산시켜 부담하도록 제어하되, 나머지 보조전원장치들의 출력 전압을 기설정된 마스터 보조전원장치의 위상과 동기화시키는 철도 전력의 분산 제어 시스템에 있어서,
복수의 차량에 각각 설치되는 연료전지와, 연료전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환함과 아울러 견인구동기에 필요한 전압으로 변환하는 견인구동기 비상구동 인버터부와, 연료전지에서 출력되는 직류를 교류로 변환함과 아울러 보조기기에 필요한 전압으로 변환하는 보조전원 비상공급 인버터부와, 견인구동기 구동인버터부의 출력전류를 감지하는 추진제어장치 출력감지센서와, 보조전원 공급 인버터부의 출력전류를 감지하는 보조전원장치 출력감지센서와, 추진제어장치 출력감지센서에 의해 추진제어장치의 출력전류가 감지되지 않거나 보조전원장치 출력감지센서에 의해 보조전원장치의 출력전류가 감지되지 않으면, 연료전지가 가동되고, 연료전지에 생성된 직류가 견인구동기 비상구동 인버터부 또는 보조전원 비상공급 인버터부를 통해 견인구동기 또는 보조기기에 공급되게 제어하는 비상전원제어부를 구비하는 비상전원장치를 포함하여 구성되며,
철도차량이 운행되는 정규선로의 일측에 설치되어 고장 철도차량이 피난할 수 있도록 설치되는 피난선로와, 비상피난선로의 시점과 정규선로 사이에 설치되는 피난용 선로전환기와, 비상피난선로의 종점과 정규선로 사이에 설치되는 복귀용 선로전환기와, 비상피난선로의 주변에 설치되는 비상경정비센터와, 비상피난선로의 주변에 설치되는 비상응급센터를 구비하는 비상피난설비를 더 포함하여,
비상전원제어부는 추진제어장치 출력감지센서에 의해 추진제어장치의 출력전류가 감지되는 경우, 추진제어장치의 출력전류가 견인구동기에 공급되게 제어하며, 비상전원제어부는 추진제어장치 출력감지센서에 의해 추진제어장치의 출력전류가 감지되지 않는 경우, 연료전지의 출력전류가 견인구동기 비상구동 인버터부를 통해 견인구동기에 비상구동전원으로서 공급되게 제어하도록 구성되고,
비상전원제어부는 보조전원장치 출력감지센서에 의해 보조전원장치의 출력이 감지되는 경우, 보조전원장치의 출력전류가 보조기기들에 공급되게 제어하며, 보조전원 출력감지센서에 의해 보조전원장치의 출력이 감지되지 않는 경우, 비상전원장치의 출력전류가 보조전원 비상공급 인버터부를 통해 보조기기들에 비상보조전원으로서 공급되게 제어하도록 구성되며,
철도차량의 추진제어장치의 입력단의 고장이나 철도차량 자체의 고장으로 인해 정상 주행이 불가능한 경우, 비상전원장치로부터 비상구동전원을 공급받을 수 있게 하여 고장 철도차량이 정규선로에서 정차해 있지 않고 비상철로로 피난하여 후속 철도차량의 주행에 지장이 없도록 할 수 있으며, 후속 철도차량과의 추돌사고를 방지하여 심각한 피해를 막을 수 있도록 구성되고,
보조전원장치의 입력단의 고장이나 철도차량 자체의 고장으로 인해 보조기기에 대한 전원공급이 이루어지지 않을 경우, 비상전원장치로부터 비상보조전원을 공급받을 수 있게 하여 보조기기인 제어기, 냉난방기, 냉각팬, 공기압축기, 승객편의기기 등의 작동에 지장이 없게 하여 정상적인 전기철도차량의 운행이 가능하게 함과 아울러
고장 철도차량을 비상전원장치에 의해 비상피난설비로 피난시킬 수 있으며, 비상피난설비로 피난하는 동안 또는 비상피난설비에 체류하는 동안 냉난방기, 냉각팬, 공기압축기, 승객편의기기 등의 작동불능으로 인해 승객들에게 불편을 주는 일이 없게 구성되며,
비상피난선로로 피난했던 철도차량이 비상경정비센터에서 충분히 정비되어 정상적인 운행이 가능하게 된 경우에는 추진제어장치의 전력에 의해 정규선로로 복귀하여 가까운 정비기지로 이동하여 최종적인 정비를 받을 수 있게 구성되고,
비상피난선로로 피난했던 철도차량이 비상경정비센터에서 정비하였으나 정상적인 운행이 불가능한 경우에는 정규선로의 철도차량이 운행하지 않는 시간대에 견인차량으로 견인하여 가까운 정비기지로 이동시켜 최종적인 정비를 받을 수 있게 구성되며,
비상경정비센터에 견인차량이 구비되어 있는 경우에는 이 견인차량을 이용하여 피난 철도차량을 견인할 수 있으며, 그렇지 못할 경우 가까운 정비기지로부터 견인차량을 파견하여 피난 철도차량을 견인할 수 있게 구성되고,
비상피난설비는 정차역과 정차역 사이에 정차역 간의 거리에 따라서는 1개소 또는 2개소 이상 설치하여 정규선로 상의 어느 위치에서 고장이 발생하더라도 최대한 신속하게 비상피난설비로 이동할 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 철도 전력의 분산 제어 시스템. - 삭제
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