KR20090113971A - 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템 - Google Patents

가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템 Download PDF

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Abstract

이 발명은, 하나의 인버터를 통하여 4가지의 모드 기능을 하여 능동적으로 직류 가선의 전압변동을 안정화시킴으로써 직류 가선에 안정적인 전력공급을 공급하고 계통에 양질의 전력을 제공함과 동시에 열차운행에 안정성을 가져다 줄 수 있는, 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템에 관한 것으로서,
계통으로부터 공급되는 교류전압을 변압하기 위한 변압기와, 상기한 변압기에 각각 연결되어 있는 주 정류기 및 가선전압 안정화 장치가 설치되어 있는 변전소를 포함하여 이루어지며, 상기한 가선전압 안정화 장치는, 변압기에 연결되어 있는 수동 필터부와, 상기 수동 필터부에 연결되어 있는 3상 PWM 인버터부와, 직류가선의 전압을 실시간으로 확인하는 센싱부와, 상기 센싱부에 연결되어 직류가선의 전압이 정상적인 운행구간에서는 능동전력필터로 동작하여 계통의 고조파를 보상하여 주고, 직류가선전압이 기준전압보다 상승했을때는 회생모드로 동작을 하고, 직류가선에 전압이 전혀 공급되지 않을 경우에는 예비모드로 동작을 하고, 직류가선전압이 기준전압보다 하강하였을 때에는 인버터를 통하여 가선전압을 보상하여주는 보상모드로 동작을 하도록 상기 3상 PWM 인버터부를 제어하는 제어부와, 상기한 제어부에 의해 온오프되는 마그네틱 스위치를 포함하여 이루어진다.
변압기, 주정류기, 가선전압, 수동 필터부, 인버터부, 센셍부, 제어부

Description

가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템{Power supply system for an electric rail car having function for stabilizing voltage of a wire}
이 발명은 직류 전동차 분야에 관한 것으로서, 좀더 세부적으로 말하자면 하나의 인버터를 통하여 4가지의 모드 기능을 하여 능동적으로 직류 가선의 전압변동을 안정화시킴으로써 직류 가선에 안정적인 전력공급을 공급하고 계통에 양질의 전력을 제공함과 동시에 열차운행에 안정성을 가져다 줄 수 있는, 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템에 관한 것이다.
직류 전동차를 운행시키기 위해서는 직류 전동차에 DC 전력을 공급해주기 위한 급전 시스템을 필요로 한다.
도 1은 종래의 직류 전동차용 급전 시스템의 구성도이다.
도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 종래의 직류 전동차용 급전 시스템은, 계통으로부터 공급되는 교류전압을 변압하기 위한 변압기(11)와, 상기한 변압기(11)에 각각 연결되어 있는 주 정류기(12) 및 예비 정류기(13)와, 상기한 주 정류기(12) 및 예비 정류기(13)에 연결되어 있는 저항기(14)가 설치되어 있는 변전 소(10)를 포함하여 이루어지며, 상기한 변전소(10)가 여러 군데 설비되어 있는 구성으로 이루어진다.
하나의 변전소(10)는 두 구간의 직류가선을 담당하여 급전을 하게 되는데, 전동차(20)에 DC 전력을 공급하게 되는 직류가선 한 구간의 길이는 대략 3~4Km이다. 그리고, 하나의 변전소(10)에는 3대의 다이오드 정류기가 설치되어 있는데, 그 중에서 2대의 다이오드 정류기는 각각 한 구간의 직류가선을 담담하는 주 정류기(12)로서 사용되며, 나머지 1대의 다이오드 정류기는 예비 정류기(13)로서 주 정류기(12)의 고장시에 하나의 직류가선에 대한 전력을 담당하도록 되어 있다.
상기한 구성에 의한 종래의 직류 전동차용 급전 시스템은, 변전소(10)에서 변압기(11)와 주 정류기(12)를 이용하여 AC 전력을 DC 전력으로 변환한 뒤에 이를 직류가선을 통하여 직류 전동차(20)에 공급함으로써 직류 전동차(20)가 운행될 수 있도록 한다.
일반적으로 상기한 직류가선의 전압은 전동차의 운행 전동차의 운행 조건에 따라 순시적으로 변화하게 되는데, 크게 직류가선 전압이 안정영역을 넘어 상승하는 경우와, 직류가선 전압이 안정영역에 존재하는 경우와, 직류가선 전압이 안정영역보다 낮아지는 경우의 3가지로 나눌 수 있으며, 위의 3가지 경우중에서 직류가선 전압이 안정영역을 넘어 상승하는 경우와 직류가선 전압이 안정영역보다 낮아지는 경우에는 전동차(20)의 운행에 문제를 일으킬 수 있기 때문에 이를 해결하기 위한 방법을 필요로 하게 되며, 종전의 직류 전동차 급전 시스템에서는 이를 다음과 같이 해결하고 있다.
먼저, 전동차(20)가 정차역에 정지하기 위하여 제동중이거나 하향 구배구간을 주행하는 경우에, 전동차의 견인 전동기가 발전기와 같이 동작하여 견인 전동기로부터 전력이 발생하게 된다. 이와 같이 전동차(20)의 견인 전동기로부터 발생된 전력은 전체전력의 약 40∼45%정도가 되는데, 이 전력의 일부는 인접한 다른 차량에서 소비되고, 약 10～20%인 잉여 전력은 직류가선측으로 공급되어 직류가선의 전압을 상승시키게 된다.
이와 같은 직류가선의 전압상승은 변전소의 정류기 및 차량에 탑재된 전력 변환기의 장애를 일으키는 원인이 되기 때문에, 이를 방지하기 위해 저항기(14)를 이용하여 잉여 전력을 강제로 소모시킴으로써 직류가선의 과전압을 방지한다.
또한, 주 정류기(12)에 고장이 발생하는 경우에 직류가선측으로 전력이 공급되지 못함으로써 직류가선의 전압이 안정영역보다 절대적으로 낮아지게 된다.
이 경우에는 예비 정류기(13)를 이용하여 전압을 공급함으로써 전동차(20)가 정상적으로 운행될 수 있도록 한다.
그러나, 상기한 종전의 직류 전동차 급전 시스템은, 저항기(14)를 통하여 직류전압 상승분을 강제로 소비하기 때문에 에너지를 사용함에 있어서 효율을 떨어뜨리고 있다는 단점뿐만 아니라, 변전소(10)의 온도 상승을 초래하여 다른 전기설비의 오동작을 유발할 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
또한 상기한 종전의 직류 전동차 급전 시스템은, 교류전압을 직류전압으로 변환하는 전력변환기로서 다이오드 정류기를 사용하고 있는데, 이와 같이 다이오드 정류기를 사용하는 경우, 전고조파 함유율은 최저 14%정도로 전력변환 방법상 많은 전류의 고조파를 발생시키고 있고, 역률은 0.92 정도로 낮음으로써 전력품질의 관점에서 보았을 때 상대적으로 효율이 저하되는 문제점이 있다.
이러한 문제점들을 해결하기 위하여, 직류가선에서 발생되는 잉여 DC 전력을 회생용 인버터를 사용하여 스위칭 펄스 형태로 변환하고 회생용 인버터의 후단의 트랜스포머에서 정현파 형태의 파형으로 출력하여 AC 전력으로 만들어서 AC 전력라인으로 제공함으로써 에너지를 전원계통으로 회생시킬 수 있도록 하는 회생 시스템에 관한 기술이 제시되고 있다.
참고로, 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0603963(공고일자 2006년 07월 24일)의 "능동형 전력 필터 기능을 갖는 전동차 시스템의 전력 회생장치"에는 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)를 이용한 인버터를 이중화하고 이에 고압 변압기를 결선하여 스위칭 주파수를 상승시킴으로써 인버터에 의한 전력소모를 크게 하지 않고서도 고압 변압기 출력단의 주파수를 높일 수 있도록 하여 정현파에 가까운 깨끗한 AC 파형을 얻을 수 있도록 하는 기술이 본 출원인에 의해 개시된 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허공보 등록번호 10-0629428(공고일자 2006년 09월 27일)의 "에너지 회생을 위한 전동차의 직류전원 공급 시스템"에는 전동차가 제동을 하거나 하강 경사로 주행을 하는 동안 회생되는 전력을 재생함에 있어 멀티레벨 인버터를 채용하여 회생용 전압을 스위칭시킴으로써 고조파 성분을 대폭 감소시키고 멀티레벨 인버터의 각 스위칭 소자에 인가되는 전압이 일반적인 인버터에 비해 1/2로 줄어들어 스위칭 소자의 정격을 낮추어 소자 비용을 줄일 수 있으며, 또한 스위 칭 동작시 스위칭 노이즈를 상당히 줄일 수 있는 기술이 본 출원인에 의해 개시된 바 있다.
그러나, 상기한 종래의 기술들은, 직류 전동철의 운행조건에 따라 급변하는 직류 가선전압을 보상하여 일정 영역안에 직류전압으로 유지하여야 하지만, 가선전압이 전동차가 운행할 수 있는 기준전압보다 낮아졌을 때에도 계속적으로 능동전력필터로서 작용하여 고조파 보상만을 하기 때문에, 가선전압의 순간적인 전압강하에 대한 보상 대책은 준비되어 있지 않은 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 정상적인 운행구간에서는 능동전력필터로 동작하여 계통의 고조파를 보상하여 주고, 가선전압이 기준전압보다 상승했을때는 회생모드로 동작을 하고, 가선전압에 전압이 전혀 공급되지 않을 경우에는 예비모드로 동작을 하고, 가선전압이 기준전압보다 하강하였을 때에는 인버터를 통하여 가선전압을 보상하여주는 보상모드로 동작을 함으로써 하나의 인버터를 통하여 4가지의 모드 기능을 하여 능동적으로 직류 가선의 전압변동을 안정화시킴으로써 직류 가선에 안정적인 전력공급을 공급하고 계통에 양질의 전력을 제공함과 동시에 열차운행에 안정성을 가져다 줄 수 있는, 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 수단으로서 이 발명의 구성은, 계통으로부터 공급되는 교류전압을 변압하기 위한 변압기와, 상기한 변압기에 각각 연결되어 있는 주 정류기 및 가선전압 안정화 장치가 설치되어 있는 변전소를 포함하여 이루어지며, 상기한 가선전압 안정화 장치는, 변압기에 연결되어 있는 수동 필터부와, 상기 수동 필터부에 연결되어 있는 3상 PWM 인버터부와, 직류가선의 전압을 실시간으로 확인하는 센싱부와, 상기 센싱부에 연결되어 직류가선의 전압이 정상적인 운행구간에서는 능동전력필터(Active Power Filter, APF)로 동작하여 계통의 고조파를 보상하여 주고, 직류가선전압이 기준전압보다 상승했을때는 회생모드로 동작을 하고, 직류가선에 전압이 전혀 공급되지 않을 경우에는 예비모드로 동작을 하고, 직류가선전압이 기준전압보다 하강하였을 때에는 인버터를 통하여 가선전압을 보상하여주는 보상모드로 동작을 하도록 상기 3상 PWM(Pulse Width Modulation) 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진다. ,
이 발명의 구성은, 상기한 제어부에 의해 온오프되는 마그네틱 스위치(Magnetic Switch)를 더 포함하여 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 3상 PWM 인버터부는 3상을 형성하기 위한 6개의 스위칭 소자와, 상기한 6개의 스위칭 소자에 각각 병렬로 연결되어 있는 6개의 다이오드로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기한 스위칭 소자는 IGBT로 이루어지면 바람직하다.
이 발명의 구성은, 상기 수동 필터부는 3상 PWM 인버터부가 계통으로 전력을 반환할 시에 계통측에 순수한 정현파 성분을 전달해 주기 위한 LCL 필터로 이루 어지면 바람직하다.
이 발명은, 하나의 인버터를 통하여 4가지의 모드 기능을 하여 능동적으로 직류 가선의 전압변동을 안정화시킴으로써 직류 가선에 안정적인 전력공급을 공급하고 계통에 양질의 전력을 제공함과 동시에 열차운행에 안정성을 가져다 줄 수 있는, 효과를 갖는다.
이하, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 이 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 이 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하기로 한다. 이 발명의 목적, 작용, 효과를 포함하여 기타 다른 목적들, 특징점들, 그리고 동작상의 이점들이 바람직한 실시예의 설명에 의해 보다 명확해질 것이다.
참고로, 여기에서 개시되는 실시예는 여러가지 실시가능한 예중에서 당업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 이 실시예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시예가 가능함을 밝혀 둔다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 세부 회로 구성도이다.
도 2 및 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템의 구성은, 계통으로부터 공급되는 교류전압을 변압하기 위한 변압기(31)와, 상기한 변압기(31)에 각각 연결되어 있는 주 정류기(32) 및 가선전압 안정화 장치(33)가 설치되어 있는 변전소(30)를 포함하여 이루어지며, 상기한 변전소(30)가 여러 군데 설비되어 있는 구성으로 이루어진다.
상기한 가선전압 안정화 장치(33)의 구성은, 변압기(31)에 연결되어 있는 수동 필터부(331)와, 상기 수동 필터부(331)에 연결되어 있는 3상 PWM 인버터부(332)와, 직류가선(21)의 전압을 실시간으로 확인하는 센싱부(333)와, 상기 센싱부(333)에 연결되어 직류가선(21)의 전압이 정상적인 운행구간에서는 능동전력필터로 동작하여 계통의 고조파를 보상하여 주고, 직류가선(21)의 전압이 기준전압보다 상승했을때는 회생모드로 동작을 하고, 직류가선(21)에 전압이 전혀 공급되지 않을 경우에는 예비모드로 동작을 하고, 직류가선(21)의 전압이 기준전압보다 하강하였을 때에는 인버터를 통하여 가선전압을 보상하여주는 보상모드로 동작을 하도록 상기 3상 PWM 인버터부(332)를 제어하는 제어부(334)와, 상기한 제어부(334)에 의해 온오프되는 마그네틱 스위치(SW)를 포함하여 이루어진다.
상기 센싱부(333)는 직류가선(21)의 전압의 크기를 실시간으로 검출하여 검출된 전압의 크기에 해당하는 전기적인 신호를 제어부(334)로 전송함으로써 제어부(334)가 검출된 전압의 상태에 따라서 3상 PWM 인버터부(332)의 동작모드를 결정할 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기 제어부(334)는 상기 센싱부(333)에서 결정된 동작모드에 따라서 각 동작모드에 맞는 제어기법으로 3상 PWM 인버터부(332)의 스위칭을 결정하는 역할을 한다. 즉, 검출된 전압이 정상범위 보다 높은 경우, 3상 PWM 인버터부(332)가 회생모드에서 동작하도록 하고, 검출된 전압이 정상범위 내에 있을 경우 3상 PWM 인버터부(332)가 정상모드에서 동작하도록 하며, 전압이 전혀 검출되지 않을 경우에는 3상 PWM 인버터부(332)가 예비모드에 동작을 하도록 하며, 검출된 전압이 정상범위보다 낮은 경우 3상 PWM 인버터부(332)가 보상모드에서 동작하도록 한다.
상기 3상 PWM 인버터부(332)는 3상을 형성하기 위한 6개의 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)의 스위칭 소자와, 상기한 6개의 IGBT에 각각 병렬로 연결되어 있는 6개의 다이오드로 구성되어 있으며, 직류가선(21)의 전압의 상태에 따라 4개의 동작모드로 동작한다. 4개의 동작모드는 각각, 정상모드, 회생모드, 예비모드, 보상모드이며, 이는 센싱부(333)에서 직류가선(21)으로부터 검출된 신호를 이용하여 제어부(334)가 결정한다.
상기 수동 필터부(331)는 계통과 3상 PWM 인버터부(332) 사이의 인터페이스(interface)로서 동작하며, 3상 PWM 인버터부(332)의 스위칭 주파수에 의한 고조파성분을 제거하는 역할을 수행하여 3상 PWM 인버터부(332)가 계통으로 전력을 반환할 시에 계통측에 순수한 정현파 성분을 전달해 주기 위한 LCL 필터로 이루어진다.
상기한 구성에 의한, 이 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전 시스템의 작용은 다음과 같다.
도 4의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 4가지 동작모드에 따른 전력흐름을 나타낸 도면이다.
계통으로부터 154KV 또는 22.9KV의 교류전압이 인가되면, Δ 결선 또는 Y 결선으로 이루어져 있는 변압기(31)를 통해 전압강하가 이루어지면서 주정류기(32)에 의해 직류전압으로 변환되어 직류가선(21)으로 인가됨으로써 전동차(20)가 운행될 수 있게 된다.
가선전압 안정화 장치(33)의 센싱부(333)가 검출한 직류가선(21)의 전압이 정상범위 안에 있고, 전체 급전시스템이 정상적으로 운전되고 있는 경우에, 제어부(334)는 3상 PWM 인버터부(332)가 정상모드에서 동작하도록 하며, 도 4의 (a)는 이 경우의 전력흐름을 나타낸다.
정상모드에서 3상 PWM 인버터부(332)는 직류가선(21)과 분리되어 주 정류기(32)로 인해 발생하는 고조파를 보상하는 능동전력필터 기능을 수행한다. 제어부(334)는 마그네틱 스위치(SW)를 오프시키고 계통측의 고조파 성분을 검출하여 이와 동일한 고조파 성분을 3상 PWM 인버터부(332)가 제거하도록 스위칭함으로써 3상 PWM 인버터부(332)가 능동전력필터로서 기능하도록 하여 계통측의 전력품질을 개선시키는 역할을 한다.
다음에, 전동차(20)의 제동시나 하구배 운행시 발생하는 회생에너지에 의한 직류가선의 전압이 정상범위를 벗어나서 상승하는 경우에 가선전압 안정화 장치(33)의 센싱부(333)가 검출한 직류가선(21)의 전압이 정상범위인 140~150V 보다 보다 높게 되면 3상 PWM 인버터부(332)는 회생모드에서 동작하게 되며, 도 4의 (b)는 이 경우의 전력흐름을 나타낸다.
회생모드에서 3상 PWM 인버터부(332)는 직류가선(21)과 연결되어 잉여전력을 계통으로 반환함으로써 직류가선(21)의 전압을 안정화시키는 회생 기능을 수행한다. 제어부(334)는 마그네틱 스위치(SW)를 온시키고 직류가선(21)측의 에너지를 교류의 형태로 변환하여 계통과 동위상의 출력전류를 발생하도록 3상 PWM 인버터부(332)의 스위칭을 결정하는데, 검출전압과 기준전압과의 전압오차에 따라 제어량을 만들고, 유효분 전류를 생성하여, 유효분 전류와 무효분 전류로 3상의 보상 전류를 생성할 수 있도록 PWM 제어를 한다.
다음에, 주 정류기(32)의 고장시나 단선사고 발생시, 직류가선(21)에 전력이 공급되지 않아 0V로 떨어짐으로써 가선전압 안정화 장치(33)의 센싱부(333)가 전압을 검출하지 못하게 되면 3상 PWM 인버터부(332)는 예비모드에서 동작하게 되며, 도 4의 (c)는 이 경우의 전력흐름을 나타낸다.
예비모드에서 3상 PWM 인버터부(332)는 주 정류기(32)를 대신하여 직류가선(21)에 전력을 공급하게 된다. 제어부(334)는 마그네틱 스위치(SW)를 온시키고 계통측의 에너지를 직류의 형태로 변환함과 동시에 고조파를 제거함으로써 양질의 직류전력이 직류가선(21)측에 공급되도록 3상 PWM 인버터부(332)의 스위칭을 제어한다. 따라서 별도의 예비 정류기의 설치를 필요로 하지 않게 된다.
다음에, 계통측에 이상이 있거나 주변에서 운행되고 있는 전동차의 영향으로 직류가선(21)측에 상대적으로 아주 짧은 순간동안 전압강하가 발생하게 되어 120~130V 정도로 떨어지게 됨으로써 가선전압 안정화 장치(33)의 센싱부(333)가 검출한 직류가선(21)의 전압이 정상범위인 140~150V 보다 조금 낮게 되는 경우에 3상 PWM 인버터부(332)는 위에서 언급한 예비모드와는 다른 별도의 보상모드에서 동작하게 되며, 도 4의 (d)는 이 경우의 전력흐름을 나타낸다.
보상모드에서는, 주 정류기(32)에 의해 직류가선(21)에 전력이 공급됨과 동시에, 상기한 주 정류기(32)와는 별도로 3상 PWM 인버터부(332)가 계통측의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하여 직류가선(21)측에 부가적으로 공급하여 줌으로써 정상범위보다 순간적으로 조금 낮게 형성된 직류가선(21)의 전압을 보상하는 역할을 한다. 제어부(334)는 마그네틱 스위치(SW)를 온시키고 계통측의 에너지를 직류의 형태로 변환함과 동시에 고조파를 제거함으로써 양질의 직류전력이 직류가선(21)측에 보상 공급되도록 3상 PWM 인버터부(332)의 스위칭을 제어한다.
이상에서와 같이 본원 발명의 실시예에 따른 가선전압 안정화 장치(33)는, 종래의 3상 다이오드 정류기를 IGBT로 구성된 3상 PWM 인버터부(332)로 대체하고, 실시간으로 직류 가선(21)의 전압변동을 검출하여 모드변경이 가능하도록 제어기를 구현함으로써 과전압, 주 정류기 사고, 순간 전압강하등의 사고에 대한 순시적인 대처가 가능하고, 뿐만아니라 가선전압이 정상범위에 있는 경우에 계통의 전력품질을 보상하는 능동전력필터 기능까지 가짐으로써 전체 직류급전 시스템의 양질화 및 소형화를 이룰 수 있다.
도 1은 종래의 직류 전동차용 급전시스템의 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 세부 회로 구성도이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 정상모드에 따른 전력흐름을 나타낸 도면이다.
도 4의 (b)는 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 회생모드에 따른 전력흐름을 나타낸 도면이다.
도 4의 (c)는 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 예비모드에 따른 전력흐름을 나타낸 도면이다.
도 4의 (d)는 본 발명의 일실시예에 따른 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템의 보상모드에 따른 전력흐름을 나타낸 도면이다.

Claims (5)

  1. 계통으로부터 공급되는 교류전압을 변압하기 위한 변압기와, 상기한 변압기에 각각 연결되어 있는 주 정류기 및 가선전압 안정화 장치가 설치되어 있는 변전소를 포함하여 이루어지며,
    상기한 가선전압 안정화 장치는,
    변압기에 연결되어 있는 수동 필터부와,
    상기 수동 필터부에 연결되어 있는 3상 PWM 인버터부와,
    직류가선의 전압을 실시간으로 확인하는 센싱부와,
    상기 센싱부에 연결되어 직류가선의 전압이 정상적인 운행구간에서는 능동전력필터로 동작하여 계통의 고조파를 보상하여 주고, 직류가선전압이 기준전압보다 상승했을때는 회생모드로 동작을 하고, 직류가선에 전압이 전혀 공급되지 않을 경우에는 예비모드로 동작을 하고, 직류가선전압이 기준전압보다 하강하였을 때에는 인버터를 통하여 가선전압을 보상하여주는 보상모드로 동작을 하도록 상기 3상 PWM 인버터부를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기한 제어부에 의해 온오프되는 마그네틱 스위치를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 3상 PWM 인버터부는,
    3상을 형성하기 위한 6개의 스위칭 소자와,
    상기한 6개의 스위칭 소자에 각각 병렬로 연결되어 있는 6개의 다이오드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기한 스위칭 소자는 IGBT로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 수동 필터부는 3상 PWM 인버터부가 계통으로 전력을 반환할 시에 계통측에 순수한 정현파 성분을 전달해 주기 위한 LCL 필터로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가선전압 안정화 기능을 구비한 직류 전동차용 급전시스템.
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