KR20130068346A - 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법 - Google Patents

무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 관한 것으로; 가선에서 차량으로 과전류가 유입되는 것을 차단하는 HSCB와, 밧데리의 충전 또는 방전을 제어하는 DC/DC 컨버터를 제어하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 있어서, 차량이 무가선 구간을 주행하면 상기 배터리의 전원이 차량을 구동하는 모터를 제어하는 인버터의 입력단으로 투입되도록 상기 HSCB를 오픈(Open) 상태로 제어하고 DC/DC 컨버터를 방전상태로 제어하는 제1단계; 상기 차량이 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이구간에 진입하면, 타행에 의해 차량이 운행되도록 상기 HSCB를 도통시키고 상기 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제2단계; 상기 차량이 가선 구간에 완전히 진입하면, 가선을 통해 공급되는 가선전원이 상기 인버터에 인가되도록 상기 HSCB는 도통된 상태를 유지시키고 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 무가선 트램 차량이 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이시 또는 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이시에 차량 내의 HSCB와 DC/DC 컨버터의 협조 제어를 통하여 시스템 내에 안정적인 전력공급이 가능하며 과전류 유입으로 인한 전력소자의 소손을 방지할 수 있다.

Description

무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법 {SYSTEM CONTROL METHOD FOR CATENARY-LESS TRAM IN DEAD BLOCK }
본 발명은 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 가선구간과 무가선 구간이 혼재되는 노선의 특성에 따라 무가선 트램을 운행하는 경우 가선/무가선 또는 무가선/가선 전이 구간에서 시스템을 안정적으로 구동할 수 있도록 하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 관한 것이다.
일반적으로 무가선 트램은 전용궤도를 레일을 따라 주행하는 노면전차로서, 매연이 없고 도시미관의 개선에 유리한 특징이 있다.
이와 같은 무가선 트램은 가선 구간에서는 급전선을 통하여 전원을 공급받아 차량을 구동시키고, 무가선 구간에서는 차량내에 장착된 배터리의 전원을 이용하여 차량을 구동시킨다.
이때 노선의 특성에 따라 가선구간과 무가선 구간이 혼재되어 있을 수 있으며, 가선/무가선 또는 무가선/가선 전이 구간에서 시스템이 안정적으로 구동되어야 한다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이 종래의 무가선 트램은 차량에 배터리(10)를 탑재하여 급전선(1)이 없는 무가선 구간에서도 배터리(10)에 저장된 에너지를 이용하여 차량을 구동시킬 수 있다. 즉, 무가선 구간에서는 DC/DC컨버터(40)를 제어하여 배터리(10)의 충전전원을 인버터(20)로 투입하여 교류전원으로 변환하여 모터(30)를 구동하여 차량을 추진하게 된다.
이때, 차량 내에 장착되는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(11)는 회로단락으로 인하여 급전선(1)에서 차량으로 과전류가 흐를 경우 시스템 보호를 위하여 이를 차단하기 위한 장치이다.
따라서, 정상적인 상황에서 가선 구간일 경우 HSCB(11)는 도통되어 있어 급전선(1)의 전력이 인버터(20) 입력단에 인가되도록 하고, 무가선구간에서는 HSCB는 open되어 있으며 DC/DC 컨버터(40)는 스위칭소자의 동작을 통하여 배터리(10)의 전력을 인버터(20)에 공급한다.
그런데, 이와 같은 구성에 의하면, 차량이 무가선 구간에서 가선 구간으로 전이할 경우, DC/DC 컨버터(40)는 배터리(10)의 전력을 인버터(20)로 공급하다가 HSCB(11)가 도통되어 급전선(1)의 전력이 의도하지 않게 거꾸로 배터리(10) 쪽으로 유입되거나 또는 DC/DC 컨버터(40)의 소자가 소손되는 상황이 발생할 수 있으며, 이는 시스템의 안정적인 운행을 방해하는 요인으로 작용하게 하는 원인이 된다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 무가선 트램을 가선 구간에서는 급전선을 통하여 전력을 공급받아 차량을 구동시키고 무가선 구간에서는 차량내에 장착된 배터리의 전력을 이용하여 차량을 구동시키며 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이시 또는 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이시에 시스템을 안정적으로 구동시킬 수 있는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위해 본 발명은;
가선에서 차량으로 과전류가 유입되는 것을 차단하는 HSCB와, 밧데리의 충전 또는 방전을 제어하는 DC/DC 컨버터를 제어하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 있어서, 차량이 무가선 구간을 주행하면 상기 배터리의 전원이 차량을 구동하는 모터를 제어하는 인버터의 입력단으로 투입되도록 상기 HSCB를 오픈(Open) 상태로 제어하고 DC/DC 컨버터를 방전상태로 제어하는 제1단계; 상기 차량이 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이구간에 진입하면, 타행에 의해 차량이 운행되도록 상기 HSCB를 도통시키고 상기 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제2단계; 상기 차량이 가선 구간에 완전히 진입하면, 가선을 통해 공급되는 가선전원이 상기 인버터에 인가되도록 상기 HSCB는 도통된 상태를 유지시키고 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법을 제공한다.
이때, 상기 제2단계에서, 상기 차량이 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이구간은 차량이 가선 구간에 진입하기 직전의 구간인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은;
가선에서 차량으로 과전류가 유입되는 것을 차단하는 HSCB와, 밧데리의 충전 또는 방전을 제어하는 DC/DC 컨버터를 제어하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 있어서, 상기 차량이 가선 구간을 주행하면, 가선을 통해 공급되는 가선 전원이 상기 인버터에 인가되도록 상기 HSCB는 도통된 상태를 유지시키고 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제1단계; 상기 차량이 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이구간에 진입하면, 타행에 의해 차량이 운행되도록 상기 HSCB를 오픈(Open) 상태로 제어하고 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제2단계; 상기 차량이 무가선 구간에 완전히 진입하면, 배터리의 전원이 인버터의 입력단으로 투입되도록 상기 HSCB는 오픈(Open) 상태를 유지시키고 상기 DC/DC 컨버터는 방전상태로 동작하도록 제어하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법도 제공한다.
이때, 상기 제2단계에서, 상기 차량이 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이구간은 차량이 가선 구간을 지난 후 무가선 구간에 진입한 초기 구간인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 무가선 트램 차량이 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이시 또는 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이시에 차량 내의 HSCB와 DC/DC 컨버터의 협조 제어를 통하여 시스템 내에 안정적인 전력공급이 가능하며 과전류 유입으로 인한 전력소자의 소손을 방지할 수 있다.
도 1은 일반적인 무가선 트램의 작동 예를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 무가선 트램의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 무가선 트램의 가선 구간 및 무가선 구간에서의 제어상태도이다.
도 4는 도 3의 제1영역에서의 시스템 제어 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 제2영역에서의 시스템 제어 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 제3영역에서의 시스템 제어 상태를 도시한 도면이다.
도 7은 도 3의 제4영역에서의 시스템 제어 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 도 3의 제5영역에서의 시스템 제어 상태를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 이하 상세히 기술되는 실시 예에 의하여 그 특징을 이해할 수 있을 것이다.
먼저, 도 2에 의하면 본 발명에 따른 무가선 트램은 차량이 가선 구간에서는 가선(1)을 통해 전원을 공급받아 주행하며, 비급전 무가선 구간에서는 배터리(100)의 전원을 이용해 주행하게 된다.
즉, 가선 구간에서는 차상 집전장치(102)를 통해 공급되는 직류 형태의 전원을 모터(110)를 제어하기 위해 교류 전원으로 변환하는 인버터(120)를 거쳐 모터(110)를 구동 제어하며, 비가선 구간에서는 차량에 탑재된 배터리(100)의 충전된 전원을 이용해 차량의 모터(110)를 제어하며, 이 경우 직류 전원을 교류 전원으로 변환하는 인버터(120)를 거쳐 모터(110)를 구동 제어하게 된다.
이때, 차량 내에 장착되는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(130)는 회로 단락으로 인하여 가선(1)에서 차량으로 과전류가 흐를 경우 시스템 보호를 위하여 과전류를 차단하기 위한 장치이다. 이와 같은 HSCB(130)는 집전장치(102)의 후단에 설치된다.
한편, 제어부(140)는 배터리(100)가 충전모드나 방전모드로 작동하도록 DC/DC 컨버터(150)를 제어하거나 DC/DC 컨버터(150)의 동작을 차단하도록 동작 차단모드로 제어할 수 있으며, 상기 HSCB(130)가 오픈(Open) 또는 도통되도록 제어할 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 무가선 트램은 회로 단락으로 인하여 가선(1)에서 차량으로 과전류가 유입되는 것을 차단하는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(130)와, 직류 전원을 모터(110)를 제어하기 위해 교류 전원으로 변환하여 모터(110)의 구동을 제어하는 인버터(120)와, 가선 구간에서 가선(1)을 통해 전원을 공급받으면 전원을 충전하도록 병렬로 연결되는 밧데리(100)와, 상기 밧데리(100)의 충전 또는 방전을 제어하는 DC/DC 컨버터(150)와, 상기 HSCB(130) 및 DC/DC 컨버터(150)를 제어하는 제어부(140)를 포함한다.
이와 같은 구성에 의해 상기 제어부(140)는 차량이 추진 모드로 작동하는 경우에는 가선 구간에서 투입되는 전원을 상기 인버터(120)로 투입함과 동시에 상기 밧데리(100)에 전원을 충전하도록 상기 DC/DC 컨버터(150)를 제어하고, 무가선 구간에서는 상기 밧데리(100)의 충전 전원을 상기 인버터(120)로 투입하도록 상기 DC/DC 컨버터(150)를 제어한다.
물론, 상기 제어부(140)는 차량이 제동 모드로 작동하는 경우에는 가선 구간 또는 무가선 구간에 상관없이 모터(110)에서 발생하는 회생에너지를 상기 밧데리(100)에 충전하도록 상기 DC/DC 컨버터(150)를 제어함이 바람직하다.
한편, 상기 배터리(100)의 충전 상태를 감시하는 배터리 모니터링부(미도시됨)를 더 구비하여, 배터리(100)의 충전 상태를 모니터링하여 그 상태정보를 제어부(140)로 전송하여 가선 구간에서 상기 제어부(140)는 배터리 모니터링부로부터 배터리(100)의 충전상태를 확인하여 완충 상태이면 밧데리(100)의 충전 또는 방전을 제어하는 DC/DC 컨버터(150)의 구동을 정지하여 배터리(100)의 과충전을 방지하도록 제어함도 바람직하다.
이하, 도 3 내지 도 8을 참고로 본 발명에 따른 무가선 트램의 가선 구간 및 무가선 구간에서의 제어 과정을 상세히 설명한다.
무가선 트램의 차량은 무가선 구간과 가선 구간이 혼재되어 있는 각각의 구간을 이동하게 된다. 이와 같은 무가선 구간과 가선 구간의 전이구간에서 시스템을 안정적으로 동작시키기 위해 구간을 5개의 영역으로 나누어 시스템을 제어한다.
이때, 제1영역(①)은 무가선 구간이고, 제2영역(②)은 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이구간이며, 제3영역(③)은 가선 구간이고, 제4영역(④)은 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이구간이며, 제5영역(⑤)은 무가선 구간이다.
먼저, 제1영역(①)은 무가선 구간으로 제어부(140)는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(130)를 오픈(Open) 상태로 제어하고 DC/DC 컨버터(150)를 방전상태로 제어함으로서 배터리(100)의 전원이 인버터(120)의 입력단으로 투입되도록 한다. 이를 통해 인버터(120)는 교류전원을 출력하여 모터(110)를 구동한다.
한편, 차량이 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이구간인 제2영역(②)에 진입하면, 제어부(140)는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(130)를 도통시키고 DC/DC 컨버터(150)의 동작을 차단하도록 제어함으로서 타행에 의해 차량이 운행되도록 한다. 즉, 상기 제2영역(②)은 차량이 가선 구간에 진입하기 직전의 구간으로, 인버터(120)에 인가되는 전원은 존재하지 않으므로, 인버터(120)의 동작 역시 멈추고, 차량의 구동은 타행에 의존한다.
또한, 차량이 가선 구간인 제3영역(③)에 완전히 진입하면, 제어부(140)는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(130)는 도통된 상태를 유지시키고 DC/DC 컨버터(150)의 동작을 차단하도록 제어함으로서 가선을 통해 공급되는 가선 전원이 인버터(120)에 인가되어 모터(110)를 구동함으로서 차량이 구동된다.
그리고, 차량이 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이구간인 제4영역(④)에 진입하면, 제어부(140)는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(130)를 오픈(Open) 상태로 제어하고 DC/DC 컨버터(150)의 동작을 차단하도록 제어함으로서 타행에 의해 차량이 운행되도록 한다.
즉, 상기 제4영역(④)은 차량이 가선 구간을 지난 후 무가선 구간에 진입한 초기 구간으로, 인버터(120)에 인가되는 전원은 존재하지 않으므로, 인버터(120)의 동작 역시 멈추고, 차량의 구동은 타행에 의존한다.
한편, 차량이 무가선 구간인 제5영역(⑤)에 완전히 진입하면, 제어부(140)는 HSCB(High Speed Circuit Breaker)(130)는 오픈(Open) 상태를 유지시키고 DC/DC 컨버터(150)가 방전상태로 동작하도록 제어함으로서 배터리(100)의 전원이 인버터(120)에 인가되어 모터(110)를 구동함으로서 차량이 구동된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시 예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
1: 가선 100: 배터리
102: 차상 집전장치 110: 모터
120: 인버터 130: HSCB
140: 제어부 150: DC/DC 컨버터

Claims (4)

  1. 가선에서 차량으로 과전류가 유입되는 것을 차단하는 HSCB와, 밧데리의 충전 또는 방전을 제어하는 DC/DC 컨버터를 제어하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 있어서,
    차량이 무가선 구간을 주행하면 상기 배터리의 전원이 차량을 구동하는 모터를 제어하는 인버터의 입력단으로 투입되도록 상기 HSCB를 오픈(Open) 상태로 제어하고 DC/DC 컨버터를 방전상태로 제어하는 제1단계;
    상기 차량이 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이구간에 진입하면, 타행에 의해 차량이 운행되도록 상기 HSCB를 도통시키고 상기 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제2단계;
    상기 차량이 가선 구간에 완전히 진입하면, 가선을 통해 공급되는 가선전원이 상기 인버터에 인가되도록 상기 HSCB는 도통된 상태를 유지시키고 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 차량이 무가선 구간에서 가선 구간으로의 전이구간은 차량이 가선 구간에 진입하기 직전의 구간인 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법.
  3. 가선에서 차량으로 과전류가 유입되는 것을 차단하는 HSCB와, 밧데리의 충전 또는 방전을 제어하는 DC/DC 컨버터를 제어하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법에 있어서,
    상기 차량이 가선 구간을 주행하면, 가선을 통해 공급되는 가선 전원이 상기 인버터에 인가되도록 상기 HSCB는 도통된 상태를 유지시키고 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제1단계;
    상기 차량이 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이구간에 진입하면, 타행에 의해 차량이 운행되도록 상기 HSCB를 오픈(Open) 상태로 제어하고 DC/DC 컨버터의 동작을 차단하도록 제어하는 제2단계;
    상기 차량이 무가선 구간에 완전히 진입하면, 배터리의 전원이 인버터의 입력단으로 투입되도록 상기 HSCB는 오픈(Open) 상태를 유지시키고 상기 DC/DC 컨버터는 방전상태로 동작하도록 제어하는 제3단계;로 구성되는 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제2단계에서, 상기 차량이 가선 구간에서 무가선 구간으로의 전이구간은 차량이 가선 구간을 지난 후 무가선 구간에 진입한 초기 구간인 것을 특징으로 하는 무가선 트램의 가선 및 무가선 구간 전이시 시스템 제어 방법.
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