PWM컨버터를 적용한 경전철 전력공급시스템에 관한 연구

초록

현재 국내 도시철도 변전소에는 교류전력을 직류전력으로 변환해주는 전력변환장치가 설치되어있으며, 대부분 다이오드정류기가 사용되고 있다. 다이오드 정류기는 증가하는 부하에 따라 전압강하가 발생하며, 전동차에서 발생되는 회생전력을 활용하기 위해서는 추가적인 회생장비가 필요하다. 반면 PWM컨버터는 IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor)를 활용하여 출력 전압제어가 가능하다. 또한 양방향 도통이 가능하여, 추가적인 장비 설치 없이 회생전력의 활용이 가능하다. 본 논문에서는 다이오드 방식과 PWM컨버터 방식의 직류급전시스템을 구성하고 시뮬레이션 결과를 비교하였다. 각 전력공급 장치는 PSIM 소프트웨어를 이용하여 구성하며, 동일한 조건의 부하를 적용하였다. 부하 구성은 현재 운영 중인 경전철 선로 저항 값을 적용하여, 각 변전소간 급전거리에 따른 선로 임피던스를 적용하였다. 전동차는 수동 저항으로 구성하며, 각 부하는 선로 저항에 연결시켜 전압강하가 발생 하도록 구성 하였다. 제안한 PWM컨버터의 알고리즘은 PI제어기를 설계하여 정전압제어기를 적용하였다. 구성된 시뮬레이션을 통해 결과파형을 보이며, PWM컨버터의 여부를 확인하고, 결론을 도출 하였다.

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