KR102635793B1 - Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement - Google Patents

Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement Download PDF

Info

Publication number
KR102635793B1
KR102635793B1 KR1020230038605A KR20230038605A KR102635793B1 KR 102635793 B1 KR102635793 B1 KR 102635793B1 KR 1020230038605 A KR1020230038605 A KR 1020230038605A KR 20230038605 A KR20230038605 A KR 20230038605A KR 102635793 B1 KR102635793 B1 KR 102635793B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
receiving side
voltage
unit
line
Prior art date
Application number
KR1020230038605A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
서우석
Original Assignee
(주)삼문이엔아이
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)삼문이엔아이 filed Critical (주)삼문이엔아이
Priority to KR1020230038605A priority Critical patent/KR102635793B1/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102635793B1 publication Critical patent/KR102635793B1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L53/00—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles
    • B60L53/20—Methods of charging batteries, specially adapted for electric vehicles; Charging stations or on-board charging equipment therefor; Exchange of energy storage elements in electric vehicles characterised by converters located in the vehicle
    • B60L53/24—Using the vehicle's propulsion converter for charging
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M1/00—Power supply lines for contact with collector on vehicle
    • B60M1/12—Trolley lines; Accessories therefor
    • B60M1/28—Manufacturing or repairing trolley lines
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/01—Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/30—Railway vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/90—Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91—Electric vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/308—Electric sensors
    • B60Y2400/3084—Electric currents sensors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2400/00—Special features of vehicle units
    • B60Y2400/30—Sensors
    • B60Y2400/308—Electric sensors
    • B60Y2400/3086—Electric voltages sensors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40—Arrangements for reducing harmonics

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

본 개시는 전력품질개선 일체형 전압변환장치에 관한 것으로, 해결하고자 하는 기술적 과제는 한전 22.9kV 계통 전력을 변압하여 선로 말단에 공급하고 동시에 역률 및 전압강하의 실시간 보상 기능을 수행하는 전력품질개선 일체형 전압변환장치를 제공하는데 있다. 이를 위해 본 개시는 수전측 3상 전원선중 2상 전원선에 1차 권선이 연결되고, 단상 전차선에 2차 권선이 연결되어, 상기 수전측으로부터 상기 전차선에 전압을 변압하여 공급하는 변압부; 상기 수전측 3상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하는 수전측 전압 센서; 상기 수전측 3상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하는 수전측 전류 센서; 상기 전차선 단상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하는 전차선 전압 센서; 상기 전차선 단상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하는 전차전 전류 센서; 상기 수전측 3상 전원선에 각각 전기적으로 연결되는 충전부; 상기 충전부에 전기적으로 연결되는 전력부; 및 상기 수전측의 전압 센서와 전류 센서, 그리고 상기 전차선의 전압 센서와 전류 센서로부터 입력받은 정보에 기초하여 역률, 무효전력, 고조파 및 보상 전류를 계산하여 상기 전력부를 제어하는 제어부를 포함하는, 전력품질개선 일체형 전압변환장치를 제공한다.This disclosure relates to a power quality improvement integrated voltage converter, and the technical problem to be solved is a power quality improvement integrated voltage converter that transforms KEPCO 22.9kV system power and supplies it to the end of the line, while simultaneously performing real-time compensation functions for power factor and voltage drop. The goal is to provide a conversion device. For this purpose, the present disclosure includes a transformer whose primary winding is connected to a two-phase power line among the three-phase power lines on the power receiving side, and a secondary winding is connected to a single-phase tram line to transform and supply voltage from the power receiving side to the tram line; a voltage sensor on the receiving side that senses voltage information from the three-phase power line on the receiving side; A current sensor on the receiving side that senses current information from the three-phase power line on the receiving side; A catenary voltage sensor that senses voltage information from the catenary single-phase power line; A tram current sensor that senses current information from the tram single-phase power line; Charging units electrically connected to each of the three-phase power lines on the receiving side; a power unit electrically connected to the charging unit; And a control unit that controls the power unit by calculating power factor, reactive power, harmonics, and compensation current based on information received from the voltage sensor and current sensor of the power receiving side, and the voltage sensor and current sensor of the catenary line. We provide a quality-improved integrated voltage converter.

Description

전력품질개선 일체형 전압변환장치{Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement}Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement}

본 개시(disclosure)는 전력품질개선 일체형 전압변환장치에 관한 것이다.This disclosure relates to an integrated voltage converter for power quality improvement.

도 1에 도시된 바와 같이, 철도 급전은 급전 구간 전반에 걸쳐 55kV 급전선이 설치되는데, 이러한 급전선의 전력은 한전에서 제공하는 154kV 계통 전력을 철도 변전소에서 변압하여 공급하는 방식이다. 일례로, 전철 변전소에 관련하여 설명하면, 3상 154kV 전력이 변압되어 단상 55kV 전압으로 철도 전력 급전선에 공급된다. 여기서, 급전선은 변전소, 변전소 사이 구분소마다 절연구간으로 구분되어지며 각각의 급전 구간은 전철 변전소의 M좌 혹은 T좌에서 전력이 공급된다. 따라서, 도 2에 도시된 바와 같이, 변전소 사고 시 구분소의 차단기가 투입되고 절연 구간은 연결되어 이웃하는 변전소에서 사고 변전소 아래 부하에 전력이 공급된다.As shown in Figure 1, for railway power supply, a 55kV feeder line is installed throughout the power supply section, and the power of this feeder line is supplied by transforming the 154kV system power provided by KEPCO at a railway substation. For example, in relation to a railway substation, three-phase 154kV power is transformed and supplied to the railway power feeder at a single-phase 55kV voltage. Here, the feed line is divided into insulated sections for each substation and each division between the substations, and each feed section is supplied with power from the M left or T left of the substation. Therefore, as shown in FIG. 2, in the event of a substation accident, the circuit breaker at the division station is turned on, the insulating section is connected, and power is supplied from the neighboring substation to the load below the accident substation.

한편, 차량기지 비상전원 변전소에 관련하여 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 노선 말단 변전소의 사고 시 차량기지 비상전원 공급을 위한 비상전원 공급 시스템을 갖출 수 있다 .일례로, 노선 말단 변전소의 사고 시 한전 3상 22.9kV를 변압하여 단상 27.5kV를 전차선에 공급할 수 있다. 따라서, 현재는 이를 위해 22.9kV를 27.5kV로 변압하기 위한 변압기와, 변압기용 차단기, 불평형전류 보상장치(SVG; Static Var Generator), 그리고 보상장치용 차단기를 필요로 하고 있다.Meanwhile, in relation to the vehicle base emergency power substation, as shown in FIG. 3, an emergency power supply system can be installed to supply emergency power to the vehicle base in the event of an accident at the line end substation. For example, the line end substation's In the event of an accident, KEPCO's 3-phase 22.9kV can be transformed and single-phase 27.5kV can be supplied to the catenary. Therefore, currently, a transformer to transform 22.9kV to 27.5kV, a circuit breaker for the transformer, an unbalanced current compensation device (SVG; Static Var Generator), and a breaker for the compensation device are required.

다르게 설명하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 말단 변전소 사고 시 연장 급전이 불가하다. 즉, 운행노선 말단의 변전소에서 사고 시 말단 구간에는 이웃하는 변전소가 존재하지 않아 연장 급전이 불가하다. 따라서, 운행노선 말단의 급전은 변전소 사고 발생 시 대처가 어렵고, 급전 거리 증가에 따른 전압 보상 요구치가 높아 이를 효과적으로 해결하기 위한 적정한 급전 기술 적용이 필요하다.In other words, as shown in FIG. 4, extended power supply is not possible in the event of an accident at a terminal substation. In other words, in the event of an accident at a substation at the end of the operating route, extended power supply is not possible because there are no neighboring substations at the end section. Therefore, it is difficult to respond to power supply at the end of the operating route in the event of a substation accident, and the voltage compensation requirement as the power supply distance increases is high, so it is necessary to apply appropriate power supply technology to effectively solve this problem.

이에 따라, 현재는 차량기지에 비상전원용 변전소를 설치하고 운용함으로써 전체 시스템의 효율이 저하되는 문제가 있다. 특히, 현재 차량기지 변전소에서는 변압기 및 불평형 보상장치를 개별적으로 설치하여 운용함으로써, 차단기 설치 대수가 증가하고, 관리 포인트 및 인력이 늘어나며, 설치면적 증가 등 비효율성 존재하는 문제가 있다.Accordingly, there is a problem that the efficiency of the entire system is currently reduced by installing and operating a substation for emergency power at a vehicle depot. In particular, in current vehicle base substations, transformers and unbalance compensation devices are installed and operated individually, resulting in inefficiencies such as an increase in the number of circuit breakers installed, an increase in management points and manpower, and an increase in installation area.

이러한 발명의 배경이 되는 기술에 개시된 상술한 정보는 본 발명의 배경에 대한 이해도를 향상시키기 위한 것뿐이며, 따라서 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수도 있다.The above-described information disclosed in the background technology of this invention is only for improving understanding of the background of the present invention, and therefore may include information that does not constitute prior art.

본 개시에 따른 해결하고자 하는 과제는 전력품질개선 일체형 전압변환장치를 제공하는데 있다. 일례로, 본 개시에 따른 해결하고자 하는 과제는 한전 22.9kV 계통 전력을 변압하여 선로 말단에 공급하고 동시에 역률 및 전압강하의 실시간 보상 기능을 수행하는 일체형 급전 장치를 제공하는데 있다. 구체적으로, 본 개시에 따른 해결하고자 하는 과제는 3상 22.9kV를 단상 27.5kV로 변환하여 공급하고, 계통상태를 실시간 감시하여 부하변동에 따른 수전측 불평형을 보상하며, 역률(고조파) 및 전압강하를 실시간 보상하고, 또한 유입변압기(22.9KV/27.5KV)+SVG+SVG용 강압 변압기로 이루어진 현재 시스템을 일체형 전압변환장치 하나로 대체하는데 있다.The problem to be solved according to the present disclosure is to provide an integrated voltage conversion device for improving power quality. For example, the problem to be solved according to the present disclosure is to provide an integrated power supply device that transforms KEPCO 22.9kV system power and supplies it to the end of the line and simultaneously performs real-time compensation functions for power factor and voltage drop. Specifically, the problem to be solved according to this disclosure is to convert and supply three-phase 22.9kV to single-phase 27.5kV, monitor the system status in real time, compensate for imbalance on the receiving side due to load fluctuations, and improve power factor (harmonics) and voltage drop. It compensates in real time and replaces the current system consisting of an inflow transformer (22.9KV/27.5KV) + SVG + step-down transformer for SVG with an integrated voltage converter.

본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치는 수전측 3상 전원선중 2상 전원선에 1차 권선이 연결되고, 단상 전차선에 2차 권선이 연결되어, 상기 수전측으로부터 상기 전차선에 전압을 변압하여 공급하는 변압부; 상기 수전측 3상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하는 수전측 전압 센서; 상기 수전측 3상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하는 수전측 전류 센서; 상기 전차선 단상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하는 전차선 전압 센서; 상기 전차선 단상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하는 전차전 전류 센서; 상기 수전측 3상 전원선에 각각 전기적으로 연결되는 충전부; 상기 충전부에 전기적으로 연결되는 전력부; 및 상기 수전측의 전압 센서와 전류 센서, 그리고 상기 전차선의 전압 센서와 전류 센서로부터 입력받은 정보에 기초하여 역률, 무효전력, 고조파 및 보상 전류를 계산하여 상기 전력부를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.An exemplary power quality improvement integrated voltage converter according to the present disclosure has a primary winding connected to a two-phase power line among the three-phase power lines on the power receiving side, and a secondary winding connected to a single-phase tram line, so that the power is connected to the tram line from the power receiving side. A transformer that transforms and supplies voltage; a voltage sensor on the receiving side that senses voltage information from the three-phase power line on the receiving side; A current sensor on the receiving side that senses current information from the three-phase power line on the receiving side; A catenary voltage sensor that senses voltage information from the catenary single-phase power line; A tram current sensor that senses current information from the tram single-phase power line; Charging units electrically connected to each of the three-phase power lines on the receiving side; a power unit electrically connected to the charging unit; And a control unit that controls the power unit by calculating power factor, reactive power, harmonics, and compensation current based on information received from the voltage sensor and current sensor of the power receiving side, and the voltage sensor and current sensor of the catenary line. .

일부 예들에서, 상기 수전측 3상 전원선과 상기 충전부 사이에 연결된 필터 리액터를 더 포함할 수 있다.In some examples, it may further include a filter reactor connected between the three-phase power line on the receiving side and the charging unit.

일부 예들에서, 상기 수전측 3상 전원선과 상기 충전부 사이에 연결된 인입 차단부를 더 포함할 수 있다.In some examples, it may further include a lead-in blocking unit connected between the three-phase power line on the receiving side and the charging unit.

일부 예들에서, 상기 충전부는 저항과 스위치가 병렬로 연결되어 구성되고, DC 충전시 상기 저항을 통해 전류가 흐르고, 동작 시 상기 스위치를 통해 전류가 흐를 수 있다.In some examples, the charging unit may be configured by connecting a resistor and a switch in parallel, and current may flow through the resistor during DC charging, and current may flow through the switch during operation.

일부 예들에서, 상기 전력부는 +Vdc, 0V 또는 -Vdc를 출력하는 IGBT 모듈을 포함할 수 있다.In some examples, the power unit may include an IGBT module that outputs +Vdc, 0V, or -Vdc.

일부 예들에서, 상기 IGBT 모듈은 풀브릿지 형태로 연결된 제1IGBT 스위치, 제2IGBT 스위치, 제3IGBT 스위치 및 제4IGBT 스위치와, 제1,2IGBT 스위치 및 제3,4IGBT 스위치에 병렬로 연결된 충전 캐패시터를 포함할 수 있다.In some examples, the IGBT module may include a first IGBT switch, a second IGBT switch, a third IGBT switch, and a fourth IGBT switch connected in a full bridge form, and a charging capacitor connected in parallel to the first and second IGBT switches and the third and fourth IGBT switches. You can.

일부 예들에서, 상기 IGBT 모듈은 상기 제어부의 PWM 제어 신호에 의해 상기 +Vdc 전압 출력 시 상기 제1,4IGBT 스위치는 턴온될 수 있고 상기 제2,3IGBT 스위치는 턴오프될 수 있고, 상기 -Vdc 전압 출력 시 상기 제2,3IGBT 스위치는 턴온될 수 있고 상기 제1,4IGBT 스위치는 턴오프될 수 있다.In some examples, when the IGBT module outputs the +Vdc voltage by a PWM control signal from the controller, the first and fourth IGBT switches may be turned on and the second and third IGBT switches may be turned off, and the -Vdc voltage may be turned on. When outputting, the 2nd and 3rd IGBT switches can be turned on and the 1st and 4th IGBT switches can be turned off.

일부 예들에서, 상기 제어부는 상기 전력부에 PWM 제어 신호를 출력하여, 상기 전력부가 상기 보상 전류를 출력하도록 구성될 수 있다.In some examples, the control unit may be configured to output a PWM control signal to the power unit so that the power unit outputs the compensation current.

본 개시는 전력품질개선 일체형 전압변환장치를 제공할 수 있다. 일례로, 본 개시는 한전 22.9kV 계통 전력을 변압하여 선로 말단에 공급하고 동시에 역률 및 전압강하의 실시간 보상 기능을 수행하는 일체형 급전 장치를 제공할 수 있다. 구체적으로, 본 개시는 3상 22.9kV를 단상 27.5kV로 변환하여 공급하고, 계통상태를 실시간 감시하여 부하변동에 따른 수전측 불평형을 보상하며, 역률(고조파) 및 전압강하를 실시간 보상하고, 또한 유입변압기(22.9KV/27.5KV)+SVG+SVG용 강압 변압기로 이루어진 현재 시스템을 일체형 전압변환장치 하나로 대체할 수 있다.The present disclosure can provide an integrated voltage conversion device for improving power quality. For example, the present disclosure can provide an integrated power supply device that transforms KEPCO 22.9kV system power and supplies it to the end of the line, while simultaneously performing real-time compensation functions for power factor and voltage drop. Specifically, the present disclosure converts and supplies three-phase 22.9kV to single-phase 27.5kV, monitors the grid status in real time, compensates for imbalance on the receiving side due to load fluctuations, compensates for power factor (harmonics) and voltage drop in real time, and also provides real-time compensation for power factor (harmonics) and voltage drop. The current system consisting of an inflow transformer (22.9KV/27.5KV) + SVG + step-down transformer for SVG can be replaced with one integrated voltage converter.

특히, 본 개시는 한전 22.9kV 전력을 변압하여 선로 말단 전차선에 27.5kV 단상 전력을 공급하되, 계통 상태 실시간 감시 및 불평형, 역률, 전압강하 보상이 가능하다.In particular, this disclosure transforms KEPCO's 22.9kV power to supply 27.5kV single-phase power to the end-of-line catenary, and enables real-time monitoring of the grid status and compensation for imbalance, power factor, and voltage drop.

일례로 본 개시는 선로 말단 변전소 건설 비용을 절감할 수 있다.For example, the present disclosure can reduce the cost of constructing a line terminal substation.

즉, 한전 22.9kV 3상 전력을 받아 단상 27.5kV로 변압함으로써, 국토 전 영역에 걸쳐 설치되어있는 한전 22.9kV 전력망을 활용하기 때문에 건설 비용을 대폭 감소시킬 수 있다.In other words, by receiving KEPCO 22.9kV three-phase power and transforming it into single-phase 27.5kV, construction costs can be significantly reduced by utilizing the KEPCO 22.9kV power grid installed throughout the country.

또한, 본 개시는 계통 상태 실시간 감시 및 보상 기능을 포함한 일체형 시스템을 제공할 수 있다. Additionally, the present disclosure can provide an integrated system including grid status real-time monitoring and compensation functions.

즉, 현재 별도로 운영되는 전압 변환 장치, 전력 보상 장치 및 변압기를 하나의 시스템으로 통합하여 개발함으로써, 일체형 장비 개발을 통한 각각의 장비 운용을 위해 사용되던 공간을 절약하고, 관리 편의성을 증대할 수 있다.In other words, by developing the voltage converter, power compensation device, and transformer, which are currently operated separately, into one system, the space used for operating each equipment can be saved and management convenience can be increased through the development of integrated equipment. .

또한, 본 개시는 비상전원 시스템 크기를 간소화하고 운영 효율성을 증대할 수 있다.Additionally, the present disclosure can simplify emergency power system size and increase operational efficiency.

즉, 현재 방식은 유입변압기(22.9kV/27.5kV), 변압기용 VCB, SVG, SVG용 변압기(22.9kV/6.6kV) 및 SVG용 VCB를 필요로 하나, 본 개시는 건식변압기(22.9kV/27.5kV), SVG 및 VCB만을 필요로 한다.That is, the current method requires an immersion transformer (22.9kV/27.5kV), VCB for transformer, SVG, transformer for SVG (22.9kV/6.6kV), and VCB for SVG, but the present disclosure requires a dry-type transformer (22.9kV/27.5kV). kV), requires only SVG and VCB.

도 1은 전철 변전소 급전 계통을 도시한 도면이다.
도 2는 일반 구간에서 변전소 사고 발생 시 급전 상태를 도시한 도면이다.
도 3은 현재 차량기지 비상전원 시스템을 도시한 도면이다.
도 4는 노선 말단 변전소 사고 시 상태를 도시한 도면이다.
도 5는 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 5는 본 개시에 따른 차량기지 비상전원 시스템을 도시한 도면이다.
도 6은 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 7은 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치중 충전부의 충전 및 동작 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치중 전력부의 보상 전류 생성 동작을 도시한 도면이다.
도 9는 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치중 제어부에 의한 PWM 파형 및 전력부에 의한 보상 전류 파형을 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a substation power supply system.
Figure 2 is a diagram showing the power supply status when a substation accident occurs in a general section.
Figure 3 is a diagram showing the current vehicle depot emergency power system.
Figure 4 is a diagram showing the state at the time of an accident at the substation at the end of the line.
Figure 5 is a block diagram showing the configuration of an exemplary power quality improvement integrated voltage converter according to the present disclosure.
Figure 5 is a diagram illustrating a depot emergency power system according to the present disclosure.
Figure 6 is a block diagram showing the configuration of an exemplary power quality improvement integrated voltage converter according to the present disclosure.
FIG. 7 is a diagram illustrating the charging and operating state of the charging unit in the exemplary power quality improvement integrated voltage converter according to the present disclosure.
FIG. 8 is a diagram illustrating a compensation current generation operation of the power unit of the exemplary power quality improvement integrated voltage converter according to the present disclosure.
FIG. 9 is a diagram illustrating a PWM waveform by the control unit and a compensation current waveform by the power unit among the exemplary power quality improvement integrated voltage converter according to the present disclosure.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 개시들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이며, 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시예는 본 개시를 더욱 충실하고 완전하게 하고, 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.The present disclosure is provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art, and the following examples may be modified in various other forms, and the scope of the present invention is limited to the following examples. It is not limited. Rather, these embodiments are provided to make the disclosure more faithful and complete, and to fully convey the spirit of the invention to those skilled in the art.

또한, 이하의 도면에서 각 층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장된 것이며, 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 또한, 본 명세서에서 "연결된다"라는 의미는 A 부재와 B 부재가 직접 연결되는 경우뿐만 아니라, A 부재와 B 부재의 사이에 C 부재가 개재되어 A 부재와 B 부재가 간접 연결되는 경우도 의미한다.In addition, in the drawings below, the thickness and size of each layer are exaggerated for convenience and clarity of explanation, and the same symbols refer to the same elements in the drawings. As used herein, the term “and/or” includes any one and all combinations of one or more of the listed items. In addition, the meaning of "connected" in this specification refers not only to the case where member A and member B are directly connected, but also to the case where member C is interposed between member A and member B to indirectly connect member A and member B. do.

본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise, include)" 및/또는 "포함하는(comprising, including)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및 /또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.The terms used herein are used to describe specific embodiments and are not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms include the plural forms unless the context clearly indicates otherwise. Additionally, when used herein, “comprise, include,” and/or “comprising, including” refer to mentioned features, numbers, steps, operations, members, elements, and/or groups thereof. It specifies the presence and does not exclude the presence or addition of one or more other shapes, numbers, movements, members, elements and/or groups.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부분들은 이들 용어에 의해 한정되어서는 안 됨은 자명하다. 이들 용어는 하나의 부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 다른 영역, 층 또는 부분과 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1부재, 부품, 영역, 층 또는 부분은 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2부재, 부품, 영역, 층 또는 부분을 지칭할 수 있다.Although the terms first, second, etc. are used herein to describe various members, parts, regions, layers and/or parts, these members, parts, regions, layers and/or parts are limited by these terms. It is obvious that this cannot be done. These terms are used only to distinguish one member, component, region, layer or section from another region, layer or section. Accordingly, a first member, component, region, layer or portion described below may refer to a second member, component, region, layer or portion without departing from the teachings of the present invention.

"하부(beneath)", "아래(below)", "낮은(lower)", "상부(above)", "위(upper)"와 같은 공간에 관련된 용어가 도면에 도시된 한 요소 또는 특징과 다른 요소 또는 특징의 용이한 이해를 위해 이용될 수 있다. 이러한 공간에 관련된 용어는 본 발명의 다양한 공정 상태 또는 사용 상태에 따라 본 발명의 용이한 이해를 위한 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다. 예를 들어, 도면의 요소 또는 특징이 뒤집어지면, "하부" 또는 "아래"로 설명된 요소 또는 특징은 "상부" 또는 "위에"로 된다. 따라서, "하부"는 "상부" 또는 "아래"를 포괄하는 개념이다.Space-related terms such as “beneath,” “below,” “lower,” “above,” and “upper” are used to refer to an element or feature shown in a drawing. It can be used to facilitate understanding of other elements or features. These space-related terms are for easy understanding of the present invention according to various process states or usage states of the present invention, and are not intended to limit the present invention. For example, if an element or feature in a drawing is turned over, an element or feature described as “bottom” or “below” becomes “top” or “above.” Therefore, “lower” is a concept encompassing “upper” or “lower.”

또한, 본 개시에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품은 임의의 적절한 하드웨어, 펌웨어(예를 들어, 주문형 반도체), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 적절한 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 본 개시에 따른 제어부(컨트롤러) 및/또는 다른 관련 기기 또는 부품의 다양한 구성 요소들은 하나의 집적회로 칩 상에, 또는 별개의 집적회로 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름 상에 구현 될 수 있고, 테이프 캐리어 패키지, 인쇄 회로 기판, 또는 제어부(컨트롤러)와 동일한 서브스트레이트 상에 형성될 수 있다. 또한, 제어부(컨트롤러)의 다양한 구성 요소는, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서, 하나 이상의 프로세서에서 실행되는 프로세스 또는 쓰레드(thread)일 수 있고, 이는 이하에서 언급되는 다양한 기능들을 수행하기 위해 컴퓨터 프로그램 명령들을 실행하고 다른 구성 요소들과 상호 작용할 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은, 예를 들어, 랜덤 액세스 메모리와 같은 표준 메모리 디바이스를 이용한 컴퓨팅 장치에서 실행될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어, CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 다른 비-일시적 컴퓨터 판독 가능 매체(non-transitory computer readable media)에 저장될 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 상호간 결합되거나, 하나의 컴퓨팅 장치로 통합되거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이, 본 발명의 예시적인 실시예를 벗어나지 않고, 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치들에 분산될 수 될 수 있다는 것을 인식해야 한다.In addition, the control unit (controller) and/or other related devices or components according to the present disclosure may be implemented using any appropriate hardware, firmware (e.g., custom semiconductor), software, or an appropriate combination of software, firmware, and hardware. You can. For example, various components of the control unit (controller) and/or other related devices or components according to the present disclosure may be formed on one integrated circuit chip or on separate integrated circuit chips. Additionally, the various components of the control unit (controller) may be implemented on a flexible printed circuit film, formed on a tape carrier package, a printed circuit board, or the same substrate as the control unit (controller). Additionally, the various components of the control unit (controller) may be processes or threads running on one or more processors in one or more computing devices, which execute computer program instructions to perform various functions mentioned below. and can interact with other components. Computer program instructions are stored in memory that can be executed on a computing device using standard memory devices, such as random access memory. Computer program instructions may also be stored on other non-transitory computer readable media, such as, for example, a CD-ROM, flash drive, etc. Additionally, those skilled in the art will understand that the functions of various computing devices can be combined with each other, integrated into a single computing device, or the functions of a particular computing device can be combined with one or more other computing devices without departing from the exemplary embodiments of the present invention. It must be recognized that it can be dispersed throughout the field.

일례로, 본 개시에 따른 제어부(컨트롤러)는 중앙처리장치, 하드디스크 또는 고체상태디스크와 같은 대용량 저장 장치, 휘발성 메모리 장치, 키보드 또는 마우스와 같은 입력 장치, 모니터 또는 프린터와 같은 출력 장치로 이루어진 통상의 상용 컴퓨터에서 운영될 수 있다. For example, the control unit (controller) according to the present disclosure is a central processing unit, a mass storage device such as a hard disk or solid state disk, a volatile memory device, an input device such as a keyboard or mouse, and an output device such as a monitor or printer. It can be operated on commercial computers.

도 5는 본 개시에 따른 차량기지 비상전원 시스템을 도시한 도면이다. Figure 5 is a diagram illustrating a depot emergency power system according to the present disclosure.

도 5에 도시된 바와 같이, 한전 수전측 22.9kV 3상 전원선은 차량기지 일반 전원선에 전압을 변압하여 제공하고, 또한 27.5kV 단상 전차선에 본 개시에 따른 전력품질개선 일체형 전압변환장치(100)를 통해 연결될 수 있다.As shown in Figure 5, the 22.9kV three-phase power line at the KEPCO power receiving side transforms and provides voltage to the general power line at the vehicle base, and the power quality improvement integrated voltage conversion device (100) according to the present disclosure is provided to the 27.5kV single-phase catenary line. ) can be connected through.

도 6은 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치(100)의 구성을 도시한 블럭도이다. Figure 6 is a block diagram showing the configuration of an exemplary power quality improvement integrated voltage converter 100 according to the present disclosure.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치(100)는 변압부(110), 수전측 전압 센서(121), 수전측 전류 센서(122), 전차선 전압 센서(131), 전차선 전류 센서(132), 충전부(140), 전력부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다. As shown in FIG. 6, the exemplary power quality improvement integrated voltage converter 100 according to the present disclosure includes a transformer 110, a receiving side voltage sensor 121, a receiving side current sensor 122, and a tram line voltage sensor. (131), it may include a catenary current sensor 132, a charging unit 140, a power unit 150, and a control unit 160.

일부 예들에서, 본 개시에 따른 전압변환장치(100)는 필터 리액터(170), 인입 차단부(180), 충전부(140) 및/또는 수전용 VCB(190)(Vacuum Circuit Breaker)를 더 포함할 수 있다.In some examples, the voltage converter 100 according to the present disclosure may further include a filter reactor 170, an inlet blocking unit 180, a charging unit 140, and/or a VCB 190 (vacuum circuit breaker) for receiving power. You can.

변압부(110)는 수전측 3상 전원선중 2상 전원선에 1차 권선(111)이 연결되고, 단상 전차선에 2차 권선(112)이 연결되어, 수전측으로부터 전차선에 전압을 변압하여 공급할 수 있다. 일례로, 수전측 3상 22.9kV의 전압을 전차선에 단상 27.5kV의 전압으로 공급할 수 있다.The transformer 110 has a primary winding 111 connected to a two-phase power line among the three-phase power lines on the power receiving side, and a secondary winding 112 connected to a single-phase tram line to transform the voltage from the power receiving side to the tram line. can be supplied. For example, the three-phase voltage of 22.9kV on the receiving side can be supplied to the electric tram line as a single-phase voltage of 27.5kV.

수전측 전압 센서(121)는 수전측 3상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하여 제어부(160)에 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 수전측 전압 센서(121)는 PT(Potential Transformer)를 포함할 수 있다.The voltage sensor 121 on the receiving side can sense voltage information from the three-phase power line on the receiving side and transmit it to the control unit 160. In some examples, the receiving-side voltage sensor 121 may include a Potential Transformer (PT).

수전측 전류 센서(122)는 수전측 3상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하여 제어부(160)에 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 수전측 전류 센서(122)는 CT(Current Transformer)를 포함할 수 있다.The current sensor 122 on the receiving side can sense current information from the three-phase power line on the receiving side and transmit it to the control unit 160. In some examples, the receiving-side current sensor 122 may include a current transformer (CT).

전차선 전압 센서(131)는 전차선 단상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하여 제어부(160)에 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 전차선 전압 센서(131)는 PT(Potential Transformer)를 포함할 수 있다.The catenary voltage sensor 131 can sense voltage information from the catenary single-phase power line and transmit it to the control unit 160. In some examples, the catenary voltage sensor 131 may include a Potential Transformer (PT).

전차선 전류 센서(132)는 전차선 단상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하여 제어부(160)에 전송할 수 있다. 일부 예들에서, 전차선 전류 센서(132)는 CT(Current Transformer)를 포함할 수 있다.The catenary current sensor 132 can sense current information from the single-phase catenary power line and transmit it to the control unit 160. In some examples, the catenary current sensor 132 may include a current transformer (CT).

충전부(140)는 수전측 3상 전원선에 각각 전기적으로 연결되어 DC 충전시 돌입 전류를 억제하도록 구성될 수 있다. 일부 예들에서, 충전부(140)는 충전 저항 및 충전 저항 바이패스 스위치를 포함할 수 있으며, 이는 전원 투입 시 돌입 전류를 억제할 수 있다.The charging unit 140 may be electrically connected to each of the three-phase power lines on the receiving side and configured to suppress inrush current during DC charging. In some examples, the charging unit 140 may include a charging resistor and a charging resistance bypass switch, which may suppress inrush current when power is turned on.

전력부(150)는 충전부(140)에 전기적으로 연결되어 보상 전류를 출력할 수 있다. 일부 예들에서, 전력부(150)는 다수의 IGBT 스위치 및 DC 캐패시터를 갖는 IGBT 모듈을 포함할 수 있다. IGBT 모듈은 에너지원으로 동작하여 보상 전류를 생성할 수 있다.The power unit 150 may be electrically connected to the charging unit 140 to output compensation current. In some examples, power unit 150 may include an IGBT module with multiple IGBT switches and a DC capacitor. The IGBT module can operate as an energy source to generate compensation current.

제어부(160)는 수전측의 전압 센서(121)와 전류 센서(122), 그리고 전차선의 전압 센서(131)와 전류 센서(132)로부터 입력받은 정보에 기초하여 역률, 무효전력, 고조파 및 보상 전류를 계산하고, 전력부(150)가 보상 전류를 출력할 수 있도록 전력부(150)를 제어할 수 있다. The control unit 160 determines power factor, reactive power, harmonics, and compensation current based on information received from the voltage sensor 121 and current sensor 122 on the receiving side, and the voltage sensor 131 and current sensor 132 of the electric tram line. The power unit 150 can be controlled so that the power unit 150 can output a compensation current.

일부 예들에서, 제어부(160)는 메인 컨트롤러, HMI(Hhuman-Machine Interface) 및 부속 장치를 포함할 수 있으며, 이는 삼상 및 단상의 계통 전압 및 전류를 모니터링하고 계통의 전력 상태를 분석할 수 있다. In some examples, the control unit 160 may include a main controller, a human-machine interface (HMI), and auxiliary devices, which may monitor three-phase and single-phase grid voltages and currents and analyze the power status of the grid.

또한, 제어부(160)는 계통의 상태에 따라 전력부(150)가 적합한 보상 전류를 출력/제어하도록 구성된다. 즉, 제어부(160)는 수전측의 상불평형 보상 및 무효전력 보상 기능을 가질 수 있어, 계통을 최적 상태로 자동적으로 유지되도록 한다.Additionally, the control unit 160 is configured to output/control the power unit 150 to output/control an appropriate compensation current according to the state of the system. That is, the control unit 160 may have phase imbalance compensation and reactive power compensation functions on the power receiving side, thereby automatically maintaining the system in an optimal state.

일부 예들에서, 수전측 3상, 예를 들면, a, b, c상 전류는 영상분, 정상분 및 역상분으로 분해될 수 있으며, 전류에 불평형이 없기 위해서는, 정상분을 제외한 다른 성분이 없어야 한다. 이에 따라, 영상분은 각 상의 공통 성분이므로 무시하며, 역상분을 제거하여 전류가 평형하게 되도록 한다. 아래 표는 이를 정리한 것이다.In some examples, the three-phase current on the receiving side, e.g., a, b, and c, can be decomposed into zero-sequence, positive-sequence, and negative-sequence, and for the current to be unbalanced, it must have no components other than the positive-sequence. do. Accordingly, the zero-sequence component is ignored because it is a common component of each phase, and the negative-sequence component is removed to ensure that the current is balanced. The table below summarizes this.

한편, 필터 리액터(170)는 수전측 3상 전원선과 충전부(140) 사이에 전기적으로 연결될 수 있다. 이러한 필터 리액터(170)는 PWM 전류 노이즈를 필터링할 수 있다.Meanwhile, the filter reactor 170 may be electrically connected between the three-phase power line on the receiving side and the charging unit 140. This filter reactor 170 can filter PWM current noise.

인입 차단부(180)는 수전측 3상 전원선과 충전부(140) 사이에 전기적으로 연결될 수 있으며, 이는 전압변환장치(100)의 점검 시 전압변환장치(100)가 계통으로부터 분리 및 절연되도록 한다.The inlet blocking unit 180 may be electrically connected between the three-phase power line on the receiving side and the charging unit 140, which allows the voltage converter 100 to be separated and insulated from the system when inspecting the voltage converter 100.

수전용 VCB(190)는 변압부(110)의 점검 시 변압부(110)를 수전측으로부터 분리 및 절연되도록 한다.The power receiving VCB 190 separates and insulates the transformer unit 110 from the power receiving side when inspecting the transformer unit 110.

도 7은 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치(100)중 충전부(140)의 충전 및 동작 상태를 도시한 도면이다. FIG. 7 is a diagram illustrating the charging and operating state of the charging unit 140 of the exemplary power quality improvement integrated voltage converter 100 according to the present disclosure.

도 7에 도시된 바와 같이, 충전부(140)는 충전 저항과 충전 저항 바이패스 스위치가 병렬로 연결되어 구성될 수 있다. 이러한 구성에 의해, DC 충전시 충전 저항을 통해 전류가 흐르고, 동작 시 충전 저항 바이패스 스위치를 통해 전류가 흐름으로써 돌일 전류가 억제될 수 있다.As shown in FIG. 7, the charging unit 140 may be configured by connecting a charging resistor and a charging resistance bypass switch in parallel. With this configuration, the current flows through the charging resistor during DC charging, and the current flows through the charging resistance bypass switch during operation, so that the current flowing can be suppressed.

도 8은 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치(100)중 전력부(150)의 보상 전류 생성 동작을 도시한 도면이다. FIG. 8 is a diagram illustrating a compensation current generation operation of the power unit 150 of the exemplary power quality improvement integrated voltage converter 100 according to the present disclosure.

도 8에 도시된 바와 같이, 전력부(150)는 +Vdc, 0V 또는 -Vdc를 출력하는 IGBT 모듈을 포함할 수 있다. 일부 예들에서, IGBT 모듈은 풀브릿지 형태로 연결된 제1IGBT 스위치(S1), 제2IGBT 스위치(S2), 제3IGBT 스위치(S3) 및 제4IGBT 스위치(S4)와, 제1,2IGBT 스위치(S1,S2) 및 제3,4IGBT 스위치(S3,S4)에 병렬로 연결된 충전 캐패시터(Vdc)를 포함할 수 있다. 여기서, 제1,2,3,4IGBT 스위치(S1,S2,S3,S4)는 각각 에미터에서 콜렉터를 향하여 순방향인 바디 다이오드를 포함할 수 있다.As shown in FIG. 8, the power unit 150 may include an IGBT module that outputs +Vdc, 0V, or -Vdc. In some examples, the IGBT module includes a first IGBT switch (S1), a second IGBT switch (S2), a third IGBT switch (S3), and a fourth IGBT switch (S4) connected in a full bridge form, and the first and second IGBT switches (S1, S2) ) and a charging capacitor (Vdc) connected in parallel to the 3rd and 4th IGBT switches (S3, S4). Here, the first, second, third, and fourth IGBT switches (S1, S2, S3, and S4) may each include a body diode in the forward direction from the emitter to the collector.

구체적으로, 제1IGBT 스위치(S1)의 에미터는 제2IGBT 스위치(S2)의 콜렉터에 연결될 수 있다. 또한, 제3IGBT 스위치(S3)의 에미터는 제4IGBT 스위치(S4)의 콜렉터에 연결될 수 있다. 또한, 제1IGBT 스위치(S1)의 콜렉터는 제3IGBT 스위치(S3)의 콜렉터에 연결될 수 있다. 또한, 제2IGBT 스위치(S2)의 에미터는 제4IGBT 스위치(S4)의 에미터에 연결될 수 있다. 또한, 충전 캐패시터(Vdc)의 일전극은 제1,3IGBT 스위치(S1,S3)의 컬렉터에 연결되고, 충전 캐패시터(Vdc)의 타전극은 제2,4IGBT 스위치(S2,S4)의 에미터에 연결될 수 있다. 또한, 제1출력선(Vac)은 제1IGBT 스위치(S1)의 에미터와 제2IGBT 스위치(S2)의 컬렉터 사이에 연결될 수 있고, 제2출력선(Vac)은 제3IGBT 스위치(S3)의 에미터와 제4IGBT 스위치(S4)의 컬렉터 사이에 연결될 수 있다.Specifically, the emitter of the first IGBT switch (S1) may be connected to the collector of the second IGBT switch (S2). Additionally, the emitter of the third IGBT switch (S3) may be connected to the collector of the fourth IGBT switch (S4). Additionally, the collector of the first IGBT switch (S1) may be connected to the collector of the third IGBT switch (S3). Additionally, the emitter of the second IGBT switch (S2) may be connected to the emitter of the fourth IGBT switch (S4). In addition, one electrode of the charging capacitor (Vdc) is connected to the collector of the 1st and 3rd IGBT switches (S1 and S3), and the other electrode of the charging capacitor (Vdc) is connected to the emitter of the 2nd and 4th IGBT switches (S2 and S4). can be connected Additionally, the first output line (Vac) may be connected between the emitter of the first IGBT switch (S1) and the collector of the second IGBT switch (S2), and the second output line (Vac) may be connected to the emitter of the third IGBT switch (S3). It can be connected between the collector and the collector of the fourth IGBT switch (S4).

이와 같이 하여, IGBT 모듈에서, 제어부(160)의 PWM 제어 신호에 의해 +Vdc 전압 출력 시 제1,4IGBT 스위치(S1,S4)는 턴온되고 제2,3IGBT 스위치(S2,S3)는 턴오프될 수 있다. 또한, IGBT 모듈에서, 제어부(160)의 PWM 제어 신호에 의해 -Vdc 전압 출력 시 제2,3IGBT 스위치(S2,S3)는 턴온되고 제1,4IGBT 스위치(S1,S4)는 턴오프될 수 있다.In this way, in the IGBT module, when +Vdc voltage is output by the PWM control signal of the control unit 160, the 1st and 4th IGBT switches (S1, S4) are turned on and the 2nd and 3rd IGBT switches (S2, S3) are turned off. You can. Additionally, in the IGBT module, when -Vdc voltage is output by the PWM control signal of the control unit 160, the 2nd and 3rd IGBT switches (S2, S3) may be turned on and the 1st and 4th IGBT switches (S1, S4) may be turned off. .

결국, 제어부(160)는 전력부(150)에 PWM 제어 신호를 출력함으로써, 전력부(150)가 보상 전류를 출력하도록 한다.Ultimately, the control unit 160 outputs a PWM control signal to the power unit 150, thereby causing the power unit 150 to output a compensation current.

도 9는 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치(100)중 제어부(160)에 의한 PWM 파형 및 전력부(150)에 의한 보상 전류 파형을 도시한 도면이다. 상술한 바와 같이, IGBT 모듈에서는 제어부(160)의 PWM 제어 신호에 의해 +Vdc/0V/-Vdc 3가지 중 하나의 값을 출력하게 된다(도 9에서 상부 도면 참조). 결국 IGBT 모듈에서 발생하는 파형을 합하면, 대략 정현파에 가까운 보상 파형이 발생한다(도 9에서 하부 도면 참조).FIG. 9 is a diagram illustrating a PWM waveform by the control unit 160 and a compensation current waveform by the power unit 150 of the exemplary power quality improvement integrated voltage converter 100 according to the present disclosure. As described above, the IGBT module outputs one of three values +Vdc/0V/-Vdc according to the PWM control signal of the control unit 160 (see the upper drawing in FIG. 9). Ultimately, when the waveforms generated from the IGBT module are combined, a compensation waveform that is approximately sinusoidal is generated (see the lower diagram in FIG. 9).

이상에서 설명한 것은 본 개시에 따른 예시적 전력품질개선 일체형 전압변환장치를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.What has been described above is only one embodiment for implementing the exemplary power quality improvement integrated voltage converter according to the present disclosure, and the present invention is not limited to the above-described embodiment, but is as claimed in the following patent claims. Likewise, it will be said that the technical spirit of the present invention exists to the extent that anyone with ordinary knowledge in the field to which the present invention pertains can make various modifications without departing from the gist of the present invention.

100; 전력품질개선 일체형 전압변환장치
110; 변압부 111; 1차 권선
112; 2차 권선 121; 수전측 전압 센서
122; 수전측 전류 센서 131; 전차선 전압 센서
132; 전차선 전류 센서 140; 충전부
150; 전력부 160; 제어부
170; 필터 리액터 180; 인입 차단부
190; 수전용 VCB
100; Power quality improvement integrated voltage converter
110; Transformer 111; primary winding
112; secondary winding 121; Receiving side voltage sensor
122; Current sensor 131 on the receiving side; Catenary voltage sensor
132; Catenary current sensor 140; Charging part
150; power department 160; control unit
170; filter reactor 180; Inlet block
190; VCB for faucet

Claims (8)

수전측 3상 전원선중 2상 전원선에 1차 권선이 연결되고, 단상 전차선에 2차 권선이 연결되어, 상기 수전측으로부터 상기 전차선에 전압을 변압하여 공급하는 변압부;
상기 수전측 3상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하는 수전측 전압 센서;
상기 수전측 3상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하는 수전측 전류 센서;
상기 전차선 단상 전원선으로부터 전압 정보를 센싱하는 전차선 전압 센서;
상기 전차선 단상 전원선으로부터 전류 정보를 센싱하는 전차전 전류 센서;
상기 수전측 3상 전원선에 직접 전기적으로 연결되는 인입 차단부;
상기 인입 차단부에 직접 전기적으로 연결되는 필터 리액터;
[[상기 수전측 3상 전원선에 각각]] 상기 필터 리액터에 직접 전기적으로 연결되는 충전부;
상기 충전부에 직접 전기적으로 연결되는 전력부; 및
상기 수전측의 전압 센서와 전류 센서, 그리고 상기 전차선의 전압 센서와 전류 센서로부터 입력받은 정보에 기초하여 역률, 무효전력, 고조파 및 보상 전류를 계산하여 상기 수전측 3상 전원선에 상기 인입 차단부, 상기 필터 리액터 및 상기 충전부를 통해 전기적으로 연결된 상기 전력부를 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 제어부는 상기 전력부에 PWM 제어 신호를 출력하여, 상기 전력부가 상기 보상 전류를 상기 충전부, 상기 필터 리액터 및 상기 인입 차단부를 통해 상기 수전측 3상 전원선에 출력하도록 하는, 전력품질개선 일체형 전압변환장치.A transformer unit whose primary winding is connected to a two-phase power line among the three-phase power lines on the power receiving side and a secondary winding is connected to a single-phase tram line to transform and supply voltage from the power receiving side to the tram line;
a voltage sensor on the receiving side that senses voltage information from the three-phase power line on the receiving side;
A current sensor on the receiving side that senses current information from the three-phase power line on the receiving side;
A catenary voltage sensor that senses voltage information from the catenary single-phase power line;
A tram current sensor that senses current information from the tram single-phase power line;
A lead-in blocking unit directly electrically connected to the three-phase power line on the receiving side;
a filter reactor directly electrically connected to the inlet blocking unit;
[[each of the three-phase power lines on the receiving side]] a charging unit directly electrically connected to the filter reactor;
a power unit directly electrically connected to the charging unit; and
The power factor, reactive power, harmonics, and compensation current are calculated based on the information received from the voltage sensor and current sensor on the power receiving side, and the voltage sensor and current sensor on the catenary line, and the incoming cutoff unit is connected to the three-phase power line on the receiving side. , including a control unit that controls the power unit electrically connected through the filter reactor and the charging unit,
The control unit outputs a PWM control signal to the power unit, so that the power unit outputs the compensation current to the three-phase power line on the receiving side through the charging unit, the filter reactor, and the incoming cutoff unit. converter. 삭제delete 삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 충전부는 저항과 스위치가 병렬로 연결되어 구성되고, DC 충전시 상기 저항을 통해 전류가 흐르고, 동작 시 상기 스위치를 통해 전류가 흐르는, 전력품질개선 일체형 전압변환장치.According to claim 1,
The charging unit is comprised of a resistor and a switch connected in parallel, and current flows through the resistor during DC charging, and current flows through the switch during operation. An integrated voltage converter for power quality improvement. 제 1 항에 있어서,
상기 전력부는 +Vdc, 0V 또는 -Vdc를 출력하는 IGBT 모듈을 포함하는, 전력품질개선 일체형 전압변환장치.According to claim 1,
The power unit is an integrated voltage converter for power quality improvement, including an IGBT module that outputs +Vdc, 0V, or -Vdc. 제 5 항에 있어서,
상기 IGBT 모듈은 풀브릿지 형태로 연결된 제1IGBT 스위치, 제2IGBT 스위치, 제3IGBT 스위치 및 제4IGBT 스위치와, 제1,2IGBT 스위치 및 제3,4IGBT 스위치에 병렬로 연결된 충전 캐패시터를 포함하는, 전력품질개선 일체형 전압변환장치.According to claim 5,
The IGBT module includes a first IGBT switch, a second IGBT switch, a third IGBT switch, and a fourth IGBT switch connected in a full bridge form, and a charging capacitor connected in parallel to the first and second IGBT switches and the third and fourth IGBT switches. Integrated voltage converter. 제 6 항에 있어서,
상기 IGBT 모듈은 상기 제어부의 PWM 제어 신호에 의해
상기 +Vdc 전압 출력 시 상기 제1,4IGBT 스위치는 턴온되고 상기 제2,3IGBT 스위치는 턴오프되고,
상기 -Vdc 전압 출력 시 상기 제2,3IGBT 스위치는 턴온되고 상기 제1,4IGBT 스위치는 턴오프되는, 전력품질개선 일체형 전압변환장치.

According to claim 6,
The IGBT module is operated by the PWM control signal of the controller.
When the +Vdc voltage is output, the 1st and 4th IGBT switches are turned on and the 2nd and 3rd IGBT switches are turned off,
When the -Vdc voltage is output, the 2nd and 3rd IGBT switches are turned on and the 1st and 4th IGBT switches are turned off.

 삭제delete
KR1020230038605A 2023-03-24 2023-03-24 Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement KR102635793B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230038605A KR102635793B1 (en) 2023-03-24 2023-03-24 Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020230038605A KR102635793B1 (en) 2023-03-24 2023-03-24 Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102635793B1 true KR102635793B1 (en) 2024-02-13

Family

ID=89899460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020230038605A KR102635793B1 (en) 2023-03-24 2023-03-24 Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102635793B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130074692A (en) * 2011-12-26 2013-07-04 주식회사 우진산전 Device of improving ac power quality with super capacitor(edlc)
KR101843652B1 (en) * 2016-10-25 2018-03-29 한국철도기술연구원 AC railway supply grid feed device using phase-shift transformer and method thereof
KR20180104843A (en) * 2017-03-14 2018-09-27 주식회사 비츠로시스 Power supply system for city railway capable of compensating voltage drop using pwm power converter and its method
KR102417810B1 (en) * 2021-11-23 2022-07-06 (주)삼문이엔아이 3-phase 4-wire type distribution power quality improvement device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20130074692A (en) * 2011-12-26 2013-07-04 주식회사 우진산전 Device of improving ac power quality with super capacitor(edlc)
KR101843652B1 (en) * 2016-10-25 2018-03-29 한국철도기술연구원 AC railway supply grid feed device using phase-shift transformer and method thereof
KR20180104843A (en) * 2017-03-14 2018-09-27 주식회사 비츠로시스 Power supply system for city railway capable of compensating voltage drop using pwm power converter and its method
KR102417810B1 (en) * 2021-11-23 2022-07-06 (주)삼문이엔아이 3-phase 4-wire type distribution power quality improvement device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Son et al. Design and control of a modular multilevel HVDC converter with redundant power modules for noninterruptible energy transfer
US9520801B1 (en) Method and system for a gas tube switch-based voltage source high voltage direct current transmission system
WO2015030359A1 (en) High-voltage direct current converter
EP2784925A1 (en) Power conversion device
US8971070B2 (en) Interface arrangement between AC and DC systems for reliable opening of the circuit breaker in time
US9748857B2 (en) Method and system for a gas tube-based current source high voltage direct current transmission system
US9419539B2 (en) Systems and methods for enhanced operation and protection of power converters
Ukil et al. Fault analysis and protection system design for DC grids
US20200083717A1 (en) System for distributing mixed dc and ac electrical power for supplying variable frequency loads and fixed frequency loads
Chen et al. 10 kV SiC MOSFET based medium voltage power conditioning system for asynchronous microgrids
Sharifi et al. Medium‐voltage DC electric railway systems: A review on feeding arrangements and power converter topologies
US11509239B2 (en) Conversion device having reduced size and cost
KR102635793B1 (en) Integrated Static VAR Generator and Transformer for Railway Electric Power Quality Improvement
Borgaonkar Solid state transformers: A review of technology and applications
US20230068564A1 (en) Conversion system and conversion device
Krneta et al. Dual-circuit-based test bench design for HVDC circuit breaker verification
Akagi The next‐generation medium‐voltage power conversion systems
Samad Solid State Transformers: The State-of-the-Art, Challenges and Applications
Khodabakhsh et al. A multiport converter for more electric aircraft with hybrid ac-dc electric power system
JPH09182451A (en) High-voltage output power converter
Ohnishi et al. Control and experiment of a bidirectional chopper with an auxiliary converter
KR102604977B1 (en) AC/DC and DC/DC dual-use converter and charging system including same
EP4096084A1 (en) Power conversion device and power supply device for substation
CN216086501U (en) In-phase power supply system based on three-phase AC/DC type power electronic transformer
CN108879637A (en) Mixed DC high-low pressure inverter connects arrester Parameters design at bus

Legal Events

Date Code Title Description
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant