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KR20060073067A - Restoration-electric power storage system of electric railway - Google Patents

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KR20060073067A
KR20060073067A KR1020040111906A KR20040111906A KR20060073067A KR 20060073067 A KR20060073067 A KR 20060073067A KR 1020040111906 A KR1020040111906 A KR 1020040111906A KR 20040111906 A KR20040111906 A KR 20040111906A KR 20060073067 A KR20060073067 A KR 20060073067A
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Abstract

본 발명은 전동차의 전기 공급경로임과 동시에 상기 전동차의 감속시 회생제동에 의해 발생하는 전기가 되돌려지는 경로인 가선; 상기 가선에 전기적으로 연결되고 전원 입출력이 단속가능한 게이트; 상기 게이트에 연결되어 전원이 공급되면 공급된 전기에너지를 운동에너지로 변환하여 저장하고, 제어신호에 의해 저장된 운동에너지를 전기에너지로 다시 변환하여 출력가능한 에너지 저장장치; 상기 가선에 전기적으로 연결되어 가선 전압을 검출하는 전압검출부; 상기 전압검출부에서 검출된 정보에 따른 제어신호에 의해 상기 게이트를 구동시키는 게이트구동회로; 및 상기 전압검출부의 검출 전압을 판단하여 게이트구동회로에 제어신호를 출력하고 에너지 저장장치의 작동을 제어하여 전기에너지와 운동에너지간의 변환 및 전원입출력을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도시철도의 회생전력 저장시스템에 대해 개시한다. The present invention provides an electric power supply path of an electric vehicle and at the same time an electric wire which is a path for returning electricity generated by regenerative braking when the electric vehicle is decelerated; A gate electrically connected to the wire and capable of intermittent power input / output; An energy storage device connected to the gate and configured to convert and store the supplied electrical energy into kinetic energy and convert the stored kinetic energy into electrical energy by outputting the control signal; A voltage detector electrically connected to the wire to detect the wire voltage; A gate driving circuit driving the gate by a control signal according to the information detected by the voltage detector; And a microprocessor which determines a detected voltage of the voltage detector and outputs a control signal to a gate driving circuit, controls an operation of an energy storage device, and controls conversion between electric energy and kinetic energy and power input / output. Disclosed is a regenerative power storage system for an urban railway.

도시철도, 회생제동, 회생전력Urban railway, regenerative braking, regenerative power

Description

도시철도의 회생전력 저장시스템{RESTORATION-ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM OF ELECTRIC RAILWAY}Regeneration power storage system of urban railways {RESTORATION-ELECTRIC POWER STORAGE SYSTEM OF ELECTRIC RAILWAY}

도 1 은 본 발명에 따른 도시철도의 회생전력 저장시스템의 전력공급계통을 설명하기 위한 도면이다.1 is a view illustrating a power supply system of a regenerative power storage system of an urban railway according to the present invention.

도 2 는 본 발명에 따른 도시철도의 회생전력 저장시스템을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram illustrating a regenerative power storage system of an urban railway according to the present invention.

도 3 은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 구성을 보여주는 구성도이다.3 is a block diagram showing the configuration of the energy storage device according to the present invention.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for the main parts of the drawings

20; 가선 35; 전류검출부20; Line 35; Current detector

30; 전압검출부 40; 게이트구동회로30; A voltage detector 40; Gate drive circuit

45; 게이트 50; 마이크로프로세서45; Gate 50; Microprocessor

55; 고장판단회로 60; 에너지저장부55; Fault determination circuit 60; Energy storage department

본 발명은 도시철도의 회생전력 저장시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전동차의 회생제동에 의해 발생하여 가선으로 되돌려지는 회생전력을 가선으로부터 공급받아 운동에너지 형태로 저장하고 이를 다시 전기에너지로 변환하여 역사의 부대전력으로 공급할 수 있도록 한 도시철도의 회생전력 저장시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a regenerative electric power storage system of an urban railway, and more particularly, the regenerative electric power generated by regenerative braking of an electric vehicle and returned to a live wire is supplied from a live wire and stored in the form of kinetic energy and converted into electric energy again. It is about the regenerative power storage system of an urban railway that can be supplied by the historical auxiliary power.

최근의 도시철도차량은 에너지 절약을 위해 회생제동 방식을 채택하고 있다. 가속된 전동차가 관성으로 주행 중 정차를 위해 감속을 할 때, 전동기를 제어하여 발전기로 이용함으로써 전동차의 운동에너지를 이용하여 발전을 하고 이를 가선으로 되돌리는 방식으로, 이러한 회생제동 방식을 이용하면 전체 시스템의 전력 소모량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 기계적 제동에 의한 소음 문제 및 브레이크 슈의 마모를 방지할 수 있는 등의 장점을 가지고 있어 채용 범위가 점차로 확대되고 있다. Recently, urban railway vehicles use regenerative braking to save energy. When the accelerated electric vehicle decelerates for stopping while driving with inertia, the motor is controlled and used as a generator to generate power by using the kinetic energy of the electric vehicle and return it to the line. Not only can the power consumption of the system be reduced, but also the advantages of being able to prevent noise problems caused by mechanical braking and wear of the brake shoes are being gradually expanded.

그러나, 전동차의 발전 전기를 가선에 그대로 되돌리는 경우, 회생시 순간적으로 발생된 에너지가 가선전압을 변동하게 하여 시스템을 불안정하게 할뿐만 아니라, 후행 전동차가 그 전압을 수용하지 못할 경우 가선전압의 변동요인으로만 작용하고 후행 차량의 고장의 원인이 되고 있다. However, when returning the generated electricity of the electric vehicle to the wire, the energy generated instantaneously during regeneration causes the wire voltage to fluctuate, making the system unstable, and the fluctuation of the wire voltage when the following electric car cannot accept the voltage. It acts only as a factor and causes a breakdown of the trailing vehicle.

한편, 전동차의 전압 공급방식은 AC전압을 정류하여 DC전압으로 변환하여 공급하는 방식으로, 정류기는 순방향 다이오드 방식으로 회로가 연결되어 있어 전동차의 회생전력은 전원측으로 반환되지 않는 구조이다. 따라서 소비되지 않는 가선의 잉여회생전력은 열에너지로 전환되어 소비되는 회생실효 상태를 초래하게 된다. On the other hand, the voltage supply method of the electric vehicle is a method of rectifying the AC voltage and converting the DC voltage to supply, the rectifier is connected to the circuit by the forward diode method, so that the regenerative power of the electric vehicle is not returned to the power supply side. Therefore, the surplus regenerative power of the wire which is not consumed is converted into thermal energy, resulting in the regenerative effective state consumed.

이러한 문제점을 해결하기 위해 인버터(inverter)를 설치하여 가선의 전압을 교류로 전환하여 전원측으로 반환하는 방식이 도입되고 있으나, 여러 대의 전동차에 의해 발생하는 회생전력이 인버터를 통해 그대로 여과없이 전원측으로 반환하는 경우, 가선전압은 심한 부하변동으로 인한 고조파를 함유하고 있어 수용가에 예기치 못한 피해를 줄 우려가 있다. In order to solve this problem, an inverter (inverter) is installed to convert the line voltage to AC and return to the power supply, but the regenerative power generated by several electric vehicles is returned to the power supply without filtering through the inverter. In this case, the line voltage contains harmonics due to severe load fluctuations, which may cause unexpected damage to customers.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 전동차의 회생제동에 의해 발생하여 가선으로 되돌려지는 회생전력을 가선으로부터 공급받아 운동에너지 형태로 저장하고 이를 다시 전기에너지로 변환하여 역사의 부대전력으로 공급할 수 있도록 함으로써 전동차의 안정적인 회생 및 회생전력의 효율적 활용이 가능한 도시철도의 회생전력 저장시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the above problems, and receives the regenerative power generated by the regenerative braking of the electric vehicle and returned to the line, stored in the form of kinetic energy, and converts it into electrical energy again as a subsidiary power of history. The purpose of the present invention is to provide a regenerative power storage system for urban railways, which enables stable regeneration of electric vehicles and efficient use of regenerative power.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해, 전동차의 전기 공급경로임과 동시에 상기 전동차의 감속시 회생제동에 의해 발생하는 전기가 되돌려지는 경로인 가선; 상기 가선에 전기적으로 연결되고 전원 입출력이 단속가능한 게이트; 상기 게이트에 연결되어 전원이 공급되면 공급된 전기에너지를 운동에너지로 변환하여 저장하고, 제어신호에 의해 저장된 운동에너지를 전기에너지로 다시 변환하여 출력가능한 에너지 저장장치; 상기 가선에 전기적으로 연결되어 가선 전압을 검출하는 전압검출부; 상기 전압검출부에서 검출된 정보에 따른 제어신호에 의해 상기 게이트를 구동시키는 게이트구동회로; 및 상기 전압검출부의 검출 전압을 판단하여 게이트구동회로에 제어신호를 출력하고 에너지 저장장치의 작동을 제어하여 전기에너지와 운동에너지간의 변환 및 전원입출력을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성된 도시철도의 회생전력 저장시스템을 제공한다. In order to achieve the above object, the present invention provides an electric supply path of an electric vehicle and at the same time an electric wire which is a path for returning electricity generated by regenerative braking during deceleration of the electric vehicle; A gate electrically connected to the wire and capable of intermittent power input / output; An energy storage device connected to the gate and configured to convert and store the supplied electrical energy into kinetic energy and convert the stored kinetic energy into electrical energy by outputting the control signal; A voltage detector electrically connected to the wire to detect the wire voltage; A gate driving circuit driving the gate by a control signal according to the information detected by the voltage detector; And a microprocessor for determining a detected voltage of the voltage detector and outputting a control signal to a gate driving circuit, controlling an operation of an energy storage device, and controlling a conversion between electric energy and kinetic energy and controlling power input and output. Provide a power storage system.

바람직하게는, 에너지 저장장치는 전동차의 감속구간에 말미에 인접하여 설치되어, 에너지 저장장치에 저장된 전기에너지가 역사의 부대전력 이용가능하게 구성된다. Preferably, the energy storage device is installed adjacent to the end of the deceleration section of the electric vehicle, so that the electric energy stored in the energy storage device is configured to use the auxiliary power of history.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 본 발명에 따른 도시철도 시스템의 전력공급계통을 부분적으로 도시하고 있다. 도면을 참조하면, 도시철도 시스템의 전력공급계통은 3상 AC전원(2)이 변압기(4), 정류기(6), 차단기(8), 가선(20)을 거쳐 전동차(12)에 공급되도록 구성되는 데, 전원측의 AC전압(2)은 변압기(4)와 3상 브릿지 정류회로(6)를 통해 DC 1500V의 전압으로 정류되어 가선(20)을 통해 전동차에 공급된다. 1 is a partial view showing a power supply system of a subway system according to the present invention. Referring to the drawings, the power supply system of the urban railway system is configured so that the three-phase AC power (2) is supplied to the electric vehicle 12 through the transformer (4), rectifier (6), breaker (8), the wire 20 (20). The AC voltage 2 on the power supply side is rectified at a voltage of DC 1500V through the transformer 4 and the three-phase bridge rectifier circuit 6 and supplied to the electric vehicle through the household wire 20.

주행 및 정차를 반복하면서 정차역 사이를 운행하는 전동차는 가선(20)을 통해 DC전압을 공급받아 전동기(모터)를 구동함으로써 가속을 하게 되고, 일정한 속도로 가속된 후에는 관성을 이용하여 관성 운행을 하게 되며, 감속시에는 전동기가 회생제동 시스템에 의해 발전기 기능을 하면서 전동차의 관성 운동에너지를 이용하여 발전을 하고 이러한 회생전력은 가선(20)으로 되돌려진다. An electric vehicle that runs between stops while repeating driving and stopping is accelerated by driving a motor (motor) by receiving a DC voltage through the cable line 20, and after being accelerated at a constant speed, inertial driving is performed using inertia. At the time of deceleration, the motor generates power using the inertia kinetic energy of the electric vehicle while the generator functions by the regenerative braking system, and the regenerative power is returned to the line 20.

본 발명은 이와 같이 가선(20)으로 되돌려진 회생전력에 의해 가선에 과전압이 발생하는 경우, 회생전력을 게이트(도 2 참조)를 통해 에너지 저장장치(60) 공급하여 운동에너지 형태로 저장할 수 있도록 구성한다. 본 발명에 의하면 회생전력이 발전된 경우에, 가까운 곳에 회생전력을 필요로 하는 다른 전동차가 없거나 순간적인 전압변동에 의해 가선에 과전압이 발생하는 경우 이러한 회생전력을 에너지 저장장치로 공급하여 저장되게 함으로써, 회생전력에 의해 가선전압이 변동하는 것을 방지하면서도 회생실효를 감소시키는 것이 가능하게 된다. According to the present invention, when overvoltage occurs in the wire by the regenerative power returned to the wire 20, the regenerative power is supplied to the energy storage device 60 through the gate (see FIG. 2) to be stored in the form of kinetic energy. Configure. According to the present invention, when the regenerative power is generated, when there is no other electric vehicle requiring the regenerative power nearby or when overvoltage occurs in the wire due to the instantaneous voltage change, the regenerative power is supplied to the energy storage device and stored. It is possible to reduce the regenerative effectiveness while preventing the line voltage from changing due to the regenerative power.

회생전력은 전동차의 감속과정에서 발전(發電)됨으로 회생시 순간적으로 발생한 에너지에 의한 가선전압의 변동은 전동차의 감속구간에 발생하게 된다. 따라서 본 발명에 따르면 이러한 에너지 저장장치는 전동차의 감속구간의 말미 즉, 정차역에 인접하여 설치되는 것이 바람직하고, 에너지 저장장치에 저장된 에너지는 변환되어 역사의 부대설비의 전력으로 이용가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 회생전력이 가선을 통해 전동차의 추진 에너지로 이용되는 것이 아니라 부대설비의 전력으로 이용가능하게 됨으로 가선의 전압변동을 방지하면서 전동차의 안정적인 회생 및 회생전력의 효율적 활용이 가능하게 되는 것이다. The regenerative power is generated during the deceleration of the electric vehicle, so the fluctuation of the line voltage due to the instantaneous energy generated during the regeneration occurs in the deceleration section of the electric vehicle. Therefore, according to the present invention, such an energy storage device is preferably installed at the end of the deceleration section of the electric vehicle, i.e., adjacent to the stop station, and the energy stored in the energy storage device is converted and made available as power of auxiliary equipment in history. desirable. The regenerative power is not used as the propulsion energy of the electric vehicle through the wires, but can be used as the power of the auxiliary equipment, thereby enabling the stable regeneration of the electric vehicle and the efficient use of the regenerative power while preventing the voltage fluctuation of the electric wires.

도 2 를 참조하면, 본 발명에 따른 도시철도의 회생전력 저장시스템을 설명하기 위한 블록도가 도시되어 있다. 2, there is shown a block diagram illustrating a regenerative power storage system of an urban railway according to the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 도시철도 회생전력 저장시스템은 가선(20), 전압검출부(30), 게이트구동회로(40), 게이트(45), 마이크로프로세서(50), 전류검출부(35) 및 에너지 저장장치(60)를 포함한다. Urban regenerative power storage system according to an embodiment of the present invention is the wire 20, the voltage detector 30, the gate drive circuit 40, the gate 45, the microprocessor 50, the current detector 35 and An energy storage device 60.

게이트(45)는 가선(20)에 전기적으로 연결되어 에너지 저장장치(60)로의 전원입출력이 단속된다. 바람직하게는 게이트(45)는 인버터(Inverter) 및 컨버터(Converter)를 포함하여 연결 설비간의 전력을 변환할 수 있는 전력변환설비로 구성된다. 게이트(45)는 게이트구동회로(40)에 의해 구동이 제어되는 데, 게이트구동회로(40)는 마이크로프로세서(50)의 제어신호에 의해 제어된다. The gate 45 is electrically connected to the wire 20 so that power input and output to the energy storage device 60 is interrupted. Preferably, the gate 45 includes an inverter and a converter, and includes a power conversion facility capable of converting power between the connection facilities. The drive of the gate 45 is controlled by the gate driver circuit 40, the gate driver circuit 40 is controlled by the control signal of the microprocessor 50.

가선(20)에는 전압검출부(30)가 전기적으로 연결되어 가선 전압을 검출할 수 있도록 구성되고 전압검출부(30)의 검출정보는 마이크로프로세서(50)에 입력된다. 일반적으로 가선(20) 전압은 DC 1500V ~ DC 1800V 안에서 변동하는 경우 도시철도 시스템이 수용할 수 있는 전압 변동범위로 규정되는 데, 회생전력이 가선(20)으로 되돌려지면서 가선 전압이 변동되어 DC 1800V를 초과하는 경우, 마이크로프로세서(50)는 이를 과전압 상태로 판단하고 게이트구동회로(40)에 제어신호를 출력하여 게이트구동회로(40)가 게이트(45)를 구동시키도록 한다. 따라서 회생전력에 의한 가선의 과전압은 게이트(45)를 통해 에너지저장치로 공급되어 운동에너지로 변환되어 저장된다. The line 20 is electrically connected to the voltage detector 30 so as to detect the line voltage, and the detection information of the voltage detector 30 is input to the microprocessor 50. In general, the line 20 voltage is defined as a voltage fluctuation range that can be accommodated by the urban railway system when the line voltage is changed within DC 1500V to DC 1800V. As the regenerative power is returned to the line 20, the line voltage is changed to DC 1800V. When exceeding, the microprocessor 50 determines this as an overvoltage state and outputs a control signal to the gate driving circuit 40 so that the gate driving circuit 40 drives the gate 45. Therefore, the overvoltage of the wire by the regenerative power is supplied to the energy storage device through the gate 45 is converted into kinetic energy and stored.

바람직하게는 가선(20)에는 전류검출부(35)가 전기적으로 연결되어 검출된 전류정보를 마이크로프로세서(50)에 입력하도록 구성되어 있다. 따라서 마이크로프로세서(50)는 가선을 통해 과전류가 입력되는 것으로 판단되면 게이트(45)의 구동여부를 판단하고, 게이트(45) 구동시에는 게이트의 구동이 정지되도록 게이트구동회로(40)에 제어신호를 출력한다. 이로 인해 과전류에 의해 시스템이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 전류검출부 및 마이크로프로세서에는 고장진단회로(55)가 더 연결되어 과전류 상태가 순간적인 것인지, 전력 공급시스템의 고장에 의한 것인지를 판단하여 이를 외부에 표시하고 외부지령에 따라 동작이 제어되도록 구성된다. Preferably, the wire 20 is electrically connected to the current detector 35 so as to input the detected current information to the microprocessor 50. Therefore, when it is determined that the overcurrent is input through the wire, the microprocessor 50 determines whether the gate 45 is driven. When the gate 45 is driven, the microprocessor 50 controls the gate driving circuit 40 to stop the driving of the gate. Outputs This prevents damage to the system due to overcurrent. On the other hand, the fault detection circuit 55 is further connected to the current detector and the microprocessor to determine whether the overcurrent state is instantaneous or due to a failure of the power supply system, and to display it externally and control the operation according to an external command. do.

에너지 저장장치(60)는 전기에너지와 운동에너지간의 변환에 의해 에너지를 저장 및 출력할 수 있도록 구성되며, 마이크로프로세서(50)에 의해 동작이 제어된 다. 상술한 바와 같이, 에너지 저장장치의 저장 에너지는 바람직하게는 게이트(45)를 통해 역사의 부대설비(18)의 전력으로 공급된다. The energy storage device 60 is configured to store and output energy by conversion between electrical energy and kinetic energy, and operation is controlled by the microprocessor 50. As mentioned above, the stored energy of the energy storage device is preferably supplied to the power of the auxiliary facility 18 of history via the gate 45.

도 3 은 본 발명에 따른 에너지 저장장치의 구성도이다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 에너지 저장장치(60)는 플라이휠의 관성 운동에너지를 에너지저장 수단으로 이용하는 데, 외부에 대해 기밀을 유지하여 진동상태의 유지가 가능한 챔버(62)와, 상기 챔버에 연결되어 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프(64)를 포함한다. 특히 플라이휠(68)은 고속으로 회전하기 때문에 플라이휠을 수용하는 챔버(62)는 고속으로 회전하는 플라이휠(68)이 파손되는 경우에도 그 파편을 내부에 유지시켜 시스템을 보호할 수 있어야 한다. 이를 위해 챔버(62)는 철 또는 알루미늄 재질과 같이 기계적 강도가 강한 금속재로 구성되는 것이 바람직하다.  3 is a block diagram of an energy storage device according to the present invention. As shown in the figure, the energy storage device 60 according to the present invention uses the inertial kinetic energy of the flywheel as an energy storage means, which maintains hermeticity with respect to the outside and maintains a vibration state, and the It is connected to the chamber includes a vacuum pump 64 for maintaining the interior in a vacuum state. In particular, because the flywheel 68 rotates at high speed, the chamber 62 housing the flywheel should be able to protect the system by keeping the fragments inside even if the flywheel 68 rotating at high speed is broken. To this end, the chamber 62 is preferably made of a metal material having strong mechanical strength, such as iron or aluminum.

챔버(62) 내부에는 회전축(66)이 설치되고, 회전축(66)의 일측으로는 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 작동시에는 모터로서 작동하고 운동에너지를 전기에너지로 변환하는 작동시에는 제너레이터로 작동하는 모터및제너레이터(64)가 설치되고, 타측에는 플라이휠(68)이 무접촉 지지 베어링(75)에 의해 지지되면서 설치된다. The rotating shaft 66 is installed inside the chamber 62, and on one side of the rotating shaft 66, the motor operates as a motor in the operation of converting electrical energy into kinetic energy and as a generator in the operation of converting kinetic energy into electrical energy. An operating motor and generator 64 are installed, and on the other side, the flywheel 68 is installed while being supported by the contactless support bearing 75.

모터및제너레이터(70)는 고정자(72) 및 회전자(74)로 구성된다. 모터로서 작동시에는 코일로 구성된 고정자(72)에 고주파 전류가 흘러 자속이 유기되면서 회전자(74)가 회전되고, 플라이휠(68)은 회전자(74)와 함께 가속되면서 플라이휠의 운동에너지의 형태로 에너지를 저장한다. 제너레이터로 작동시 즉, 플라이휠(68)의 운동에너지가 스토리지부(60)로부터 빠져나와야 할때는 플라이휠(68)의 관성 회전 에 연동하여 회전자(74)가 회전하고, 고정자(72) 코일에 전압이 유기되어 전기에너지로 변환되며 결과적으로 플라이휠의 감속을 초래한다. The motor and generator 70 consists of a stator 72 and a rotor 74. When operating as a motor, a high-frequency current flows through the stator 72 composed of a coil, and the magnetic flux is induced to rotate the rotor 74, and the flywheel 68 is accelerated together with the rotor 74 to form the kinetic energy of the flywheel. To save energy. When operating as a generator, i.e., when the kinetic energy of the flywheel 68 needs to escape from the storage unit 60, the rotor 74 rotates in conjunction with the inertia rotation of the flywheel 68, and voltage is applied to the stator 72 coil. Is converted to electrical energy, resulting in a slowdown of the flywheel.

플라이휠(68)에 저장되는 에너지를 증가시키기 위해서는 플라이휠(68)의 회전속도를 증가시키거나 회전관성을 증가시켜야 하는 데, 회전속도 및 회전관성은 결국 플라이휠의 소재적 특성에 의해 한계를 가지는 바, 본 발명의 플라이휠(68)은 저장에너지의 밀도를 높이면서도 내구성이 보장될 수 있도록 탄소 또는 유리섬유가 강화섬유로 사용된 고인장강도의 섬유강화복합재료를 사용하여 제조된다. In order to increase the energy stored in the flywheel 68, it is necessary to increase the rotational speed of the flywheel 68 or increase the rotational inertia. The rotational speed and the rotational inertia are limited by the material properties of the flywheel. The flywheel 68 of the present invention is manufactured using a high tensile strength fiber reinforced composite material in which carbon or glass fibers are used as reinforcing fibers so as to ensure durability while increasing the density of stored energy.

또한, 플라이휠(68)은 전기 에너지를 운동에너지 형태로 저장함으로 회전에 따른 마찰손실을 최소화하는 것이 필요로 한다. 진공펌프(64)를 이용하여 챔버 내부를 진공상태로 유지시켜 공기 마찰 손실을 최소화하는 한편, 지지부 접촉 마찰로 인한 에너지 손실을 최소화하는 것이 필요하다. 따라서 본 발명에서는 회전축 지지부를 무접촉 지지 베어링(75)인 마그네틱 베어링 또는 초전도 베어링을 이용함으로서 지지부 접촉 마찰로 인한 에너지 손실을 방지한다. In addition, the flywheel 68 is required to minimize the frictional loss due to rotation by storing the electrical energy in the form of kinetic energy. It is necessary to use vacuum pump 64 to keep the interior of the chamber in a vacuum to minimize air friction losses while minimizing energy losses due to support contact friction. Therefore, in the present invention, by using a magnetic bearing or a superconducting bearing which is the contactless support bearing 75 of the rotating shaft support, energy loss due to contact contact friction is prevented.

플라이휠을 이용한 에너지 저장장치는 화학적 배터리에 비해 무게나 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 다양한 용량으로 설치할 수 있고, 수명이 반영구적이며, 빠른 충방전을 수행할 수 있는 장점이 있다. 본 발명에 따른 에너지 저장시스템은 이러한 플라이휠의 장점을 이용할 수 있게 됨으로 설치공간이 절약되고, 건설기간이 짧으며, 교체주기가 긴 에너지를 저장시스템으로 구성가능하게 된다. An energy storage device using a flywheel can reduce weight or volume, and can be installed in various capacities, have a semi-permanent lifespan, and can perform fast charge and discharge compared to a chemical battery. The energy storage system according to the present invention is able to use the advantages of such a flywheel is to save the installation space, the construction period is short, it is possible to configure the energy storage system with a long replacement cycle.

본 발명은 이와 같은 구성으로 인해 전동차로부터 가선으로 되돌려진 회생전력을 에너지 저장장치로 저장하여, 역사의 부대설비의 전력으로 이용가능하게 된 다. 따라서 도시철도 시스템에서 전동차의 회생제동에 의한 시스템의 고장 및 불량 요인을 제거하면서도 회생제동을 효율적으로 이용할 수 있게 된다. The present invention stores the regenerative power returned to the line from the electric vehicle by the energy storage device, and can be used as the power of the auxiliary equipment of the history. Therefore, it is possible to efficiently use the regenerative braking while eliminating the faults and failures of the system caused by the regenerative braking of the electric vehicle in the urban railway system.

이상에서 설명된 본 발명은 일 실시예에 한정되어 설명되었지만, 이에 한정되지 않고 본 발명이 속하는 분야의 통상적인 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있는 정도의 변형은 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것임은 자명하다.Although the present invention described above has been described with reference to one embodiment, the present invention is not limited thereto and modifications to such an extent that those skilled in the art can easily carry out the present invention are not limited thereto. It is obvious that it belongs to the technical idea.

전동차의 회생제동은 전력 소비량 절감과 기계적 제동에 의한 소음 문제 등의 장점을 가지지만 회생시 순간적으로 발생하는 에너지에 의해 가선전압이 변동하여 시스템을 불안정하게 하는 단점이 있었다. 특히 운행구간이 짧은 도시철도 구간에서는 가선전압의 변동이 이러한 위험성이 상대적으로 높다. Regenerative braking of electric vehicles has advantages such as power consumption reduction and noise problems due to mechanical braking, but it has the disadvantage of unstable system due to fluctuation of the line voltage due to the instantaneous energy generated during regeneration. Especially in urban railways with short service intervals, fluctuations in the line voltage are relatively high.

그러나, 본 발명에 의하면, 가선으로 되돌려진 전동차의 회생전력이 에너지 저장장치로 공급되어 운동에너지로 저장됨으로 가선전압의 변동요인이 제거됨으로 전동차의 안정적인 회생제동을 가능하게 할뿐만 아니라, 저장된 에너지를 전기에너지로 변환하여 역사 설비의 부대전력으로 안정적으로 활용가능하게 된다. 즉, 본 발명은 전체 도시철도 시스템의 에너지 효율성과 안정성을 증가시키는 효과를 가진다. However, according to the present invention, the regenerative power of the electric vehicle returned to the line is supplied to the energy storage device and stored as kinetic energy, thereby eliminating the factor of fluctuation of the line voltage, thereby enabling stable regenerative braking of the electric vehicle, and storing the stored energy. By converting into electric energy, it can be used stably as an auxiliary power of historical facilities. That is, the present invention has the effect of increasing the energy efficiency and stability of the entire urban railway system.

Claims (9)

전동차의 전기 공급경로임과 동시에 상기 전동차의 감속시 회생제동에 의해 발생하는 전기가 되돌려지는 경로인 가선;An electric supply path of the electric vehicle and a path for returning electricity generated by regenerative braking when the electric vehicle is decelerated; 상기 가선에 전기적으로 연결되고 전원 입출력이 단속가능한 게이트;A gate electrically connected to the wire and capable of intermittent power input / output; 상기 게이트에 연결되어 전원이 공급되면 공급된 전기에너지를 운동에너지로 변환하여 저장하고, 제어신호에 의해 저장된 운동에너지를 전기에너지로 다시 변환하여 출력가능한 에너지 저장장치; An energy storage device connected to the gate and configured to convert and store the supplied electrical energy into kinetic energy and convert the stored kinetic energy into electrical energy by outputting the control signal; 상기 가선에 전기적으로 연결되어 가선 전압을 검출하는 전압검출부;A voltage detector electrically connected to the wire to detect the wire voltage; 상기 전압검출부에서 검출된 정보에 따른 제어신호에 의해 상기 게이트를 구동시키는 게이트구동회로; 및 A gate driving circuit driving the gate by a control signal according to the information detected by the voltage detector; And 상기 전압검출부의 검출 전압을 판단하여 게이트구동회로에 제어신호를 출력하고 에너지 저장장치의 작동을 제어하여 전기에너지와 운동에너지간의 변환 및 전원입출력을 제어하는 마이크로프로세서를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 도시철도의 회생전력 저장시스템.And a microprocessor for determining a detected voltage of the voltage detector and outputting a control signal to a gate driving circuit and controlling an operation of an energy storage device to control conversion between electric energy and kinetic energy and to control power input and output. Regenerative power storage system for urban railways. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 게이트는 인버터 및 컨버터를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 도시철도의 회생전력 저장시스템.The gate is a regenerative power storage system of an urban railway, characterized in that it comprises an inverter and a converter. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 가선에 전기적으로 연결된 전류검출부를 더 포함하고, 상기 마이크로프로세서는 상기 전류검출부에 의해 과전류가 검출되는 경우 게이트 오프 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 도시철도의 회생전력 저장시스템.And a current detection unit electrically connected to the wire, wherein the microprocessor outputs a gate-off signal when an overcurrent is detected by the current detection unit. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 에너지 저장장치는 전동차의 감속구간에 말미에 인접하여 설치되어, 상기 에너지 저장장치에 저장된 전기에너지가 역사의 부대전력 이용가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 도시철도의 회생전력 저장시스템.The energy storage device is installed adjacent to the end of the deceleration section of the electric vehicle, the regenerative power storage system of the urban railway, characterized in that the electric energy stored in the energy storage device is configured to use the auxiliary power of the history. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 에너지 저장장치는The energy storage device of claim 1, wherein the energy storage device comprises: 외부에 대해 기밀을 유지가능한 챔버;A chamber capable of maintaining airtightness to the outside; 상기 챔버에 연결되어 내부를 진공상태로 유지시키는 진공펌프;A vacuum pump connected to the chamber to maintain the interior in a vacuum state; 상기 챔버 내에서 회전가능하게 지지되는 회전축;A rotating shaft rotatably supported in the chamber; 상기 회전축의 일측으로 설치되는 플라이휠;A flywheel installed at one side of the rotation shaft; 상기 회전축의 타측으로 설치되어 전력입력시 상기 플라이휠을 회전시켜 전기에너지를 상기 플라이휠의 운동에너지로 전환시키는 모터로서 작동하고 전력출력시 상기 플라이휠의 회전관성을 이용하여 발전을 하는 제너레이터로 작동하는 모터및제너레이터; 및A motor installed on the other side of the rotating shaft to rotate the flywheel to convert electric energy into kinetic energy of the flywheel when power is input, and to operate as a generator that generates power by using the rotational inertia of the flywheel at power output; Generator; And 상기 회전축을 지지하는 무접촉 지지 베어링을 포함하여 구성되는 것을 특 징으로 하는 도시철도의 회생전력 저장시스템. Regenerative power storage system of an urban railway, characterized in that it comprises a contactless support bearing for supporting the rotating shaft. 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 챔버는 기계적 강도가 강한 철 또는 알루미늄 계열의 금속재로 형성되는 것을 특징으로 하는 회생전력을 저장하는 에너지 저장시스템을 구비한 도시철도 시스템.The chamber is an urban railway system having an energy storage system for storing regenerative electric power, characterized in that the mechanical strength is formed of a strong metal or iron-based metal material. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 모터 및 제너레이터는 회전축에 부착되며 영구자석으로 형성된 회전자와, 상기 챔버에 상기 회전축을 둘러싸고 설치되는 코일로 형성된 고정자로 구성되는 것을 특징으로 하는 회생전력을 저장하는 에너지 저장시스템을 구비한 도시철도 시스템.The motor and the generator are attached to a rotating shaft and a rotor formed of a permanent magnet, and an urban railway having an energy storage system for storing regenerative power, characterized in that the stator formed of a coil installed surrounding the rotating shaft in the chamber system. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 플라이휠은 탄소 또는 유리섬유가 강화섬유로 사용된 고인장강도의 섬유강화복합재료인 것을 특징으로 하는 회생전력을 저장하는 에너지 저장시스템을 구비한 도시철도 시스템.The flywheel is an urban railway system having an energy storage system for storing regenerative power, characterized in that the fiber-reinforced composite material of high tensile strength, wherein carbon or glass fibers are used as reinforcing fibers. 제 5 항에 있어서, The method of claim 5, 상기 무접촉 지지베어링은 마그네틱 베어링 또는 초전도 베어링인 것을 특징 으로 하는 회생전력을 저장하는 에너지 저장시스템을 구비한 도시철도 시스템.The contactless support bearing is an urban railway system having an energy storage system for storing regenerative power, characterized in that the magnetic bearing or superconducting bearing.
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