프로젝트 소개
본 과제는 철도에 전력을 공급할 때 발생하는 전력 품질 문제(예: 전압 불균형, 고조파 발생)를 해결하기 위해, 27.5kV 단상 특고압용 '스마트 전력품질 개선장치'를 개발하는 연구임.
연구 목표는 철도 변전소(S/S) 및 구분소(S/P)에 적용 가능한 지능형 전력품질 개선장치를 개발하여 진상/지상 역률, 고조파, 전압강하 문제를 실시간으로 개선하는 데 있음. 변전소용은 20ms 이내의 초고속 응답속도로 전력품질 보상을, 구분소용은 200ms 이내의 고속 응답속도로 전압강하 보상 및 역률 개선을 목표로 함.
핵심 연구 내용은 S/S용 및 S/P용 스마트 전력품질 개선장치의 소프트웨어 및 하드웨어 개발임. 소프트웨어는 아날로그-디지털 신호 변환, 전력품질 분석, 출력 무효전류 및 고조파 상쇄전류 계산, 다양한 보상 모드 운영 알고리즘, 사용자 편의성을 고려한 HMI, 상태 모니터링 및 통신 프로그램 개발을 포함함. 하드웨어는 광통신 인터페이스 회로, 출력전류 리플 저감용 리액터, IGBT 기반 단위 모듈, 제어용 컨트롤러 회로, 방열 시스템, 캐패시터 뱅크 등으로 구성됨.
기대 효과는 철도 전력시설물의 안정적 운영 및 수명 증진, 전압강하 문제 해결, 역률 및 전압동요 개선, 고조파 저감 등 전반적인 전력품질 개선임. 또한, 기존 장치 통폐합으로 투자비를 30% 이상 절감하고, 역률 개선으로 전기요금을 절감하며, 고가 외산 장비를 대체하여 국산화율을 최대 90%까지 달성함으로써 원가 절감 및 유지보수 안정화를 이룸. 나아가 원천기술 확보를 통해 해외 수출 경쟁력을 확보할 것으로 전망됨.