사이리스터 정류기를 사용한 도시철도 변전소의 고조파 필터에 의한 역율 개선 연구
A Study on the Power Factor Improvement by Harmonic Filter of the Urban railway substation using Thyristor rectifier
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초록
도시철도 전동차 운행에 필요한 전력을 공급하는 시스템은 대부분 교류를 직류로 변환하여, 전차선을 통해 공급하고 있으며, 교류를 직류로 변환하는 정류기는 다이오드를 사용한 정류방식과 사이리스터를 사용한 정류방식이 있다. 사이리스터를 사용한 정류방식은 12펄스 사이리스터 컨버터를 정방향과 역방향으로 연결한 구성으로 정방향으로 연결된 사이리스터 컨버터는 전차선에 전력을 공급하도록 운전한다. 역방향으로 연결된 사이리스터 컨버터는 전동차 정차 시 회생제동으로 회생전력이 발생하여 전차선 전압이 상승하게 되면 Reverse Mode로 운전한다. 사이리스터 컨버터는 Reverse mode 운전에 의해 잉여 전차선 전압을 교류 모선으로 환원함으로써 전동차 운행전력의 약 20% 정도를 절감할 수 있다. 그러므로 도시철도의 운영효율 향상과 온실가스 감축을 위해서는 사이리스터를 사용한 정류방식이 유리하다. 하지만 사이리스터 정류방식은 정류 시에 고조파 전류가 발생하여 도시철도 변전소의 역률이 저하되는 단점이 있다. 본 논문에서는 사이리스터 정류방식 도시철도 변전소의 역률 개선을 위해 제11차 고조파 필터의 설치를 제안하고 시뮬레이션을 통해 시스템에서 발생하는 고조파 전류를 분석하여 평균 역률이 66%에서 91%로 상승하였음을 보여줌으로써 그 유효성을 증명하였다.
Abstract
Most of the systems that supply the electric power required for the operation of the electric motor car of the Urban railway convert the AC into DC and supply it through the trolly wire. The rectifier for converting AC to DC is diodes rectification a method and thyristor rectification a method. The rectification method using a thyristor is a configuration in which a thyristor converter of 12 pulses is connected in a forward direction and a reverse direction, The thyristor converter connected in forward direction operates to supply electric power to the trolley wire. Thyristor converter connected in reverse direction, is operated in reverse mode when regenerative electric power is generated due to regenerative braking at the time of stopping the electric train and the voltage of the trolley wire rises. The thyristor converter can save about 20% of the operating power of the electric car by returning the voltage of the surplus trolley wire to the AC main by reverse mode operation. Therefore, a rectification method using a thyristor is advantageous for improving the operation efficiency of the Urban railway and reducing the greenhouse gas. However, the rectification method using thyristor has a disadvantage in that harmonic current is generated at the time of rectification and the power factor of the urban railway substation is lowered. In this paper, we propose the installation of 11th order harmonic filter to improve the power factor of urban railway substation using thyristor rectification method. By simulating the harmonic currents generated by the system, we verified its effectiveness by showing that the average power factor increased from 66% to 91%.
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