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표제지

목차

요약 4

I. 서론 8

1. 연구배경 및 필요성 8

2. 연구내용 10

II. 기존 도시철도 전력공급 및 운용의 한계 11

1. 도시철도 전력공급 및 운용 현황 11

1) 도시철도 전력공급 11

2) 전력 운용현황 12

2. 도시철도 전력운용의 한계 16

3. 분산형 전원시스템의 도입 17

1) 도시철도 분산형 전원시스템의 종류 18

2) 대안 기술 도입 : ESS 기반의 분산형 전원시스템 23

III. 효율적인 에너지 운용 방법 및 전력품질 연구 25

1. ESS 기반의 효율적인 에너지 운용 25

1) 분산형 전원시스템의 TOS(통합운영시스템) 25

2) 피크부하 제한방법 27

3) ESS 충·방전 방법 28

4) ESS 충·방전 예시 30

2. 분산형 전원시스템의 전력품질 요소별 연구 32

1) 분산형 전원시스템의 저압 병렬공급 33

2) 저압 병렬급전 전력품질 요소별 연구 36

IV. ESS 기반의 분산형 전원시스템 설치 사례 연구 44

1. ESS 기반의 태양광 발전시스템 설치 사례 44

2. ESS 기반의 전동차 회생에너지 활용 시스템 사례 46

1) 회생 전력량 산정 46

2) 장비 설치 48

3. 효율적인 에너지 운용법 적용후 절감 효과 50

1) 에너지 스케쥴링 적용방법 50

2) 일/월 단위 피크전력 저감 효과 51

3) 효율적인 에너지 운용법 적용후 절감효과 52

4) 에너지 절감량 확인용 TOS(통합운영시스템) UI 53

4. 사례 연구로 안전기술 확보 54

1) 단독운전 방지(Anti-Islanding Method) 54

2) 역전력 계전기 설치 55

3) 병렬 계통연계시 T.R. 용량을 고려한 충·방전 기법 56

V. 결론 57

참고문헌 58

Abstract 59

표목차

표 1.1. 연도별 서울도시철도 5~8호선 전력요금 증가율 8

표 2.1. 한전 전기요금표(2013년 개정) 12

표 2.2. 전기요금 산정 13

표 2.3. 계절, 시간대별 부하구분 13

표 2.4. 여름철(6~8월) 부하시간대별 요금구분(고압A/선택II) 14

표 2.5. 시간당 평균부하표 15

표 2.6. 전년대비 신재생에너지 종류별 발전량 및 증가율 17

표 3.1. 충전상태 변화에 따른 ut 값의 변화(이미지참조) 29

표 3.2. 8월(수요일) SoC 및 상태변화 30

표 3.3. 8월 피크부하 경감 30

표 3.4. 전력품질 분석기(HIOKI PW3360-21) 설치 및 셋팅[원문불량;p.29] 36

표 3.5. 표준전압 기준값 및 순시전압변동률 기준값 37

표 3.6. 전력품질 측정 배전반 L-1-1의 부하현황 41

표 4.1. CIGS-플렉시블 모듈과 Si-결정질 모듈 비교 45

표 4.2. 현장 발전량 평가 결과(Left: 플렉시블 CIGS, Right: 결정질 Si) 45

표 4.3. 식(4.4) 변수 정의 56

그림목차

그림 1.1. 도시철도 편의시설 증가 및 전기요금 상승 8

그림 1.2. 도시철도 전력공급방식과 분산형 전원시스템 적용 유형 9

그림 2.1. 도시철도 전력공급 계통도 11

그림 2.2. 수락산 변전소 전력사용량[kWh] 측정결과 14

그림 2.3. 수락산역사 피크시간대 전력부하 분포도 15

그림 2.4. 변전소 전력량 소비 패턴 분석 16

그림 2.5. 총발전량 대비 신재생에너지 발전량 증가 추이 17

그림 2.6. 태양광 발전시스템 개요 18

그림 2.7. 서울시 태양광 설치방향 및 일사효율 분석 18

그림 2.8. 회생에너지 활용시스템 19

그림 2.9. 개선된 회생에너지 활용 시스템 19

그림 2.10. 연료전지 발전소 구성 20

그림 2.11. 연료전지 발전소(2.8㎿) 설치예시 20

그림 2.12. 풍력발전기 원리 및 구조 21

그림 2.13. 풍력발전기 전력변환 시스템 21

그림 2.14. ESS 적용 개념도 22

그림 2.15. ESS 시스템 구성도 22

그림 2.16. ESS의 용도: 기능 #1 23

그림 2.17. 분산형 전원시스템의 용도: 기능 #2 23

그림 3.1. 도봉산 태양광 발전/수락산 회생에너지 활용 시스템의 ESS 적용예 25

그림 3.2. 피크전력 관리 기술 25

그림 3.3. 에너지 데이터 수집 및 TOS 운용 26

그림 3.4. TOS 데이터 흐름도 26

그림 3.5. 4월(목요일) 부하 및 시간별 전력량 요금 단가 27

그림 3.6. 피크부하 제한 방법 27

그림 3.7. 에너지 저장장치 개략도 28

그림 3.8. 8월(수요일) 부하량, 전력 구매량 및 전력량 요금 단가 31

그림 3.9. 전력품질 기준 및 문제점 32

그림 3.10. 도시철도 전력공급 방식 33

그림 3.11. 수락산역 회생에너지 활용시스템의 저압계통 연계 33

그림 3.12. PCS 200 ㎾ 출력 파형 34

그림 3.13. 기존 2레벨 인버터와 개선된 3레벨 인버터 회로도 비교 34

그림 3.14. 기존 2레벨 인버터와 개선된 3레벨 인버터 상·선간 전압 차 비교 34

그림 3.15. 공간벡터 변조 및 중성점 전압제어 적용 35

그림 3.16. 수락산 전기실 전력품질 측정위치 36

그림 3.17. 표준전압 및 순시전압 변동률 측정 결과 37

그림 3.18. 고조파 발생파형 이해 38

그림 3.19. THD-R(총고조파-전압) 측정결과 39

그림 3.20. 차수별 고조파 발생량 39

그림 3.21. 측정-1위치 역률 측정결과 40

그림 3.22. 수락산 전기실 전력품질 측정위치 41

그림 3.23. 측정-1위치 역률 측정결과 42

그림 3.24. 전력분석기 3대이용 역률 재측정 결과 42

그림 3.25. 역률 변동구간(70 ㎾까지) 43

그림 3.26. 주파수 측정결과 43

그림 4.1. 도시철도 분산형 전원시스템 설치사례 44

그림 4.2. 도봉산역 태양광 발전시스템 설치도 44

그림 4.3. 회생에너지 발전시스템 개념도 46

그림 4.4. 회생에너지 활용 테스트-베드룸 장치설치 도면 48

그림 4.5. 회생에너지 테스트-베드룸 설치 전경 48

그림 4.6. 회생에너지 저장을 위한 회생컨버터 구성 49

그림 4.7. PCS(200 ㎾) 및 ESS(400 kWh) 설치사례 49

그림 4.8. 일 단위 에너지 스케쥴링 50

그림 4.9. 에너지 스케줄링 흐름도 및 피크저감 방법 50

그림 4.10. 스케쥴링 전/후 피크전력 변화비교 51

그림 4.11. 수락산변전소(9월) 스케쥴링 전/후 피크전력 51

그림 4.12. 효율적인 에너지 운용 상태 52

그림 4.13. 수락산역 전력요금(9월18일) 절감효과 52

그림 4.14. 분산형 전원시스템 TOS 운용현황 UI 53

그림 4.15. 단독운전 방지 방법 종류 54

그림 4.16. 주파수 단독운전(현장 수동) 방지 54

그림 4.17. 역전력 계전기 결선 및 셋팅방법 55

그림 4.18. T.R. 용량을 고려한 ESS 충전 개념도 56

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