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과제기본정보

경전철용 무선급전시스템 적용기술개발4년차

사업개요
사업개요에 대한 사업명, 분류코드(기술분류), 과제명, 주관연구기관, 총괄연구 책임자(성명, 소속, 전화번호), 총 연구기간, 당해연도 연구기간 정보제공
사업명 철도기술연구사업 과제번호 18RTRP-B097048-04
국가과학표준분류 1순위 건설 교통 | 철도교통기술 | 전철 전력기술 적용분야 교통/정보통신/기타 기반시설
2순위 전기 전자 | 중전기기 | 전력변환기기 실용화대상여부 비실용화
3순위 에너지 자원 | 송-배전계통 | 대용량 전력수송 저장기술 과제유형 개발
과제명 경전철용 무선급전시스템 적용기술개발
주관연구기관 한국철도기술연구원
총괄연구 책임자 성명 이병송
소속 한국철도기술연구원 직위 수석연구원
기관 대표번호 031-460-5000 FAX 031-460-5814
총 연구기간 2015-07-21 ~ 2019-12-31
당해연도 연구기간 2018-01-21 ~ 2018-12-31

(단위:원)

년도별 정부출연금, 기업부담금, 계 정보제공
년도 정부출연금 기업부담금 계
현금 현물 소계
4차년도 6,695,000,000 210,559,000 1,644,445,000 1,855,004,000 8,550,004,000
과제기본정보의 연구개발개요, 최종목표, 연구내용 및 범위 정보제공
연구개발개요 ○ 철도의 장점인 정시성/안정성을 보장하며, 상부가선, 판토그래프, 집전판 등의 유지 보수비용 절감 및 안전성 및 심미성 증대 가능한 새로운 급/집전 시스템 기술로 철도 차량용 무선 급전 시스템에 대한 기술 개발 필요
○ 경전철에 무선 급전 시스템을 적용하는데 있어 필요한 시스템 통합 및 운용 기술 및 인버터, 급전 선로, 선로용 캐패시터 등에 대한 기술 개발 필요
○ 무선 급전 경전철 시스템에 대한 신뢰성 확보를 통해 실용화/상업화에 기여하고, 선도 기술 개발을 통해 세계의 경전철 시장 선점 필요
최종목표 □ 경전철용 무선급전시스템 적용기술개발
○ 경전철용 무선급전시스템 및 Test-Bed 구축을 통한 운영기술 개발
- 최고속도 60km/h(가·감속 3.5km/h/s)급 경전철용 무선급전시스템(효율 85%이상) 개발 및 Test-Bed 시험선(1km이상) 구축을 통한 성능검증
- 경전철용 무선급전 차상장치 개발 및 차량 시운전시험 신뢰성 확보(동적성능시험 4만km이상)
○ 무선급전 경전철 시스템 통합 및 운용기술개발
○ 무선급전 경전철 차량 인터페이스 기술개발
○ 도시철도용 무선급전시스템 안전기술 개발
연구내용 및 범위 □ 세부과제 1 : 무선급전 경전철 시스템 통합 및 운용기술개발
○ 무선 급전 경전철 시스템 통합 및 운용 기술 개발
- 무선 급전 시스템의 효율이 85% 이상이며, 경전철 시험 최고 속도 60km/h (가감속 3.5km/h/s) 이 가능한 1km 이상의 Test-Bed 구축
- 정적 테스트 4만 km 이상, 동적 테스트 6만 km 이상 통합 신뢰성 시험
○ 철도 차량 무선 급전 시스템 모듈형 급전 선로 개발
- 100m 내외의 효율 93% 이상이며, 공진 캐패시터 체결/해체가 용이한 모듈형 급전 선로의 개발
- 급전 선로 평탄도 ±5 mm 이내 가능 개선 기술 개발
○ 경전철용 무선 급전 시스템 인버터 개발
- 고효율 (95% 이상), 대용량 (1.2MW 이상 급) 고주파 (60kHz)　급전 인버터 개발
- 차량 부하 변동에 따른 출력 전류 및 전력 제어 (10ms 이내) 가능한 능동형 인버터 제어 알고리즘 개발
- 무게 (2톤 이내) 및 부피 최적화를 위한 냉각 시스템 개발
○ 경전철용 무선 급전 시스템 선로 인터페이스 개발
- 열차 제어 신호 간섭, 궤도 제어 신호 간섭 등 안전 시험 사항 도출 및 안전성 평가
○ 무선 급전 고주파 공진용 캐패시터 기술 개발
- 무선 급전 선로에 설치 및 해체가 용이하고 낮은 ESR, ESL 을 가지며 60 kHz에서 12시간이상 정격 400 kVAR 이상의 용량을 갖는 캐패시터 개발

□ 세부과제 2 : 무선급전 경전철 차량 인터페이스 기술개발
○ 무선급전 경전철 차량 인터페이스 기술개발
- 경전철 차량 무선급전 시스템 표준구성장치 및 사양에 대한 표준사양서 제시
- 최고 속도 60km/h(가·감속 3.5km/h/s)급 무선급전 경전철 차량 1량 개발
- 정적 시험 4만 km 이상, 동적 시험 4만 km 이상을 통한 무선급전 경전철 차량 시스템 신뢰성 시험
○ 무선급전 경전철 차량집전시스템 기술개발
- 고주파 (60kHz), 대용량(총 1MW 이상), 고효율(97%) 집전모듈 개발
- 과전압, 과전류 보호회로가 적용된 고압(750V), 대전류(200A), 고주파(60kHz) 정류기 개발
- 경전철 집전시스템 유지보수 절차서
○ 무선급전 경전철 차량적용 기술개발
- 출력 660kW급 경량화 DC-DC 컨버터 개발
- 차량내 전력 흐름에 대응 가능한 660kW급 에너지 저장장치 개발
- DC-DC 컨버터 및 에너지 저장장치 유지보수 체계 및 지침서

□ 세부과제 3 : 도시철도용 무선급전시스템 안전기술 개발
○ 도시철도용 무선급전시스템 안전기준 및 장치개발
- 1MW급 대용량 무선급전시스템 운영안전 기술개발
- 도시철도용 무선급전시스템 환경영향성 평가 및 기준마련
건설기술연구개발사업 주요내용
건설기술연구개발사업 주요내용의 구분, 연구개발목표, 연구개발 내용 및 방법 정보제공
구분 연구개발목표 연구개발 내용 및 방법
4차년도 ○ 무선급전 지상 시스템 단품 및 조합성능시험
○ 무선급전 차상 시스템 단품 및 조합성능시험
 [1세부] 무선급전 경전철 시스템 통합 및 운용기술개발
○ 급전 선로 시험선 구축
○ 급전 인버터 단품시험 및 조합시험
○ 공진 캐패시터 단품시험

[2세부] 무선급전 경전철 차량 인터페이스 기술개발
○ 무선급전 경전철 집전시스템 단품시험 및 조합시험
○ 무선급전 경전철 전력안정화장치 단품시험 및 조합시험

[3세부] 도시철도용 무선급전시스템 안전기술 개발
연구성과 기술적 기대성과 ○ 기술적 효과
- 배터리 용량에 따른 운행거리 제한 해소, 고속철도 속도한계 극복 등에 활용
- 배터리 용량을 기존대비 50% 수준으로 개발하여 운행거리 제한을 극복하고, 판토그래프 제거를 통해 공기저항 및 소음 감소로 고속철도 속도증속에 유리
사회 경제적 파급효과 ○ 사회적 효과
- 무선급전 기술 적용을 통한 대내외적 첨단 철도 선진국으로서의 위상 제고
- 무선급전을 통한 트램 저상화 및 육교 단축 등 사회적 교통약자 배려 향상을 통한 이용자 친환경적 서비스 제공

○ 경제적 효과
- 전차선이 필요없는 무선급전시스템의 도입으로 도시철도 초기 공사비 및 유지보수비 절감
- 전차선 방식의 도시철도의 경우 18억/km이나 무선급전적용시 7.5억/km로 절감(연간 유지보수비 3.5억/km 절감)
- 전차선 제거로 터널단면 약 7.5% 축소가 가능하여 지하구간이 많은 도시철도 건설비 저감 가능
활용방안 ○ 무선급전 경전철 실용화 기술에 활용
- 대용량 고주파 인버터 기술을 활용한 급전시스템 구축
- 고전압, 고전류 급전선로 기술을 활용한 급전선로 구축
- 무선급전 경전철 표준화 기준에 적극 활용
- 향후 계획이 있는 경전철 시스템에 적극 실용화 추진
- 트램, 도시철도 및 일반철도, 고속철도의 급전방식 전환을 통한 실용화 추진

○ 타 산업분야 무선급전 시스템에 활용
- 항구 타워 크레인의 전력공급을 무선으로 적용하는 기술에 활용
- 전기기관차의 급전을 무선으로 공급하여 전차선을 최소화 사용하는 전기차량 개발에 활용
- 파력 발전의 진동이 있는 전력전송을 위한 무선급전시스템 활용
핵심어
핵심어의 구분, 핵심어, 핵심어1~핵심어5 정보제공
핵심어 핵심어1 핵심어2 핵심어3 핵심어4 핵심어5
국문 무선급전 경전철 모듈형 급전선로 고주파 공진형 인버터 집전장치
영문 Wireless Power Transfer Light Rail Modular Transmitter Track High Frequency, High Power Resonant Inverter Receiver Module
최종보고서
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