에너지 관점에서 본 전동차의 수학적 모델에 관한 연구

Abstract

본 논문에서는 차량 내에 설치된 에너지 저장 매체에 전동차의 제동 시에 회수된 에너지를 차량에 저장해 두었다가 주행 시에 사용할 수 있는 방안을 시뮬레이션을 통해 살펴보고자 한다. 저장 매체로는 2차 전지 중 급속 충, 방전이 가능한 Ni-MH 에너지 저장장치를 적용하도록 한다. 이러한 시뮬레이션 작업을 위해서는 대상 전동차 및 각 구성요소들의 에너지의 생성과 소모를 파악할 수 있는 수학적 모델과 이 모델을 기초로 한 시뮬레이션 프로그램이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 Matlab/Simulink를 기반으로 전동차 특히 회생제동이 가능한 경량전차(Light Train)의 모델링 및 시뮬레이션 프로그램을 개발하고 이를 각 구성요소의 parameter 사양 도출에 사용한다. 즉 동력용 차량 및 각 구성부품들, 특히 전동기, 에너지 저장장치 등의 에너지의 생성과 소모를 파악할 수 있는 수학적 모델을 구하고 각 구성요소들의 parameter에 대한 사양을 도출하며, 이를 이용하여 대상 전동차인 경량전차의 주행 중 에너지 소비 및 회수율을 관찰한다.; This paper presents a mathematical model and simulation program of an electric train with regenerative braking system by using Matlab/Simulink in the energy generation, consumption and transfer point of view. This paper also determines the specifications of each component of the electric train by using the developed program. The electric train model and simulation program consist of the speed profile of the electric train, longitudinal dynamics of the electric train, wheel dynamics with brake system, and electric system such as the motor/generator and the energy storage. This paper also provides observation of the energy consumption and regeneration ratios of the energy storage equipped electric train. The simulation results are compared with the test results to verify the simulation program.