A Study on Revising Train Departure Time for Reducing Electric Power Consumption

(1)

전력소비완화를 위한 전동열차 출발시간 조정에 관한 연구

A Study on Revising Train Departure Time for Reducing Electric Power Consumption

김광태

¹

·김경민

^†

·홍순흠

¹

Kwang-Tae Kim

^·

Kyung Min Kim

^·

Soon-Heum Hong

1. 서 론

리오선언과교토협약에의해 이산화탄소배출량의감축 에대한필요성이점차증대됨에따라단위수송당에너지 소모량과이산화탄소배출량이 적은철도는친환경 교통수 단으로서크게 부각되고있다

.

국내에서는고속철도가도입 된이후에너지효율이 높은전기철도에대한전철화를가 속시키면서디젤전기기관차를대신할수 있는전기기관차를 도입하고기존선개량및 신선을건설하고있다

.

향후에도 지속적인전철화구간증가와전 세계적인환경오염문제등 을이유로전기에너지사용은지속적으로 증가할것으로예 상되며단위전력당소요비용도매년인상됨에따라철도에 서의효율적인에너지사용이요구된다

.

이러한철도의에 너지효율화는차량의경량화

,

열차저항을줄이는공기역학 적차량설계

,

에너지저장장치사용

,

경제적열차운전

,

소비 에너지계측및 분석

,

^운전자^교육^및 ^인센티브^등 ^하드웨

어와 소프트웨어전분야에걸쳐이루어지고 있다

[1].

이중 에서하드웨어분야는에너지저감효과가소프트웨어분야 보다상대적으로크지만일반적으로새로운설비및장치가 필요해많은비용이들며 구축에오랜시간이걸리고기존 시스템과의호환에문제가발생할수있는단점이존재한다

.

반면에

,

소프트웨어적인방법은비교적적용이용이하여적 은 비용으로기존 시스템에연동할수 있는장점을가지고 있다

.

특히유럽에서는국제철도연맹

(UIC: International Union

of Railways)

이 주축이 되어

27

개의 기관이

2006

년부터

Railenergy

^{프로젝트를}^진행^중에^있다

.

^이^{프로젝트의}^목표

는

2020

년까지철도전체시스템에서에너지소모를

6%

감

축하는 것이며특히소프트웨어적인 방법을적용하여철도 운영부분에서약

2%

를감축을목표로에너지효율화를위 한 전동열차운전및 전동열차시각표의작성등에관한연 구가 진행 중이다

.

본연구에서는소프트웨어적인방법으로서전동열차의기 존 시간표상의열차출발시간을 조정하여소비전력을절감 하는 수리적접근방안을제시한다

.

출발시간의조정방법을 채택한 이유는현실적인측면에서 적용이용이하며기존의 시각표를최대한반영하기위함이다

.

^추후에^{언급하겠지만}

Abstract This paper considers the problem of revising train departure time to reduce electric power consumption of mass rapid transit (MRT) railways. The motion of a train running between stations is divided into three phases: traction, coasting, and deceleration phases. The traction phase requires high electric power to operate MRT railways. In the coasting phase, the train moves stably by consuming little or no power. The deceleration phase is a braking mode and produces some electric power called regenerated brake power owing to inertia force for the train generated in the traction and coasting phases. The regenerative energy can be used by other accelerating trains within a specific range from the train and thereby the power consumptions of train can be reduced. We developed a mixed integer programming model to solve the problem. To validate the suggested model, a computational experiment was conducted using real data from Korea Metropolitan Subway.

Keywords : Regenerated brake power, Timetabling, Integer program, MRT railway

초 록 본연구는 전력소비완화를 위해 전동열차의출발시간을조정하는 문제를 다룬다

.

전동열차의운행은 역 행

,

타행및 제동의단계로 구성된다

.

역행단계는 전동열차의운행을 위해 많은전력량이 필요로 하며

,

타행단계 는 그 전력을 바탕으로 전력 소비가 거의없이 운행되는 단계이고

,

마지막으로 제동단계는 정차를 위해 감속하 는 단계로 전동열차의 관성력으로 인해 운동에너지가 전력으로 바뀌어 회생전력이 발생한다

.

회생전력은 동일 전력계통의 운행구간에서 동 시간대에 역행운행 중인 전동열차의 동력자원으로 재사용 될 수 있어 소비전력량 을 줄이는 것이 가능하다

.

이를 위해혼합정수계획모형을 제안하고 모형의 실효성을 검증하기 위해 수도권 도시 철도 한 구간의 전력데이터를사용하여 실험하였다

.

주요어 : 회생전력

,

전동열차시각표작성

,

정수계획법

,

도시철도

†

교신저자 : 한국철도기술연구원 교통물류연구실

E-mail : [email protected]

1

한국철도기술연구원 교통물류연구실

(2)

제동단계에서발생하는회생전력은역행단계에서소비하는

전력의

30~40%

정도로 상당한양을차지하는데이 회생전

력은역행운행 중인타전동열차의 동력자원으로재사용될 수있다

.

회생전력의재사용을극대화하는효율적인운행스 케줄의수립은전동열차의소비전력량을줄일수있어궁극 적으로 비용절감이 가능하다

.

전동열차의소비전력을줄이기위한 다양한연구가진행 되고있다

.

이러한방법들은전동열차의실시간운행제어 와운행스케줄의조정방식으로나누어질수 있다

.

우선 실 시간제어를통한 동력운전분산혹은전력소모를줄이는 연구에대해살펴보면다음과같다

.

전동열차의제어를통

한에너지절감방안에대한연구로

Gordeon et al. [2]

은전

력소모를감소시키는전동열차운영에대한몇가지전략을 제시하였다

.

특히

,

전동열차의정차시간및출발시간의조정 방법을제시하였다

.

^그러나

,

^다른^{전동열차의}^{회생전력의}^수

급을위하여정차시간을늘려계획된출발시간이후에출 발하게되는등수송력을감소시킬수있는한계점을가지 고있다

.

본연구에서는이와같은 이유로출발시간의조정 방법만을사용하기로한다

. Albercht et al. [3]

는 역간이동 을조정하여 최대에너지소모는분산시키고전동열차의 제 동단계와역행단계의동기화를 통해회생전력의사용을 극 대화하기 위한연구를 수행했고이를위해유전 알고리즘

(GA: Genetic Algorithm)

을 제안하였다

.

운행스케줄의조정방식으로써

Chen et al. [4]

은도시철도 의각 역에서전동열차의정차시간을 조절함으로써전력의 최대급전을완화시키는연구를수행하였다

.

각역에서의정 차시간을현행

30

^초^정차에서

25

^초와

35

^초로^{정차시간을}^변

화시키는감소정차

(25

초

)

와증가정차

(35

초

)

의방법을사용하 였으며문제의해결을위해유전알고리즘을적용하여기존 의운행방식보다약

28%

의 최대급전을완화시킬수있음을 보여주었다

. Kim et al. [5]

^은^{최대급전의}^완화를^위해^동^시

간대에역행운행을하는전동열차의 수를줄이기위해기존 열차시각표를기준으로전동열차의출발시간을조정하는방 법을제안하였다

.

이 방법을모형화하여첨두시간에동 시 간대에역행운행을하는전동열차의수를약

25%

^감소시킬

수있음을보여주었다

.

하지만회생전력의재사용을고려하

지 않아실질적인전력감소치를 측정하지는못했다

. Kim

et al. [6]

은 기존연구

[5]

의확장된 연구로서전력소모량을

계산하고실제수도권한 노선에실험적용하여그성과를 보여주었다

.

하지만회생전력의재사용을고려하지않고있 다

. Kim et al. [7]

은 기존연구

[5,6]

의 확장을 통해회생전 력의 재사용을통하여최대급전을 완화시키기위해혼합정 수계획모형을제안하였으며현실성을높이기위해동일전력 계통의개념을도입하였다

. Table 1

은 연구목적

,

조정방법

,

적용모델및알고리즘

,

회생전력과동일전력계통등의고 려여부에 따라현재까지 진행된연구와본연구와의차이를 보여준다

.

본연구에서는전동열차의출발시간을조정함으로써회생 전력의사용을높여총 소비전력량을낮추는연구를제안한 다

.

본 연구의구성은 다음과같다

.

제

2

절에서는전동열차 의 기술적 특성및 전력의 특성에 대해살펴보고그 특성 들을바탕으로제안한문제를정의한다

.

제

3

절에서는정의 된 문제의수리모형을제시하며제

4

절에서는 제시된모형 을 수도권도시철도한 노선에적용한실험결과를분석하 였다

.

마지막

5

절에서는결론및향후연구방향을제시한다

.

2. 문제의 정의

2.1 전동열차의 운전 및 전력

전동열차의 운전은 소비전력과 운행속력에 따라 역행

(Accelerating),

타행

(Coasting)

및제동

(Braking)

의세단계로

구분될 수 있다

. Fig. 1

^은 ^한 ^구간

(

^역과 ^역^사이

)

^을 ^운행하

는 전동열차의이동시간 및거리에따른운행속력과전력의 형태를나타낸다

.

역행운전은동력을이용하여차량이나열 차를운전하는것을의미하는데 전동열차가운행을위해주 요 전력을소비하는단계이다

.

^{타행운전은}^{역행단계에서}^소

비된전력을바탕으로열차의운동에너지와위치에너지로저 장되면서전력의소비없이무동력으로운행되는단계이다

.

마지막으로 제동운전은다음역에 정차하기위해감속하는 단계로전동열차의운동에너지가전력으로바뀌어회생전력 이 발생하게된다

.

이회생전력은동일전력계통에역행운행 을 하고있는다른 전동열차의동력자원으로활용될수있

Chen et al. (2005) Min. Peak Power Dwell Time GA × ×

Kim et al. (2009) Min. Num of Simultaneous

Accelerating Trains Departure States Heuristic

IP Model × ×

Kim et al. (2010) Min. Peak Power Departure States IP Model × ×

Kim et al. (2010) Min. Peak Power Departure States MIP Model

○ ○

Our Study Min. Power Consumption Departure States MIP Model

○ ○

(3)

다

.

만약회생전력이발생한시점에재사용되지못하면전 차선로를따라 열에너지로방출되어사라지게된다

.

이러한 회생전력은역행단계에서소비되는전력의

30~40%

로 상당 한 양을 차지한다

.

2.2 동일전력계통

도시철도의경우전력공급시스템에의해인근에위치한다 수역에전력을 공급하게되는데

,

이 전력을공급받아전동 열차가운행될수있다

.

^이러한^시스템을^{동일전력계통이라}

는용어를통해 정의하도록하겠다

.

앞서언급한 바와같이 전동차는제동단계에서회생전력을발생시키는데이는동일 전력계통에서역행운전을하고 있는다른전동열차의 동력

자원으로사용될수있다

. Fig. 2

^는^{동일전력계통에서}^발생

된회생전력이다른전동열차에의해사용되는예를보여준 다

.

^전동열차

A

^는 ^역에서^정차를^의미하며

B

^는^{제동단계를}

C, D

및

E

는 역행단계를나타낸다

.

제동운전 중인전동열

차

B

^에서^발생한^{회생전력은}^{동일전력계통에서}^역행운전^중

인 전동열차

C, D

및

E

의 동력자원으로 사용된다

.

Fig. 2

Power supply system

2.3 출발시간조정방법

동일전력계통에서운행되는각전동차별로역행단계와회 생단계의중첩이자주발생하도록운행되면소비전력량을상

당히줄 일수 있다

. Fig. 3

은역행운행중인 열차

A

와 제동

운행중인열차

B

의중첩을통해소비전력량이줄어드는예 를보여준다

.

^즉

,

^왼쪽의^경우와 ^같이^{역행운행과}^제동운행

이중첩되지않으면역행운행에의해서소비전력이

(+10)

발 생하며회생전력

(-4)

를 활용하지못하게되어총

10

만큼의

전력이소비되는반면오른쪽의경우처럼중첩이되면열차

A

의 역행 시

6(10-4)

만큼의 전력이 소비된다

.

중첩이잘 이루어지게하기위해본 연구에서는각 전동 열차의시발역에서의출발시간을조정하는방법을채택하기 로한다

.

이와같은이유는중첩을위하여기존의연구와같 이 계획된정차시간및 역간이동시간을변화시키게되면 시각표의품질

(

수송력감소

,

순환시간증가등

)

을 악화시키게 된다

.

또한

,

조정된시각표의현실 적용측면

(

차량운용계획

,

승무계획

,

수송수요등

)

을고려할때 기존의시각표를최대 한 반영시키기위함이다

.

이방법은열차의출발시간조정

방법으로

Kim et al. [5]

에의해 제안된방법으로서여러연

구

[6,7]

에의해유효성이입증되었다

.

출발시간조정방법은

각전동열차의시발역에서의출발시간을기존의운행시간표 를 기준으로

30

초빠른운전

(

조상운전

),

현행대로운전

(

현행 유지

)

및

30

초 늦은운전

(

조하운전

)

등

3

개의 운행스케줄로 나누어회생전력의사용을증대하는전동열차출발시간의최 적조합을 찾는 것이다

.

Table 2

는 전동차

2

대의출발시간을 조정함으로써전동열

차간 중첩이발생하여소비전력량이 감소되는예를보여준 다

.

^양수는^{소비전력량을}^나타내고^음수는^발생하는^회생전

력량을나타낸다

. 0

은역에서의

30

초정차및타행구간을나 타내고

(0)

은 회생전력이사용되지못하고사라진것을의 미한다

.

각전동차의시간에따른 전력및회생전력의양은 차량운전성능시뮬레이션

(TPS: Train Performance Simulation)

의 결과를활용하였다

. TPS

는차량의사양및 노선과관계 된 데이터를입력하여차량의가속성

,

^감속성 ^및^전력^소모

량 등을계산하고선정된선로에서차량이요구하는성능을 만족하는지 또는노선형태가차량의 운행에적합한지등을 판단하는소프트웨어이다

. TPS

에서도출된전력량은

15

초 단위 간격으로나눠진운행구간에표현하였다

.

^{운행구간이}

란 전동열차가시발역을출발하여 종착역까지의구간을말 하며 이 구간을

15

^초 ^단위로 ^{이산적으로} ^표현한 ^것이다

.

기존시각표를기준으로전동열차

1

과

2

가운행된다면소 비전력량은

62.72kWh

^인데

,

^전동열차

1

^은^현행대로^출발

(

^현

행유지

)

하고전동열차

2

는기존시각표보다

30

초빠른시 점

(

^조상운전

)

^에^{출발한다면}^{소비전력량을}

51.61kWh

^로^줄^일

수 있다

.

3. 혼합정수계획모형

이 장에서는소비전력의완화를위한 시발역에서출발하 Fig. 1

Motion and power used in an MRT railway

Fig. 3

Matching of train schedule

(4)

는전동열차의 출발시각의최적조합을찾기위한 수리모형 을제안한다

.

먼저모형에서사용되는가정사항을살펴보면 다음과같다

.

첫째

,

계획기간은이산적으로표현이가능하다

.

둘째

,

전동열차의출발시간은알려져있고확정적이다

.

마지 막으로전동열차에서발생한 회생전력은전력손실없이 동 일전력계통내에있는역행운전을하는전동열차에의해사 용될 수 있다

.

모형에서 사용하게 될 기호는 아래와 같다

.

•

집합

(Set)

I

:

전동열차의 집합 J

:

운행구간의 집합 G

:

전력계통의 집합

J

g :

동일전력계통

g

에 속한 운행구간의 집합 T

:

계획기간의 집합

S

:

전동열차의운행스케줄의집합

(

조상운전

,

현행유지

,

조 하운전

)

•

모수

(Parameter)

e

isjt :

전동열차i가운행스케줄s로운행될경우운행구간j

에서기간t에 전력량과형태

(> 0:

^{역행전력량}

, = 0:

^타행

운전 또는 정차

, < 0:

회생전력량

)

•

결정변수

(Decision variable)

X

is = 1

전동차 i가운행스케줄s에따라운행되면

,

그렇지

않으면

0

E

gt :

전력계통 g에서 기간 t에 소비 전력량

•

혼합정수계획모형

(Mixed integer programming model) Minimize (1)

subject to (2)

(3)

(4)

(5)

식

(1)

은목적함수로계획기간동안에운행되는전동열차 들에의해동일전력계통에서소비되는 전력량을최소화하는 것을 의미한다

.

제약식

(2)

은 각전동열차는기존열차시각 표를 기준으로

30

초 조상운전

,

현행유지및

30

초 조하운전 중에서 한개의운행스케줄을 선택하여운행되어야한다는

E gt t T ∑ ∈ g G ∑ ∈

X is s S ∑ ∈ ⁼ ¹ ^∀ ⁱ

e isjt X is ≤ E gt ∀ g t ,

j J ∈ ∑

_g

s S ∑ ∈ i I ∑ ∈

X is ∈ { 0 1 , } ∀ i s , E _gt ≥ 0 ∀ g t ,

06:19:00 3.02 0 0 0 0 0 3.02 3.02 3.02 0 0 0 0 0 0

06:19:15 0 17.39 0 0 0 0 0 0 0 17.39 17.39 17.39 0 0 0

06:19:30 0 3.02 0 0 0 0 0 0 0 3.02 3.02 3.02 0 0 0

06:19:45 -1.45 0 17.39 0 0 0 (0)*** (0) (0) 0 0 0 17.39 17.39 17.39

06:20:00 -9.74 0 3.02 0 0 0 (0) (0) (0) 0 0 0 3.02 3.02 3.02

06:20:15 0 -1.45 0 0 0 0 0 0 0 (0) (0) (0) 0 0 0

06:20:30 0 -9.74 0 17.33 0 0 17.33 0 0 7.60 (0) (0) 17.33 0 0

06:20:45 17.21 0 -1.45 3.02 0 0 20.23 17.21 17.21 3.02 0 0 1.56 (0) (0)

06:21:00 4.74 0 -9.74 0 0 0 4.74 4.74 4.74 0 0 0 (0) (0) (0)

06:21:15 0 17.21 0 0 17.33 0 0 17.33 0 17.21 34.54 17.21 0 17.33 0

06:21:30 0 4.74 0 -1.36 3.02 0 (0) 3.02 0 3.38 3.38 4.74 (0) 3.02 0

06:21:45 -5.48 0 17.21 -9.18 0 17.33 (0) (0) 11.85 (0) 0 17.33 8.03 17.21 34.54

06:22:00 -3.74 0 4.74 0 0 3.02 (0) (0) (0) 0 0 3.02 4.74 4.74 7.76

06:22:15 0 -5.48 0 0 -1.36 0 0 (0) 0 (0) (0) (0) 0 (0) 0

06:22:30 0 -3.74 0 0 -9.18 0 0 (0) 0 (0) (0) (0) 0 (0) 0

06:22:45 0 0 -5.48 0 0 -1.36 0 0 (0) 0 0 (0) (0) (0) (0)

06:23:00 0 0 -3.74 0 0 -9.18 0 0 (0) 0 0 (0) (0) (0) (0)

06:23:15 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

06:23:30 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Total Power Consumption 62.72 62.72 54.22 51.61* 62.72** 62.72 52.08 62.72 62.72

Optimal Power Consumption, Current Power Consumption, Regenerative Power Lost

(5)

것을의미한다

.

제약식

(3)

은 각전동열차의운행에의해전 동열차들이동일전력계통g에서기간 t에소비한전력량을 의미한다

.

제약식

(4)

와

(5)

는의사결정변수의제약조건을나 타낸다

.

4. 실험 및 결과

본연구에서제안한혼합정수계획모형을실제수도권지 하철한노선의 열차운행스케줄에적용해보았다

.

실험 데 이터는공간적범위로는

4

개의동일전력계통

(

동일전력계통

1: 9

개역

,

동일전력계통

2: 5

개역

,

동일전력계통

3: 5

개역

,

동 일전력계통

4: 6

개역

)

을구분하며 시간적범위로는 첨두시 간

(05:30~11:00)

과비첨두시간

(12:00~16:00)

으로구분하였으

며각시간을

15

초간격으로나누어

1332

기간과

970

기간으

로표현하였다

.

첨두시간에사용된전동열차의대수는

160

대

(

상행전동차

77

대

,

하행전동차

83

대

)

이고비첨두시간에사용 된전동열차의 대수는

70

대

(

상행전동차

35

대

,

하행전동차

35

대

)

이다

.

출발시간의조정은앞서언급한것과같이기존시 각표를기준으로

30

초 조상운전

, 30

초조하운전및 현행유 지로구분하였다

.

각 전동차의운행시간에따른전력및 회 생전력량은전력분석열차성능평가시뮬레이션의결과를활 용하였다

.

모형의전체적인수행절차는

Fig. 4

와같다

.

먼저 관련된데이터를입력받은후수리계획모형을풀고소비전 력를최소화하는최적의 열차운행스케줄을결과로 도출한 다

.

실험환경은

Intel(R) Core(TM) i5 CPU 750 @ 2.67GHz

에

서실험을진행하였으며혼합정수계획모형은

Visual C++2008

을사용하여모형을 생성한이후에최적화상용소프트웨어

ILOG CPLEX 11.2

를통하여열차의최적운행스케줄을수

립했다

.

결과는

Fig. 4

와같이사용자의 편의성을도모하기

위해열차출발시간과소비전력량을최소화하는변경된열차 의 운행스케줄을 출력한다

.

Table 3

은첨두시간및 비첨두시간에서기존시각표의총

역행전력량

(

e

isjt > 0)

의합

,

총 회생전력량

(

e

isjt < 0)

의 합및 총소비전력량

(

^E

^gt )

을보여준다

.

여기서

,

총 역행전력량과총 회생전력량은 열차운행에따른전력생산량이므로 시각표 조정과상관없이동일하다

.

또한수리모형을사용하여계산 Fig. 4

Optimization procedure and user interface

Table 4

The result of power consumption at peak time

Unit: kWh

Peak Time Power Supply

System 1 Power Supply

System 4 Total Re-usage Regenerative Power

(Current Timetable) Amount

Percentage 4,886

(67%) 11,525

(79%) 2,790

(63%) 2,608

(52%) 21,809

(70%) Re-usage Regenerative Power

(New Timetable) Amount

Percentage 5,643

(77%) 13,286

(91%) 3,375

(76%) 2,953

(59%) 25,267

(81%)

Amount of Saving Power 757 1,761 585 346 3,449

Total Saving Rate (%) 4.21% 7.69% 4.11% 3.07% 5.20%

Table 3

Test result

Peak Time Non-Peak Time

Current Timetable

Sum. of

Traction Power 88,162kWh 39,147kWh Sum. of

Regenerative Power 31,357kWh 13,978kWh Total Power

Consumption (OFV) 66,353kWh 31,697kWh TimetableNew

Total Power

Consumption (OFV) 62,904kWh 30,162kWh

Gap 7.70% 8.53%

Computational Time 94,750.61Sec 63,204.61Sec

(6)

된새로운시각표에서의총 소비전력량과계산시간등을보 여준다

.

결과값에서의각 전력계통별회생전력의재사용등 효율 성을알아보기 위해다음과같이

4

가지척도를 사용하여 분석하였다

.

1)

회생전력 재사용량

:

역행전력량

-

소비전력량

2)

회생전력재사용비율

:

회생전력재사용량

/

회생전력량

3)

절감 전력량

:

조정시각표의재사용된회생전력량

-

기존 시각표의 재사용된 회생전력량

4)

전력절감율

:

절감전력소모량

/

기존시각표의 소비전

력량

Table 4

는첨두시간에기존운행시각표를기준으로운행되

었을경우와

CPLEX 11.2

에의해 수리모형을푼이후의 변

경된출발시각으로운행될경우의소비전력량을보여준다

.

기존의시각표를기준으로 전동열차가운행될경우 회생전

력의재사용이

21,809kWh

였지만수리모형을적용하여변경

된운행방식으로운행될경우회생전력의재사용이

25,267kWh

로약

15.85%

증가하였고전력의절감량은

3,449kWh

이다

.

Table 5

는 비첨두시간에대한결과로서현재의시각표를

기준으로전동열차가 운행될경우회생전력의 재사용량이

7,450kWh

로첨두시간에비해적은양이지만수리모형을적

용하여최적의 열차운행시각표로운행될경우 회생전력의 재사용량이

8,985kWh

^로 ^약

20.60%

^{증가하였고} ^절감된^전

력량은

1,535kWh

이다

.

동일전력계통

2

에서는변경된운행

스케줄이기존의회생전력 재사용량보다감소했음을볼 수 있다

.

하지만동일전력계통

1, 3,

및

4

에서의회생전력재사 용량이증가하여전체적인전력량은감소하였다

.

^절감수치

는전체 소비전력량의

4.84%

를 차지하였다

.

실험결과 첨두 시간과비첨두시간모두에서 소비전력의절감효과를 확인 할 수 있었다

.

5. 결론 및 향후 연구

본연구에서는전동열차의제동단계에서발생하는회생전 력을활용하여 소비전력량을줄이기위해현재의 전동열차 의운행시각표를기준으로시발역에서의열차의출발시각을 조정하는방법을 사용하였다

.

소비전력량을줄이는최적의 운행스케줄을수립하기위해 혼합정수계획모형을제안하였

다

.

모형의유효성을검증하기위해 실제수도권지하철한 노선의열차운행스케줄에적용하여실험하였다

.

실험결과 전동열차의운행시각표를기준으로전동열차의출발시간을 조정함으로써소비전력량을약

5%

정도감소시킴으로제안 한 모형의유효성을검증하였다

.

이연구는최근확대되고 있는 각지방자치단체의도시철도 운영기관의전기요금절 감 및저장장치의설치비용절감에기여할수 있을것으로 예상된다

.

하지만

,

본연구는연속적으로발생하는전력을이 산적으로발생하는것으로가정하였으며전차선에서의손실 은 없다고가정하였다

.

또한현실에서는외란에의해열차 의 이동시간및정차시간이시각표와다르게변경되지만이 를 반영하지않았다

.

이와같은한계에도불구하고자동운 전 및무인운전시스템의증가에따라서점차적용가능성 이 높아질 것으로 판단된다

.

향후연구로는현장적용을통하여본연구에서제시한방 법 및모형의 효과를증명하고상용소프트웨어의사용으로 발생하는 비용및 시간을절감하기위한휴리스틱알고리즘

(Heuristic algorithm)

의개발이필요하다

.

또한전력요금의약

15%

를 차지하는피크전력에대해서도동시에고려하는총 관점에서의 전력사용요금 절감에 대한 연구가 필요하다

.

참고문헌

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Journal of

Re-usage Regenerative Power

(New Timetable) Amount

Percentage 1,918

(59%) 5,418

(84%) 687

(35%) 962

(41%) 8,985

(64%)

Amount of Saving Power 1,335 -203 320 83 1,535

Total Saving Rate (%) 14.14% -2.14% 4.49% 1.47% 4.84%

(7)

the Korean Society for Railway

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접수일(2010년 11월 17일), 수정일(2011년 1월 28일),

게재확정일(2011년 2월 17일)