[논문]직류 1500V 전기철도용 변전소의 회생인버터 용량 및 설치위치 선정 방법

배창한; 한문섭; 김용기; 권삼영; 박현준

직류 1500V 전기철도용 변전소의 회생인버터 용량 및 설치위치 선정 방법
Determining the Capacity and Installation Positions of Regenerative Inverters at DC 1500V Electric Railway Substations 원문보기

전기학회논문지. The transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers. B, 전기기기 및 에너지변환시스템부문, v.55 no.9, 2006년, pp.478 - 484

배창한 (한국철도기술연구원) , 한문섭 (한국철도기술연구원) , 김용기 (한국철도기술연구원) , 권삼영 (한국철도기술연구원) , 박현준 (한국철도기술연구원)

Abstract ▼ AI-Helper

The paper presents methods of determining the capacity and installation positions of regenerative inverters installed in DC 1500V electric railway system. We suggested a method that approximates using parameters related to substations where regenerative inverters are installed, railway lines and operating motor cars, and another that calculates using regenerative power obtained from Train performance Simulation (TPS) and Power Flow Simulation (PFS). We carried out TPS and PFS for Seoul Subway Line $5{\sim}8$, calculating regenerative power and determining substations where regenerative inverters would be installed and the optimal capacity and number of inverters to be installed.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 논문에서는 직류 1500V 전철 시스템에 설치되는 회생인버터의 용량 산정 및 설치 위치를 결정하는 방법을 제시한다. 노선의 회생인버터 설치 변전소, 운행 노선, 운행차량에 대한 주요 파라메타들을 사용해 근사화하여 계산하는 방식과, 열차 운행 시뮬레이션(Train Performance Simulation, TPS)과 전력 시뮬레이션(Power Flow Simulation, PFS)을 이용하여 얻어진 회생 전력으로 계산하는 방식을 기술한다.
본 논문에서는 직류 1500V 전철 시스템의 회생인버터 설치 시 반드시 고려해야 하는 설치 위치, 설치개수 및 최적의 설 치 용량을 산출하는 방법을 제시하였다. 변전소 및 운행차량의 조건과 다른 노선의 회생률을 활용하여 간단한 계산으로 회생인버터 용량을 선정하였다.

가설 설정

2.변 전소들의 회생 전력 RMS 값을 계산하고 회생전력 발생량에 따라 변전소의 순위를 매긴다.

제안 방법

1.노선의 모든 변전소에 회생인 버터를 설치한 경우에 대해 전력 시뮬레이션을 수행한다.
3.회생인버터 설치 변전소 개수를 회생전력 발생량 적은 순서대로 제거시키면서 전력 시뮬레이션을 실시한다.
4.변 전소의 회생인버터 설치 개수 변화에 따른 회생 실 효율 곡선을 그리고 회생 실효곡선의 가장 큰 감소폭을 갖는 곡선을 선정한다.
본 논문에서는 직류 1500V 전철 시스템에 설치되는 회생인버터의 용량 산정 및 설치 위치를 결정하는 방법을 제시한다. 노선의 회생인버터 설치 변전소, 운행 노선, 운행차량에 대한 주요 파라메타들을 사용해 근사화하여 계산하는 방식과, 열차 운행 시뮬레이션(Train Performance Simulation, TPS)과 전력 시뮬레이션(Power Flow Simulation, PFS)을 이용하여 얻어진 회생 전력으로 계산하는 방식을 기술한다. 근사화하는 방식은 간단한 전철 시스템상수들을 사용하여 계산하는 방식으로 회생인버터 설치를 위한 용량 및 설치 위치 선 정보다는 전체 전체 시스템의 용량계산 검토로 활용될 수 있다.
본 논문에서 사용한 전력 시뮬레이션 기법은 TPS와 PFS의 두 가지 단계로 구성된다. 먼저 차량 1편성을 대상으로 운영노선과 차량 조건 등을 사용하여 차량의 운행곡선을 TPS로부터 계산하고, 이 결과와 변전소파라메터들을 사용하여 일정한 운행 시격을 갖고 운행하는 차량들을 모의하고 전철 시스템의 전력 조류 해석이 PFS으로 이루어진다. 이러한 방법들은 전기철도 시스템의 차량의 운행에 따른 변전소의 전력 상황을 모의할 수 있어서, 전기철도 변전소의 설계자료에 활용되고 있으며, 최근 전기철도 시스템의 고효율화를 위한 전력설비 개발에도 활용되고 있다.
본 논문에서는 직류 1500V 전철 시스템의 회생인버터 설치 시 반드시 고려해야 하는 설치 위치, 설치개수 및 최적의 설 치 용량을 산출하는 방법을 제시하였다. 변전소 및 운행차량의 조건과 다른 노선의 회생률을 활용하여 간단한 계산으로 회생인버터 용량을 선정하였다. 직류전철 시스템의 노선데이터를 적용하여 TPS&PFS을 수행한 후각 변전소별 회 생실 효율 및 회생전력 RMS값을 계산하고 회생인버터의 설 치 개수에 따른 회생 실 효율의 변화를 고려하여 회생인버터의 설치 위치와 설치개수를 결정하는 방식을 제시하였다.
본 논문에서 사용한 전력 시뮬레이션 기법은 TPS와 PFS의 두 가지 단계로 구성된다. 먼저 차량 1편성을 대상으로 운영노선과 차량 조건 등을 사용하여 차량의 운행곡선을 TPS로부터 계산하고, 이 결과와 변전소파라메터들을 사용하여 일정한 운행 시격을 갖고 운행하는 차량들을 모의하고 전철 시스템의 전력 조류 해석이 PFS으로 이루어진다.
근사화하는 방식은 간단한 전철 시스템상수들을 사용하여 계산하는 방식으로 회생인버터 설치를 위한 용량 및 설치 위치 선 정보다는 전체 전체 시스템의 용량계산 검토로 활용될 수 있다. 본 논문에서 제안한 방식은 전력 시뮬레이션 결과로부터 회생인버터의 최적 설치 위치와 용량을 계산하는 방식이다. 전력 시뮬레이션은 한국철도기술연구원에서 경량전철 시스템 개발을 위해 만든 프로그램을 사용한다 [6, 7].
전력 시뮬레이션은 한국철도기술연구원에서 경량전철 시스템 개발을 위해 만든 프로그램을 사용한다 [6, 7].서울지하철 5~8호선에 대한 TPS&PFS# 실시하고, 회생전력 발생량을 계산하며 회생인버터의 설치 변전소와 적정 용량 및 설치개수를 결정한다.
전철 변전소에 설치되는 회생 인버터의 정확한 용량 산정을 위해서는 차량의 운행 시격을 반영하여 전철 변전소에 회생전 력발생량을 계산해야 한다. 여기서는 TPS&PFS를 사용하여 회생인버터의 설치 용량 및 설치개수를 변화시키며 노선의 회생실 효율을 계산하고 가장 적은 개수로 가장 많은 량의 회생전력을 흡수시킬 수 있는 조건을 찾는다. 회생 실 효율은 어느 노선에서 발생된 총 회생 전력 중에서 차량들에서 열로 소비되는 회생전력과의 비율을 의미하는 것으로 식(7)과 같다.
변전소 및 운행차량의 조건과 다른 노선의 회생률을 활용하여 간단한 계산으로 회생인버터 용량을 선정하였다. 직류전철 시스템의 노선데이터를 적용하여 TPS&PFS을 수행한 후각 변전소별 회 생실 효율 및 회생전력 RMS값을 계산하고 회생인버터의 설 치 개수에 따른 회생 실 효율의 변화를 고려하여 회생인버터의 설치 위치와 설치개수를 결정하는 방식을 제시하였다. 서울 지하철 5~8 노선에 대해서 TPS&PFS로 회생인버터의 적정 설치 위치와 설치개수, 최적 용량을 얻었다.
회생인버터의 적정용량선정을 위해 회생담당 구간의 발생 가능 회생전력 W와 회생 피크 전류Ib를 계산하였다. 표 1의 조건으로부터 jy=1480[kW], 土=3.

대상 데이터

서울 지하철 5~8 노선의 VVVF 인버터 차량 및 노선데이터를 사용하여 전력 시뮬레이션을 수행하였으며 서울 6호선에 대한 시뮬레이션 조건을 표 2에 나타낸다. 근사화 계산을 이용하여 계산하면 12km 회생인버터 담당 구간을 1시간 동안 운행하는 전동차는 n=6편성이며, q =3041[kw], W=936[kW]이다.

이론/모형

본 논문에서 제안한 방식은 전력 시뮬레이션 결과로부터 회생인버터의 최적 설치 위치와 용량을 계산하는 방식이다. 전력 시뮬레이션은 한국철도기술연구원에서 경량전철 시스템 개발을 위해 만든 프로그램을 사용한다 [6, 7].서울지하철 5~8호선에 대한 TPS&PFS# 실시하고, 회생전력 발생량을 계산하며 회생인버터의 설치 변전소와 적정 용량 및 설치개수를 결정한다.

성능/효과

그림 8-11은 서울 5~8 노선에 대한 회생인버터 설치 개수 변화에 따른 회생 실 효율 변화곡선을 나타낸다. 그림에서 보듯이 회생인 버터의 용량이 증가함에 따라 많은 량의 회생전 력을 계통단으로 전달할 수 있어서 회생 실 효율은 감소되며, 또한 회생인버터의 설치개수가 증가함에 따라 회생 실효곡선이 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 그러나 변전소의 회생인버터 설치 개수에 따른 회생 실효감 소폭은, 즉 곡선별 변동상황, 일정하지 않다.

참고문헌 (11)

P.J. Rdndewijk and J.H. R. Enslin, 'Inverting DC traction substation with active power filtering incorporated,' IEEE-PESC Conf. Rec,, vol. 1, pp.360-366, 1995
Y.S. Tzeng, R.N. Wu and N.Chen, 'Electric network solutions of DC transit systems with inverting substations,' IEEE Trans. vehicular Technology, vol. 47, no. 4, pp. 1405-1412, Nov. 1998

상세보기
H.D. Fuchs, P.H. Henning and H. du T Mouton, 'Development and implementation of a 1.5MW Inverter and Active Power Filter for the Injection of Regenerated Energy In a Spoornet Substation', IEEE AFRICON, pp.1119-1124, 2004
Y. Cai, M.R. Irving and S.H. Case, 'Iterative techniques for the solution of complex DC-rail-traction systems including regenerative braking', Generation, Transmission and Distribution, lEE Proceedings, vo1.142, iss. 5, pp.445-452, Sept., 1995

상세보기
Y.S. Tzeng, R.N. Wu and N. Chen, 'Unified AC/DC power flow for system simulation in DC electrified transit railways', Electric power applications, lEE proceedings, vo1.142, iss.6, pp.345-354, Nov., 1995

상세보기
'경량전철 전력공급시스템 기술개발' 연구개발보고서, 한국철도기술연구원, 2004
정상기, 홍재승, '도시철도의 DC 급전시스템 해석 알고리즘', 대한철도학회 춘계학술대회 논문집, pp.78-85, 2000
E.J. Goh, K.N. Chu and N.K. Ng, '1500V DC Traction system for the North East Line', International Conference on Power System Technology-POWERCON, pp. 1904-1909, Nov. 2004
전철직류급전 시스템 조사위원회, '희생차를 포함한 급전시스템의 현상과 앞으로의 방향', 일본전기학회기술보고 제296호, 1989
김양수, 유해출, '전기철도공학', 동일출판사, 1999
서윤석, '고속철도 전기견인기술', 기전연구사, 2003

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증