AC전기철도 시스템은 동적 단상부하가 빠르게 변화하고, 전철 급전변전소에서 3상 전력을 단상 전력으로 변환한다. 이것은 일반 배전 시스템과 비교해서 AC 전기철도 시스템의 전기적인 현상들이 다르다는 것을 나타낸다. AC 전기철도 열차부하의 전기적인 특성은 동적부하의 운영과 운행 스케줄, 트랙의 구배 등에 따라 연속적인 변화를 받고 있다. 이와 같은 열차부하의 운영에 따른 급전거리가 길어 전압강하, 전압 불평형 및 고조파 왜곡현상 등의 전력 품질 저하요인이 발생하게 된다. 이러한 문제점은 상위계통인 송전시스템의 안정도에 악영향을 줄뿐만 아니라, 전기철도 급전시스템의 전력품질 저하, 전기철도차량의 통신장비, 운행 및 수송량 제한에도 영향을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는 전기철도시스템의 과도상태 평가를 위해 PSCAD/EMTDC를 이용한 평가모델을 제시하고, 전압 강하에 주안점을 두어, 전기철도 급전시스템의 말단 분기점(Sectioning Post)에 정지형 무효전력 보상장치인 단상 배전 STATCOM(Single-phase Static Synchronous Compensator)을 설치하여 그 작용에 따른 전압강하 보상을 평가하였다.
AC 전기철도 시스템은 동적 단상부하가 빠르게 변화하고, 전철 급전변전소에서 3상 전력을 단상 전력으로 변환한다. 이것은 일반 배전 시스템과 비교해서 AC 전기철도 시스템의 전기적인 현상들이 다르다는 것을 나타낸다. AC 전기철도 열차부하의 전기적인 특성은 동적부하의 운영과 운행 스케줄, 트랙의 구배 등에 따라 연속적인 변화를 받고 있다. 이와 같은 열차부하의 운영에 따른 급전거리가 길어 전압강하, 전압 불평형 및 고조파 왜곡현상 등의 전력 품질 저하요인이 발생하게 된다. 이러한 문제점은 상위계통인 송전시스템의 안정도에 악영향을 줄뿐만 아니라, 전기철도 급전시스템의 전력품질 저하, 전기철도차량의 통신장비, 운행 및 수송량 제한에도 영향을 미치게 된다. 따라서 본 논문에서는 전기철도시스템의 과도상태 평가를 위해 PSCAD/EMTDC를 이용한 평가모델을 제시하고, 전압 강하에 주안점을 두어, 전기철도 급전시스템의 말단 분기점(Sectioning Post)에 정지형 무효전력 보상장치인 단상 배전 STATCOM(Single-phase Static Synchronous Compensator)을 설치하여 그 작용에 따른 전압강하 보상을 평가하였다.
An AC electrical railroad system has rapidly changing dynamic single-phase load, and at a feeding substation, three-phase electric power is transformed to the paired directional single-phase electric power. There is a great difference in electrical phenomenon between the load of AC electrical railro...
An AC electrical railroad system has rapidly changing dynamic single-phase load, and at a feeding substation, three-phase electric power is transformed to the paired directional single-phase electric power. There is a great difference in electrical phenomenon between the load of AC electrical railroad system and that of general power system. Electric characteristics of AC electrical railroad's trainload are changed continuously according to the traction, operating characteristic, operating schedule, track slope, etc. Because of the long feeding distance of the dynamic trainload, power quality problems such as voltage drop, voltage imbalance and harmonic distortion my also occur to AC electrical railroad system. These problems affect not only power system stability, but also power quality deterioration in AC electrical railroad system. The dynamic simulation model of AC electrical railroad system presented by PSCAD/EMTDC is modeled in this paper, andthen, it is analyzed voltage drop for AC electrical railroad system both with single-phase distributed STATCOM(Static Synchronous Compensator) installed at SP(Sectioning Post) and without.
An AC electrical railroad system has rapidly changing dynamic single-phase load, and at a feeding substation, three-phase electric power is transformed to the paired directional single-phase electric power. There is a great difference in electrical phenomenon between the load of AC electrical railroad system and that of general power system. Electric characteristics of AC electrical railroad's trainload are changed continuously according to the traction, operating characteristic, operating schedule, track slope, etc. Because of the long feeding distance of the dynamic trainload, power quality problems such as voltage drop, voltage imbalance and harmonic distortion my also occur to AC electrical railroad system. These problems affect not only power system stability, but also power quality deterioration in AC electrical railroad system. The dynamic simulation model of AC electrical railroad system presented by PSCAD/EMTDC is modeled in this paper, andthen, it is analyzed voltage drop for AC electrical railroad system both with single-phase distributed STATCOM(Static Synchronous Compensator) installed at SP(Sectioning Post) and without.
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문제 정의
그렇기에 본 논문에서 D-STATCOM을 설치할 경우 고조파가 증가하기는 하였으나 차량 운행에 따라 특정 경우 고조파 발생이 낮게 나올 수도 있다. 따라서 본 논문에서는 전력품질에 있어 가장 중요한 전압강하에 주안점을 두고 논문을 진행하였기 때문에 D-STATCOM의 기능인 전압강하 보상에 초점을 두고 있다.
정상 운전시 직지사 S/S 51.3[Km] 구간에 8대의 차량이 운행될 경우(D-STATCOM을 T-phase에 설치)에 대한 사례연구이다. Case 1의 경우에 대하여 단상 D-STATCOM을 사용했을 경우의 시뮬레이션 결과를 그림 10에서 12에 나타내었다.
제안 방법
본 논문에서는 전기철도 급전 시스템을 실제 급전 시스템과 유사하게 제약조건을 두고 모델링하여 열차 부하 운행시와 급전 시스템에 fault를 가했을 경우 및 단상 D-STATCOM 보상의 경우를 PSCAD/EMTDC를 통하여 시뮬레이션 해 보았다. 그 결과 열차 부하로 인한 전기철도 급전 시스템의 22.
이러한 문제점은 상위 계통인 송전 시스템의 안정도에 악 영향을 줄뿐만 아니라 전기 천도 급전 시스템의 전력 품질저하, 전기철도 차량의 동신 장비, 운행 및 수송량 제한에도 영향을 미치게 된다. 이러한 전력 품질 저하에 대한 보상으로 SVC(Static Compensator), Shunt Active Filter, DVR(Dynamic Voltage Restorer) 등의 다양한 연구가 진행 중이나 본 논문에서는 이러한 기기들 보다 한 단계 진일보한 단상(Single-phase) 배 전 STAT - CX)M(Distributed-Static Synchronous Corrpen-sator) 른 제안한다U-8]. 전기철도 시스템의 과도상태 평가름 위해 PSCAD/EMTDC를 이용한 평가 모델을 제시하고, 전력 품질에 있어 가장 중요한 전압강하 및 고조파 분석에 주안점을 두어 전기철도 급전 시스템의 말단 분기점(SP: Sectioning Post)에 정지형 무효전력 보상 장치인 단상 D-STATCOM을 설치하여 전기철도 부하의 기동 및 증가되어 운행될 경우, 고장으로 인한 연장급전 경우에 대해 단상 D-STATCOM 적용의 전기철도 시스템 전압강하 보상 및 전력 품질 향상을 평가하였다.
전기 철도 급전 시스템은 ATCAuto-Transfor mer: 단권변압기) 급전 시스템과 BT(Booster-Trans- former: 흡상 변압기) 급전 시스템으로 나누어지는더〕, 본 논문에서는 AT 급전 시스템을 모델링 하였다. AT 급전 방식은 급전선과 전차선 사이에 약 10[Kml 간격으로 권선비 1 :1의 단권변압기를 병렬로 설치하여 변압기 권선의 중성점을 레일에 접속하는 방식으로 BT 급전 방식에 비해 고속 집전이 용이하며 급전 전압이 종전의 2배로 할 수 있어 전압강하가 적고 변전소 간격을 멀리할 수 있다(40~ 100[Km]).
이러한 전력 품질 저하에 대한 보상으로 SVC(Static Compensator), Shunt Active Filter, DVR(Dynamic Voltage Restorer) 등의 다양한 연구가 진행 중이나 본 논문에서는 이러한 기기들 보다 한 단계 진일보한 단상(Single-phase) 배 전 STAT - CX)M(Distributed-Static Synchronous Corrpen-sator) 른 제안한다U-8]. 전기철도 시스템의 과도상태 평가름 위해 PSCAD/EMTDC를 이용한 평가 모델을 제시하고, 전력 품질에 있어 가장 중요한 전압강하 및 고조파 분석에 주안점을 두어 전기철도 급전 시스템의 말단 분기점(SP: Sectioning Post)에 정지형 무효전력 보상 장치인 단상 D-STATCOM을 설치하여 전기철도 부하의 기동 및 증가되어 운행될 경우, 고장으로 인한 연장급전 경우에 대해 단상 D-STATCOM 적용의 전기철도 시스템 전압강하 보상 및 전력 품질 향상을 평가하였다.
구간에서 진행 되었다. 직지사 S/S를 기준으로 양쪽 51.3[Km] 구간(영동 SP에서 추풍령 SP) 에 8대의 열차가 운행 될 경우를 토대로 단상 D-STAT8M을 사용했을 경우와 fault를 가정 했을 경우를 모의실험 하였다.
대상 데이터
모의 실험은 전기 철도 옥천 S/S 에서 사곡 S/S까지의 구간에서 진행 되었다. 직지사 S/S를 기준으로 양쪽 51.
본 논문에서 제시된 열차 부하는 신형 전기 기관차(locomotive)인 8200대형을 모델링하였다. 가선에서 팬터그래프를 통하여 집 전된 전기는 주회로 차단기를 경유하여 주변압기의 1차 부싱에 공칭 25[kV] 의 전압이 인가되어 변압기 2차측에 설치된 4개의 견인 권선과 2개의 보조권선에 2차 전압을 유기하여 해당 기기에 전원을 공급하게 되어 있다.
본 논문에서는 2006년 12월 상용화를 눈앞에 두고 있는 경부선 옥천 S/S에서 사곡 S/S까지의 101.3 [Km] 구간을 PSCAD/EMTDC 모델링 하였으며, 선로 등가 파라미터는 표 1과 같다.
데이터처리
나타내고 있다. 측정된 데이터를 전압 강하식과 고조파 발생 정도를 나타내는 THD 공식에 대입하여 표 6의 결과를 산출해 내었다. 표 6에서 알 수 있듯이 Case 1의 경우에 비해 D-STATCOM 을 사용한 Case 2의 T-상은 전압 강하율이 8.
성능/효과
결과적으로 이 논문에서 제안된 단상 배전 STAT-COMe 열차운행에 커다란 방해요소가 될 수 있는 전압강하를 보상함으로 그 효과를 증명하였다.
보았다. 그 결과 열차 부하로 인한 전기철도 급전 시스템의 22.61[kV]까지 떨어진 전압을 보상하여 거의 정상 전압에 가까운 27.19[kV]까지 보상함을 확인할 수 있었으며, 계통 사고 시 최저집전 전압인 19[kV]< 상회하는 전압을 유지시킴으로 열차운행을 정상적으로 운영되도록 할 수 있음을 확인 하였다.
그리고 물리적으로 철도차량은 이동 부하이기 때문에 특정 고조파 발생뿐만 아니라 비선형적 고조파도 발생되며, 차량의 운행에 따라 발생 고조파는 상쇄되거나 증폭될 수도 있다. 그렇기에 본 논문에서 D-STATCOM을 설치할 경우 고조파가 증가하기는 하였으나 차량 운행에 따라 특정 경우 고조파 발생이 낮게 나올 수도 있다. 따라서 본 논문에서는 전력품질에 있어 가장 중요한 전압강하에 주안점을 두고 논문을 진행하였기 때문에 D-STATCOM의 기능인 전압강하 보상에 초점을 두고 있다.
그림에서 보듯이 D-STATCOM이 정상적인 기능을 발휘하는 시점(2초 이후)부터 Case 1에서 22.61 ~23.99[kV] 이하로 떨어졌던 전차선 전압이 거의정상치인 26.22 ~27.19[kV]까지 보상되었음을 확인할 수 있다.
시뮬레이션 구간에 2초에서 3초 사이 상정사고 (faultX 주었을 경우 단상 D-STATCOM 보상이 얼마만큼 이루어지는가에 대한 실험을 해 본 결과, D- STATCOM 보상으로 인하여 fault시에 최소 집전 전압인 19[kV]를 상회할 수 있게 계통의 전압을유지시킴을 확인할 수 있었다. 이는 연장급전을 하지 않는 상태에서 fault를 가정했기 때문에 최소 집전 전압을 유지할 수 있다는 것은 열차 운행에 있어서 큰 의미가 있다.
그림과 표 6을 종합해보면 Case 1에 비해 Case 2의 경우 THD가 미세하게 증가 하였음을 알 수 있다. 이는 본 논문의 D-STATCOMe 전압 제어형 인버터를 기본으로 한 보상기이며, 이로 인해 고조파가 미세하게 증가하였다. 이를 제거하기 위해서는 비용적인 측면을 고려하지 않고 전류 제어형 인버터를 설계하여 D-STATCOM을 설치하거나 Shunt Active Filter가 유용하다.
참고문헌 (10)
Keiji KAWAHARA, 'Compensation of Voltage Drop Using Static Var Compensator at Sectioning Post on AC Electric Railway System', PCC-Nagaoka'97, pp. 955-960, 1997
P. C. Tan, 'Voltage Form Factor Control and Reactive Power Compensation in A 25[kV] Electrified Railway System Using A Shunt Active Filter Based On Voltage Detection', IEEE PEDS 2001-INDONESIA, p.605-610, 2001
Zhu Yongqing, 'Balancing Compensation of Unbalanced Based on Single-Phase STATCOM', Tsinghua University Beijing
Walmir Freitas, 'Impacts of AC Generators and DSTATCOM Devices on the Dynamic Performance of Distribution Systems', IEEE Transactions of power delivery, VOL. 20. pp. 1493-1501, 2005
Hun-soo Jung, 'Compensation of Voltage Drop Using the TSC-SVC in Electric Railway Power Supply System', Journal of KIIEE, VOL. 16, pp. 29-36, 2002
Seung-Hyuk Lee, 'Compensate Voltage Drop for Autotransformer-Fed AC Electric Railroad System with Single-Phase STATCOM', Journal of the Korean Institute and Electrical Installation Engineers Vol. 16, No5, pp. 53-60, 2002
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