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연료전지 시스템을 이용한 전기철도 급전계통 전압강하 보상
The Voltage Drop Compensation of Electric Railway Feeding system using a Fuelcell System 원문보기

전기학회논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Electrical Engineers, v.64 no.2, 2015년, pp.342 - 348  

김재문 (Dept. of Transportation System Engineering, Graduate School of Transportation, Korea National University of Transportation)

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this paper, fuel cell power generation system that is being studied in recent railway field was applied to compensate for the voltage drop due to the load as driving electric vehicle. PSIM simulation program is to be used to implement the modeling of the electric railway for AC AT feeder system. ...

주제어

#Fuel cell power generation system   #Voltage drop   #AT feeder system   #PLL algorithm   #Reactive power  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 교류 AT급전계통에 전기에너지를 동력원으로 하는 전기차량이 주행하게 되면 부하인 전기차량 이동에 따른 전류량의 변화로 전철변전소를 기준으로 전압강하가 발생하게 된다. 따라서 신재생에너지인 연료전지 발전시스템을 전철변전소에서 멀리 떨어진 급전구분소(SP)에 설치함으로써 전압강하를 보상하고자 한다. 급전계통으로 효율적으로 에너지를 전달하기 위해 전력변환장치를 통해 전차선과 레일사이에 연결되어진다.
  • 본 논문에서는 국내에서 적용되고 있는 교류 AT급전계통 시스템에 대한 모델링을 통해 부하인 전기차량에 전류가 유입됨으로써 이에 따른 급전계통의 전압강하를 보상하기 위해 신재생 에너지인 연료전지 시스템을 급전계통에 연계하였을 경우에 대한 선행연구를 수행하였다. 이를 위해 시뮬레이션 프로그램으로PSIM을 사용하였으며, 시뮬레이션 분석을 통해 양호한 결과를 얻었다.
  • 본 논문에서는 그림 7과 같이 교류 AT급전시스템에서 부하인 전기차량이 전철변전소에서 멀리 떨어진 급전구분소 근처에 존재할 때 전압강하가 발생하게 되며 이에 대한 전압보상을 위해 보조 급전구분소 (SSP)와 급전구분소 (SP) 사이에 연료전지 발전시 스템을 탑재한 이동용 철도차량이 전압보상을 하는 시뮬레이션을 수행하였다.
  • 본 논문에서는 시뮬레이션 프로그램인 PSIM을 적용하여 전기철도 교류 AT급전계통에 대한 모델링을 수행하였다. 또한 최근 철도분야에서 연구되고 있는 연료전지 발전시스템을 교류 AT급전계통에 연계하여 부하인 전기차량 운행에 따른 전압강하를 보상하기 위해 적용하였다.

가설 설정

  • 9[kV] 전압이 인가되었다. 그림14(b)와 같이 차량부하가 보조급전구분소(SSP)와 급전구분소(SP)사이에 존재할 때 S/S 지점에서는 23.4[kV], SP 지점에서는 큰 전압강하가 발생하여 15.9[kV]까지 떨어져 차량운영에 영향을 주게 된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
교류 전기철도 급전시스템에서 전력품질은 어떤 문제를 갖고 있는가? 교류 전기철도 급전시스템에서 전력품질은 고조파 왜곡, 무효전력 발생, 단상 부하 불평형과 같은 문제가 존재하여 품질저하를 초래하고 있다. 이것은 전기철도가 갖고 있는 고유특성으로 전차선로를 주행하는 전기차량의 비선형 특성은 차량 주행에 따른 임피던스 증가로 많은 양의 무효전력을 발생시킨다.
신재생 에너지 활용 등에 따른 적용 가능성에 관한 연구에는 어떤 것들이 있는가? 한편 최근 철도분야에 신재생 에너지 활용 등에 따른 적용 가능성에 대한 연구가 진행되고 있다. 태양광을 이용한 역사내 에너지 절감, 연료전지를 이용한 철도차량 구동에 대한 선행연구[4] 등이 그 일례이다.
스코트 변압기는 어떤 역할을 하는가? 그림 2는 AT 급전방식의 교류 전기철도 구성도를 보여준다. 스코트 변압기는 전철변전소에 설치되어 한전 전원 3상을 2상인 M상과 T상으로 변환하는 역할을 한다. 그리고 전차선과 급전선에 단권변압기 (Auto Transformer, 이하 AT)가 설치되어 변압기 중성점은 레일에 연결이 되고 양단은 전차선과 급전선에 각각 연결되는 급전회로 방식이다.
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참고문헌 (10)

  1. Haneol Park, Hybrid Railway Power Quality Conditioner for Autotransformer-fed Electrified Railway Systems, Seoultech, Ph. D. Dissertation, 2011 

  2. Keiji KAWAHARA, “Compensation of Voltage Drop using static Var Compensator at Sectioning post for singansen power Feeding system”, RTRI REPORT, Vol.13, NO. 7. 1999 

  3. Hyun-Soo Jung, Seong-Won Bang, and Jin-O Kim, “Compensation of Voltage Drop Using the TSC-SVC in Electric Railway Power Supply System”, Journal of KIIEE, Vol. 16, No. 3, pp. 29~36 May 2002 

  4. No-Geon Jung, Chin-Young Chang, Sang-Hoon Chang and Jae-Moon Kim, “The Feasibility Study on Small-scale Prototype Electric Railway Vehicle Application using Fuel Cell Generation System”, Journal of KIEE, Vol. 63, No. 1, PP. 184-190, 2014 

  5. No-Geon Jung and Jae-Moon Kim et al., “The Analysis of Short Current on Actual System through Power Analysis of AT Feeder System for Electric Railway”, Journal of KIEE, Vol. 63, No. 11, PP. 1582-1587, 2014 

  6. Soon-Bong Yoo, “Analysis on the Catenary Voltage of AC Electric Railway Power System", Master's Thesis, 2008 

  7. Tae-Won Chun, Hong-Hee Lee and et al., “Synchronization Techniques for Single-Phase and Three-Phase Grid Connected Inverters using PLL Algorithm”, Journal of KIPE, Vol. 16, No. 4, PP. 308-316, 2011 

  8. H. Park, J. Han, J. Song, “A Novel Hybrid Railway Power Quality Conditioner for AC Electrified Railway Applications” KSR Conf., pp. 1416-1424, 2010 

  9. Baik Kim, "Study on the Voltage and Current Unbalance Factor due to the Scott Transformer Loading", KSR, Vol.23, No. 16, 2008 

  10. Sang-Ho Lee,“Evaluation of diagnostic technique system in the autotransformer for electric railway", Master's Thesis, 2005 

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