[논문]전기철도 AT급전계통의 열차 운형 모의 해석 알고리즘 연구

추동욱; 김재철; 정용철; 전용주; 임성정

문제 정의

본 논문에서는 AT 교류 급전 계통 내에 다수의 열차운전 시 계속적으로 변하는 열차의 전압을 계산하기 위한 알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서는 급전계통의 임피던스를 구하고, 간이형 TPS에서는 기계적인 입력을 전력으로 환산하였고, 계통의 해석을 위해 급전계통의 등가 회 로를 작성 하였으며 , 등가임 피 던스 Z1 , Z2 , Z3 , Z4 값을 구하였다.
급전계통에서 보면 열차는 지속적으로이동하는 집중 부하이므로 급전계통의 전기적 특성뿐만 아니라 운행조건 및 열차특성 등의 종합적인 시스템 해석이 필요하게 된다. 본 논문은 불평형 운전을 하게 되는 급전선로의 해석을 위하여. 첫째, 급전계통과 열차에 대한 모델링을 제시하였고 둘째, AT의 특성 상 전류의 분배가 이루어지게 되는데 전류 분배의 기준을 제시하였으며 셋째.

가설 설정

선원단-AT, AT상호의 이격 거리는 각각 2km]이며 선로조건(구배, 곡선)은 생략하였으며 열차조건도 정속도로 가정하였다.

제안 방법

AT 는 정전압 원으로 취급하였고 모의 계통에 적용하여 정확한 값을 얻을 수 있었다. AT의 특성상 열차의 전류가 AT의 상하로 분류하게 되는데 분류의 기준이 되는 회로를 알아보기 위하여 귀환전류와, 순환전류에 대한 특성을 살펴보았다. 순환전류에 의한 임피던스를 가지고 열차 전류의 분배를 결정 함이 타당성을 가지 게됨을 입증하였다.
1.2 운행선로의 특성이 포함된 계통해석
계통내의 선로 조건을 고려하기 위해 매 거리 (O.lfkm] 간격) 별 속도, 구배, 곡선 등이 주어지고 주어진 데이터로부터 거리별 시간, 가속도를 구하여 견인력을 구하고 견인력으로부터 열차의 소비전력을 구하여 〔6, 7〕각 루프별 전류의 흐름과 전압강하를 계산하였다. 그림 7은 열차의 거리별 속도를 나타낸다.
제안된 사레연구에서 열차의 위치별로 간단한 식에 위해서 열차 전압을 구하는 해석 방식을 제안하였고. 계통전압 분포를 확인하였다. 또한 전차의 대수, 전차의 위치변화에 따라 언제든지 열차 전압의 계산이 가능한 대수 방정식을 일반화된 형식으로 유도하였으며 다수의 열차 운행시 열차의 상호 작용을 고려한 계통 전체 전압분포를 도시하는 방법을 제시하였고 이를 합산하여 다량 열차의 해석을 도모하였다.
열차 제원과 운행조건에 의한 간이형TPS (Train Performance Simulator)를 구현하여 단일 열차. 다수열차 운행시 계통의 전압 분포와 열차 전압을 구하기 위해 MATLAB을 이용하여 시뮬레이션 P/G을개 발하였다. 시 험계통에 적용하여 상당히 정확한 값을 예측 할 수 있었다.
회로에서도 확인할 수 있듯이 열차와 AT 의 위치에 따라서 전류의 크기와 방향이 바뀌게 되므로 열차별 정확한 위치와 상태 파악이 선행되어야 한다. 따라서 합산하는 방식은 각각의 열차의 전류를 독립적으로 계산하여 열차 위치별 계통 전체 전압을 도시한 후 계통에 투입된 모든 열차로 확산하여 해석하는 전압 합산 방식 을 사용하였다.
계통전압 분포를 확인하였다. 또한 전차의 대수, 전차의 위치변화에 따라 언제든지 열차 전압의 계산이 가능한 대수 방정식을 일반화된 형식으로 유도하였으며 다수의 열차 운행시 열차의 상호 작용을 고려한 계통 전체 전압분포를 도시하는 방법을 제시하였고 이를 합산하여 다량 열차의 해석을 도모하였다. 그 결과 계통 내 전류의 흐름과 계통전체의 전압을 파악할 수 있었으며 이를 통하여 해당 조건에 따라 열차 운행 시 정확한 열차의 상태를 파악할 수 있었다.
알고리즘을 제안하였다. 본 논문에서는 급전계통의 임피던스를 구하고, 간이형 TPS에서는 기계적인 입력을 전력으로 환산하였고, 계통의 해석을 위해 급전계통의 등가 회 로를 작성 하였으며 , 등가임 피 던스 Z1 , Z2 , Z3 , Z4 값을 구하였다. 등가회로에서 열차는 정전류원으로.
첫째, 급전계통과 열차에 대한 모델링을 제시하였고 둘째, AT의 특성 상 전류의 분배가 이루어지게 되는데 전류 분배의 기준을 제시하였으며 셋째. 열차 제원과 운행조건에 의한 간이형TPS (Train Performance Simulator)를 구현하여 단일 열차. 다수열차 운행시 계통의 전압 분포와 열차 전압을 구하기 위해 MATLAB을 이용하여 시뮬레이션 P/G을개 발하였다.
순환전류에 의한 임피던스를 가지고 열차 전류의 분배를 결정 함이 타당성을 가지 게됨을 입증하였다. 제안된 사레연구에서 열차의 위치별로 간단한 식에 위해서 열차 전압을 구하는 해석 방식을 제안하였고. 계통전압 분포를 확인하였다.
본 논문은 불평형 운전을 하게 되는 급전선로의 해석을 위하여. 첫째, 급전계통과 열차에 대한 모델링을 제시하였고 둘째, AT의 특성 상 전류의 분배가 이루어지게 되는데 전류 분배의 기준을 제시하였으며 셋째. 열차 제원과 운행조건에 의한 간이형TPS (Train Performance Simulator)를 구현하여 단일 열차.

대상 데이터

결과의 타당성 및 검증을 위하여 선로의. 구성과 공급 전원의 특성, 선로의 임피던스, 열차의 특성 등의 예제 계통은 금정역~남태령 까지의 구간을 모의하였으며, 주어진 선로의 임피던스는 표 1과 같으며 예제 계통은 전원 T(197〔km〕)ATlT(3.97〔km〕)AT2T(8.44〔km〕)A T3으로 구성되어있다〔5〕.
열차의 견인력을 최대로 하기 위해 차량은 10량으로 구성하였으며 승객도 만 차를 기준으로 계산하였다. 그림 8은 열차의 전력을 나타내며, ( + )는 소비전력을 (-) 는 회생전력을 나타낸다.

성능/효과

또한 전차의 대수, 전차의 위치변화에 따라 언제든지 열차 전압의 계산이 가능한 대수 방정식을 일반화된 형식으로 유도하였으며 다수의 열차 운행시 열차의 상호 작용을 고려한 계통 전체 전압분포를 도시하는 방법을 제시하였고 이를 합산하여 다량 열차의 해석을 도모하였다. 그 결과 계통 내 전류의 흐름과 계통전체의 전압을 파악할 수 있었으며 이를 통하여 해당 조건에 따라 열차 운행 시 정확한 열차의 상태를 파악할 수 있었다. 이를 기존의 계통과 신설되는 계통에 적용하여 변전소의 위치 선정 및 AT변압기의 설치 간격 등 기본적인 철도계통의 설계와 운영에 높은 신뢰성의 자료를 제공하도록 할 수 있을 것이다.
AT의 특성상 열차의 전류가 AT의 상하로 분류하게 되는데 분류의 기준이 되는 회로를 알아보기 위하여 귀환전류와, 순환전류에 대한 특성을 살펴보았다. 순환전류에 의한 임피던스를 가지고 열차 전류의 분배를 결정 함이 타당성을 가지 게됨을 입증하였다. 제안된 사레연구에서 열차의 위치별로 간단한 식에 위해서 열차 전압을 구하는 해석 방식을 제안하였고.

후속연구

이후의 연구 과제로는 제안된 등가회로에 의한, 해석 방식에 의한 결과를 실제 전차선로에서 실측된 자료들과 비교를 해볼 수 없다는 것이 큰 단점이므로 정확한 비교를 할 수 있는 연구가 수행되어야한다. 또 전차선로를 해석하기 위하여 전차에서 사용되는 전동기의 종류, 전동기의 특성’ 이동하면서 발생하는 여러 상황 등에 대한 자료나 연구결과를 이용한 동태해석코" 정삼상태에서 벗어나 과도상태까지 해석하는 방법 개발 및 해석 시뮬레이터의 개발이 필요하다. 이를 이용하여 실제 전차선로와 유사한 결과를 도출하는 정밀한 시뮬레이터를 개발하는데 바탕이 되리라 사료된다.
그 결과 계통 내 전류의 흐름과 계통전체의 전압을 파악할 수 있었으며 이를 통하여 해당 조건에 따라 열차 운행 시 정확한 열차의 상태를 파악할 수 있었다. 이를 기존의 계통과 신설되는 계통에 적용하여 변전소의 위치 선정 및 AT변압기의 설치 간격 등 기본적인 철도계통의 설계와 운영에 높은 신뢰성의 자료를 제공하도록 할 수 있을 것이다. 이후의 연구 과제로는 제안된 등가회로에 의한, 해석 방식에 의한 결과를 실제 전차선로에서 실측된 자료들과 비교를 해볼 수 없다는 것이 큰 단점이므로 정확한 비교를 할 수 있는 연구가 수행되어야한다.
또 전차선로를 해석하기 위하여 전차에서 사용되는 전동기의 종류, 전동기의 특성’ 이동하면서 발생하는 여러 상황 등에 대한 자료나 연구결과를 이용한 동태해석코" 정삼상태에서 벗어나 과도상태까지 해석하는 방법 개발 및 해석 시뮬레이터의 개발이 필요하다. 이를 이용하여 실제 전차선로와 유사한 결과를 도출하는 정밀한 시뮬레이터를 개발하는데 바탕이 되리라 사료된다.
이를 기존의 계통과 신설되는 계통에 적용하여 변전소의 위치 선정 및 AT변압기의 설치 간격 등 기본적인 철도계통의 설계와 운영에 높은 신뢰성의 자료를 제공하도록 할 수 있을 것이다. 이후의 연구 과제로는 제안된 등가회로에 의한, 해석 방식에 의한 결과를 실제 전차선로에서 실측된 자료들과 비교를 해볼 수 없다는 것이 큰 단점이므로 정확한 비교를 할 수 있는 연구가 수행되어야한다. 또 전차선로를 해석하기 위하여 전차에서 사용되는 전동기의 종류, 전동기의 특성’ 이동하면서 발생하는 여러 상황 등에 대한 자료나 연구결과를 이용한 동태해석코" 정삼상태에서 벗어나 과도상태까지 해석하는 방법 개발 및 해석 시뮬레이터의 개발이 필요하다.

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