[논문]PSCAD/EMTDC를 이용한 직류 급전 시스템 모델링

최준호; 이한민; 최종욱; 장길수; 오광해

PSCAD/EMTDC를 이용한 직류 급전 시스템 모델링
Modeling DC Electric Railway System using the PSCAD/EMTDC 원문보기

최준호 (고려대학교) , 이한민 (한국철도기술연구원) , 최종욱 (고려대학교) , 장길수 (고려대학교) , 오광해 (한국철도기술연구원)

전기철도 급전계통은 차량 또한 이동 부하이고, 비정상적인 전기적 특성이 나타날 수 있으므로, 전기적으로 정확한 해석을 할 필요가 있다. 본 연구는 PSCAD/EMTDC 과도해석 프로그램을 이용하여 직류 전기 철도 시스템을 모델링 함으로써 전기철도 급전계통의 정확한 특성을 연구하는 것이다. 한전 계통으로부터 전력을 급전 받아 전기철도차량 부하에 공급되는 급전계통을 실제와 가깝게 모델링 함으로써 정상상태 해석과 사고 시 과도특성 분석 및 계통에의 영향 해석을 목적으로 한다. 프로그램 특성상 각각의 소자를 모델링 한 후 4단자망 이론에 근거, 각 소자를 결합하여 전체 계통을 구성한다. 각각의 소자는 전차선로, 정류기 및 제어기를 포함한 차량부 (전동기, 제어소자), 정류 변전소 등으로 구성된다. 이 논문에서는 급전계통의 정상상태 및 고장전류를 분석함으로서 제안된 모델을 검증한다.

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문제 정의

또, 철도급전시스템에 사고가 발생할 경우 숭객과 차량, 지상설비의 안전을 확보하기 위해서 사고가 빨리 감지되어겨야 하며, 사고지점에 전력공급을 차단하여야 한다. 본 연구에서는 계통 해석을 위해서 과도 해석 프로그램인 PSCAD/EMTDC# 이용하여 정상상태 해석과 사고 시 과도특성 분석 및 계통에의 영향 해석을 목적으로 한다. 2장에서는 모델링 후 4단자망 이론에 근거, 각 소자를 결합하여 전체 계통을 구성한다.

제안 방법

그리고, 본 모델은 PSCAD/EMTDC# 사용하여 모델링 되었다. PSCAD/EMTDC 프로그램은 개별 소자의 조합으로 시스템을 구성하므로 프로그램의 특성을 살려서 개별 소자를 모델링 한 후 4단 자망으로 전체 시스템을 구성하였다. 전체구성도는 그림 1과 같다.
단락사고 시뮬레이션에 의해 지락사고에 따른 사고전류를 모의하여 그 결과를 얻었으며 이의 과도현상을 분석하였다. 사고발생시간은 3초이며 사고지속시간은 평균 차단기 동작시간인 0*5초이다.
정상상태 맟 과도상태 시뮬레이션을 통해 직류 전철급전시스템예 대한 특성을 확인할 수 있었다. 먼저 시스템의 적절성을 확인하기 위해서 1.5kV의 직류전압과 그 전압을 유지하기 위한 점호 각을 확인함으로써 정류제어 logic 의 적절성도 확인하였다. 사고 사례연구도 수되었다.
본 논문은 PSCAD/EMTDC를 이용하여 직류 전철 급 천 시스템을 모델링 하였으며, 각 구성요소들은 프로그램의 특성을 이용한 단자망 이론을 바탕으로 현 시스템과 동일한 시스템으로 구성되었다. 정상상태 맟 과도상태 시뮬레이션을 통해 직류 전철급전시스템예 대한 특성을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

전차선로는 2개의 도체로 구성된다. 2개의 도체는 전차선과 레일 도체로 구성된다. PSCAD/EMTDC 프로그램의 T-Line소자를 사용하여 상, 하행선 4단자망으로구성된다.
사용전압으로는 600V, 750V, 1,500V, 3, 0Q0V등이 있으나 우리나라에서는 1,500V 전압을 사용하고 있으며 전기철도변전소 간격은 전압강하 등을 고려하여 대략 4km~ 10km마다 시설 운용하고 있다. 실제 모델에는 교km를사용하였다. 그리고, 본 모델은 PSCAD/EMTDC# 사용하여 모델링 되었다.
값을 비교 정리한 내용이다. 실측데이터는 현재 직류 급전 시스템언 1~4호선 전체 고장전류 측정치이고륵정한 사고 위치는 알 수 없었다.〔3)
일반 천기차에 전기를 공급하는 전차선과 전기차 운행 귀선(주행레일) 등으로 급전회로를 구성하였다. 사용전압으로는 600V, 750V, 1,500V, 3, 0Q0V등이 있으나 우리나라에서는 1,500V 전압을 사용하고 있으며 전기철도변전소 간격은 전압강하 등을 고려하여 대략 4km~ 10km마다 시설 운용하고 있다.
전차선로는 2개의 도체로 구성된다. 2개의 도체는 전차선과 레일 도체로 구성된다.

이론/모형

교류 급전 시스템 모델링에서 차량 부하의 다이나믹한특성과 철도차량의 고유한 과도특성을 나타내기 위해서유도전동기 차량 모델을 사용하였다. 그림 5는 유도전동 그림 5를 통해 알 수 있듯이, 유도전동기 차량모델은 1100V 교류 유도전동기 이므로 다시 교류로 변환하기 위한 인버터와 견인 전동기인 유도전동기와 정류기의 제어부로 구성된다.
실제 모델에는 교km를사용하였다. 그리고, 본 모델은 PSCAD/EMTDC# 사용하여 모델링 되었다. PSCAD/EMTDC 프로그램은 개별 소자의 조합으로 시스템을 구성하므로 프로그램의 특성을 살려서 개별 소자를 모델링 한 후 4단 자망으로 전체 시스템을 구성하였다.

성능/효과

직류 시스템에서 변전소에서 가까운 곳에서 지락 사고가 발생시 더 큰 사고전류가 나타남을 알 수 있었다. 그리고, 모의시 실제 계측된 전류치와 거의 유사한 값이 도출하였고, 구성된 모델이 사고해석에도 적절히 동작된다고 할 수 있다.
시스템으로 구성되었다. 정상상태 맟 과도상태 시뮬레이션을 통해 직류 전철급전시스템예 대한 특성을 확인할 수 있었다. 먼저 시스템의 적절성을 확인하기 위해서 1.
사고 사례연구도 수되었다. 직류 시스템에서 변전소에서 가까운 곳에서 지락 사고가 발생시 더 큰 사고전류가 나타남을 알 수 있었다. 그리고, 모의시 실제 계측된 전류치와 거의 유사한 값이 도출하였고, 구성된 모델이 사고해석에도 적절히 동작된다고 할 수 있다.

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