표제지
목차
약어 9
요약 10
I. 서론 13
1. 연구배경의 필요성 13
2. 논문의 구성 및 연구방법 17
II. 전기철도 급전시스템 및 모델링 18
1. 전기철도의 급전방식 18
가. 직류 급전 방식 18
나. 교류 급전 방식 19
2. 전기철도의 급전계통 21
가. 급전계통의 구성 및 특징 21
3. 전기방식별 급전계통 22
가. 직류 급전계통 22
나. 교류 급전계통 23
4. 전압 강하와 전압 보상 25
가. 무효전력과 전압 강하 25
나. 전압강하 계산 26
다. 교류 계통의 전압 보상 28
5. 단권변압기 모델링을 활용한 이동부하 모델링 33
6. 스코트 변압기 조류 계산 모델링 37
III. 전기철도 급전시스템 해석 기법 46
1. 어드미턴스 행렬을 활용한 전기철도시스템 설비 모델링 46
가. 단권변압기 모델링 46
나. 스코트 변압기 모델링 51
2. 3상 전류주입 방법을 적용한 전기철도시스템 해석 58
IV. 유·무효 전력보상장치의 최적 운영 알고리즘 65
1. 유·무효 전력보상장치의 최적 운용 알고리즘 65
가. SVC 최적 운용 알고리즘 67
나. ESS 최적 운용 알고리즘 85
2. 유·무효 전력보상장치의 최적 용량 산정 알고리즘 93
가. SVC 최적 용량 산정 알고리즘 93
나. ESS 최적 용량 산정 알고리즘 97
V. 유·무효 전력보상장치의 최적운영 알고리즘 검증 100
1. 전기철도시스템의 PSCAD 시뮬레이션 모델 100
2. 제안하는 전기철도 설비 모델 정확도 비교 102
3. 전기철도시스템에 적용된 TCIM 기법의 정확도 검증 107
4. 유·무효 전력보상장치의 최적 운용 알고리즘 검증 114
가. SVC 최적 운용 알고리즘 검증 114
나. ESS 최적 운용 알고리즘 검증 119
5. 유·무효 전력보상장치의 최적 용량 산정 알고리즘 검증 124
가. SVC 최적 용량 산정 알고리즘 검증 124
나. ESS 최적 용량 산정 알고리즘 검증 127
VI. 결론 130
참고문헌 132
ABSTRACT 135
표 3.1. 변전소 모델의 입력 데이터 정의 64
표 4.1. 용도별 전기요금 체계 86
표 5.1. 단권변압기 등가 모델 검증을 위한 케이스 정의 104
표 5.2. 단권변압기 등가 모델 검증을 위한 케이스 모의 결과 104
표 5.3. 스코트변압기 등가 모델 검증을 위한 케이스 정의 105
표 5.4. 스코트 변압기 등가 모델 검증 결과 106
표 5.5. TCIM 기법 검증을 위한 열차 부하의 위치 107
표 5.6. TCIM 기법 검증을 위한 각 케이스 정의 108
표 5.7. 각 케이스에 대한 T상의 전차선 전압(VTC) 값[이미지참조] 110
표 5.8. 각 케이스에 대한 T상의 전차선 전압(VTF) 값[이미지참조] 111
표 5.9. 각 케이스에 대한 M상의 급전선 전압(VMC) 값[이미지참조] 112
표 5.10. 각 케이스에 대한 M상의 급전선 전압(VMF) 값[이미지참조] 113
표 5.11. 테스트 시스템의 전력량 요금 120
그림 2.1. 전기철도의 직류급전 방식 18
그림 2.2. 전기철도의 단권변압기 급전방식 20
그림 2.3. 직류급전 구간의 급전계통 23
그림 2.4. 교류 급전 구간의 급전 계통 24
그림 2.5. 교류 급전구간의 이상 급전방식 25
그림 2.6. TCR형 SVC 원리도 30
그림 2.7. SVC에 의한 무효전력 보상 30
그림 2.8. 역/회생시 가선전압 전류 31
그림 2.9. 역/회생시 전력분포 및 역률 32
그림 2.10. 역행 시 에너지저장장치 동작 |θ|≤π/2)[이미지참조] 33
그림 2.11. 회생 시 에너지저장장치 동작 |θ|≤π/2)[이미지참조] 33
그림 2.12. 단권변압기의 전압원 등가모델을 사용한 AT 급전시스템 34
그림 2.13. 스코트변압기 회로도 및 등가회로 38
그림 2.14. 스코트변압기의 노튼 등가 회로 42
그림 2.15. 열차 이동부하의 확률론적 모델 예시 45
그림 3.1. 제안하는 단권변압기의 모델 도출을 위한 등가회로 46
그림 3.2. 단권변압기의 등가 임피던스 회로 50
그림 3.3. 선행연구의 스코트 변압기 회로도 및 등가회로 51
그림 3.4. TCIM 기법에 사용된 뉴턴-랜슨 방법의 순서도 62
그림 4.1. 철도전기 전력설비 최적 운용기법 개발 개념도 66
그림 4.2. 전기철도 급전시스템의 3상 SVC 연계 방안 67
그림 4.3. 전기철도 급전시스템의 단상 SVC 연계 방안 68
그림 4.4. SVC 무효전력 출력을 결정하기 위한 SLP 방법 순서도 72
그림 4.5. 기존 기법을 적용했을 경우 SLP 시뮬레이션 결과 74
그림 4.6. 선간 부하 관계식 도출을 위한 등가 회로 75
그림 4.7. 제안된 기법에 따른 선형 민감도 개선 효과 78
그림 4.8. 제안된 SLP 기법 적용에 따른 손실 최저점 확인 79
그림 4.9. SVC가 두 기 포함된 경우에 대한 손실 최소화 결과 확인 80
그림 4.10. 최종적으로 제안하는 SVC 운용 방법의 개념도 82
그림 4.11. 전압 유지 가능성 확인 모듈 순서도 83
그림 4.12. 역률 유지 가능성 확인 모듈 순서도 85
그림 4.13. 고정된 위치에서의 최소 SVC 용량 결정 방법 94
그림 4.14. 최종 SVC 용량 및 위치 선정 알고리즘 96
그림 4.15. ESS 최종 후보 도출을 위한 개념도 99
그림 5.1. 전기철도 급전시스템의 PSCAD 시뮬레이션 모델 100
그림 5.2. 스코트 변압기의 PSCAD 시뮬레이션 모델 (1) 101
그림 5.3. 스코트 변압기의 PSCAD 시뮬레이션 모델 (2) 101
그림 5.4. 단권변압기 및 등가회로의 PSCDA 모델링 102
그림 5.5. 단권변압기 및 등가회로의 PSCAD 모의 결과 103
그림 5.6. 스코트변압기의 PSCAD 시뮬레이션 모델 108
그림 5.7. SVC 출력 검증을 위한 테스트 시스템 114
그림 5.8. 3상 계통으로부터 주입되는 무효전력에 대한 선형화 근사 결과 115
그림 5.9. 테스트 시스템에 대한 전압 유지 가능성 모듈 적용 결과 116
그림 5.10. 테스트 시스템에 대한 역률 유지 가능성 모듈 적용 결과 117
그림 5.11. 최종적으로 손실 최소화 모듈이 적용된 결과 118
그림 5.12. ESS 최적 운용 모델 검증을 위한 철도시스템 부하 데이터 119
그림 5.13. 제안한 ESS 최적 운용 방법이 포함된 유효전력 출력 개형 120
그림 5.14. 제안한 ESS 최적 운용 방법에 따른 ESS 출력 변화 121
그림 5.15. 제안한 테스트 시스템에 적용된 전력량 요금 변화 121
그림 5.16. 제안한 ESS 최적 운용 방법에 따른 SOC 개형 122
그림 5.17. SVC 최적 용량 산정 프로그램 SVC 용량 계산 실행 시 화면 124
그림 5.18. SVC 최적 용량 산정 프로그램 SVC 용량 계산 실행 시 Case 1 화면 125
그림 5.19. SVC 최적 용량 산정 프로그램 SVC 용량 계산 실행 시 Case 2 화면 126
그림 5.20. SVC 최적 용량 산정 프로그램 SVC 용량 계산 실행 시 Case 3 화면 126
그림 5.21. SVC 최적 용량 산정 프로그램 SVC 용량 계산 실행 시 Case 4 화면 127
그림 5.22. ESS 최적 용량 산정 프로그램 용량 검토 결과 128