표제지
목차
약어표 12
요약 13
I. 서론 15
1. 연구배경 15
2. 연구방법 16
II. 전압강하에 따른 급전안정화 주요내용 18
1. 급전시스템 현황 18
1.1. 국내 급전시스템 현황 18
1.2. 전기철도의 전기방식 18
1.3. 교류 급전방식 19
2. 전기철도 급전설비 20
2.1. 변전설비 20
2.2. 전차선로 21
3. 전압강하 이론 및 원인 23
3.1 전압강하 이론 23
3.2. 전압강하 원인 24
3.3. 급전설비의 전압강하 규정 25
3.4. 국내외 급전전압에 대한 규정 비교 25
4. 급전 안정화 주요 내용 27
4.1. 주변압기 임피던스 저감 27
4.2. 급전구간내의 운행열차 조정 31
4.3. 급전거리 단축 37
4.4. 대책설비 설치를 통한 전압강하 보상 39
III. 전압강하 급전시뮬레이션 62
1. 시뮬레이션 62
1.1. 개요 62
1.2. 프로그램 64
2. 정상급전 시뮬레이션 66
2.1. 정상급전 측정 67
2.2. 평택전철변전소 시행 68
2.3. 신청주전철변전소 시행 72
3. 변전소간 연장급전 시뮬레이션 77
3.1. 연장급전 시뮬레이션 사유 77
3.2. 평택전철변전소 → 신청주전철변전소간 연장급전 78
4. 시뮬레이션 시행결과 81
4.1 연장급전 시뮬레이션 분석 82
IV. 급전구간 전압강하 시간대별 실제 측정 86
1. 전압강하 측정 개요 86
1.2 전압강하 기술적 고찰 86
1.3. 계측기 설치 89
1.4. 계측기 종류 및 설정 90
2. 평택전철변전소 측정 91
2.1. 평택전철변전소와 용정급전구분소의 전압 비교 91
2.2. 피상전력과 전압의 비교 92
2.3. 유효전력과 전압의 비교 93
2.4. 무효전력과 전압의 비교 94
3. 신청주전철변전소 측정 95
3.1. 신청주전철변전소와 용정급전구분소의 전압 비교 95
3.2. 피상전력과 전압의 비교 97
3.3. 유효전력과 전압의 비교 98
3.4. 무효전력과 전압의 비교 99
3.5. 평택전철변전소 부하 증가 특성 분석 100
3.6. 유효전력 비교 100
3.7. 무효전력 비교 100
3.8. 공급전압 비교 101
3.9. 말단전압 비교 101
4. 평택전철변전소~신청주전철변전소 구간 측정 102
5. 측정 결과 102
V. 전압강하 보상방안 분석 103
1. 구분소 무효전력 보상설비적용 기술 검토 103
1.1. 전압강하보상설비 (SVC-TSC) 구성 및 성능 104
2. 보상설비적용 기술 검증 112
2.1. 전압강하 보상시험 112
2.2. 시험방법 및 결과 112
3. 결과 고찰 117
VI. 결론 119
참고문헌 121
ABSTRACT 123
부록 126
부록A. 주요변전소 정상급전 시뮬레이션 126
부록B. 변전소간 연장급전 시뮬레이션 132
표 2.1. 국내외 급전전압 기준 비교 25
표 2.2. 견인 공급 시스템의 기본 전압 26
표 2.3. EN 50163 집전전압 기준 26
표 2.4. EN 50388의 급전시스템 평균 전압 26
표 2.5. Voltages and frequencies of traction systems 27
표 2.6. 시뮬레이션 적용 열차 데이터 32
표 2.7. 직렬 캐패시터에 의한 전압강하 보상 적용 방법 41
표 2.8. 정지형 무효전력 보상장치의 종류별 비교 43
표 3.1. 평택전철변전소의 정상급전 시뮬레이션 결과 68
표 3.2. 평택 전철변전소의 정상급전 공급전압 특성 69
표 3.3. 평택전철변전소의 정상급전 공급전류 특성 70
표 3.4. 평택전철변전소의 정상급전 공급부하 특성 71
표 3.5. 신청주전철변전소의 정상급전 시뮬레이션 결과 72
표 3.6. 신청주전철변전소의 정상급전 공급전압 특성 73
표 3.7. 신청주전철변전소의 정상급전 공급 전류특성 74
표 3.8. 신청주전철변전소의 정상급전 공급부하 특성 75
표 3.9. 신청주전철변전소의 정상급전 차량 최저집전전압 특성 76
표 3.10. 평택전철변전소의 T상 연장급전 시뮬레이션 결과(1) 78
표 3.11. 평택전철변전소의 T상 연장급전 시뮬레이션 결과(2) 79
표 3.12. 평택전철변전소의 T상 연장급전 공급전압 특성 79
표 3.13. 평택전철변전소의 T상 연장급전 공급전류 특성 80
표 3.14. 평택전철변전소의 T상 연장급전 공급부하 특성 80
표 3.15. 평택전철변전소의 T상 연장급전 차량 최저 집전전압 특성 81
표 3.16. 연장급전시 전압강하기준 충족여부 82
표 3.17. 시간대별 최저전압과 열차대수 83
표 3.18. 시간대별 최저전압과 열차대수 84
표 4.1. 평택전철변전소와 용정급전구분소 전압강하 측정 결과 91
표 4.2. 신경주전철변전소와 용정급전구분소 전압강하 측정결과 95
표 4.3. 평택전철변전소와 용정급전구분소 부하 측정 결과 100
표 4.4. 시간대별 유효,무효최대시간 실측결과 102
표 5.1. 구성의 용도 및 주요사항 106
표 5.2. 무부하 연장급전 시 전압 보상시험 113
표 5.3. 주간 정상급전시 열차운행 조건하의 전압강하보상설비 투입전/후 성능시험(용정SP) 115
표 5.4. 주간 정상급전시 열차운행조건하의 전압강하보상설비 투입전/후 성능시험(평택SS) 117
그림 2.1. 흡상변압기의 급전방식 19
그림 2.2. 단권변압기의 급전방식 20
그림 2.3. 고속철도 병렬급전계통도 20
그림 2.4. 급전방식에 따른 전압강하 특성 21
그림 2.5. AT 급전방식 구성도 21
그림 2.6. 국외 급전 방식별 전압강하 특성 22
그림 2.7. 전압강하 등가회로 및 벡터도 23
그림 2.8. 유·무효전력과 전압강하의 특성 24
그림 2.9. 평택변전소 집전전압 28
그림 2.10. 평택변전소 주변압기 임피던스 변화에 따른 집전전압 28
그림 2.11. 평택변전소 주변압기 임피던스 변화에 따른 집전전압 상승 29
그림 2.12. 경부고속 평택S/S~신청주S/S간 급전계통약도 31
그림 2.13. 평택전철변전소 열차운영 DIAGRAM 32
그림 2.14. 상행선 1번 열차 제외 집전전압 33
그림 2.15. 상행선 2번 열차 제외 집전전압 33
그림 2.16. 상행선 3번 열차 제외 집전전압 34
그림 2.17. 하행선 1번 열차 제외 집전전압 34
그림 2.18. 하행선 2번 열차 제외 집전전압 35
그림 2.19. 하행선 3번 열차 제외 집전전압 35
그림 2.20. 급전거리에 따른 집전전압 변화 38
그림 2.21. 급전거리별 최저 집전전압 38
그림 2.22. 직렬 캐패시터의 구성 40
그림 2.23. BT 급전용 직렬 캐패시터 40
그림 2.24. 무효전력보상장치의 종류 42
그림 2.25. 대표적인 무효전력 보상장치의 종류 44
그림 2.26. 전력용 콘덴서 보상원리 44
그림 2.27. SVC에 의한 전압강하대책 46
그림 2.28. SVC에 의한 전압강하보상 예 46
그림 2.29. TCR(Thyristor Controlled Reactor) 보상 원리 46
그림 2.30. TSC(Thyristor Switching Capacitor) 보상 원리 47
그림 2.31. 자려식 SVG(Static Var Generator) 보상 원리 48
그림 2.32. 가변 리액터의 구조 51
그림 2.33. 가변 리액터의 등가회로 51
그림 2.34. FACTS 주요장비 52
그림 2.35. RPC 동작원리 53
그림 2.36. 회생용 인버터 시스템 54
그림 2.37. 회생용 인버터 장치 원리도 56
그림 2.38. 경부고속철도 용정SP ESS시스템 블럭도 58
그림 2.39. 용정 급전구분소 에너지 저장 시스템(ESS) 60
그림 2.40. 고속철도 울산 전철변전소 피크전력 저감장치 결선도 61
그림 3.1. 전기철도 급전 시뮬레이터 입력 데이터 63
그림 3.2. 전기철도 급전 시뮬레이터 출력 결과 63
그림 3.3. 전기철도 급전 시뮬레이터 홈 화면 64
그림 3.4. 전기철도 급전 시뮬레이터 드로잉 모듈 65
그림 3.5. 전기철도 급전 시뮬레이터 열차 스케줄 모듈 65
그림 3.6. 경부 고속철도 및 주변 급전계통 현황 66
그림 3.7. 정상급전 전압강하 측정 67
그림 3.8. 열차 운행 다이어그램과 최저 집전 전압 그래프 83
그림 3.9. 시간대별 최저 집전전압 83
그림 3.10. 열차 운행 다이어그램과 최저 집전 전압 그래프 84
그림 3.11. 시간대별 최저 집전전압 84
그림 4.1. 유효전력, 무효전력, 피상전력. 87
그림 4.2. 비선형 부하의 예 88
그림 4.3. 고조파로 인해 왜곡된 파형 88
그림 4.4. 유효전력 및 무효전력만을 고려한 역률 89
그림 4.5. 시간대별 전압강하 측정 89
그림 4.6. 경부고속철도 평택S/S~신청주S/S간 급전계통 90
그림 4.7. 측정용 전력분석기(Model DEWE-571) 90
그림 4.8. 평택전철변전소와 용정급전구분소의 T상 상행선 전압비교 91
그림 4.9. 평택전철변전소 T상 하행선 피상전력 및 전압특성 92
그림 4.10. 평택전철변전소 T상 상행선 피상전력 및 전압특성 92
그림 4.11. 평택전철변전소 T상 하행선 유효전력 및 전압특성 93
그림 4.12. 평택전철변전소 T상 상행선 유효전력 및 전압특성 93
그림 4.13. 평택전철변전소 T상 하행선 무효전력 및 전압특성 94
그림 4.14. 평택전철변전소 T상 상행선 무효전력 및 전압특성 94
그림 4.15. 신청주전철변전소와 용정급전구분소의 T상 하행선 전압 비교 95
그림 4.16. 신청주전철변전소와 용정급전구분소의 T상 상행선 전압비교 96
그림 4.17. 신청주전철변전소 T상 하행선 피상전력 및 전압 특성 97
그림 4.18. 신청주전철변전소 T상 상행선 피상전력 및 전압 특성 97
그림 4.19. 신청주전철변전소 T상 하행선 유효전력 및 전압 특성 98
그림 4.20. 신청주전철변전소 T상 상행선 유효전력 및 전압 특성 98
그림 4.21. 신청주전철변전소 T상 하행선 무효전력 및 전압 특성 99
그림 4.22. 신청주전철변전소 T상 상행선 무효전력 및 전압 특성 99
그림 4.23. 평택전철변전소 유효전력 비교 100
그림 4.24. 평택전철변전소 무효전력 비교 100
그림 4.25. 평택전철변전소 공급전압 비교 101
그림 4.26. 용정급전구분소 말단전압 비교 101
그림 5.1. 구분소 SVC투입으로 전압강하 보상 103
그림 5.2. SVC 회로 모델 103
그림 5.3. TSC 구성[원문불량;p.90] 104
그림 5.4. SVC-TSC 판넬 구성안[원문불량;p.91] 105
그림 5.5. 시스템 구성도[원문불량;p.92] 106
그림 5.6. TSC 시스템 107
그림 5.7. Thyristor Valve 및 제어기 구성 108
그림 5.8. Capacitor 투입 시 순서 109
그림 5.9. Capacitor 개방 시 순서 109
그림 5.10. SVC-TSC 무효전력 공급용량구성[원문불량;p.97] 111
그림 5.11. SVC-TSC 판넬 111
그림 5.12. 용정급전구분소 보상설비 설치 전경 및 시험 실시 112
그림 5.13. 성능검증시험 1 113
그림 5.14. 야간 연장급전 및 열차 미운행 조건하의 전압강하보상설비 운용 114
그림 5.15. 성능검증시험 2 115
그림 5.16. 투입 전/후 데이터 비교 116