KR102400156B1 - 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법 - Google Patents

다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 해결하고자 하는 과제는 통합접지 및 타선 흡상 현상으로 인한 비선형적 흡상 전류비 특성 조건에도 고장점 표정의 정확도를 향상시키는데 있다.
일례로, 전차선로 상에 지정된 다수의 제1 구간 구획점으로부터 전류데이터를 각각 수집하고, 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점에 의해 구분되는 다수의 선로구간 중 사고구간을 판정하는 사고구간 판정부; 및 상기 사고구간에 대한 전체 전류비를 계산하고, 상기 사고구간을 다수 개로 나눈 제2 구간 구획점에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 생성하고, 상기 지점 전류비 구간 중 상기 전체 전류비가 속한 지점 전류비 구간을 판정하고, 판정된 지점 전류비 구간에 대한 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하는 고장거리 계산부를 포함하는 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템을 개시한다.

Description

다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법{CORRECTION SYSTEM OF FAULT LOCATION AC RAILWAY USING MULTI-POINT SETUP AND LINEAR INTERPOLATION AND METHOD THEREOF}
본 발명의 실시예는 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
국내 교류전기철도 급전시스템에 운영 중인 고장점표정 기술은 리액턴스 방식과 흡상전류비 방식으로서 유럽과 일본에서 도입한 기술이다. 이 중 일반선에 전반적으로 설치 운영 중인 흡상전류비 방식은 이중절연 방식인 일본 철도기술에서 도입된 것으로 비절연방식의 매설접지선 및 공용접지된 국내 시스템과는 다르다. 또한 기본적으로 상/하선을 분리하여 운영하는 일본과 다르게 우리나라는 전압강하 개선을 위해 급전구분소에 상하선 타이 결선을 하여 운영하고 있다.
흡상전류비 방식은 변전소를 시점으로 사고 거리가 멀어질수록 흡상전류비가 비례적으로 증가하는 형태, 즉, 사고 거리와 흡상전류비의 선형적 특성을 전제로 한다. 하지만 실제 전차선로는 토공구간, 교량구간, 터널 구간이 혼합되어 있으며 각 구간마다 접지 구성이 다르다.
이러한 이유로 사고 거리와 흡상전류비가 비선형적으로 나타날 수 밖에 없다.
또한, 토공구간만으로 구성된 전차선로일지라도 매설접지, 공통접지로 인해 사고 거리에 따른 흡상전류비가 비선형적 특성을 가지며, 기존 흡상전류비 설정 방식은 단일 선형 보정상수, 즉 직선의 방정식을 적용하는 방식으로 고장점 표정오차가 발생할 수밖에 없다.
따라서, 접지 구성에 따른 흡상전류비에 대한 검토가 필요하며 고장점 표정시험 및 정정에 반영되어야 한다.
등록특허공보 제10-1009996호(등록일자: 2011년01월14일)
본 발명의 실시예는, 통합접지 및 타선 흡상 현상으로 인한 비선형적 흡상 전류비 특성 조건에도 고장점 표정의 정확도를 향상시키기 위한 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템은, 전차선로 상에 지정된 다수의 제1 구간 구획점으로부터 전류데이터를 각각 수집하고, 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점에 의해 구분되는 다수의 선로구간 중 사고구간을 판정하는 사고구간 판정부; 및 상기 사고구간에 대한 전체 전류비를 계산하고, 상기 사고구간을 다수 개로 나눈 제2 구간 구획점에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 생성하고, 상기 지점 전류비 구간 중 상기 전체 전류비가 속한 지점 전류비 구간을 판정하고, 판정된 지점 전류비 구간에 대한 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하는 고장거리 계산부를 포함한다.
또한, 상기 사고구간 판정부는 제1 사고구간 판정부를 포함하고, 상기 제1 사고구간 판정부는, 상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제1 전류데이터 수집부; 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점 중 서로 이웃하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 전류 값의 합을 서로 대소 비교하는 제1 전류 값 대소 비교부; 및 상기 제1 전류 값 대소 비교부를 통한 비교 결과, 상기 전류 값의 합이 가장 큰 두 개의 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 상기 사고구간으로 결정하는 제1 사고구간 결정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사고구간 판정부는 제2 사고구간 판정부를 포함하고, 상기 제2 사고구간 판정부는, 상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제2 전류데이터 수집부; 상기 제1 구간 구획점의 각 전류 값 중 최대 전류 값을 선정하는 최대 전류 값 선정부; 상기 제1 구간 구획점 각각에 대한 전류 값의 절반 값과, 상기 최대 전류 값 간을 대소 비교하는 제2 전류 값 대소 비교부; 및 상기 제2 전류 값 대소 비교부를 통한 비교 결과, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 크거나 같을 경우 해당 제1 구간 구획점과 다음 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하고, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 작을 경우 해당 제1 구간 구획점과 이전 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하는 제2 사고구간 결정부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고장거리 계산부는, 상기 사고구간을 정의하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 각각의 전류 값을 이용하여 상기 전체 전류비를 계산하는 사고구간 전체 전류비 계산부; 상기 제2 구간 구획점 각각에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 상기 지점 전류비 구간을 각각 생성하는 사고구간 지점 전류비 구간 생성부; 상기 사고구간의 상기 전체 전류비가 상기 지점 전류비 구간 중 어느 구간 범위에 속하는지를 판정하는 지점 전류비 구간 판정부; 및 상기 지점 전류비 구간 판정부를 통해 판정된 구간에 따라 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하여 출력하는 고장거리 출력부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사고구간 전체 전류비 계산부는 수식에 따라 상기 전체 전류비(Rm)를 계산하고, 사고구간 1일 경우,
Figure 112021014687137-pat00001
이고, 사고구간 n일 경우,
Figure 112021014687137-pat00002
이고, 상기 IM _AT은 첫 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, 상기 IS1_AT은 두 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, 상기 IS(n-1)_AT은 n번째 이전의 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, 상기 ISn _AT은 n번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값일 수 있다.
또한, 상기 고장거리 출력부는 하기의 수식에 따른 고장거리(lest)를 계산하고,
Figure 112021014687137-pat00003
인 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00004
이고,
Figure 112021014687137-pat00005
인 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00006
이되(
Figure 112021014687137-pat00007
),
Figure 112021014687137-pat00008
에 따른
Figure 112021014687137-pat00009
의 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00010
이고,
Figure 112021014687137-pat00011
인 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00012
이고, 상기 k와 n은 1 이상의 자연수이고, 상기 l1은 상기 사고구간 중 첫 번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, 상기 ln은 상기 사고구간 중 마지막 n번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, 상기 Rm은 상기 사고구간에 대한 상기 전체 전류비이고, 상기 Rn은 n번째 제2 구간 구획점에 대한 상기 지점 전류비일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법은, 사고구간 판정부가, 전차선로 상에 지정된 다수의 제1 구간 구획점으로부터 전류데이터를 각각 수집하고, 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점에 의해 구분되는 다수의 선로구간 중 사고구간을 판정하는 사고구간 판정 단계; 및 고장거리 계산부가, 상기 사고구간에 대한 전체 전류비를 계산하고, 상기 사고구간을 다수 개로 나눈 제2 구간 구획점에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 생성하고, 상기 지점 전류비 구간 중 상기 전체 전류비가 속한 지점 전류비 구간을 판정하고, 판정된 지점 전류비 구간에 대한 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하는 고장거리 계산 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사고구간 판정 단계는 제1 사고구간 판정 단계를 포함하고, 상기 제1 사고구간 판정 단계는, 제1 전류데이터 수집부가, 상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제1 전류데이터 수집 단계; 제1 전류 값 대소 비교부가, 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점 중 서로 이웃하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 전류 값의 합을 서로 대소 비교하는 제1 전류 값 대소 비교 단계; 및 제1 사고구간 결정부가, 상기 제1 전류 값 대소 비교 단계를 통한 비교 결과, 상기 전류 값의 합이 가장 큰 두 개의 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 상기 사고구간으로 결정하는 제1 사고구간 결정 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 사고구간 판정 단계는 제2 사고구간 판정 단계를 포함하고, 상기 제2 사고구간 판정 단계는, 제2 전류데이터 수집부가, 상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제2 전류데이터 수집 단계; 최대 전류 값 선정부가 상기 제1 구간 구획점의 각 전류 값 중 최대 전류 값을 선정하는 최대 전류 값 선정 단계; 제2 전류 값 대소 비교부가, 상기 제1 구간 구획점 각각에 대한 전류 값의 절반 값과, 상기 최대 전류 값 간을 대소 비교하는 제2 전류 값 대소 비교 단계; 및 제2 사고구간 결정부가, 상기 제2 전류 값 대소 비교 단계를 통한 비교 결과, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 크거나 같을 경우 해당 제1 구간 구획점과 다음 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하고, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 작을 경우 해당 제1 구간 구획점과 이전 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하는 제2 사고구간 결정 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고장거리 계산 단계는, 사고구간 전체 전류비 계산부가 상기 사고구간을 정의하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 각각의 전류 값을 이용하여 상기 전체 전류비를 계산하는 사고구간 전체 전류비 계산 단계; 사고구간 지점 전류비 구간 생성부가, 상기 제2 구간 구획점 각각에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 상기 지점 전류비 구간을 각각 생성하는 사고구간 지점 전류비 구간 생성 단계; 지점 전류비 구간 판정부가, 상기 사고구간의 상기 전체 전류비가 상기 지점 전류비 구간 중 어느 구간 범위에 속하는지를 판정하는 지점 전류비 구간 판정 단계; 및 고장거리 출력부가, 상기 지점 전류비 구간 판정 단계를 통해 판정된 구간에 따라 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하여 출력하는 고장거리 출력 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 전체 전류비 계산 단계는 수식에 따라 상기 전체 전류비(Rm)를 계산하고, 사고구간 1일 경우,
Figure 112021014687137-pat00013
이고, 사고구간 n일 경우,
Figure 112021014687137-pat00014
이고, 상기 IM _AT은 첫 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, 상기 IS1_AT은 두 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, 상기 IS(n-1)_AT은 n번째 이전의 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, 상기 ISn _AT은 n번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값일 수 있다.
또한, 상기 고장거리 출력 단계는 하기의 수식에 따른 고장거리(lest)를 계산하고,
Figure 112021014687137-pat00015
인 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00016
이고,
Figure 112021014687137-pat00017
인 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00018
이되(
Figure 112021014687137-pat00019
),
Figure 112021014687137-pat00020
에 따른
Figure 112021014687137-pat00021
의 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00022
이고,
Figure 112021014687137-pat00023
인 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00024
이고, 상기 k와 n은 1 이상의 자연수이고, 상기 l1은 상기 사고구간 중 첫 번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, 상기 ln은 상기 사고구간 중 마지막 n번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, 상기 Rm은 상기 사고구간에 대한 상기 전체 전류비이고, 상기 Rn은 n번째 제2 구간 구획점에 대한 상기 지점 전류비일 수 있다.
본 발명에 따르면, 통합접지 및 타선 흡상 현상으로 인한 비선형적 흡상 전류비 특성 조건에도 고장점 표정의 정확도를 향상시키기 위한 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간 판정부의 두 가지 방식의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장거리 계산부의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간 판정을 위한 시간동기방식의 전압-전류데이터 수집 구성을 설명하기 위해 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 사고구간 판정부에 따른 사고구간 판정 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 사고구간 판정부에 따른 사고구간 판정 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간에 대한 전체 전류비 계산 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간 각각에 대한 전체 전류비와 각 사고구간 내 설정된 다중 지점에 대한 전류비를 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 지점 전류비 구간 판정 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이다.
도 11은 종래 방식의 선형 보간에 따른 전류비를 나타낸 그래프(a)와 본 발명의 실시예의 다중 선형 보간에 따른 전류비를 나타낸 그래프(b)를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험데이터와 설정데이터에 대한 거리에 따른 전류비를 비교하기 위해 나타낸 그래프이다.
도 13 및 도 14는 본 실험예에 따른 다중 선형 보간을 이용한 흡상전류비를 나타낸 보정 그래프이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법의 전체 구성을 나타낸 흐름도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사고구간 판정 단계의 두 가지 방식의 구성을 나타낸 흐름도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고장거리 계산 단계의 구성을 나타낸 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나 이상의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템의 전체 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간 판정부의 두 가지 방식의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 고장거리 계산부의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간 판정을 위한 시간동기방식의 전압-전류데이터 수집 구성을 설명하기 위해 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 사고구간 판정부에 따른 사고구간 판정 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 사고구간 판정부에 따른 사고구간 판정 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간에 대한 전체 전류비 계산 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이고, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 사고구간 각각에 대하여 설정된 다중 지점의 전류비와 거리를 나타낸 그래프이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 지점 전류비 구간 판정 방식을 설명하기 위해 나타낸 흐름도이고, 도 11은 종래 방식의 선형 보간에 따른 전류비를 나타낸 그래프(a)와 본 발명의 실시예의 다중 선형 보간에 따른 전류비를 나타낸 그래프(b)를 나타낸 도면이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 시험데이터와 설정데이터에 대한 거리에 따른 전류비를 비교하기 위해 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템(1000)은 사고구간 판정부(100)와 고장거리 계산부(200) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 사고구간 판정부(100)는, 전차선로 상에 지정된 다수의 제1 구간 구획점으로부터 전류데이터를 각각 수집하고, 전류데이터(또는 전압-전류데이터)를 기초로 제1 구간 구획점에 의해 구분되는 다수의 선로구간 중 사고구간을 판정할 수 있다.
이를 위해 사고구간 판정부(100)는 제1 사고구간 판정부(110)와 제2 사고구간 판정부(120) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 제1 사고구간 판정부(110)와 제2 사고구간 판정부(120)은 사고구간 판정방식에 대한 차이가 있으며, 사고구간 판정의 정확도에 따라 택일적으로 동작하거나, 사고구간 판정 결과를 택일적으로 선택하여 사고구간을 판정할 수 있다.
상기 제1 사고구간 판정부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 전류데이터 수집부(111), 제1 전류 값 대소 비교부(112) 및 제1 사고구간 결정부(113) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전류데이터 수집부(111)는, 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 전류데이터를 각각 수신하여 수집할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 전차선로를 SS, SSP(적어도 하나 이상), SP의 제1 구간 구획점으로 설정하고, 설정된 제1 구간 구획점에 의해 구분 또는 정의되는 다수의 선로구간(Zone 1, Zone 2, Zone 3, Zone 4)이 형성될 수 있다. 이때, 전차선로에서 고장이 발생되면, 각각의 제1 구간 구획점에 설치된 마스터(Master) 및 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치 중 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치로부터 측정된 전압-전류데이터가 마스터(Master) 장치로 전송될 수 있다. 이때, 전압-전류데이터는 GPS 등을 이용하여 시간적으로 동기화될 수 있으며, 이에 따라 마스터(Master) 장치는 시간적으로 동기화된 전압-전류데이터를 수신하여 기록할 수 있으며, 이렇게 기록된 전압-전류데이터를 기반으로 사고구간의 판정 과정이 수행될 수 있다.
상기 제1 전류 값 대소 비교부(112)는, 전압-전류데이터를 기초로 제1 구간 구획점 중 서로 이웃하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 전류 값의 합을 서로 대소 비교할 수 있다.
예를 들어, 제1 전류 값 대소 비교부(112)는 도 6에 도시된 바와 같이 마스터(Master) 장치로부터 획득된 마스터(Master) 및 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치의 양단 전류의 합('IM_AT+IS1_AT', 'IS1_AT+ IS2_ AT', , ... , 'ISn -1_AT+ ISn _AT')을 서로 대소 비교할 수 있다. 여기서, n은 슬레이브(Slave) 장치의 번호이다.
상기 제1 사고구간 결정부(113)는, 제1 전류 값 대소 비교부(112)를 통한 비교 결과, 전류 값의 합이 가장 큰 두 개의 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 전류의 합인 'IM _AT+IS1_AT', 'IS1_AT+ IS2_ AT', , ... , 'ISn -1_AT+ ISn_AT' 중 'IM _AT+IS1_AT'이 가장 큰 경우 선로구간 1(Zone 1)이 사고구간으로 결정될 수 있고, 전류의 합인 'ISn-2_AT+ ISn -1_AT'이 가장 큰 경우 선로구간 2(Zone n-1)이 사고구간으로 결정될 수 있고, 전류의 합인 'ISn -1_AT+ ISn_AT'이 가장 큰 경우 선로구간 n(Zone n)이 사고구간으로 결정될 수 있다.
상기 제2 사고구간 판정부(120)는 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 전류데이터 수집부(121), 최대 전류 값 선정부(122), 제2 전류 값 대소 비교부(123) 및 제2 사고구간 결정부(124) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전류데이터 수집부(121)는, 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 전압-전류데이터를 각각 수신하여 수집할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 전차선로를 SS, SSP(적어도 하나 이상), SP의 제1 구간 구획점으로 설정하고, 설정된 제1 구간 구획점에 의해 구분 또는 정의되는 다수의 선로구간(Zone 1, Zone 2, Zone 3, Zone 4)이 형성될 수 있다. 이때, 전차선로에서 고장이 발생되면, 각각의 제1 구간 구획점에 설치된 마스터(Master) 및 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치 중 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치로부터 측정된 전압-전류데이터가 마스터(Master) 장치로 전송될 수 있다. 이때, 전압-전류데이터는 GPS 등을 이용하여 시간적으로 동기화될 수 있으며, 이에 따라 마스터(Master) 장치는 시간적으로 동기화된 전압-전류데이터를 수신하여 기록할 수 있으며, 이렇게 기록된 전압-전류데이터를 기반으로 사고구간의 판정 과정이 수행될 수 있다.
상기 최대 전류 값 선정부(122)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 구간 구획점의 각 전류 값 'IM _AT, IS1_AT, IS2_AT, ... , ISn_AT' 중 최대 전류 값을 선정할 수 있다.
상기 제2 전류 값 대소 비교부(123)는, 제1 구간 구획점 각각에 대한 전류 값의 절반 값과, 최대 전류 값 간을 대소 비교할 수 있다.
상기 제2 사고구간 결정부(124)는, 제2 전류 값 대소 비교부(123)를 통한 비교 결과, 마스터(Master) 장치에서 측정된 전류 값 'IM _AT'을 제외한 최대 전류 값이 되는 경우를 제외한 다른 전류 값들이 최대 전류 값이 되는 경우, 해당 최대 전류 값이 절반 값보다 크거나 같을 경우 해당 제1 구간 구획점과 다음 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하고, 최대 전류 값이 절반 값보다 작을 경우 해당 제1 구간 구획점과 이전 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 구간 구획점에서의 각 전류 값 'IM _AT, IS1_AT, IS2_ AT, ... , ISn _AT' 중에 마스터(Master) 장치에서 측정된 전류 값 'IM _AT'이 가장 큰 경우, 마스터(Master) 장치의 지점인 제1 구간 구획점과 그 다음 제1 구간 구획점이 정의하는 선로구간 1(Zone 1)이 사고구간으로 결정될 수 있다.
또한, 마스터(Master) 장치의 지점을 제외한 제1 구간 구획점 'ISn _AT'이 가장 큰 전류 값에 해당되는 경우(이때, 해당 최대 전류 값은 'ISn _ TF'로 구분함), 최대 전류 값 'ISn _ TF'이 다른 제1 구간 구획점에 대한 각 전류 값의 절반 값 'ISn _AT*K(K는 0 내지 1의 실수 값, 다만 0.5가 바람직함)' 보다 크거나 같을 경우, 해당 슬레이브(Slave n) 장치의 제1 구간 구획점과 그 다음 제1 구간 구획점이 이루는 선로구간 n+1(Zone n+1)을 사고구간으로 결정할 수 있으며, 최대 전류 값 'ISn _ TF'이 다른 제1 구간 구획점에 대한 각 전류 값의 절반 값 'ISn _AT*K(K는 0 내지 1의 실수 값)' 보다 작을 경우, 최대 전류 값 'ISn _ TF'이 측정된 슬레이브(Slave n) 장치에 해당하는 제1 구간 구획점과 그 이전의 제1 구간 구획점이 이루는 선로구간 n(Zone n)을 사고구간으로 결정할 수 있다.
상술한 사고구간 판정 방식은 두 가지로 분류될 수 있으며, 타선 흡상 등의 영향으로 인하여 사고구간 판정이 정확하지 않은 경우가 발생(SSP 근단에서 사고가 발생하는 경우 사고가 아닌 구간의 전류 합이 최대로 나오는 경우가 있음), SSP 근단에서 사고가 발생하더라도 제2 사고구간 판정부(120)를 사용하여 사고구간을 좀 더 정확히 판정할 수 있도록 한다.
상기 고장거리 계산부(200)는, 사고구간에 대한 전체 전류비를 계산하고, 사고구간을 다수 개로 나눈 제2 구간 구획점에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 생성하고, 지점 전류비 구간 중 전체 전류비가 속한 지점 전류비 구간을 판정하고, 판정된 지점 전류비 구간에 대한 거리 및 지점 전류비와, 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산할 수 있다.
이를 위해 고장거리 계산부(200)는 도 4에 도시된 바와 같이, 사고구간 전체 전류비 계산부(210), 사고구간 지점 전류비 계산부(220), 지점 전류비 구간 판정부(230) 및 고장거리 출력부(240) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 사고구간 전체 전류비 계산부(210)는, 사고구간을 정의하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 각각의 전류 값을 이용하여 전체 전류비를 계산할 수 있다. 즉, 도 5를 예로 들어, 사고구간이 Zone 2인 경우 Slave 1과 Slave 2 각각에서 측정된 전류 값을 이용하여 해당 사고구간에 대한 전체 전류비를 구할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 사고구간 전체 전류비 계산부(210)는 수식 1에 따라 전체 전류비(Rm)를 계산할 수 있다.
[수식 1]
Figure 112021014687137-pat00025
, (사고구간 1(Zone 1)인 경우)
Figure 112021014687137-pat00026
, (사고구간 n(Zone n)인 경우)
상기 수식 1에서 IM _AT은 첫 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, IS1_AT은 두 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, IS(n-1)_AT은 n번째 이전의 제1 구간 구획점에서의 전류 값이며, ISn _AT은 n번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값일 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 사고구간이 상선인지 또는 하선인지에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 전체 전류비를 계산할 수 있으며, 하기의 수식 2와 같이 정리할 있다.
[수식 2]
1) 사고구간이 상선(UP)에 해당되는 경우
Figure 112021014687137-pat00027
2) 사고구간이 하선(DW)에 해당되는 경우
Figure 112021014687137-pat00028
상기 사고구간 지점 전류비 계산부(220)는, 제2 구간 구획점 각각에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 각각 생성할 수 있다.
본 실시예에 따른 제2 구간 구획점은 사고구간 내에 일정 간격 또는 서로 다른 간격, 또는 일부만 서로 다른 간격으로 적어도 두 개의 서브선로구간이 형성되도록 적어도 하나의 제2 구간 구획점을 설정할 수 있으며, 바람직하게는 5개의 서브선로구간이 형성되도록 다섯 개의 제2 구간 구획점을 설정할 수도 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라 다양하게 변경 가능하다. 이와 관련된 일례로, 도 9에 도시된 바와 같이 Zone 1(선로구간 1)이 사고구간으로 판정될 경우, 해당 사고구간(Zone 1)에 5개의 제2 구간 구획점을 설정할 수 있으며, 상술한 수식 1 및 2와 같은 방식으로 각 제2 구간 구획점에 의해 설정된 다중 지점에 대한 전류비(R11, R21, R31, R41, R51)를 각각 계산할 수 있으며, 이때, 설정되는 다중 지점간의 거리는 일정한 간격, 일부만 서로 다른 간격 또는 모두 다른 간격으로 설정하여도 무방하다. 그리고, 다중 지점의 각각에 대한 거리 값(l11, l21, l31, l41, l51)은 제2 구간 구획점의 설정에 따라 알고 있는 변수에 해당된다. 또한, 마지막 Zone n(선로구간 n)이 사고구간으로 판정될 경우, 해당 사고구간(Zone n)에 6개의 제2 구간 구획점을 설정할 수 있으며, 상술한 수식 1 및 2와 같은 방식으로 각 제2 구간 구획점에 의해 설정된 다중 지점에 대한 전류비(R1n, R 2n, R 3n, R 4n, R 5n, R 6n)를 각각 계산할 수 있으며, 이때, 설정되는 다중 지점간의 거리는 일정한 간격, 일부만 서로 다른 간격 또는 모두 다른 간격으로 설정하여도 무방하다. 물론, 다중 지점의 각각에 대한 거리 값(l1n, l2n, l3n, l4n, l5n, l6n)은 제2 구간 구획점의 설정에 따라 알고 있는 변수에 해당된다.
상기 지점 전류비 구간 판정부(230)는, 사고구간의 전체 전류비(Rm)가 지점 전류비 구간 중 어느 구간 범위에 속하는지를 판정할 수 있다.
예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 전체 전류비 Rm이 해당 사고구간 내 어느 지점 전류비 구간 범위에 속하는지를 확인할 수 있으며, 이는 각 선로구간 마다 계산할 수 있다. 예를 들어, 특정 사고 구간 내에 지점 전류비 R1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6가 계산되어 있는 경우, 전체 전류비 Rm가 'Rm<R1?'의 구간 범위에 속하는지, 'R1<Rm<R2?'의 구간 범위에 속하는지, 'R5<Rm<R6?'의 구간 범위에 속하는지, 'Rm>R6?'의 끝부분에 해당되는지를 판정할 수 있다.
상기 고장거리 출력부(240)는, 지점 전류비 구간 판정부(230)를 통해 판정된 구간에 따라 거리 및 지점 전류비와, 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하여 출력할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 고장거리 출력부(240)는 하기의 수식 3에 따른 고장거리(lest)를 계산할 수 있다.
[수식 3]
Figure 112021014687137-pat00029
이면,
Figure 112021014687137-pat00030
,
Figure 112021014687137-pat00031
이면,
Figure 112021014687137-pat00032
,
(여기서,
Figure 112021014687137-pat00033
)
Figure 112021014687137-pat00034
에 따른
Figure 112021014687137-pat00035
의 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00036
이고,
Figure 112021014687137-pat00037
이면,
Figure 112021014687137-pat00038
상기 수식 3에서 k와 n은 1 이상의 자연수이고, l1은 사고구간 중 첫 번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, ln은 상기 사고구간 중 마지막 n번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, Rm은 사고구간에 대한 전체 전류비이고, Rn은 n번째 제2 구간 구획점에 대한 지점 전류비일 수 있다.
도 11의 (a)는 종래의 고장점 표정 방식에서 거리에 따른 흡상 전류비가 선형적이라는 전제하에 도시된 거리-전류비에 대한 그래프이며, 도 11의 (b)는 본 실시예에 따른 다중 선형 보간 보정 기법에 따라 사고구간을 일정 간격 또는 서로 다르거나 일부가 다른 간격을 갖도록 다수의 서브사고구간으로 나누어 나타낸 거리-전류비 그래프이다. 도 11의 (b)를 참조하면, 각 구간에 대해서 0~1까지 상승하는 추세의 그래프를 가지며, 각 구간에서 설정 포인트를 최소 2개 이상 갖고, 설정포인트의 간격은 등 간격이거나 아닐 수도 있다. 계산량과 오차율을 고려하면 1개의 Zone에 최대 6개로 나누어진 세부 구간으로 나누어 보정하는 것이 가장 바람직하며, 또한 2개의 포인트 사이는 직선일 수도 곡선으로 지정할 수도 있다.
도 12는 차량을 이용한 보정계수 시험데이터의 경우, 비 등간격 정보를 가지므로, 1~3km 정도의 정보를 세부구간으로 나누어 보정을 수행한 결과로 시험데이터와 설정데이터의 결과가 거의 일치함을 확인할 수 있다.
도 13 및 도 14는 본 실험예에 따른 다중 선형 보간을 이용한 흡상전류비를 나타낸 보정 그래프이다.
도 13의 (a)는 E 보정, (b)는 F 보정, (c)는 G 보정에 대한 거리-전류비 그래프이며, E 보정은 각 구간의 0.1(10.1)km, 5(15)km, 9.9(19.9)km 지점을 기준으로 2개 직선 선형 보간 보정을 수행한 것이고, F 보정은 각 구간의 0.1(10.1)km, 3(13)km, 7(17)km, 9.9(19.9)km 지점을 기준으로 2개 직선 선형 보간 보정을 수행한 것이며, G 보정은 각 구간의 0.1(10.1)km, 2(12)km, 4(14)km, 6(16)km, 8(18)km, 9.9(19.9)km 지점을 기준으로 2개 직선 선형 보간 보정을 수행한 것이다.
통합접지 구성의 흡상전류비와 각 보정에 따른 흡상전류비를 한 그래프에 표현하여 도 14에 도시하였다. 도 14에 도시된 바와 같이 직선이 많아질수록 비선형적 특성을 더욱 근접하게 추종하며 표정 오차는 감소하게 된다.
표정오차를 상세히 분석하기 위하여 하기의 표 1에 각 보정에 다른 표정위치와 표정 오차를 제시하였다.
Figure 112021014687137-pat00039
<표 1>
E 보정의 경우 최대 표정오차가 770m이며 평균오차는 370m로 나타났으며, F 보정의 경우 최대오차 310m 평균오차 109m로 나타났다. 최대 표정오차가 공단표준규격의 200m(10km 기준 2%)를 초과하는 것을 알 수 있다. 5개의 선형 보간 보정(G 보정)의 경우 최대오차 180m, 평균오차 47m로 전반적으로 오차를 감소시키고 공단표준규격의 제한값도 초과하지 않는다.
본 실시예는 기존 운영 중인 고장점 표정기술 중 흡상전류비 방식의 표정오차를 감소시키기 위한 것으로, 현재까지 철도전력 엔지니어들이 보편적으로 인정하고 있던 "거리에 따른 흡상전류비는 선형적이다"라는 주장에 "과연 그럴까?"라는 문제제기로부터 시작하였다. 흡상전류비 방식을 설명하기 위한 가장 간단한 급전계통회로부터 실제 운영되고 있는 복선 및 통합접지방식의 전차선로 회로를 모델링하고 1km 간격으로 전차선 지락 고장 시뮬레이션을 하여 거리에 따른 흡상전류비의 특성을 분석하였다.
이를 통해 흡상전류비의 비선형성을 증명하고, 기존 보정 방식으로 표정오차를 최소화할 수 있는 보정 지점에 대해 도출하였다. 그러나, 기존 보정 방식인 단일 선형보간 보정기법으로는 표정오차를 공단표준규격의 제한값 미만으로 감소시키는 데에는 기술적인 한계(최대 표정오차를 5.2%)가 있음을 확인할 수 있었다. 이를 해결하기 위해 다중 선형보간 보정기법을 제시하고 2개, 3개, 5개 직선으로 선형보간 보정한 사례를 기반으로 표정위치 및 표정오차를 분석하였다. 그 결과 5개 직선 선형보간 보정을 통해 전 구간의 표정오차를 2%미만으로 감소시킬 수 있는 것을 확인하였다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법의 전체 구성을 나타낸 흐름도이고, 도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사고구간 판정 단계의 두 가지 방식의 구성을 나타낸 흐름도이며, 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고장거리 계산 단계의 구성을 나타낸 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법(S1000)은 사고구간 판정 단계(S100)와 고장거리 계산 단계(S200) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 사고구간 판정 단계(S100)는, 전차선로 상에 지정된 다수의 제1 구간 구획점으로부터 전류데이터를 각각 수집하고, 전류데이터(또는 전압-전류데이터)를 기초로 제1 구간 구획점에 의해 구분되는 다수의 선로구간 중 사고구간을 판정할 수 있다.
이를 위해 사고구간 판정 단계(S100)는 제1 사고구간 판정 단계(S110)와 제2 사고구간 판정 단계(S120) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 제1 사고구간 판정 단계(S110)와 제2 사고구간 판정 단계(S120)은 사고구간 판정방식에 대한 차이가 있으며, 사고구간 판정의 정확도에 따라 택일적으로 동작하거나, 사고구간 판정 결과를 택일적으로 선택하여 사고구간을 판정할 수 있다.
상기 제1 사고구간 판정 단계(S110)는 도 16에 도시된 바와 같이 제1 전류데이터 수집 단계(S111), 제1 전류 값 대소 비교 단계(S112) 및 제1 사고구간 결정 단계(S113) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 전류데이터 수집 단계(S111)는, 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 전류데이터를 각각 수신하여 수집할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 전차선로를 SS, SSP(적어도 하나 이상), SP의 제1 구간 구획점으로 설정하고, 설정된 제1 구간 구획점에 의해 구분 또는 정의되는 다수의 선로구간(Zone 1, Zone 2, Zone 3, Zone 4)이 형성될 수 있다. 이때, 전차선로에서 고장이 발생되면, 각각의 제1 구간 구획점에 설치된 마스터(Master) 및 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치 중 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치로부터 측정된 전압-전류데이터가 마스터(Master) 장치로 전송될 수 있다. 이때, 전압-전류데이터는 GPS 등을 이용하여 시간적으로 동기화될 수 있으며, 이에 따라 마스터(Master) 장치는 시간적으로 동기화된 전압-전류데이터를 수신하여 기록할 수 있으며, 이렇게 기록된 전압-전류데이터를 기반으로 사고구간의 판정 과정이 수행될 수 있다.
상기 제1 전류 값 대소 비교 단계(S112)는, 전압-전류데이터를 기초로 제1 구간 구획점 중 서로 이웃하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 전류 값의 합을 서로 대소 비교할 수 있다.
예를 들어, 제1 전류 값 대소 비교 단계(S112)는 도 6에 도시된 바와 같이 마스터(Master) 장치로부터 획득된 마스터(Master) 및 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치의 양단 전류의 합('IM_AT+IS1_AT', 'IS1_AT+ IS2_ AT', , ... , 'ISn -1_AT+ ISn _AT')을 서로 대소 비교할 수 있다. 여기서, n은 슬레이브(Slave) 장치의 번호이다.
상기 제1 사고구간 결정 단계(S113)는, 제1 전류 값 대소 비교 단계(S112)를 통한 비교 결과, 전류 값의 합이 가장 큰 두 개의 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 전류의 합인 'IM _AT+IS1_AT', 'IS1_AT+ IS2_ AT', , ... , 'ISn -1_AT+ ISn_AT' 중 'IM _AT+IS1_AT'이 가장 큰 경우 선로구간 1(Zone 1)이 사고구간으로 결정될 수 있고, 전류의 합인 'ISn-2_AT+ ISn -1_AT'이 가장 큰 경우 선로구간 2(Zone n-1)이 사고구간으로 결정될 수 있고, 전류의 합인 'ISn -1_AT+ ISn_AT'이 가장 큰 경우 선로구간 n(Zone n)이 사고구간으로 결정될 수 있다.
상기 제2 사고구간 판정 단계(S120)는 도 17에 도시된 바와 같이, 제2 전류데이터 수집 단계(S121), 최대 전류 값 선정 단계(S122), 제2 전류 값 대소 비교 단계(S123) 및 제2 사고구간 결정 단계(S124) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 전류데이터 수집 단계(S121)는, 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 전압-전류데이터를 각각 수신하여 수집할 수 있다.
예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이 전차선로를 SS, SSP(적어도 하나 이상), SP의 제1 구간 구획점으로 설정하고, 설정된 제1 구간 구획점에 의해 구분 또는 정의되는 다수의 선로구간(Zone 1, Zone 2, Zone 3, Zone 4)이 형성될 수 있다. 이때, 전차선로에서 고장이 발생되면, 각각의 제1 구간 구획점에 설치된 마스터(Master) 및 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치 중 슬레이브(Slave 1, Slave 2, Slave 3, Slave 4) 장치로부터 측정된 전압-전류데이터가 마스터(Master) 장치로 전송될 수 있다. 이때, 전압-전류데이터는 GPS 등을 이용하여 시간적으로 동기화될 수 있으며, 이에 따라 마스터(Master) 장치는 시간적으로 동기화된 전압-전류데이터를 수신하여 기록할 수 있으며, 이렇게 기록된 전압-전류데이터를 기반으로 사고구간의 판정 과정이 수행될 수 있다.
상기 최대 전류 값 선정 단계(S122)는 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 구간 구획점의 각 전류 값 'IM_AT, IS1_AT, IS2_AT, ... , ISn_AT' 중 최대 전류 값을 선정할 수 있다.
상기 제2 전류 값 대소 비교 단계(S123)는, 제1 구간 구획점 각각에 대한 전류 값의 절반 값과, 최대 전류 값 간을 대소 비교할 수 있다.
상기 제2 사고구간 결정 단계(S124)는, 제2 전류 값 대소 비교 단계(S123)를 통한 비교 결과, 마스터(Master) 장치에서 측정된 전류 값 'IM _AT'을 제외한 최대 전류 값이 되는 경우를 제외한 다른 전류 값들이 최대 전류 값이 되는 경우, 해당 최대 전류 값이 절반 값보다 크거나 같을 경우 해당 제1 구간 구획점과 다음 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하고, 최대 전류 값이 절반 값보다 작을 경우 해당 제1 구간 구획점과 이전 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 구간 구획점에서의 각 전류 값 'IM _AT, IS1_AT, IS2_ AT, ... , ISn _AT' 중에 마스터(Master) 장치에서 측정된 전류 값 'IM _AT'이 가장 큰 경우, 마스터(Master) 장치의 지점인 제1 구간 구획점과 그 다음 제1 구간 구획점이 정의하는 선로구간 1(Zone 1)이 사고구간으로 결정될 수 있다.
또한, 마스터(Master) 장치의 지점을 제외한 제1 구간 구획점 'ISn _AT'이 가장 큰 전류 값에 해당되는 경우(이때, 해당 최대 전류 값은 'ISn _ TF'로 구분함), 최대 전류 값 'ISn _ TF'이 다른 제1 구간 구획점에 대한 각 전류 값의 절반 값 'ISn _AT*K(K는 0 내지 1의 실수 값)' 보다 크거나 같을 경우, 해당 슬레이브(Slave n) 장치의 제1 구간 구획점과 그 다음 제1 구간 구획점이 이루는 선로구간 n+1(Zone n+1)을 사고구간으로 결정할 수 있으며, 최대 전류 값 'ISn _ TF'이 다른 제1 구간 구획점에 대한 각 전류 값의 절반 값 'ISn_AT*K(K는 0 내지 1의 실수 값)' 보다 작을 경우, 최대 전류 값 'ISn _ TF'이 측정된 슬레이브(Slave n) 장치에 해당하는 제1 구간 구획점과 그 이전의 제1 구간 구획점이 이루는 선로구간 n(Zone n)을 사고구간으로 결정할 수 있다.
상술한 사고구간 판정 방식은 두 가지로 분류될 수 있으며, 타선 흡상 등의 영향으로 인하여 사고구간 판정이 정확하지 않은 경우가 발생(SSP 근단에서 사고가 발생하는 경우 사고가 아닌 구간의 전류 합이 최대로 나오는 경우가 있음), SSP 근단에서 사고가 발생하더라도 제2 사고구간 판정 단계(S120)를 사용하여 사고구간을 좀 더 정확히 판정할 수 있도록 한다.
상기 고장거리 계산 단계(S200)는, 사고구간에 대한 전체 전류비를 계산하고, 사고구간을 다수 개로 나눈 제2 구간 구획점에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 생성하고, 지점 전류비 구간 중 전체 전류비가 속한 지점 전류비 구간을 판정하고, 판정된 지점 전류비 구간에 대한 거리 및 지점 전류비와, 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산할 수 있다.
이를 위해 고장거리 계산 단계(S200)는 도 18에 도시된 바와 같이, 사고구간 전체 전류비 계산 단계(S210), 사고구간 지점 전류비 계산 단계(S220), 지점 전류비 구간 판정 단계(S230) 및 고장거리 출력 단계(S240) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 사고구간 전체 전류비 계산 단계(S210)는, 사고구간을 정의하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 각각의 전류 값을 이용하여 전체 전류비를 계산할 수 있다. 즉, 도 5를 예로 들어, 사고구간이 Zone 2인 경우 Slave 1과 Slave 2 각각에서 측정된 전류 값을 이용하여 해당 사고구간에 대한 전체 전류비를 구할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 사고구간 전체 전류비 계산 단계(S210)는 수식 4에 따라 전체 전류비(Rm)를 계산할 수 있다.
[수식 4]
Figure 112021014687137-pat00040
, (사고구간 1(Zone 1)인 경우)
Figure 112021014687137-pat00041
, (사고구간 n(Zone n)인 경우)
상기 수식 4에서 IM _AT은 첫 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, IS1_AT은 두 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고, IS(n-1)_AT은 n번째 이전의 제1 구간 구획점에서의 전류 값이며, ISn _AT은 n번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값일 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 사고구간이 상선인지 또는 하선인지에 따라 도 8에 도시된 바와 같이 전체 전류비를 계산할 수 있으며, 하기의 수식 2와 같이 정리할 있다.
[수식 5]
1) 사고구간이 상선(UP)에 해당되는 경우
Figure 112021014687137-pat00042
2) 사고구간이 하선(DW)에 해당되는 경우
Figure 112021014687137-pat00043
상기 사고구간 지점 전류비 계산 단계(S220)는, 제2 구간 구획점 각각에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 각각 생성할 수 있다.
본 실시예에 따른 제2 구간 구획점은 사고구간 내에 일정 간격 또는 서로 다른 간격, 또는 일부만 서로 다른 간격으로 적어도 두 개의 서브선로구간이 형성되도록 적어도 하나의 제2 구간 구획점을 설정할 수 있으며, 바람직하게는 5개의 서브선로구간이 형성되도록 다섯 개의 제2 구간 구획점을 설정할 수도 있으나, 이에 한정되는 것이 아니라 다양하게 변경 가능하다. 이와 관련된 일례로, 도 9에 도시된 바와 같이 Zone 1(선로구간 1)이 사고구간으로 판정될 경우, 해당 사고구간(Zone 1)에 5개의 제2 구간 구획점을 설정할 수 있으며, 상술한 수식 1 및 2와 같은 방식으로 각 제2 구간 구획점에 의해 설정된 다중 지점에 대한 전류비(R11, R21, R31, R41, R51)를 각각 계산할 수 있으며, 이때, 설정되는 다중 지점간의 거리는 일정한 간격, 일부만 서로 다른 간격 또는 모두 다른 간격으로 설정하여도 무방하다. 그리고, 다중 지점의 각각에 대한 거리 값(l11, l21, l31, l41, l51)은 제2 구간 구획점의 설정에 따라 알고 있는 변수에 해당된다. 또한, 마지막 Zone n(선로구간 n)이 사고구간으로 판정될 경우, 해당 사고구간(Zone n)에 6개의 제2 구간 구획점을 설정할 수 있으며, 상술한 수식 1 및 2와 같은 방식으로 각 제2 구간 구획점에 의해 설정된 다중 지점에 대한 전류비(R1n, R 2n, R 3n, R 4n, R 5n, R 6n)를 각각 계산할 수 있으며, 이때, 설정되는 다중 지점간의 거리는 일정한 간격, 일부만 서로 다른 간격 또는 모두 다른 간격으로 설정하여도 무방하다. 물론, 다중 지점의 각각에 대한 거리 값(l1n, l2n, l3n, l4n, l5n, l6n)은 제2 구간 구획점의 설정에 따라 알고 있는 변수에 해당된다.
상기 지점 전류비 구간 판정 단계(S230)는, 사고구간의 전체 전류비(Rm)가 지점 전류비 구간 중 어느 구간 범위에 속하는지를 판정할 수 있다.
예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이 전체 전류비 Rm이 해당 사고구간 내 어느 지점 전류비 구간 범위에 속하는지를 확인할 수 있으며, 이는 각 선로구간 마다 계산할 수 있다. 예를 들어, 특정 사고 구간 내에 지점 전류비 R1, R 2, R 3, R 4, R 5, R 6가 계산되어 있는 경우, 전체 전류비 Rm가 'Rm<R1?'의 구간 범위에 속하는지, 'R1<Rm<R2?'의 구간 범위에 속하는지, 'R5<Rm<R6?'의 구간 범위에 속하는지, 'Rm>R6?'의 끝부분에 해당되는지를 판정할 수 있다.
상기 고장거리 출력 단계(S240)는, 지점 전류비 구간 판정 단계(S230)를 통해 판정된 구간에 따라 거리 및 지점 전류비와, 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하여 출력할 수 있다.
좀 더 구체적으로, 고장거리 출력 단계(S240)는 하기의 수식 6에 따른 고장거리(lest)를 계산할 수 있다.
[수식 6]
Figure 112021014687137-pat00044
이면,
Figure 112021014687137-pat00045
,
Figure 112021014687137-pat00046
이면,
Figure 112021014687137-pat00047
,
(여기서,
Figure 112021014687137-pat00048
)
Figure 112021014687137-pat00049
에 따른
Figure 112021014687137-pat00050
의 구간인 경우,
Figure 112021014687137-pat00051
이고,
Figure 112021014687137-pat00052
이면,
Figure 112021014687137-pat00053
상기 수식 6에서 k와 n은 1 이상의 자연수이고, l1은 사고구간 중 첫 번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, ln은 상기 사고구간 중 마지막 n번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고, Rm은 사고구간에 대한 전체 전류비이고, Rn은 n번째 제2 구간 구획점에 대한 지점 전류비일 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
1000: 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템
100: 사고구간 판정부
110: 제1 사고구간 판정부
111: 제1 전류데이터 수집부
112: 제1 전류 값 대소 비교부
113: 제1 사고구간 결정부
120: 제2 사고구간 판정부
121: 제2 전류데이터 수집부
122: 최대 전류 값 선정부
123: 제2 전류 값 대소 비교부
124: 제2 사고구간 결정부
200: 고장거리 계산부
210: 사고구간 전체 전류비 계산부
220: 사고구간 지점 전류비 계산부
230: 지점 전류비 구간 판정부
240: 고장거리 출력부
S1000: 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법
S100: 사고구간 판정 단계
S110: 제1 사고구간 판정 단계
S111: 제1 전류데이터 수집 단계
S112: 제1 전류 값 대소 비교 단계
S113: 제1 사고구간 결정 단계
S120: 제2 사고구간 판정 단계
S121: 제2 전류데이터 수집 단계
S122: 최대 전류 값 선정 단계
S123: 제2 전류 값 대소 비교 단계
S124: 제2 사고구간 결정 단계
S200: 고장거리 계산 단계
S210: 사고구간 전체 전류비 계산 단계
S220: 사고구간 지점 전류비 계산 단계
S230: 지점 전류비 구간 판정 단계
S240: 고장거리 출력 단계

Claims (12)

  1. 전차선로 상에 지정된 다수의 제1 구간 구획점으로부터 전류데이터를 각각 수집하고, 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점에 의해 구분되는 다수의 선로구간 중 사고구간을 판정하는 사고구간 판정부; 및
    상기 사고구간에 대한 전체 전류비를 계산하고, 상기 사고구간을 다수 개로 나눈 제2 구간 구획점에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 생성하고, 상기 지점 전류비 구간 중 상기 전체 전류비가 속한 지점 전류비 구간을 판정하고, 판정된 지점 전류비 구간에 대한 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하는 고장거리 계산부를 포함하고,
    상기 고장거리 계산부는,
    상기 사고구간을 정의하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 각각의 전류 값을 이용하여 상기 전체 전류비를 계산하는 사고구간 전체 전류비 계산부;
    상기 제2 구간 구획점 각각에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 상기 지점 전류비 구간을 각각 생성하는 사고구간 지점 전류비 구간 생성부;
    상기 사고구간의 상기 전체 전류비가 상기 지점 전류비 구간 중 어느 구간 범위에 속하는지를 판정하는 지점 전류비 구간 판정부; 및
    상기 지점 전류비 구간 판정부를 통해 판정된 구간에 따라 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하여 출력하는 고장거리 출력부를 포함하고,
    상기 고장거리 출력부는 하기의 수식에 따른 고장거리(lest)를 계산하고,
    Figure 112022032284951-pat00096
    인 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00097
    이고,
    Figure 112022032284951-pat00098
    인 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00099
    이되(
    Figure 112022032284951-pat00100
    ),
    Figure 112022032284951-pat00101
    에 따른
    Figure 112022032284951-pat00102
    의 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00103
    이고,
    Figure 112022032284951-pat00104
    인 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00105
    이고,
    상기 k와 n은 1 이상의 자연수이고,
    상기 l1은 상기 사고구간 중 첫 번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고,
    상기 ln은 상기 사고구간 중 마지막 n번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고,
    상기 Rm은 상기 사고구간에 대한 상기 전체 전류비이고,
    상기 Rn은 n번째 제2 구간 구획점에 대한 상기 지점 전류비인 것을 특징으로 하는 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 사고구간 판정부는 제1 사고구간 판정부를 포함하고,
    상기 제1 사고구간 판정부는,
    상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제1 전류데이터 수집부;
    상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점 중 서로 이웃하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 전류 값의 합을 서로 대소 비교하는 제1 전류 값 대소 비교부; 및
    상기 제1 전류 값 대소 비교부를 통한 비교 결과, 상기 전류 값의 합이 가장 큰 두 개의 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 상기 사고구간으로 결정하는 제1 사고구간 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 사고구간 판정부는 제2 사고구간 판정부를 포함하고,
    상기 제2 사고구간 판정부는,
    상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제2 전류데이터 수집부;
    상기 제1 구간 구획점의 각 전류 값 중 최대 전류 값을 선정하는 최대 전류 값 선정부;
    상기 제1 구간 구획점 각각에 대한 전류 값의 절반 값과, 상기 최대 전류 값 간을 대소 비교하는 제2 전류 값 대소 비교부; 및
    상기 제2 전류 값 대소 비교부를 통한 비교 결과, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 크거나 같을 경우 해당 제1 구간 구획점과 다음 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하고, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 작을 경우 해당 제1 구간 구획점과 이전 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하는 제2 사고구간 결정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 사고구간 전체 전류비 계산부는 수식에 따라 상기 전체 전류비(Rm)를 계산하고,
    사고구간 1일 경우,
    Figure 112022032284951-pat00054
    이고,
    사고구간 n일 경우,
    Figure 112022032284951-pat00055
    이고,
    상기 IM_AT은 첫 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고,
    상기 IS1_AT은 두 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고,
    상기 IS(n-1)_AT은 n번째 이전의 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고,
    상기 ISn_AT은 n번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값인 것을 특징으로 하는 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템.
  6. 삭제
  7. 사고구간 판정부가, 전차선로 상에 지정된 다수의 제1 구간 구획점으로부터 전류데이터를 각각 수집하고, 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점에 의해 구분되는 다수의 선로구간 중 사고구간을 판정하는 사고구간 판정 단계; 및
    고장거리 계산부가, 상기 사고구간에 대한 전체 전류비를 계산하고, 상기 사고구간을 다수 개로 나눈 제2 구간 구획점에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 지점 전류비 구간을 생성하고, 상기 지점 전류비 구간 중 상기 전체 전류비가 속한 지점 전류비 구간을 판정하고, 판정된 지점 전류비 구간에 대한 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하는 고장거리 계산 단계를 포함하고,
    상기 고장거리 계산 단계는,
    사고구간 전체 전류비 계산부가 상기 사고구간을 정의하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 각각의 전류 값을 이용하여 상기 전체 전류비를 계산하는 사고구간 전체 전류비 계산 단계;
    사고구간 지점 전류비 구간 생성부가, 상기 제2 구간 구획점 각각에 대한 거리 및 지점 전류비를 각각 계산하여 다수의 상기 지점 전류비 구간을 각각 생성하는 사고구간 지점 전류비 구간 생성 단계;
    지점 전류비 구간 판정부가, 상기 사고구간의 상기 전체 전류비가 상기 지점 전류비 구간 중 어느 구간 범위에 속하는지를 판정하는 지점 전류비 구간 판정 단계; 및
    고장거리 출력부가, 상기 지점 전류비 구간 판정 단계를 통해 판정된 구간에 따라 상기 거리 및 상기 지점 전류비와, 상기 전체 전류비를 기초로 고장거리를 계산하여 출력하는 고장거리 출력 단계를 포함하고,
    상기 고장거리 출력 단계는 하기의 수식에 따른 고장거리(lest)를 계산하고,
    Figure 112022032284951-pat00106
    인 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00107
    이고,
    Figure 112022032284951-pat00108
    인 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00109
    이되(
    Figure 112022032284951-pat00110
    ),
    Figure 112022032284951-pat00111
    에 따른
    Figure 112022032284951-pat00112
    의 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00113
    이고,
    Figure 112022032284951-pat00114
    인 구간인 경우,
    Figure 112022032284951-pat00115
    이고,
    상기 k와 n은 1 이상의 자연수이고,
    상기 l1은 상기 사고구간 중 첫 번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고,
    상기 ln은 상기 사고구간 중 마지막 n번째 제2 구간 구획점까지의 거리이고,
    상기 Rm은 상기 사고구간에 대한 상기 전체 전류비이고,
    상기 Rn은 n번째 제2 구간 구획점에 대한 상기 지점 전류비인 것을 특징으로 하는 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 사고구간 판정 단계는 제1 사고구간 판정 단계를 포함하고,
    상기 제1 사고구간 판정 단계는,
    제1 전류데이터 수집부가, 상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제1 전류데이터 수집 단계;
    제1 전류 값 대소 비교부가, 상기 전류데이터를 기초로 상기 제1 구간 구획점 중 서로 이웃하는 두 개의 제1 구간 구획점에 대한 전류 값의 합을 서로 대소 비교하는 제1 전류 값 대소 비교 단계; 및
    제1 사고구간 결정부가, 상기 제1 전류 값 대소 비교 단계를 통한 비교 결과, 상기 전류 값의 합이 가장 큰 두 개의 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 상기 사고구간으로 결정하는 제1 사고구간 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 사고구간 판정 단계는 제2 사고구간 판정 단계를 포함하고,
    상기 제2 사고구간 판정 단계는,
    제2 전류데이터 수집부가, 상기 제1 구간 구획점으로부터 시간적으로 동기화된 상기 전류데이터를 각각 수신하여 수집하는 제2 전류데이터 수집 단계;
    최대 전류 값 선정부가 상기 제1 구간 구획점의 각 전류 값 중 최대 전류 값을 선정하는 최대 전류 값 선정 단계;
    제2 전류 값 대소 비교부가, 상기 제1 구간 구획점 각각에 대한 전류 값의 절반 값과, 상기 최대 전류 값 간을 대소 비교하는 제2 전류 값 대소 비교 단계; 및
    제2 사고구간 결정부가, 상기 제2 전류 값 대소 비교 단계를 통한 비교 결과, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 크거나 같을 경우 해당 제1 구간 구획점과 다음 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하고, 상기 최대 전류 값이 상기 절반 값보다 작을 경우 해당 제1 구간 구획점과 이전 제1 구간 구획점에 의한 선로구간을 사고구간으로 결정하는 제2 사고구간 결정 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법.
  10. 삭제
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 전체 전류비 계산 단계는 수식에 따라 상기 전체 전류비(Rm)를 계산하고,
    사고구간 1일 경우,
    Figure 112022032284951-pat00066
    이고,
    사고구간 n일 경우,
    Figure 112022032284951-pat00067
    이고,
    상기 IM_AT은 첫 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고,
    상기 IS1_AT은 두 번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고,
    상기 IS(n-1)_AT은 n번째 이전의 제1 구간 구획점에서의 전류 값이고,
    상기 ISn_AT은 n번째 제1 구간 구획점에서의 전류 값인 것을 특징으로 하는 다중 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 방법.
  12. 삭제
KR1020210016205A 2021-02-04 2021-02-04 다중 지점 설정과 선형보간법을 이용한 교류철도 고장점표정 보정 시스템 및 방법 KR102400156B1 (ko)

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