KR20020095591A - Method of direct current substation for electric railway - Google Patents

Method of direct current substation for electric railway Download PDF

Info

Publication number
KR20020095591A
KR20020095591A KR1020010033745A KR20010033745A KR20020095591A KR 20020095591 A KR20020095591 A KR 20020095591A KR 1020010033745 A KR1020010033745 A KR 1020010033745A KR 20010033745 A KR20010033745 A KR 20010033745A KR 20020095591 A KR20020095591 A KR 20020095591A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
power
node
voltage
matrix
train
Prior art date
Application number
KR1020010033745A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR100438927B1 (en
Inventor
백병산
전용주
김국진
김종구
이현두
이준엽
이수병
Original Assignee
현대중공업 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대중공업 주식회사 filed Critical 현대중공업 주식회사
Priority to KR10-2001-0033745A priority Critical patent/KR100438927B1/en
Publication of KR20020095591A publication Critical patent/KR20020095591A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100438927B1 publication Critical patent/KR100438927B1/en

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60MPOWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L9/00Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/18Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from dc supply lines
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60LPROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
    • B60L2200/00Type of vehicles
    • B60L2200/26Rail vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/30Railway vehicles
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60VEHICLES IN GENERAL
    • B60YINDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00Type of vehicle
    • B60Y2200/90Vehicles comprising electric prime movers
    • B60Y2200/91Electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

PURPOSE: A transformation station capacity design method is provided to reduce cost and energy consumption by obtaining optimum position and optimum capacity for the transformation station through the accurate calculation for the feed power being consumed in the entire target route. CONSTITUTION: A transformation station capacity design method comprises a first step(S10) of inputting information regarding train operation and data required for power feeder network; a second step(S20) of inputting the power on the basis of a predetermined sampling time; a third step(S30) of classifying each data by their characteristics and storing the classified data; a fourth step(S40) of constructing power feeder network by assigning node numbers to each component of power feeder network; a fifth step(S50) of constituting an admittance matrix for each node so as to interpret the power feeder network and calculating voltage, current and power distribution; a sixth step(S60) of calculating current source for each train and transformation station by using the input power and admittance, and creating a current source matrix; a seventh step(S70) of calculating voltages for each node by using the admittance, current source matrix and the initial conditions, and creating a voltage matrix by using an inverse matrix; an eighth step(S80) of judging whether the difference between the voltage calculated in the seventh step and the previous voltage converges into a preset error range; a ninth step(S90) of storing the resultant value if the difference converges; a tenth step(S100) of repeating calculation at the next node if the time elapsed up to the ninth step does not exceed a preset time; and an eleventh step(S110) of outputting data or creasing graphical representations if the total calculation time is satisfied.

Description

직류전철용 변전소 용량설계 방법{Method of direct current substation for electric railway}Capacity design method of substation for DC trains {Method of direct current substation for electric railway}

본 발명은 직류전철용 변전소 용량설계 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 급전 변전소에서 공급하는 급전전력을 차량이 회차시에 필요한 전력, 서비스 구역에서의 전력, 차량기지에서의 전력 및 시험전력을 고려하여 전체 급전구역에 대한 전력으로 변전소별 전력을 산정하여 변전소의 용량을 설계하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a DC substation capacity design method, and more particularly, in consideration of the power required when the vehicle turns, the power in the service area, the power in the vehicle base and the test power supplied from the feed substation. The present invention relates to a method for designing the capacity of a substation by calculating the power of each substation by the power of the entire feeding area.

종래의 변전소의 용량을 설계하는 방법으로, 전기철도가 처음 출연했을 때에는 차량 및 승객의 무게를 이용하여 열차를 이동시키는 운동에너지를 전기에너지로 환산하는 수계산으로 용량을 설계하였다.As a method of designing the capacity of a conventional substation, when an electric railway first appeared, the capacity was designed by a water calculation that converts kinetic energy for moving a train into electric energy using the weight of a vehicle and a passenger.

그 후 1960년대부터는 차량이 만차시에 요구하는 단위 거리 및 무게당 전력량을 계산하여 급전 변전소 사이의 거리에 따른 전압강하를 고려하여 급전 변전소의 용량을 설계하였다.Since then, in the 1960s, the capacity of power supply substation was designed in consideration of the voltage drop according to the distance between power supply substations by calculating the unit distance and the amount of power per weight required by the vehicle.

컴퓨터가 상용됨에 따라, 해당 노선의 선로, 차량 및 운행조건으로서 단위 차량의 소비 전력량을 계산하여, 계산된 단위 차량의 전력 소비량을 바탕으로 급전거리를 계산하여 변전소별 용량을 산정하였으며, 이보다 더 정확한 방법으로는 전체 노선에 운행시간 간격을 고려하여 배치한 전 차량에 대한 변전소별 소비전력을 계산하고 잇고, 또한 열차 운행 구간등을 노드화 하여 이를 노드 방정식으로 해석하는 방식도 사용되고 있다.As computers are commercially available, power consumption of a unit vehicle is calculated as a line, vehicle, and driving condition of a corresponding line, and power supply distance is calculated based on the calculated power consumption of the unit vehicle, and the capacity of each substation is calculated. As a method, power consumption is calculated for each substation for all vehicles arranged in consideration of the time intervals on the entire line. Also, a node equation of the train operation section is used to interpret it as a node equation.

그러나, 상기와 같이, 컴퓨터를 사용할 경우, 열차 특성 곡선과 열차의 노치 곡선을 이용하여 열차별로 곡선 데이터를 삽입하여 계통 특성을 파악하는 방식을 사용할 경우, 입력 데이터의 양이 매우 커지며, 이는 시뮬레이션을 수행할 경우 많은 시간을 소비하게 된다.However, as described above, when the computer is used, the method of inserting the curve data for each train by using the train characteristic curve and the notch curve of the train to identify the system characteristics, the amount of input data becomes very large. If you do, you will spend a lot of time.

또한, 상기와 같은 개선된 노드 방정식을 사용하여 용량을 설계하는 방법을 사용할 경우에도 서비스 구간만을 시뮬레이션하기 때문에, 실제 급전전력을 공급되는 즉, 열차가 운행되는 전체 구간에 대한 소비전력을 정확히 얻기 어려운 문제점이 있다.In addition, even when using the method of capacity design using the improved node equation as described above, since only the service section is simulated, it is difficult to accurately obtain the power consumption for the entire section in which the actual feeding power is supplied. There is a problem.

그리고, 도 1에서 표시한 바와 같이 단위 노선을 시뮬레시션 하기가 복잡하다.As shown in FIG. 1, it is complicated to simulate a unit line.

실제로 입력 데이터 처리, 출력 데이터 처리 및 시뮬레이션 흐름이 복잡하고 시간이 오래 걸리는 단점이 있다.In fact, input data processing, output data processing, and simulation flow are complex and time-consuming.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 급전 변전소에서 공급하는 급전전력을 실제 운행노선과 같이 차량이 회차시에 필요한 전력, 서비스 구역에 대한 전력과 차량기지에서 소비하는 운행전력 및 시험전력을 고려하여 전체 급전구역에 대한 전력을 가지고 전체 노선에 대한 급전 전력인 변전소별 전력을 구하는 데에 그 목적이 있다.In order to solve the above problems, the present invention takes into account the power required for the vehicle to turn, the power for the service area and the driving power and test power consumed at the vehicle base, such as the actual driving line. Therefore, the purpose is to find the electric power for each substation, which is the electric power for the entire line, with the electric power for the entire power supply area.

또한 효율적인 입력 및 출력 데이터 처리와 시뮬레이션 흐름을 도 6과 같이 함으로서 결과의 정확성과 사용자에게 편리하도록 하였다.In addition, efficient input and output data processing and simulation flow are performed as shown in FIG.

도 1은 일반적인 전철 전력공급 시스템 구성의 실시예를 나타낸 블럭도.1 is a block diagram showing an embodiment of a general train power supply system configuration.

도 2는 본 발명에 따른 직류 급전회로의 등가회로.2 is an equivalent circuit of the DC power supply circuit according to the present invention.

도 3은 본 발명에서의 급전망 해석방법을 나타낸 그래프.Figure 3 is a graph showing a power grid analysis method in the present invention.

도 4는 전압원을 전류원으로 변환한 등가회로.4 is an equivalent circuit obtained by converting a voltage source into a current source.

도 5는 도 2를 실제 계통으로 확산시킨 등가회로를 나타낸 실시예.5 is an embodiment showing an equivalent circuit in which FIG. 2 is diffused into an actual system.

도 6은 본 발명의 실시과정을 나타낸 흐름도.6 is a flow chart illustrating an embodiment of the present invention.

위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 설계하고자 하는 목표노선에 대한 단위 편성당 차량의 소비전력 등 제 조건을 입력으로 하여 구하고, 회차구역에 대해서는 회차 구역에 대한 제 조건을 입력으로 하여 전력을 구한다.The present invention for achieving the above object is obtained by inputting the conditions, such as the power consumption of the vehicle per unit configuration for the target route to be designed, input power for the return zone as input conditions for the return zone Obtain

또한, 서비스 구역에서는 만차시의 승객을 고려한 제 조건을 입력으로 전력을 구하고, 차량기지에서는 기지내의 운행시에 소모되는 전력에 시험차량에 대한 전력을 더하여 급전전력을 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, in the service area, the electric power is obtained by inputting a condition considering the passengers at the time of full parking, and the electric power consumption of the test vehicle is obtained by adding the electric power for the test vehicle to the electric power consumed when operating in the base.

또한 본 발명은, 전 노선에 대한 급전전력을 이용하여 운전시간 간격에 준하여 전체차량을 배치하여 이를 전기회로망으로 등가화하여 전압, 전류 및 전력의 분포를 구하는 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized by obtaining the distribution of voltage, current and power by arranging the entire vehicle in accordance with the operation time interval by using the feed power for all the routes and equalizing them with the electric network.

즉, 전체 차량 및 변전소를 노드화하여 이를 모든 변전소, 다수의 열차, 급전선을 노드와 브랜치로 접속하여 표현하고, 이를 방정식으로 만들어 행렬화 한 후, 이 행렬 계산식을 반복 계산하여 다수의 차량이 이동하면서 소비하는 전압, 전류 및 전력의 분포를 구한다.In other words, all vehicles and substations are nodeized, and all substations, multiple trains, and feeders are connected by nodes and branches, and the equations are formed and matrixed. While calculating the distribution of voltage, current and power consumed.

또한, 본 발명은, 운행 초기조건, 열차운행 등의 운행정보 및 급전망 구성에 필요한 데이터를 입력하는 과정과, 전체 노선에 대한 전력을 미리 정해진 소정의 샘플링 시간에 준하여 입력하는 과정과, 전체 급전망의 해를 구하기 위해서 입력된 각 데이터를 특성별로 분류하여 저장하는 과정과, 급전망 구성요소에 각각 노드별 번호를 부여하여 노드별 관계를 정립하여 급전망을 구성하는 과정과, 상기 구성된 급전망을 해석하고 전압, 전류 및 전력분포를 산정하기 위해 노드별, 노드간 어드미턴스 행렬을 구성하여 그 값을 계산하는 어드미턴스 매트릭스를 작성하는 과정과, 입력된 전력과 상기 자기 어드미턴스 및 상호 어드미턴스를 이용하여 각 열차 및 변전소의 전류원을 계산하고, 전류원 매트릭스를 작성하는 과정과, 상기 어드미턴스 및 전류원 매트릭스와 초기조건을 이용하여 각 노드의 전압을 계산하고, 역행렬을 이용하여 전압 매트릭스를 작성하는 과정과, 상기에서 계산된 각각의 전압이 이전 값과 현재 계산값과의 차이가 미리 설정된 오차범위내로 수렴하는지를 판단하는 과정과, 상기에서 전압값이 오차범위내로 수렴할 경우, 열차 및 변전소별 전압, 전류 및 전력 등이 시간 및 거리별로 저장되는 과정과, 상기의 과정까지의 시간이 미리 지정된 계산시간을 초과하지 않으면 다음 노드에서 계산을 반복 수행하는 계산시간 판단과정 및 총 계산시간을 만족하면 이용자의 필요에 따라서 자료를 출력하거나 및 자료를 그래프로 작성하여 취득할 수 있는 데이터 출력과정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.In addition, the present invention, the process of inputting the operation information, such as the initial operation conditions, the train operation, and the data necessary for the power supply network configuration, the process of inputting the power for the entire line in accordance with a predetermined predetermined sampling time, The process of classifying and storing each input data for characteristics to solve the prospects, the process of constructing a feed grid by assigning a node number to each feed grid component, establishing a relationship by node, and the configured feed grid To construct an admittance matrix for each node and internode admittance matrix and calculate the value to calculate the voltage, current, and power distribution, and using the input power and the magnetic admittance and mutual admittance Calculating current sources of trains and substations, preparing current source matrices, the admittance and current source parameters Calculate the voltage of each node using RIX and the initial condition, and prepare the voltage matrix using the inverse matrix, and the difference between the calculated voltage and the previous value and the current calculated value is within the preset error range. A process of determining whether it converges, a process of storing voltages, currents, and powers of trains and substations by time and distance when the voltage values converge within an error range; If it is not exceeded, it consists of a calculation time judgment process of repeating the calculation at the next node and a data output process that can output data according to the user's needs or draw the data as a graph if the total calculation time is satisfied. It is done.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명에 따른 전력공급 시스템 구성의 일실시예를 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram showing an embodiment of a power supply system configuration according to the present invention.

도시된 바와 같이, 수전(受電)-중앙-메인- 변전소(S/S, sub station), 수전 변전소로부터 전력을 공급받으며 일정 구간마다 설치된 변전소, 변전소에서 출력되는 전압을 설계 전압으로 정류하는 정류기, 정류기로부터 전압을 열차로 전달하기 위해 열차의 운행경로에 따라 설치된 전차선(L), 전차선으로부터 전력을 공급받아 운행되는 열차(T), 열차의 운행경로에 따라 설치된 레일(R), 기지에서 회차 지점까지 일정간격으로 위치한 역(S)으로 간략히 구성하여 전력량 계산이 용이하도록 한다.As shown in the figure, a power supply is provided from a faucet-centre-main-substation (S / S) substation, a substation installed at a predetermined interval, and a rectifier rectifies the voltage output from the substation to a design voltage. To transfer voltage from the rectifier to the train, the tram line (L) installed according to the running route of the train, the train (T) operated by supplying electric power from the tramline, the rail (R) installed according to the running route of the train, and the turning point at the base To simplify the calculation of power by simply configuring the station (S) located at regular intervals.

도 2는 본 발명에 따른 직류 급전회로의 등가회로이다.2 is an equivalent circuit of the DC power supply circuit according to the present invention.

급전회로는 직류변전소를 정류기로 간략화하여 직류전원으로 하고, 차량을 전류원으로 하여 부하와 전원사이를 전차선으로 연결한 전기회로망으로 표현한다.The feeder circuit is expressed as a DC power supply by simplifying a DC substation with a rectifier, and using a vehicle as a current source and connecting the load and the power supply by a chariot.

매순간 열차의 전력Pt는 단위 차량 편성시 차량전력 시뮬레이션(TPS)을 이용하여 얻어진 기지값으로 다음의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.The power Pt of each train is a known value obtained by using a vehicle power simulation (TPS) when the unit vehicle is formed, and may be represented by Equation 1 below.

여기서 V는 열차노드(B노드)의 전압이다.Where V is the voltage of the train node (B node).

상기의 회로를 통하여 B노드에 전달되는 전송전력P는 다음의 수학식 2와 같으며, 전류I는 수학식 3과 같이 표현된다.The transmission power P delivered to node B through the circuit is represented by Equation 2 below, and the current I is expressed by Equation 3 below.

여기서 G는 전차선의 콘덕턴스이다.Where G is the conductance of the tramline.

상기의 수학식 2와 3을 이용하여 수식을 정리하면 다음의 수학식 4로 된다.When the equations are arranged using Equations 2 and 3, Equation 4 below.

상기의 수학식 4에서 전력 P는 전압 V에 대한 2차 방정식이며, 이것은 차량이 요구하는 전력 Pt와 같은 점에서 구해져야 한다.In Equation 4 above, the power P is a quadratic equation for the voltage V, which should be obtained in the same manner as the power Pt required by the vehicle.

즉, 열차의 소모전력과 열차노드로 전송되는 전력의 일치점을 찾아 이를 해로 선택하는 방법을 사용하기로 한다.That is, a method of finding a match between the power consumption of the train and the power transmitted to the train node and selecting the solution as a solution will be used.

좀더 다이나믹한 전력 분포를 구하기 위해서는 급전계통 내에 포함되어 있는 모든 변전소, 다수의 열차, 급전선을 노드와 브랜치로 접속하여 나타내며, 이를 방정식으로 정리하여 행렬화한다.In order to obtain a more dynamic power distribution, all substations, multiple trains, and feed lines included in the feed system are connected by nodes and branches.

상기 행렬식이 1차원이면서 수렴속도가 빠른 CURRENT VECTOR ITERATIVE METHOD를 적용하여 다수의 차량이 이동하면서 소비하는 전압 및 전류의 분포를 구한다.The distribution of voltage and current consumed while a plurality of vehicles moves is obtained by applying CURRENT VECTOR ITERATIVE METHOD which has one-dimensional determinant and fast convergence speed.

즉, 도 3에 도시된 급전망 해석방법을 나타낸 그래프에 따라서 수학식 1의 열차의 소모전력과 수학식 4의 열차노드로 전송되는 전력의 일치점을 찾는 반복법을 통해 해를 구한다.That is, the solution is obtained through an iterative method of finding a coincidence point between the power consumption of the train of Equation 1 and the power transmitted to the train node of Equation 4 according to the graph of the power supply network analysis method shown in FIG. 3.

다시 말하면, 구하려는 해당 노드의 전력값은 열차의 소모전력을 통해 얻어지나, 이 전력값을 구성하는 전압과 전류의 정확한 수치를 알 수 없으므로, 이에 대한 수식이 필요하다.In other words, the power value of the node to be obtained is obtained through the power consumption of the train, but since the exact value of the voltage and current constituting the power value is not known, a formula for this is required.

그 중 첫번째는 초기에 알 수 있는 열차의 소모전력을 이용하여 수학식 2로 도출하게 되며, 두번째는 두 노드의 물리적인 연결상태를 이용한 두 노드간의 전압(VS,V)차와 그 사이의 콘덕턴스(G)값을 이용하여 수학식 4로 도출하게 된다.The first one is derived from Equation 2 by using the power consumption of the train, and the second one is the difference between the voltages (V S , V) between the two nodes using the physical connection state of the two nodes and between The conductance (G) value is used to derive Equation 4.

상기 수학식 2와 4를 풀기 위해 수학식 2에서 V의 값을 가정하여 IT를 구하고, 수학식 4에서 행렬식[G][V]=[I](수학식 6)을 만들어 여기에 IT값을 대입하여 V를 얻어내고, 다시 이 값을 수학식 2에 대입하여 새로운 IT값을 얻는 것을 반복수행한다.In order to solve Equations 2 and 4, I T is calculated by assuming the value of V in Equation 2, and a determinant [G] [V] = [I] (Equation 6) is made in Equation 4, where I T is obtained. Substitute the value to obtain V, and then substitute this value into Equation 2 to obtain a new I T value.

상기 반복수행은 V의 n번째 값과 n-1번째 값의 차이가 일정범위내에 속할 때까지 계속한다.The repetition continues until the difference between the nth value of V and the n-1th value is within a certain range.

주어진 회로망에서 노드 방정식의 적용이 용이하도록 쌍대성을 이용하여 변전소의 직류전압원을 직류전류원으로 변환하면 도 4와 같이 등가회로로 표현되며, 변전소 출력단의 전압과 전류의 관계식은 다음의 수학식 5와 같다.Converting the DC voltage source of the substation to the DC current source using duality in order to easily apply the node equation in a given network is represented as an equivalent circuit as shown in Figure 4, the relationship between the voltage and current of the substation output stage is same.

여기서 VSO(Vso = J x Ri )는 변전소 출력 무부하 전압, Ri는 변전소 내부저항, V는 변전소 출력 전압, I는 변전소 출력전류, J는 전류원 소오스이다.Where V SO (Vso = J x Ri) is the substation output no-load voltage, Ri is the substation internal resistance, V is the substation output voltage, I is the substation output current, and J is the current source source.

도 5는 도 2를 실제 계통으로 확산시킨 등가회로를 나타낸 실시예이다. 도시된 바와 같이 n개의 노드를 가진 전기적 등가회로로 작성되며, 각 노드사이의 콘덕턴스g값은 집중정수로 나타내었으며, 전류원의 방향을 이용하여 열차의 운행 상태(역행,회생)를 나타내었다.5 is an embodiment showing an equivalent circuit in which FIG. 2 is diffused into an actual system. As shown, it is composed of n-node electric equivalent circuit, and the conductance g value between each node is represented by the concentrated constant, and the driving state (reverse, regeneration) of the train is indicated by using the direction of the current source.

상기 회로에 대해 노드 방정식을 적용하여 이를 행렬식으로 나타내면 다음의 수학식 6과 같다.If the node equation is applied to the circuit and expressed as a determinant, the following equation (6) is obtained.

상기에서 [G]값은 각 노드의 접속상태에 의해 그 관계가 정립되며, 연결이 되지 않은 노드는 0의 값을 갖게 되고, [V]행렬은 매순간 변전소 또는 열차위치에서의 전압값으로 매순간 반복방식을 이용하여 도출해야 할 미지값이며, [I]행렬은해당 노드로 주입되는 전류값으로 TPS를 통해 얻어진 전력의 값과 미리 가정한 전압의 초기치 값을 이용하여 다음의 수학식 7을 이용하여 계산하도록 한다.In the above, the relation of [G] is established by the connection state of each node, and the unconnected node has a value of 0, and the [V] matrix is repeated every minute with the voltage value at the substation or train location every minute. It is an unknown value to be derived using the method, and the [I] matrix is a current value injected to the node, using the value of power obtained through the TPS and the initial value of the pre-estimated voltage, Calculate

[G]와 [I]가 계산되면 이를 수학식 6에 대입하여 새로운 [V]NEW값을 구한다. 이 [V]NEW값을 이용하여 수학식 7의 [I]를 다시 계산하고, 다시 수학식 6에서 [V]'를 구한다.When [G] and [I] are calculated, it is substituted into Equation 6 to obtain a new value of [V] NEW . Using this [V] NEW value, [I] of Equation 7 is again calculated, and [V] 'is again obtained from Equation 6.

상기에서처럼 전압계산을 반복하여, [V]NEW와 [V]OLD의 차가 허용범위내에 들어오면 ITERATION을 마침으로서 시스템 해석의 기본값인 매시간에서의 각 노드의 전압과 전류를 계산한다.By repeating the voltage calculation as above, when the difference between [V] NEW and [V] OLD falls within the allowable range, ITERATION is completed to calculate the voltage and current of each node at each time, which is the default for system analysis.

도 6은 본 발명의 실시과정을 나타낸 흐름도이다. 먼저, 급전망을 구성하기 위해 초기조건, 열차운행 정보 및 급전망을 구성하기 위한 데이터를 입력하는 과정(S10)과, 전체 노선에 대한 전력을 입력하는 과정(S20)과, 입력된 각 데이터를 분류하여 저장하는 과정(S30)과, 저장된 데이터를 노드화하고, 각 노드별 관계를 정립하여 급전망을 구성하는 과정(S40)과, 구성된 급전망을 해석하고 어드미턴스 매트릭스를 작성하는 과정(S50)과, 전류원 매트릭스를 작성하는 과정(S60)과, 역행렬을 이용한 전압 매트릭스를 작성하는 과정(S70)과, 계산된 전압이 오차범위내로 수렴하는지를 판단하는 과정(S80)과, 결과값을 저장하는 과정(S90)과, 총 계산시간을 초과하는지를 판단하는 과정(S100)과, 자료출력 및 그래프 작성 과정(S110)으로이루어진다.6 is a flowchart illustrating an embodiment of the present invention. First, a process of inputting initial conditions, train operation information, and data for constructing a feeder network in order to form a feeder network (S10), a process of inputting power for an entire line (S20), and inputting each data The process of classifying and storing (S30), the process of nodeizing the stored data, establishing a relationship for each node (S40), and the process of analyzing the configured power grid and creating an admittance matrix (S50) And a process of creating a current source matrix (S60), a process of creating a voltage matrix using an inverse matrix (S70), a process of determining whether the calculated voltage converges within an error range (S80), and a process of storing a result value. S90, a process of determining whether the total calculation time is exceeded (S100), and a data output and graph preparation process (S110).

상기 데이터 입력과정(S10)에서는, 데이터 샘플링 시간과, 각종 변수의 초기 조건과, 열차배차 시간, 열차 종류 등의 열차 운행에 관련된 데이터와, 설치된 변전소 개수와, 변전소 내부저항 및 전차선의 내부저항 등 급전망을 구성하기 위한 데이터가 입력된다.In the data input process (S10), data sampling time, initial conditions of various variables, data related to train operation such as train dispatch time, train type, the number of installed substations, substation internal resistance, internal resistance of the train line, and the like. Data for constructing a feed network is input.

초기 데이터가 입력되면, 상기 노선에 대한 전력을 입력하는 과정(S20)에서는, 차량이 회차시에 필요한 전력, 서비스 구역에 대한 전력, 차량기지에서 소비하는 운행전력 및 시험전력 등 모든 급전전력을 고려한 전력이 초기조건에서 부여된 샘플링 시간에 준하여서 전력 데이터가 입력된다.When the initial data is input, in step S20 of inputting power for the route, all the feed power such as power required for the vehicle to turn, power for the service area, driving power and test power consumed at the vehicle base are considered. The power data is input based on the sampling time given by the power in the initial condition.

샘플링 시간에 준해 입력된 데이터를 전체 급전망의 해를 구하기 위한 데이터, 급전전력 등을 각각의 특성에 맞게 분류하여 저장한다(S30).The data inputted according to the sampling time is classified and stored according to each characteristic for data, power supply power, etc., for solving the entire power supply network (S30).

저장된 데이터에서 다수의 열차, 다수의 변전소 및 전차선 데이터로 급전망을 구성하고, 각각 노드별 번호를 부여한다(S40).In the stored data, a feed grid is composed of a plurality of trains, a plurality of substations, and tramline data, and each node is assigned a number (S40).

노드별 번호가 부여된 급전망을 해석하고 전압, 전류 및 전력분포를 산정하기 위해 노드별, 노드간 어드미턴스 행렬값을 계산하고 매트릭스를 작성한다(S50).In order to analyze the numbered power supply network by node and calculate the voltage, current and power distribution, the node-to-node admittance matrix value is calculated and a matrix is created (S50).

상기 입력된 전력, 자기 어드미턴스 및 상호 어드미턴스를 이용하여 각 열차 및 변전소의 전류원을 계산하고, 매트릭스를 작성한다(S60).Using the input power, magnetic admittance and mutual admittance, the current source of each train and substation is calculated, and a matrix is created (S60).

상기 어드미턴스 및 전류원 매트릭스와 초기조건을 이용하여 각 노드의 전압을 계산하고 전압 매트릭스를 작성한다(S70).The voltage of each node is calculated using the admittance and current source matrix and initial conditions, and a voltage matrix is prepared (S70).

계산된 각각의 전압이 이전에 계산된 값과 현재의 값과의 차이가 기 설정된허용범위 내로 수렴하였는지 판단하고(S80), 허용범위를 만족하지 않으면(A), 다시 현재의 전압을 이용하여 전류원을 계산하는 부분(S60)부터 다시 실행되도록 한다.It is determined whether each calculated voltage has converged within the preset allowable range between the previously calculated value and the present value (S80). If the calculated voltage is not satisfied (A), the current voltage is again used by using the current voltage. To be executed again from the calculating portion (S60).

전압범위 내로 수렴된 경우(B) 결과값을 저장하게 되는데, 모든 데이터, 즉 열차 및 변전소별 전압, 전류 및 전력 등이 시간 및 거리별로 저장된다(S90).When converged within the voltage range (B), the result value is stored, and all data, that is, voltage, current, and power for each train and substation are stored for each time and distance (S90).

초기 조건에서 설정된 계산 시간을 초과하였는지를 판단하여(S100), 초과하지 않으면(C), 즉 계산 스텝이 남았으면, 다음 노드에서 상기의 계산과정을 반복 수행하게 된다.It is determined whether the calculation time set in the initial condition has been exceeded (S100). If not (C), that is, if the calculation step remains, the calculation process is repeated at the next node.

실행을 종료하면(D), 사용자의 필요에 의해서 저장자료 출력 및 그래프 출력이 가능하도록 한다(S110).When the execution is finished (D), it is possible to output the stored data and output the graph as required by the user (S110).

상기에서 전력 분포를 구하기 위해서 노드망을 구성하며, OHM'S LAW(옴의 법칙), KCL(키르히호프의 전류법칙), KVL(키르히호프의 전압법칙)을 이용하여 방정식을 만들어 행렬화한다.In order to calculate the power distribution, a node network is constructed, and an equation is formed and matrixed using OHM'S LAW (Ohm's law), KCL (Kirchhoff's current law), and KVL (Kirchhoff's voltage law).

또한, 역행렬을 계산하기 위해 GAUSS-ELIMINATION방법을 사용하는 것이 바람직하다.It is also preferable to use the GAUSS-ELIMINATION method to calculate the inverse matrix.

본 발명은 구하고자 하는 목표노선 전체구역에서의 소비하는 차량의 급전전력을 정확히 취하여 급전용 변전소의 최적 위치 및 최적 용량을 산정할 수 있으며, 이로 인해, 과설계를 방지하여 건설비 절감과 운행시 에너지 절약을 도모할 수 있는 효과가 있다.The present invention can calculate the optimal position and the optimum capacity of the substation for power supply by accurately taking the feed power of the vehicle consumed in the entire target route area to be obtained, and thereby, prevents over-design to reduce construction costs and energy during operation It is effective to save money.

Claims (7)

설계하고자 하는 목표노선에 대한 단위 편성당 차량의 소비전력등 제 조건을 입력으로 하여, 회차구역에 대한 전력과 만차시 승객을 고려한 서비스 구역에 대한 전력 및 차량기지내 운행시 전력과 시험차량에 대한 전력을 더한 차량기지에 대한 전력을 더하여 급전전력을 구하고,By inputting the conditions such as the power consumption of the vehicle per unit of the target route to be designed, the power to the service area considering the power to the zone and the passengers at full load, and the power and test vehicle to be operated in the vehicle base Add the power to the vehicle base plus the power to get the feed power, 전 노선에 대한 급전전력을 이용하여 운전 간격에 준하여 전체차량을 배차하여 전체 차량과 변전소를 노드화하여 이를 전기회로망으로 등가화하고,All the vehicles and substations are node-equipped according to the driving interval by using the feeder power for all routes, and the nodes are equalized by the electric network. 등가화된 회로망에 노드 방정식을 적용하여 행렬화한 후, 그 행렬식을 반복계산하여 다수의 차량이 이동하면서 소비하는 전압, 전류 및 전력의 분포를 구하는 것을 특징으로 하는 직류전철용 변전소 용량설계 방법.A method of designing a substation capacity for a DC train, comprising applying a node equation to an equalized network, performing a matrix, and then recalculating the determinant to obtain distributions of voltage, current, and power consumed by moving a plurality of vehicles. 운행 초기조건, 열차운행 등의 운행정보 및 급전망 구성에 필요한 데이터를 입력하는 과정과,Inputting operation information such as initial operation conditions, train operation, and data necessary for constructing a feed network; 전체 노선에 대한 전력을 미리 정해진 소정의 샘플링 시간에 준하여 입력하는 과정과,Inputting power for all routes according to a predetermined sampling time; 전체 급전망의 해를 구하기 위해서 입력된 각 데이터를 특성별로 분류하여 저장하는 과정과,Classifying and storing each input data by characteristics in order to solve the entire power supply network; 급전망 구성요소에 각각 노드별 번호를 부여하여 노드별 관계를 정립하여 급전망을 구성하는 과정과,A process of constructing a feed grid by assigning a node number to each feed grid component to establish a relationship for each node; 상기 구성된 급전망을 해석하고 전압, 전류 및 전력분포를 산정하기 위해 노드별, 노드간 어드미턴스 행렬을 구성하여 그 값을 계산하는 어드미턴스 매트릭스를 작성하는 과정과,Creating an admittance matrix for constructing node-to-node and node-to-node admittance matrices and calculating the values to analyze the feeder network and calculate voltage, current and power distribution; 입력된 전력과 상기 자기 어드미턴스 및 상호 어드미턴스를 이용하여 각 열차 및 변전소의 전류원을 계산하고, 전류원 매트릭스를 작성하는 과정과,Calculating a current source of each train and substation by using the input power, the magnetic admittance and mutual admittance, and preparing a current source matrix; 상기 어드미턴스 및 전류원 매트릭스와 초기조건을 이용하여 각 노드의 전압을 계산하고, 역행렬을 이용하여 전압 매트릭스를 작성하는 과정과,Calculating a voltage of each node using the admittance and current source matrix and an initial condition, and preparing a voltage matrix using an inverse matrix; 상기에서 계산된 각각의 전압이 이전 값과 현재 계산값과의 차이가 미리 설정된 오차범위내로 수렴하는지를 판단하는 과정과,Determining whether each of the voltages calculated above converges between a previous value and a current calculated value within a preset error range; 상기에서 전압값이 오차범위내로 수렴할 경우, 열차 및 변전소별 전압, 전류 및 전력 등이 시간 및 거리별로 저장되는 과정과,If the voltage value is converged within the error range, the process of storing the voltage, current and power for each train and substation by time and distance, 상기의 과정까지의 시간이 미리 지정된 계산시간을 초과하지 않으면 다음 노드에서 계산을 반복 수행하는 계산시간 판단과정 및If the time until the above process does not exceed a predetermined calculation time, the calculation time determination process of repeating the calculation in the next node and 총 계산시간을 만족하면 이용자의 필요에 따라서 자료를 출력하거나 및 자료를 그래프로 작성하여 취득할 수 있는 데이터 출력과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 직류전철용 변전소 용량설계 방법.A capacity design method for a substation for a DC train, characterized by comprising a data output process that outputs data according to a user's needs and graphs the data if the total calculation time is satisfied. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 노드망 해석은 전류 벡터 반복법(CURRENT VECTOR ITERATION METHOD)을 사용하는 것을 특징으로 하는 직류전철용 변전소 용량설계 방법.The node network analysis is a method of designing a substation capacity for a DC train, characterized in that using the current vector iteration method (CURRENT VECTOR ITERATION METHOD). 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 데이터 입력과정에서는 샘플링 시간, 각종 변수의 초기조건, 변전소 개수, 변전소 내부저항, 전차선의 내부저항 등이 입력되는 것을 특징으로 하는 직류전철용 변전소 용량설계 방법.In the data input process, a sampling time, an initial condition of various variables, the number of substations, internal resistance of a substation, internal resistance of a train line, and the like, are inputted. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전체 노선에 대한 전력을 입력하는 과정에서는, 차량이 회차시에 필요한 전력, 서비스 구역에 대한 전력, 차량기지에서의 소비전력, 시험전력 등 모든 급전전력을 고려한 전력이 입력되는 것을 특징으로 하는 직류전철용 변전소 용량설계 방법.In the process of inputting the power for the entire line, the DC power input is characterized in that all the power considering the power supply, such as the power required for the vehicle, the power for the service area, the power consumption at the vehicle base, the test power, etc. Capacity substation capacity design method. 제 2항에 있어서,The method of claim 2, 상기 급전망은, 각각의 고유번호를 부여받은 다수의 열차, 다수의 변전소 및 전차선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 직류전철용 변전소 용량설계 방법.The power supply network is a DC substation capacity design method, characterized in that consisting of a plurality of trains, a plurality of substations and tram lines assigned to each unique number. 제 1항에 있어서,The method of claim 1, 상기 전압 매트릭스를 계산한 결과값이 오차범위내에 수렴하지 않을 경우, 전류원 매트릭스를 작성하고 계산하는 과정부터 다시 시작하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 직류전철용 변전소 용량설계 방법.And if the result of calculating the voltage matrix does not converge within the error range, starting from the process of creating and calculating the current source matrix.
KR10-2001-0033745A 2001-06-15 2001-06-15 Method of direct current substation for electric railway KR100438927B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0033745A KR100438927B1 (en) 2001-06-15 2001-06-15 Method of direct current substation for electric railway

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2001-0033745A KR100438927B1 (en) 2001-06-15 2001-06-15 Method of direct current substation for electric railway

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20020095591A true KR20020095591A (en) 2002-12-27
KR100438927B1 KR100438927B1 (en) 2004-07-03

Family

ID=27709320

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR10-2001-0033745A KR100438927B1 (en) 2001-06-15 2001-06-15 Method of direct current substation for electric railway

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100438927B1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017081310A (en) * 2015-10-26 2017-05-18 学校法人上智学院 Simulation device of feeding circuit network
CN111775782A (en) * 2020-07-22 2020-10-16 西南交通大学 Electrified railway traction emergency guarantee power supply system and control method
KR102207942B1 (en) * 2019-11-19 2021-01-26 한국철도공사 Design Method of DC electric railway power supply system including energy storage system
KR102237644B1 (en) * 2019-11-20 2021-04-08 조선대학교산학협력단 Device for analyzing power feeding system in electric railway
CN116572764A (en) * 2023-07-14 2023-08-11 太原旅游职业学院 Double-source trackless electric vehicle power device for scenic spots

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102293161B1 (en) * 2019-11-27 2021-08-26 한국철도기술연구원 Substation infra design system and method for designing substation infra using the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0277978A (en) * 1988-09-14 1990-03-19 Mitsubishi Electric Corp Method and device for adverse conversion of map projection
JP3281216B2 (en) * 1995-05-18 2002-05-13 三菱電機株式会社 Electric railway substation capacity calculator
JPH09188253A (en) * 1996-01-08 1997-07-22 Mitsubishi Electric Corp Electric railway power consumption estimating system
JPH1056737A (en) * 1996-08-07 1998-02-24 Toshiba Corp Distribution system operating equipment

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017081310A (en) * 2015-10-26 2017-05-18 学校法人上智学院 Simulation device of feeding circuit network
KR102207942B1 (en) * 2019-11-19 2021-01-26 한국철도공사 Design Method of DC electric railway power supply system including energy storage system
KR102237644B1 (en) * 2019-11-20 2021-04-08 조선대학교산학협력단 Device for analyzing power feeding system in electric railway
CN111775782A (en) * 2020-07-22 2020-10-16 西南交通大学 Electrified railway traction emergency guarantee power supply system and control method
CN111775782B (en) * 2020-07-22 2022-05-20 西南交通大学 Electrified railway traction emergency guarantee power supply system and control method
CN116572764A (en) * 2023-07-14 2023-08-11 太原旅游职业学院 Double-source trackless electric vehicle power device for scenic spots
CN116572764B (en) * 2023-07-14 2023-09-05 太原旅游职业学院 Double-source trackless electric vehicle power device for scenic spots

Also Published As

Publication number Publication date
KR100438927B1 (en) 2004-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10158229B2 (en) Distributed gradient descent for solving optimal power flow in radial networks
Asna et al. Analysis of an optimal planning model for electric vehicle fast-charging stations in Al Ain City, United Arab Emirates
Papaemmanouil et al. On the reduction of large power system models for power market simulations
CN105186578A (en) Distributed automatic dispatching method for power system with accurate network loss calculation capability
CN105701568B (en) A kind of didactic distribution network status estimation adjustment location fast Optimization
CN105354680B (en) GIS-based power grid section auxiliary determination analysis method
CN105205740A (en) Power distribution network power supply capacity evaluation method considering effective extension of interconnections of main transformers
Hong et al. Calculating line losses in smart grid: A new rule of thumb
CN109995580A (en) VN mapping method based on GA_PSO hybrid algorithm in 5G network slice
KR100438927B1 (en) Method of direct current substation for electric railway
Chai et al. An improved NSGA-II algorithm for transit network design and frequency setting problem
CN105186492B (en) A kind of based on Tracing power flow with the loss allocation methods of electrical dissection
CN106162668A (en) The method and apparatus determining network parameter
Celli et al. Optimal multi-objective allocation of fast charging stations
CN108921448A (en) Power trade method, apparatus, equipment and storage medium
CN110310048A (en) A kind of distribution planning overall process appraisal procedure and device
Bidel et al. Synthetic distribution grid generation based on high resolution spatial data
Jánošíková et al. Design of urban public transport lines as a multiple criteria optimisation problem
CN104881822A (en) Evaluation method, device and system
CN110504689B (en) Power system load flow calculation method based on cloud calculation technology
CN113887003A (en) Method, device, equipment and storage medium for determining strong local power grid structure
Vlaisavljevic et al. Power flow colouring: A novel power flow tracing methodology tailored for the European zonal electricity market design
CN105608530A (en) Operation, distribution and dispatching data integrity verification method for power distribution network
Galkin et al. Automatic Generation of Charging Point's Digital Twin for Virtual Commissioning of Their Automation Systems
CN109510203A (en) A kind of power distribution network evaluation of power supply capability method based on Mid-long term load forecasting

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20070619

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee