KR20210057960A - 전기철도용 전력보상장치 - Google Patents

전기철도용 전력보상장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20210057960A
KR20210057960A KR1020190144811A KR20190144811A KR20210057960A KR 20210057960 A KR20210057960 A KR 20210057960A KR 1020190144811 A KR1020190144811 A KR 1020190144811A KR 20190144811 A KR20190144811 A KR 20190144811A KR 20210057960 A KR20210057960 A KR 20210057960A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
phase
reactive power
command value
output command
power output
Prior art date
Application number
KR1020190144811A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102366963B1 (ko
Inventor
안태풍
고유란
이태훈
최성수
범인철
Original Assignee
인텍전기전자 주식회사
한국철도공사
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 인텍전기전자 주식회사, 한국철도공사 filed Critical 인텍전기전자 주식회사
Priority to KR1020190144811A priority Critical patent/KR102366963B1/ko
Publication of KR20210057960A publication Critical patent/KR20210057960A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102366963B1 publication Critical patent/KR102366963B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/18—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks
    • H02J3/1821—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators
    • H02J3/1835—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control
    • H02J3/1842—Arrangements for adjusting, eliminating or compensating reactive power in networks using shunt compensators with stepless control wherein at least one reactive element is actively controlled by a bridge converter, e.g. active filters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L9/00—Electric propulsion with power supply external to the vehicle
    • B60L9/16—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors
    • B60L9/24—Electric propulsion with power supply external to the vehicle using ac induction motors fed from ac supply lines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60M—POWER SUPPLY LINES, AND DEVICES ALONG RAILS, FOR ELECTRICALLY- PROPELLED VEHICLES
    • B60M3/00—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power
    • B60M3/02—Feeding power to supply lines in contact with collector on vehicles; Arrangements for consuming regenerative power with means for maintaining voltage within a predetermined range
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60L—PROPULSION 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
    • B60L2200/00—Type of vehicles
    • B60L2200/26—Rail vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2200/00—Type of vehicle
    • B60Y2200/30—Railway vehicles
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/30—Reactive power compensation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

본 발명은, 지령값 출력모듈(110)과, M상 보상영역 구분모듈(120)과, T상 보상영역 구분모듈(130)과, 보상맵 설정모듈(140)과, 제어지령값 산출모듈(150)과, M상 인버터(180)를 제어하는 M상 인버터 제어모듈(160)과, T상 인버터(190)를 제어하는 T상 인버터 제어모듈(170)로 구성되어, 유효 및 무효전력 제어 효율성을 높이며, 전기철도 시스템의 변화에 따른 부하변동에 신속하게 반응하도록 하고, 일반 전력망과 철도 전력망 사이의 전압 불균형을 해소하여 고속전기철도 관련 전력계통 시설물의 수명단축과 기능저하와 효율감소를 해결할 수 있는, 전기철도용 전력보상장치를 개시한다.

Description

전기철도용 전력보상장치{Power Compensator for AC Railway System}
본 발명은 전기철도용 전력보상장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유효 및 무효전력 제어 효율성을 높이며, 전기철도 시스템의 변화에 따른 부하변동에 신속하게 반응하도록 하고, 일반 전력망과 철도 전력망 사이의 전압 불균형을 해소할 수 있는, 전기철도용 전력보상장치에 관한 것이다.
국내외 교류전기철도 시스템은 3상 주전원을 철도부하에 적합한 단상 전원으로 변환하여 철도 차량에 전원을 공급한다.
즉, 도 1에 도시된 바와 같은 종래의 전력망 구조는 일반전력망과 철도 전력망 사이의 전압 불평형을 발생하게 하여서, 두 전력망의 전압 불평형을 개선하기 위해 변전 계통에 스코트 결선 방식의 특수 변압기를 사용하고 있다.
하지만, 변전소와 변전소 사이의 거리가 60km 내지 100km 사이로 간격이 상당히 멀고, 15MVA이상을 가지는 고속열차의 운행으로 인해 전압 불평형은 더욱 심해지고, 전력계통 관련시설물인 발전기와 변압기와 전차선로의 수명을 단축시키며, 기능을 저하시키고, 효율을 감소시켜서 막대한 경제적 손실을 준다.
이를 해결하기 위해서, 전력용 콘덴서를 설치하여 전압보상을 해왔으나 기계적인 스위칭 방식으로 응답속도가 느리고, 과도현상이 발생하는 단점이 있다.
또한, 인버터식 무효전력 보상장치인 전력품질 보상시스템인 SVC(Static Var Compensator) 또는 STATCOM(STaTic COMpensator)은 전력계통의 무효전력을 신속 정확하게 연속적으로 보상하나, 에너지 저장용 직류 커패시터를 별도로 구비하여야 해서 설비증가를 수반하며 제조원가가 상승하고, 2상전원의 선로구간별 공급에 따른 전압 불평형을 근본적으로 해결하지 못하는 문제점이 있다.
한편, 철도용 전력보상장치는 M상측 단상 인버터와 T상측 단상 인버터가 BTB 인버터로 구성한 구조로 스코트 변압기의 2차측의 M상 및 T상 사이에 설치되어 M상 및 T상 사이에서 유효전력을 융통하면서 동시에 M상 및 T상의 각각에서의 무효전력도 보상 가능하도록 구성된다.
유효전력 보상제어장치는 전기철도에 부하가 발생하였을 때 스코트 변압기 2차측의 유효전력이 평형화되도록 제어하는 장치로 검출한 M상 부하 전력과 T상 부하 전력의 차에서 절반에 해당하는 유효전력을 철도용 전력보상장치로 융통하고, 무효전력 보상제어장치는 전기철도에 무효 성분을 포함한 부하가 발생하였을 때 스코트 변압기를 통해 주전원에서 무효전력을 공급하지 않고, 철도용 전력보상장치로 M상측 무효전력은 M상측 인버터가, T상측 무효전력은 T상측 인버터가 각각 보상한다.
또한, 급전선로의 임피던스와 전기차로 인한 전압강하로 부하측 전압이 감소하였을 때 무효전력을 공급함으로써 전압강하를 보상한다.
유효 및 무효전력 보상을 하기 위해서는 M상 및 T상의 유효 및 무효전력을 계측하여 M상측 단상 인버터의 유효 및 무효전력 출력 지령값과 T상측 단상 인버터의 유효 및 무효전력 출력 지령값를 산출한다.
산출한 M상의 유효 및 무효전력 출력 지령값이 단상 인버터가 제어가능한 용량을 초과하는 경우 유효 및 무효전력 출력 지령값을 제한하여 변경된 유효 및 무효전력 출력 지령값로 인버터를 제어하고, 산출한 T상의 유효 및 무효전력 출력 지령값가 단상 인버터가 제어가능한 용량을 초과하는 경우 유효 및 무효전력 출력 지령값를 제한하여 변경된 유효 및 무효전력 출력 지령값으로 인버터를 제어한다.
이때, 개별적으로 제한되어 변경된 M상 및 T상의 유효전력 출력 지령값이 같지 않으면, 그 차이에 의해 인버터 직류 회로가 충전 또는 방전하게 되어 직류 전압을 크게 변동시켜 안정 운전을 어렵게 한다.
또한, 유효 및 무효전력 출력 지령값를 제한함에 있어 M상 및 T상이 개별적으로 다른 보상 방법을 사용하였을 때, 전력보상장치의 역할을 충분히 행할 수 있게 하기 위해서는, 제한하기 전과 후의 유효 및 무효전력 출력 지령값를 비교하여 재 연산을 수행해야 하고, 이는 복잡한 과정의 연산을 통해 고속 철도 시스템의 변화에 따라 반응 속도에 빠르게 대처하기가 어려운 측면이 있다.
한국 등록특허공보 제0683430호 (전기철도 급전시스템의 전력품질 보상장치, 2007.02.20) 한국 등록특허공보 제0903525호 (전기철도 전원공급 시스템, 2009.06.19) 한국 등록특허공보 제0153815호 (단상식 부하불평형 부분보상장치, 1998.12.15)
본 발명의 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는, 유효 및 무효전력 제어 효율성을 높이며, 전기철도 시스템의 변화에 따른 부하변동에 신속하게 반응하도록 하고, 일반 전력망과 철도 전력망 사이의 전압 불균형을 해소할 수 있는, 전기철도용 전력보상장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하고자, 본 발명은, 스코트변압기에 의해 3상 주전원으로부터 변환된 M상과 T상의 유효 및 무효전력을 계측하여 유효 및 무효전력 출력지령값을 산출하는 지령값 출력모듈; 상기 M상 유효 및 무효전력의 출력지령값을 입력받아 M상 인버터의 제어가능한 최대용량을 기준으로 보상영역을 구분하고, 상기 M상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 최대용량 기준을 초과하는지 판단하여 상기 M상의 유효 및 무효전력 지령값이 위치하는 지점에 따라 우선보상방식을 설정하는, M상 보상영역 구분모듈; 상기 T상 유효 및 무효전력의 출력지령값을 입력받아 T상 인버터의 제어가능한 최대용량을 기준으로 보상영역을 구분하고, 상기 T상의 유효 및 무효전력 지령값이 최대용량 기준을 초과하는지 판단하여 상기 T상의 유효 및 무효전력 지령값이 위치하는 지점에 따라 우선보상방식을 설정하는, T상 보상영역 구분모듈; 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터의 제어가능한 최대용량 이상의 보상영역을 세부적으로 구획하여 우선보상방식에 해당하는 보상맵을 설정하는 보상맵 설정모듈; 상기 M상 보상영역 구분모듈 및 상기 T상 보상영역 구분모듈로부터 각각 입력받은 상기 M상의 보상영역 및 상기 T상의 보상영역을 상기 보상맵을 통해 보상하되, 상기 M상과 상기 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터의 제어용량기준을 초과할 때, 상기 M상과 상기 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값을 최대용량과 동일하도록 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터의 제어지령값을 산출하는, 제어지령값 산출모듈; 및 상기 제어지령값을 통해 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터를 각각 제어하는 인버터 제어모듈;을 포함하는, 전기철도용 전력보상장치를 제공한다.
여기서, 상기 우선보상방식은 유효전력 우선보상방식, 무효전력 우선보상방식 및 비례 우선보상방식 중 어느 하나의 우선보상방식이 선택되고, 상기 보상맵은, 유효전력 및 무효전력의 제한치를 설정하여 상기 우선보상방식을 구획하고, 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하지 않으면 E영역으로, 상기 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 출력지령값이 상기 인버터의 유효전력 제한치를 초과하지 않고, 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 무효전력 제한치를 초과하면 P영역으로, 상기 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 출력지령값이 상기 인버터의 유효전력 제한치를 초과하고, 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 무효전력 제한치를 초과하지 않으면 Q영역으로, 상기 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 유효전력 제한치 및 무효전력 제한치를 초과하면 B영역으로 구획하여 설정할 수 있다.
또한, 상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상 및 T상이 상기 P영역에 위치하면, 상기 유효전력 우선보상방식을 통해서, 상기 무효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값으로 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상 및 T상이 상기 Q영역에 위치하면, 상기 무효전력 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값으로 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상 및 T상이 상기 B영역에 각각 위치하면, 상기 비례 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값으로 산출하고, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값은 변경하지 않거나, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값으로 산출하고, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값을 상기 산출한 M상 또는 T상의 무효전력 출력지령값으로 변경할 수 있다.
또한, 상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상이 상기 Q영역에 위치하고, 상기 T상이 상기 B영역에 위치하면, 상기 비례 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 및 무효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값으로 산출하고, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값은 비례적으로 산정된 상기 제어지령값으로 대체하고, 상기 T상 또는 M상의 무효전력 출력지령값은 재산정없이 제어지령값으로 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상이 상기 B영역에 위치하고, 상기 T상이 상기 Q영역에 위치하면, 상기 비례 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 및 무효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값으로 산출하고, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값은 비례적으로 산정된 상기 제어지령값으로 대체하고, 상기 T상 또는 M상의 무효전력 출력지령값은 재산정없이 제어지령값으로 산출할 수 있다.
또한, 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터는, 상기 스코트변압기의 2차측 M상 및 T상 사이에 BTB 인버터로 구성될 수 있다.
또한, 상기 보상맵은, 상기 B영역이 상기 E영역과 점접촉하도록 세부적으로 구획하여 설정하거나, 상기 B영역이 상기 E영역과 면접촉하도록 세부적으로 구획하여 설정하거나, 원형으로 설정된 상기 E영역을 중심으로 상기 P영역과 상기 Q영역과 상기 B영역이 방사형으로 세부적으로 구획하여 설정할 수 있다.
본 발명에 의하면, 유효 및 무효전력 제어 효율성을 높이며, 전기철도 시스템의 변화에 따른 부하변동에 신속하게 반응하도록 하고, 일반 전력망과 철도 전력망 사이의 전압 불균형을 해소하여 전기철도 관련 전력계통 시설물의 수명단축과 기능저하와 효율감소를 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 교류전기철도의 전력계통도 및 능동형 밸런서를 예시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 전기철도용 전력보상장치의 구성도를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 전기철도용 전력보상장치의 보상맵을 예시한 것이다.
도 4는 도 3의 보상맵에 따른 제어지령값 산출을 예시한 것이다.
도 5는 도 도 2의 전기철도용 전력보상장치의 제어지령값 산출모듈에 의한 제어지령값 산출 과정을 도시한 것이다.
도 6은 도 2의 전기철도용 전력보상장치에 의한 전력보상방법의 흐름도를 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 전술한 특징을 갖는 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하고자 한다.
도 2 내지 도 6을 참조하여, 본 발명의 실시예에 의한 전기철도용 전력보상장치를 상술하면 다음과 같다.
우선, 지령값 출력모듈(110)은 스코트변압기(미도시)의 2차측에 결선되어 스코트변압기에 의해 3상 주전원으로부터 변환된 M상과 T상의 유효 및 무효전력(전압/전류)을 각각 계측하여 해당 M상 및 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값을 각각 산출하여 제공한다(S110).
다음, M상 보상영역 구분모듈(120)은, M상 지령값 출력모듈(110)로부터 M상 유효 및 무효전력의 출력지령값을 입력받아서 M상 인버터(180)의 제어가능한 최대용량을 기준으로 보상영역을 구분하고, M상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 최대용량 기준을 초과하는지 판단하여 M상의 유효 및 무효전력 지령값이 위치하는 지점에 따라 우선보상방식을 설정한다(S120).
예컨대, 도 3에 예시된 바와 같이, M상 보상영역 구분모듈(120)은, 전기철도 시스템의 상황에 따라 M상 인버터(180)의 유효전력(P) 및 무효전력(Q) 제어가능한 최대용량을 기준으로 한 가상의 원(S2 = P2 + Q2) 내부영역은 비보상영역으로, 외부영역은 보상영역으로 구분한다.
다음, T상 보상영역 구분모듈(130)은, T상 지령값 출력모듈(110)로부터 T상 유효 및 무효전력의 출력지령값을 입력받아서 T상 인버터(190)의 제어가능한 최대용량을 기준으로 보상영역을 구분하고, T상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 최대용량 기준을 초과하는지 판단하여 T상의 유효 및 무효전력 지령값이 위치하는 지점에 따라 우선보상방식을 설정한다(S130).
예컨대, 도 3에 예시된 바와 같이, T상 보상영역 구분모듈(130)은, T상 인버터(190)의 유효전력(P) 및 무효전력(Q) 제어가능한 최대용량을 기준으로 한 가상의 원(S2 = P2 + Q2) 내부영역은 비보상영역으로, 외부영역은 보상영역으로 구분한다.
다음, 보상맵 설정모듈(140)은, M상 인버터(180) 및 T상 인버터(190)의 제어가능한 최대용량 이상의 보상영역을 세부적으로 구획하여 우선보상방식에 해당하는 보상맵을 설정한다(S140).
여기서, 우선보상방식은 유효전력 우선보상방식, 무효전력 우선보상방식 및 비례 우선보상방식 중 어느 하나의 유리한 우선보상방식이 선택될 수 있다.
한편, 보상맵은, 유효전력 및 무효전력의 제한치를 설정하여 우선보상방식을 구획하고, M상 및 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 M상 및 T상 인버터(180,190)의 최대 제어용량을 초과했을 때, M상 및 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값과 가깝게 최종 제어지령값이 출력될 수 있도록 하는 보상방법을 정의한다.
예컨대, 보상맵은, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 인버터의 최대용량을 모두 초과하지 않으면 E영역으로, 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 출력지령값이 인버터의 유효전력 제한치를 초과하지 않고, 무효전력 출력지령값이 인버터의 무효전력 제한치를 초과하면 P영역으로, 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 출력지령값이 인버터의 유효전력 제한치를 초과하고, 무효전력 출력지령값이 인버터의 무효전력 제한치를 초과하지 않으면 Q영역으로, 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 인버터의 유효전력 제한치 및 무효전력 제한치를 초과하면 B영역으로 구획하여 설정할 수 있다.
참고로, 보상맵에 따른 우선보상방식은, P영역에서는, 무효전력 우선보상방식을 선정한 경우, 유효전력 지령값의 변화율이 유효전력 우선보상방식을 선정하였을 때의 무효전력 지령값의 변화율보다 크므로, 유리한 유효전력 우선보상방식을 적용하고, Q영역에서는, 유효전력 우선보상방식을 선정한 경우, 무효전력 지령값의 변화율이 무효전력 우선보상방식을 선정하였을 때의 유효전력 지령값의 변화율보다 크므로, 유리한 무효전력 우선보상방식을 적용하고, B영역에서는, 유효 또는 무효전력 우선보상방식을 선정한 경우 무효 또는 유효전력 지령값의 변화율이 비례 우선보상방식을 선정하였을 때의 유효 및 무효전력 지령값의 변화율보다 크므로, 유리한 비례 우선보상방식을 적용할 수 있다.
즉, 앞선 보상맵과 우선보상방식을 통합하여 정리하면 다음의 표 1과 같다.
T상/M상 E P Q B
E Nothing 유효전력우선보상 무효전력우선보상 비례우선보상
P 유효전력우선보상 유효전력우선보상
Q 무효전력우선보상 무효전력우선보상 비례우선보상
B 비례우선보상 비례우선보상 비례우선보상
한편, 보상맵에 해당하는 보상영역은, 세부적으로 구획할수록 불평형 개선효과를 높일 수 있는데, 전기철도 시스템의 상황에 따라, 도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 B영역이 E영역과 점접촉하도록 구획하여 설정하거나, 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 B영역이 E영역과 면접촉하도록 구획하여 설정하거나, 도 3의 (c)에 도시된 바와 같이 원형으로 설정된 E영역을 중심으로 P영역과 Q영역과 B영역이 방사형으로 구획하여 설정할 수 있다.
다음, 제어지령값 산출모듈(150)은, M상 보상영역 구분모듈(120) 및 T상 보상영역 구분모듈(130)로부터 각각 입력받은 M상의 보상영역 및 T상의 보상영역을 보상맵을 통해 보상하되, M상과 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 M상 인버터(180) 및 T상 인버터(190)의 제어용량기준을 초과할 때, M상과 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값을 최대용량과 동일하도록 M상 인버터(180) 및 T상 인버터(190)의 제어지령값을 산출한다(S150).
구체적으로, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 제어지령값 산출모듈(150)은, M상의 유효 및 무효전력(PM,QM) 및 T상의 유효 및 무효전력(PT,QT)이 P영역에 위치하면, 유효전력 우선보상방식을 통해서, 무효전력 출력지령값을 인버터의 무효전력 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값(PM,Q'M)(PT,Q'M)으로 산출할 수 있다. 즉, PM과 PT는 변경하지 않고, QM과 QT는 Q'M으로 변경하여 후단의 M상 및 T상 인버터 제어모듈(180.190)로 제공한다.
또는, 도 5의 (b) 에 도시된 바와 같이, 제어지령값 산출모듈(150)은, M상의 유효 및 무효전력(PM,QM) 및 T상의 유효 및 무효전력(PT,QT)이 Q영역에 위치하면, 무효전력 우선보상방식을 통해서, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 큰 무효전력 출력지령값(QT)에 해당하는 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값(PT)을 M상 및 T상 인버터(180,190)의 유효전력 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값(P'M,QM)(P'T,QT)으로 산출하고, 무효전력 제어지령값(QM,QT)은 변경하지 않고, 후단의 M상 및 T상 인버터 제어모듈(180.190)로 제공한다.
또한, 도 5의 (c1) 에 도시된 바와 같이, 제어지령값 산출모듈(150)은, M상의 유효 및 무효전력(PM,QM) 및 T상의 유효 및 무효전력(PT,QT)이 B영역에 위치하면, 비례 우선보상방식을 통해서, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 큰 무효전력 출력지령값(QT)에 해당하는 T상 또는 M상의 유효전력과 무효전력 출력지령값(PT,QT)을 M상 및 T상 인버터(180,190)의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값(P'M,QM)(P'T,Q'T)으로 산출하고, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 작은 무효전력 출력지령값(QM)은 변경하지 않고, 후단의 M상 및 T상 인버터 제어모듈(180.190)로 제공한다.
또한, 도 5의 (c2) 에 도시된 바와 같이, 제어지령값 산출모듈(150)은, M상의 유효 및 무효전력(PM,QM) 및 T상의 유효 및 무효전력(PT,QT)이 B영역에 위치하면, 비례 우선보상방식을 통해서, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 큰 무효전력 출력지령값(QT)에 해당하는 T상 또는 M상의 출력지령값(PM,QM)을 M상 및 T상 인버터(180,190)의 유효전력 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값(P'M,Q'M)으로 산출하고, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 작은 무효전력 출력지령값(QM)을 앞서 재산출한 M상 또는 T상의 무효전력 출력지령값(Q'T = Q'M)으로 변경하여, 후단의 M상 및 T상 인버터 제어모듈(180.190)로 제공한다.
또는, 도 5의 (d)에 도시된 바와 같이, 제어지령값 산출모듈(150)은, M상의 유효 및 무효전력(PM,QM)이 Q영역에 위치하고, T상의 유효 및 무효전력(PT,QT)이 B영역에 위치하면, 비례 우선보상방식을 통해서, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 큰 무효전력 출력지령값(QT)에 해당하는 T상 또는 M상의 유효전력 및 무효전력 출력지령값(PT,QT)을 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값(P'T,Q'T)으로 산출하고, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 작은 무효전력 출력지령값(QM)에 해당하는 T상 또는 M상의 출력지령값(PM,QM)은 비례적으로 산정된 제어지령값(P'M,Q'T)으로 대체하고, T상 또는 M상의 무효전력 출력지령값(QM)은 재산정없이 변경하지 않고 제어지령값(QM)으로 산출하여 후단의 M상 및 T상 인버터 제어모듈(180.190)로 제공한다.
한편, 도시되지는 않았으나, 제어지령값 산출모듈(150)은, 앞서와 반대로, M상의 유효 및 무효전력(PM,QM)이 B영역에 위치하고, T상의 유효 및 무효전력(PT,QT)이 Q영역에 위치하면, 비례 우선보상방식을 통해서, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값(QM,QT) 중 더 큰 무효전력 출력지령값(QT)에 해당하는 T상 또는 M상의 유효전력 및 무효전력 출력지령값을 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값으로 산출하고, M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값에 해당하는 T상 또는 M상의 출력지령값은 비례적으로 산정된 제어지령값으로 대체하고, T상 또는 M상의 무효전력 출력지령값은 재산정없이 변경하지 않고 제어지령값으로 산출하여 후단의 M상 및 T상 인버터 제어모듈(180.190)로 제공한다.
다음, 인버터 제어모듈은, M상 인버터(180)를 제어하는 M상 인버터 제어모듈(160)과, T상 인버터(190)를 제어하는 T상 인버터 제어모듈(170)로 각각 구성되어, 제어지령값 산출모듈(150)에 의해 앞서 재산정된 해당 인버터(180,190)의 제어지령값을 통해 M상 인버터(180) 및 T상 인버터(190)를 각각 제어한다(S160).
한편, M상 인버터(180) 및 T상 인버터(190)는, 스코트변압기의 2차측 M상 및 T상 사이에 BTB(back to back) 인버터로 구성될 수 있다.
이에, 전술한 바와 같은 전기철도용 전력보상장치의 구성에 의해서, 유효 및 무효전력 제어 효율성을 높이며, 전기철도 시스템의 변화에 따른 부하변동에 신속하게 반응하도록 하고, 일반 전력망과 철도 전력망 사이의 전압 불균형을 해소하여 전기철도 관련 전력계통 시설물의 수명단축과 기능저하와 효율감소를 해결할 수 있다.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
110 : 지령값 출력모듈 120 : M상 보상영역 구분모듈
130 : T상 보상영역 구분모듈 140 : 보상맵 설정모듈
150 : 제어지령값 산출모듈 160 : M상 인버터 제어모듈
170 : T상 인버터 제어모듈 180 : M상 인버터
190 : T상 인버터

Claims (9)

  1. 스코트변압기에 의해 3상 주전원으로부터 변환된 M상과 T상의 유효 및 무효전력을 계측하여 유효 및 무효전력 출력지령값을 산출하는 지령값 출력모듈;
    상기 M상 유효 및 무효전력의 출력지령값을 입력받아 M상 인버터의 제어가능한 최대용량을 기준으로 보상영역을 구분하고, 상기 M상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 최대용량 기준을 초과하는지 판단하여 상기 M상의 유효 및 무효전력 지령값이 위치하는 지점에 따라 우선보상방식을 설정하는, M상 보상영역 구분모듈;
    상기 T상 유효 및 무효전력의 출력지령값을 입력받아 T상 인버터의 제어가능한 최대용량을 기준으로 보상영역을 구분하고, 상기 T상의 유효 및 무효전력 지령값이 최대용량 기준을 초과하는지 판단하여 상기 T상의 유효 및 무효전력 지령값이 위치하는 지점에 따라 우선보상방식을 설정하는, T상 보상영역 구분모듈;
    상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터의 제어가능한 최대용량 이상의 보상영역을 세부적으로 구획하여 우선보상방식에 해당하는 보상맵을 설정하는 보상맵 설정모듈;
    상기 M상 보상영역 구분모듈 및 상기 T상 보상영역 구분모듈로부터 각각 입력받은 상기 M상의 보상영역 및 상기 T상의 보상영역을 상기 보상맵을 통해 보상하되, 상기 M상과 상기 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값이 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터의 제어용량기준을 초과할 때, 상기 M상과 상기 T상의 유효 및 무효전력 출력지령값을 최대용량과 동일하도록 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터의 제어지령값을 산출하는, 제어지령값 산출모듈; 및
    상기 제어지령값을 통해 상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터를 각각 제어하는 인버터 제어모듈;을 포함하는, 전기철도용 전력보상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 우선보상방식은 유효전력 우선보상방식, 무효전력 우선보상방식 및 비례 우선보상방식 중 어느 하나의 우선보상방식이 선택되고,
    상기 보상맵은, 유효전력 및 무효전력의 제한치를 설정하여 상기 우선보상방식을 구획하고, 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하지 않으면 E영역으로, 상기 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 출력지령값이 상기 인버터의 유효전력 제한치를 초과하지 않고, 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 무효전력 제한치를 초과하면 P영역으로, 상기 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 출력지령값이 상기 인버터의 유효전력 제한치를 초과하고, 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 무효전력 제한치를 초과하지 않으면 Q영역으로, 상기 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 최대용량을 초과하고 유효전력 및 무효전력 출력지령값이 상기 인버터의 유효전력 제한치 및 무효전력 제한치를 초과하면 B영역으로 구획하여 설정하는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상 및 T상이 상기 P영역에 위치하면, 상기 유효전력 우선보상방식을 통해서, 상기 무효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값으로 산출하는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상 및 T상이 상기 Q영역에 위치하면, 상기 무효전력 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값으로 산출하는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상 및 T상이 상기 B영역에 각각 위치하면, 상기 비례 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값으로 산출하고, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값은 변경하지 않거나,
    상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 산정하여 제어지령값으로 산출하고, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값을 상기 산출한 M상 또는 T상의 무효전력 출력지령값으로 변경하는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상이 상기 Q영역에 위치하고, 상기 T상이 상기 B영역에 위치하면, 상기 비례 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 및 무효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값으로 산출하고,
    상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값은 비례적으로 산정된 상기 제어지령값으로 대체하고, 상기 T상 또는 M상의 무효전력 출력지령값은 재산정없이 제어지령값으로 산출하는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제어지령값 산출모듈은, 상기 M상이 상기 B영역에 위치하고, 상기 T상이 상기 Q영역에 위치하면, 상기 비례 우선보상방식을 통해서, 상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 큰 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 및 무효전력 출력지령값을 상기 인버터의 최대용량과 동일하도록 비례적으로 산정하여 제어지령값으로 산출하고,
    상기 M상 및 T상의 무효전력 출력지령값 중 더 작은 무효전력 출력지령값에 해당하는 상기 T상 또는 M상의 유효전력 출력지령값은 비례적으로 산정된 상기 제어지령값으로 대체하고, 상기 T상 또는 M상의 무효전력 출력지령값은 재산정없이 제어지령값으로 산출하는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 M상 인버터 및 상기 T상 인버터는, 상기 스코트변압기의 2차측 M상 및 T상 사이에 BTB 인버터로 구성되는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 보상맵은, 상기 B영역이 상기 E영역과 점접촉하도록 세부적으로 구획하여 설정하거나, 상기 B영역이 상기 E영역과 면접촉하도록 세부적으로 구획하여 설정하거나, 원형으로 설정된 상기 E영역을 중심으로 상기 P영역과 상기 Q영역과 상기 B영역이 방사형으로 세부적으로 구획하여 설정하는 것을 특징으로 하는, 전기철도용 전력보상장치.
KR1020190144811A 2019-11-13 2019-11-13 전기철도용 전력보상장치 KR102366963B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144811A KR102366963B1 (ko) 2019-11-13 2019-11-13 전기철도용 전력보상장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020190144811A KR102366963B1 (ko) 2019-11-13 2019-11-13 전기철도용 전력보상장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210057960A true KR20210057960A (ko) 2021-05-24
KR102366963B1 KR102366963B1 (ko) 2022-02-25

Family

ID=76152609

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190144811A KR102366963B1 (ko) 2019-11-13 2019-11-13 전기철도용 전력보상장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102366963B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102399580B1 (ko) 2021-11-19 2022-05-20 인텍전기전자 주식회사 스코트 변압기의 2차측 전력을 이용한 고속철도용 전력 보상 장치

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0153815B1 (ko) 1994-12-31 1998-12-15 이인영 단상식 부하불평형 부분보상장치
KR100683430B1 (ko) 2004-12-07 2007-02-20 한국철도기술연구원 전기철도 급전시스템의 전력품질 보상장치
JP2009124823A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電鉄用電圧変動補償装置の制御装置
KR100903525B1 (ko) 2008-10-15 2009-06-19 주식회사 광명전기 전기철도 전원공급 시스템
JP2012051465A (ja) * 2010-09-01 2012-03-15 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電鉄用電力補償装置の制御装置
JP2014108010A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Toshiba Corp 電力補償システム
KR20190124450A (ko) * 2018-04-26 2019-11-05 충북대학교 산학협력단 배전선로의 전압을 적정범위 내로 조정 가능한 무효전력 제어 시스템 및 방법

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0153815B1 (ko) 1994-12-31 1998-12-15 이인영 단상식 부하불평형 부분보상장치
KR100683430B1 (ko) 2004-12-07 2007-02-20 한국철도기술연구원 전기철도 급전시스템의 전력품질 보상장치
JP2009124823A (ja) * 2007-11-13 2009-06-04 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電鉄用電圧変動補償装置の制御装置
KR100903525B1 (ko) 2008-10-15 2009-06-19 주식회사 광명전기 전기철도 전원공급 시스템
JP2012051465A (ja) * 2010-09-01 2012-03-15 Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp 電鉄用電力補償装置の制御装置
JP2014108010A (ja) * 2012-11-29 2014-06-09 Toshiba Corp 電力補償システム
KR20190124450A (ko) * 2018-04-26 2019-11-05 충북대학교 산학협력단 배전선로의 전압을 적정범위 내로 조정 가능한 무효전력 제어 시스템 및 방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102399580B1 (ko) 2021-11-19 2022-05-20 인텍전기전자 주식회사 스코트 변압기의 2차측 전력을 이용한 고속철도용 전력 보상 장치

Also Published As

Publication number Publication date
KR102366963B1 (ko) 2022-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104852396B (zh) 一种用于低压配电网的电力负载均衡方法及其装置
US11025086B2 (en) Power conversion device
CN108183486A (zh) 一种柔性多状态开关及其控制方法
CN109378830B (zh) 一种基于远距离输电的同步调相机选址方法
CN101567565B (zh) 功率调节器与静止无功补偿器联合负序电流补偿系统
KR101779909B1 (ko) 지상 및 진상 자동 역률 보상 시스템이 포함된 수배전반
JP4588623B2 (ja) 電源装置
JPWO2016147935A1 (ja) 電力変換装置
Panfilov et al. Design and assessment of static VAR compensator on railways power grid operation under normal and contingencies conditions
EP3756257B1 (en) Dc current control in vsc based hvdc converters
EP0707368B1 (en) Method and device for control of a series-compensated converter station
JP6392421B2 (ja) 無効電力補償装置及びその制御方法
CN106026124B (zh) 一种无功补偿装置
CN106936140A (zh) 基于柔性直流与高压并联电容配合的无功调节装置及方法
KR102366963B1 (ko) 전기철도용 전력보상장치
Strzelecki et al. Distribution transformer with multi-zone voltage regulation for smart grid system application
CN110556858A (zh) 一种基于三相不平衡的低压配电网网损分析的方法
Sinsel et al. Multilevel STATCOMs—a new converter topology that opens up the market
CN113852142B (zh) 一种多直流馈入电网的多电压等级静动态无功配置方法
CN108462193A (zh) 一种含光伏发电与电动汽车充放电的电网协调控制方法
Rajpoot et al. Review and utility of FACTS controller for traction system
CN108777488B (zh) 一种串联补偿器及其控制方法和装置
US3942032A (en) Power injector control means for transmission networks
Roudsari et al. Half-bridge power quality conditioner for railway traction distribution system based on a new balancing transformer
ElMoursi et al. Voltage stabilization and reactive compensation using a novel FACTS STATCOM scheme

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant