JP2014046821A - 電力消費最適化システムおよび電力提供制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】蓄電装置に対して電力を適切に蓄電させることが可能な電力消費最適化システムおよび電力提供制御方法を提供する。
【解決手段】列車の運行時に消費した電力である列車消費電力を含む列車が運行された際の運行情報を、列車の運行を管理する運行管理システムから取得する取得部と、列車消費電力を含めた提供電力を列車ごとおよび蓄電装置ごとに履歴保持する電力管理記憶部と、運行情報と蓄電装置による充放電の結果とを対応付けた運行実績情報を列車ごとに履歴保持する運行実績記憶部と、現在の提供電力と、電力管理記憶部が記憶する過去の提供電力と、現在の列車の運行情報と、運行実績記憶部が記憶する運行実績情報とに基づいて、蓄電装置における今後の提供電力のピーク時間帯を予測し、ピーク時間帯には蓄電装置に対して放電を指示し、ピーク時間帯以外の時間帯には蓄電装置に対して充電を指示する消費予測部とによる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電力消費最適化システムおよび電力提供制御方法に関する。

従来、鉄道等の車両に対して効率よく電力を供給するために、様々な手法が採用されている。例えば、特許文献１に開示された技術では、移動体の運転ダイヤに基づいて将来の移動体の位置を予測し、その予測結果に基づいて一定期間移動体を移動させるために必要な所要電力を予測し、電力供給設備から供給される移動体への電力の配分を最適化している。

特開２００８−２４２０６号公報

しかしながら、上述した特許文献１では、運転ダイヤに基づいて所要電力を予測して電力配分を最適化するため、運転ダイヤ通りに運行されない場合など、実際の所要電力と偏差が生じる可能性がある。このため、実際の車両の運行実績が運転ダイヤ通りに運行されない場合、その後の車両運行のために蓄えておくべき電力を適切に蓄電装置に蓄電させることができないという問題がある。

さらに、運転ダイヤ通りに車両が運行されない場合に限らず、車両運行時の環境によって車両が消費する電力も異なる。例えば、車両が同じ地点を運行する場合であっても、夏季に運行される場合には空調の使用頻度が高くなったり、通勤時間帯に運行される場合には乗客数が多くなるために力行に多くの電力が必要となる等の場合があり、たとえ運転ダイヤ通りに車両が運行されている場合であっても、実際に車両が消費する電力は通常運行時に比べて大きくなる。この場合も、上述した場合と同様に、その後の車両運行のために必要な電力を適切に蓄電装置に蓄電させることができない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、蓄電装置に対して電力を適切に蓄電させることが可能な電力消費最適化システムおよび電力提供制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電力消費最適化システムは、蓄電装置と、変電所からの供給電力を受けた列車への提供電力を管理する電力管理システムとに接続され、前記蓄電装置の充放電を制御する電力消費最適化システムであって、前記列車の運行時に消費した電力である列車消費電力を含む前記列車が運行された際の運行情報を、前記列車の運行を管理する運行管理システムから取得する取得部と、前記列車消費電力を含めた前記提供電力を前記列車ごとおよび前記蓄電装置ごとに履歴保持する電力管理記憶部と、前記運行情報と前記蓄電装置による充放電の結果とを対応付けた運行実績情報を前記列車ごとに履歴保持する運行実績記憶部と、現在の前記提供電力と、前記電力管理記憶部が記憶する過去の前記提供電力と、現在の前記列車の運行情報と、前記運行実績記憶部が記憶する前記運行実績情報とに基づいて、前記蓄電装置における今後の提供電力のピーク時間帯を予測し、前記ピーク時間帯には前記蓄電装置に対して放電を指示し、前記ピーク時間帯以外の時間帯には前記蓄電装置に対して充電を指示する消費予測部と、前記消費予測部からの充放電の指示に従って電力を充放電し、前記充放電の結果を前記運行実績部に記憶させる前記蓄電装置と、を備えることを特徴とする。

また、本発明は、上記電力消費最適化システムで行われる電力提供制御方法である。

本発明によれば、蓄電装置に対して電力を適切に蓄電させることが可能な電力消費最適化システムおよび電力提供制御方法を提供することができる。

本発明に係る電力消費最適化システムを含む電気鉄道監視制御システムの構成例を示す図である。 蓄電装置１の構成例を示す図である。 電気鉄道監視制御システムの主要部の構成例を示す図である。 運転曲線情報の例を示す図である。 運転実績データベースの例を示す図である。 供給電力情報の例を示す図である。 自然電力情報の例を示す図である。 天気情報の例を示す図である。 消費電力情報の例を示す図である。 電力管理実績データベースが蓄積して記憶する供給電力情報（蓄積供給電力情報）の例を示す図である。 電力管理実績データベースが蓄積して記憶する消費電力情報（蓄積消費電力情報）の例を示す図である。 カレンダー情報の例を示す図である。 電力消費最適化システムで行われる蓄電制御処理の処理手順を示すフローチャートである。 消費電力推移グラフの例を示す図である。 供給電力推移グラフの例を示す図である。 制御パラメータテーブルの例を示す図である。 待機設定グラフの例を示す図である。 稼働制約グラフの例を示す図である。

以下に添付図面を参照して、本発明にかかる電力消費最適化システムおよび電力提供制御方法の実施の形態を詳細に説明する。

図１は、本発明に係る電力消費最適化システムを含む電気鉄道監視制御システムの構成例を示す図である。図１に示すように、電気鉄道監視制御システムは、蓄電装置１と、電力消費最適化システム２と、電力管理システム３と、運行管理システム４と、変電所５とを有して構成されている。蓄電装置１および変電所５は、車両６の運行範囲に応じて所定の間隔で複数設けられている。

蓄電装置１は、車両６に供給される電力の蓄電を制御する装置である。蓄電装置１は、電力消費最適化システム２によって電力の消費量が予測された場合、その予測に従って供給すべき電力量を制御する。例えば、電力消費最適化システム２によって現在の消費電力がピークを迎えていると判定された場合にはそれまで蓄積された電力を放出し、現在の消費電力がピークを迎えていないと判定された場合には電力を蓄積する。具体的な処理の内容については、フローチャートを用いて後述する。

図２は、蓄電装置１の構成例を示す図である。図２に示すように、蓄電装置１は、制御機器１と、蓄電機器２とを有して構成されている。制御機器１は、電力最適化システム２からの指令を受けて、蓄電機器２に対する電力の蓄電を制御する装置である。具体的には後述するが、蓄電機器２は、制御機器１から蓄電モードへの切替指示を受けた場合には電力を内部に蓄え、制御機器１から放電モードへの切替指示を受けた場合には電力を外部に放出する。

電力消費最適化システム２は、車両６の運行実績や様々な周辺環境の変化によって使用される電力量を予測し、蓄電機器２に対する電力の蓄電制御を最適化するシステムである。図３は、電気鉄道監視制御システムの主要部の構成例を示す図である。図３に示すように、電力最適化システム２は、列車位置・運行実績取得装置２１と、電力供給予測装置２２と、電力消費予測装置２３と、電力管理実績データベース２４と、運転実績データベース２５とを有して構成されている。

列車位置・運行実績取得装置２１は、運行管理システム４から車両６が実際に運行された際の様々な情報（運行情報）を取得する。運行情報としては、例えば、車両６の運転区間、その運転区間内の駅名、駅間距離、駅間時間、勾配（その路線の区間の勾配）、列車速度、列車種別、列車の型式を示す列車車両特性、編成等の情報を有した運転曲線情報、車両重量、パンタグラフ電圧、力行時および回生時の消費電力、空調消費電力、駅混雑状況等の各情報が含まれている。

図４は、上述した運転曲線情報の例を示す図である。図４に示す例では、ある日の午前０６：００にＡ駅からＤ駅まで運行した列車種別が急行００１号（６両編成、△△２７００系）の運行実績を示している。例えば、Ａ駅からＢ駅までの駅間距離はｒ１（ｋｍ）、その勾配は平均して１．０％の上り勾配であることを示している。また、この列車は、Ａ駅を出発して徐々に加速し、その区間の２／３ほど走行した段階で速度を落として惰行運転しながら通過し、Ｂ駅通過までにｔ２ａ秒かかっていることを示している。列車位置・運行実績取得装置２１は、このような運転曲線情報や、車両重量、パンタグラフ電圧、力行時および回生時の消費電力、空調消費電力、駅混雑状況等の各情報を、運行管理システム４から取得し、その一部の情報を運転実績データベース２５に蓄積させる。なお、力行時の消費電力、空調消費電力を合わせて列車消費電力と呼び、回生時の消費電力（発生電力）を回生発生電力と呼ぶ。

図５は、運転実績データベース２５の例を示す図である。図５に示すように、運転実績データベース２５は、駅名と、駅間距離と、駅間区間と、勾配と、列車速度と、車両重量と、パンタグラフ電圧と、消費電力（力行）と、消費電力（回生）と、消費電力（空調）と、駅混雑状況と、放充電実績とを含んでいる。図５では、例えば、Ａ駅からＢ駅までの駅間距離がｒ１、駅間時間がｔ２ａ、勾配が上り１．０％、列車速度がｖ２１、車両重量が１車両当たり平均して９０％の乗客を乗せた場合の重量であることを示している。また、動力車両のパンタグラフの電圧が１５００Ｖ、力行時の消費電力が１０．０ｋｗｈ、回生発生電力が２．０ｋｗｈ、空調使用時の消費電力が０．３ｋｗｈ、Ａ駅改札を通過してホームにいる人の数を示す駅混雑状況は１００人であることを示している。これらの各情報は、運行管理システム４から取得されたものである。この他、運転実績データベース２５には、蓄電装置１が充放電した実績を示す充放電実績（ｋｗｈ）を記憶しているが、この内容は、後述するフローチャートに示す処理を行った際に適宜更新される。例えば、Ａ駅とＢ駅の間に設置された蓄電装置（ＳＳ１）は、この列車の運行時には２０．０ｋｗｈの電力を放出し、Ｂ駅とＣ駅の間に設置された蓄電装置（ＳＳ２）は、この列車の運行時には５．０ｋｗｈの電力を蓄電したことを示している。このように、運転実績データベース２５には、運行管理システム４から取得された列車ごとの運行情報が、時系列に日々蓄積されている。続いて、図３に戻って、電力供給予測装置２２について説明する。

電力供給予測装置２２は、電力管理システム３によって制御されている変電所５が供給する電力量および自然エネルギー発生装置７が供給する電力量と、環境情報取得装置８が取得した環境情報に応じて変動が予想される電力量とにより、蓄電装置１に供給可能な電力量を予測する装置である。

電力供給予測装置２２は、電力管理システム３の受電制御装置３１から現時点で供給される電圧、電流、電力量の状態を示す各情報（供給電力情報）を取得する。図６は、供給電力情報の例を示す図である。図６に示すように、供給電力情報には、現時点の時刻と、その時刻で供給されている電圧、電流、電力量のそれぞれとが対応付けられている。図６に示す例では、ある日の０６：００時点では、蓄電装置ＳＳ１は、６６００Ｖ、１２００Ａ、４７５０ｋｗｈの電力供給を受けていることを示している。この例では、３０分ごとに供給電力情報を取得している場合について説明しているが、そのタイミングは任意である。なお、供給電力情報は、複数の蓄電装置１のそれぞれから取得される。

また、電力供給予測装置２２は、列車位置・運行実績取得装置２１および運転実績データベース２５にアクセスし、現時点までに発生している回生発生電力を取得し、取得した回生発生電力を供給電力情報に加える。例えば、蓄電装置ＳＳ１については、電力供給予測装置２２は、列車位置・運行実績取得装置２１にアクセスし、現在の時刻がある日の０６：００である場合、供給を受けている４７５０ｋｗｈの電力量に、Ａ駅からＢ駅間の列車「急行００１号」の運転によって発生した回生発生電力２．０ｋｗｈを加算する。以下では１つの車両６について説明しているが、運行情報が取得された全ての列車について、回生発生電力を加算する。なお、電力供給予測装置２２は、未だ列車が運転していない区間に設置されている蓄電装置ＳＳ２、ＳＳ３については、運転実績データベース２５にアクセスし、過去の回生発生電力を、過去の供給電力情報（蓄積供給電力情報。図１０において後述する。）に加算して、今後供給可能な電力量を予測する。

また、電力供給予測装置２２は、自然エネルギー発生装置７から供給される電力量（自然電力情報）を取得する。自然エネルギー発生装置７は、例えば、太陽光パネルによる発太陽光電設備、あるいは風車による風力発電設備等の再生可能エネルギーを生み出す設備であり、蓄電装置１付近に設置されている。以下では、一例として太陽光発電や風力発電を利用した場合について説明しているが、他の再生可能エネルギーを利用することとしてもよい。

図７は、自然電力情報の例を示す図である。図７に示すように、自然電力情報には、電力が供給されている時点の時刻と、電力量（太陽光発電）と、電力量（風力発電）とが対応付けられている。図７に示す例では、ある日の０６：００時点における太陽光発電の電力量が１００ｋｗｈであり、風力発電の電力量が１５０ｋｗｈであることを示している。自然電力情報についても、供給電力情報と同様に、所定のタイミングで自然エネルギー発生装置７から取得される。なお、図７に示す例では、電力量についてのみ示しているが、図６に示した供給電力情報の場合と同様に、電圧、電流の各情報を含めることも可能である。この場合、より詳細な自然電力情報が得られることとなる。

また、電力供給予測装置２２は、環境情報取得装置８から、蓄電装置１周辺の環境情報を取得する。環境情報取得装置８は、環境情報として、例えば、天気予報を行う会社や機関から、その地域の天候や気象に関する情報（天気情報）を収集する装置である。電力供給予測装置２２は、環境情報取得装置８にアクセスし、上述した天気情報を取得する。

図８は、天気情報の例を示す図である。図８に示すように、天気情報には、天気の観測（または予報）時刻と、その時の天候、気温、湿度、風速のそれぞれとが対応付けられている。図８に示す例では、ある日の０６：００時点における天候はくもり、気温が２４℃、湿度が７０％、風速が４．０ｍであることを示している。天気情報についても、供給電力情報等と同様に、所定のタイミングで環境情報取得装置８から取得される。

電力供給予測装置２２は、回生発生電力を加算した供給電力情報、自然電力情報、天気情報を取得すると、これらの電力量を合算してトータルとして蓄電装置１に供給可能な電力量を予測し、その結果（予測電力量）を電力消費予測装置２３に出力する。例えば、電力供給予測装置２２は、自身が有するタイマ（不図示）によって計時している現在の時刻がその日の０７：００時である場合には、取得した天気情報を参照して０７：００時点の天候、気温、湿度と、今後予想される０７：３０時点の天候、気温、湿度とを比較し、取得した自然電力情報に含まれる０７：００時点での電力量（太陽光発電）である１６０ｋｗｈから、０７：３０時点で今後どの程度増減するか予測し、その結果を図６に示した供給電力情報に加算（または減算）する。この場合も、上述したように、電圧、電流の各情報が取得されている場合には、これらについても加算（または減算）することとしてもよい。

また、電力供給予測装置２２は、上述したタイマによって計時される現在の時刻が０７：００時である場合、取得した天気情報を参照して０７：００時点の風速と、今後予想される０７：３０時点の風速とを比較し、上述した場合と同様に、取得した自然電力情報に含まれる０７：００時点での電力量（風力発電）である１３０ｋｗｈから、０７：３０時点で今後どの程度増減するか予測し、その結果を図６に示した供給電力情報に加算（または減算）し、その計算後の情報を追加する。この場合も、上述したように、電圧、電流の各情報が取得されている場合には、これらについても加算（または減算）することとしてもよい。その後、電力供給予測装置２２は、加算（または減算）して自然電力情報および天気情報を反映させた後の供給電力情報を電力消費装置２３に出力する。

なお、図６では次の直近のサイクル（現在の時刻が０７：００であれば、０７：３０のタイミング）における電圧、電流、電力量の各情報について予測されている場合について説明しているが、天気情報が取得できる範囲でさらに先のサイクル（例えば、週間予報が取得可能な場合には１週間）を予測することももちろん可能である。この場合、より長期的な消費電力の予測が可能となる。続いて、電力消費予測装置２３について説明する。

電力消費予測装置２３は、変電所から供給される電力を降圧機や整流器によって変換し、電力供給予測装置２２が予測した結果を反映した供給電力情報と、車両６の運行情報とにより、蓄電装置１が消費する電力量を予測し、蓄電装置１に対して車両６に供給する電力量を制御（放電または充電）させる装置である。

電力消費予測装置２３は、電力管理システム３のき電制御装置３２が車両６に対して提供している電力量や、その時の電圧、電流の状態を示す各情報（消費電力情報）を取得する。図９は、消費電力情報の例を示す図である。図９に示すように、消費電力情報には、現時点の時刻と、その時刻で消費されている電圧、電流、電力量とが対応付けられている。図９に示す例では、ある日の０６：００時点での消費電力情報は、６１００Ｖ、１１００Ａ、４０３０ｋｗｈであることを示している。この例では、３０分ごとに消費電力情報を取得している場合について説明しているが、供給電力情報の場合と同様に、そのタイミングは任意であり、複数の蓄電装置１のそれぞれから取得される。

また、電力消費予測装置２３は、列車位置・運行実績取得装置２１および運転実績データベース２５にアクセスし、現時点までに消費している列車消費電力を取得し、取得した列車消費電力を消費電力情報に加える。例えば、蓄電装置ＳＳ１については、電力消費予測装置２３は、列車位置・運行実績取得装置２１にアクセスし、現在の時刻がある日の０６：００である場合、消費している４０３０ｋｗｈの電力量に、Ａ駅からＢ駅間の列車「急行００１号」の運転によって消費した列車消費電力１０．３ｋｗｈを加算する。以下では１つの車両６について説明しているが、運行情報が取得された全ての列車について、列車消費電力を加算する。なお、電力消費予測装置２３は、未だ列車が運転していない区間に設置されている蓄電装置ＳＳ２、ＳＳ３については、運転実績データベース２５にアクセスし、過去の列車消費電力を、過去の消費電力情報（蓄積消費電力情報。図１１において後述する。）に加算して、今後消費され得る電力量を予測する。

また、電力消費予測装置２３は、上述した供給電力情報や消費電力情報を電力管理実績データベース２４に蓄積させる。図１０は、電力管理実績データベースが蓄積して記憶する供給電力情報（蓄積供給電力情報）の例を示す図である。図１０に示すように、蓄積供給電力情報は、変電所全体の供給電圧、供給電流、供給電力量と、その変電所が管轄するそれぞれの蓄電装置１の供給電圧、供給電流、供給電力量、供給電力量偏差とが対応付けて記憶されている。変電所全体の供給電圧、供給電流、供給電力量は、その変電所が管轄するそれぞれの蓄電装置１における供給電圧、供給電流、供給電力量の合計値である。また、各蓄電装置の供給電圧、供給電流、供給電力量は、図６に示した供給電力情報の電圧、電流、電力量である。なお、供給電力量偏差は、電力供給予測装置２２が予測して提供した供給電力情報に示された電力量と実際に供給された電力量（電力量実績値）との差である。例えば、図６に示した例では、０６：００時点において供給されている電力量は４７５０ｋｈｗであり、この値と、電力供給予測装置２２が予測して提供した供給電力情報として記録された電力量との差分が記憶される。この蓄積供給電力情報は、変電所ごとに時系列に記憶される。図１０では、ある１日について、蓄電装置ＳＳ１〜ＳＳ５までを管轄するＸ変電所を例に、上述した各情報が記憶されていることを示しており、これらの各情報が日々蓄積されている。また、Ｘ変電所の標準的な供給電力量は、１つの蓄電装置あたり６０００ｋｗｈであり、合計で３００００ｋｗｈであることを示している。

図１１は、電力管理実績データベース２４が蓄積して記憶する消費電力情報（蓄積消費電力情報）の例を示す図である。図１１に示すように、蓄積消費電力情報は、変電所全体の消費電圧、消費電流、消費電力量と、その変電所が管轄するそれぞれの蓄電装置１の消費電圧、消費電流、消費電力量、消費電力量偏差とが対応付けて記憶されている。変電所全体の消費電圧、消費電流、消費電力量は、その変電所が管轄するそれぞれの蓄電装置１における消費電圧、消費電流、消費電力量の合計値である。また、各蓄電装置の消費電圧、消費電流、消費電力量は、図９に示した消費電力情報の電圧、電流、電力量である。なお、消費電力量偏差は、消費電力情報に示された電力量と実際に消費された電力量（消費電力量実績値）との差である。例えば、図９に示した例では、０６：００時点において消費されている電力量は４０３０ｋｗｈであり、この値と、電力消費予測装置２３が予測した列車消費電力を加算した消費電力情報として記録された電力量との差分が記憶される。この蓄積消費電力情報は、変電所ごとに時系列に記憶される。図１１では、蓄積供給電力情報の場合と同様に、ある１日について、蓄電装置ＳＳ１〜ＳＳ５までを管轄するＸ変電所を例に、上述した各情報が記憶されていることを示しており、これらの各情報が日々蓄積されている。

また、電力管理実績データベース２４は、あらかじめ電力を消費すると予想されるイベントやお盆・お正月・ゴールデンウィーク等の時節情報が記録されたカレンダー情報を記憶する。このカレンダー情報には、上述した時節情報および車両６の路線にある駅を乗降するイベントを開催する日程を記憶している。図１２は、カレンダー情報の例を示す図である。図１２に示すように、カレンダー情報には、休日や祝日が記載された一般的なカレンダーの日付に加え、行われるイベント（市区町村の行事やスポーツ等の鉄道によって参加者や観客が移動して最寄駅に到着（または最寄駅から出発）するようなイベント）に関する情報が記憶されている。図１２に示す例では、７月２６日には最寄り駅をＡ駅とした花火大会が予定され、８月２９日には最寄り駅をＣ駅としたナイター野球が行われ、これらの日付におけるＡ駅やＣ駅の乗降客数が他のウィークデイよりも多くなることが予想される。また、８月１２日の週はお盆を含む１週間であるため、この週には帰省客の増加により、乗客数が他のウィークデイよりも多くなることが予想される。したがって、電力消費予測装置２３は、このようなイベントが開催される日付の場合、消費電力が通常よりも多くなると判断し、予想観客数の情報を球場運営団体等から取得したり、運行管理システム４から運行情報の一部として予想帰省客数を取得する。そして、電力消費予測装置２３は、取得した予想観客数や予想帰省客数と、運転実績データベース２５に記憶されている過去の１日当たりの乗降客数とを比較し、一定の割合を乗じて消費電力情報を算出する。

続いて、電力消費最適化システム２で行われる蓄電装置１への充放電を制御する処理（蓄電制御処理）について説明する。図１３は、電力消費最適化システム２で行われる蓄電制御処理の処理手順を示すフローチャートである。蓄電制御処理は、例えば、列車が蓄電装置を通過したタイミング、１時間ごと等あらかじめ定められたタイミング、蓄電装置１が設置された区間の駅に車両６が到着したタイミング等で処理を開始する。

図１３に示すように、まず、電力消費最適化システム２では、列車位置・運行実績取得装置２１が、運行管理システム４から、図４に示した運転曲線情報を含む運行情報を取得する（Ｓ１３０１）。

続いて、電力供給予測装置２２は、電力管理システム３の受電制御装置３１から供給電力情報を取得した後、列車位置・運行実績取得装置２１および運転実績データベース２５にアクセスし、現時点までに発生している回生発生電力を取得し、取得した回生発生電力を供給電力情報に加えて、今後供給可能な電力量を予測する（ステップＳ１３０２）。

例えば、電力供給予測装置２２は、列車位置・運行実績取得装置２１にアクセスし、現時点での車両の運行によって発生している回生発生電力を、供給電力情報に記録されている電力量に加算するとともに、未だ列車が運転していない区間に設置されている蓄電装置については、運転実績データベース２５にアクセスし、過去の回生発生電力を蓄積供給電力情報に加算して、今後供給可能な電力量を予測する。

そして、電力供給予測装置２２は、現時点での自然エネルギー発生装置７から自然電力情報を取得するとともに、環境情報取得装置８から蓄電装置１周辺の環境情報を取得し、自然エネルギー発生装置７によって今後供給可能な電力量を予測する（ステップＳ１３０３）。

その後、電力供給予測装置２２は、ステップＳ１３０２およびＳ１３０３で予測した供給電力量を合算して電力消費予測装置２３に出力するとともに、その内容を蓄積供給電力情報に記録する（ステップＳ１３０４）。

電力消費予測装置２３は、電力管理システム３のき電制御装置３２から消費電力情報を取得した後、列車位置・運行実績取得装置２１および運転実績データベース２５にアクセスし、現時点までに消費している列車消費電力を取得し、取得した列車消費電力を消費電力情報に加えて、今後消費される電力量を予測する（ステップＳ１３０５）。

例えば、電力消費予測装置２３は、列車位置・運行実績取得装置２１にアクセスし、現時点での車両の運行によって消費している列車消費電力を、消費電力情報に記録されている電力量に加算するとともに、未だ列車が運転していない区間に設置されている蓄電装置については、運転実績データベース２５にアクセスし、過去の列車消費電力を蓄積消費電力情報に加算して、今後消費される電力量を予測する。

その後、電力消費予測装置２３は、ステップＳ１３０５で予測した予測電力量を消費電力情報と合算して出力し、蓄積消費電力情報に記録する（ステップＳ１３０６）。そして、ステップＳ１３０５およびＳ１３０６の処理が終了すると、変電所ごとおよび蓄電装置ごとに、図１０に示した蓄積供給電力情報および図１１に示した蓄積消費電力情報の現時点での最新の情報が生成されることとなる。

電力消費予測装置２３は、生成された蓄積供給電力情報および蓄積消費電力情報の電力量を取得し、各蓄電装置におけるこれらの電力量を変電所ごとに加算し、変電所ごとに予測される供給電力量と消費電力量とを集計して蓄積供給電力情報および蓄積消費電力情報に記録し、変電所ごとに予測される消費電力量の推移を検証するための消費予測推移グラフまたは変電所ごとに予測される供給電力量の推移を検証するための供給予測推移グラフを生成する（ステップＳ１３０７）。

図１４Ａは、消費電力推移グラフの例を示す図である。図１４Ａに示すように、電力消費予測装置２３は、縦軸を消費される電力量、横軸を時間として、消費電力量の時間毎の推移をグラフ状にした消費電力推移グラフを生成する。図１４Ａでは、蓄電装置ＳＳ１〜ＳＳ５までの蓄電装置を管轄する変電所Ｘの消費電力推移グラフを示しており、現時点の時刻が６時である場合には、その日の７時台〜８時台、および１８時台〜１９時台に、消費電力のピークを迎えると判断する。

また、電力消費予測装置２３は、図１４Ｂに示すように、消費電力推移グラフと同様に、縦軸を供給される電力量、横軸を時間として、供給電力量の時間毎の推移をグラフ状にした供給電力推移グラフを生成する。図１４Ｂでは、蓄電装置ＳＳ１〜ＳＳ５までの蓄電装置を管轄する変電所Ｘの供給電力推移グラフを示している。なお、以下では、消費電力推移グラフを参照して蓄電装置１に対する充放電の制御を行うこととしているが、例えば、供給電力推移グラフと消費電力推移グラフとを比較して、両者の同じ時間帯における差分（偏差）を求め、その偏差がプラスとなる場合には消費よりも供給が多く、偏差がマイナスとなる場合には供給よりも消費が多いと判断し、マイナスとなった偏差が最も大きい時間帯を消費電力のピーク時間帯であると判定することとしてもよい。この場合、供給される電力を考慮して消費電力のピーク時間帯を判定することができる。

そして、電力消費予測装置２３は、現在の時刻が消費電力推移グラフから消費電力のピーク時間帯であるか否かを判定し（ステップＳ１３０８）、現在の時刻が消費電力のピーク時間帯でないと判定した場合（ステップＳ１３０８；Ｎｏ）、その変電所が管轄する各蓄電装置を充電モードに設定するように蓄電装置１に指示をし、蓄電装置１の制御機器１Ａは、蓄電機器１Ｂへの充電を開始する（ステップＳ１３０９）。

一方、電力消費予測装置２３は、現在の時刻が消費電力のピーク時間帯であると判定した場合（ステップＳ１３０８；Ｙｅｓ）、その変電所が管轄する各蓄電装置を放電モードに設定するように蓄電装置１に指示をし、蓄電装置１の制御機器１Ａは、蓄電機器１Ｂからの放電を開始する（ステップＳ１３１０）。

例えば、ステップＳ１３０８において消費電力のピーク時間帯である７時台、８時台には、制御パラメータにより蓄電装置１を充電モードにさせる一方、消費電力のピーク時間帯でない７時台、８時台以外の時間帯には、制御パラメータにより蓄電装置１を放電モードにさせる。

図１５は、蓄電装置の制御機器１Ａ内部のメモリ等の記憶部（不図示）に記憶される制御パラメータテーブルの例を示す図である。図１５に示すように、制御パラメータテーブルは、蓄電装置の充放電状態を示すモードと、そのモードで蓄電装置を充放電させるためのパラメータと、そのパラメータをどのように制御させるかを示す設定基準とが対応付けて記憶されている。パラメータとしては、蓄電させるための電圧に関するパラメータ（Ａ）、充電率に関するパラメータ（Ｂ）、蓄電装置の充電量に関するパラメータ（Ｃ）、蓄電装置の放電量に関するパラメータ（Ｄ）、蓄電装置の充放電稼働時間に関するパラメータ（Ｅ）がある。パラメータは、直線、屈曲線、曲線で設定することが出来る。

また、電力消費装置２３は、内部のメモリ等の記憶部（不図示）に、各蓄電装置１の充放電制御における標準的（デフォルト）な電圧と充電率の設定範囲を示す設定待機グラフを記憶している。図１６は、待機設定グラフの例を示す図である。図１６に示すように、待機設定グラフは、縦軸を蓄電装置１に充電するための電圧、横軸に蓄電装置１の充電率を設け、蓄電装置１の標準的な設定範囲を表している。図１６では、蓄電装置１の待機電圧はＡ１〜Ａ２であって、充電率がＢ１〜Ｂ２の間が蓄電装置の標準的な設定範囲とされ、この範囲が蓄電機器１の待機ゾーンとして定められていることがわかる。電力消費装置２３は、特に指示のない限り、蓄電装置１に入力される電圧がＡ１を下回れば放電し、Ａ２を上回れば充電されるように常に制御している。

電力消費装置２３は、消費電力のピーク時間帯以外の時間帯には、制御パラメータテーブルの充電モードを参照し、各蓄電装置１の設定待機グラフに示されている待機ゾーンが、充電率が大きい方向に移動するように、なるべく早く蓄電させるためにパラメータＡ（Ａ１、Ａ２）を小さくして待機電圧を下げ、パラメータＢ（Ｂ１、Ｂ２）を大きくして充電率を上げる。

また、電力消費装置２３は、上述した不図示の記憶部に、どの程度の時間で蓄電装置を充放電させるかを示す稼働制約グラフを記憶している。図１７は、稼働制約グラフの例を示す図である。図１７に示すように、稼働制約グラフは、縦軸に充電量（または放電量）の大きさと、横軸に充放電させる時間を設け、蓄電装置にどの程度の時間をかけて充放電させるかが定められている。

電力消費装置２３は、消費電力のピーク時間帯以外の時間帯には、制御パラメータテーブルの充電モードを参照し、各蓄電装置１の稼働制約グラフに示されているパラメータＤを小さくして放電量を抑えるとともに、パラメータＣを大きくして充電量を上げ、かつパラメータＥを長くしてより多く充電させる。

一方、電力消費装置２３は、消費電力のピーク時間帯には、制御パラメータテーブルの放電モードを参照し、上述した各蓄電装置１の設定待機グラフに示されている待機ゾーンが、充電率が小さい方向に移動するように、なるべく早く放電させるためにパラメータＡ（Ａ１、Ａ２）を大きくして待機電圧を上げ、パラメータＢ（Ｂ１、Ｂ２）を小さくして充電率を下げる。さらに、電力消費装置２３は、制御パラメータテーブルの放電モードを参照し、上述した各蓄電装置１の稼働制約グラフに示されているパラメータＣを小さくして充電量を抑えるとともに、パラメータＤを大きくして放電量を上げ、かつパラメータＥを短くしてより早く放電させる。このようなパラメータにより充放電を制御することにより、蓄電装置に対する充放電の様々なパターンを設定することができ、充放電の指示を柔軟に行うことができる。

このようにして、電力消費装置２３からの指示にしたがって蓄電装置１が充放電を行うと、その結果を運転実績データベース２５に出力する（ステップＳ１３１１）。例えば、蓄電装置１の制御機器１Ａは、蓄電機器１Ｂへの充電量または蓄電機器１Ｂからの放電量を、充放電実績として運転実績データベース２５に記憶させる。

このように、蓄電装置１と、変電所５からの供給電力を受けた列車への提供電力を管理する電力管理システム３とに接続され、蓄電装置１の充放電を制御する電力消費最適化システム２において、列車位置・運行実績取得装置２１が、車両６の運行時に消費した電力である列車消費電力を含む列車６が運行された際の運行情報を、列車６の運行を管理する運行管理システム４から取得し、電力管理実績データベース２４が、列車消費電力を含めた消費電力を車両６ごとおよび蓄電装置１ごとに履歴保持し、運転実績データベース２５が、運行情報と蓄電装置１による充放電の結果とを対応付けた運行実績情報を車両６ごとに履歴保持し、電力消費予測装置２３が、現在の消費電力と、電力管理実績データベース２４が記憶する過去の消費電力と、現在の車両６の運行情報と、運転実績データベース２５が記憶する運行実績情報とに基づいて、蓄電装置１における今後の消費電力のピーク時間帯を予測し、ピーク時間帯には蓄電装置１に対して放電を指示し、ピーク時間帯以外の時間帯には蓄電装置１に対して充電を指示し、蓄電装置１が、電力消費予測装置２３からの充放電の指示に従って電力を充放電し、充放電の結果を運転実績データベース２５に記憶させる。

また、電力管理システム３は供給電力を管理し、電力消費最適化システム２は、列車位置・運行実績取得装置２１が、車両６の運行時に発生させた列車発生電力を含む運行情報を運行管理システム４から取得し、電力管理実績データベース２４は、列車発生電力を含めた供給電力を車両６ごとおよび蓄電装置１ごとに履歴保持し、電力供給予測装置２２が、現在の供給電力と、電力管理実績データベース２４が記憶する過去の供給電力と、現在の車両６の運行情報と、運転実績データベース２５が記憶する運行実績情報とに基づいて、蓄電装置１に対する今後の供給電力を予測し、供給電力の予測結果を電力消費予測装置２３に出力し、電力消費予測装置２３は、供給電力の予測結果と消費電力の予測結果とを比較し、供給電力よりも消費電力が最も大きい時間帯を消費電力のピーク時間帯であると判定する。

このような処理を行うことにより、蓄電装置に対して電力を適切に蓄電させることが可能となる。例えば、消費電力量を予測することにより電力配分を最適化するよう蓄電装置の充放電を制御し、電力消費のピークカットを実現することで契約電力量と電力供給設備の低減、電力消費量低減、蓄電池の長寿化と効率的なピークカットの両立が可能となる。また、電気鉄道監視制御システムの系統全体として、消費電力の予測と供給電可能な電力を予測し、蓄電装置の特性を状況に応じて放電モードと充電モードに制御することで、安価な電力を活用することや省エネルギーな運転や消費電力ピークカットを実現することができる。

上述した実施例では、ステップＳ１３０７において消費電力推移グラフおよび供給電力推移グラフを生成し、消費電力のピーク時間帯を判定することとしたが、例えば、過去のグラフの傾向から、ある特定の時間帯（例えば、朝夕のラッシュ時間帯など）に消費電力のピークが生じる可能性が高い場合には、あらかじめその時間帯における蓄電装置１の制御を放電に設定し、必ずその時間帯には放電させることとしてもよい。この場合、ピーク時間帯を特定する処理を行わないため、より速やかに放電の指示を行うことができる。

さらに、消費電力のピークの時間帯を蓄積して不図示の記憶部に記憶しておき、電力消費予測装置２３は、その記憶部に蓄積されている時間帯の統計を取得し、取得した統計により現在のピーク時間帯を定めることとしてもよい。例えば、電力消費予測装置２３は、最も消費電力がピークとなっている時間帯を迎えている頻度が高い時間帯を判定し、その時間帯をピーク時間帯として定める。この場合、より現状の運行実績を反映した状態でピーク時間帯を定めることができる。

また、電力消費予測装置２３は、ステップＳ１３０７において生成した消費電力推移グラフおよび供給電力推移グラフを都度蓄積して上述した記憶部に記憶しておき、ステップＳ１３０７で生成した消費電力推移グラフおよび供給電力推移グラフを過去のこれらのグラフと比較して最も近似するパターンのグラフを特定し、消費電力のピーク時間帯を定めたり、特定したグラフが得られた際に行っていた充放電の指示と同様の充放電指示をすることも可能である。上述した場合と同様に、ピーク時間帯を特定する処理を行わないため、より速やかに放電の指示を行うことができる。

また、図５に示した運転実績データベース２５では、駅間距離や勾配が記憶されているが、これらの路線条件や、乗客数（車両重量）、駅の混雑状況を加味して充放電させる電力量を制御することとしてもよい。例えば、電力消費予測装置２３は、勾配がプラスの場合（すなわち上り勾配）であって、一定の勾配以上の場合の位置にある蓄電装置には、上述した消費電力推移グラフによって示された消費電力量は、他の位置にある蓄電装置（例えば、勾配がゼロの位置にある蓄電装置）に比べて、力行による列車消費電力が高くなると判断し、予測値よりも大きい値で消費電力を予測したり、これとは逆に勾配がマイナスの場合（すなわち下り勾配）であって、一定の勾配以下の場合の位置にある蓄電装置には、上述した消費電力推移グラフによって示された消費電力量は、他の位置にある蓄電装置（例えば、勾配がゼロの位置にある蓄電装置）に比べて、回生発生電力が高くなると判断し、予測値よりも小さい値で消費電力を予測することも可能である。

また、車両重量が一定数以上の場合には、乗車率が高く、力行時の列車消費電力や回生発生電力の値がより大きくなると判断し、それらの値に一定の割合を乗じて（例えば、乗車率が１０５％である場合には、予測した消費電力や供給電力の値に１．０５を乗じて）消費電力や供給電力を求めることとしてもよい。さらに、乗客数が多い場合には空調による消費電力も大きくなると考えられるため、この場合も一定の割合を乗じて消費電力や供給電力を求めたり、駅の混雑状況が一定数以上の場合には、今後乗車すると予想される乗客数が多いと判断し、この場合も一定の割合を乗じて消費電力や供給電力を求めることとしてもよい。この場合、より詳細に今後の列車消費電力や回生発生電力を予測することができる。

また、電力消費予測装置２３は、運転実績データベース２５が記憶する過去の列車の運行実績情報を参照し、消費電力を予測した際に、その後運行されると予測される列車の本数を判別し、その本数が一定数以下となる場合には蓄電装置１に充電を指示してスタンバイ状態にさせ、その本数が一定数よりも多い場合には蓄電装置１に放電を指示することとしてもよい。この場合、その時点での消費予測を行わないので、より速やかに充放電の指示を行うことができる。

また、電力消費予測装置２３は、蓄電装置１との接続が正常に行えない場合には、電力消費最適化システムの異常であると判断し、その時点の蓄電装置１の電圧および充電率の設定範囲を待機ゾーンの設定範囲に戻すこととしてもよい。この場合、異常が発生した場合でも常に安全な状態で蓄電装置の充放電を制御することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１ 蓄電装置
１Ａ 制御機器
１Ｂ 蓄電機器
２ 電力消費最適化システム
２１ 列車位置・運行実績取得装置
２２ 電力供給予測装置
２３ 電力消費予測装置
２４ 電力管理実績データベース
２５ 運転実績データベース
３ 電力管理システム
３１ 受電制御装置
３２ き電制御装置
４ 運行管理システム
５ 変電所
７ 自然エネルギー発生装置
８ 環境情報取得装置。

Claims (14)

1. 蓄電装置と、変電所からの供給電力を受けた列車への提供電力を管理する電力管理システムとに接続され、前記蓄電装置の充放電を制御する電力消費最適化システムであって、
   前記列車の運行時に消費した電力である列車消費電力を含む前記列車が運行された際の運行情報を、前記列車の運行を管理する運行管理システムから取得する取得部と、
   前記列車消費電力を含めた前記提供電力を前記列車ごとおよび前記蓄電装置ごとに履歴保持する電力管理記憶部と、
   前記運行情報と前記蓄電装置による充放電の結果とを対応付けた運行実績情報を前記列車ごとに履歴保持する運行実績記憶部と、
   現在の前記提供電力と、前記電力管理記憶部が記憶する過去の前記提供電力と、現在の前記列車の運行情報と、前記運行実績記憶部が記憶する前記運行実績情報とに基づいて、前記蓄電装置における今後の提供電力のピーク時間帯を予測し、前記ピーク時間帯には前記蓄電装置に対して放電を指示し、前記ピーク時間帯以外の時間帯には前記蓄電装置に対して充電を指示する消費予測部と、
   前記消費予測部からの充放電の指示に従って電力を充放電し、前記充放電の結果を前記運行実績部に記憶させる前記蓄電装置と、
   を備えることを特徴とする電力消費最適化システム。
2. 前記電力管理システムは前記供給電力を管理し、
   前記電力消費最適化システムは、
   前記取得部が、前記列車の運行時に発生させた列車発生電力を含む前記運行情報を前記運行管理システムから取得し、
   前記電力管理記憶部は、前記列車発生電力を含めた前記供給電力を前記列車ごとおよび前記蓄電装置ごとに履歴保持し、
   現在の前記供給電力と、前記電力管理記憶部が記憶する過去の前記供給電力と、現在の前記列車の運行情報と、前記運行実績記憶部が記憶する前記運行実績情報とに基づいて、前記蓄電装置に対する今後の供給電力を予測し、前記供給電力の予測結果を前記消費予測部に出力する供給予測部をさらに備え、
   前記消費予測部は、前記供給電力の予測結果と前記提供電力の予測結果とを比較し、前記供給電力よりも前記提供電力が最も大きい時間帯を提供電力のピーク時間帯であると判定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電力消費最適化システム。
3. 前記列車のラッシュアワーが前記ピーク時間帯としてあらかじめ定められている場合には、前記消費予測部は前記ラッシュアワーの時間帯には前記蓄電装置に放電を指示し、前記ラッシュアワー以外の時間帯では前記蓄電装置に充電を指示する、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電力消費最適化システム。
4. 前記消費予測部が予測した前記ピークの時間帯を含む提供電力の推移示す推移グラフを蓄積して記憶するピーク記憶部と、
   前記消費予測部は、蓄積されている過去の前記推移グラフに示されている提供電力の推移の統計を取得し、取得した統計に基づいて、前記ピーク時間帯を定める、
   ことを特徴とする請求項３に記載の電力消費最適化システム。
5. 前記電力消費最適化システムは、前記蓄電装置の充放電制御における標準的な電圧と充電率の設定範囲を示す設定待機情報と、前記蓄電装置を充放電させるためのパラメータと、前記パラメータの設定基準とを対応付けた制御パラメータテーブルを記憶する待機情報記憶部をさらに備え、
   前記消費予測部は、前記ピーク時間帯には、前記電圧を低くするとともに前記充電率を上げるパラメータを選択して前記設定範囲を変更し、前記ピーク時間帯以外の時間帯には、前記電圧を高くするとともに前記充電率を下げるパラメータを選択して前記設定範囲を変更する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
6. 前記消費予測部は、提供電力のピーク時間帯を予測した際に、予測した前記ピーク時間帯を含む推移グラフと、過去に蓄積されている推移グラフとを比較し、最も近似する推移グラフを特定し、特定した推移グラフが得られた際に行っていた充放電の指示と同様の充放電指示をする、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の電力消費最適化システム。
7. 前記運行情報には、さらに前記列車の車両重量を含み、
   前記消費予測部は、前記車両重量が一定数以上の場合には、前記列車の乗客数が多いと判断し、予測した前記提供電力に一定の割合を乗じた値を予測値とする、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
8. 前記運行情報には、さらに路線の勾配を含み、
   前記消費予測部は、前記勾配が一定数以上の場合には、前記列車の力行時の消費電力が多いと判断し、予測した前記提供電力に一定の割合を乗じた値を予測値とする、
   ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
9. 前記運行情報には、さらに駅の混雑状況を含み、
   前記消費予測部は、前記混雑状況の値が一定数以上の場合には、今後乗車すると予想される乗客数が多いと判断し、予測した前記提供電力に一定の割合を乗じた値を予測値とする、
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
10. 前記電力管理記憶部は、さらに、時節情報および前記列車の路線にある駅を乗降するイベントを開催する日程を記憶するカレンダー情報を記憶し、
    前記消費予測部は、前記カレンダーに示された時節情報および前記日程の運行情報が取得された場合には、前記列車の乗客数が多いと判断し、予測した前記提供電力に一定の割合を乗じた値を予測値とする、
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
11. 前記電力消費最適化システムは、再生可能エネルギーを発生させる自然電力発生装置に接続され、
    前記供給予測部は、前記自然電力発生装置が発生させた自然電力を取得し、
    前記電力管理記憶部は、前記自然電力および前記列車発生電力を含めた前記供給電力を前記列車ごとおよび前記蓄電装置ごとに履歴保持し、
    前記供給予測部は、前記自然電力および前記列車発生電力を含めた今後の前記供給電力を予測し、前記供給電力の予測結果を前記消費予測部に出力する、
    ことを特徴とする請求項２〜１０のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
12. 前記供給予測部は、運行実績記憶部が記憶する過去の列車の運行実績情報を参照し、前記供給電力を予測した際に、その後運行されると予測される列車の本数を判別し、その本数が一定数以下となる場合には前記蓄電装置に充電を指示し、その本数が一定数よりも多い場合には前記蓄電装置に放電を指示する、
    ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
13. 前記消費予測部は、前記蓄電装置との接続が正常に行えない場合には、電力消費最適化システムの異常であると判断し、その時点の前記設定範囲を前記設定待機情報に示された範囲に戻す、
    ことを特徴とする請求項５〜１２のいずれか１項に記載の電力消費最適化システム。
14. 蓄電装置と、変電所からの供給電力を受けた列車への提供電力を管理する電力管理システムとに接続され、前記蓄電装置の充放電を制御する電力消費最適化システムで行われる電力提供制御方法であって、
    前記列車の運行時に消費した電力である列車消費電力を含む前記列車が運行された際の運行情報を、前記列車の運行を管理する運行管理システムから取得する取得ステップと、
    現在の前記提供電力と、前記列車消費電力を含めた前記提供電力を前記列車ごとおよび前記蓄電装置ごとに履歴保持する電力管理記憶部が記憶する過去の前記提供電力と、現在の前記列車の運行情報と、前記運行情報と前記蓄電装置による充放電の結果とを対応付けた運行実績情報を前記列車ごとに履歴保持する運行実績記憶部が記憶する前記運行実績情報とに基づいて、前記蓄電装置における今後の提供電力のピーク時間帯を予測する予測ステップと、
    前記ピーク時間帯には前記蓄電装置に対して放電を指示し、前記ピーク時間帯以外の時間帯には前記蓄電装置に対して充電を指示する指示ステップと、
    前記消費予測部からの充放電の指示に従って電力を充放電し、前記充放電の結果を前記運行実績部に記憶させる充放電ステップと、
    を含むことを特徴とする電力提供制御方法。

Images