JP2015174504A - 消費電力量予測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】消費電力量の予測精度を向上させることができる消費電力予測装置を提供する。【解決手段】一実施形態に係る消費電力量予測装置は、生成部と、第１の算出部と、を備える。生成部は、運行ダイヤ及び運行情報に基づいて予測ダイヤを生成する。第１の算出部は、生成部が生成した予測ダイヤ、路線情報、及び列車の消費電力情報に基づいて、列車の消費電力量の予測値を算出する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、消費電力量予測装置に関する。

従来、鉄道の運行に応じて消費される電力量を予測する装置が知られている。そして、鉄道の消費電力量を予測する方法として、例えば、当日の運行ダイヤに基づいて、各変電所が給電する区間ごとの消費電力量を予測する方法が提案されている。しかしながら、故障や事故などが原因で、実際の鉄道の運行が運行ダイヤとは必ずしも一致しないため、上記従来の予測方法では、予測精度が低いという問題があった。

特開平１０−３２２９０５号公報

消費電力量の予測精度を向上させることができる消費電力予測装置を提供する。

一実施形態に係る消費電力量予測装置は、生成部と、第１の算出部と、を備える。生成部は、運行ダイヤ及び運行情報に基づいて予測ダイヤを生成する。第１の算出部は、生成部が生成した予測ダイヤ、路線情報、及び列車の消費電力情報に基づいて、列車の消費電力量の予測値を算出する。

第１実施形態に係る消費電力量予測装置の機能構成を示すブロック図。 予測ダイヤについて説明する説明図。 路線情報の一例を示す図。 割当て車両情報の一例を示す図。 車両消費電力情報の一例を示す図。 予測値算出部により算出された消費電力量の予測値の一例を示す図。 積算値算出部により算出された消費電力量の積算値の一例を示す図。 表示部の表示画面の一例を示す図。 通知部による提案内容の一例を示す図。 第１実施形態に係る消費電力量予測装置の構成を示すブロック図。 第１実施形態に係る消費電力量予測装置の動作を示すフローチャート。 第２実施形態に係る消費電力量予測装置の機能構成を示すブロック図。 補正部に記憶された履歴情報の一例を示す図。

以下、消費電力量予測装置（以下、単に「予測装置」という）の実施形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る予測装置の構成について、図１〜図１１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る予測装置の機能構成を示すブロック図である。図１の予測装置は、生成部１と、予測値算出部２（第１の算出部）と、積算値算出部３（第２の算出部）と、表示部４と、比較部５と、警告部６と、通知部７とを備える。

生成部１は、予測ダイヤを生成する。予測ダイヤとは、現在時刻以降に予測される運行ダイヤであり、当日の運行ダイヤと、運行ダイヤに従って運行する各列車の運行情報と、に基づいて生成される。図２において、実線は運行ダイヤ、破線は予測ダイヤ、横軸は時刻、縦軸は運行ダイヤに含まれる路線及び駅を示している。また、運行ダイヤ及び予測ダイヤに含まれる各スジＬは、当該ダイヤに従って運行する各列車のダイヤを示しており、各列車は各スジＬで示された経路及び時刻に従って運行する。

生成部１は、運行情報に基づいて現在時刻以降の運行ダイヤを修正することにより予測ダイヤを生成する。例えば、生成部１は、現在時刻以降の路線の速度制限情報や、運行情報の遅延状況に基づいて予測ダイヤを生成する。図２において、スジＬ１は路線の速度制限情報に基づいて生成された予測ダイヤの一例であり、スジＬ２は遅延状況に基づいて生成された予測ダイヤの一例である。予測ダイヤの生成方法は任意に選択可能であり、既存の予測ダイヤ生成方法を用いてもよい。

生成部１は、運行ダイヤ及び運行情報を、運行管理システムなどの外部装置から取得する。予測ダイヤを生成するための運行情報には、例えば、列車の遅延、故障、事故などに関する情報が含まれる。また、生成部１は、運行ダイヤ及び運行情報に限らず、気象情報などの他の情報を取得して予測ダイヤを生成することも可能である。

予測値算出部２（第１の算出部）は、各列車の将来の消費電力量の予測値を算出する。各列車の消費電力量の予測値は、予測ダイヤと、路線情報と、割当て車両情報と、車両消費電力情報と、に基づいて算出される。予測値算出部２は、生成部１から予測ダイヤを取得する。予測ダイヤについては上述の通りである。なお、予測ダイヤを外部装置から取得可能な場合には、予測装置は、生成部１を備えない構成も可能である。

路線情報は、運行ダイヤに含まれる路線の特徴を示す情報である。ここでいう路線の特徴とは、列車の消費電力量に影響を与える特徴のことである。路線情報は、図３に示すように、各区間の位置(始終端)、距離（ｋｍ）、勾配（‰）、カーブの半径（ｍ）、及びトンネルの長さ（ｍ）などを含むが、これに限られない。予測値算出部２は、運行管理システムなどの外部装置から路線情報を取得する。

割当て車両情報は、運行ダイヤに従って運行する各列車に割当てられた車両(編成)を示す情報である。割当て車両情報は、図４に示すように、各列車に割当てられた車両(編成)を示す車両ＩＤ及び編成車両数を含むが、これに限られない。また、一本の列車に複数の編成が割り当てられてもよい。予測値算出部２は、運行管理システムなどの外部装置から割当て車両情報を取得する。

車両消費電力情報は、各車両の消費電力特性を示す情報である。車両消費電力情報は、図５に示すように、各車両の動力（モータ）の消費電力（ｋＷ）、ブレーキの回生電力（ｋＷ）、空調機器や照明機器などの補機の消費電力（ｋＷ）を含むが、これに限られない。図５おいて、動力の消費電力及び回生電力は、それぞれ１つの値のみが示されているが、いずれも任意のパラメータとの関数として示されていてもよい。パラメータとして、速度、加速度、距離、及び時刻などが挙げられる。また、車両消費電力情報は、設計値であってもよいし、実測値であってもよい。予測値算出部２は、運行管理システムなどの外部装置から車両消費電力情報を取得してもよいし、予め車両消費電力情報を記憶した記憶部を備えてもよい。

図６は、予測値算出部２により算出された各列車の消費電力量の予測値の一例を示す図である。図６に示すように、予測値は、時間帯ごとに、かつ区間ごとに算出される。例えば、図６によれば、８：０５から８：１０までの区間Ｚ０１における列車００１の消費電力量の予測値は２００（ｋＷｈ）である。図６において、時間帯は５分間隔であるが、これに限られない。

予測値が算出される区間とは、予測ダイヤに含まれる路線の少なくとも一部の区間である。当該区間として、例えば、各駅間の区間、同一の変電所により給電される給電区間、又は予測ダイヤに含まれる路線の全区間が設定される。予測値算出部２による予測値の算出方法については後述する。

積算値算出部３（第２の算出部）は、予測値算出部２が算出した予測値に基づいて、消費電力量の積算値を算出する。積算値は、各列車の予測値を積算することにより算出される。これにより、予測値算出部２が予測値を算出した各区間における消費電力量の積算値が算出される。図７は、積算値算出部３により算出された積算値の一例を示す図である。図７によれば、８：０５から８：１０までの区間Ｚ０１における消費電力量の積算値は３６５（ｋＷｈ）である。これは、図６における、８：０５から８：１０までの区間Ｚ０１における列車００１，００２，００３の消費電力量の予測値の積算値である。

表示部４は、積算値算出部３により算出された積算値を表示するモニターである。ここで、図８は、表示部４に表示される画面表示の一例である。図８において、表示部４の画面表示は、予測ダイヤ表示部４１と、積算値表示部４２と、駅表示部４３とを備える。

予測ダイヤ表示部４１は、生成部１により生成された予測ダイヤを表示する。予測ダイヤ表示部４１の現在時刻以降は領域には予測ダイヤが表示されており、現在時刻以前の領域には実際の運行ダイヤ（実績ダイヤ）が表示されている。

積算値表示部４２は、積算値算出部３により算出された積算値を表示する。図８に示すように、積算値は、予測ダイヤ及び実績ダイヤの時刻と対応するように表示される。これにより、予測装置のユーザは、各時刻における予測ダイヤと、当該時刻を含む時間帯における消費電力量との関係を容易に理解することができる。

図８において、積算値は棒グラフにより示されており、下側が動力の消費電力量−ブレーキの回生電力量（回生電力量から消費電力量を減算した値）、上側が補機の消費電力量である。このように、積算値表示部４２には、積算値を要素ごとに示すことも可能である。また、積算値は、折れ線グラフなどの他の表示方式により示されてもよい。

また、図８において、積算値表示部４２には、現在時刻以前の積算値、すなわち過去に算出された積算値も表示されている。この場合、過去の積算値と実際の消費電力量と重ねて表示してもよい。

駅表示部４３は、予測ダイヤに含まれる路線及び当該路線上の駅を示す。図８において、駅表示部４３には、路線上の各区間に給電する変電所ＳＳが表示されており、各変電所の給電区間が矢印で示されている。例えば、図８によれば、変電所ＳＳ１の給電区間は、Ａ駅からＣ駅までである。

表示部４において、積算値表示部４２に表示される積算値が算出された区間と、駅表示部４３に表示された給電区間と、を対応させることが可能である。例えば、入力手段を操作して画面上の変電所ＳＳ１のアイコンを選択することにより、変電所ＳＳ１の給電区間に対応する積算値が表示部４２に表示されるようにしてもよい。

また、表示部４として、外部装置のモニターを用いる構成も可能である。例えば、表示部４として、運行管理システムの指令卓が用いられてもよい。

比較部５は、積算値算出部３により算出された積算値と、所定の許容値とを比較する。許容値は、比較対象となる積算値が算出された時間帯及び区間ごとに設定される消費電力量の最大値であって、変電所から給電される電力量や、ＤＲ（デマンドレスポンス）により要請された消費電力量の上限値に応じて設定される。ここで用いられる許容値は、積算値表示部４２に、積算値とともに表示されてもよい。これにより、ユーザは、許容値に対する積算値の割合を容易に認識することができる。

警告部６は、比較部５から積算値と許容値との比較結果を取得し、積算値が許容値より大きい場合、当該積算値が算出された時間帯、区間、及び当該区間と対応する変電所などを、音声又は画像表示によりユーザに警告する。警告部６は、表示部４の画像表示を変化させることにより当該警告を実現してもよい。例えば、変電所ＳＳ１の許容値を積算値が上回った場合、図８に示すように、変電所ＳＳ１を示すアイコンをフラッシュさせることが挙げられる。

警告部６により積算値が許容値を超えたことを警告することにより、運行ダイヤの変更をユーザ（運行管理システムの指令員など）に促すことができる。積算値が許容値を超えた場合、実際の消費電力量が許容値を超える可能性が高いため、現在の予測ダイヤに従った運行を継続すると、変電所から給電電力量が不足し、給電が停止する恐れがある。しかし、ユーザに運行ダイヤの変更を促すことにより、このような問題を回避することができる。

通知部７は、比較部５から積算値と許容値との比較結果を取得し、積算値が許容値より大きい場合、積算値を許容値より小さくする方法をユーザに通知する。すなわち、通知部７は、積算値が許容値を超えることを回避する方法をユーザに提案する。通知部７は、例えば、当該提案を表示部４に表示させる。通知部７の提案内容には、予測ダイヤの変更、割当て車両の変更、及び補機の使用量の変更が含まれる。

ここで、図９は、通知部７の提案内容の一例を示す図である。図９に示すように、予測ダイヤの変更には、各列車の出発時刻の遅延、ノッチ制限、及び運休などが含まれる。予測ダイヤの変更は、消費電力量の大幅な削減が見込めるため、積算値が許容値を超える電力量が大きい場合に提案されるのが好ましい。また、運休に比べて鉄道利用者への影響が小さい出発時刻の遅延やノッチ制限が優先的に提案されるのが好ましい。

割当て車両の変更には、予測ダイヤに従って運行する各列車への消費電力量の少ない車両の割当てや、各列車の編成車両数の削減(減車)などが含まれる。実際に割当て車両を変更するためには数時間程度の時間がかかるため、割当て車両の変更は、積算値が許容値を超える時刻までに数時間程度の余裕がある場合に提案されるのが好ましい。

補機の使用量の変更には、各車両の補機の使用制限や、補機の使用パラメータの変更などが含まれる。補機の使用量の変更は、短時間で実現できるが、削減できる消費電力量は小さいため、積算値が許容値を超えるまでの時間が短い場合や、積算値が許容値を超える電力量が小さい場合に提案されるのが好ましい。

以上説明した予測装置は、コンピュータ装置１００を基本ハードウェアとして使用することで実現することができる。コンピュータ装置１００は、図１０に示すように、ＣＰＵ１０１、入力部１０２、表示部４、通信部１０３、主記憶部１０４、外部記憶部１０５を備え、これらはバス１０６により相互に通信可能に接続される。

入力部１０２は、キーボード、マウス等の入力デバイスを備え、入力デバイスの操作による操作信号をＣＰＵ１０１に出力する。表示部４には、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等のモニターが含まれる。通信部１０３は、無線または有線の通信手段を有し、運行管理システムなどの外部装置と所定の通信方式で通信を行う。

外部記憶部１０５には、例えば、ハードディスク、メモリ装置、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ等の記憶媒体等が含まれる。外部記憶部１０５は、予測装置の処理をＣＰＵ１０１に実行させるための制御プログラムを記憶している。

主記憶部１０４は、ＣＰＵ１０１による制御の下で、外部記憶部１０５に記憶された制御プログラムを展開し、当該プログラムの実行時に必要なデータ、及び当該プログラムの実行により生じたデータ等を記憶する。主記憶部１０４は、たとえば不揮発性メモリ等の任意のメモリを含む。

上記制御プログラムは、コンピュータ装置１００に予めインストールされていてもよいし、ＣＤ−ＲＯＭ等の記憶媒体に記憶され、コンピュータ装置１００に適宜インストールされてもよい。なお、入力部１０２、表示部４、及び通信部１０３を備えない構成も可能である。

次に、本実施形態に係る予測装置の動作について、図１１を参照して説明する。図１１は、予測装置の動作を示すフローチャートである。以下では、外部装置が運行管理システムであり、積算値の算出される区間が給電区間である場合について説明する。

図１１に示すように、予測装置が処理を開始すると、まず、生成部１は運行管理システムから当日の運行ダイヤ及び運行情報を取得する（ステップＳ１）。生成部１は、取得した運行ダイヤ及び運行情報に基づいて、予測ダイヤを生成する（ステップＳ２）。

次に、予測値算出部２は、生成部１から予測ダイヤを取得し、運行管理システムからから車両割当て情報、車両消費電力情報、及び路線情報を取得する（ステップＳ３）。予測値算出部２は、予め車両消費電力情報を記憶した記憶部を備え、当該記憶部から車両消費電力情報を取得してもよい。

予測値算出部２は、取得した各種の情報に基づいて、各列車の消費電力量の予測値を算出する（ステップＳ４）。具体的には、予測値算出部２は、予測ダイヤ、車両割当て情報、及び路線情報を参照して、予測値の算出対象となる時間帯及び給電区間を運行する各列車に割当てられた車両ＩＤと、各車両が上記の時間帯に運行する路線部分の路線情報と、を取得する。

次に、車両消費電力情報と上記の車両ＩＤとに基づいて、各車両の車両消費電力情報を取得し、取得した各車両の消費電力情報と上記の路線情報、車両割当て情報とに基づいて、各列車の消費電力量の予測値を算出する。これにより、各列車の、時間帯ごと、かつ給電区間ごとの消費電力量の予測値を算出することができる（図６参照）。

また、予測値算出部２は、上記の情報以外の情報を考慮して予測値を算出することもできる。このような情報として、乗車率情報、気象情報、動力の消費電力量の履歴情報、回生電力量の履歴情報、及び補機の消費電力量の履歴情報などが挙げられる。

例えば、予測値算出部２は、乗車率情報に基づいて予測される将来の乗車率の変動を考慮して予測値を算出する。動力の消費電力、ブレーキの回生電力、及び補機の消費電力は乗車率に応じて変化するため、乗車率情報を考慮することにより、より正確な予測値を算出することができる。外部装置から乗車率情報を取得できない場合には、予測値算出部２は、車両に設置された応荷重装置の計測値、乗車券（指定席券）の販売状況、及び乗車率の履歴情報を取得し、これらの情報に基づいて乗車率を算出してもよい。あるいは、各履歴情報から、時間帯、曜日、及びイベントなどに応じた乗車率の変動情報を抽出し、乗車率情報として用いることも可能である。

また、予測値算出部２は、気象情報と各履歴情報とを考慮して予測値を算出してもよい。動力の消費電力、ブレーキの回生電力、及び補機の消費電力は気象に応じて変化するため、気象情報を考慮することにより、より正確な予測値を算出することができる。

次に、積算値算出部３は、予測値算出部２が算出した各列車の消費電力量の予測値を、時間帯ごと、かつ給電区間ごとに積算し、積算値を算出する（ステップＳ５）。これにより、各給電区間における時間帯ごとの消費電力量が算出される（図７参照）。

表示部４は、積算値算出部３により算出された積算値を表示する（ステップＳ６）。この際、表示部４は、図８に示したように、予測ダイヤと積算値とが対応するように表示するのが好ましい。

積算値が算出されると、比較部５は、各給電区間における時間帯ごとの積算値と許容値とを比較する（ステップＳ７）。警告部６は、比較部５から比較結果を取得し、積算値が許容値より大きい場合、積算値が許容値より大きいことをユーザに警告する。また、通知部７は、比較部５から比較結果を取得し、積算値が許容値より大きい場合、積算値が許容値より小さくなる方法をユーザに提案する（ステップＳ８）。

予測装置は、上記のステップＳ１〜ステップＳ８の処理は、所定の時間間隔で実行する。２回目以降の処理では、生成部１は、ステップＳ１において最新の運行情報のみを取得する。

以上説明したとおり、本実施形態に係る予測装置では、実際の運行情報を考慮して予測された予測ダイヤに基づいて、将来の消費電力量の予測が行われる。すなわち、故障や事故などによる運行ダイヤの変化に応じた将来の消費電力量が予測される。したがって、本実施形態に係る予測装置は、将来の消費電力量を精度よく予測することができる。

また、一般に、車両の消費電力特性は、使用年数、走行距離、走行環境、及び整備更新状態などに応じて経年変化する。このため、同一車種の車両間であっても、消費電力特性に差が生じることがある。しかしながら、本実施形態に係る予測装置は、割当てられた車両ごとの消費電力特性を考慮して消費電力量を予測するため、予測精度をさらに向上させることができる。

さらに、予測装置は、積算値が許容値より大きい場合にユーザに警告することにより、運行ダイヤの変更をユーザに促し、変電所からの給電が停止することを避けることができる。

またさらに、予測装置は、積算値が許容値より大きい場合に、積算値を許容値より小さくする方法を提案するため、ユーザは運行ダイヤを容易に変更し、変電所からの給電停止を避けることができる。従来、このような運行ダイヤの変更は、指令員の経験に基づいて行われたため、経験の浅い指令員には困難であった。しかしながら、本実施形態に係る予測装置を用いることにより、経験の浅い指令員でも容易に運行ダイヤを変更することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る予測装置の構成について、図１２を参照して説明する。図１２は、本実施形態に係る予測装置の機能構成を示すブロック図である。図１２の予測装置は、積算値を補正する補正部８を備える。他の構成は第１実施形態と同様である。

補正部８は、積算値算出部３が算出した積算値を取得して記憶するとともに、運行管理システムなどの外部装置から消費電力量の実績値を取得して記憶する。これにより、補正部８は、積算値算出部３が過去に算出した積算値の履歴情報と、実際の消費電力量の履歴情報とを記憶する。図１３は、補正部８が記憶する履歴情報の一例を示す図である。図１３に示すように、補正部８は、積算値と実績値との、時間帯及び区間が対応するように記憶する。

補正部８は、積算値及び実績値の履歴情報に基づいて、積算値を補正するための補正量を算出する。補正部８は、例えば、履歴情報における積算値と実績値との差の平均値を補正量として算出する。あるいは、補正部８は、履歴情報における積算値に対する実績値の割合を補正量として算出する。なお、補正部８が算出する補正量はこれに限られない。

補正部８は、積算値生成部３が積算値を算出すると、当該積算値を取得して補正量により補正し、新たな積算値として記憶する。補正された積算値は、表示部４に表示され、比較部５にて許容値と比較される。

以上説明したとおり、本実施形態に係る予測装置によれば、実際の消費電力量の履歴情報に基づいて積算値が補正されるため、積算値の予測精度をさらに向上させることができる。また、乗客率や気象の変化により、一時的に予測精度が低下した場合であっても、自動的に予測精度を回復させることができる。

なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１：生成部、２：予測値算出部、３：積算値算出部、４：表示部、５：比較部、６：警告部、７：通知部、８：補正部

Claims (7)

1. 運行ダイヤ及び運行情報に基づいて予測ダイヤを生成する生成部と、
   前記生成部が生成した予測ダイヤ、路線情報、及び列車の消費電力情報に基づいて、前記列車の消費電力量の予測値を算出する第１の算出部と、
   を備える消費電力予測装置。
2. 前記消費電力情報は、動力の消費電力特性、ブレーキの回生電力特性、及び補機の消費電力特性の少なくとも１つを示す情報を含む
   請求項１に記載の消費電力量予測装置。
3. 前記予測値の積算値を所定区間ごとに算出する第２の算出部を備える
   請求項１又は請求項２に記載の消費電力量予測装置。
4. 前記所定区間は、前記予測ダイヤに含まれる路線のうち同一の変電所により給電される給電区間である
   請求項３に記載の消費電力量予測装置。
5. 前記積算値と所定の許容値とを比較する比較部と、
   前記比較部による比較の結果、前記積算値が前記許容値より大きい場合に、前記予測ダイヤの変更、割当て車両の変更、及び補機による消費電力量の変更のうちの少なくとも１つを通知する通知部と、
   を備える請求項３又は請求項４に記載の消費電力量予測装置。
6. 前記許容値は、前記積算値が算出された前記所定区間に給電される電力量に応じて設定される
   請求項５に記載の消費電力量予測装置。
7. 前記第２の算出部が過去に算出した前記積算値の履歴情報と、実際の消費電力量の履歴情報とに基づいて、前記第２の算出部が算出した前記積算値を補正する補正部を備える
   請求項３〜請求項６のいずれか１項に記載の消費電力量予測装置。

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