JP2017158356A - 電力供給システム - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギー利用の効率化を実現する。
【解決手段】実施形態の電力供給システムは、蓄電部と、変換部と、充電部と、制御部と、を備える。蓄電部は、直流き電線を介して鉄道車両から生じた回生電力を蓄電し、蓄電された電力を放電可能とする。変換部は、蓄電部から放電される電力を交流に変換する。充電部は、変換部により交流に変換された電力で、電気自動車に搭載された蓄電池を充電可能とする。制御部は、鉄道運行データに基づき鉄道車両が消費する電力として予測された第１の負荷電力予測値と、充電部が消費する電力として予測された第２の負荷電力予測値と、に基づいて定められた蓄電量になるよう、蓄電部の充電及び放電を制御する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、電力供給システムに関する。

従来、鉄道事業においては、省エネルギー化の取り組みが進められている。例えば、列車のブレーキ時に発電した回生電力を、電車線を介して他列車に融通・利用する回生ブレーキシステムが広く利用されている。当該回生ブレーキシステムにおいては、列車で生じた回生電力は、ブレーキを行った列車近傍に力行する列車が存在する場合、当該列車で使用される。その一方、力行する列車が存在しない場合、回生電力は使用されずに無駄になっていた。

近年、蓄電装置の性能向上やコスト低減が進みつつある。このため、回生電力が使用されない場合、蓄電装置に蓄電し、必要に応じて蓄電された電力を利用する蓄電システムが提案されている。

一方、情報通信技術および再生可能エネルギーを利用して、都市全体でのエネルギー利用を効率化するスマートシティ等の技術が提案されている。また、複数の交通システムを連携する技術も提案されている。

特開２０１４−８９６１８号公報

しかしながら、複数の交通システムを連携する技術は、鉄道車両を降車する客の数に基づいて、電気自動車を利用する客の数を予測して充電スケジュールを調整するものであって、これら複数の交通システムのエネルギーシステムは独立している。これら複数の交通システムは互いに接続され、交通システム間でエネルギーを受け渡し可能にしてエネルギー利用を効率化するのが望ましい。

実施形態の電力供給システムは、蓄電部と、変換部と、充電部と、制御部と、を備える。蓄電部は、直流き電線を介して鉄道車両から生じた回生電力を蓄電し、蓄電された電力を放電可能とする。変換部は、蓄電部から放電される電力を交流に変換する。充電部は、変換部により交流に変換された電力で、電気自動車に搭載された蓄電池を充電可能とする。制御部は、鉄道運行データに基づき鉄道車両が消費する電力として予測された第１の負荷電力予測値と、充電部が消費する電力として予測された第２の負荷電力予測値と、に基づいて定められた蓄電量になるよう、蓄電部の充電及び放電を制御する。

図１は、第１の実施形態におけるエネルギー管理システムの構成例を示した図である。 図２は、第１の実施形態における、鉄道エネルギー管理システム、及び蓄電システムの構成を例示したブロック図である。 図３は、第１の実施形態の予測部が生成した予測データの一部を例示した図である。 図４は、第１の実施形態の計画部が生成した充放電計画を例示した図である。 図５は、第１の実施形態の充放電特性テーブル記憶部に記憶された充放電特性テーブルを例示した図である。 図６は、第１の実施形態における、負荷電力量と、受電電力量と、余剰回生電力量と、の推移を例示した図である。 図７は、第１の実施形態における、蓄電装置の充電率と、充電率目標値と、の遷移を示した図である。 図８は、第１の実施形態の蓄電システムの制御装置における充放電制御の手順を示すフローチャートである。 図９は、第２の実施形態におけるエネルギー管理システムの構成例を示した図である。 図１０は、第３の実施形態におけるエネルギー管理システムの構成例を示した図である。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態におけるエネルギー管理システムの構成例を示した図である。図１に示されるように、エネルギー管理システムは、鉄道配電設備１１６と、鉄道き電設備１１５と、ＬＲＴき電設備１４５と、ＥＶ充電設備１５０と、を接続する。さらに、エネルギー管理システムは、蓄電システム１０１と、鉄道エネルギー管理システム１３０と、鉄道運行管理システム１３１と、鉄道電力管理システム１３２と、充電スタンド管理システム１５５と、ＥＶバス運行管理システム１５４と、ＬＲＴ運行管理システム１４０と、を備えている。

鉄道配電設備１１６は、鉄道配電線路１１７と、配電変圧器１１１と、駅設備１１２と、を備えている。鉄道配電設備１１６は、変電所（電力系統）１１４から受電した電力の一部を配電変圧器１１１によって降圧や必要に応じて単相変換された交流電力を、駅設備１１２に供給する。なお、駅設備１１２は、例えば、駅の照明、昇降機、空調、換気システム、駅務機器などの電力負荷であるが、太陽光発電システム（ＰＶ）などの発電機器が接続される場合もある。

配電変圧器１１１は、電力系統１１４から受電した交流電力の一部を降圧し、鉄道配電線路１１７を介して、各駅設備１１２に電力を供給する。

鉄道き電設備１１５は、電車線１０７と、整流器１０８と、変圧器１０９と、（図示しない）遮断器や断路器と、を備え、電車線１０７を介して列車１０２と接続されている。

変圧器１０９は、電力系統１１４から受電した交流電力の一部を降圧する。整流器１０８は、変圧器１０９が降圧した交流電力を直流電力へ変換し、電車線１０７を介して列車１０２に電力を供給する。

鉄道き電設備１１５においては、列車１０２は、電車線１０７を介して供給される電力で力行する。また、列車１０２の減速時に発生する回生電力を、電車線１０７を介して、他の列車の力行や、蓄電システム１０１の蓄電に用いられる。

ＬＲＴき電設備１４５は、トロリ線１４７を備え、トロリ線１４７を介してＬＲＴ車両１４２と接続されている。

ＬＲＴき電設備１４５においては、ＬＲＴ車両１４２は、トロリ線１４７を介して蓄電システム１０１等から供給される電力で力行し、回生で生じた回生電力を、トロリ線１４７を介して、他のＬＲＴ列車や、蓄電システム１０１に供給する。

ＥＶ充電設備１５０は、電力量計１５１と、充電スタンド１５２と、を備え、充電スタンド１５２からＥＶ車両１５３に接続可能となっている。

ＥＶ充電設備１５０においては、電力系統１１４又は蓄電システム１０１から鉄道配電線路１１７を介して供給されている電力を電力量計１５１で計測する。

充電スタンド１５２は、電力量計１５１で計測された電力を、ＥＶ車両１５３に対して供給する。例えば、本実施形態の充電スタンド１５２は、第２の電力変換装置１０６により交流に変換された電力を、鉄道配電設備１１６を介して受電し、ＥＶ車両１５３に搭載された蓄電池を充電可能とする。

蓄電システム１０１は、蓄電装置１０３と、制御装置１０４と、第１の電力変換装置１０５と、第２の電力変換装置１０６と、を備え、エネルギー管理システム内の各設備に対して電力を安定供給するために用いられる。

蓄電システム１０１は、制御装置１０４の制御に従って、鉄道き電設備１１５内の列車１０２から生じた余剰回生電力を蓄電装置１０３に蓄電する。また、蓄電システム１０１は、制御装置１０４の制御に従って、ＬＲＴき電設備１４５内のＬＲＴ車両１４２から生じた余剰回生電力を蓄電装置１０３に蓄電する。

さらに、蓄電システム１０１は、制御装置１０４の制御に従って、蓄電装置１０３に蓄電された電力を、列車１０２やＬＲＴ車両１４２の力行電力として利用したり、駅設備１１２や充電スタンド１５２などの負荷電力として利用する。これにより、余剰回生電力を有効利用できる。

第１の電力変換装置１０５は、蓄電装置１０３の電圧と、鉄道き電設備１１５の電圧と、を相互に変換し、蓄電装置１０３及び鉄道き電設備１１５の間で直流電力の授受を可能とする。これにより、第１の電力変換装置１０５は、電車線１０７から余剰回生電力を受電すると共に、電車線１０７に所定の電圧を補償するために電力を供給することができる。

第２の電力変換装置１０６は、直流電力と、交流電力とを変換可能な変換装置とする。例えば、第２の電力変換装置１０６は、蓄電装置１０３の直流電力と、鉄道配電設備１１６の交流電力と、を相互に変換し、蓄電装置１０３及び鉄道配電設備１１６の間で電力の授受を可能とする。これにより、第２の電力変換装置１０６は、駅設備１１２や充電スタンド１５２に対して所定の電力を供給することができる。

例えば、第２の電力変換装置１０６は、蓄電装置１０３から放電される電力を、交流に変換して、鉄道配電設備１１６に電力を供給する。

制御装置１０４は、蓄電装置１０３の充放電の制御、第１の電力変換装置１０５の電力授受の制御、及び第２の電力変換装置１０６の電力授受の制御を行う。

制御装置１０４の制御は、鉄道エネルギー管理システム１３０が生成する蓄電装置１０３の充放電計画、蓄電装置１０３の充電率（以下、ＳＯＣ=State of Chargeと称す）、電車線１０７の電圧、第１の電力変換装置１０５の状態、及び第２の電力変換装置１０６の状態に基づいて行われる。蓄電装置１０３の充放電計画は、鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、鉄道配電設備１１６、及びＥＶ充電設備１５０で時刻毎に利用される電力量等に基づいて生成される。

例えば、制御装置１０４は、鉄道エネルギー管理システム１３０が生成する蓄電装置１０３の充放電計画に基づいて、鉄道運行ダイヤ（データ）に基づいた列車（鉄道車両）１０２やＬＲＴ車両１４２がこれから消費する電力を示した負荷電力の予測値と、充電スタンド１５２がこれから消費する電力を示した負荷電力の予測値と、を算出する。そして、制御装置１０４は、列車（鉄道車両）１０２やＬＲＴ車両１４２がこれから消費する電力を示した負荷電力の予測値と、充電スタンド１５２がこれから消費する電力を示した負荷電力の予測値と、に基づいて設定された充電率になるように、蓄電装置１０３の充電及び放電を制御する。なお、本実施形態では設定された充電率になるように制御する例について説明するが、充電率に制限するものではなく、充電量であれば良い。また、鉄道運行ダイヤは、鉄道運行管理システム１３１が管理しているデータであって、鉄道エネルギー管理システム１３０を介して受け取るものとする。

蓄電装置１０３は、制御装置１０４の制御に従って、（直流のき電線）電車線１０７を介して列車１０２から生じた余剰回生電力を蓄積し、蓄電された電力を第１の電力変換装置１０５や第２の電力変換装置１０６を介して放電可能とする。

制御装置１０４は、鉄道運行ダイヤ（データ）に基づいて予測される列車１０２の回生電力から、蓄電装置１０３にこれから蓄電される蓄電電力の予測値を算出する。そして、制御装置１０４は、鉄道運行ダイヤ（データ）に基づいた列車（鉄道車両）１０２やＬＲＴ車両１４２がこれから消費する電力を示した負荷電力の予測値、及び充電スタンド１５２がこれから消費する電力を示した負荷電力の予測値に加えて、列車１０２の回生電力で蓄電装置１０３にこれから蓄電される蓄電電力の予測値を用いて、定められた充電率（蓄電量）になるように、蓄電装置１０３の充電及び放電を制御する。

従来、列車がブレーキをかけて停車する際に、近傍に力行中の他の列車が存在する場合、ブレーキにより発生する回生電力は、他の列車に融通される。一方、力行中の他の列車がいない場合、回生電力が失効して回生ブレーキが使えず、機械ブレーキで停車することになる。

これに対して、本実施形態においては、力行中の他の列車がいない場合でも、蓄電システム１０１が、第１の電力変換装置１０５を介して回生電力を蓄電装置１０３に蓄電できる。これにより、列車は、力行中の他の列車が存在しない場合でも、回生ブレーキを有効に利用できる。

これに対して、本実施形態の鉄道システムでは、蓄電システム１０１を設けたことで、力行中の他の列車がいない場合でも、機械ブレーキを利用することなく、且つ余剰回生電力を第１の電力変換装置１０５を介して蓄電装置１０３に蓄電できる。本実施形態では、回生ブレーキを利用可能にすると共に、回生ブレーキにより生じる回生電力を有効に利用できる。そして、貯められた余剰回生電力は、必要に応じて、鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、鉄道配電設備１１６、及びＥＶ充電設備１５０のうちいずれか一つ以上に供給できる。

蓄電装置１０３は、どのようなものを用いても良いが、例えば、リチウムイオン二次電池や電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）など大電力・高容量の蓄電素子を利用することが考えられる。

鉄道運行管理システム１３１は、鉄道路線上を走行する複数の列車１０２の運行を管理する。このために、鉄道運行管理システム１３１は、列車１０２を運行するための鉄道運行ダイヤを保持しており、必要に応じて、鉄道エネルギー管理システム１３０に当該鉄道運行ダイヤを送信する。

鉄道電力管理システム１３２は、鉄道路線内で利用される電力を管理する。例えば、鉄道電力管理システム１３２は、鉄道き電設備１１５で使用される直流電力量や鉄道配電設備１１６で利用される交流電力量、電力系統１１４から受電した鉄道受電電力量を計測するとともに記録している。また、必要に応じて、鉄道エネルギー管理システム１３０に鉄道変電所における受電電力量を送信する。

充電スタンド管理システム１５５は、充電設備１５０内でＥＶ車両１５３への充電を管理する。このために、充電スタンド管理システム１５５は、充電スタンド１５２を利用する予約時間を示した充電スタンド充電予約データを保持する。

本実施形態においては、運転者が、情報端末等を用いて、ＥＶ車両に充電を行うための充電スタンドの利用予約を可能とする。そして、充電スタンド管理システム１５５は、運転者により利用予約された場合に、当該利用予約による充電スタンドの予約時間を含む充電スタンド充電予約データを保持する。なお、本実施形態の充電スタンド管理システム１５５は、鉄道き電設備１１５等で電力の利用がピークとなる時間帯においては、利用予約が行われないよう制限しても良い。

そして、充電スタンド管理システム１５５は、必要に応じて、鉄道エネルギー管理システム１３０に充電スタンド充電予約データを送信する。

ＥＶバス運行管理システム１５４は、ＥＶバス交通網の（ＥＶ車両１５３に含まれる）ＥＶバスの運行を管理する。このために、ＥＶバス運行管理システム１５４は、ＥＶバスを運行するためのＥＶバス運行ダイヤと、ＥＶバスをＥＶバス運行ダイヤに従って運行させるためのＥＶバス充電計画と、を保持し、必要に応じて、鉄道エネルギー管理システム１３０に当該ＥＶバス運行ダイヤ及びＥＶバス充電計画を送信する。

ＬＲＴ運行管理システム１４０は、ＬＲＴ路線内におけるＬＲＴ車両１４２の運行を管理する。このために、ＬＲＴ運行管理システム１４０は、ＬＲＴ車両１４２を運行するためのＬＲＴ運行ダイヤを保持し、必要に応じて、鉄道エネルギー管理システム１３０に当該ＬＲＴ運行ダイヤを送信する。

鉄道エネルギー管理システム１３０は、鉄道運行管理システム１３１、鉄道電力管理システム１３２、ＬＲＴ運行管理システム１４０、ＥＶバス運行管理システム１５４、及び蓄電システム１０１の制御装置１０４の間で、情報の送受信が可能に接続されている。

鉄道エネルギー管理システム１３０は、上述した各種管理システムが必要とする電力量に基づいて、蓄電システム１０１の制御を行う。

図２は、本実施形態における、鉄道エネルギー管理システム１３０、及び蓄電システム１０１の構成を例示したブロック図である。

図２に示されるように、鉄道エネルギー管理システム１３０は、データ保存部１２６と、情報通信部１２５と、予測部１２１と、計画部１２２と、目標値設定部１２３と、き電シミュレーション部１２７と、を備えている。図２に示される例では、各構成の他に、当該各構成間のデータの流れも示している。

そして、鉄道エネルギー管理システム１３０は、鉄道運行管理システム１３１、鉄道電力管理システム１３２、充電スタンド管理システム１５５、ＬＲＴ運行管理システム１４０、及びＥＶバス運行管理システム１５４から受信したデータに基づいて、蓄電装置１０３の充放電に関わる充放電計画データを作成する。そして、鉄道エネルギー管理システム１３０は、当該充放電計画データと蓄電装置１０３のＳＯＣとに従って、充放電するための各種目標値を作成して制御装置１０４に受け渡す。これにより、蓄電装置１０３のＳＯＣ、電力系統１１４の受電電力の計測値、駅設備１１２や充電スタンド１５２による負荷電力の予測値、列車１０２やＬＲＴ車両１４２による負荷電力の予測値、蓄電装置１０３に回収可能な列車１０２やＬＲＴ車両１４２の余剰回生電力の予測値等に基づいた、蓄電装置１０３の充放電を実現する。次に鉄道エネルギー管理システム１３０の各構成について説明する。

データ保存部１２６は、電力系統１１４から鉄道き電設備１１５に供給される電力量、列車１０２やＬＲＴ車両１４２で生じた回生電力のうち蓄電装置１０３に回収可能な余剰回生電力量、ＥＶ車両１５３に対して供給した負荷電力量、及び蓄電装置１０３の蓄電量且つ放電量等が表された統計データを、時間帯毎に保存する。本実施形態では、季節、曜日、天候、気温、列車運転状況などの条件別に当該統計データを格納している。

情報通信部１２５は、鉄道運行管理システム１３１、鉄道電力管理システム１３２、ＥＶバス運行管理システム１５４、充電スタンド管理システム１５５、ＬＲＴ運行管理システム１４０と、の間で情報の送受信を行う。

例えば、情報通信部１２５は、鉄道運行管理システム１３１から、鉄道運行ダイヤおよび鉄道運行遅延情報を受信する。また、情報通信部１２５は、鉄道電力管理システム１３２から、電力系統１１４から鉄道変電所が受電する受電電力量などを受信する。

また、情報通信部１２５は、ＥＶバス運行管理システム１５４から、ＥＶバス運行ダイヤや、ＥＶバス充電計画およびＥＶバス運行遅延情報を受信する。また、情報通信部１２５は、充電スタンド管理システム１５５から、充電スタンド充電予約情報を受信する。また、情報通信部１２５は、ＬＲＴ運行管理システム１４０から、ＬＲＴ運行ダイヤおよびＬＲＴ運行遅延情報を受信する。

また、情報通信部１２５は、制御装置１０４との間でも情報の送受信を行う。例えば、情報通信部１２５は、制御装置１０４から、蓄電装置１０３のＳＯＣや端子電圧、電流などの情報を受信する。また、情報通信部１２５は、制御装置１０４に対して、後述する目標値設定部１２３により導出された、蓄電装置１０３を制御する際の各種目標値（例えば、充電率目標値ＳＯＣref、充電開始電圧目標値Ｖref_cg、及び放電開始電圧目標値Ｖref_dc）等を送信する。なお、充電率目標値ＳＯＣref、充電開始電圧目標値Ｖref_cg、及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcについては後述する。

予測部１２１は、電力系統１１４から各種設備（鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、鉄道配電設備１１６、ＥＶ充電設備１５０）に供給される電力量（電力系統１１４から変圧器１０９が受電した受電電力量）、及びき電設備（鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５）で生じる回生電力のうち、蓄電装置１０３に供給される余剰回生電力量の、時間帯毎の予測データを生成する。本実施形態では、時間帯毎として、３０分単位で電力の予測データを生成するが、時間帯を３０分単位に制限するものではない。

本実施の形態では、予測データは、データ保存部１２６に格納された統計データのうち、季節、曜日、天候、気温、及び列車運転状況などの当日の状況と相関の高い統計データ、及び各システムから受信した情報に基づいて生成する。例えば、データ保存部１２６に保存されている複数の統計データに優先情報を付与し、相関が認められる最も高い優先情報が付与された統計データを用いることが考えられる。なお、本実施形態では、当日の状況として、季節、曜日、天候、気温、及び列車運転状況を全て用いた例について説明するが、全て用いることに制限するものではなく、いずれか一つ以上用いればよい。

また、予測部１２１は、鉄道運行ダイヤ、及びＬＲＴ運行ダイヤのうちいずれか一つ以上に設定された１時間当たりの列車本数、列車及びＬＲＴ車両のうちいずれか一つ以上の消費エネルギー原単位（単位距離および単位重量または車両あたりの消費エネルギー）、及び回生エネルギー原単位並びに時間帯別の平均回生失効率などの情報を用いた上で、予測データを生成しても良い。

き電シミュレーション部１２７は、鉄道運行管理システム１３１から鉄道運行遅延情報、ＥＶバス運行管理システム１５４からＥＶバス運行遅延情報、ＬＲＴ運行管理システム１４０からＬＲＴ運行遅延情報を情報通信部１２５が受信した場合に、列車、ＬＲＴ車両、又はＥＶバスの遅延に基づいた運行をシミュレーションし、遅延が生じている時間帯の受電電力量および余剰回生電力量を予測する。シミュレーションする際に、路線条件、車両条件、き電回路条件、き電回路条件などのデータが必要な場合には、き電シミュレーション部１２７の（図示しない）データ記録部にこれらのデータを予め記憶しておく。これにより、列車、ＬＲＴ車両やＥＶバス等の運行変更時に必要となる負荷電力量や、蓄電装置１０３に回収可能な回生電力量を予測することができる。

このように、予測部１２１は、例えば列車やＥＶバス等のダイヤに乱れが無い場合にはデータ保存部１２６に保存されていた統計データに基づいて予測し、列車やＥＶバスにダイヤに乱れが生じた場合はき電シミュレーション部１２７によるシミュレーションで予測しても良い。

また、予測部１２１は、情報通信部１２５から取得したＥＶバス運行ダイヤ、ＥＶバスの運行遅延情報、ＥＶバスの充電計画に基づいて、ＥＶバスの充電に要する充電スタンド１５２の将来の負荷電力を予測する。また、充電スタンド１５２が自家用電気自動車の充電も行う場合、予測部１２１は、ＥＶバスによる充電スタンドの負荷電力だけでなく、充電スタンド管理システム１５５から取得した充電スタンド充電予約情報に基づいて、充電スタンド１５２の負荷電力を予測する。

図３は、本実施形態の予測部１２１が生成した予測データの一部を例示した図である。図３に、電力系統１１４から鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、鉄道配電設備１１６、及びＥＶ充電設備１５０に供給される電力量と、鉄道き電設備１１５及びＬＲＴき電設備１４５で生じた余剰回生電力量と、が３０分単位で示されている。

例えば、４：３０〜５：００において、供給される電力量“５２７[kWh]”、余剰回生電力量“１２[kWh]”、５：００〜５：３０において、供給される電力量“６８９[kWh]”、余剰回生電力量“３１[kWh]”等が示されている。

図３に示されるように、７：００〜１０：００までの時間帯に、鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、鉄道配電設備１１６、及びＥＶ充電設備１５０の消費電力がピークとなる。そこで、本実施形態の制御装置１０４では、このようなピーク時間帯で、なるべく蓄電装置１０３から電力を供給するように制御する。これにより、ピーク時間帯において、電力系統１１４からの受電電力量を軽減できる。

図２に戻り、計画部１２２は、予測部１２１により生成された予測データに基づいて、蓄電装置１０３の充電率を制御するための充放電計画を生成する。

本実施形態の計画部１２２は、例えば、電力の消費量が他の時間帯より高くなるピーク時間帯において、ピーク電力量を削減するように蓄電装置１０３から放電し、ピーク以外の時間帯において蓄電装置１０３への充電を行うような充放電計画を生成する。充放電計画は、例えば蓄電装置１０３の３０分毎の目標充電率とする。充放電計画は、放電させる時間帯では時限毎に目標充電率を減少するように、充電させる時間帯では目標充電率を増加するように作成する。蓄電装置１０３が、充放電計画に従って、充放電を行うことで、電力系統１１４から受電する受電電力量のピーク電力量を削減できる。なお、充放電計画として、３０分毎の蓄電装置１０３の目標充電率でなく、充放電電力量（「ｋＷｈ」）や平均充放電電力（「ｋＷ」）などを目標値として用いるようにしても同等の制御が可能である。

例えば、計画部１２２は、ピーク時間帯における受電電力量を所定の電力量だけ削減し、当該所定の電力量が蓄電装置１０３で利用可能な残容量より大きい場合、所定の電力量を小さくする。一方、計画部１２２は、所定の電力量が蓄電装置１０３の残容量未満の場合は所定の電力量を増加させる。これらの制御を繰返し行うことで、ピーク電力量の削減可能な電力の最大値を算出する。

つまり、充電率目標値ＳＯＣrefと比べて蓄電装置１０３の残容量が大きい場合、電力系統１１４の電力削減量が増加する。そして、充電率目標値ＳＯＣrefと比べて蓄電装置１０３の残容量が少ない場合、電力系統１１４の電力削減量が減少する。このため、充電率目標値ＳＯＣrefを調整すると、蓄電装置１０３との残容量との差も変化する。これにより、電力系統１１４の電力削減量を調整できる。

この際、計画部１２２は、蓄電装置１０３、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６の定格出力や容量を考慮して、実現可能な充放電計画を作成する。なお、蓄電装置１０３にニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池を使用する場合、一般には、深い放電深度での充放電は寿命に悪影響があることが知られている。このため、計画部１２２は、使用する蓄電装置１０３の種類に応じて、なるべく寿命に悪影響が出ない範囲で充放電を行うように充放電計画を生成する。また、時間帯別に電力料金や電力低減に対する重みが異なる場合、計画部１２２は、これらの重み付けを考慮して、充放電計画を生成しても良い。この他、充放電計画の生成にあたっては種々の最適化手法を適用してもよい。

図４は、本実施形態の計画部１２２が生成した充放電計画を例示した図である。図４に示される例では、充放電計画として、３０分単位で設定された充電率目標値が示されている。

図４に示される例では、例えば、６：３０〜７：００までの間の充電率目標値が８５％であり、７：００〜７：３０、及び７：３０〜８：００までの間の充電率目標値が７５．８％に設定され、８：００〜８：３０までの間の充電率目標値が６６．９％に設定され、８：３０〜９：００までの間の充電率目標値が５８．３％に設定されている。

つまり、７：００〜８：３０までの間で蓄電装置１０３の充電率目標値が下げられるため、実際の残容量を充電率目標値に追従させるために、蓄電装置１０３で放電制御が行われる傾向が高くなる。このため、蓄電装置１０３から、各種設備（例えば、鉄道き電設備１１５やＥＶ充電設備１５０）に対して、電力が供給される。よって、ピーク時間帯の電力系統１１４から供給される電力量を削減できる。

また、計画部１２２は、例えば、鉄道の鉄道運行ダイヤにおいては列車１０２の運行が少なく、負荷電力量が小さい、いわゆる閑散時間帯（例えば昼間など）に、蓄電装置１０３に蓄電された電力を、充電スタンド１５２や駅設備１１２の負荷に割り当てるような充放電計画を生成できる。

このような充放電計画に従って、制御装置１０４が、蓄電装置１０３及び第２の電力変換装置１０６を制御することで、ＥＶバスをＥＶバスの車庫で充電する代わりに、鉄道駅の充電スタンド１５２から、蓄電装置１０３の電力で充電できる。これにより、バスの運行に遅延が生じた場合など、鉄道駅の充電スタンド１５２を利用して補充電を行ったり、ＥＶバスの車庫での充電計画の遅れを回復したりすることができる。

目標値設定部１２３は、計画部１２２が生成した蓄電装置１０３の充放電計画（第１の電力変換装置１０５、及び第２の電力変換装置１０６のうち、どちらから放電するかを示した情報を含む）と、現在時刻から、蓄電装置１０３における、蓄電装置１０３が蓄電すべき充電率の基準として示した目標値（以下、充電率目標値ＳＯＣrefとも称する）を設定する。当該充放電計画に従って、充電率目標値ＳＯＣrefを設定することで、予測部１２１により生成された予測データに基づいた、時間帯毎の充電率目標値ＳＯＣrefの設定が実現できる。なお、本実施形態では、目標値として蓄電池の充電率を用いたが、充放電電力量や平均充放電電力等でも良い。

例えば、現在時刻が７時３３分４５秒の場合、充放電計画のなかの７：３０〜８：００における充電率目標値データを充電率目標値ＳＯＣrefとして設定する。

目標値設定部１２３は、充電率目標値ＳＯＣrefと、蓄電装置１０３から検出された充電率と、電力変換装置１０５の充電開始電圧目標値Ｖref_cg、及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcを設定する。なお、以下には、鉄道き電設備１１５の電車線１０７から検出された電圧による制御について説明するが、ＬＲＴき電設備１４５のトロリ線１４７から検出された電圧による制御にも適用する。

ところで、列車１０２の減速に伴い回生電力が発生すると、列車１０２から他の列車に向けて電流が流れるため、電車線１０７の電圧は標準的な給電電圧より高くなる。また、列車１０２が加速する場合、電力系統１１４から列車１０２に電流が流れるため、電車線１０７の電圧が低くなる。そこで、本実施形態では、電車線１０７の電圧により、蓄電装置１０３の充放電を制御する。そこで、本実施形態では、電車線電圧が充電開始電圧目標値Ｖref_cgより高い場合は回生電力が発生したものとして、蓄電装置１０３への充電を行い、放電開始電圧目標値Ｖref_dcより低い場合は蓄電装置１０３から放電を行う。

本実施形態の目標値設定部１２３は、充放電特性テーブル記憶部に記憶された充放電特性に基づいて、第１の電力変換装置１０５の充電開始電圧目標値Ｖref_cg、及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcを設定する。図５は、本実施形態の充放電特性テーブル記憶部に記憶された充放電特性テーブルを例示した図である。図５では、横軸に電車線電圧を、縦軸に蓄電装置１０３の出力電流を示している。また、充放電特性テーブルは、図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のように、蓄電装置１０３の充電率に応じて異なる電車線電圧対出力電流の特性（以下、Ｖ−Ｉ特性と記す）を設定する。さらに、充放電特性テーブル記憶部は、充放電特性テーブルとして、図５の（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）のような複数のＶ−Ｉ特性の組を充電率目標値ＳＯＣｒｅｆ毎に記憶している。すなわち、目標値設定部１２３は、充電率目標値ＳＯＣｒｅｆと充電率のふたつの情報をキーとして、充放電特性テーブル記憶部から、蓄電装置１０３のＶ−Ｉ特性を取得する。なお、充放電特性テーブルは、鉄道エネルギー管理システム１３０が備える（図示しない）充放電特性テーブル記憶部に記憶されているものとする。

図５に示される充放電特性テーブルは、充電率目標値ＳＯＣrefが“５０％”の場合の例とする。図５の（Ａ）は、蓄電装置１０３の充電率が充電率目標値ＳＯＣrefより低い場合に用いるテーブルとする。図５の（Ｂ）は、蓄電装置１０３の充電率が充電率目標値ＳＯＣrefと同じ又は近傍にある場合に用いるテーブルとする。図５の（Ｃ）は、蓄電装置１０３の充電率が充電率目標値ＳＯＣrefより大きい場合に用いるテーブルとする。図５においては、説明のため（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の３種類のＶ−Ｉ特性のみ示しているが、実際には例えば充電率５％毎のＶ−Ｉ特性を持たせるとともに、充電率に応じて複数のＶ−Ｉ特性を補間して適切なＶ−Ｉ特性を得るようにする。例えば、充電率が３２．５％の場合、充電率３０％のＶ−Ｉ特性と充電率３５％のＶ−Ｉ特性とから、図５のＶｄ１、Ｖｄ２、Ｖｃ１、Ｖｃ２を作成する。

蓄電装置１０３の充電率が充電率目標値ＳＯＣrefと同じ又は近傍にある場合、図５の（Ｂ）に示される充放電開始電圧が、目標値設定部１２３により設定される。図５の（Ｂ）で示される例では、目標値設定部１２３が、電圧“Ｖｄ１”を放電開始電圧目標値Ｖref_dcとし、電圧“Ｖｃ１”を充電開始電圧目標値Ｖref_cgとする。電圧“Ｖｃ１”は、一般的に、図示しない標準き電電圧Ｖ０より高い電圧で、また回生電力の列車間の融通を妨げないように設定する。また、電圧“Ｖｄ１”は、標準き電電圧Ｖ０より低い電圧に設定する。

そして、電車線電圧が電圧“Ｖｄ１”以下になった場合、制御装置１０４は、電車線１０７の電圧が下がるに従って、出力電流（放電電流）が増加するように制御する。また、電車線電圧が電圧“Ｖｄ２”より小さい場合、制御装置１０４が、電流値“Ｉｄ”で蓄電装置１０３から放電するよう制御する。具体的には、制御装置１０４は、充放電特性に基づく放電電流の指令値を生成し、充放電指令値として第１の電力変換装置１０５に出力する。

さらに、電車線電圧が電圧“Ｖｃ１”以上になった場合、制御装置１０４は、電車線電圧が上がるに従って、入力電流（充電電流）が増加するように制御する。電車線電圧が電圧“Ｖｃ２”より大きい場合、制御装置１０４が、電流値“Ｉｃ”で蓄電装置１０３に充電するよう制御する。具体的には、制御装置１０４は、充放電特性テーブルに基づく放電電流の指令値を生成し、充放電指令値として第１の電力変換装置１０５に出力する。

蓄電装置１０３のＳＯＣ（充電率）が充電率目標値ＳＯＣrefより小さい場合、図５の（Ａ）に示される充電開始電圧目標値Ｖref_cg及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcが、目標値設定部１２３により設定される。図５の（Ａ）で示される例では、目標値設定部１２３が、電圧“Ｖｄ１’”を放電開始電圧目標値Ｖref_dcとし、及び電圧“Ｖｃ１’”を充電開始電圧目標値Ｖref_cgとする（なお、Ｖｄ１’＜Ｖｄ１、Ｖｃ１’＜Ｖｃ１とする）。制御装置１０４による制御は、目標値が異なるだけで図５の（Ｂ）と同様の制御が行われるものとして説明を省略する。

図５の（Ａ）の場合、図５の（Ｂ）の場合と比べて、電車線１０７の電圧値がより低くないと蓄電装置１０３から放電されない。このため、蓄電装置１０３からの放電量が少なくなる。つまり、図５の（Ａ）は、蓄電装置１０３は蓄電しやすく、放電しにくい設定となる。

蓄電装置１０３の充電率が充電率目標値ＳＯＣrefより大きい場合、図５の（Ｃ）に示される充電開始電圧目標値Ｖref_cg及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcが、目標値設定部１２３により設定される。図５の（Ｃ）で示される例では、目標値設定部１２３が、電圧“Ｖｄ１””を放電開始電圧目標値Ｖref_dcとし、電圧“Ｖｃ１””を充電開始電圧目標値Ｖref_cgとする（なお、Ｖｄ１”＞Ｖｄ１、Ｖｃ１”＞Ｖｃ１とする）。制御装置１０４による制御は、目標値が異なるだけで図５の（Ｂ）と同様の制御が行われるものとして説明を省略する。

図５の（Ｃ）の場合、図５の（Ｂ）の場合と比べて、電車線１０７の電圧値がより高くないと蓄電装置１０３に充電されない。このため、蓄電装置１０３への充電量が少なくなる。これにより、図５の（Ｃ）は、蓄電装置１０３は放電しやすく、蓄電しにくい設定となる。

なお、本実施形態では、図５に示す充放電特性テーブルを、充電率目標値ＳＯＣref毎に設けられている例とする。つまり、目標値設定部１２３は、目標値設定部１２３により設定された充電率目標値ＳＯＣrefに対応する充放電特性テーブルと、現在の蓄電装置１０３のＳＯＣと、に基づいて、充電開始電圧目標値Ｖref_cg及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcを設定する。このように、充電率目標値ＳＯＣrefに対応する充放電特性テーブルを使用することで、蓄電装置１０３のＳＯＣが、充電率目標値ＳＯＣrefに近づくよう制御がなされる。

このように、目標値設定部１２３は、時間帯毎に、設定された充電率目標値ＳＯＣrefに対応する複数の充放電特性テーブルを読み出し、複数の充放電特性テーブルから、蓄電装置１０３のＳＯＣに対応する充放電特性テーブルを特定する。そして、目標値設定部１２３は、特定された充放電特性テーブルで定められた充電開始電圧目標値Ｖref_cg及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcを、制御装置１０４に受け渡す。そして制御装置１０４は、充電開始電圧目標値Ｖref_cg及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcと、電車線１０７の電圧と、の比較結果に従って、蓄電装置１０３の充電、放電の制御を行う。

また、目標値設定部１２３は、運行ダイヤや遅延情報等を制御装置１０４に受け渡す。これにより、制御装置１０４は、現在の各種設備の状況を考慮して、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６を制御する。

例えば、制御装置１０４は、鉄道車両の運行ダイヤに基づいて予測される負荷電力の予測値と、鉄道車両の運行ダイヤに基づいて予測される鉄道車両の回生電力で蓄電装置１０３に蓄電される蓄電量の予測値と、ＥＶバスの運行ダイヤや充電スタンド充電予約情報に基づいて充電スタンド１５２がこれから消費する負荷電力の予測値と、に基づいて、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６を制御する。当該制御と共に、蓄電装置１０３の充電及び放電も制御される。これにより、ＥＶ配電設備１５０及び鉄道き電設備１１５のうちいずれかに優先的に電力を供給することができる。

他の例としては、制御装置１０４は、鉄道車両で遅延が生じたことで、鉄道車両の運行ダイヤが変更された場合に、変更された鉄道車両の運行ダイヤに基づいて予測される負荷電力の予測値を算出する。また、制御装置１０４は、変更された鉄道車両の運行ダイヤに基づいて予測される鉄道車両の回生電力で蓄電装置１０３に蓄電される蓄電量の予測値を算出する。そして、制御装置１０４は、算出した負荷電力の予測値と、算出した蓄電量の予測値と、充電スタンド１５２がこれから消費する負荷電力の予測値と、に基づいて、定められた充電率（蓄電量）になるように、蓄電装置１０３の充電及び放電を制御する。その際に、制御装置１０４は、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６も制御する。これにより、遅延が生じて負荷電力が大きい設備に対して優先的に電力を供給することができる。また、充電スタンドを利用する公共交通機関の車両の運行ダイヤが変更になった場合や、公共交通機関の車両で遅延等が生じた場合でも同様に、制御部１０４は、充電スタンドや蓄電装置１０３の負荷電力の予測を行った上で、定められた充電率（蓄電量）になるように、蓄電装置１０３の充電及び放電を制御してもよい。

制御装置１０４は、充電スタンド１５２の利用予約を行ったＥＶ（自家用電気自動車）の予約状況に基づいた負荷電力の予測値に基づいて、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６を制御する。これにより、蓄電装置１０３の充電及び放電が制御される。

本実施形態では、充電率目標値ＳＯＣref毎に、充放電特性テーブルが保持されている例について説明した。本実施形態は、充電率目標値ＳＯＣref毎に、充放電特性テーブルを保持している場合に制限するものではない。変形例としては、基準となる充放電特性テーブル（例えば充電率目標値ＳＯＣrefが５０％の場合の充放電特性テーブル）と、充電率目標値の違いに応じて当該充放電特性テーブルを調整するためのオフセット値と、を保持してもよい。

このような変形例においては、目標値設定部１２３が、受け取った充電率目標値ＳＯＣrefに対応するオフセット値で、充放電特性テーブルを調整することで、受け取った充電率目標値ＳＯＣrefに対応する充放電特性テーブルを生成できる。例えば、ある時間帯において、ＳＯＣｒｅｆが５０％であって、充電率が５０％となるような特性の充放電特性テーブルを用いる場合、目標値設定部１２３は、充放電特性テーブルをそのまま使用する。また、ＳＯＣｒｅｆが６０％の場合、目標値設定部１２３は、充電率を実際の充電率から−１０％のオフセットを持つものとみなして充放電特性テーブルを適用する。これにより、実際の充電率を６０％に近づけることができる。また、ＳＯＣｒｅｆが４０％の場合、目標値設定部１２３は、充電率を実際の充電率から＋１０％のオフセットを持つものとみなして充放電特性テーブルを適用する。これにより、実際の充電率を４０％に近づけることができる。他の処理は、上述した実施形態と同様のため、説明を省略する。

さらに、異なる手法としては、充放電特性テーブルを保持するのではなく、目標値設定部１２３が、受け取った充電率目標値ＳＯＣrefに対応する充放電特性を生成しても良い。このように充放電特性の生成手法としては、様々な手法を用いて良い。

このように、本実施形態の制御装置１０４は、目標値設定部１２３により設定された、時間帯毎の充電率目標値ＳＯＣref、充電開始電圧目標値Ｖref_cg及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcと、蓄電装置１０３から検出されたＳＯＣ（充電率）と、蓄電装置１０３による電力の供給先である電車線１０７の電圧と、に基づいて、第１の電力変換装置１０５を用いて、蓄電装置１０３の充電及び放電のうちいずれか一つ以上の制御を行う。

また、本実施形態の制御装置１０４は、充電開始電圧目標値Ｖref_cg及び放電開始電圧目標値Ｖref_dcに従うように、蓄電装置１０３の充放電を制御する際、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６のオン・オフの切り替えを、各種システムから受信した情報に基づいて行う。

例えば、制御装置１０４は、ＥＶバス運行ダイヤ、ＥＶバス充電計画、ＥＶバス運行遅延情報、充電スタンド充電予約情報、鉄道運行ダイヤ、鉄道運行遅延情報、ＬＲＴ運行ダイヤ、及びＬＲＴ運行遅延情報に基づいて、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６のオン・オフを制御する。これにより、電力が必要な設備に対して、優先的に電力を供給することができる。例えば、鉄道き電設備１１５のピーク時間帯には、蓄電システム１０１は蓄電装置１０３から第１の電力変換装置１０５を介して鉄道き電設備１１５側に電力が供給されるようにし、ＥＶ充電設備１５０側には電力が供給されないようにする。また、鉄道き電設備１１５で電力に余裕がある時間帯で、ＥＶバス運行のピーク時間帯や、ＥＶバスの運行に遅延が生じているため緊急に充電が必要な場合には、制御装置１０４は、第２の電力変換装置１０６から、ＥＶ充電設備１５０側に電力が優先的に供給されるように制御する。

なお、第１の電力変換装置１０５及び第２の電力変換装置１０６は、蓄電装置１０３からの充放電をオン・オフ制御しても良いし、比率で制御を行っても良い。

次に本実施形態においてエネルギー管理システムによる、ピーク時間帯の電力量の削減効果について説明する。

図６は、負荷電力量と、受電電力量と、余剰回生電力量と、の推移を例示した図である。本実施形態の負荷電力量は、鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、鉄道配電設備１１６、及びＥＶ充電設備１５０による負荷電力が含まれている。

蓄電装置１０３等を設置していない従来の鉄道き電設備においては、負荷電力量に相当する電力を商用電力で供給する必要があり、電力系統１１４からの受電電力量は負荷電力量と等しくなっていた。

本実施形態では、蓄電装置１０３を備えて、列車１０２で生じた余剰回生電力を蓄電装置１０３に蓄電することで、列車１０２の回生失効を抑制するとともに、負荷電力量がピークとなる時間帯の前までは蓄電装置１０３への充電を行い、ピーク時間帯に蓄電装置１０３から鉄道き電設備１１５に放電を行うことで、電力系統１１４からの受電電力量を低減し、省エネを図る。

なお、従来、蓄電装置への充放電は、蓄電装置の充電率を一定に保つように行われることが多かった。このように、蓄電装置の充電率を中間状態にしておくことで、常時、充電も放電も可能な状態になるため、蓄電装置を確実に利用することが可能となり、設備利用効率が向上する。また、蓄電装置に二次電池を使用した場合、特に過放電による電池寿命への悪影響を抑止することが可能となる。しかしながら、ピーク時間帯であるか否かにかかわらず、このような制御を行うと、ピーク時間帯で、蓄電装置に蓄電されている電力量を必ずしも有効に活用できず、変電所の受電電力量を十分に低減できないという状況が生じる可能性があった。

これに対し、本実施形態では、蓄電装置１０３の充電率目標値を、寿命に影響のない又は少ない範囲で変化させて積極的に蓄電装置１０３の充放電を行うことで、受電電力量のピーク電力量を低減できる。

図６には、負荷電力量がピークとなる時間帯（図中の６：００から７：３０）において、負荷電力量に比べて、受電電力量が、ピーク電力量削減量６０１分だけ低減されることを示している。このピーク電力量削減量６０１は、余剰回生電力量６０２として蓄電装置１０３に蓄積された電力量を用いることで補っている。

図７は、本実施形態における、蓄電装置１０３の充電率７０１と、充電率目標値７０２と、の遷移を示した図である。図７に示されるように、負荷電力量がピークとなる７：００近傍に向けて、充電率目標値７０２が低下していくように設定される。そして、設定された充電率目標値７０２に追従するように、蓄電装置１０３の充電率７０１が徐々に減少する。充電率７０１を減少させ、蓄電装置１０３から放電させることで、ピーク時間帯の受電電力量の削減を実現できる。

一方、制御装置１０４は、負荷電力量が少ない時間帯に、充電率目標値を上昇するよう設定することで、当該時間帯での蓄電装置１０３への蓄電を実現できる。

次に、本実施形態の鉄道エネルギー管理システム１３０による蓄電システム１０１の充放電制御について説明する。図８は、本実施形態の鉄道エネルギー管理システム１３０における処理手順を示すフローチャートである。

まず、予測部１２１は、予測処理を実行するか否かを判定する（ステップＳ９０１）。例えば、前回予測処理を実行してから、運行計画が変更した、又は天候等の状況が変化した等の理由が生じた場合に、予測処理を実行すると判定する。これはＳ９０１における、判定基準を制限するものではなく、例えば、前回の予測処理から所定時間経過した場合に、予測処理を実行すると判定してもよい。所定時間とは、例えば５分間隔などが考えられるが、実施態様に応じて、適切な時間が設定されれば良い。なお、予測を行うために必要な条件に変更がない場合（例えば列車ダイヤに変更がない場合）等は予測を実行しなくともよい。そして、予測処理を実行しないと判定した場合（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、ステップＳ９０３に進む。

一方、予測部１２１が、予測処理を実行すると判定した場合（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、データ保存部１２６に保存されている統計データに基づいて、各種設備（鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、鉄道配電設備１１６、ＥＶ充電設備１５０）の負荷電力量、及び余剰回生電力量の予測データを算出する（ステップＳ９０２）。

その後、計画部１２２が、計画処理を実行するか否かを判定する（ステップＳ９０３）。例えば、蓄電装置１０３で検出された充電率と充電率目標値との乖離が、充放電計画の再計画を必要とする場合に計画処理Ｓ９０３を実行する。その他、前回の充放電計画が生成されてから、新たに予測データが算出されたか否かや、単純に所定の時間間隔の経過によって、計画処理を実行するか否かを判定しても良い。計画処理を実行しないと判定した場合（ステップＳ９０３：Ｎｏ）、ステップＳ９０５に遷移する。

一方、計画部１２２が、計画処理を実行すると判定した場合（ステップＳ９０３：Ｙｅｓ）、予測データに基づいて、蓄電装置１０３の充放電計画を生成する（ステップＳ９０４）。

次に、目標値設定部１２３が、充電率目標値ＳＯＣrefを設定するか否かを判定する（ステップＳ９０５）。充電率目標値ＳＯＣrefの設定は、例えば、３０分毎など前回設定してから所定時間を経過した場合や、充放電計画が再生成された場合に行われる。充電率目標値を設定しないと判定した場合（ステップＳ９０５：Ｎｏ）、ステップＳ９０７に遷移する。

一方、目標値設定部１２３が、充電率目標値ＳＯＣrefを設定すると判定した場合（ステップＳ９０５：Ｙｅｓ）、現在の時刻と充放電計画から、現在の充電率目標値ＳＯＣrefを設定する（ステップＳ９０６）。

次に、目標値設定部１２３が、設定された充電率目標値ＳＯＣrefと、現在の蓄電装置１０３の充電率と、に基づいて、充放電特性（充電開始電圧目標値Ｖref_cg、及び放電開始電圧目標値Ｖref_dc）を設定する（ステップＳ９０７）。

そして、制御装置１０４が、設定された充放電特性に従って、第１の電力変換装置１０５、第２の電力変換装置１０６、及び蓄電装置１０３による充放電制御を行う（ステップＳ９０８）。

その後、制御装置１０４が、充放電制御が終了したか否かを判定する（ステップＳ９０９）。充放電制御が終了していないと判定した場合（ステップＳ９０９：Ｎｏ）、ステップＳ９０１から再び処理を行う。また、当日の列車の運行が完了したり、鉄道エネルギー管理システム１３０の運転を停止する場合には、充放電制御終了の判定を行い、処理を終了する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態は、電力変換装置を複数備える例について説明した。しかしながら、電力変換装置を複数備えることに制限するものではない。そこで、第２の実施形態では、蓄電システムに、電力変換装置を一つ備えた例について説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成は同一の符号を付与し、説明を省略する。

図９は、第２の実施形態におけるエネルギー管理システムの構成例を示した図である。図９に示される例では、第１の実施形態と比べて、蓄電システム９００及びＥＶ充電設備９５０が異なるものとする。

本実施形態の蓄電システム９００は、一つの電力変換装置９０２が備えられている他、制御装置１０４と処理が異なる制御装置９０１が設けられている。これにより、ＥＶ充電設備９５０は、鉄道配電線路１１７を介さずに、蓄電システム９００の電力変換装置９０２から電力の供給が可能となる。

制御装置９０１は、充放電計画に従って、蓄電装置１０３と、電力変換装置９０２と、を制御する。その際に、制御装置９０１は、蓄電装置１０３との接続先を、鉄道き電設備１１５、ＬＲＴき電設備１４５、及びＥＶ充電設備９５０から選択可能に制御する。なお、接続はオン・オフの切り替えでも良いし、接続比率を調整可能にしても良い。

本実施形態の充電スタンド１５２は、電力系統１１４に接続された鉄道配電設備１１６を介さず、蓄電装置１０３からの放電に限り電力を供給される。このため、例えば、充電スタンド１５２の設置数が少ない規模の小さい駅設備等として適用可能とする。本実施形態では、電力変換設備の設置数を第１の実施形態と比べて減らすことができるため、設置コスト及び設置負担を低減させることができる。

本実施形態においては、充電スタンド１５２の電源として蓄電システム１０１を使用しているため、充電スタンド１５２による充電が行われていない時間帯に限り、電力系統１１４からの受電電力を削減できる。

このため、鉄道エネルギー管理システム１３０は、負荷電力量がピーク時間帯に充電スタンド１５２によるＥＶ車両への充電を休止する充放電計画を作成してもよい。また、鉄道エネルギー管理システム１３０は、鉄道運行ダイヤに基づいて、蓄電システム１０１近傍に列車１０２が存在しない時間帯に、蓄電装置１０３から充電スタンド１５２に充電を行う充放電計画を作成してもよい。また、蓄電システム１０１近傍に列車１０２が存在する場合に、受電電力を削減するために、余剰回生電力を蓄電池に充電制御する充放電計画を作成してもよい。

本実施形態では、電力変換装置を減らした場合でも、第１の実施形態と同様の効果を得られる他、電力変換装置を低減させたことによる設置コストの低減を図ることができる。

（第３の実施形態）
上述した実施形態では、駅近傍に充電スタンドを設ける例について説明した。しかしながら、ＥＶバス等の循環経路等に充電スタンドがあれば、さらなる利便性が向上する。

そこで、第３の実施形態では、電車線から供給される電力を充電スタンドに供給する例について説明する。

図１０は、第３の実施形態におけるエネルギー管理システムの構成例を示した図である。図１０に示される例では、図示しないが、第１の実施の形態で示した鉄道運行管理システム１３１、鉄道電力管理システム１３２、充電スタンド管理システム１５５は設けられており、第１の実施形態と同様に、様々な情報を鉄道エネルギー管理システム１３０に送信しているものとする。

鉄道エネルギー管理システム１３０は、鉄道運行管理システム１３１、鉄道電力管理システム１３２、ＬＲＴ運行管理システム１４０、ＥＶバス運行管理システム１５４、及び蓄電システム１０１の制御装置１０４から受信した情報に基づいて、第１の実施形態と同様に、蓄電システム１０１の制御装置１０４に対して目標値等を送信する他、充電スタンドと情報の送受信を行って、充電スタンドを制御する。これにより、鉄道エネルギー管理システム１３０は、蓄電システム１０１、及び充電スタンド１００１、１００２のピーク電力をカットしたり、また、時間帯などによって電気料金が異なる場合には電力コストが最小となるように、充放電電力量を制御する。

図１０に示されるように、本実施形態では、第１の充電スタンド１００１と、第２の充電スタンド１００２と、が設けられている。

第１の充電スタンド１００１、及び第２の充電スタンド１００２は、制御装置１０１２と、電力量計１５１と、電車線１０７（直流き電線）に接続された電力変換器１０１１と、電力変換器１０１１に接続されてＥＶに搭載された蓄電池を充電する充電器１０１３と、を備える。第１の充電スタンド１００１、及び第２の充電スタンド１００２は、電力量計１５１を介して接続されている電車線１０７から電力の供給を受けることができる。なお、第１の実施形態と同様の構成は同一の符号を付与し、説明を省略する。

本実施形態では、２つの充電スタンドを設けた例について説明するが、充電スタンドの数を２つに制限するものではなく、電車線１０７から電力供給可能な位置であれば幾つ設けても良い。

制御装置１０１２は、電力量計１５１を介して検出される電車線１０７の電圧と、鉄道エネルギー管理システム１３０による充電スタンド充電指令と、に従って、電力変換器１０１１を制御する。これにより、第１の充電スタンド１００１、及び第２の充電スタンド１００２の充電器１０１３の充放電が行われる。

本実施形態では、鉄道エネルギー管理システム１３０が、各種システムからの情報に基づいて、充電スタンド内の充電器の充放電計画を作成し、当該充放電計画に従って指示を制御装置１０１２に対して行う。なお、充放電計画の生成手法は、第１の実施形態の蓄電装置１０３の充放電計画と同様として説明を省略する。

これにより、本実施形態の制御装置１０１２は、鉄道車両の運行ダイヤに基づいた当該鉄道車両でこれから発生する回生電力の予測値と、鉄道車両の運行ダイヤに基づいたこれから消費する負荷電力の予測値と、充電スタンド１００１、１００２を利用する公共交通機関の車両の運行ダイヤに基づいてこれから消費する負荷電力の予測値と、に基づいて、充電器１０１３及び電力変換器１０１１を制御する。

他の例としては、公共交通機関の車両で遅延が生じたことで、充電スタンドを利用するＥＶバスの運行ダイヤが変更された場合に、鉄道エネルギー管理システム１３０が、変更されたバス運行ダイヤを考慮して、充電スタンド内の充放電計画を再作成する。そして、制御装置１０１２は、再作成された充放電計画に基づいて、これから充電スタンド１００１、１００２でこれから消費する負荷電力の予測値を算出する。そして、制御装置１０１２は、算出した負荷予測値と、鉄道車両の運行ダイヤに基づいた当該鉄道車両でこれから発生する回生電力の予測値と、鉄道車両の運行ダイヤに基づいたこれから消費する負荷電力の予測値と、に基づいて、蓄電装置１０３が予め定められた充電率になるように充電及び放電制御を行う。さらに、制御装置１０１２は、変換器１０１１も制御する。

制御装置１０１２は、充電スタンド１００１、１００２の利用予約を行ったＥＶ（自家用電気自動車）の予約状況に基づいた負荷電力の予測値を算出する。そして、制御装置１０１２は、算出された負荷電力の予測値に基づいて、充電器１０１３及び電力変換器１０１１を制御する。なお、充電スタンド１００１、１００２の制御装置１０１２が行う予測値に基づいた充電器１０１３及び電力変換器１０１１の制御手法は、第１の実施形態の蓄電システム１０１の制御装置１０４と同様の手法を用いても良い。

鉄道エネルギー管理システム１３０は、列車運行ダイヤの情報や鉄道運行管理システム１３１からの情報を参照し、例えば、充電スタンドの設置位置近傍で列車が減速を行う時間帯や、充電スタンドの設置位置近傍に列車が存在しない場合に、充電スタンド１００１、１００２の充電電力を増加するなど、鉄道変電所の電力ピークを避けるように充電スタンドの充電電力を制御することで、負荷の平準化や、充電スタンドによる充電に起因する電車線１０７の電圧降下の軽減を図ることもできる。

電力変換器１０１１は、電車線１０７の電圧をＥＶ車両１５３の充電電圧に変換し、所定の電流を充電器１０１３から出力する。

充電器１０１３は、電車線１０７から供給された電力を利用して、ＥＶ車両１５３に搭載されたバッテリへの充電を行う。

本実施形態のエネルギー管理システムは、上述した構成を備えることで、蓄電システム１０１から遠方の地点や、線路沿線の複数の地点に充電スタンドの配置が可能となる。

本実施形態では、充電スタンド１００１、１００２の充電器１０１３の充電に要する負荷電力は、整流器１０８から電車線１０７を経由して供給されることとした。そして、鉄道エネルギー管理システム１３０は、充放電スタンドの負荷電力量の予測値と、列車の負荷電力量の予測値と、を加算したものを負荷電力量予測値として用いることで、上述した実施形態と同様の手法で、ピーク時間帯における受電電力量の削減を実現できる。

本実施形態では、複数の充電スタンド１００１、１００２を、鉄道線路近傍の道路沿いに設置している。そして、鉄道の電車線１０７を送電線として利用することで、複数の充電スタンド１００１、１００２に対して電力を供給できる。このような構成とすることで、充電スタンド１００１、１００２用の送電設備を敷設するためのコストを低減できる。

ところで、主要な鉄道駅は、バス路線など他の交通機関との結節点となる場合が多く、鉄道路線はインフラとして地域の重要な地点を結んでいることが多いため、鉄道路線と並走するように設置された自動車道路がバス路線となることも多い。

そこで、本実施形態では、バス路線として用いられる鉄道路線近傍に、ＥＶバス向けの充電スタンドを設置することとした。これにより、充電スタンドへの送電設備の敷設コストを低減でき、地域の交通システムの利便性を向上させることができる。

なお、図１０では示されていないが、鉄道路線の代わりに、第１の実施形態で示したＬＲＴ路線のトロリ線１４７に充電スタンドを接続してもよい。通常の鉄道と比べて、ＬＲＴ車両用のトロリ線１４７は、一般的に道路交通により近接している場合が多く、ＬＲＴ車両１４２への給電電圧も低いため、充電スタンドを柔軟に設置することが可能となる。

このように鉄道線路およびＬＲＴ線路近傍に設置された充電スタンド１００１、１００２には、電車線１０７やトロリ線１４７などを経由して、整流器１０８や蓄電システム１０１から電力が供給される。

鉄道エネルギー管理システム１３０は、各充電スタンド１００１、１００２が使用する負荷電力量、鉄道き電設備１１５及びＬＲＴき電設備１４５の負荷電力量、蓄電システム１０１に回収可能な列車１０２の余剰回生電力量に基づいて、当日１日分又は少なくとも現在時刻以降の負荷電力量及び余剰回生電力量の予測値を算出する。そして、鉄道エネルギー管理システム１３０は、算出された負荷電力量及び余剰回生電力の時間推移に応じた予測値に基いて、時間ごと蓄電システム１０１、充電スタンド１００１、１００２の充放電量目標値の計画を生成する。そして、充電スタンド１００１、１００２内の制御装置１０１２は、時間帯毎の充放電量目標値に従って、電力変換器１０１１及び充電器１０１３を制御する。

蓄電システム１０１、充電スタンド１００１、１００２の充放電計画は、例えば図４に示されるようなＳＯＣの目標値の１日分の時間推移等とする。

鉄道エネルギー管理システム１３０における、充電スタンド１００１、１００２の負荷電力量の予測値、並びに鉄道き電設備１１５及びＬＲＴき電設備１４５の負荷電力量の予測値および回生電力量の予測値は、以下の手法で求めることが考えられる。

各充電スタンドにおける負荷電力量の予測値は、ＥＶバス運行管理システム１５４から受信するＥＶバスの充電スケジュールに基づいて算出される。なお、充電スケジュールには、例えば、ＥＶ車両１５３の充電予定時刻、使用予定の充電スタンドの位置、予定された電力の使用量などの情報が含まれている。

また、鉄道エネルギー管理システム１３０は、鉄道やバスそれぞれの運行ダイヤを含む運用方法に基づいて、蓄電システム１０１や充電スタンド１００１、１００２の利用時間が考慮された、蓄電システム１０１などの充放電計画を作成してもよい。

例えば、朝の通勤ラッシュとなる時間帯では、当該時間帯の前にＥＶバスの蓄電装置を充電し、当該蓄電装置から供給される電力で運行させる。当該時間帯では、制御装置１０１２は、ＥＶバスから充電要求がある場合でも、充電スタンド１００１、１００２の充電器１０１３を使用させないよう制御する。そして、当該時間帯では、蓄電システム１０１に蓄電された電力を、負荷電力量がピークとなる、鉄道き電設備１１５及びＬＲＴき電設備１４５に供給する。

そして、朝の通勤ラッシュとなる時間帯を経過した後、列車の余剰回生電力を利用して蓄電システム１０１の充電を行うと共に、制御部１０１２は、充電スタンド１００１、１００２の充電器１０１３から適宜ＥＶバスに充電を行うよう制御する。このように、朝の通勤ラッシュとなる時間帯において、充電スタンド１００１、１００２の使用を抑止するような充放電計画を生成し、制御部１０１２が当該充放電計画に従って充電器１０１３と電力変換器１０１１を制御することで、朝の通勤ラッシュとなるような、ピーク時間帯における受電電力量の削減をできる。

上述のように、鉄道エネルギー管理システム１３０により、鉄道システムで使用される負荷電力量および余剰回生電力量の予測値だけでなく、充電スタンド１００１、１００２の負荷電力量の予測値を考慮することで、充電スタンド１００１、１００２、及び蓄電システム１０１の最適な充放電計画を作成できる。これにより、受電電力量のピーク削減や電力コスト最小化などの効果を得ることができる。

上述した実施形態においては、システム間でエネルギーの相互利用が可能になったので、エネルギー利用の効率化を実現できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０１…蓄電システム、１０２…列車、１０３…蓄電装置、１０４…制御装置、１０５…第１の電力変換装置、１０６…第２の電力変換装置、１０７…電車線、１０８…整流器、１０９…変圧器、１１１…配電変圧器、１１２…駅設備、１１４…電力系統、１１５…鉄道き電設備、１１６…鉄道配電設備、１１７…鉄道配電線路、１２１…予測部、１２２…計画部、１２３…目標値設定部、１２５…情報通信部、１２６…データ保存部、１２７…き電シミュレーション部、１３０…鉄道エネルギー管理システム、１３１…鉄道運行管理システム、１３２…鉄道電力管理システム、１４０…ＬＲＴ運行管理システム、１４２…ＬＲＴ車両、１４５…ＬＲＴき電設備、１４７…トロリ線、１５０…ＥＶ充電設備、１５１…電力量計、１５２…充電スタンド、１５３…ＥＶ車両、１５４…ＥＶバス運行管理システム、１５５…充電スタンド管理システム、９００…蓄電システム、９０１…制御装置、９０２…電力変換装置、９５０…ＥＶ充電設備、１００１…第１の充電スタンド、１００２…第２の充電スタンド、１０１１…電力変換器、１０１２…制御装置、１０１３…充電器。

Claims (5)

1. 直流き電線を介して鉄道車両から生じた回生電力を蓄電し、蓄電された電力を放電可能な蓄電部と、
   前記蓄電部から放電される電力を交流に変換する変換部と、
   前記変換部により交流に変換された電力で、電気自動車に搭載された蓄電池を充電可能な充電部と、
   鉄道運行データに基づき前記鉄道車両が消費する電力として予測された第１の負荷電力予測値と、前記充電部が消費する電力として予測された第２の負荷電力予測値と、に基づいて定められた蓄電量になるよう、前記蓄電部の充電及び放電を制御する制御部と、
   を備える電力供給システム。
2. 前記制御部は、前記第１の負荷電力予測値および前記第２の負荷電力予測値に加え、前記鉄道運行データに基づいて予測された前記鉄道車両の回生電力で前記蓄電部に蓄電される第１の蓄電電力予測値を用いて、定められた蓄電量になるよう、前記蓄電部の充電及び放電を制御する、
   請求項１に記載の電力供給システム。
3. 前記制御部は、前記鉄道運行データが変更された場合、変更された鉄道運行データを用いて第１の負荷電力予測値を算出し、算出された第１の負荷電力予測値と前記第２の負荷電力予測値とに基づいて定められた蓄電量になるよう、前記蓄電部の充電及び放電を制御する、
   請求項１に記載の電力供給システム。
4. 前記電気自動車はバスであって、前記制御部は、バス運行データが変更された場合、変更されたバス運行データを用いて第２の負荷電力予測値を算出し、算出された当該第２の負荷電力予測値と前記第１の負荷電力予測値とに基づいて定められた蓄電量になるよう、前記蓄電部の充電及び放電を制御する、
   請求項１に記載の電力供給システム。
5. 前記制御部は、前記充電部の利用予約情報に基づいて前記第２の負荷電力予測値を算出する、
   請求項１に記載の電力供給システム。

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