JP2019188827A

JP2019188827A - き電計測システム

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Publication number: JP2019188827A
Application number: JP2016145029A
Authority: JP
Inventors: 努宮内; Tsutomu Miyauchi; 基也鈴木; Motoya Suzuki; 小熊　賢司; Kenji Oguma; 賢司小熊
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2016-07-25
Filing date: 2016-07-25
Publication date: 2019-10-31
Also published as: WO2018020907A1

Abstract

【課題】鉄道システム全体の潮流を把握すること、およびその潮流を基に、運行および電力を管理する指令員に対して適切な指示を提供すること。【解決手段】列車に供給される電力もしくは回生される電力を１列車単位で計測可能なように電力計を設置し、前記電力計は、通信装置を備えることにより、運行および電力を管理する装置あるいは、その装置と接続された装置に電力計の情報を伝え、該電力計情報を基に、架線、変電所および車両の間の潮流を示したエネルギーフロー図を作成し、運行および電力を管理する指令卓に表示する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道システムの電力観測システムに関する。

世界的な環境問題から、移動体の中でも省エネとされている鉄道システムにおいても更なる省エネが求められている。省エネを図るための１つの手段として車両が制動する際に発生する回生電力を他車両の力行で使用する方法がある。この方法を使用した電鉄き電線の制御装置が特許文献１に記載されている。この特許文献１には「電力系統から受電する変圧器を含む第１の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第１のき電線と、電力系統から受電する変圧器を含む第２の電鉄用変電所の変圧器の負荷側に接続された第２のき電線とに接続され、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定める電鉄き電線の制御装置であって、第１の電鉄用変電所の受電電力と第１のき電線の電力、並びに第２の電鉄用変電所の受電電力と第２のき電線の電力を用いて、第１と第２のき電線の間での融通電力量を定める」と記載されている。

特開2014-104962号公報

特許文献１で開示されている制御装置は、当該変電所の電力供給区域内で発生した余剰の回生電力を、隣接の変電区域に融通することが目的であるため、変電所から各架線の間に流れる電流を観測することで、融通するかどうかを判断可能である。これに対して、この融通方法が路線全体として省エネとなるように融通されているかどうかを判断し、どのようにすれば最大限回生電力を活用できるかを判断するためには、各列車と変電所まで含めた鉄道システム全体の潮流（すなわち、システム全体の電流の流れの様子）を把握することが不可欠である。

本発明の課題は、鉄道システム全体の潮流を把握すること、およびその潮流を、運行および電力を管理する指令員に対して表示する仕組みを提供することである。

上記課題を解決するために、代表的な本発明のき電計測システムは、走行路を走行する車両に架線から電力を供給し、架線が供給する電力の電流を測定する電流計を備えたき電計測システムにおいて、走行路を複数の既定区間に区分し、電流計を既定区間の境界に設置するか、又は、既定区間内に電流計を２台以上設置することにより達成される。

各列車に供給される電力が、どの方向からおよびどれだけの大きさの電力が供給されているかが分かる。また、架線および車両に供給されている電力がどの変電所からの供給電力か、他車両からの回生電力であるかを把握することが可能となる。

本発明の一実施形態によるき電計測システムの概略構成の例を示す図である。本発明の一実施形態によるき電計測システムの効果の例を示す図である。本発明の一実施形態によるき電計測システムを適用していない場合の効果の例を示す図である。本発明の一実施形態による電流計の設置方法の例を示す図である。本発明の一実施形態によるダイヤ上の運転間隔で定まる距離の算出方法の例を示す図である。本発明の一実施形態によるき電計測システムの概略構成の例を示す図である。本発明の一実施形態によるき電計測システムの効果の例を示す図である。本発明の一実施形態によるき電計測システムの概略構成の例を示す図である。本発明の一実施形態によるき電計測システムの効果の例を示す図である。本発明の一実施形態によるき電計測システムの概略構成の例を示す図である。本発明の一実施形態によるエネルギーフロー図作成に必要な情報および作成されたエネルギーフロー図の例を示す図である。

以下、図面を用いて実施例について説明する。

図１に、第一の実施例を示す。

鉄道車両101aおよび101bに電力を供給する架線102と、架線102に流れる電流を計測する電流計103a、103b、103cから構成される。電流計103a、103b、103cは、鉄道車両101a、101bに流れる電流の向きおよび大きさが計測できるように設置するため、電流を計測する範囲に在線する鉄道車両は必ず１編成となるように架線102に対して設置する。このように設置することで、得られる効果を図２に示す。

図２は、電流計103aと電流計103bが架線102に設置され、その間に鉄道車両101aが存在する場合である。この時、電流計103aは左から右に向かって3000[A]と記録し、電流計103bは左から右に向かって1000[A]と記録したとすると、鉄道車両101aに流れる電流は2000[A]であることが確認できる。

この場合における鉄道車両101aに流れる電流の計算方法を以下に示す。

架線102と鉄道車両101aのパンタグラフの接点を104とする。この接点104に電流が流れ込む向きを正、この接点104から電流が流れだす向きを負の向きとする。このとき、電流計103aを流れる電流は接点104に流れ込むので正の向き、電流計103bを流れる電流は接点104から流れ出すので負の向き、鉄道車両101aに流れ込む電流は接点104から流れ出すので負の向きになる。よって、次の式が成り立つ。（電流計103aを流れる電流）−（電流計103bを流れる電流）−（鉄道車両101aに流れ込む電流）＝０。これから、（鉄道車両101aに流れ込む電流）＝（電流計103aを流れる電流）−（電流計103bを流れる電流）となり、上記の結果となる。

次に、電流を計測する範囲に在線する鉄道車両が２編成以上存在した場合について説明する。

図３は、電流計103aと電流計103bが架線102に設置され、その間に鉄道車両101aおよび鉄道車両101bが存在する場合である。この時、電流計103aは左から右に向かって3000[A]と記録し、電流計103bは左から右に向かって1000[A]と記録したとすると、鉄道車両101aと鉄道車両101bに流れる電流の合計は2000[A]であることは分かるが、それぞれの鉄道車両に関する電流は特定不可能である。このことから、電流計103aと電流計103bの計測結果から、鉄道車両101aと鉄道車両101bそれぞれに流れる電流の向きおよび大きさは特定で不可能なことが分かる。

以上から、電流を計測する範囲に在線する鉄道車両は必ず１編成となるように架線102に対して電流計を設置することが鉄道システム全体のエネルギーフロー図を把握するためには不可欠であることが分かる。

電流計の具体的な設置方法を図４に示す。鉄道システムには、１編成の鉄道車両が占有する区間である閉塞区間がある。それぞれの閉塞区間の境界に電流計を備えることで、どのような路線でも条件を満たすことができる。すなわち、閉塞区間401の境界に対して電流計451、電流計452、閉塞区間402の境界に対しては電流計452、電流計453というように設置する。

但し、車両走行本数が少ない区間においては、上記の閉塞区間よりも遙かに長い距離間隔で走行している。この場合には、閉塞区間ではなくダイヤ上の運転間隔で定まる距離を算出し、その距離の範囲に２以上の電流計を設置する方法でも良い。ダイヤ上の運転間隔で定まる距離の算出方法について図５を用いて説明する。

図５は横軸を時刻、縦軸を位置(距離程)とし、列車501と列車502の2列車が走行する場合のダイヤについて示したものである。また、ある時刻における列車501と列車502の距離間隔を距離間隔551という形で示している。この距離間隔551をある周期毎に算出し、その中で最小の距離間隔で電流計を設定することで、ダイヤ上の運転間隔を考慮した設置が可能になる。

以上述べたように電流計を設置することで、鉄道システム全体のエネルギーフロー図を把握することが可能となる。

図６は、図１の構成に変電所601および変電所から架線の間に流れる電流を計測する電流計602を加えたものである。この構成で実施例１と同様の効果が得られる。この効果について図７に示す。

図７は、電流計703aと電流計703bが架線702に設置され、その間に鉄道車両701aが存在するとともに、変電所704が接続されている。また、変電所704と架線702の間に流れる電流を計測する電流計705が設置されている。

この時、電流計703aは左から右に向かって1000[A]と記録し、電流計703bは右から左に向かって1000[A]と記録し、電流計705は、変電所から架線702に向かって3000[A]流れたとすると、鉄道車両701aに流れる電流は5000[A]であることが確認できる。

この場合における鉄道車両701aに流れる電流の計算方法を以下に示す。

架線702と鉄道車両701aのパンタグラフの接点を706とする。この接点706に電流が流れ込む向きを正、この接点706から電流が流れだす向きを負の向きとする。このとき、電流計703aを流れる電流は接点706に流れ込むので正の向き、電流計703bを流れる電流は接点706に流れ込むので正の向き、電流計705を流れる電流は接点706に流れ込むので正の向き、鉄道車両701aに流れ込む電流は接点706から流れ出すので負の向きになる。よって、次の式が成り立つ。（電流計703aを流れる電流）＋（電流計703bを流れる電流）＋（電流計705を流れる電流）−（鉄道車両701aに流れ込む電流）＝０。これから、（鉄道車両701aに流れ込む電流）＝（電流計703aを流れる電流）＋（電流計703bを流れる電流）＋（電流計705を流れる電流）となり、上記の結果となる。

なお、前記電流計705が存在しない場合には、前記鉄道車両701aに流れる電流の向きや大きさは特定できないため、全体のエネルギーフロー図を把握することは不可能である。

図８は、図１の構成に変電所801を加えるとともに、各鉄道車両802a、802bの電流を検出可能な電流計811a、811bを加えたものである。この構成で実施例１と同様の効果が得られる。この効果について図９に示す。

図９は、電流計903aと電流計903bが架線902に設置され、その間に鉄道車両901aが存在するとともに、変電所904が接続されている。また、鉄道車両901aに流れる電流を計測する電流計905が設置されている。

この時、電流計903aは左から右に向かって1000[A]と記録し、電流計903bは右から左に向かって1000[A]と記録し、電流計905は、架線902から受電し5000[A]流れたとすると、変電所904から架線902に流れる電流は3000[A]であることが確認できる。

この場合における鉄道車両901aに流れる電流の計算方法を以下に示す。

架線902と鉄道車両901aのパンタグラフの接点を906とする。この接点906に電流が流れ込む向きを正、この接点906から電流が流れだす向きを負の向きとする。このとき、電流計903aを流れる電流は接点906に流れ込むので正の向き、電流計903bを流れる電流は接点906に流れ込むので正の向き、電流計905を流れる電流は接点906から流れ出すので負の向き、変電所904から接点906に流れる電流は接点906に流れ込むので正の向きになる。よって、次の式が成り立つ。（電流計903aを流れる電流）＋（電流計903bを流れる電流）−（電流計905を流れる電流）＋（変電所904から接点906に流れる電流）＝０。これから、（変電所904から接点906に流れる電流）＝（電流計905を流れる電流）−（電流計903aを流れる電流）−（電流計903bを流れる電流）となり、上記の結果となる。

なお、前記電流計905が存在しない場合には、前記鉄道車両901aに流れる電流の向きや大きさは特定できないため、全体のエネルギーフロー図を把握することは不可能である。

図１０は、本発明を実現するための実施例である。

鉄道車両101a、101bおよび101cに電力を供給する架線102と、架線102に接続し電力を供給する変電所1000と、変電所から架線に流れる電流を検出する電流計1050と、架線102に流れる電流を計測する電流計1001a、1001b、1001c、1001dと、電流計の情報を収集するデータ収集装置1003から構成される。また、電流計1001a、1001b、1001c、1001dは、それぞれ通信手段1002a、1002b、1002c、1002dを有する。

電流計1001a、1001b、1001c、1001dは、鉄道車両101a、101b、101cに流れる電流の向きおよび大きさが計測できるように設置するため、電流を計測する範囲に在線する鉄道車両は必ず１編成となるように架線102に対して設置する。データ収集装置1003は、各電流計から送られてくる電流情報（すなわち、電流の大きさと向き）と各電流計が設置されている位置を基に、鉄道システム全体でのエネルギーフロー図を作成する。
図１１に、図１０におけるエネルギーフロー図を作成するための情報として、各電流計で検知された電流情報および、それを基に作成したエネルギーフロー図について示す。電流計1001a、1001b、1001c、1001d、1050で検出された情報を、電流1101a、1101b、1101c、1101d、1151で記載している。また、電流計1001aと1001bから鉄道車両101aの電流、電流計1001bと1001cから鉄道車両101bの電流、電流計1001cと1001dから鉄道車両101cの電流が計算可能であることから、それぞれ電流1102a、1102b、1102cで記載している。これにより、車両および変電所に流れる電流に基づくエネルギーフロー図が作成可能である。

実施例１から実施例３と同様に、鉄道車両と架線の接点に電流が流れ込む向きを正、鉄道車両と架線の接点から電流が流れだす向きを負とする。

この場合、鉄道車両101aに関連する電流については次の式が成り立つ。1101a＋1001b＋1102a＝0、すなわち、1102a＝−1101a−1001b、よって、1102a＝-3500。ゆえに、鉄道車両101aには3500[A]の電流が流れ込むことが分かる。鉄道車両101b、鉄道車両101cについても同様に計算することにより、鉄道車両101bからは4500[A]の電流が架線に流れ出し、鉄道車両101cには3000[A]の電流が流れ込むことが分かる。

これらの電流の流れる向き、および、その大きさを図に示したものが図１１の下の図に示したエネルギーフロー図である。

また、上述した手段により作成したエネルギーフロー図を運行および電力を管理する指令卓（すなわち、列車運行および電力を監視するシステム）に対して表示することで、指令員に示すことが可能となる。

なお、エネルギーフロー図は図１１の下に示す形とは限らず、電流の大きさや流れる向きが分かれば良い。

また、実施例では、すべての実施例において電流計にて説明してきたが、電圧計や電力計でも代用は可能である。

本実施例により、データ収集装置1003は各電流計からの電流情報を収集することができ、それを元にエネルギーフロー図を作成することができる。また、エネルギーフロー図を運行および電力を管理する指令卓に表示できるので、指令員は電流の流れを具体的に把握することができる。

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。

101a 鉄道車両
101b 鉄道車両
101c 鉄道車両
102 架線
103a 電流計
103b 電流計
103c 電流計
103d 電流計
104 接点
401 閉塞区間
402 閉塞区間
403 閉塞区間
404 閉塞区間
451 電流計
452 電流計
453 電流計
454 電流計
455 電流計
501 列車
502 列車
551a 距離間隔
551b 距離間隔
551c 距離間隔
551d 距離間隔
601 変電所
602 電流計
701a 鉄道車両
702 架線
703a 電流計
703b 電流計
704 変電所
705 電流計
706 接点
801 変電所
802a 鉄道車両
802b 鉄道車両
802c 鉄道車両
811a 電流計
811b 電流計
811c 電流計
901a 鉄道車両
902 架線
903a 電流計
903b 電流計
904 変電所
905 電流計
906 接点
1000 変電所
1050 電流計
1001a 電流計
1001b 電流計
1001c 電流計
1001d 電流計
1002a 通信手段
1002b 通信手段
1002c 通信手段
1002d 通信手段
1003 データ収集装置
1101a 電流
1101b 電流
1101c 電流
1101d 電流
1151 電流
1102a 電流
1102b 電流
1102c 電流

Claims

走行路を走行する車両に架線から電力を供給し、前記架線が供給する前記電力の電流を測定する電流計を備えたき電計測システムにおいて、
前記走行路を複数の既定区間に区分し、
前記電流計を前記既定区間の境界に設置するか、又は、前記既定区間内に前記電流計を２台以上設置することを特徴とするき電計測システム。
請求項１に記載のき電計測システムにおいて、
前記既定区間は１編成の前記車両が占有する区間である閉塞区間であることを特徴とするき電計測システム。
請求項１乃至請求項２のいずれか１つに記載のき電計測システムにおいて、
前記既定区間の距離はダイヤ上の最小運転間隔で定まる距離であることを特徴とするき電計測システム。
請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載のき電計測システムにおいて、
変電所から前記架線の間に流れる前記電流を計測する前記電流計を設置することを特徴とするき電計測システム。
請求項１乃至請求項４のいずれか１つに記載のき電計測システムにおいて、前記車両に流れる前記電流を計測する前記電流計を設置することを特徴とするき電計測システム。
請求項１乃至請求項５のいずれか１つに記載のき電計測システムにおいて、
前記電流の情報を収集するデータ収集装置を備え、
前記電流計は計測した前記電流の情報である電流情報を送信する通信手段を備え、前記通信手段により前記電流情報を前記データ収集装置に伝送することを特徴とするき電計測システム。
請求項６に記載のき電計測システムにおいて、前記データ収集装置は、前記電流情報から前記架線、前記変電所及び前記車両の間の潮流を推定することを特徴とするき電計測システム。
請求項７のき電計測システムにおいて、前記データ収集装置は、推定した前記潮流に基づいてエネルギーフロー図を作成し、推定した前記潮流及び前記エネルギーフロー図の情報を列車運行および電力を監視するシステムに伝送することを特徴とするき電計測システム。