JP5023139B2 - 列車制御システムおよび鉄道制御システム - Google Patents

Description

本発明は、変電所のピークカットを行うために、列車の制御力を調整するシステムに関する。

大都市圏の近郊路線では、通常、１変電所が４〜５編成の列車に給電している。このような運転状況においては、通常駅出発に対する加減速調整を実施することで、列車の消費電力を調整し、変電所の供給電力のピークをカットすることが一般的である。しかしながら、列車が遅延した場合、このような調整は非常に難しく、複数の列車が同時力行するなどで、変電所に著しいピークを発生させることが考えられる。一方、鉄道会社が電力会社と契約電力を決めており、その契約電力を超えてしまうと、超過料金を支払わなければいけない場合には、変電所の供給電力のピークを押さえ込むことがさらに重要となる。これを解決するための技術として、特許文献１に示すように、変電所の出力を監視する出力監視手段と、変電所の出力指令を調整する制御指令手段を有し、出力監視手段により変電所の出力が予め定められた所定値を超えた場合又は超えることを予測した場合に、変電所の出力を制御するとともに、同一変電所が給電する区間内に存在するすべての列車が、現在位置、遅延状況を相互通信することで、それぞれの列車が、同一変電所が給電する区間内のすべての列車情報を収集し、それぞれの列車が推進力を決定する手法が記されている。

特開平５−２４５３９号公報

しかしながら、これらの方法では列車同士が相互通信し、すべての列車の情報を集めないと制御指令を決定することができないため、制御決定までに時間がかかる。また、遅れ情報が一番小さいものから順に制御力を低減することが記されているが、この遅れ情報は基準運転パターンとの整合により判定しているため、遅延発生時のように基準運転パターンと明らかにずれた運転をする場合には適用しにくい。また、上記の理由により、本来かけるべき制御対象とは異なる列車を選択し、制御をかけてしまうことも考えられ、その場合には、さらに余計な遅延を発生させるとともに、その後続を走行している列車にも影響を与える。なお、列車同士の間隔も考慮しておらず、それぞれの列車によって後続列車に発生させる信号パターンの影響も考慮していないことから、さらに後続列車に余計な減速を発生させる可能性がある。このため、後続列車に発生させる信号パターンの影響を考慮しつつ、自列車の運転制御を実施し、変電所のピークをカットすることが必要である。

本発明は、上記課題を鑑みて検討したものであり、下記の手段により解決する。

自列車の位置を計測する位置計測手段と、速度を計測する速度計測手段と、自列車のパンタグラフにおける電圧を計測する電圧計測手段と、自列車に対する信号情報を入手する信号情報入手手段と、変電所の絶対位置を記憶している変電所データベースと、運転指令を決定する運転指令決定手段を有する列車制御システムにおいて、前記運転指令決定手段は、前記信号情報入手手段から得られる信号の変化タイミングから先行列車までの位置を推定する先行列車位置推定手段と、前記先行列車位置推定手段から得られる先行列車推定位置と、速度計測手段から得られる自列車の速度から先行列車位置までに到達する時間を推定する到達時間推定手段と、自列車の位置からパンタグラフにおける電圧を予測するパンタ点電圧予測手段を有し、前記到達時間推定手段から得られる先行列車位置までに到達する時間と、前記パンタ点電圧予測手段から得られるパンタグラフにおける電圧予測値と、前記電圧計測手段から得られる実際の自列車のパンタグラフにおける電圧から運転指令を決定することにより達成する。

好ましくは、運転指令を決定する方法は、先行列車位置までに到達する時間とパンタ点電圧予測値からパンタ点電圧を引いたものの比により判定する。

また、好ましくは、変電所に変電所の出力限界を判定する出力判定装置と変電所と列車を相互通信することで、前記出力判定装置からの判定結果を列車に通知することにより、列車が運転制御するかを判断する。

また、自列車の位置を計測する位置計測手段と、速度を計測する速度計測手段と、自列車のパンタグラフにおける電圧を計測する電圧計測手段と、変電所の絶対位置を記憶している変電所データベースと、運転指令を決定する運転制御手段を有する列車制御システムを搭載した列車に電力を供給する架線と、前記架線に電力を供給する変電所と、前記列車の位置を常時把握し、列車との相互通信により記憶されている各列車の状態を知らせる運行管理システムとで構成される鉄道システムにおいて、前記列車に搭載された列車制御システムにおける前記運転指令決定手段は、自列車の位置からパンタグラフにおける電圧を予測するパンタ点電圧予測手段を有し、前記パンタ点電圧予測手段から得られるパンタグラフにおける電圧予測値と、前記電圧計測手段から得られる実際の自列車のパンタグラフにおける電圧、および前記運行管理システムからの各列車の状態を基に運転指令を決定することでも達成できる。

上記の手段により、各列車は自列車の状態のみから制御指令を決定できる。また、先行列車位置までに到達する時間を考慮しつつ、制御指令を決定することが可能であるため、先行列車との間隔を調整した制御を実現できることから、信号パターンによる減速をなくし、その後続を走行する列車にも影響を与えない走行が可能である。

さらに、第３の手段により、変電所がピークが発生すると判断した場合に実現すれば、より確実な変電所のピークカット制御と列車同士の間隔制御を実現することができる。

さらに、第４の手段により先行列車やその周りを走行している列車の状態を運行管理システムから通知いただくことで、その情報と組み合わせることにより、変電所のピークカット制御と列車同士の間隔制御を実現することができる。

本発明を実現するための列車の一例。 鉄道システムの１つの構成例。 本発明の列車制御システム内にある先行列車位置推定手段のアルゴリズム１。 本発明の列車制御システム内にある先行列車位置推定手段のアルゴリズム２。 本発明の列車制御システム内にある到達時間推定手段のアルゴリズム。 本発明の列車制御システム内にあるパンタ点電圧予測手段のアルゴリズム。 本発明の列車制御システム内にある運転指令決定手段で必要なデータ。 本発明の列車制御システム内にある運転指令決定手段の考え方１。 本発明の列車制御システム内にある運転指令決定手段の考え方２。 本発明の列車制御システム内にある運転指令決定手段の考え方３。 本発明の列車制御システム内にある運転指令決定手段のアルゴリズム。 第２の実施例を実現するための変電所システムの一例。 第２の実施例を実現するための列車の一例。 第２の実施例を実現する場合の運転指令決定手段のアルゴリズム。 第３の実施例を実現するための鉄道システムの構成例。 第３の実施例を実現するための列車の一例。 第３の実施例を実現する場合の運転指令決定手段のアルゴリズム。

各実施例に分けて、本発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明を実現するための列車制御システムを搭載した列車の一例である。本発明を実現するための列車制御システムは、列車１００の中に、自列車の位置を計測する位置計測手段１０１と、自列車の速度を計測する速度計測手段１０２と、自列車のパンタグラフにおける電圧（以下、パンタ点電圧）を計測する電圧計測手段１０３と、自列車に対して与えられる信号情報を入手する信号情報入手手段１０４と、列車の性能，変電所の位置，制御を行うための先行列車との時隔を記憶するデータベース１０５と、運転制御手段１０６により構成される。また、前記運転制御手段１０６は、入力として前記位置計測手段１０１から得られる列車位置１０７と、前記速度計測手段１０２から得られる列車速度１０８と、前記電圧計測手段１０３から得られる自列車のパンタ点電圧１０９と、前記信号情報入手手段１０４から得られる信号情報１１０と、前記データベース１０５から得られる自列車性能１１１，変電所位置１１２，および時隔設定値１１３を入力として運転制御指令１１４を決定する。また、前記運転制御手段１０６は、先行列車の位置を推定する先行列車位置推定手段１１５と、先行列車の位置まで自列車が到達するためにかかる時間を予測する到達時間推定手段１１６と、自列車のパンタ点電圧を予測するパンタ点電圧予測手段１１７と、前記運転制御指令１１４を決定する運転指令決定手段１１８から成り立っている。これらの制御手段の入出力の関係について簡単に説明する。前記先行列車位置推定手段１１５は、信号情報１１０から先行列車推定位置１１９を算出する。また、前記到達時間推定手段１１６は、前記列車位置１０７，前記列車速度１０８、および前記先行列車推定位置１１９を入力として、先行列車位置到達時間１２０を算出する。次に、前記パンタ点電圧予測手段１１７は、前記列車位置１０７，前記列車速度１０８，前記自列車性能１１１，前記変電所位置１１２、および１周期前の運転制御指令１２１を入力として自列車の予測パンタ点電圧１２２を算出する。最後に、前記運転指令決定手段１１８は、前記自列車のパンタ点電圧１０９，時隔設定値１１３，前記先行列車位置到達時間１２０，前記予測パンタ点電圧１２２を入力として、前記運転制御指令１１４を決定する構成となっている。なお、前記時隔設定値１１３としては、ダイヤから定まる先行列車との時隔が考えられる。また、大幅に遅延している場合は駅への最適進入を考慮した時隔を使用しても良い。

なお、電圧計測手段１０３は自列車の駆動装置の電圧から推定する手段に代替しても本発明は差し支えない。

次に、図２を用いて、本発明が実施されるべき状態を説明する。

図２は、変電所２０１ａ，２０１ｂの間に列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃと３列車が存在しており、架線２０２を通して、それぞれの列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃのパンタ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃに電力が供給されることを示している。また、変電所２０１ａ，２０１ｂの電力会社との契約における最大供給電力は列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃのうち２列車が最大力行した場合の電力と等価とする。なお、この図において、進行方向は矢印の向きとする。通常状態では変電所の負荷を考慮し、ダイヤを組むことができるため、変電所の最大供給電力を超えることはない。しかし、列車１００ｃが遅延した場合には、事情が大きく変わる。すなわち、後続を走行する列車１００ｂ，１００ａの走行に大きく影響を与え、状況によっては、列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃが同時力行することもありえる。この時、変電所２０１ａ，２０１ｂの最大供給電力を超えるため、このままの状態では、変電所の出力が超過し、鉄道会社が電力会社に支払う超過料金が発生する。このようなケースで本発明は適用される。

次に、図３は図１にて示した先行列車位置推定手段１１５の処理を説明する。

ステップ３０１では、入力の信号情報が変更したかをチェックし、変化したならばステップ３０２に、変化しなければステップ３０３に進む。次にステップ３０２では、信号情報が変化したため、先行列車がある閉塞を抜けたことが判断できる。これにより、この抜けた閉塞の境界位置を先行列車の推定位置として登録し、ステップ３０４に進む。一方、ステップ３０３では、信号情報に変化がないため先行列車の位置は更新されない。次にステップ３０４に進む。

次に、ステップ３０４では登録されている先行列車の推定位置を出力として、終了となる。

なお、図３の処理に変わり、図４で説明する処理を用いても良い。

図４は、図３のステップ３０３の代わりにステップ４０１を導入したものである。それ以外の処理は、図３に示すステップ３０１，３０２，３０４と同じである。ステップ４０１について説明する。

ステップ４０１は、現在登録されている先行列車推定位置Ｓｐに、自列車速度Ｖｘと列車推定位置登録してからの経過時間Ｔｘを用いて、新たな先行列車推定位置Ｓｘを求める。この計算方法は、
Ｓｘ＝Ｓｐ＋Ｖｘ×Ｔｘ
により求めることができる。これにより、先行列車の推定位置が更新される。

次に、図５を用いて図１にて示した到達時間推定手段１１６の処理を説明する。

ステップ５０１では、先行列車推定位置Ｘ１と自列車位置Ｘ０から先行列車までの距離Ｘ２を算出し、その距離Ｘ２を自列車の現在速度Ｖ０で走行した場合にかかる時間Ｔ０を算出する。すなわち、Ｔ０＝（Ｘ１−Ｘ０）／Ｖ０で求める。以上で終了である。

次に、図６を用いて図１にて示したパンタ点電圧予測手段１１７の処理を説明する。

ステップ６０１では、自列車位置Ｘ０の両端からそれぞれの方向で最も近い変電所位置Ｘｔ１，Ｘｔ２を入手する。次にステップ６０２に進む。

ステップ６０２では、変電所位置Ｘｔ１，Ｘｔ２および自列車位置Ｘ０から、それぞれの変電所までの距離Ｘｔ３，Ｘｔ４を求め、それぞれの区間の架線抵抗を考慮して、それぞれの変電所から供給される場合の架線抵抗値Ｒｔ１，Ｒｔ２を算出する。次にステップ６０３に進む。

ステップ６０３では、自列車のノッチ操作から列車性能を考慮して必要な電流量Ｉを算出する。次にステップ６０４に進む。

ステップ６０４では、ステップ６０２で算出した架線抵抗値Ｒｔ１，Ｒｔ２およびステップ６０３で算出した必要電流量Ｉ、およびそれぞれの変電所の送り出し電圧ＯＶ１，ＯＶ２から、それぞれの変電所から供給される電流Ｉ１，Ｉ２を求める。なお、その求め方は、
ＯＶ１−Ｒｔ１・Ｉ１＝ＯＶ２−Ｒｔ２・Ｉ２
Ｉ１＋Ｉ２＝Ｉ
の連立方程式によって求められる。次にステップ６０５に進む。

ステップ６０５では、ステップ６０４で求めたＩ１もしくはＩ２およびそれぞれの変電所の送り出し電圧ＯＶ１，ＯＶ２から、列車の予測パンタ点電圧ＰＶを求める。その求め方は、
ＰＶ＝ＯＶ１−Ｒｔ１・Ｉ１
もしくは、
ＰＶ＝ＯＶ２−Ｒｔ２・Ｉ２
で求める。以上で終了となる。

次に図７から図１１を用いて図１にて示した運転指令決定手段１１８で必要となる値および必要な処理について説明する。

図７は、変電所２０１ａ，２０１ｂの間に列車１００ａ，１００ｃが存在しており、架線２０２を通して、それぞれの列車１００ａ，１００ｃのパンタ２０３ａ，２０３ｃに電力が供給されることを示している。また、列車１００ａと１００ｃでは列車１００ｃが先行列車で、列車１００ａが後続列車であり、列車１００ａは列車１００ｃの推定位置まで走行するためにかかる時間Ｈｔが分かっているとする。この時、列車１００ａは、自列車の位置から自列車が給電をうける変電所までの距離が分かっている。さらに、列車１００ａの運転扱いから列車１００ａの予測パンタ点電圧ＰＶを計算することができる。また、列車１００ａの実際のパンタ点電圧ＰｅＶも測定できる。以上述べたパラメータ、（１）先行列車の推定位置まで走行するためにかかる時間Ｈｔ（２）予測パンタ点電圧ＰＶ（３）実際のパンタ点電圧ＰｅＶが運転指令決定手段１１８で用いられるものとなる。次に、図８から図１０を用いてＯＶ，ＰＶおよびＰｅＶの関係から分かることを説明する。

図８から図１０はいずれも変電所２０１ａ，２０１ｂの間に列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃが存在しており、架線２０２を通して、それぞれの列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃのパンタ２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃに電力が供給されることを示している。また、変電所２０１ａ−２０１ｂ間は２km、各列車間あるいは変電所と列車間の距離は０.５kmである。変電所の送り出し電圧は１５００Ｖとし、架線抵抗は０.２Ω／kmとする。

図８は、列車１００ｂが２０００Ａと最も電流を使用しているケースであり、列車１００ａ，１００ｃは１０００Ａの電流を使用しているケースである。この時、それぞれの列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃの予測パンタ点電圧ＰＶを計算する。予測パンタ点電圧は、自列車しか該当変電区域内に存在しないと仮定して計算することになる。従って、列車１００ａは、変電所２０１ａおよび２０１ｂまでの距離から３：１の割合で電流を供給されることになるため、変電所２０１ａからは７５０Ａ，変電所２０１ｂからは２５０Ａ供給される、という想定となる。これから予測パンタ点電圧ＰＶ_１００ａを算出すると、
ＰＶ_１００ａ＝１５００− ７５０＊０.５＊０.２＝１４２５［Ｖ］
となる。同様の手法で、列車１００ｂ，１００ｃのそれぞれの予測パンタ点電圧ＰＶ_１００ｂ，ＰＶ_１００ｃを算出すると、
ＰＶ_１００ｂ＝１５００−１０００＊１.０＊０.２＝１３００［Ｖ］
ＰＶ_１００ｃ＝１５００− ７５０＊０.５＊０.２＝１４２５［Ｖ］
となる。また、実際のパンタ点電圧ＰｅＶを計算するため、回路方程式から各変電所から流れる電流を計算すると、変電所２０１ａから流れる電流は２０００Ａ、変電所２０１ｂから流れる電流も２０００Ａとなり、列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃのそれぞれのパンタ点電圧ＰｅＶ_１００ａ，ＰｅＶ_１００ｂ，ＰｅＶ_１００ｃは、
ＰｅＶ_１００ａ＝１５００−２０００＊０.５＊０.２＝１３００［Ｖ］
ＰｅＶ_１００ｂ＝１３００−１０００＊０.５＊０.２＝１２００［Ｖ］
ＰｅＶ_１００ｃ＝１５００−２０００＊０.５＊０.２＝１３００［Ｖ］
であることが分かる。送り出し電圧ＯＶと予測パンタ点電圧ＰＶの差をｂ１、予測パンタ点電圧ＰＶと実際のパンタ点電圧ＰｅＶの差をａ１として、電圧比ａ１／ｂ１を求めると、電流を最も使用している列車１００ｂが最も小さい値となっていることが分かる。

次に、図９は、列車１００ａが３０００Ａと最も電流を使用しているケースであり、列車１００ｂは２０００Ａ、１００ｃは１０００Ａのケースである。この時、図８で説明した手法と同様に、列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃの予測パンタ点電圧ＰＶ_１００ａ，ＰＶ_１００ｂ，ＰＶ_１００ｃを算出すると、
ＰＶ_１００ａ＝１５００−２２５０＊０.５＊０.２＝１２７５［Ｖ］
ＰＶ_１００ｂ＝１５００−１０００＊１.０＊０.２＝１３００［Ｖ］
ＰＶ_１００ｃ＝１５００− ７５０＊０.５＊０.２＝１４２５［Ｖ］
となる。また、この条件において、実際のパンタ点電圧ＰｅＶを計算するため、回路方程式から各変電所から流れる電流を計算すると、変電所２０１ａから流れる電流は３５００Ａ、変電所２０１ｂから流れる電流も２５００Ａとなり、列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃのそれぞれのパンタ点電圧ＰｅＶ_１００ａ，ＰｅＶ_１００ｂ，ＰｅＶ_１００ｃは、
ＰｅＶ_１００ａ＝１５００−３５００＊０.５＊０.２＝１１５０［Ｖ］
ＰｅＶ_１００ｂ＝１１５０− ５００＊０.５＊０.２＝１１００［Ｖ］
ＰｅＶ_１００ｃ＝１５００−２５００＊０.５＊０.２＝１２５０［Ｖ］
となる。この時、ａ１／ｂ１を求めると、電流を最も使用している列車１００ａが最も小さい値となっていることが分かる。

さらに、図１０は、列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃがすべて同じ電流２０００Ａを使用しているケースである。この時、図８で説明した手法と同様に、列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃの予測パンタ点電圧ＰＶ_１００ａ，ＰＶ_１００ｂ，ＰＶ_１００ｃを算出すると、
ＰＶ_１００ａ＝１５００− ５００＊０.５＊０.２＝１３５０［Ｖ］
ＰＶ_１００ｂ＝１５００−１０００＊１.０＊０.２＝１３００［Ｖ］
ＰＶ_１００ｃ＝１５００− ５００＊０.５＊０.２＝１３５０［Ｖ］
となる。また、この条件において、実際のパンタ点電圧ＰｅＶを計算するため、回路方程式から各変電所から流れる電流を計算すると、変電所２０１ａから流れる電流は３０００Ａ、変電所２０１ｂから流れる電流も３０００Ａとなり、列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃのそれぞれのパンタ点電圧ＰｅＶ_１００ａ，ＰｅＶ_１００ｂ，ＰｅＶ_１００ｃは、
ＰｅＶ_１００ａ＝１５００−３０００＊０.５＊０.２＝１２００［Ｖ］
ＰｅＶ_１００ｂ＝１２００−１０００＊０.５＊０.２＝１１００［Ｖ］
ＰｅＶ_１００ｃ＝１５００−３０００＊０.５＊０.２＝１２５０［Ｖ］
となる。この時、ａ１／ｂ１を求めると、すべての列車１００ａ，１００ｂ，１００ｃについて同じ値となっている。以上の事から、ａ１／ｂ１が小さいほど電流を多く消費している列車といえる。また、ａ１／ｂ１が１の場合には、すべての列車で同じ電流を使用しているといえる。なお、列車が回生する場合には予測パンタ点電圧ＰＶは送り出し電圧ＯＶよりも大きくなり、実際のパンタ点電圧ＰｅＶは他の列車の影響を受けるため、該当区域内のすべての列車が回生しない限りは、予測パンタ点電圧ＰＶよりも必ず小さくなるからａ１／ｂ１＜０となる。回生列車は、ピークカットという観点では電力を絞る必要がないため、ａ１／ｂ１＜０の列車は制御をかける必要がない。一方、該当区域内のすべての列車が回生の場合には回生失効する可能性があるため、制御する必要がある。この時は、ａ１／ｂ１＜０とはならず、ａ１／ｂ１≧０となるため、このことからａ１／ｂ１≧０も条件となる。さらに、ａ１／ｂ１が１よりも小さい列車が、他の列車よりも電流を使用しているといえる。以上述べたことから、（２）予測パンタ点電圧ＰＶ（３）実際のパンタ点電圧ＰｅＶにより、どの列車を制御することが、ピークカットに大きく貢献するかが分かる。このため、単純なピークカット制御をする際には、ａ１／ｂ１≧０かつａ１／ｂ１＜１の場合には、ノッチを緩めるというのが最も簡単な手法となる。また、（１）先行列車の推定位置まで走行するためにかかる時間Ｈｔと設定時隔値Ｑｔから求める時間比Ｈｔ／Ｑｔを判断に加えることで、列車同士の挙動に影響を与えにくい列車に対して制御をかけることが可能となり、それとともに、変電所のピークをカットすることが可能となる。なお、前記列車同士の挙動に影響を与えにくい列車とは、たとえば、先行列車との間隔が詰まりすぎていて、後続列車との間隔が開いている列車などが考えられる。また、時間比Ｈｔ／Ｑｔが１よりも大きければ大きいほど、先行列車との間隔が開いていることになり、１よりも小さいほど詰まっているということがわかる。従ってａ１／ｂ１≧０かつａ１／ｂ１＊Ｈｔ／Ｑｔ１が１より小さければ小さいほど、先行列車との間隔が詰まっていてかつ電流を多く使っている列車といえる。以上のことから、ａ１／ｂ１≧０かつａ１／ｂ１＊Ｈｔ／Ｑｔ＜１以下の列車のノッチを緩めることで、効果的な制御が実現できるといえる。

図１１は、以上のことをまとめた運転指令決定手段１１８の処理フローである。

ステップ１１０１は、自列車の実際のパンタ点電圧ＰｅＶ，予測パンタ点電圧ＰＶ，変電所の送り出し電圧ＯＶから、送り出し電圧ＯＶと予測パンタ点電圧ＰＶの差をｂ１、予測パンタ点電圧ＰＶと実際のパンタ点電圧ＰｅＶの差をａ１として、電圧比ａ１／ｂ１を求める。次にステップ１１０２に進む。

ステップ１１０２は、先行列車位置到達時間Ｈｔと設定時隔値Ｑｔから、時間比Ｈｔ／Ｑｔを算出する。次にステップ１１０３に進む。

ステップ１１０３では、ステップ１１０１で求めたａ１／ｂ１とステップ１１０２で求めたＨｔ／Ｑｔの積である制御判定値Ｗを計算する。次にステップ１１０４に進む。

ステップ１１０４では、ステップ１１０３で求めた制御判定値Ｗが１以下であるかどうかと、ステップ１１０１で求めたａ１／ｂ１が０以上であるかどうかを判断し、成立すれば、ノッチを緩める。そうでない場合には、現状のノッチを優先する。以上で終了となる。

以上の手法により、自列車の信号の変化タイミングにより得られる先行列車の位置状況と自列車の使用する電流量によりノッチ制御を自立的に判断することが可能となる。また、ａ１／ｂ１＞０かつａ１／ｂ１×Ｈｔ／Ｑｔ＜１以下の列車としている事から、先行列車の間隔が詰まりすぎて、かつ電流使用量が多い列車から絞られるため、先行列車との間隔が広がり徐々に通常運転に戻るようになる。このようにする事で、先行列車との間隔を考慮しつつ変電所のピークをカットできる。

次に、図１２から図１４を用いて変電所からのピークカット指令情報を基に制御を実施する第２の実施例について説明する。

図１２は、第２の実施例の場合の変電所の例である。架線に電流を供給する変電所電流供給部１２０１と、前記変電所電流供給部１２０１の電流を監視し、供給負荷が所定の値を超えたかどうかを判断し、所定の値を超えた場合に、変電所から列車へのピークカット指令情報１２０２を出力する変電所電流監視手段１２０３と、前記変電所から列車へのピークカット指令情報１２０２を、該当区域内のすべての列車に送付する変電所情報送信部１２０４により構成される。

図１３は、第２の実施例の場合の列車の例である。第１の実施例の列車である図１との違いのみ説明する。前記変電所から列車へのピークカット指令情報１２０２を受信し、自車の運転指令決定手段１３０１に送信する車上側送受信部１３０２を搭載する。また、前記運転指令決定手段１３０１は、前記自列車のパンタ点電圧１０９，時隔設定値１１３，前記先行列車位置到達時間１２０，前記予測パンタ点電圧１２２に加えて、変電所から列車へのピークカット指令情報１２０２を入力として、前記運転制御指令１１４を決定する列車制御システムを搭載する。それ以外のシステムは図１と同じであるため説明を省略する。

図１４は、図１３に示した運転指令決定手段１３０１を説明したものである。ステップ１４０１は、変電所から列車へのピークカット指令情報１２０２があるかを判断し、あればステップ１１０１に進む。なければ、終了となる。ステップ１１０１以降ステップ１１０４の処理は図１１と同じであるため省略する。以上の機能により、変電所から列車へのピークカット指令情報を用いた制御が実現可能である。なお、本実施例を用いた場合でも実施例１とほぼ同様の効果が得られる。

次に、図１５から図１７を用いて、各列車の状態を把握している運行管理システムの情報を基に制御を実施する第３の実施例について説明する。

図１５は、各列車の状態を把握する運行管理システムの情報を基に各列車が制御を実施する鉄道システムである。なお、列車１００ａ，１００ｂが走行しており、１００ｂの方が先行列車とする。この場合、列車の状態を把握する運行管理システム１５０１は、先行列車１００ｂの列車状態情報１５０２と、図示していないダイヤ情報から先行列車１００ｂと後続列車１００ａの時間比Ｈｔ／Ｑｔ１５０３を求め、後続列車１００ａに伝達することで、後続列車１００ａが制御を行うことを示している。また、図示してはいないが、後続列車１００ａの後ろに、別の列車（例えば１００ｃ）が存在する場合には、前記先行列車１００ｂの処理を１００ａが実施し、前記後続列車１００ａの処理を１００ｃが実施することで、本システムは成立する。

次に、図１６は、第３の実施例を実現するための列車の例である。第１の実施例である図１との違いのみ説明する。先行列車との時間比Ｈｔ／Ｑｔ１５０３を受信し、自車の運転指令決定手段１６０１に送受信する車上側送受信部１６０２を搭載する。さらに、前記車上側送受信部１６０２は、図示していない運行管理システムに、列車状態情報１５０２として列車位置１０７および列車速度１０８の情報を送信する機能も持つ。また、先行列車との時間比は運行管理システムより送信されてくるため、図１に図示されていた信号情報入手手段１０４，先行列車推定位置手段１１５，到達時間推定手段１１６は不要となる。また、それ以外のシステムは図１と同じであるため説明を省略する。なお、本図では、列車から位置，速度などの状態情報を送信することになっているが、位置情報は、地上にある軌道回路から入手し、速度情報は位置変更の履歴から平均速度を算出することで実施しても良い。

図１７は、第３の実施例の場合の運転制御アルゴリズムであり、図１６に示したステップ１１０１，ステップ１１０３、およびステップ１１０４は図１１と同じ処理であり、異なるのはステップ１１０１の後にステップ１７０１に進み、ステップ１７０１からステップ１１０３へと進むことである。なお、ステップ１７０１の処理は、運行管理システムから時間比Ｈｔ／Ｑｔを入手する。以上に述べた図１５から図１７の処理を使用することでも、実施例１とほぼ同様の効果が得られる。

なお、すでに述べた第１の実施例から第３の実施例は、大都市圏の在来線のように列車間隔が短い場合を主体として考えているが、本方式を列車間隔の長い路線に適用する場合には、時間比Ｈｔ／Ｑｔを影響のない値（たとえば１）として設定することで、本方式をそのまま適用可能である。また、その際には時間比Ｈｔ／Ｑｔを求めるためだけに必要な機器（例えば、図１に図示されていた信号情報入手手段１０４，先行列車位置推定手段１１５，到達時間推定手段１１６）はなくてもよく、その場合でも本発明は十分に効果を発揮する。

１００，１００ａ，１００ｂ，１００ｃ 列車
１０１ 位置計測手段
１０２ 速度計測手段
１０３ 電圧計測手段
１０４ 信号情報入手手段
１０５ データベース
１０６ 運転制御手段
１０７ 列車位置
１０８ 列車速度
１０９ 自列車のパンタ点電圧
１１０ 信号情報
１１１ 自列車性能
１１２ 変電所位置
１１３ 時隔設定値
１１４ 運転制御指令
１１５ 先行列車位置推定手段
１１６ 到達時間推定手段
１１７ パンタ点電圧予測手段
１１８ 運転指令決定手段（第１の実施例）
１１９ 先行列車推定位置
１２０ 先行列車位置到達時間
１２１ １周期前の運転制御指令
１２２ 予測パンタ点電圧
２０１ａ，２０１ｂ 変電所
２０２ 架線
２０３ａ，２０３ｂ，２０３ｃ パンタ
１２０１ 変電所電流供給部
１２０２ 変電所から列車へのピークカット指令情報
１２０３ 変電所電流監視手段
１２０４ 変電所情報送信部
１３０１ 運転指令決定手段（第２の実施例）
１３０２ 車上側送受信部（第２の実施例）
１５０１ 運行管理システム
１５０２ 列車状態情報
１５０３ 時間比Ｈｔ／Ｑｔ
１６０１ 運転指令決定手段（第３の実施例）
１６０２ 車上側送受信部（第３の実施例）

Claims (6)

1. 自列車の位置を計測する位置計測手段と、
   自列車の速度を計測する速度計測手段と、
   自列車のパンタグラフにおける電圧を計測する電圧計測手段と、
   変電所の絶対位置を記憶している変電所データベースと、
   自列車に対する信号情報を入手する信号情報入手手段と、
   運転制御指令を決定する運転制御手段を有する列車制御システムにおいて、
   前記運転制御手段は前記信号情報入手手段から得られる信号の変化タイミングから先行列車までの位置を推定する先行列車位置推定手段と、
   前記先行列車位置推定手段から得られる先行列車推定位置と速度計測手段から得られる自列車の速度とから先行列車位置までに到達する時間を推定する到達時間推定手段と、
   自列車の位置からパンタグラフにおける電圧を予測するパンタ点電圧予測手段と、を有し、
   前記到達時間推定手段から得られる先行列車位置までに到達する時間と、前記パンタ点電圧予測手段から得られるパンタグラフにおける電圧予測値と、前記電圧計測手段から得られる実際の自列車のパンタグラフにおける電圧と、から運転制御指令を決定する運転指令決定手段を有することを特徴とする列車制御システム。
2. 請求項１の列車制御システムにおいて、
   前記運転指令決定手段は、到達時間推定手段から得られる先行列車位置までに到達する時間とデータベースより得られる時隔設定値から得られる第１の比を演算する手段と、
   前記パンタ点電圧予測手段より得られるパンタグラフにおける電圧予測値と、前記電圧予測値から前記電圧計測手段より得られる実際の自列車のパンタグラフにおける電圧を引いた値と、から得られる第２の比を演算する手段と、を備え、
   前記第１の比と前記第２の比との乗算値に基づき前記運転制御指令を決定することを特徴とする列車制御システム。
3. 請求項１または請求項２記載の列車制御システムを有する列車と、前記列車に電力を供給する架線と、前記架線に電力を供給する変電所と、前記列車が互いに接触しないように制御する信号システムと、を備える鉄道制御システムにおいて、
   前記変電所は、変電所の出力が所定値を超えたか否かを判定する変電所電流監視手段と、前記変電所電流監視手段で判定した結果を前記列車に通信する送受信器を有することを特徴とする鉄道制御システム。
4. 自列車の位置を計測する位置計測手段と、
   自列車の速度を計測する速度計測手段と、
   自列車のパンタグラフにおける電圧を計測する電圧計測手段と、
   変電所の絶対位置を記憶している変電所データベースと、
   運転制御指令を決定する運転制御手段と、を有する列車制御システムを搭載した複数の列車と、
   前記複数の列車に電力を供給する架線と、
   前記架線に電力を供給する変電所と、
   前記複数の列車の位置を把握し、前記複数の列車との相互通信により記憶されている各列車の状態を前記列車に知らせる運行管理システムと、を備える鉄道システムにおいて、
   前記列車に搭載された列車制御システムにおける前記運転制御手段は、自列車の位置からパンタグラフにおける電圧を予測するパンタ点電圧予測手段を有し、
   前記パンタ点電圧予測手段から得られるパンタグラフにおける電圧予測値と、前記電圧計測手段から得られる実際の自列車のパンタグラフにおける電圧と、前記運行管理システムからの各列車の状態と、を基に運転制御指令を決定する運転指令決定手段を有することを特徴とする鉄道システム。
5. 請求項４の鉄道システムにおいて、
   前記運転指令決定手段は、到達時間推定手段から得られる先行列車位置までに到達する時間とデータベースより得られる時隔設定値から得られる第１の比を演算する手段と、
   前記パンタ点電圧予測手段より得られるパンタグラフにおける電圧予測値と、前記電圧予測値から前記電圧計測手段より得られる実際の自列車のパンタグラフにおける電圧を引いた値と、から得られる第２の比を演算する手段と、を備え、
   前記第１の比と前記第２の比の乗算値に基づき前記運転制御指令を決定することを特徴とする鉄道システム。
6. 請求項４または請求項５記載の鉄道システムにおいて、
   前記変電所は、変電所の出力が所定値を超えたか否かを判定する変電所電流監視手段と、前記変電所電流監視手段で判定した結果を前記列車に通信する送受信器を有することを特徴とする鉄道システム。
   
   

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