JP5705370B2 - 直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システム - Google Patents

Description

本発明は、鉄道変電所の直流き電電圧を制御する直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システムに関する。

近年、省エネルギー等を目的として列車に備えられた回生ブレーキにより発生する回生電力を有効活用するための研究開発が活発化している。

直流電化区間において回生電力を有効活用する技術として、例えば、列車状況把握手段で力行車、回生車の在線状況および運行状況を把握し、制約条件設定手段で設定された制約条件のもとで、評価関数設定手段で設定された評価関数を最適にする各変電所のき電分担を最適き電分担決定手段で決定し、そのき電分担に基づき、各変電所の整流器に対する送出電圧値を送出電圧設定手段で設定する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開平７−３０４３５３号公報

しかしながら、上記従来技術では、すべての変電所の電圧が調整可能である必要はないが、一部の変電所の電圧を調整する場合であっても、路線やき電網に在線するすべての列車の状況を把握する必要があるため、き電網が複数路線にまたがっている場合や、事業者間での列車の相互乗り入れが行われている場合等、路線やき電網に在線する列車の数が多くなる場合には適用が難しい、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能な直流き電電圧制御装置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、本発明にかかる直流き電電圧制御装置は、電気鉄道の直流電化区間における所定の制御区間内の変電所における架線との接続点の電圧である変電所電圧を制御する直流き電電圧制御装置であって、前記制御区間を走行する各列車毎の列車モデル情報、前記各変電所毎の変電所モデル情報、および前記制御区間のき電網モデル情報を格納するモデル情報格納部と、前記変電所毎に定められた前記変電所電圧の固定電圧値を格納する固定電圧値格納部と、前記制御区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態情報を取得する列車運転状態情報取得部と、前記固定電圧値を前記制御区間の両端部に位置する２つの第１の変電所にそれぞれ出力する第１変電所電圧固定部と、前記列車モデル情報、前記変電所モデル情報、前記き電網モデル情報、前記運転状態情報、および前記第１の変電所の前記変電所電圧ならびに前記第１の変電所から架線に流出する変電所電流に基づいて、２つの前記第１の変電所間に位置する少なくとも１つの第２の変電所における前記変電所電圧の設定電圧値を算出して前記第２の変電所に出力する第２変電所電圧算出部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる、という効果を奏する。

図１は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置の一構成例を示す図である。 図２は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置システムの一構成例を示す図である。 図３は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置システムの他の構成例を示す図である。 図４は、回生車における回生絞り込み制御の一例を示す図である。 図５は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、実施の形態２にかかる直流き電電圧制御装置の動作例を示す図である。 図７は、実施の形態３にかかる直流き電電圧制御装置の動作例を示す図である。 図８は、実施の形態４にかかる直流き電電圧制御装置の一構成例を示す図である。 図９は、整流器を用いた変電所の電流―電圧特性の一例を示す図である。 図１０は、サイリスタ素子やＰＷＭ制御を用いた変電所により変電所電圧を固定した際の電流―電圧特性の一例を示す図である。 図１１は、実施の形態２にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。 図１２は、実施の形態４にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。 図１３は、実施の形態５にかかる直流き電電圧制御装置システムの一構成例を示す図である。 図１４は、実施の形態５にかかる直流き電電圧制御装置における制御区間決定部により決定された制御区間の一例を示す図である。 図１５は、実施の形態５にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

以下に添付図面を参照し、本発明の実施の形態にかかる直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システムについて説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置の一構成例を示す図である。図１に示すように、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置１００は、モデル情報格納部１と、固定電圧値格納部２と、第１変電所電圧固定部３と、列車運転状態情報取得部６と、第２変電所電圧算出部５とを備えている。なお、図１に示す例では、モデル情報格納部１と固定電圧値格納部２とを異なる構成部としているが、モデル情報格納部１および固定電圧値格納部２の機能を統合して、いずれか一方を備える構成とすることも可能である。

図２は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムの一構成例を示す図である。また、図３は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムの他の構成例を示す図である。実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置１００は、電気鉄道の直流電化区間において、少なくとも１つの変電所を挟む所定の２つの各変電所間を制御区間としている。また、図２および図３に示すように、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムは、制御区間の両端に位置する２つの変電所を第１の変電所４とし、この２つの第１の変電所４間に位置する変電所を第２の変電所７として、直流き電電圧制御装置１００、第１の変電所４、および第２の変電所７を含み構成される。直流き電電圧制御装置１００は、例えば、指令所（図示せず）等に配置され、ＬＡＮ等のネットワーク１０を介して、第１の変電所４および第２の変電所７に接続されている。図２に示す例では、直流電化区間内の２つの第１の変電所４間を制御区間とした例を示し、図３に示す例では、直流電化区間の架線末端部の第１の変電所４と直流電化区間内の第１の変電所４との間を制御区間とした例を示している。実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムは、それぞれ制御区間が重ならないように、直流電化区間の全区間、あるいは一部区間内に複数構成される。なお、図２および図３に示す例では、第２の変電所７が１つである例を示しているが、第２の変電所７の数はこれに限らず、２つ以上の複数である構成であってもよい。

ここで、本実施の形態にかかる直流き電電圧制御装置１００における直流き電電圧制御概念について説明する。

直流電化区間を走行する列車は、その列車の制動の際に、回生ブレーキにより電力回生を行う。以下、この電力回生を行っている列車を「回生車」という。回生車により発生した回生電力は、力行を行っている列車に架線を通じて供給される。以下、この力行を行っている列車を「力行車」という。

図４は、回生車における回生絞り込み制御の一例を示す図である。図４において、横軸は回生車のパンタグラフが架線に接する点の電圧（パンタ点電圧）を示し、縦軸は回生電力を示している。回生車が回生電力を架線に供給すると、パンタ点電圧が上昇する。このとき、回生電力量に対して力行車が少ないと、回生電力過多となり架線電圧が過大となる。これを避けるため、図４に示すように、パンタ点電圧が図中に示す回生絞り込み開始電圧閾値未満の領域では、回生車が回生可能な回生可能電力をすべて架線に供給するが、パンタ点電圧が回生絞り込み開始電圧閾値以上となる領域では、回生電力を減少させる制御を行う。この回生電力を減少させる制御を回生絞り込み制御と呼ぶ。なお、回生絞り込み開始電圧閾値は、一般に、１５００Ｖ系の直流電化区間では、例えば、約１６５０Ｖ〜約１７８０Ｖ程度に設定され、上限電圧値を例えば約１７００Ｖ〜約１８００Ｖ程度として、回生絞り込み制御が行われる。

回生絞り込み制御が実施された場合、実際には回生可能な回生可能電力が回生車において無駄に消費されることとなり、回生可能電力の有効活用ができなくなる。この回生車による回生可能電力を有効活用するためには、各変電所と架線との接続点の電圧である変電所電圧を動的に変化させる制御を実施する必要があるが、直流電化区間内の全ての変電所を制御対象とした場合、路線やき電網に在線するすべての列車の位置、各列車の状況（力行か回生か）等を把握する必要があるため、き電網が複数路線にまたがっている場合や、事業者間での列車の相互乗り入れが行われている場合等、路線やき電網に在線する列車の数が多くなる場合には適用が難しくなる。また、特定の区間を定め、その区間内の各列車のみの状況を用いて変電所を制御する場合でも、区間内の力行列車へ電力を供給するために電圧を上げると、区間外に回生列車がいた場合には、架線電圧が上昇し回生絞り込み制御が起こって回生電力を有効活用できない可能性がある。また、区間内の回生列車の回生電力を有効活用するために変電所の電圧を下げると、区間外に力行列車がいた場合には、架線電圧が想定した以上に下降して、その力行列車に電力を供給できなくなる可能性がある。

したがって、本実施の形態では、少なくとも１つの変電所を挟む所定の２つの変電所間を制御区間として、制御区間の両端の第１の変電所４の変電所電圧がそれぞれ一定となるように制御し、各第１の変電所４間の第２の変電所７の変電所電圧を動的に変化させるように制御するようにしている。これにより、制御区間外に在線する列車の位置や状況等による影響を受けることなく、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

つぎに、図１に戻り、本実施の形態にかかる直流き電電圧制御装置１００における各構成部について説明する。

モデル情報格納部１は、制御区間を走行する各列車毎の列車モデル情報、制御区間内の各変電所毎の変電所モデル情報、および制御区間のき電網モデル情報を格納する。列車モデル情報としては、例えば、各列車の回生絞り込み開始電圧閾値や回生絞り込みの傾きなどを含んでいる。また、変電所モデル情報としては、例えば、各変電所の内部抵抗や変電所電圧の最大値などを含んでいる。また、き電網モデル情報としては、例えば、架線間、あるいは架線と変電所との間の接続状態を示す情報や、架線の長さ、抵抗率などを含んでいる。

固定電圧値格納部２は、制御区間内の各変電所毎に定められた変電所電圧の固定電圧値を格納する。この固定電圧値は、各変電所毎にあらかじめ設定された所定値であるが、例えば、制御区間内の各変電所で統一した値であってもよい。

第１変電所電圧固定部３は、固定電圧値格納部２に格納された固定電圧値を第１の変電所４にそれぞれ出力する。第１の変電所４は、変電所電圧が第１変電所電圧固定部３から出力された固定電圧値で一定となるように制御する。なお、特許文献１で記載されているような通常の整流器を用いた変電所では、変電所固有の内部抵抗により、変電所から架線に流出する電流である変電所電流の大きさに依存して変電所電圧が変化し、変電所電流が増加するほど下降するため、変電所電圧を一定に固定することができない。したがって、本実施の形態では、第１の変電所４および第２の変電所７としては、変電所電流によらず、変電所電圧を固定電圧値に制御することが可能なサイリスタ素子やＰｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ）制御を用いた変電所である必要がある。

図９は、整流器を用いた変電所の電流―電圧特性である。また、図１０は、サイリスタ素子やＰＷＭ制御を用いた変電所により変電所電圧を固定した際の電流―電圧特性である。図９、図１０ともに、横軸は変電所電流、縦軸は変電所電圧を示している。図９に示すように、整流器を用いた変電所では、変電所電流が大きくなるに従い送出電圧が下がるが、図１０に示すように、サイリスタ素子やＰＷＭ制御を用いた変電所では、変電所電流の大きさに依らず送出電圧を一定に制御することが可能である。

列車運転状態情報取得部６は、制御区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態を含む運転状態情報を取得する。この列車運転状態情報取得部６は、例えば、列車運行管理システムや列車情報管理システム等の他システムから上述した運転状態情報を取得するものであってもよいし、制御区間を走行する各列車から無線通信等により直接運転状態情報を取得するものであってもよい。これらの運転状態情報の取得手法により、本発明が限定されるものではない。

第２変電所電圧算出部５は、モデル情報格納部１に格納された列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報、および各第１の変電所４の変電所電圧ならびに変電所電流に基づいて、第２の変電所７における変電所電圧の設定電圧値を算出し、第２の変電所７に出力する。第２の変電所７は、変電所電圧が第２変電所電圧算出部５から出力された設定電圧値となるように制御する。なお、第２の変電所７の変電所電圧の設定電圧値の算出手法については、上述した各種情報を用いて既知の算出手法により算出することができる。この変電所電圧の設定電圧値の算出手法により、本発明が限定されるものではない。

つぎに、本実施の形態にかかる直流き電電圧制御装置１００における直流き電電圧制御処理について、図１および図５を参照して説明する。図５は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

第１変電所電圧固定部３は、固定電圧値格納部２に格納された各第１の変電所４の固定電圧値を取得し（ステップＳＴ１０１）、取得した各第１の変電所４の固定電圧値を各第１の変電所４にそれぞれ出力する（ステップＳＴ１０２）。

第２変電所電圧算出部５は、モデル情報格納部１に格納された列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ１０３）、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報を取得し（ステップＳＴ１０４）、さらに、各第１の変電所４からそれぞれの変電所電圧および変電所電流を取得し（ステップＳＴ１０５）、取得した列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報、運転状態情報、および各第１の変電所４の変電所電圧ならびに変電所電流に基づいて、第２の変電所７の設定電圧値を算出し（ステップＳＴ１０６）、第２の変電所７に出力する（ステップＳＴ１０７）。

そして、ステップＳＴ１０１の処理に戻り、ステップＳＴ１０１〜ステップＳＴ１０８の処理を繰り返し実施する。

上述した処理を実施することにより、制御区間外に在線する列車の位置や状況等による影響を受けることなく、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

以上説明したように、実施の形態１の直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システムによれば、少なくとも１つの変電所を挟む所定の２つの変電所間を制御区間として、制御区間の両端の第１の変電所の変電所電圧が固定電圧値格納部２に格納された固定電圧値で一定となるように制御し、モデル情報格納部に格納された列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報、および各第１の変電所４の変電所電圧ならびに変電所電流に基づいて、各第１の変電所間の第２の変電所の設定電圧値を算出し、第２の変電所の変電所電圧が第２変電所電圧算出部５から出力された設定電圧値となるように制御するようにしたので、制御区間外に在線する列車の位置や状況等による影響を受けることなく、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

実施の形態２．
図６は、実施の形態２にかかる直流き電電圧制御装置の動作例を示す図である。なお、実施の形態２にかかる直流き電電圧制御装置の構成は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御装置と同一であるので、ここでは説明を省略する。

図６に示すように、制御区間外の第１の変電所４の周辺に回生車が接近して架線電圧が上昇すると、第１の変電所４がサイリスタ素子やＰＷＭ制御を用いた変電所であっても、変電所電圧を固定電圧値（図中の破線丸印）に制御できなくなる。この場合に、制御区間内の架線電圧を降下させると、制御区間外の架線電圧が変動することとなる。つまり、第２の変電所７の変電所電圧を降下させる制御を実施すると、制御区間外を走行している列車に必要な電力を供給できない場合が生じる。このため、本実施の形態では、制御区間外の第１の変電所４の周辺に回生車が接近し、架線電圧が上昇して第１の変電所４の変電所電圧を固定電圧値で一定に制御できない場合には、第２の変電所７の変電所電圧が十分に高い値となるように制御する。これにより、制御区間外を走行している列車に必要な電力を供給することが可能となる。

したがって、本実施の形態では、第２変電所電圧算出部５は、各第１の変電所４からそれぞれの変電所電圧および変電所電流を取得した際に、各第１の変電所４の変電所電圧のうちの少なくとも一方がそれぞれの固定電圧値を所定量以上上回ったか、あるいは、各第１の変電所４の変電所電流のうちの少なくとも一方が略０となったことを検知した場合に、第１の変電所４が変電所電圧を固定電圧値に制御できないと判断し、第２の変電所７の設定電圧値を十分に高い値に設定する。

このように制御することにより、制御区間外の第１の変電所４の周辺に回生車が接近して架線電圧が上昇し、第１の変電所４の変電所電圧を固定電圧値に制御できなくなった場合に、制御区間内の架線電圧が降下して制御区間外の架線電圧が変動し、制御区間外を走行している列車に必要な電力を供給できない場合が生じることを防ぐことができる。

つぎに、本実施の形態にかかる直流き電電圧制御装置１００における直流き電電圧制御処理について、図１および図１１を参照して説明する。図１１は、実施の形態２にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

第１変電所電圧固定部３は、固定電圧値格納部２に格納された各第１の変電所４の固定電圧値（Ｖｆ）を取得し（ステップＳＴ２０１）、取得した各第１の変電所４の固定電圧値（Ｖｆ）を各第１の変電所４にそれぞれ出力する（ステップＳＴ２０２）。

第２変電所電圧算出部５は、各第１の変電所４からそれぞれの変電所電圧および変電所電流（Ｉ１）を取得し（ステップＳＴ２０３）、各第１の変電所４の変電所電圧のうちの少なくとも一方がそれぞれの固定電圧値を所定量（α）以上上回ったか（Ｖ１≧Ｖｆ＋α）、あるいは、各第１の変電所４の変電所電流のうちの少なくとも一方が略０となったか（Ｉ１≒０）をチェックする（ステップＳＴ２０４）。

Ｖ１≧Ｖｆ＋α、あるいはＩ１≒０を満たす場合（ステップＳＴ２０４；Ｙｅｓ）第２の変電所７の設定電圧値を十分高い値に設定し（ステップＳＴ２０５）、第２の変電所７に出力する（ステップＳＴ２０９）。一方、Ｖ１≧Ｖｆ＋α、あるいはＩ１≒０を満たさない場合（ステップＳＴ２０４；Ｎｏ）、モデル情報格納部１に格納された列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ２０６）、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報を取得し（ステップＳＴ２０７）、さらに、取得した列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報、運転状態情報、および各第１の変電所４の変電所電圧ならびに変電所電流に基づいて、第２の変電所７の設定電圧値を算出し（ステップＳＴ２０８）、第２の変電所７に出力する（ステップＳＴ２０９）。

そして、ステップＳＴ２０１の処理に戻り、ステップＳＴ２０１〜ステップＳＴ２０９の処理を繰り返し実施する。

上述した処理を実施することにより、制御区間外の第１の変電所４の周辺に回生車が接近して架線電圧が上昇し、第１の変電所４の変電所電圧を固定電圧値に制御できなくなった場合でも、制御区間内の架線電圧が降下して制御区間外の架線電圧が変動し、制御区間外を走行している列車に必要な電力を供給できない場合が生じることを防ぐことができる。

以上説明したように、実施の形態２の直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システムによれば、各第１の変電所の変電所電圧のうちの少なくとも一方が固定電圧値を所定量以上上回ったか、あるいは、各第１の変電所の変電所電流のうちの少なくとも一方が略０となったことを検知した場合に、第１の変電所が変電所電圧を固定電圧値に制御できないと判断し、第２の変電所の変電所電圧が十分に高い値となるように制御するようにしたので、制御区間外の第１の変電所の周辺に回生車が接近して架線電圧が上昇し、第１の変電所の変電所電圧を固定電圧値に制御できなくなった場合でも、制御区間内の架線電圧が降下して制御区間外の架線電圧が変動し、制御区間外を走行している列車に必要な電力を供給できない場合が生じることを防ぐことができる。

実施の形態３．
実施の形態２では、第１の変電所が回生インバータを備え、第１の変電所への流入電流を吸収する機能（以下、「電力回生機能」という）を有している場合について説明する。

図７は、実施の形態３にかかる直流き電電圧制御装置の動作例を示す図である。なお、実施の形態２にかかる直流き電電圧制御装置の構成は、実施の形態１および実施の形態２にかかる直流き電電圧制御装置と同一であるので、ここでは説明を省略する。

第１の変電所４が電力回生機能を有している場合、図７に示すように、制御区間外の第１の変電所４の周辺に回生車が接近した場合には、その回生車の回生電力を第１の変電所４が吸収することにより、第１の変電所４の変電所電圧を固定電圧値に制御することができる。つまり、第１の変電所４が電力回生機能を有することにより、制御区間外の第１の変電所４の周辺に回生車が接近した場合でも、実施の形態１と同様に、制御区間外に在線する列車の位置や状況等による影響を受けることなく、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

以上説明したように、実施の形態３の直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システムによれば、第１の変電所が電力回生機能を有することにより、制御区間外の第１の変電所の周辺に回生車が接近した場合でも、実施の形態１と同様に、制御区間外に在線する列車の位置や状況等による影響を受けることなく、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

実施の形態４．
図８は、実施の形態４にかかる直流き電電圧制御装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１〜３と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

実施の形態４にかかる直流き電電圧制御装置１００ａは、実施の形態１において説明した図１に示す構成に加えて、制御区間を走行する各列車毎の走行曲線を格納する走行曲線格納部８と、その走行曲線に基づいて、制御区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態を予測する列車運転状態情報予測部９とをさらに備えている。

第２変電所電圧算出部５は、列車運転状態情報予測部９が予測した各列車の運転状態を用いて、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報を補完して、第２の変電所７の設定電圧値を算出する。このように構成することにより、列車運転状態情報取得部６が運転状態情報の一部の取得を失敗した場合や、取得した運転状態情報が異常である場合でも、補完した運転状態情報を用いて、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて第２の変電所７の変電所電圧を制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

つぎに、本実施の形態にかかる直流き電電圧制御装置１００ａにおける直流き電電圧制御処理について、図１および図１２を参照して説明する。図１２は、実施の形態４にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

第１変電所電圧固定部３は、固定電圧値格納部２に格納された各第１の変電所４の固定電圧値を取得し（ステップＳＴ３０１）、取得した各第１の変電所４の固定電圧値を各第１の変電所４にそれぞれ出力する（ステップＳＴ３０２）。

列車運転状態情報予測部９は、走行曲線格納部８から走行曲線を取得し（ステップ３０３）、各列車の列車運転状態の予測情報を第２変電所電圧算出部５に出力する（ステップ３０４）。

第２変電所電圧算出部５は、モデル情報格納部１に格納された列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ３０５）、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報を取得し（ステップＳＴ３０６）、列車運転状態情報予測部９から運転状態予測情報を取得し（ステップＳＴ３０７）、さらに、各第１の変電所４からそれぞれの変電所電圧および変電所電流を取得し（ステップＳＴ３０８）、取得した列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報、運転状態情報、運転状態予測情報、および各第１の変電所４の変電所電圧ならびに変電所電流に基づいて、第２の変電所７の設定電圧値を算出し（ステップＳＴ３０９）、第２の変電所７に出力する（ステップＳＴ３１０）。

そして、ステップＳＴ３０１の処理に戻り、ステップＳＴ３０１〜ステップＳＴ３１０の処理を繰り返し実施する。

上述した処理を実施することにより、列車運転状態情報取得部が運転状態情報の一部の取得を失敗した場合や、取得した運転状態情報が異常である場合でも、補完した運転状態情報を用いて、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて第２の変電所の変電所電圧を制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

以上説明したように、実施の形態４の直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システムによれば、実施の形態１において説明した構成に加え、制御区間を走行する各列車毎の走行曲線を格納する走行曲線格納部と、その走行曲線に基づいて、制御区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態を予測する列車運転状態情報予測部とをさらに備え、列車運転状態情報予測部が予測した各列車の運転状態を用いて、列車運転状態情報取得部が取得した運転状態情報を補完して、第２の変電所の変電所電圧を制御するようにしたので、列車運転状態情報取得部が運転状態情報の一部の取得を失敗した場合や、取得した運転状態情報が異常である場合でも、補完した運転状態情報を用いて、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて第２の変電所の変電所電圧を制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

実施の形態５．
図１３は、実施の形態５にかかる直流き電電圧制御装置の一構成例を示す図である。なお、実施の形態１〜３と同一または同等の構成部には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。

実施の形態５にかかる直流き電電圧制御装置１００ｂは、実施の形態１において説明した図１に示す構成に加えて、列車運転状態情報取得部６ａが取得した運転状態情報に基づいて、変電所電圧を固定する第１の変電所４と変電所電圧を制御する第２の変電所７で構成される制御区間を動的に決定する制御区間決定部１１をさらに備えている。

モデル情報格納部１ａは、１つの路線、あるいは複数の路線に跨る所定区間を走行する各列車毎の列車モデル情報、所定区間内の各変電所毎の変電所モデル情報、および所定区間のき電網モデル情報を格納する。

固定電圧値格納部２ａは、所定区間内の各変電所毎に定められた変電所電圧の固定電圧値を格納する。

列車運転状態情報取得部６ａは、所定区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態を含む運転状態情報を取得する。

制御区間決定部１１は、所定区間内において、列車運転状態情報取得部６ａが一部の列車の運転状態情報を正常に取得できなかった場合、当該列車が在線する変電所間を非制御区間とし、非制御区間以外の区間、つまり、各変電所間に在線する全ての列車の運転状態情報が取得できた区間を制御区間とする。なお、運転状態情報を正常に取得できない場合においても、運行管理システム等を用いることで、各変電所間に列車が在線するか否かの情報は容易に取得可能である。

図１４は、実施の形態５にかかる直流き電電圧制御装置における制御区間決定部１１により決定された制御区間の一例を示す図である。図１４において、破線で囲まれた列車は運転状態情報が正常に取得できなかった列車である。この図１４に示す例では、変電所Ａ−Ｄ間の列車を運転状態情報取得対象とする所定区間としており、変電所Ｃ―Ｄ間の列車の運転状態情報が正常に取得できなかったため、変電所Ｃ―Ｄ間を非制御区間とし、全ての列車の運転状態情報を取得できた変電所Ａ―Ｃ間を制御区間としている。この場合には、変電所ＡならびにＣが第１の変電所４、変電所Ｂが第２の変電所７として割り当てられる。このように制御区間を動的に決定することにより、列車運転状態情報取得部６ａが所定区間内の一部の列車の運転状態情報の取得を失敗した場合や、取得した運転状態情報が異常である場合でも、制御区間を適切に定めて第２の変電所７の変電所電圧を制御することが可能となり、回生電力の有効活用が可能となる。

図１３に戻り、第１変電所電圧固定部３ａは、制御区間決定部１１により割り当てられた第１の変電所４に対し、制御区間固定電圧値格納部２ａに格納された固定電圧値を出力する。

第２変電所電圧算出部５ａは、制御区間決定部１１により割り当てられた第２の変電所７に対し、モデル情報格納部１に格納された列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報、および各第１の変電所４の変電所電圧ならびに変電所電流に基づいて、第２の変電所７における変電所電圧の設定電圧値を算出して出力する。

つぎに、本実施の形態にかかる直流き電電圧制御装置１００ｂにおける直流き電電圧制御処理について、図１３および図１５を参照して説明する。図１５は、実施の形態５にかかる直流き電電圧制御装置における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

制御区間決定部１１は、列車運転状態情報取得部６ａが取得した運転状態情報を取得し（ステップＳＴ４０１）、その運転状態情報に基づいて、所定区間内における制御区間を決定し、第１の変電所４ならびに第２の変電所７を割り当て、その割り当てた情報を第１変電所電圧固定部３ａならびに第２変電所電圧固定部５ａにそれぞれ出力する（ステップＳＴ４０２）。

第１変電所電圧固定部３ａは、制御区間決定部１１から第１変電所４の割り当て情報を取得し（ステップＳＴ４０３）、固定電圧値格納部２に格納された各第１の変電所４の固定電圧値を取得し（ステップＳＴ４０４）、取得した各第１の変電所４の固定電圧値を各第１の変電所４にそれぞれ出力する（ステップＳＴ４０５）。

第２変電所電圧算出部５ａは、制御区間決定部１１から第２変電所７の割り当て情報を取得し（ステップＳＴ４０６）、モデル情報格納部１に格納された列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ４０７）、列車運転状態情報取得部６が取得した運転状態情報を取得し（ステップＳＴ４０８）、さらに、各第１の変電所４からそれぞれの変電所電圧および変電所電流を取得し（ステップＳＴ４０９）、取得した列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報、運転状態情報、および各第１の変電所４の変電所電圧ならびに変電所電流に基づいて、第２の変電所７の設定電圧値を算出し（ステップＳＴ４１０）、第２の変電所７に出力する（ステップＳＴ４１１）。

そして、ステップＳＴ４０１の処理に戻り、ステップＳＴ４０１〜ステップＳＴ４１１の処理を繰り返し実施する。

上述した処理を実施することにより、列車運転状態情報取得部が運転状態情報の一部の取得を失敗した場合や、取得した運転状態情報が異常である場合でも、制御区間を適切に定めて第２の変電所の変電所電圧を制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

以上説明したように、実施の形態５の直流き電電圧制御装置および直流き電電圧制御システムによれば、実施の形態１において説明した構成に加え、列車運転状態情報取得部が取得した運転状態情報に基づいて、変電所電圧を固定する第１の変電所と変電所電圧を制御する第２の変電所で構成される制御区間を動的に決定する制御区間決定部をさらに備え、列車運転状態情報取得部が１つの路線、あるいは複数の路線に跨る所定区間内の一部の列車の運転状態情報を正常に取得できなかった場合、当該列車が在線する変電所間を非制御区間とし、非制御区間以外の区間を制御区間とする処理を行うようにしたので、列車運転状態情報取得部が所定区間内の一部の列車の運転状態情報の取得を失敗した場合や、取得した運転状態情報が異常である場合でも、制御区間を適切に定めて第２の変電所の変電所電圧を制御することが可能となり、路線やき電網の規模によらず、回生電力の有効活用が可能となる。

なお、上述した実施の形態５に対し、実施の形態２において説明したように、各第１の変電所の変電所電圧のうちの少なくとも一方が固定電圧値を所定量以上上回ったか、あるいは、各第１の変電所の変電所電流のうちの少なくとも一方が略０となったことを検知した場合に、第１の変電所が変電所電圧を固定電圧値に制御できないと判断し、第２の変電所の変電所電圧のが十分に高い値となるように制御するようにしてもよく、実施の形態２と同様に、制御区間外の第１の変電所の周辺に回生車が接近して架線電圧が上昇し、第１の変電所の変電所電圧を固定電圧値に制御できなくなった場合でも、制御区間内の架線電圧が降下して制御区間外の架線電圧が変動し、制御区間外を走行している列車に必要な電力を供給できない場合が生じることを防ぐことができることは言うまでもない。

また、上述した実施の形態５に対し、実施の形態３において説明したように、第１の変電所が電力回生機能を有してもよく、制御区間外の第１の変電所の周辺に回生車が接近した場合でも、実施の形態３と同様に、制御区間外に在線する列車の位置や状況等による影響を受けることなく、制御区間に在線する列車の位置、各列車の状況等のみを用いて制御することが可能となることは言うまでもない。

また、以上の実施の形態に示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能であることは言うまでもない。

１，１ａ モデル情報格納部、２，２ａ 固定電圧値格納部、３，３ａ 第１変電所電圧固定部、４ 第１の変電所、５，５ａ 第２変電所電圧算出部、６，６ａ 列車運転状態情報取得部、７ 第２の変電所、８ 走行曲線格納部、９ 列車運転状態情報予測部、１０ ネットワーク、１１ 制御区間決定部、１００，１００ａ，１００ｂ 直流き電電圧制御装置。

Claims (12)

1. 電気鉄道の直流電化区間における所定の制御区間内の変電所における架線との接続点の電圧である変電所電圧を制御する直流き電電圧制御装置であって、
   前記制御区間を走行する各列車毎の列車モデル情報、前記各変電所毎の変電所モデル情報、および前記制御区間のき電網モデル情報を格納するモデル情報格納部と、
   前記変電所毎に定められた前記変電所電圧の固定電圧値を格納する固定電圧値格納部と、
   前記制御区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態情報を取得する列車運転状態情報取得部と、
   前記固定電圧値を前記制御区間の両端部に位置する２つの第１の変電所にそれぞれ出力する第１変電所電圧固定部と、
   前記列車モデル情報、前記変電所モデル情報、前記き電網モデル情報、前記運転状態情報、および前記第１の変電所の前記変電所電圧ならびに前記第１の変電所から架線に流出する変電所電流に基づいて、２つの前記第１の変電所間に位置する少なくとも１つの第２の変電所における前記変電所電圧の設定電圧値を算出して前記第２の変電所に出力する第２変電所電圧算出部と、
   を備えることを特徴とする直流き電電圧制御装置。
2. 前記第２変電所電圧算出部は、２つの前記第１の変電所のうちの少なくとも一方が前記変電所電圧を前記固定電圧値に制御できないことを検知した場合に、前記設定電圧値を十分に高い値に設定することを特徴とする請求項１に記載の直流き電電圧制御装置。
3. 前記第２変電所電圧算出部は、前記第１の変電所の前記変電所電圧が前記固定電圧値を所定量以上上回った場合に、前記第１の変電所が前記変電所電圧を前記固定電圧値に制御できないと判断することを特徴とする請求項２に記載の直流き電電圧制御装置。
4. 前記第２変電所電圧算出部は、前記第１の変電所の前記変電所電流が略０となった場合に、前記第１の変電所が前記変電所電圧を前記固定電圧値に制御できないと判断することを特徴とする請求項２に記載の直流き電電圧制御装置。
5. 前記制御区間を走行する各列車毎の走行曲線を格納する走行曲線格納部と、
   前記走行曲線に基づいて、前記制御区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態を予測する列車運転状態情報予測部と、
   をさらに備え、
   前記第２変電所電圧算出部は、
   前記列車運転状態情報予測部が予測した各列車の運転状態を用いて前記運転状態情報を補完して、前記設定電圧値を算出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の直流き電電圧制御装置。
6. 電気鉄道の直流電化区間における所定区間内の変電所における架線との接続点の電圧である変電所電圧を制御する直流き電電圧制御装置であって、
   前記所定区間を走行する各列車毎の列車モデル情報、前記各変電所毎の変電所モデル情報、および前記所定区間のき電網モデル情報を格納するモデル情報格納部と、
   前記変電所毎に定められた前記変電所電圧の固定電圧値を格納する固定電圧値格納部と、
   前記所定区間を走行している各列車の位置、および当該列車が力行中であるか回生中であるかを含む各列車の運転状態情報を取得する列車運転状態情報取得部と、
   前記運転状態情報に基づいて、前記所定区間内における制御区間を動的に決定する制御区間決定部と、
   前記固定電圧値を前記制御区間の両端部に位置する２つの第１の変電所にそれぞれ出力する第１変電所電圧固定部と、
   前記列車モデル情報、前記変電所モデル情報、前記き電網モデル情報、前記運転状態情報、および前記第１の変電所の前記変電所電圧ならびに前記第１の変電所から架線に流出する変電所電流に基づいて、２つの前記第１の変電所間に位置する少なくとも１つの第２の変電所における前記変電所電圧の設定電圧値を算出して前記第２の変電所に出力する第２変電所電圧算出部と、
   を備えることを特徴とする直流き電電圧制御装置。
7. 前記制御区間決定部は、前記所定区間内において、前記列車運転状態情報取得部が前記運転状態情報を取得できなかった列車が存在する区間以外の区間を前記制御区間として決定することを特徴とする請求項６に記載の直流き電電圧制御装置。
8. 前記第２変電所電圧算出部は、２つの前記第１の変電所のうちの少なくとも一方が前記変電所電圧を前記固定電圧値に制御できないことを検知した場合に、前記設定電圧値を十分に高い値に設定することを特徴とする請求項６に記載の直流き電電圧制御装置。
9. 前記第２変電所電圧算出部は、前記第１の変電所の前記変電所電圧が前記固定電圧値を所定量以上上回った場合に、前記第１の変電所が前記変電所電圧を前記固定電圧値に制御できないと判断することを特徴とする請求項８に記載の直流き電電圧制御装置。
10. 前記第２変電所電圧算出部は、前記第１の変電所の前記変電所電流が略０となった場合に、前記第１の変電所が前記変電所電圧を前記固定電圧値に制御できないと判断することを特徴とする請求項８に記載の直流き電電圧制御装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の直流き電電圧制御装置と、
    ２つの前記第１の変電所と、
    少なくとも１つの前記第２の変電所と、
    を含むことを特徴とする直流き電電圧制御システム。
12. 前記第１の変電所は、前記変電所電圧が前記固定電圧値を上回らないように、当該第１の変電所への流入電流を吸収することを特徴とする請求項１１に記載の直流き電電圧制御システム。

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