JP6125372B2 - 鉄道電力管理システム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、鉄道電力管理システムに関する。
従来、電力会社と契約した所定の電力量を超過しないように運行ダイヤを変更することにより運行側のエネルギー消費量を削減する技術が知られている。このような技術では、駅設備を含めた鉄道システム全体の省エネルギー化のために、運行側の省エネルギー化に加えて駅側の省エネルギー化も行われる場合がある。この場合、運行側の省エネルギー化と駅側の省エネルギー化とは互いに独立して行われることが一般的である。
特開平5−16808号公報
上記のような技術では、一例として、運行側の省エネルギー化と駅側の省エネルギー化とを統一的に行うことができれば望ましい。
実施形態による鉄道電力管理システムは、一例として、運行管理システムと、駅管理システムと、制御システムとを備える。運行管理システムは、鉄道車両の運行管理を行う。駅管理システムは、駅設備の運用管理を行う。制御システムは、鉄道車両により消費される第1消費電力と駅設備により消費される第2消費電力との総和が所定の電力規制値以下になるように運行管理システムおよび駅管理システムを制御する。なお、運行システムは、鉄道車両の運行制御なども行う。また、制御システムは、運行管理システムおよび駅管理システムを通じて鉄道車両の運行や駅設備を制御する。運行管理システムは、鉄道車両の運行に関する複数の運行パターンを切り替えることにより、第1消費電力を変更することが可能なように構成されている。駅管理システムは、駅設備の運用に関する複数の運用パターンを切り替えることにより、第2消費電力を変更することが可能なように構成されている。制御システムは、第1消費電力と第2消費電力との総和が電力規制値以下になるような運行パターンおよび運用パターンを決定し、決定した運行パターンおよび運用パターンを運行管理システムおよび駅管理システムに通知するように構成されている。制御システムは、複数の運用パターンのうち第2消費電力が最も小さい運用パターンを選択した状態で複数の運行パターンを順次選択し、選択した運行パターンおよび運用パターンに対応する総和と電力規制値とを比較するように構成されている。
図1は、本実施形態による鉄道電力管理システムの全体構成の一例を示した図である。 図2は、本実施形態による運行EMSにおける運行パターンと消費電力の予想値との関係の一例を示した図である。 図3は、本実施形態による駅EMS(A駅)における運用パターンと消費電力の予想値との関係の一例を示した図である。 図4は、本実施形態による駅EMS(B駅)における運用パターンと消費電力の予想値との関係の一例を示した図である。 図5は、本実施形態による駅EMSにおける運用パターンが優先度に従って緩和される前の消費電力の予想値と電力規制値との関係の一例を示した図である。 図6は、本実施形態による駅EMSにおける運用パターンが優先度に従って緩和された後の消費電力の予想値と電力規制値との関係の一例を示した図である。 図7は、本実施形態による鉄道EMSにより実行される処理フローの一例を示したフローチャートである。
以下、実施形態を図面に基づいて説明する。
まず、図1〜図6を参照して、本実施形態による鉄道電力管理システム100の構成の一例について説明する。なお、鉄道とは、LRT(Light Rail Transit)などの交通システムを含む広い概念である。
図1に示すように、鉄道電力管理システム100は、運行EMS(Energy Manegement System)10と、駅システム20と、鉄道EMS30とを備える。なお、運行EMS10および鉄道EMS30は、それぞれ、「運行管理システム」および「制御システム」の一例である。
運行EMS10は、鉄道車両11の運行管理を行うように構成されている。具体的には、運行EMS10は、鉄道車両11の運行ダイヤの制御(間引き運転や折り返し運転など)を行うことにより、鉄道車両11により消費される電力(第1消費電力)を制御することが可能なように構成されている。なお、鉄道車両11は、変電設備40から供給される電力(き電電力)に基づいて運行するように構成されている。
また、駅システム20は、複数の駅(図1では、A駅、B駅など)に対応するように複数設けられている。これら複数の駅システム20は、それぞれ、駅設備21と、駅EMS22とを含む。なお、駅EMS22は、「駅管理システム」の一例である。
駅EMS22は、駅設備21の運用管理を行うように構成されている。具体的には、駅EMS22は、駅設備21に含まれる照明の間引きや空調の温度調整などを行うことにより、駅設備21により消費される電力(第2消費電力)を制御することが可能なように構成されている。なお、駅設備21は、変電設備40から供給される電力に基づいて運用されるように構成されている。
ここで、本実施形態では、鉄道EMS30は、鉄道車両11により消費される第1消費電力と駅設備21により消費される第2消費電力との総和が所定の電力規制値以下になるように運行EMS10および駅EMS22を制御するように構成されている。なお、電力規制値とは、電力会社50から鉄道EMS30に入力される値であり、運行側と駅側とを含むシステム全体のエネルギー消費量を規制するためのものである。
また、本実施形態では、運行EMS10および駅EMS22は、それぞれ、第1消費電力および第2消費電力の予想値を算出することが可能なように構成されている。そして、鉄道EMS30は、これら第1消費電力および第2消費電力の予想値の総和と電力規制値とを比較して、予想値の総和が電力規制値以下になるように運行EMS10および駅EMS22を制御するように構成されている。
より具体的には、運行EMS10は、鉄道車両11の運行ダイヤに関する複数の運行パターン(図2参照)を切り替えることにより、第1消費電力の省電力化を図ることが可能なように構成されている。図2には、一例として、3個の運行パターンP1、P2およびP3と、これら3個の運行パターンP1〜P3にそれぞれ対応する消費電力(第1消費電力)の予想値とがグラフ表示されている。
運行パターンP1は、間引き運転も折り返し運転もしない通常の運行パターンである。また、運行パターンP2は、運行パターンP1に対して部分的に間引きを施した運行パターンである。また、運行パターンP3は、運行パターンP2に対して更に間引きおよび折り返しを施した運行パターンである。図2に示すように、各運行パターンに対応する消費電力(第1消費電力)の予想値は、運行パターンP1、P2およびP3の順に徐々に小さくなっている。ここで、本実施形態は、これらの運行パターンP1〜P3の全てが運行EMS10に予め設定されているような構成であってもよいし、運行パターンP1およびP2のみが運行EMS10予め設定され、かつ、予め設定された運行パターンP2にリアルタイムで調整を加えることにより新たな運行パターンP3が生成されるような構成であってもよい。
また、上記運行EMS10と同様に、駅EMS22は、駅設備21の運用に関する複数の運用パターン(図3および図4参照)を切り替えることにより、第2消費電力の省電力化を図ることが可能なように構成されている。図3には、一例として、A駅に対応する駅設備21の3個の運用パターンP11、P12およびP13と、これら運用パターンP11〜P13にそれぞれ対応する消費電力(第2消費電力)の予想値とがグラフ表示されている。また、図4には、B駅に対応する駅設備21の3個の運用パターンP21、P22およびP23と、これら3個の運用パターンP21〜P23にそれぞれ対応する消費電力(第2消費電力)の予想値とがグラフ表示されている。図3(図4)に示すように、各運用パターンにそれぞれ対応する消費電力(第2消費電力)の予想値は、運用パターンP11、P12およびP13(P21、P22およびP23)の順に徐々に小さくなっている。なお、上記運行パターンP1〜P3と同様に、本実施形態は、運用パターンP11〜P13(P21〜P23)の全てが駅EMS22に予め設定されているような構成であってもよい。また、本実施形態は、予め設定された運用パターンP11〜P13(P21〜P23)を運行EMS10から取得される最新のダイヤ情報(運行パターン)や日照予報などに基づいてリアルタイムで調整するような構成であってもよい。
本実施形態では、鉄道EMS30は、第1消費電力および第2消費電力の予想値の総和が電力規制値以下になるような運行パターンおよび運用パターンを上記複数の運行パターンおよび運用パターンの中から決定し、決定した運行パターンおよび運用パターンで運行EMS10および駅EMS22をそれぞれ運用するように構成されている。
より具体的には、まず、鉄道EMS30は、複数の運用パターンのうち第2消費電力が最も小さい運用パターン(たとえば、図3および図4の運用パターンP13およびP23)を選択した状態で、複数の運行パターンを第1消費電力が大きい順に順次選択し、選択した運行パターンおよび運用パターンに対応する予想値の総和(運行側と駅側とを含むシステム全体の消費電力の総和)と電力規制値とを比較するように構成されている。そして、これらの比較結果に基づいて、鉄道EMS30は、予想値の総和が電力規制値以下になった際に選択していた運行パターンおよび運用パターンを、運行EMS10および駅EMS22を運用するための運行パターンおよび運用パターンとして決定するように構成されている。
なお、上記のように複数の運行パターンを第1消費電力が大きい順に順次選択していくと、選択した運行パターンに対応する第1消費電力が最低限のサービスを提供するのに必要な電力値よりも小さくなってしまう場合がある。このため、本実施形態では、鉄道EMS30は、複数の運行パターンを順次選択する際に、第1消費電力が最低限のサービスを提供するのに必要な電力値以上であるか否かを判断し、第1消費電力が最低限のサービスを提供するのに必要な電力値よりも小さくなる場合には、電力規制値を受け入れることが困難である旨を電力会社50に対して通知するように構成されている。これにより、本実施形態では、一例として、より高い料金プランに移行したりすることができるので、鉄道車両11および駅設備21の利用者の利便性と電力網の安定性とを損なわないデマンドレスポンスに対応した鉄道電力管理システム100を提供することが可能である。なお、最低限のサービスを提供するのに必要な電力値は、事業者が適宜入力するようなものであってもよいし、予め設定された閾値のようなものであってもよい。
また、本実施形態では、鉄道EMS30は、上記のように決定した運行パターンおよび運用パターンに対応する予想値の総和が電力規制値よりも所定値以上小さい場合には、予想値の総和が電力規制値以下になる範囲で、運用パターンを第2消費電力がより大きいものに切り替えるように構成されている。すなわち、鉄道EMS30は、運行パターンおよび運用パターンを決定した後に、決定した運行パターンおよび運用パターンに対応するシステム全体の消費電力の予想値(運行側の第1消費電力の予想値と駅側の第2消費電力の予想値との総和)と電力規制値とを比較して、電力規制値に対する余裕値が存在するか否かを判断するように構成されている。そして、鉄道EMS30は、電力規制値に対する余裕値が存在すると判断した場合に、運行パターンをより消費電力(第2消費電力)が大きいものに切り替える(緩和する)ように構成されている。なお、このとき、鉄道EMS30は、複数の駅設備21のうち優先度の高い駅設備21(たとえば、利用者が多い駅の駅設備)から順に運用パターンを緩和するように構成されている。
ここで、図5および図6を参照して、上記のような運用パターンの緩和についてより具体的に説明する。なお、図5および図6に示した数値はあくまで一例であって、これに限られるものではない。
図5は、運用パターンが緩和される前の各消費電力(予想値)を時間帯別に一覧表示した表である。この図5には、3個の駅EMS22(A駅、B駅およびC駅)にそれぞれ3個ずつ設定された複数の運用パターン(パターンP11〜P13、P21〜P23およびP31〜P33)に対応する第2消費電力の予想値と、第2消費電力の予想値の総和(駅電力total)と、現在の運行パターンに対応する第1消費電力の予想値(き電電力total)と、駅電力totalおよびき電電力totalの総和(電力total)と、電力規制値と、電力規制値に対する余裕値(電力規制値および電力totalの差)とが時間帯別に示されている。ここで、図5の斜線のハッチングは、緩和前の運用パターンを示している。すなわち、図5に示すように、運用パターンが緩和される前では、A駅、B駅およびC駅の全ての全時間帯において、消費電力が最も小さい運用パターンP13、P23およびP33が選択されている。そして、5つの時間帯(8:00〜9:00、9:00〜10:00、10:00〜11:00、13:00〜14:00および14:00〜15:00)で、0以上の余裕値が存在している。
一方、図6は、図5において選択されていた運用パターンが各駅に設定された優先度(A駅:優先度1位、B駅:優先度2位、C駅:優先度3位)に従って緩和された後の各消費電力(予想値)を時間帯別に一覧表示した表である。図6に示すように、図5において「1」という余裕値が存在していた8:00〜9:00の時間帯では、A駅の運用パターンがP13からP11に緩和されている。この運用パターンP11は、運用パターンP13よりも消費電力(予想値)が「1」だけ大きいので、その分、「1」という余裕値が小さくなって「0」になる。同様に、9:00〜10:00の時間帯では、優先度1位のA駅の運用パターンがP13からP11に緩和されるとともに、優先度2位のB駅の運用パターンがP23からP22に緩和されることにより、図5において存在していた余裕値「2」が「0」になっている。
また、10:00〜11:00の時間帯では、優先度1位のA駅の運用パターンがP13からP11に緩和されることにより、図5において存在していた余裕値「1」が「0」になっている。また、13:00〜14:00の時間帯では、優先度1位のA駅の運用パターンがP13からP12に緩和され、優先度2位のB駅の運用パターンがP23からP21に緩和され、かつ、優先度3位のC駅の運用パターンがP33からP31に緩和されることにより、図5において存在していた余裕値「3」が「0」になっている。また、14:00〜15:00の時間帯では、優先度1位のA駅の運用パターンがP13からP12に緩和されるとともに、優先度2位のB駅の運用パターンがP23からP21に緩和されることにより、図5において存在していた余裕値「2」が「0」になっている。
次に、図7を参照して、本実施形態による鉄道電力管理システム100の鉄道EMS30により実行される処理フローの一例について説明する。
この処理フローでは、まず、図7に示すように、ステップS1において、電力会社50から電力規制値が入力されたか否かを判断する処理が実行される。このステップS1の処理は、電力規制値が入力されたと判断されるまで繰り返される。そして、ステップS1において、電力規制値が入力されたと判断された場合に、ステップS2に進む。
次に、ステップS2において、運行EMS10に予め設定された複数の運行パターンの全てに対応する消費電力予想値(第1消費電力の予想値)を運行EMS10から取得する処理が実行され、ステップS3に進む。
次に、ステップS3において、駅EMS22に予め設定された複数の運用パターンの全てに対応する消費電力予想値(第2消費電力の予想値)を複数の駅EMS22の全てから取得する処理が実行され、ステップS4に進む。
次に、ステップS4において、上記予め設定された複数の運用パターンの中から消費電力(第2消費電力)が最小の運用パターン(図3〜図5に示した例では、A駅の運用パターンP13、B駅の運用パターンP23、C駅の運用パターンP33)が各駅EMS22毎に選択され、これらの運用パターンのそれぞれに対応する第2消費電力の予想値の総和を算出する処理が実行される。そして、ステップS5に進む。
次に、ステップS5において、上記予め設定された複数の運行パターンの中から消費電力(第1消費電力)が最大の運行パターン(図2に示した例では、運行パターンP1)が選択され、運行側と駅側とを含むシステム全体の消費電力の予想値を算出する処理が実行される。具体的には、このステップS5において選択された運行パターンに対応する第1消費電力の予想値が、上記ステップS4の処理により算出された第2消費電力の予想値の総和に加算されることにより、システム全体の消費電力の予想値が算出される。そして、ステップS6に進む。
次に、ステップS6において、上記ステップS5(または後述するステップS10)において算出されたシステム全体の消費電力の予想値が、上記ステップS1において入力された電力規制値以下であるか否かを判断する処理が実行される。
上記ステップS6において、システム全体の消費電力の予想値が電力規制値以下であると判断された場合には、ステップS7に進む。そして、ステップS7において、電力規制値に対する余裕値が存在するか否か(システム全体の消費電力の予想値が電力規制値よりも所定値以上小さいか否か)を判断する処理が実行される。このステップS7において、電力規制値に対する余裕値が存在すると判断された場合には、ステップS8に進む。そして、ステップS8において、各駅設備21の運用パターンを優先度順に緩和する処理(図5および図6参照)が実行され、処理が終了する。なお、ステップS7において、電力規制値に対する余裕値が存在しないと判断された場合には、ステップS8のような処理は行われずに、そのまま処理が終了する。
一方、上記ステップS6において、システム全体の消費電力の予想値が電力規制値よりも大きいと判断された場合には、ステップS9に進む。そして、ステップS9において、鉄道車両11の運行パターンを消費電力がより小さいものに切り替えても最低限のサービスを提供することが可能か否かを判断する処理が実行される。具体的には、現在の運行パターンを消費電力がより小さいものに切り替えた場合に、切り替え後の運行パターンに対応する消費電力が、最低限のサービスを提供するのに必要な電力値以上であるか否かを判断する処理が実行される。
上記ステップS9において、運行パターンを切り替えても最低限のサービスを提供することが可能であると判断された場合には、ステップS10に進む。そして、ステップS10において、現在の運行パターンを消費電力がより小さいものに変更し、システム全体の消費電力の予想値(運行側の第1消費電力の予想値と駅側の第2消費電力の予想値との総和)を再度算出する処理が実行される。なお、変更先の運行パターンは、運行EMS10に予め設定された運行パターン(たとえば、図2の運行パターンP2)であってもよいし、予め設定された運行パターンに基づいて生成されたもの(たとえば、図2の運行パターンP2に基づいて生成された運行パターンP3)であってもよい。このようなステップS10の処理が実行された後には、上記ステップS6に戻る。
なお、上記ステップS9において、運行パターンを切り替えた場合には最低限のサービスを提供することが不可能であると判断された場合には、ステップS11に進む。そして、ステップS11において、現状以上の省電力化を行わない旨(電力規制値を受け入れることが困難である旨)を電力会社50に通知する処理が実行され、処理が終了する。
以上説明したように、本実施形態では、一例として、鉄道EMS30は、鉄道車両11により消費される第1消費電力と駅設備21により消費される第2消費電力との総和が所定の電力規制値以下になるように運行EMS10および駅EMS22を制御するように構成されている。これにより、一例として、運行側の省エネルギー化と駅側の省エネルギー化とが互いに手動で別々に行われる場合と異なり、運行側の省エネルギー化と駅側の省エネルギー化とを鉄道EMS30によって自動で統一的に行うことができる。
また、本実施形態では、一例として、運行EMS10および駅EMS22は、それぞれ、第1消費電力および第2消費電力の予想値を算出することが可能なように構成されており、鉄道EMS30は、第1消費電力および第2消費電力の予想値の総和が電力規制値以下になるように運行EMS10および駅EMS22を制御するように構成されている。これにより、一例として、運行EMS10および駅EMS22により算出される予想値に基づいて、運行側および駅側の省エネルギー化を定量的に精度よく行うことができる。
また、本実施形態では、一例として、運行EMS10は、鉄道車両11の運行に関する複数の運行パターン(図2に示した例では、運行パターンP1〜P3)を切り替えることにより、第1消費電力の省電力化を図ることが可能なように構成されているとともに、駅EMS22は、駅設備21の運用に関する複数の運用パターン(図3〜図6に示した例では、運用パターンP11〜P13、P21〜P22およびP31〜P33)を切り替えることにより、第2消費電力の省電力化を図ることが可能なように構成されている。そして、鉄道EMS30は、第1消費電力および第2消費電力の予想値の総和が電力規制値以下になるような運行パターンおよび運用パターンを決定し、決定した運行パターンおよび運用パターンで運行EMS10および駅EMS22をそれぞれ運用するように構成されている。これにより、一例として、複数の運行パターンおよび運用パターンをそれぞれ切り替えるだけで、容易に、運行側および駅側の省エネルギー化を行うことができる。
また、本実施形態では、一例として、鉄道EMS30は、複数の運用パターンのうち第2消費電力が最も小さい運用パターン(図3〜図6に示した例では、A駅の運用パターンP13、B駅の運用パターンP23、C駅の運用パターンP33)を選択した状態で複数の運行パターンを順次選択し、選択した運行パターンおよび運用パターンにそれぞれ対応する第1消費電力および第2消費電力の予想値の総和と電力規制値とを比較するように構成されている。これにより、一例として、駅側では最大限の省エネルギー化が行われた状態で運行側の省エネルギー化が行われるので、省エネルギー化によって利用者に与える影響がより大きい運行側の電力を優先的に確保しながら、運行側と駅側とを含むシステム全体の省エネルギー化を行うことができる。
また、本実施形態では、一例として、鉄道EMS30は、第1消費電力が大きい順に複数の運行パターンを順次選択するように構成されている。これにより、一例として、第1消費電力および第2消費電力の予想値の総和が電力規制値以下になるような運行パターンを、質の高いサービスを提供することが可能な運行パターン(第1消費電力が大きい運行パターン)から順に探索することができるので、省エネルギー化が行われることに起因してサービスの質が低下するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、一例として、鉄道EMS30は、決定した運行パターンおよび運用パターンにそれぞれ対応する第1消費電力および第2消費電力の予想値の総和が電力規制値よりも所定値以上小さい場合(電力規制値に対する余裕値が存在する場合)には、予想値の総和が電力規制値以下になる範囲で、運用パターンを第2消費電力がより大きいものに切り替える(緩和する)ように構成されている。これにより、一例として、運行側および駅側の省エネルギー化が行われた場合でも、予想値の総和が電力規制値以下になる範囲で、駅設備21において提供されるサービスの質を高めることができる。
また、本実施形態では、一例として、鉄道EMS30は、複数の駅設備21のうち優先度の高い駅設備21から順に、運用パターンを第2消費電力がより大きいものに切り替える(緩和する)ように構成されている。これにより、一例として、優先度の高い駅設備21において提供されるサービスの質を高めることができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで一例であって、発明の範囲を限定することは意図していない。上記実施形態は、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。上記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。
10 運行EMS(運行管理システム)
11 鉄道車両
21 駅設備
22 駅EMS(駅管理システム)
30 鉄道EMS(制御システム)
100 鉄道電力管理システム

Claims (4)

  1. 鉄道車両の運行管理を行う運行管理システムと、
    駅設備の運用管理を行う駅管理システムと、
    前記鉄道車両により消費される第1消費電力と前記駅設備により消費される第2消費電力との総和が所定の電力規制値以下になるように前記運行管理システムおよび前記駅管理システムを制御する制御システムとを備え
    前記運行管理システムは、前記鉄道車両の運行に関する複数の運行パターンを切り替えることにより、前記第1消費電力を変更することが可能なように構成されており、
    前記駅管理システムは、前記駅設備の運用に関する複数の運用パターンを切り替えることにより、前記第2消費電力を変更することが可能なように構成されており、
    前記制御システムは、前記第1消費電力と前記第2消費電力との総和が前記電力規制値以下になるような前記運行パターンおよび前記運用パターンを決定し、決定した前記運行パターンおよび前記運用パターンを前記運行管理システムおよび前記駅管理システムに通知するように構成されており、
    前記制御システムは、前記複数の運用パターンのうち前記第2消費電力が最も小さい運用パターンを選択した状態で前記複数の運行パターンを順次選択し、選択した前記運行パターンおよび前記運用パターンに対応する前記総和と前記電力規制値とを比較するように構成されている、鉄道電力管理システム。
  2. 前記制御システムは、前記第1消費電力が大きい順に前記複数の運行パターンを順次選択するように構成されている、請求項に記載の鉄道電力管理システム。
  3. 前記制御システムは、決定した前記運行パターンおよび前記運用パターンに対応する前記総和が前記電力規制値よりも所定値以上小さい場合には、前記総和が前記電力規制値以下になる範囲で、前記運用パターンを前記第2消費電力がより大きいものに切り替えるように構成されている、請求項に記載の鉄道電力管理システム。
  4. 前記駅設備は、複数設けられており、
    前記制御システムは、複数の前記駅設備のうち優先度の高い前記駅設備から順に、前記運用パターンを前記第2消費電力がより大きいものに切り替えるように構成されている、請求項に記載の鉄道電力管理システム。
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