JP6272593B1

JP6272593B1 - 直流き電電圧算出装置、直流き電電圧制御システム、直流き電電圧算出プログラム、および直流き電電圧算出方法

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Publication number: JP6272593B1
Application number: JP2017554422A
Authority: JP
Inventors: 浩範持丸; 敬喜藤田; 健詞上田; 敏裕和田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-06-07
Filing date: 2017-06-07
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2037-06-07
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Abstract

直流き電電圧算出装置（１）は、モデル情報記憶部（１３）と、走行履歴情報記憶部（１１）と、電圧設定値算出部（２２）とを備える。モデル情報記憶部（１３）は、モデル情報を記憶する。走行履歴情報記憶部（１１）は、直流電化区間を前日以前に走行した複数の列車の位置および電力の状態を示す走行履歴情報を列車毎に記憶する。電圧設定値算出部（２２）は、モデル情報と走行履歴情報とに基づいて、直流電化区間における消費電力量が予め設定された条件を満たすように変電所電圧を制御する電圧設定値を算出する。

Description

本発明は、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ変電所から印加される電圧である変電所電圧を算出する直流き電電圧算出装置、直流き電電圧制御システム、直流き電電圧算出プログラム、および直流き電電圧算出方法に関する。

近年、省エネルギーなどを目的として列車に備えられた回生ブレーキで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。特許文献１では、直流電化区間において回生電力を有効活用するため、直流電化区間において回生電力を考慮した消費電力量に基づいて列車運行を行う技術が提案されている。

特開２０１３−１３２９８０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、消費電力量の低減を図るために列車の走行速度または加減速度を制御することから、列車の走行を制御することが難しいような場合には、直流電化区間における消費電力量の低減を適切に図ることができない可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、直流電化区間における消費電力量の低減を図ることができる直流き電電圧算出装置を得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に、本発明の直流き電電圧算出装置は、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ変電所から印加される電圧である変電所電圧を算出する直流き電電圧算出装置であって、前記直流き電電圧算出装置は、モデル情報記憶部と、走行履歴情報記憶部と、電圧設定値算出部とを備える。前記モデル情報記憶部は、前記直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、前記変電所の位置情報を含むき電網モデル情報と、前記変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を記憶する。前記走行履歴情報記憶部は、前記直流電化区間を前日以前に走行した複数の列車の位置および電力の状態を示す走行履歴情報を前記列車毎に記憶する。前記電圧設定値算出部は、前記モデル情報と前記走行履歴情報とに基づいて、前記直流電化区間における消費電力量が予め設定された条件を満たすように前記変電所電圧を制御する電圧設定値を算出する。

本発明によれば、直流電化区間における消費電力量の低減を図ることができる、という効果を奏する。

実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムの構成例を示す図実施の形態１にかかる回生車における回生絞り込み制御の一例を示す図実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置の構成例を示す図実施の形態１にかかる走行履歴情報テーブルの一例を示す図実施の形態１にかかる走行履歴情報テーブルの他の例を示す図実施の形態１にかかる条件情報テーブルの一例を示す図実施の形態１にかかるモデル情報の一例を示す図実施の形態１にかかる電圧設定値情報テーブルの一例を示す図実施の形態１にかかる処理部の直流き電電圧算出処理の一例を示すフローチャート実施の形態１にかかる電圧設定値情報の生成処理の一例を示すフローチャート実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置のハードウェア構成の一例を示す図

以下に、本発明の実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置、直流き電電圧制御システム、直流き電電圧算出プログラム、および直流き電電圧算出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムの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システム１００は、直流き電電圧算出装置１と、直流き電電圧制御装置２とを備える。

直流き電電圧算出装置１は、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの設定値である電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを単位時間ＴＡ毎に算出する。変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎは、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線５へ変電所３_１〜３_ｎから印加される直流電圧であり、き電電圧とも呼ばれる。

変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎは変電所３_１〜３_ｎとき電線５との接続点に印加されるが、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎは、き電線５の電圧を制御することができるものであればよく、変電所３とき電線５との接続点の電圧を結果的に制御できる電圧であればよい。

直流き電電圧制御装置２は、直流き電電圧算出装置１によって算出された電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを含む電圧指令Ｖｒ１〜Ｖｒｎを生成し、生成した電圧指令Ｖｒ１〜Ｖｒｎを変電所３_１〜３_ｎへネットワーク４を介して出力する。

変電所３_１〜３_ｎは、電圧指令Ｖｒ１〜Ｖｒｎに含まれる電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎに基づいて、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを有する変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎをき電線５へ印加する。具体的には、変電所３_１は、電圧設定値Ｖｓ１を有する変電所電圧Ｖｏ１をき電線５へ印加し、変電所３_２は、電圧設定値Ｖｓ２を有する変電所電圧Ｖｏ２をき電線５へ印加し、変電所３_ｎは、電圧設定値Ｖｓｎを有する変電所電圧Ｖｏｎをき電線５へ印加する。

このように、直流き電電圧制御システム１００は、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線５へ印加される変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎを制御するシステムである。以下において、変電所３_１〜３_ｎを総称して変電所３と記載し、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎを変電所電圧Ｖｏと記載し、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを電圧設定値Ｖｓと記載し、電圧指令Ｖｒ１〜Ｖｒｎを電圧指令Ｖｒと記載する場合がある。

直流電化区間を走行する列車６_１〜６_ｍは、き電線５から供給される電力に基づき、力行運転を行う。また、列車６_１〜６_ｍは、制動の際に回生ブレーキにより電力回生を行ってき電線５へ回生電力を供給することができる。以下、列車６_１〜６_ｍを総称して列車６と記載する場合がある。

ここで、電力回生を行っている列車を「回生車」、回生ブレーキで発生した回生電力であって回生電力絞り込み制御がなければ回生可能な最大電力を「回生可能電力」、回生可能電力の場合に回生車から架線へ供給される電流を「回生可能電流」と記載する。また、回生電力絞り込み制御が行われた状態で架線へ回生できる電力を「回生電力」、回生電力絞り込み制御が行われた状態で架線へ供給される電流を「回生電流」と記載する。

また、回生車で発生した回生電力は、力行運転を行っている列車に架線を通じて供給される。以下、力行運転を行っている列車を「力行車」と記載し、力行車の走行に必要な電力を「力行電力」と記載する。

回生電力に対して力行電力が少ないと、回生電力が過多となりき電線５の電圧が高くなりすぎる。列車６は、き電線５の電圧が高くなりすぎることを防止するため、回生ブレーキで発生した回生電力の一部または全部のき電線５への供給を抑制する回生絞り込み制御を行う。

回生絞り込み制御は、き電線５に接続された架線に列車６のパンタグラフが接する点の電圧であるパンタ点電圧に基づいて行われる。図２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。横軸はパンタ点電圧を示し、縦軸は回生電力を示す。回生電力はパンタ点電圧と回生電流との積である。

回生車が回生電流、すなわち回生電力を架線に供給すると、パンタ点電圧が上昇する。回生車は、パンタ点電圧が図中に示す回生絞り込み開始電圧値Ｖ_{ｓｔａｒｔ}未満の領域では回生可能な最大電力である回生可能電力を架線へ供給するが、パンタ点電圧が回生絞り込み開始電圧値Ｖ_{ｓｔａｒｔ}以上となる領域では架線へ回生する回生電力を減少させる制御である回生絞り込み制御を行う。

なお、一般に１５００Ｖ系の直流電化区間では、回生絞り込み開始電圧値Ｖ_{ｓｔａｒｔ}が例えば約１６５０Ｖから約１７８０Ｖ程度に設定され、回生絞り込み終了電圧値Ｖ_ｅｎｄが例えば約１７００Ｖから約１８００Ｖ程度に設定される。このような直流電化区間に在線する回生車では、回生絞り込み開始電圧値Ｖ_{ｓｔａｒｔ}から回生絞り込み終了電圧値Ｖ_ｅｎｄまでの間でパンタ点電圧が高いほど回生絞り込み量を高めるように回生絞り込み制御が行われる。

かかる回生絞り込み制御が実施された場合、いわゆる回生失効により回生電力の一部が回生車で無駄に消費されるため、消費された回生電力を力行電力として有効に活用することができなくなる。そこで、直流き電電圧制御システム１００では、回生電力を有効に活用して直流電化区間における消費電力量の低減を図ることができるように直流き電電圧算出装置１が電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出する。

直流き電電圧制御装置２は、直流き電電圧算出装置１によって算出された電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを有する変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎがき電線５へ印加されるように変電所３_１〜３_ｎを制御する。これにより、直流電化区間における消費電力量の低減を図ることができるように、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎが制御される。

列車６は、ＣＢＴＣ（Communication Based Train Control）と呼ばれる無線列車制御システムの列車である。そのため、各列車６の位置および電力を示す列車情報を無線通信によってリアルタイムで収集し、収集した列車情報に基づいて、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎをリアルタイムに制御することも考えられる。

この場合、各列車６から列車情報を収集するための通信時間、および変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの最適な値である電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出するための算出時間が必要である。したがって、各列車６から収集された列車情報を用いてリアルタイムに変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎを制御しようとすると、通信時間および算出時間によって制御遅れが生じ、十分な省エネルギー効果が得られない可能性がある。また、通信時間および算出時間を考慮した推定演算によって電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出する場合でも、精度よく推定するのは難しく、推定誤差によって十分な省エネルギー効果が得られない可能性がある。

そこで、直流き電電圧算出装置１は、直流電化区間を前日以前に走行した複数の列車６の位置および電力の状態を示す走行履歴情報に基づいて、直流電化区間における消費電力量が予め設定された条件を満たすに最適な電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出する。これにより、列車情報をリアルタイムで収集し変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎをリアルタイムで制御する場合に比べ、制御遅れによる損失を防ぎ、省エネルギー効果の向上を図ることができる。

図１に示すように、直流き電電圧算出装置１は、記憶部１０と、処理部２０とを備える。記憶部１０は、モデル情報と列車６毎の走行履歴情報とを記憶している。モデル情報は、列車６の回生絞り込み制御に用いられる情報を含む列車モデル情報と、変電所３の位置情報を含むき電網モデル情報と、変電所電圧Ｖｏの制御範囲を示す制御情報を含む変電所モデル情報とを含む。

また、走行履歴情報は、前日以前に走行した列車６の位置および電力の状態を示す情報を含む。列車６の電力を示す情報には、列車６の力行電力、回生電力、および補機電力を示す情報を含む。

処理部２０は、記憶部１０に記憶されたモデル情報と走行履歴情報とに基づいて、直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの値を繰り返し変更しながら電力シミュレーションを行う。

処理部２０は、繰り返し行った電力シミュレーションで算出に用いられた変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの値のうち、変電所３_１〜３_ｎからき電線５へ供給される総消費電力量が最も小さくなる変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの値を電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎとして算出する。

処理部２０は、列車６が走行する際の状況に適した電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出することができる。ここで、列車６が走行する際の状況とは、列車６が走行する時間帯、曜日、季節、および天気といった列車６の走行に影響を与える状況であり、社会的環境および自然的環境を含む。処理部２０は、状況毎の電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出し、直流き電電圧制御装置２へ出力することができる。

処理部２０は、直流き電電圧算出装置１によって算出された状況毎の電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを取得して記憶部１０に記憶する。処理部２０は、記憶部１０に記憶した状況毎の電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎのうち現在の状況と一致または類似する状況の電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを示す電圧設定情報を直流き電電圧制御装置２へ出力する。直流き電電圧制御装置２は、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを含む電圧指令Ｖｒ１〜Ｖｒｎを生成して、生成した電圧指令Ｖｒ１〜Ｖｒｎを変電所３_１〜３_ｎへネットワーク４を介して出力する。

このように、直流き電電圧算出装置１は、列車６が走行する際の状況に適した電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを予め算出する。そのため、列車６が走行する際の状況に合わせた適切な変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの制御が行われ、省エネルギー効果の向上をさらに図ることができる。以下、直流き電電圧算出装置１の構成および動作についてさらに詳細に説明する。

図３は、直流き電電圧算出装置１の構成例を示す図である。図３に示すように、直流き電電圧算出装置１は、上述した記憶部１０および処理部２０に加え、通信部３０を備える。通信部３０は、ネットワークを介して直流き電電圧制御装置２との間で情報の送受信を有線または無線によって行う。なお、通信部３０は、列車６に搭載された無線通信部を備える不図示の車上装置との間で情報の送受信を行うことができる。

記憶部１０は、走行履歴情報記憶部１１と、条件情報記憶部１２と、モデル情報記憶部１３と、電圧設定値記憶部１４とを備える。走行履歴情報記憶部１１は、前日以前の複数の列車６_１〜６_ｍの各々の走行履歴情報を含み、かかる列車６_１〜６_ｍの走行履歴情報は状況毎に複数の走行履歴情報テーブルに設定される。各列車６の走行履歴情報には、時刻毎の列車６の位置および電力を示す情報が含まれる。

図４は、走行履歴情報記憶部１１に記憶される走行履歴情報テーブル６１の一例を示す図である。かかる走行履歴情報テーブル６１は条件毎に走行履歴情報記憶部１１に記憶される。走行履歴情報テーブル６１は、「日種別」、「季節種別」、および「時間帯」の３つの状況種別で分類分けされた走行履歴情報を含む。各状況種別は、列車６が走行した際の状況を互いに異なる観点から分類分けした状況の種別を示しており、状況パラメータとして設定される。

図４に示す走行履歴情報テーブル６１においては、日種別が「平日」、季節種別が「夏」、および時間帯が「０時〜１時」である３つの状況パラメータで分類分けされた走行履歴情報を含む。すなわち、図４に示す走行履歴情報テーブル６１には、過去の夏の平日における０時〜１時における複数の列車６の走行履歴情報が含まれる。なお、図４では、列車６が走行した日時である走行日時の情報は図示されていないが、走行履歴情報テーブル６１には、列車６の走行日時の情報が含まれている。

図４に示す走行履歴情報テーブル６１に設定される走行履歴情報は、「時刻」、「列車ＩＤ」、「方面」、「位置」、および「電力」が互いに関連付けられた情報である。「時刻」は、過去に列車６が走行した時刻を示す情報であり、「列車ＩＤ」は、列車６毎に固有に割り当てられた識別情報である。「方面」は、列車６の進行方向を示す情報であり、「上り」と「下り」のいずれかが設定される。

「位置」は、直流電化区間における列車６の位置を示す情報であり、例えば、直流電化区間の一端を始端とした列車６の位置を示す情報である。「電力」は、列車６の電力を示す情報であり、「電力」が正の場合には、列車６の電力が力行電力であることを示し、「電力」が負の場合には、列車６の電力が上述した回生可能電力であることを示している。なお、「電力」には、力行電力および回生可能電力の他、列車６の補機で消費される電力を含むこともできる。

図４に示す走行履歴情報テーブル６１は、「日種別」、「季節種別」、および「時間帯」の３つの状況パラメータで分類分けされているが、走行履歴情報を分類分けする状況パラメータは、「日種別」、「季節種別」、および「時間帯」に限定されない。例えば、状況パラメータは、気温、湿度、および災害といった状況種別の情報を含んでいてもよい。なお、天気の種別には、晴れ、曇り、雨、暴風、雷、および雪が含まれ、災害の種別には、地震、火災、および水害が含まれる。

また、複数の状況パラメータには、列車６が走行する路線区内でのイベントの開催の有無、開催されるイベントの種別、開催時間、および開催規模といった社会的環境の状況を分類分けした情報を含んでいてもよい。なお、イベントの種別には、コンサート、スポーツイベント、フリーマーケット、ファッションショー、マラソン大会、祭り、およびその他のイベントが含まれる。

また、図４に示す「日種別」は、平日か祝日かを示す情報であるが、日種別は、曜日を示す情報であってもよい。また、状況パラメータは、「季節種別」ではなく、１月〜１２月のいずれであるかを示す「月種別」であってもよい。

上述したように、走行履歴情報記憶部１１には、１以上の状況パラメータを含む状況情報毎の走行履歴情報テーブル６１が含まれるが、列車６毎に走行履歴情報と状況情報とを関連付けた走行履歴情報テーブル６１を走行履歴情報記憶部１１に記憶することもできる。図５は、走行履歴情報記憶部１１に記憶される走行履歴情報テーブルの他の例を示す図である。

図５に示す走行履歴情報テーブル６１は、列車ＩＤがＴ１００１の列車６の走行履歴情報と状況情報とを含んでおり、「時刻」、「方面」、「位置」、「電力」、および「状況」が互いに関連付けられた情報である。図５に示す「時刻」、「方面」、「位置」、および「電力」は、図４に示す走行履歴情報テーブル６１の「時刻」、「方面」、「位置」、および「電力」と同じである。図５に示す「状況」は、上述した１以上の状況種別を示す状況パラメータの情報が含まれる。

図３に戻って記憶部１０の説明を続ける。記憶部１０の条件情報記憶部１２は、処理部２０によって行われる電力シミュレーションの算出時に用いられる状況条件を示す条件情報を記憶する。図６は、条件情報記憶部１２に記憶される条件情報テーブル６２の一例を示す図である。

図６に示す条件情報テーブル６２は、「日種別」と、「季節種別」と、「時間帯」とを関連付けた情報を含む。「日種別」は、平日と休日とを区別する情報であり、「季節」は、春、夏、秋、および冬を区別する情報である。「時間帯」は、時間帯を区別する情報であり、１時間単位の時間帯である。なお、「時間帯」は、ｐ分単位の時間帯であってもよく、ｑ時間単位の時間帯であってもよい。ｐおよびｑは自然数である。

なお、条件情報テーブル６２は、図６に示す３つの状況パラメータに限定されず、１以上の状況パラメータを含んでいればよい。図６に示す状況パラメータは、図４および図５に示す状況パラメータと同様に、自然的環境の状況を分類分けした情報および社会的環境の状況を分類分けした情報を含んでいてもよい。

図３に戻って記憶部１０の説明を続ける。記憶部１０のモデル情報記憶部１３は、モデル情報を記憶する。図７は、モデル情報記憶部１３に記憶されるモデル情報の一例を示す図である。図７に示すモデル情報７０は、直流電化区間内を走行する各列車６の列車モデル情報７１、各変電所３の変電所モデル情報７２、およびき電網モデル情報７３を記憶する。

列車モデル情報７１は、直流電化区間を走行する各列車６における回生電力絞り込み量を制御するための情報であり、回生絞り込み開始電圧値Ｖ_{ｓｔａｒｔ}の情報および回生絞り込み終了電圧値Ｖ_ｅｎｄの情報を含む。なお、直流電化区間を走行する複数の列車６には、無線通信部を備える車上装置を搭載していない列車６も含まれている。

変電所モデル情報７２は、各変電所３の変電所電圧Ｖｏを制御するための情報であり、各変電所３における内部抵抗および変電所電圧Ｖｏの制御可能範囲Ｒｏなどを含む。制御可能範囲Ｒｏは、変電所３において、変電所電圧Ｖｏを制御できる電圧範囲である。制御可能範囲Ｒｏが、例えば、１４５０Ｖ〜１５５０Ｖである場合、変電所３の電圧制御部５１は、１４５０Ｖ〜１５５０Ｖの範囲で、変電所電圧Ｖｏを変更することができる。

き電網モデル情報７３は、各変電所３の位置情報、架線と変電所３との間の接続状態、架線間の接続状態、架線の長さおよび抵抗率などの情報を含む。なお、架線は、き電線５に接続されており、列車６のパンタグラフとの間で電力のやり取りを行う。

記憶部１０の電圧設定値記憶部１４は、処理部２０によって算出された電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを状況情報に関連付けて記憶する。図８は、電圧設定値記憶部１４に記憶される電圧設定値情報テーブルの一例を示す図である。

図８に示す電圧設定値情報テーブル６３は、「日種別」と、「季節種別」と、「時間帯」と、「電圧設定値」とを関連付けた情報を含む。図８に示す電圧設定値情報テーブル６３の「日種別」、「季節種別」、および「時間帯」は、図６に示す「日種別」、「季節種別」、および「時間帯」と同じである。また、「電圧設定値」は、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを示す情報である。

図８に示す例では、日種別が平日、季節種別が夏、かつ時間帯が０時〜１時の状況に対して、電圧設定値Ｖｓ１，Ｖｓ２，・・・，Ｖｓｎが１５００Ｖ，１５１０Ｖ，・・・，１４９０Ｖであることを示す電圧設定値情報が関連付けられている。また、日種別が平日、季節種別が夏、かつ時間帯が２３時〜２４時の状況に対して、電圧設定値Ｖｓ１，Ｖｓ２，・・・，Ｖｓｎが１５５０Ｖ，１５５０Ｖ，・・・，１５４０Ｖであることを示す電圧設定値情報が関連付けられている。

同様に、図８に示す電圧設定値情報テーブル６３には、平日の冬の０時〜１時である状況、平日の冬の２３時〜２４時である状況、および休日の夏の０時〜１時である状況に対して各々電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを示す電圧設定値情報が関連付けられている。

図３に戻って、直流き電電圧算出装置１の処理部２０の説明を行う。図３に示すように、処理部２０は、情報取得部２１と、電圧設定値算出部２２と、電圧設定値出力部２３とを備える。

情報取得部２１は、通信部３０を介して、列車６に搭載された無線通信部を備える不図示の車上装置との間で情報の送受信を行い、列車６の車上装置から列車情報を取得し、取得した列車情報を走行履歴情報として走行履歴情報テーブル６１に設定する。

なお、情報取得部２１は、列車情報を取得したときの状況を示す状況情報を列車６の走行履歴情報に関連付けて走行履歴情報テーブル６１に設定することができる。列車情報を取得したときの状況を示す状況情報は、列車６が走行した際の状況を示す上述した状況情報を含む。

また、情報取得部２１の処理は、列車６の車上装置から取得した列車情報をそのまま走行履歴情報として走行履歴情報テーブル６１に設定することに限定されない。情報取得部２１は、複数の列車６の列車情報を統計処理し、かかる統計処理の結果を走行履歴情報として走行履歴情報テーブル６１に設定することもできる。情報取得部２１は、例えば、複数の列車６が走行した際の状況が同一または類似である複数の列車情報を平均化した値を含む走行履歴情報を走行履歴情報テーブル６１に設定することができる。

直流電化区間には、無線通信部を備える車上装置を搭載していない列車６が走行する場合がある。例えば、無線通信部を備える車上装置を搭載していない他社の列車６が直流電化区間に乗り入れることがある。以下、無線通信部を備える車上装置を搭載していない列車６を非無線列車６と記載する。

このように非無線列車６が直流電化区間に乗り入れる場合、情報取得部２１は、非無線列車６の駅での発着時刻の実績を含む非無線列車情報を、不図示の運行管理システムから通信部３０を介して取得することができる。

情報取得部２１は、非無線列車６の列車モデル情報を有している。非無線列車６の列車モデル情報は、第１モデル情報と、第２モデル情報とを含む。第１モデル情報は、走行シミュレーションによって非無線列車６の位置および電力を算出するための情報であり、例えば、非無線列車６の重量、モータ特性、および補機特性を示す情報を含む。第２モデル情報は、非無線列車６の回生絞り込み開始電圧値Ｖ_{ｓｔａｒｔ}の情報および回生絞り込み終了電圧値Ｖ_ｅｎｄの情報を含む情報である。

情報取得部２１は、非無線列車６の列車モデル情報と非無線列車情報に基づいて、非無線列車６の走行履歴情報を生成することができる。非無線列車６の走行履歴情報は、無線通信部を有する列車６の走行履歴情報の場合と同様に、非無線列車６の列車ＩＤ、方面、位置、および電力を示す情報が時刻毎に含まれる。

また、情報取得部２１は、無線通信部を有する列車６の走行履歴情報の場合と同様に、非無線列車６の走行履歴情報を、非無線列車６が走行した際の状況を示す状況情報に関連付けて走行履歴情報テーブル６１に設定することができる。

電圧設定値算出部２２は、走行履歴情報記憶部１１に記憶された走行履歴情報とモデル情報記憶部１３に記憶されたモデル情報７０とに基づいて、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎを制御する電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出する。かかる電圧設定値算出部２２は、走行履歴情報抽出部３１と、消費電力量算出部３２と、候補電圧値変更部３３と、電圧設定値決定部３４と備える。

走行履歴情報抽出部３１は、条件情報記憶部１２に記憶された条件情報に基づき、走行履歴情報記憶部１１から走行履歴情報を抽出する。条件情報は、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎの算出対象の状況を示す情報である。走行履歴情報抽出部３１は、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎの算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を走行履歴情報記憶部１１から抽出する。

ここで、走行履歴情報テーブル６１が図４に示す状態であり、条件情報テーブル６２が図６に示す状態であるとする。この場合、走行履歴情報抽出部３１は、日種別が平日、季節種別が夏、かつ時間帯が０時〜１時の状況を示す状況情報が関連付けられた複数の列車６の走行履歴情報として、図６に示す走行履歴情報テーブル６１に設定された走行履歴情報を走行履歴情報記憶部１１から抽出する。

同様に、走行履歴情報抽出部３１は、日種別が平日、季節種別が夏、かつ時間帯が１時以降の１時間後単位の状況を示す状況情報が関連付けられた複数の列車６の走行履歴情報を走行履歴情報記憶部１１から抽出する。

また、走行履歴情報テーブル６１が図５に示す状態であり、条件情報テーブル６２が図６に示す状態であるとする。この場合、走行履歴情報抽出部３１は、走行履歴情報テーブル６１において、平日および夏を示す状況情報に関連付けられた０時〜１時までの「位置」および「電力」を含む各列車６の走行履歴情報を走行履歴情報記憶部１１から抽出する。

ところで、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎの算出対象の状況を規定する状況情報と一致する状況情報が関連付けられた走行履歴情報が走行履歴情報記憶部１１に記憶されていない場合がある。例えば、曜日が木曜日、季節種別が夏、時間帯が２２時、天気が雨、および音楽イベントが開催中であることを示す状況情報が関連付けられた走行履歴情報が走行履歴情報記憶部１１に記憶されていない場合がある。

走行履歴情報抽出部３１は、算出対象の状況を規定する状況情報と走行履歴情報に関連付けられた状況情報との一致度に基づいて、算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を抽出することができる。

走行履歴情報抽出部３１は、算出対象の状況を規定する状況情報と走行履歴情報に関連付けられた状況情報との一致度である状況一致度Ｄａを、状況情報に含まれる複数の状況パラメータの一致数に基づいて判定することができる。走行履歴情報抽出部３１は、算出対象の状況と一致度が高い走行履歴情報を抽出することができる。

例えば、算出対象の状況を規定する複数の状況パラメータが、日種別、季節種別、時間帯、イベント、および天気を各々示す複数のパラメータであり、かつ、日種別が「金曜日」、季節種別が「夏」、時間帯が「１時〜２時」、イベントが「音楽イベント」、および天気が「雨」であるとする。

走行履歴情報抽出部３１は、日種別が「金曜日」、季節種別が「夏」、時間帯が「１時〜２時」、イベントが「音楽イベント」、および天気が「雨」である状況情報を有する走行履歴情報がある場合、状況一致度Ｄａが１００％であると判定する。また、走行履歴情報抽出部３１は、日種別が「金曜日」、季節種別が「夏」、時間帯が「１時〜２時」、イベントが「音楽イベント」、および天気が「雨」のうち４つを含む状況情報を有する走行履歴情報がある場合、状況一致度Ｄａが８０％であると判定する。

走行履歴情報抽出部３１は、状況一致度Ｄａが最も高い走行履歴情報が複数ある場合、算出対象の日に最も近い日の走行履歴情報を抽出することができる。なお、「算出対象の日」とは、変電所３_１〜３_ｎにおいて実際に変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎが制御される日を示す。

また、走行履歴情報抽出部３１は、算出対象の状況と一致度が高く、かつ、算出対象の日に最も近い日の走行履歴情報を抽出することもできる。例えば、走行履歴情報抽出部３１は、算出対象の日との近接度Ｄｎと状況一致度Ｄａとに基づいて、走行履歴情報を抽出することができる。近接度Ｄｎは、走行履歴情報における列車６の走行日が算出対象の日に近いほど大きな値になる。

走行履歴情報抽出部３１は、近接度Ｄｎと状況一致度Ｄａとの乗算値、近接度Ｄｎと状況一致度Ｄａとの積算値、または近接度Ｄｎと状況一致度Ｄａとを各々重み付けして加算または乗算した値が最も大きい走行履歴情報を抽出することができる。

また、走行履歴情報抽出部３１は、状況パラメータのずれに基づいて、算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を抽出することができる。かかる「状況パラメータのずれ」は、算出対象の状況を規定する状況パラメータの内容と走行履歴情報に関連付けられた状況パラメータの内容とのずれの程度を示しており、かかるずれの程度は、数値によって示される。

例えば、状況パラメータが日種別である場合、曜日が一致する場合に、状況パラメータのずれが「０」、曜日が１日違いである場合、状況パラメータのずれが「１」、曜日が２日違いである場合、状況パラメータのずれが「２」であるとすることができる。

また、状況パラメータが時間帯である場合、時間帯が一致する場合に、状況パラメータのずれが「０」、時間帯が１時間違いである場合、状況パラメータのずれが「１」、時間帯が２時間違いである場合、状況パラメータのずれが「２」であるとすることができる。

走行履歴情報抽出部３１は、複数の状況パラメータのずれに重みづけして積算した値である積算値Ｄｉに基づき、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎの算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を抽出することができる。

状況パラメータが日種別、季節種別、時間帯、および天気を示すパラメータであり、これらの４つの状況パラメータのずれがＤｆ１〜Ｄｆ４であるとする。この場合、走行履歴情報抽出部３１は、例えば、下記式（１）の演算によって、積算値Ｄｉを算出することができる。
Ｄｉ＝ｋ１×Ｄｆ１＋ｋ２×Ｄｆ２＋ｋ３×Ｄｆ３＋ｋ４×Ｄｆ４・・・（１）

上記式（１）において、ｋ１〜ｋ４は、重み付け値を示す係数ｋであり、算出対象の状況との関連度が高い状況パラメータのずれほど、大きな係数ｋが設定される。例えば、曜日といった日種別を示す状況パラメータのずれに対する係数ｋと、時間帯を示す状況パラメータのずれに対する係数ｋは、他の係数ｋに対して大きな値にすることができる。

走行履歴情報抽出部３１は、上記式（１）の演算によって算出される積算値Ｄｉが最も大きい走行履歴情報を走行履歴情報記憶部１１から抽出することができる。これにより、消費電力量の算出への影響度を考慮して走行履歴情報を抽出することができる。

このように、走行履歴情報抽出部３１は、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎの算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を抽出することができる。

次に、図３に示す消費電力量算出部３２について説明する。消費電力量算出部３２は、走行履歴情報抽出部３１によって抽出された走行履歴情報と、モデル情報７０と、候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎとに基づいて、直流電化区間における電力シミュレーションを行う。かかる電力シミュレーションによって、算出対象の時間帯における直流電化区間の総消費電力量の値である総消費電力量Ｐが算出される。

上述した候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎは、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの候補値であり、後述するように候補電圧値変更部３３によって設定される値である。走行履歴情報抽出部３１によって抽出される走行履歴情報は、条件情報に基づいて抽出される走行履歴情報であり、条件情報には、算出対象の状況として、算出対象の時間帯を含む。また、走行履歴情報抽出部３１によって抽出される走行履歴情報には、算出対象の時間帯における各時刻の走行履歴情報を含む。

消費電力量算出部３２は、算出対象の時間帯における各時刻の走行履歴情報と、モデル情報７０と、候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎとに基づき、算出対象の時間帯における各時刻の電力シミュレーションの結果である直流電化区間の消費電力の値である総消費電力Ｐｐを算出する。

消費電力量算出部３２は、算出対象の時間帯における時刻毎の電力シミュレーションの結果である総消費電力Ｐｐを積算することで、算出対象の時間帯における総消費電力量Ｐを算出する。

例えば、時刻毎の走行履歴情報が走行履歴情報記憶部１１に記憶されている場合、消費電力量算出部３２は、時刻毎の走行履歴情報に基づいて、総消費電力Ｐｐを算出する。算出対象の時間帯が０時から１時の１時間である場合、消費電力量算出部３２は、１時間分の総消費電力Ｐｐを積算することで、総消費電力量Ｐを算出する。

ここで、モデル情報７０には、上述したように、各列車６の列車モデル情報７１、各変電所３の変電所モデル情報７２、およびき電網モデル情報７３が含まれる。消費電力量算出部３２は、候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎとモデル情報７０とに基づいて、算出対象の時間帯において直流電化区間を走行した回生車の回生電力および力行車の力行電力と、き電線５および架線を含むき電網における消費電力と、各変電所３での消費電力とを求める。

消費電力量算出部３２は、回生車の回生電力と、力行車の力行電力と、き電網における消費電力と、各変電所３での消費電力とを積算することで、時刻毎の総消費電力Ｐｐを算出する。回生車の回生電力は負の値であり、力行車の力行電力、き電網における消費電力、および各変電所３での消費電力は正の値である。

なお、回生車の回生可能電力と回生電力とは、図２に示す関係にある。したがって、消費電力量算出部３２は、回生車の位置におけるパンタ点電圧と、回生車の回生絞り込み開始電圧値Ｖ_{ｓｔａｒｔ}と、回生車の回生絞り込み終了電圧値Ｖ_ｅｎｄと、回生車の回生可能電力とから、回生車の回生電力を算出することができる。

また、消費電力量算出部３２は、き電網に流れる電流と電圧の状態に基づいて、き電網における消費電力を求めることができる。消費電力量算出部３２は、例えば、回生車の位置と回生電力と、力行車の位置と力行電力と、回生車、力行車、および変電所３との位置関係と、架線と変電所３との間の接続状態と、架線間の接続状態と、架線の抵抗率とに基づいて、き電網に流れる電流と電圧の状態を推移することができる。消費電力量算出部３２は、推定したき電網に流れる電流と電圧の状態に基づいて、き電網における消費電力を求めることができる。

また、消費電力量算出部３２は、変電所モデル情報７２に基づいて、各変電所３における消費電力を求めることができる。消費電力量算出部３２は、候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎ、回生車の回生電力、力行車の力行電力、およびき電網における消費電力に基づいて、各変電所３からき電網に供給される電流を推定する。消費電力量算出部３２は、推定した各変電所３の電流と、各変電所３における内部抵抗とに基づいて、各変電所３における消費電力を求めることができる。

このように、消費電力量算出部３２は、候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎとモデル情報７０とに基づいて、算出対象の時間帯での総消費電力量Ｐを算出することができる。なお、総消費電力量Ｐの算出方法は、種々の算出方法を用いることができ、上述した例に限定されない。

候補電圧値変更部３３は、消費電力量算出部３２に設定する候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎを変更する。候補電圧値変更部３３は、第１の変更モード、第２の変更モード、および第３の変更モードのうち、設定されたいずれか１つの変更モードによって、消費電力量算出部３２に設定する候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎを変更する。以下、候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎを総称して候補電圧値Ｖｃと記載する場合がある。

まず、第１の変更モードについて説明する。候補電圧値変更部３３は、刻み幅Ｗを予め記憶している。刻み幅Ｗは、最も値が近い２つの候補電圧値Ｖｃの間の差を規定する。候補電圧値変更部３３は、設定された変更モードが第１の変更モードである場合、変電所モデル情報７２に基づいて、変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの制御可能範囲Ｒｏ１〜Ｒｏｎを刻み幅Ｗで刻んだ複数の値を順次候補電圧値Ｖｃとする。かかる第１の変更モードは、全探索モードと呼ぶこともできる。以下、制御可能範囲Ｒｏ１〜Ｒｏｎを総称して制御可能範囲Ｒｏと記載する。

ここで、刻み幅Ｗを１０Ｖとし、制御可能範囲Ｒｏを１４５０Ｖ〜１５５０Ｖとすると、各変電所電圧Ｖｏの制御可能範囲Ｒｏを刻み幅Ｗで刻んだ値は、１４５０Ｖ，１４６０Ｖ，１４７０Ｖ，・・・，１５４０Ｖ，１５５０Ｖである。

変電所３が変電所３_１，３_２の２つであると仮定すると、「Ｖｃ１，Ｖｃ２」∈{「１４５０，１４５０」，「１４５０，１４６０」，・・・，「１４５０，１５５０」，「１４６０，１４５０」，「１４６０，１４６０」，・・・「１５５０，１５５０」}となる。

すなわち、「Ｖｓ１，Ｖｓ２」は、１０Ｖの刻みで１２１通りの値に変更され、消費電力量算出部３２に設定される。そのため、この場合、消費電力量算出部３２は、値が異なる１２１通りの「Ｖｓ１，Ｖｓ２」で総消費電力量Ｐを各々算出する。

次に、第２の変更モードについて説明する。候補電圧値変更部３３は、設定された変更モードが第２の変更モードである場合、変電所モデル情報７２に基づいて、各変電所３における変電所電圧Ｖｏの制御可能範囲Ｒｏ内の乱数を予め設定された個数ｘ分だけ生成し、生成したｘ個の乱数を順次候補電圧値Ｖｃとする。かかる第２の変更モードは、乱数モードと呼ぶこともできる。なお、ｘは、自然数であり、例えば、ｘ＝１００である。

ここで、ｘ＝１００であるとし、制御可能範囲Ｒｏを１４５０Ｖ〜１５５０Ｖとし、変電所３が変電所３_１，３_２の２つであると仮定する。この場合、候補電圧値変更部３３は、生成した乱数が「１４５１，１５４９」である場合、Ｖｃ１＝１４５１とし、Ｖｃ２＝１５４９とする。また、候補電圧値変更部３３は、次に生成した乱数が「１５３７，１４８２」である場合、Ｖｓ１＝１５３７とし、Ｖｓ２＝１４８２とする。このように、候補電圧値変更部３３は、生成した個数ｘ分の乱数を順次候補電圧値Ｖｃとすることができる。

なお、乱数の個数ｘは、１００個未満であってもよく、１００個を超える数であってもよい。また、上述した乱数は、制御可能範囲Ｒｏ内での値であるが、候補電圧値変更部３３は、上述した刻み幅Ｗを乱数で決定することもできる。この場合、乱数で決定した刻み幅Ｗで制御可能範囲Ｒｏを刻んだ複数の値を順次候補電圧値Ｖｃとすることができる。

次に、第３の変更モードについて説明する。候補電圧値変更部３３は、各変電所３における電圧設定値Ｖｘと刻み幅Ｗｘとを予め記憶している。なお、電圧設定値Ｖｘは、制御可能範囲Ｒｏ内の値である。

候補電圧値変更部３３は、設定された変更モードが第３の変更モードである場合、電圧設定値Ｖｘから刻み幅Ｗｘの範囲である設定範囲Ｒｘ内で順次候補電圧値Ｖｃを変更する処理を、電圧設定値Ｖｘを変更しながら行う。

具体的には、候補電圧値変更部３３は、変電所モデル情報７２と、各変電所３における電圧設定値Ｖｘおよび刻み幅Ｗｘとに基づいて、電圧設定値Ｖｘを刻み幅Ｗｘで変更した複数の値を順次候補電圧値Ｖｃとする。かかる第３の変更モードは、局所探索モードと呼ぶこともできる。

ここで、Ｖｘ＝１５００Ｖであるとし、Ｗｘ＝１０Ｖであるとし、変電所３が変電所３_１，３_２の２つであると仮定する。この場合、候補電圧値変更部３３によって消費電力量算出部３２に設定される候補電圧値Ｖｃ１，Ｖｃ２は、「Ｖｃ１，Ｖｃ２」∈{「１４９０，１５００」，「１５１０，１５００」，「１５００，１４９０」，「１５００，１５１０」}である。

候補電圧値変更部３３は、電圧設定値Ｖｘを刻み幅Ｗｘで変更して生成した複数の候補電圧値Ｖｃを用いて消費電力量算出部３２によって算出された複数の総消費電力量Ｐのうち最も低い値が算出されたときに用いた候補電圧値Ｖｃ１，Ｖｃ２を判定する。

ここで、複数の総消費電力量Ｐのうち最も低い値が算出されたときに用いた候補電圧値Ｖｃ１，Ｖｃ２が１５１０Ｖ，１５００Ｖであるとする。この場合、電圧設定値Ｖｘは、変電所３_１では、１５１０Ｖであり、変電所３_２では、１５００Ｖである。

候補電圧値変更部３３によって消費電力量算出部３２に設定される候補電圧値Ｖｃ１，Ｖｃ２は、「Ｖｃ１，Ｖｃ２」∈{「１５００，１５００」，「１５２０，１５００」，「１５１０，１５００」，「１５００，１５１０」}である。このように、候補電圧値変更部３３は、新たに設定した電圧設定値Ｖｘを刻み幅Ｗｘで変更する。

候補電圧値変更部３３は、新たに設定した電圧設定値Ｖｘを刻み幅Ｗｘで変更して生成した複数の候補電圧値Ｖｃを用いて消費電力量算出部３２によって算出された総消費電力量Ｐのうち最も低い値が算出されたときに用いた候補電圧値Ｖｃ１，Ｖｃ２を判定する。候補電圧値変更部３３は、かかる処理を所定回数分だけ繰り返して電圧設定値Ｖｘを所定回数分だけ変更する。

次に、電圧設定値決定部３４について説明する。電圧設定値決定部３４は、候補電圧値変更部３３によって変更された複数の候補電圧値Ｖｃを用いて算出された複数の総消費電力量Ｐのうち予め設定された電力条件を満たす総消費電力量Ｐの算出に用いられた候補電圧値Ｖｃを変電所３へ出力する電圧設定値Ｖｓとして決定する。

総消費電力量Ｐのうち最も小さい総消費電力量Ｐであることを電力条件とすることで、直流電化区間に在線する回生車における回生電力を高めることができ、直流電化区間における消費電力量の低減を図ることができる。

例えば、電圧設定値決定部３４は、消費電力量算出部３２で算出された複数の総消費電力量Ｐのうち最も小さい総消費電力量Ｐの算出に用いられた候補電圧値Ｖｃを各変電所３の電圧設定値Ｖｓとして決定することができる。

なお、上述した電力条件は、総消費電力量Ｐが最小値であることに限定されない。例えば、電圧設定値決定部３４は、複数の総消費電力量Ｐのうち変動が最も少ないことを電力条件とすることができる。「変動が最も少ない」とは、総消費電力量Ｐを算出する際に用いられた総消費電力Ｐｐの時間的変動率またはばらつきが小さいことを意味する。

また、電圧設定値決定部３４は、総消費電力量Ｐが最小値であり且つ変動が最も少ないことを電力条件とすることができる。電圧設定値決定部３４は、消費電力量算出部３２で算出された複数の総消費電力量Ｐのうち最も小さい総消費電力量Ｐが複数ある場合、最も小さい総消費電力量Ｐのうち変動が最も少ない総消費電力量Ｐの算出に用いられた候補電圧値Ｖｃを各変電所３の電圧設定値Ｖｓとして決定することができる。

電圧設定値決定部３４は、各変電所３の電圧設定値Ｖｓを決定すると、決定した各変電所３の電圧設定値Ｖｓと状況情報とを関連付けた電圧設定値情報を電圧設定値記憶部１４に記憶する。電圧設定値決定部３４は、電圧設定値記憶部１４に記憶された電圧設定値情報テーブル６３に電圧設定値情報を設定することで、電圧設定値情報を電圧設定値記憶部１４に記憶する。電圧設定値決定部３４は、例えば、変電所電圧Ｖｏが制御される日の前日までに電圧設定値情報を生成して電圧設定値記憶部１４に記憶することができる。

電圧設定値出力部２３は、電圧設定値記憶部１４に記憶された電圧設定値情報を直流き電電圧制御装置２へ出力する。例えば、電圧設定値出力部２３は、電圧設定値記憶部１４に記憶された電圧設定値情報の中から、直流き電電圧制御装置２による制御対象の状況に対応する電圧設定値情報を抽出して直流き電電圧制御装置２へ出力することができる。

ここで、電圧設定値情報テーブル６３が図８に示す状態であり、かつ、制御対象の状況が、日種別が平日で季節種別が夏で時間帯が０時〜１時であるとする。この場合、電圧設定値出力部２３は、電圧設定値Ｖｓ１，Ｖｓ２，・・・，Ｖｓｎとして、１５００Ｖ，１５１０，・・・，１４９０Ｖを示す電圧設定値情報を電圧設定値記憶部１４から抽出して直流き電電圧制御装置２へ出力する。

また、制御対象の状況が、日種別が平日で季節種別が冬で時間帯が２３時〜２４時であるとする。この場合、電圧設定値出力部２３は、電圧設定値Ｖｓ１，Ｖｓ２，・・・，Ｖｓｎとして、１５７０Ｖ，１５７０，・・・，１５５０Ｖを示す電圧設定値情報を電圧設定値記憶部１４から抽出して直流き電電圧制御装置２へ出力する。

なお、電圧設定値出力部２３は、直流き電電圧制御装置２の制御対象の状況になる直前に、制御対象の状況の電圧設定値情報を電圧設定値記憶部１４から抽出して直流き電電圧制御装置２へ出力する。これにより、制御対象の状況に対応する電圧設定値情報に基づいて直流き電電圧制御装置２が変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎを制御することができる。

例えば、電圧設定値出力部２３は、制御対象の状況における時間帯が０時〜１時である場合、０時になる前に、時間帯が０時〜１時である状況の電圧設定値情報を電圧設定値記憶部１４から抽出して直流き電電圧制御装置２へ出力する。

上述した例では、電圧設定値算出部２２が状況毎の電圧設定値情報を予め生成して電圧設定値記憶部１４に記憶するが、かかる例に限定されない。電圧設定値算出部２２は、記憶部１０に記憶された情報に基づいて、制御対象の状況に対応する電圧設定値情報を、制御対象の状況になる直前に生成することもできる。

なお、候補電圧値変更部３３は、第１の変更モード、第２の変更モード、および第３の変更モードに加え、第４の変更モードによって、消費電力量算出部３２に設定する候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎを変更することもできる。

候補電圧値変更部３３は、設定された変更モードが第４の変更モードである場合、変電所モデル情報７２に基づいて、各変電所３における変電所電圧Ｖｏの制御可能範囲Ｒｏを刻み幅Ｗで刻んだ複数の値を順次候補電圧値Ｖｃとする。候補電圧値変更部３３は、刻み幅Ｗを小さくしながら順次候補電圧値Ｖｃを変更する。

具体的には、候補電圧値変更部３３は、変電所電圧Ｖｏの制御可能範囲Ｒｏを設定された刻み幅Ｗ１で刻んだ複数の値を順次候補電圧値Ｖｃとして消費電力量算出部３２に設定する。そして、候補電圧値変更部３３は、制御可能範囲Ｒｏを刻み幅Ｗ１で刻んで生成された複数の候補電圧値Ｖｃを用いて消費電力量算出部３２によって算出された総消費電力量Ｐのうち最も低い値が算出されたときに用いた候補電圧値Ｖｃを含む範囲Ｒ１を決定する。範囲Ｒ１は、最も低い総消費電力量Ｐが算出されたときに用いた候補電圧値ＶｃをＶｃｍとすると、範囲Ｒ１は、例えば、Ｖｃｍ−Ｗ１からＶｃｍ＋Ｗ１までの範囲である。

候補電圧値変更部３３は、範囲Ｒ１を刻み幅Ｗ１よりも小さい刻み幅Ｗ２で刻んだ複数の値を順次候補電圧値Ｖｃとして消費電力量算出部３２に設定する。候補電圧値変更部３３は、刻み幅Ｗ２で刻んで生成された複数の候補電圧値Ｖｃを用いて消費電力量算出部３２によって算出された総消費電力量Ｐのうち最も低い値が算出されたときに用いた候補電圧値Ｖｃを含む範囲Ｒ２を決定する。

このように、候補電圧値変更部３３は、消費電力量算出部３２によって算出された総消費電力量Ｐに基づいて、刻み幅Ｗを小さくしていくことで、消費電力量算出部３２によって算出される総消費電力量Ｐが小さい候補電圧値Ｖｃを絞り込むようにしている。そのため、刻み幅Ｗを最初から小さくしておく場合に比べ、総消費電力量Ｐが小さい候補電圧値Ｖｃを迅速に検出することができる。

なお、上述した例では、候補電圧値変更部３３は、予め設定された変更モードによって消費電力量算出部３２に設定する候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎを変更するが、変更モードは、自動的に変更することもできる。候補電圧値変更部３３は、走行履歴情報記憶部１１によって抽出される走行履歴情報に関連付けられた状況情報と電圧設定値Ｖｓの算出対象の状況を示す状況情報との一致度合い、例えば積算値Ｄｉに基づいて、変更モードを決定することができる。

つづいて、直流き電電圧算出装置１における処理部２０の動作を、フローチャートを用いて説明する。図９は、実施の形態１にかかる処理部２０の直流き電電圧算出処理の一例を示すフローチャートである。

図９に示すように、処理部２０は、電圧設定値情報の生成タイミングか否かを判定する（ステップＳ１０）。かかる生成タイミングは、直流き電電圧制御装置２の変電所電圧制御部４１によって変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの制御が行われる前のタイミングである。

処理部２０は、電圧設定値情報の生成タイミングであると判定した場合（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、電圧設定値情報の生成処理を実行する（ステップＳ１１）。かかる電圧設定値情報の生成処理は、図１０に示すステップＳ２０〜Ｓ３０に示す処理であり、後で詳述する。

ステップＳ１１の処理が終了した場合、または電圧設定値情報の生成タイミングでないと判定した場合（ステップＳ１０：Ｎｏ）、処理部２０は、電圧設定値情報の出力タイミングか否かを判定する（ステップＳ１２）。

処理部２０は、電圧設定値情報の出力タイミングであると判定した場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、電圧設定値情報の出力処理を実行する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において、処理部２０の電圧設定値出力部２３は、記憶部１０に記憶された電圧設定値情報を直流き電電圧制御装置２へ出力する。

ステップＳ１３の処理が終了した場合、または電圧設定値情報の出力タイミングでないと判定した場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、処理部２０は、図９に示す処理を終了する。

図１０は、電圧設定値情報の生成処理の一例を示すフローチャートである。処理部２０の走行履歴情報抽出部３１は、条件情報記憶部１２に記憶された条件情報を取得する（ステップＳ２０）。走行履歴情報抽出部３１は、ステップＳ２０で取得した条件情報に基づき、走行履歴情報記憶部１１から走行履歴情報を抽出する（ステップＳ２１）。

処理部２０の候補電圧値変更部３３は、各変電所３の変電所モデル情報７２をモデル情報記憶部１３から取得する（ステップＳ２２）。候補電圧値変更部３３は、各変電所３の変電所モデル情報７２に基づいて、各変電所３の制御可能範囲Ｒｏ１〜Ｒｏｎで、各変電所３の候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎを消費電力量算出部３２に設定する（ステップＳ２３）。

消費電力量算出部３２は、モデル情報記憶部１３からモデル情報７０を取得する（ステップＳ２４）。消費電力量算出部３２は、ステップＳ２１で取得された走行履歴情報と、ステップＳ２３で設定された各変電所３の候補電圧値Ｖｃ１〜Ｖｃｎと、ステップＳ２４で取得されたモデル情報７０とに基づいて、算出対象の時間帯における各時刻の総消費電力Ｐｐを算出する（ステップＳ２５）。

消費電力量算出部３２は、時刻毎の総消費電力Ｐｐを積算することで、算出対象の時間帯における総消費電力量Ｐを算出する（ステップＳ２６）。電圧設定値決定部３４は、消費電力量算出部３２において、候補電圧値変更部３３において全ての候補電圧値Ｖｃが設定されたか否かを判定する（ステップＳ２７）。

電圧設定値決定部３４は、全ての候補電圧値Ｖｃが設定されていないと判定した場合（ステップＳ２７：Ｎｏ）、処理をステップＳ２３へ進める。また、電圧設定値決定部３４は、全ての候補電圧値Ｖｃが設定されたと判定した場合（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、消費電力量算出部３２によって算出された複数の総消費電力量Ｐのうち最も小さい総消費電力量Ｐを判定する（ステップＳ２８）。

電圧設定値決定部３４は、ステップＳ２８で判定された最も小さい総消費電力量Ｐの算出に用いられた各変電所３の候補電圧値Ｖｃを各変電所３の電圧設定値Ｖｓとして決定する（ステップＳ２９）。電圧設定値決定部３４は、ステップＳ２９で決定した各変電所３の電圧設定値Ｖｓを示す電圧設定値情報を電圧設定値記憶部１４に記憶する（ステップＳ３０）。

図１１は、実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。図１１に示すように、直流き電電圧算出装置１は、プロセッサ１０１と、メモリ１０２と、インタフェース回路１０３とを備えるコンピュータを含む。

プロセッサ１０１、メモリ１０２およびインタフェース回路１０３は、バス１０４によって互いにデータの送受信が可能である。直流き電電圧算出装置１において、走行履歴情報記憶部１１、条件情報記憶部１２、モデル情報記憶部１３、および電圧設定値記憶部１４はメモリ１０２によって実現される。通信部３０は、インタフェース回路１０３によって実現される。メモリ１０２は、コンピュータが読み取り可能なプログラムが記録された記録媒体を含む。

プロセッサ１０１は、メモリ１０２に記憶された直流き電電圧算出プログラムを読み出して実行することによって、情報取得部２１、電圧設定値算出部２２、および電圧設定値出力部２３の機能を実行する。プロセッサ１０１は、処理回路の一例であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processer）、およびシステムＬＳＩ（Large Scale Integration）のうち一つ以上を含む。

メモリ１０２は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリー、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable Read Only Memory）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスクまたはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などである。

以上のように、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システム１００は、直流き電電圧算出装置１と、直流き電電圧制御装置２とを備える。直流き電電圧算出装置１は、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線５へ変電所３から印加される電圧である変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎの設定値である電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを算出する。直流き電電圧制御装置２は、直流き電電圧算出装置１によって算出された電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎに基づいて、各変電所３の変電所電圧Ｖｏ１〜Ｖｏｎを制御する。直流き電電圧算出装置１は、モデル情報記憶部１３と、走行履歴情報記憶部１１と、電圧設定値算出部２２とを備える。モデル情報記憶部１３は、直流電化区間に在線する列車６における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報７１と、変電所３の位置情報を含むき電網モデル情報７３と、変電所電圧Ｖｏの制御情報を含む変電所モデル情報７２とを含むモデル情報７０を記憶する。走行履歴情報記憶部１１は、直流電化区間を前日以前に走行した複数の列車６の位置および電力の状態を示す走行履歴情報を列車６毎に記憶する。電圧設定値算出部２２は、モデル情報７０と走行履歴情報とに基づいて、直流電化区間における総消費電力量Ｐが予め設定された条件である電力条件を満たすように変電所電圧Ｖｏを制御する電圧設定値Ｖｓを算出する。これにより、列車情報をリアルタイムで収集して変電所電圧Ｖｏを制御する場合に比べ、制御遅れによる損失を防ぎ、省エネルギー効果の向上を図ることができる。

また、走行履歴情報記憶部１１は、走行履歴情報に関連付けられ、且つ列車６が走行した際の状況を示す状況情報を含む。電圧設定値算出部２２は、電圧設定値Ｖｓの算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を走行履歴情報記憶部１１から抽出し、抽出した走行履歴情報とモデル情報７０とに基づいて、電圧設定値Ｖｓを算出する。これにより、列車６が走行する際の状況に合わせた適切な電圧設定値Ｖｓを算出することができ、省エネルギー効果の向上をさらに図ることができる。

また、直流き電電圧制御システム１００は、算出対象の状況を規定する条件情報を記憶する条件情報記憶部１２を備える。電圧設定値算出部２２は、条件情報記憶部１２に記憶された条件情報と一致または類似する状況情報に関連付けられた走行履歴情報を抽出する。このように、直流き電電圧制御システム１００は、予め条件情報を記憶していることから、列車６が走行する際の状況に応じた走行履歴情報を容易に抽出することができる。

条件情報は、算出対象の状況を規定する複数の状況パラメータを含み、状況情報は、列車６が走行した際の状況を示す複数の状況パラメータを含む。電圧設定値算出部２２は、条件情報と状況情報との間の状況パラメータのずれを重みづけして積算した結果である積算値Ｄｉに基づき、電圧設定値Ｖｓの算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を走行履歴情報記憶部１１から抽出する。これにより、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎの算出対象の状況に対して適切な走行履歴情報を取得することができ、電圧設定値Ｖｓ１〜Ｖｓｎを精度よく算出することができる。

また、電圧設定値算出部２２は、消費電力量算出部３２と、候補電圧値変更部３３と、電圧設定値決定部３４とを備える。消費電力量算出部３２は、走行履歴情報とモデル情報７０と変電所電圧の候補値である候補電圧値Ｖｃとに基づいて、直流電化区間における消費電力量の値である総消費電力量Ｐを算出する。候補電圧値変更部３３は、消費電力量算出部３２で総消費電力量Ｐの算出に用いる候補電圧値Ｖｃを変更する。電圧設定値決定部３４は、候補電圧値変更部３３によって変更された複数の候補電圧値Ｖｃを用いて算出された複数の総消費電力量Ｐのうち電力条件を満たす総消費電力量Ｐの算出に用いられた候補電圧値Ｖｃを変電所３へ出力する電圧設定値Ｖｓとして決定する。これにより、候補電圧値Ｖｃを変更することで、適切な電圧設定値Ｖｓを算出することができる。

また、候補電圧値変更部３３は、変電所電圧Ｖｏの制御情報である変電所モデル情報７２に基づいて、変電所電圧Ｖｏの制御可能範囲Ｒｏ内で設定間隔である刻み幅Ｗ毎の値を順次候補電圧値Ｖｃとする。これにより、刻み幅Ｗを適切に設定することで、電圧設定値Ｖｓを精度よく決定しつつも、設定する電圧設定値Ｖｓの数を増減させることで総消費電力量Ｐの算出時間を適切に設定することができる。

また、候補電圧値変更部３３は、変電所モデル情報７２に基づいて、変電所電圧Ｖｏの制御可能範囲Ｒｏ内の乱数を複数生成し、生成した複数の乱数を順次候補電圧値Ｖｃとする。これにより、乱数の数を適切に増減させることで、少ない電力シミュレーション回数で電圧設定値Ｖｓを精度よく決定することができる。

また、候補電圧値変更部３３は、電圧設定値Ｖｘから設定範囲Ｒｘ内で順次候補電圧値Ｖｃを変更する処理を、電圧設定値Ｖｘを変更しながら行う。これにより、少ない電力シミュレーション回数で電圧設定値Ｖｓを精度よく決定することができる。

また、消費電力量算出部３２は、走行履歴情報とモデル情報７０と候補電圧値Ｖｃとに基づいて、直流電化区間における各時刻の総消費電力Ｐｐを積算することで直流電化区間における時間帯単位の総消費電力量Ｐを算出する。これにより、時間帯単位における電圧設定値Ｖｓを算出することができ、電圧設定値Ｖｓの算出間隔を時間帯単位にすることができる。そのため、電圧設定値Ｖｓの算出による処理部２０の処理負荷を低減することができる。

また、直流き電電圧算出装置１は、電圧設定値記憶部１４と、電圧設定値出力部２３とを備える。電圧設定値記憶部１４は、電圧設定値算出部２２によって算出された電圧設定値Ｖｓを記憶する。電圧設定値出力部２３は、電圧設定値記憶部１４に記憶された電圧設定値Ｖｓを出力する。これにより、変電所電圧Ｖｏの制御の状況に基づく電圧設定値Ｖｓを電圧設定値記憶部１４から迅速に出力することができる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、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、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１直流き電電圧算出装置、２直流き電電圧制御装置、３，３_１〜３_ｎ変電所、４ネットワーク、５き電線、６，６_１〜６_ｍ列車、１０記憶部、１１走行履歴情報記憶部、１２条件情報記憶部、１３モデル情報記憶部、１４電圧設定値記憶部、２０処理部、２１情報取得部、２２電圧設定値算出部、２３電圧設定値出力部、３０通信部、３１走行履歴情報抽出部、３２消費電力量算出部、３３候補電圧値変更部、３４電圧設定値決定部、６１走行履歴情報テーブル、６２条件情報テーブル、６３電圧設定値情報テーブル、７０モデル情報、７１列車モデル情報、７２変電所モデル情報、７３き電網モデル情報、１００直流き電電圧制御システム。

Claims

電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ変電所から印加される電圧である変電所電圧を算出する直流き電電圧算出装置であって、
前記直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、前記変電所の位置情報を含むき電網モデル情報と、前記変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を記憶するモデル情報記憶部と、
前記直流電化区間を前日以前に走行した複数の列車の位置および電力の状態を示す走行履歴情報を前記列車毎に記憶する走行履歴情報記憶部と、
前記モデル情報と前記走行履歴情報とに基づいて、前記直流電化区間における消費電力量が予め設定された条件を満たすように前記変電所電圧を制御する電圧設定値を算出する電圧設定値算出部と、
を備えることを特徴とする直流き電電圧算出装置。
前記走行履歴情報記憶部は、
前記走行履歴情報に関連付けられ、且つ前記列車が走行した際の状況を示す状況情報を含み、
前記電圧設定値算出部は、
前記電圧設定値の算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を前記走行履歴情報記憶部から抽出し、当該抽出した走行履歴情報と前記モデル情報とに基づいて、前記電圧設定値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の直流き電電圧算出装置。
前記算出対象の状況を規定する条件情報を記憶する条件情報記憶部を備え、
前記電圧設定値算出部は、
前記条件情報記憶部に記憶された前記条件情報と一致または類似する状況情報に関連付けられた走行履歴情報を抽出する
ことを特徴とする請求項２に記載の直流き電電圧算出装置。
前記条件情報は、
前記算出対象の状況を規定する複数のパラメータを含み、
前記状況情報は、
前記列車が走行した際の状況を示す複数のパラメータを含み、
前記電圧設定値算出部は、
前記条件情報と前記状況情報との間の前記パラメータのずれを重みづけして積算した結果に基づき、前記電圧設定値の算出対象の状況と一致または類似する状況を示す状況情報に関連付けられた走行履歴情報を抽出する
ことを特徴とする請求項３に記載の直流き電電圧算出装置。
前記電圧設定値算出部は、
前記走行履歴情報と前記モデル情報と変電所電圧の候補値とに基づいて、前記直流電化区間における前記消費電力量を算出する消費電力量算出部と、
前記消費電力量算出部で前記消費電力量の算出に用いる前記変電所電圧の候補値を複数回変更する候補電圧値変更部と、
前記候補電圧値変更部によって変更された複数の前記候補値を用いて算出された複数の消費電力量のうち前記条件を満たす消費電力量の算出に用いられた前記候補値を前記変電所へ出力する前記電圧設定値として決定する電圧設定値決定部と、を備える
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の直流き電電圧算出装置。
前記候補電圧値変更部は、
前記変電所電圧の制御情報に基づいて、前記変電所電圧の制御可能範囲内で設定間隔毎の値を順次前記変電所電圧の候補値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の直流き電電圧算出装置。
前記候補電圧値変更部は、
前記変電所電圧の制御情報に基づいて、前記変電所電圧の制御可能範囲内の乱数を複数生成し、生成した複数の乱数を順次前記変電所電圧の候補値とする
ことを特徴とする請求項５に記載の直流き電電圧算出装置。
前記候補電圧値変更部は、
電圧設定値から設定範囲内で順次前記変電所電圧の候補値とする値を変更する処理を、前記電圧設定値を変更しながら行う
ことを特徴とする請求項５に記載の直流き電電圧算出装置。
前記消費電力量算出部は、
前記走行履歴情報と前記モデル情報と前記変電所電圧の候補値とに基づいて、前記直流電化区間における各時刻の消費電力の値を積算することで前記直流電化区間における前記消費電力量を算出する
ことを特徴とする請求項５から８のいずれか一つに記載の直流き電電圧算出装置。
前記電圧設定値算出部によって算出された前記電圧設定値を記憶する電圧設定値記憶部と、
前記電圧設定値記憶部に記憶された前記電圧設定値を出力する電圧設定値出力部と、を備える
ことを特徴とする請求項１から９のいずれか一つに記載の直流き電電圧算出装置。
請求項１から１０のいずれか一つに記載の直流き電電圧算出装置と、
前記直流き電電圧算出装置によって演算された電圧設定値に基づいて、前記変電所の前記変電所電圧を制御する直流き電電圧制御装置と、を備える
ことを特徴とする直流き電電圧制御システム。
コンピュータが実行する直流き電電圧算出方法であって、
電気鉄道の直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、前記直流電化区間におけるき電線へ電圧を印加する変電所の位置情報を含むき電網モデル情報と、前記電線への前記電圧である変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を記憶するモデル情報記憶部から前記モデル情報を取得するステップと、
前記直流電化区間を前日以前に走行した複数の列車の位置および電力の状態を示す走行履歴情報を前記列車毎に記憶する走行履歴情報記憶部から前記走行履歴情報を取得するステップと、
前記モデル情報と前記走行履歴情報とに基づいて、前記直流電化区間における消費電力量が予め設定された条件を満たすように前記変電所電圧を制御する電圧設定値を算出し、前記電圧設定値を前記変電所に出力するステップと、
を含むことを特徴とする直流き電電圧算出方法。
電気鉄道の直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、前記直流電化区間におけるき電線へ電圧を印加する変電所の位置情報を含むき電網モデル情報と、前記電線への前記電圧である変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を記憶するモデル情報記憶部から前記モデル情報を取得するステップと、
前記直流電化区間を前日以前に走行した複数の列車の位置および電力の状態を示す走行履歴情報を前記列車毎に記憶する走行履歴情報記憶部から前記走行履歴情報を取得するステップと、
前記モデル情報と前記走行履歴情報とに基づいて、前記直流電化区間における消費電力量が予め設定された条件を満たすように前記変電所電圧を制御する電圧設定値を算出し、前記電圧設定値を前記変電所に出力するステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とする直流き電電圧算出プログラム。