JP6552796B2 - 蓄電制御装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、蓄電制御装置に関する。

従来、鉄道事業においては、省エネルギー化の取り組みが進められている。例えば、列車のブレーキ時に発電した回生電力を、電車線を介して他列車に融通・利用する回生ブレーキシステムが広く利用されている。当該回生ブレーキシステムにおいては、列車で生じた回生電力は、ブレーキを行った列車近傍に力行する列車が存在する場合に、当該列車に供給されるが、力行する列車が存在しない場合、回生電力は使用されずに無駄になっていた。

近年、蓄電装置の性能向上やコスト低減が進みつつある。このため、回生電力が使用されない場合に、蓄電装置に蓄電し、必要に応じて蓄電された電力を利用する蓄電システムが提案されている。

特開２０１２−１６６６４６号公報

鉄道旅客輸送は、時間帯による電力負荷の変動が大きく、ピーク時間の電力削減が望まれている。しかしながら、従来技術においては、ピーク時間帯の電力量の削減を考慮したものではなく、ピーク時間であるか否かにかかわらず、同じ蓄電制御が行われている。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、時間帯に応じた蓄電制御を行う蓄電制御装置を提案する。

実施形態の蓄電制御装置は、設定部と、制御部と、生成部と、を備える。設定部は、時間帯毎に、当該時間帯で蓄電装置が蓄電すべき電力量の目標充電率を設定する。制御部は、設定部により設定された、時間帯毎の目標充電率と、蓄電装置から検出された充電率と、蓄電装置による電力の供給先であるき電系統設備の電圧と、に基づいて、蓄電装置の充電及び放電のうちいずれか一つ以上の制御を行う。生成部は、き電系統設備による負荷電力量、及びき電系統設備で生じる回生電力量のうち、蓄電装置に供給される余剰回生電力量の、時間帯毎の予測データを生成する。また、設定部は、時間帯毎に目標充電率を設定する際に、電力の消費量が他の時間帯より高くなる時間帯に対して、当該他の時間帯よりも小さい目標充電率を設定するとともに、生成部により生成された予測データに基づいて、時間帯毎の目標充電率を設定する。

図１は、実施形態の鉄道システムの構成例を示した図である。 図２は、実施形態の蓄電システムの構成、及びデータの流れを例示した図である。 図３は、実施形態の予測生成部が生成した予測データの一部を例示した図である。 図４は、実施形態の計画生成部が生成した充放電計画を例示した図である。 図５は、実施形態の特性対応テーブル記憶部に記憶された充放電特性対応テーブルを例示した図である。 図６は、実施形態のき電系統設備による負荷電力量と、受電電力量と、の推移を例示した図である。 図７は、実施形態の蓄電装置の充電率と、目標充電率と、の遷移を示した図である。 図８は、実施形態の電車線の電圧、充電開始電圧、及び放電開始電圧の遷移を例示した図である。 図９は、実施形態の蓄電システムの制御装置における充放電制御の手順を示すフローチャートである。 図１０は、変形例の蓄電システムの構成、及びデータの流れを例示した図である。

図１は、実施形態における鉄道システムの構成例を示した図である。図１に示されるように、鉄道システムは、蓄電システム１０１と、受配電設備１１０と、き電系統設備１１３と、各駅設備１１２と、で構成されている。

受配電設備１１０は、受電変圧器１０９と、配電変圧器１１１と、整流器１０８と、で構成され、変電所１１４から供給される電力を、鉄道システムの各構成に供給する。

受電変圧器１０９は、変電所１１４から交流電力を受電する。配電変圧器１１１は、受電変圧器１０９が受電した交流電力の一部を降圧し、配電系統１０６を介して、各駅設備１１２に電力を供給する。整流器１０８は、受電変圧器１０９が受電した交流電力を直流電力へ変換し、電車線１０７（例えば、架線）を介して列車１０２に電力を供給する。

配電系統１０６は、受配電設備１１０から、各駅設備１１２に電力を供給するための系統とする。

各駅設備１１２は、駅内のエスカレータ、照明機器、ＯＡ機器などの負荷と太陽光発電などの電源を含んだ設備とする。

き電系統設備１１３は、電車線１０７と、列車１０２と、で構成されている。列車１０２は、電車線１０７を介して供給される電力で力行し、回生で生じた回生電力を、電車線１０７を介して、他の列車や、蓄電システム１０１に供給する。

蓄電システム１０１は、蓄電装置１０３と、電力変換装置１０５と、制御装置１０４と、を備え、き電系統設備１１３の電力を安定供給するために用いられる。本実施形態の蓄電システム１０１は、制御装置１０４の制御に従って、き電系統設備１１３内の列車１０２から生じた余剰回生電力を蓄電装置１０３に蓄電し、蓄電装置１０３に蓄電された電力を、列車１０２の力行電力として使用するために処理する。これにより、余剰回生電力を有効利用できる。

電力変換装置１０５は、電車線１０７から余剰回生電力を受電するとともに、電車線１０７に所定の電圧を補償するために電力を供給する。

制御装置１０４は、電車線１０７の電圧や電力変換装置１０５の状態に基づいて、電力変換装置１０５の電力授受を制御すると共に、蓄電装置１０３の充放電を行う。蓄電装置１０３は、制御装置１０４の制御に従って、電車線１０７を介して供給される余剰回生電力を蓄積し、蓄電された電力を電車線１０７に供給する。

従来、列車がブレーキをかけて停車する際に、近傍に力行中の他の列車が存在していれば、ブレーキにより発生する回生電力は、他の列車に供給される。一方、力行中の他の列車がいない場合、回生電力が発生できないため、回生ブレーキが使えず、機械的なブレーキで停車していた。

これに対して、本実施形態の鉄道システムでは、蓄電システム１０１を設けたことで、力行中の他の列車がいない場合、余剰回生電力は、電力変換装置１０５を介して蓄電装置１０３に貯めることができる。これにより、列車１０２は、力行中の他の列車が存在しない場合でも、回生ブレーキを有効に利用できる。そして、貯められた余剰回生電力は、必要に応じて、列車１０２等を含むき電系統設備１１３に供給できる。

次に、蓄電システム１０１の構成について説明する。図２は、本実施形態の蓄電システム１０１の構成、及びデータの流れを例示した図である。図２に示される例では、制御装置１０４が、電力変換装置１０５に対して命令を出力することで、電力変換装置１０５及び蓄電装置１０３を制御する。これにより、蓄電装置１０３の蓄電、及び放電が行われる。

図２に示されるように、制御装置１０４は、データ保存部１２６と、予測生成部１２１と、計画生成部１２２と、目標値設定部１２３と、充放電特性設定部１２４と、充放電制御部１２５と、で構成される。

データ保存部１２６は、変電所１１４からき電系統設備１１３に供給される電力量、列車１０２で生じた回生電力のうち蓄電装置１０３に回収可能な余剰回生電力量、及び蓄電装置１０３の蓄電量且つ放電量等が表された統計データを、時間帯毎に保存する。本実施形態では、季節、曜日、天候、気温、列車運転状況などの条件別に当該統計データを格納している。

予測生成部１２１は、変電所１１４から供給先（き電系統設備１１３）に供給される電力量（変電所１１４から受電変圧器１０９が受電した受電電力量）、及び供給先（き電系統設備１１３）で生じる回生電力のうち、蓄電装置１０３に供給される余剰回生電力量の、時間帯毎の予測データを生成する。本実施形態では、時間帯毎として、３０分単位で電力の予測データを生成するが、時間帯を３０分単位に制限するものではない。

本実施形態の予測生成部１２１は、データ保存部１２６に格納された統計データのうち、季節、曜日、天候、気温、及び列車運転状況などの本日の状況と相関の高い統計データに基づいて、予測データを生成する。例えば、複数の統計データに優先情報を付与し、相関が認められる最も高い優先情報が付与された統計データを用いる。なお、本実施形態では、本日の状況として、季節、曜日、天候、気温、及び列車運転状況を全て用いた例について説明するが、全て用いることに制限するものではなく、いずれか一つ以上用いればよい。

図３は、予測生成部１２１が生成した予測データの一部を例示した図である。図３に、変電所１１４からき電系統設備１１３に供給される電力量と、き電系統設備１１３で生じた余剰回生電力量と、が３０分単位で示されている。

例えば、４：３０〜５：００において、供給される電力量“５２７[kWh]”、余剰回生電力量“１２[kWh]”、５：００〜５：３０において、供給される電力量“６８９[kWh]”、余剰回生電力量“３１[kWh]”等が示されている。

図３に示されるように、７：００〜１０：００までの時間帯に、き電系統設備１１３の消費電力がピークとなる。そこで、本実施形態の制御装置１０４では、このようなピーク時間帯で、なるべく蓄電装置１０３から電力を供給するように制御する。これにより、ピーク時間帯における、変電所１１４の負荷を軽減できる。

図２に戻り、計画生成部１２２は、予測生成部１２１により生成された予測データに基づいて、蓄電装置１０３の充電率を制御するための充放電計画を生成する。蓄電装置１０３が、充放電計画に従って、充放電を行うことで、変電所１１４の受電電力量のピーク電力量を削減できる。

本実施形態の計画生成部１２２は、時間帯毎に目標充電率を設定する際に、電力の消費量が他の時間帯より高くなる時間帯に対して、当該他の時間帯よりも小さい目標充電率を設定した、充放電計画を生成する。

例えば、充放電計画においては、ピーク時間帯に、目標充電率を下げるよう計画を立て、蓄電装置１０３から放電を行うことで、受電電力量を削減させる。

つまり、目標充電率と比べて蓄電装置１０３の残容量が大きい場合、変電所１１４の電力削減量が増加する。そして、目標充電率と比べて蓄電装置１０３の残容量が少ない場合、変電所１１４の電力削減量が減少する。このため、目標充電率を調整すると、蓄電装置１０３との残容量との差も変化する。これにより、変電所１１４の電力削減量を調整できる。

この際、計画生成部１２２は、蓄電装置１０３や電力変換装置１０５の定格出力や容量を考慮して、実現可能な充放電計画を作成する。なお、蓄電装置１０３にニッケル水素二次電池やリチウムイオン二次電池を使用する場合、一般には、深い放電深度での充放電は寿命に悪影響があることが知られている。このため、計画生成部１２２は、使用する蓄電装置１０３の種類に応じて、なるべく寿命に悪影響が出ない範囲で充放電を行うように充放電計画を生成する。また、時間帯別に電力料金や電力低減に対する重みが異なる場合、計画生成部１２２は、これらの重み付けを考慮して、充放電計画を生成しても良い。この他、充放電計画の生成にあたっては種々の最適化手法を適用してもよい。

図４は、本実施形態の計画生成部１２２が生成した充放電計画を例示した図である。図４に示される例では、充放電計画として、３０分単位で設定された目標充電率が示されている。

図４に示される例では、例えば、６：３０〜７：００までの間の目標充電率が８５％であり、７：００〜７：３０、及び７：３０〜８：００までの間の目標充電率が７５．８％に設定され、８：００〜８：３０までの間の目標充電率が６６．９％に設定され、８：３０〜９：００までの間の目標充電率が５８．３％に設定されている。

つまり、７：００〜８：３０までの間で蓄電装置１０３の目標充電率が下げられるため、実際の残容量を目標充電率に追従させるために、蓄電装置１０３で放電制御が行われる傾向が高くなる。このため、蓄電装置１０３から、き電系統設備１１３に対して、電力が供給される。よって、ピーク時間帯の変電所１１４から供給される電力量を削減できる。

目標値設定部１２３は、計画生成部１２２が生成した充放電計画に従って、時間帯毎に、当該時間帯で蓄電装置１０３が蓄電すべき電力量の基準として示した目標充電率を設定する。当該充放電計画に従って、目標充電率を設定することで、予測生成部１２１により生成された予測データに基づいた、時間帯毎の目標充電率の設定が実現できる。なお、本実施形態では、充電の目標を率で示したが、数値（目標充電値）でも良い。

例えば、目標値設定部１２３は、現在時刻が７：３３の場合、充放電計画の７：３０〜８：００における目標充電率（例えば、７５．８％）が、蓄電装置１０３の充電率を調整するための基準値として設定される。

充放電特性設定部１２４は、目標充電率と、蓄電装置１０３から検出された充電率と、き電系統設備１１３の電車線１０７から検出された電圧と、に従って、電力変換装置１０５の充放電開始電圧を設定する。

ところで、列車１０２の減速に伴い回生電力が発生すると、列車１０２から他の列車に向けて電流が流れるため、電車線１０７の電圧は標準的な給電電圧より高くなる。また、列車１０２が加速する場合、変電所１１４から列車１０２に電流が流れるため、電車線１０７の電圧が低くなる。そこで、本実施形態では、電車線１０７の電圧により、蓄電装置１０３の充放電を制御する。

本実施形態の充放電特性設定部１２４は、特性対応テーブル記憶部１２７に記憶された充放電特性に基づいて、電力変換装置１０５の充電開始電圧、及び放電開始電圧を設定する。図５は、本実施形態の特性対応テーブル記憶部１２７に記憶された充放電特性対応テーブルを例示した図である。図５では、横軸に電車線電圧を、縦軸に蓄電装置１０３の出力電流を示している。

図５に示される充放電特性対応テーブルは、目標充電率が“５０％”の場合の例とする。図５の（Ａ）は、蓄電装置１０３の充電率が目標充電率より低い場合に用いるテーブルとする。図５の（Ｂ）は、蓄電装置１０３の充電率が目標充電率と同じ又は近傍にある場合に用いるテーブルとする。図５の（Ｃ）は、蓄電装置１０３の充電率が目標充電率より大きい場合に用いるテーブルとする。

蓄電装置１０３の充電率が目標充電率と同じ又は近傍にある場合、図５の（Ｂ）に示される充放電開始電圧が、充放電特性設定部１２４により設定される。図５の（Ｂ）で示される例では、充放電特性設定部１２４が、放電開始電圧“Ｖｄ１”、及び充電開始電圧“Ｖｃ１”を設定する。充電開始電圧“Ｖｃ１”は、一般的に、図示しない標準き電電圧Ｖ０より高い電圧で、また回生電力の列車間の融通を妨げないように設定する。また、放電開始電圧“Ｖｄ１”は、標準き電電圧Ｖ０より低い電圧に設定する。

そして、電車線電圧が放電開始電圧“Ｖｄ１”以下になった場合、充放電制御部１２５は、電車線１０７の電圧が下がるに従って、出力電流（放電電流）が増加するように制御する。また、電車線電圧が“Ｖｄ２”より小さい場合、充放電制御部１２５が、電流値“Ｉｄ”で蓄電装置１０３から放電するよう制御する。具体的には、充放電制御部１２５は、充放電特性に基づく放電電流の指令値を生成し、充放電指令値として電力変換装置１０５に出力する。

さらに、電車線電圧が“Ｖｃ１”以上になった場合、充放電制御部１２５は、電車線電圧が上がるに従って、入力電流（充電電流）が増加するように制御する。電車線電圧が“Ｖｃ２”より大きい場合、充放電制御部１２５が、電流値“Ｉｃ”で蓄電装置１０３に充電するよう制御する。具体的には、充放電制御部１２５は、充放電特性に基づく放電電流の指令値を生成し、充放電指令値として電力変換装置１０５に出力する。

蓄電装置１０３の充電率が目標充電率より小さい場合、図５の（Ａ）に示される充放電開始電圧が、充放電特性設定部１２４により設定される。図５の（Ａ）で示される例では、充放電特性設定部１２４が、放電開始電圧“Ｖｄ１’”、及び充電開始電圧“Ｖｃ１’”を設定する（なお、Ｖｄ１’＜Ｖｄ１、Ｖｃ１’＜Ｖｃ１とする）。充放電制御部１２５による制御は、目標値が異なるだけで図５の（Ｂ）と同様の制御が行われるものとして説明を省略する。

放電開始電圧値が低い場合（図５の（Ａ））、放電開始電圧値が通常の場合（図５の（Ｂ））と比べて、電車線１０７の電圧値がより低くないと蓄電装置１０３から放電されない。このため、蓄電装置１０３からの放電量が少なくなる。つまり、図５の（Ａ）は、蓄電装置１０３は蓄電しやすく、放電しにくい設定となる。

蓄電装置１０３の充電率が目標充電率より大きい場合、図５の（Ｃ）に示される充放電開始電圧が、充放電特性設定部１２４により設定される。図５の（Ｃ）で示される例では、充放電特性設定部１２４が、放電開始電圧“Ｖｄ１””、及び充電開始電圧“Ｖｃ１””を設定する（なお、Ｖｄ１”＞Ｖｄ１、Ｖｃ１”＞Ｖｃ１とする）。充放電制御部１２５による制御は、目標値が異なるだけで図５の（Ｂ）と同様の制御が行われるものとして説明を省略する。

放電開始電圧値が高い場合（図５の（Ｃ））、放電開始電圧値が通常の場合（図５の（Ｂ））と比べて、電車線１０７の電圧値がより高くないと蓄電装置１０３に充電されない。このため、蓄電装置１０３への充電量が少なくなる。これにより、図５の（Ｃ）は、蓄電装置１０３は放電しやすく、蓄電しにくい設定となる。

なお、本実施形態では、図５に示す充放電特性対応テーブルを、目標充電率毎に設けられている例とする。つまり、充放電特性設定部１２４は、目標値設定部１２３により設定された目標充電率に対応する充放電特性対応テーブルを読み出して、上述した制御を行う。具体的には、目標充電率が高いほど、充電開始電圧“Ｖｃ１”、及び放電開始電圧“Ｖｄ１”が低くなる。一方、目標充電率が低いほど、充電開始電圧“Ｖｃ１”、及び放電開始電圧“Ｖｄ１”が高くなる。このように、目標充電率に対応する充放電特性対応テーブルを使用することで、蓄電装置１０３の蓄電率が、目標充電率に近づくよう制御がなされる。

これにより、充放電制御部１２５は、時間帯毎に、設定された目標充電率に対応する充放電特性対応テーブルを複数選択した後、選択した複数の充放電特性対応テーブルから、蓄電装置１０３から検出された充電率と目標充電率との違いに対応した充放電特性対応テーブルを特定する。そして、充放電制御部１２５は、特定された充放電特性対応テーブルで定められた放電開始電圧値及び充電開始電圧値と、電車線１０７の電圧との比較結果に従って、蓄電装置１０３の充電、放電の制御を行う。

本実施形態では、目標充電率毎に、充放電特性対応テーブルが保持されている例について説明した。しかしながら、本実施形態は、目標充電率毎に、充放電特性対応テーブルが対応付けられている場合に制限するものではない。変形例としては、基準となる充放電特性対応テーブル（例えば目標充電率５０％の充放電特性対応テーブル）と、目標充電率に対応する充電開始電圧値及び放電開始電圧値になるように充放電特性対応テーブル（例えば目標充電率５０％の充放電特性対応テーブル）を調整するためのオフセット値と、を保持してもよい。

このような変形例においては、充放電特性設定部１２４が、受け取った目標充電率に対応するオフセット値で、充放電特性対応テーブルを調整することで、受け取った目標充電率に対応する充放電特性対応テーブルを生成できる。生成した後の充放電特性対応テーブルを用いた処理は、上述した処理と同様のため、説明を省略する。

さらに、異なる手法としては、充放電特性対応テーブルを保持するのではなく、充放電特性設定部１２４が、受け取った目標充電率に対応する充放電特性を生成しても良い。このように充放電特性の生成手法としては、様々な手法を用いて良い。

充放電制御部１２５は、目標値設定部１２３により設定された、時間帯毎の目標充電率と、蓄電装置１０３から検出された充電率と、蓄電装置１０３による電力の供給先である電車線１０７の電圧と、に基づいて、電力変換装置１０５を用いて、蓄電装置１０３の充電及び放電のうちいずれか一つ以上の制御を行う。具体的には、本実施形態の充放電制御部１２５は、目標値設定部１２３により設定された、時間帯毎の目標充電率に対応する充放電特性対応テーブルに定められた、充電開始電圧値及び放電開始電圧値と、電車線１０７で検出された電圧値と、に基づいて、蓄電装置１０３の充放電指令値を算出し、電力変換装置１０５を制御する。

次に、制御装置１０４により制御した場合の効果について説明する。図６は、き電系統設備１１３による負荷電力量と、受電電力量と、の推移を例示した図である。図６に示された推移では、負荷電力量がピークとなる時間帯（例えば７：００）近傍においては、負荷電力量に比べて、受電電力量は、電力幅６０１だけ削減されることが確認できる。

鉄道事業における負荷電力量とは、商用電力を購入して電車の運行や駅などで使用する電力量をまとめた値とする。

つまり、本実施形態では、列車１０２で生じた余剰回生電力を、蓄電装置１０３に蓄電しておき、ピークとなる時間帯で、蓄電装置１０３の目標充電率を下げる制御を行うことで、蓄電装置１０３から、き電系統設備１１３に放電される電力量が増加する。これにより、変電所１１４からの受電電力量を低減できる。これにより、本実施形態では、回生失効の防止と省エネを図ることができる。

従来、蓄電装置への充放電は、蓄電装置の充電率を一定に保つように行われることが多かった。これは、蓄電装置の充電率を中間状態にしておくことで、常時、充電も放電も可能な状態になるため、蓄電装置を確実に利用することが可能になった。それと共に、設備利用効率が向上した。さらには、蓄電装置に二次電池を使用した場合、特に過放電による電池寿命への悪影響を抑止することが可能となった。しかしながら、ピーク時間帯であるか否かにかかわらず、このような制御が行われると、ピーク時間帯で、蓄電装置に蓄電されているにもかかわらず、変電所からの受電電力量が増大するという状況が生じる可能性があった。

これに対し、本実施形態では、蓄電装置１０３の目標充電率を、寿命に影響のない又は少ない範囲で変化させることで、受電電力量のピーク電力量を削減できる。

図７は、蓄電装置１０３の充電率と、目標充電率と、の遷移を示した図である。図７に示されるように、負荷電力量がピークとなる７：００近傍に向けて、目標充電率が低下していくように設定される。そして、設定された目標充電率に追従するように、蓄電装置１０３の充電量が徐々に減少する。充電量を減少させ、蓄電装置１０３から放電させることで、ピーク時間帯の受電電力量の削減を実現できる。

一方、制御装置１０４は、負荷電力量が少ない時間帯に、目標充電率を上昇するよう設定することで、当該時間帯での蓄電装置１０３への蓄電を実現できる。

図８は、電車線１０７の電圧、充電開始電圧、及び放電開始電圧の遷移を例示した図である。図８に示される例では、充電開始電圧と放電開始電圧は、蓄電装置１０３の充電率と目標充電率とに基づいて定められた充放電特性対応テーブルから導出される。そして、電車線１０７の電圧が、充電開始電圧を上回った場合は充電し、電車線１０７の電圧が、放電開始電圧を下回った場合には放電を行う。電車線１０７の電圧は電車の走行などにより変動するため、頻繁に、充電開始電圧を上回ったり放電開始電圧を下回ったりする。このため、蓄電装置１０３への充放電が繰り返されるが、所定期間における充電量が放電量を上回れば蓄電装置１０３の充電量が増加し、下回れば充電量が低下する。

図８に示される例では、目標充電率が切り替わる時刻で、充電開始電圧、及び放電開始電圧が急峻に遷移していることが確認できる。その後、蓄電装置１０３の充電率が、目標充電率に近づいていくため、標準的な（換言すると目標充電率と蓄電装置１０３の充電率が同じ又は近傍の場合の）充電開始電圧、及び放電開始電圧に近づいていくのが確認できる。以上のように、充電開始電圧、及び放電開始電圧を調整することで、放電される電力量と、回生電力量と、により、受電電力量におけるピーク電力量を削減できる。

次に、本実施形態の蓄電システム１０１の制御装置１０４における充放電制御について説明する。図９は、本実施形態の蓄電システム１０１の制御装置１０４における上述した処理の手順を示すフローチャートである。

まず、予測生成部１２１は、予測処理を実行するか否かを判定する（ステップＳ９０１）。例えば、前回予測処理を実行してから、天候等の状況が変化した、又は運行計画が変更した等の理由が生じた場合に、予測処理を実行すると判定する。また、判定基準を制限するものではなく、例えば、前回の予測処理から所定時間経過した場合に、予測処理を実行すると判定してもよい。所定時間とは、例えば５分間隔などが考えられるが、実施態様に応じて、適切な時間が設定されれば良い。さらには、予測を行うために必要な条件に変更がない場合（例えば列車ダイヤに変更がない場合）等も予測を実行しなくともよい。そして、予測処理を実行しないと判定した場合（ステップＳ９０１：Ｎｏ）、ステップＳ９０３に進む。

一方、予測生成部１２１が、予測処理を実行すると判定した場合（ステップＳ９０１：Ｙｅｓ）、データ保存部１２６に保存されている統計データに基づいて、き電系統設備１１３の負荷電力量、及び余剰回生電力量の予測データを算出する（ステップＳ９０２）。

その後、計画生成部１２２が、計画処理を実行するか否かを判定する（ステップＳ９０３）。例えば、前回の充放電計画が生成されてから、新たに予測データが算出されたか否かに応じて、計画処理を実行するか否かを判定する。他には、蓄電装置１０３で検出された充電率と充電率目標率との乖離が、充放電計画の再計画を必要としない範囲であるか否かに応じて、計画処理を実行するか否かを判定しても良い。計画処理を実行しないと判定した場合（ステップＳ９０３：Ｎｏ）、ステップＳ９０５に遷移する。

一方、計画生成部１２２が、計画処理を実行すると判定した場合（ステップＳ９０３：Ｙｅｓ）、予測データに基づいて、蓄電装置１０３の充放電計画を生成する（ステップＳ９０４）。

次に、目標値設定部１２３が、目標充電率を設定するか否かを判定する（ステップＳ９０５）。目標充電率の設定は、例えば、前回設定してから所定時間を経過し、充放電計画が再生成された場合に行われる。例えば、充電率目標率を変更する周期である場合にも、目標充電率の再設定が行われる。目標充電率を設定しないと判定した場合（ステップＳ９０５：Ｎｏ）、ステップＳ９０７に遷移する。

一方、目標値設定部１２３が、目標充電率を設定すると判定した場合（ステップＳ９０５：Ｙｅｓ）、現在の時刻と充放電計画から、現在の目標充電率を設定する（ステップＳ９０６）。

次に、充放電特性設定部１２４が、設定された目標充電率と、現在の蓄電装置１０３の充電率と、に基づいて、充放電特性（充電開始電圧値、及び放電開始電圧値）を設定する（ステップＳ９０７）。

そして、充放電制御部１２５が、設定された充放電特性に従って、電力変換装置１０５を介して、蓄電装置１０３の充放電制御を行う（ステップＳ９０８）。

その後、充放電制御部１２５が、充放電制御が終了したか否かを判定する（ステップＳ９０９）。充放電制御が終了していないと判定した場合（ステップＳ９０９：Ｎｏ）、ステップＳ９０１から再び処理を行う。

（変形例１）
また、本実施形態は、予測データの生成手法を、データ保存部１２６に保存された統計データに基づいた生成に制限するものではない。変形例としては、制御部が、列車ダイヤ、路線条件、車両条件、き電回路条件などに基づいて、列車の運行計画をシミュレーションするき電シミュレーション部を備える例とする。

図１０は、本変形例の蓄電システム１０００の構成、及びデータの流れを例示した図である。本変形例の制御装置１００１は、実施形態の制御装置１０４に、き電シミュレーション部１０１１が追加された例とする。

き電シミュレーション部１０１１は、現在のき電系統設備１１３で力行している列車１０２の運行スケジュール等を取得して、当該運行計画に従って列車１０２が力行した場合の回生電力や負荷電力等をシミュレートする。

そして、予測生成部１２１は、き電シミュレーション部１０１１によるシミュレーションの結果に基づいて、時間帯毎の予測データを生成する。

つまり、スケジュール通りに運行されている場合には、データ保存部１２６に保存されている統計データを利用すれば良いが、天候や事故等により、運行スケジュールが調整される状況がある。このような状況に合致する統計データが、データ保存部１２６に格納されていない場合がある。そこで、き電シミュレーション部１０１１が、現在の運行スケジュールに応じたシミュレーションを行うことで、予測生成部１２１が、現在の状況に応じた予測データを生成できる。その後の処理は、実施形態と同様として説明を省略する。

このように、予測生成部１２１は、例えば、列車のダイヤに乱れが無い場合はデータ保存部１２６に保存された過去の統計データに基づく予測を行い、列車のダイヤに乱れが生じた場合はき電シミュレーション部１０１１による予測を行うなど、複数の予測手段から適切な手段を選択して予測を行うようにしても良い。

（変形例２）
さらに他の手法としては、予測生成部１２１は、予測日の列車ダイヤに設定された１時間当たりの列車本数、列車の消費エネルギー原単位（単位距離および単位重量または車両あたりの消費エネルギー）、回生エネルギー原単位、時間帯別の平均回生失効率等に基づいて、予測データを生成しても良い。

上述した実施形態及び変形例では、蓄電装置１０３に貯められた電力の供給先が、き電系統設備１１３の場合について説明したが、供給先を制限するものではなく、例えば、各駅設備１１２でも良いし、他の設備でも良い。

また、上述した実施形態では、充電率を目標値として設定する例について説明したが、充電率に制限するものではなく、充電圧等でも良い。

上述した実施形態、及び変形例においては、充電率が時間帯毎に設定された目標値に従うように蓄電装置を制御することで、時間帯に応じた充放電制御を可能としている。これにより、ピーク時間帯の電力の負荷を軽減できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の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。これら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。

１０１、１０００…蓄電システム、１０２…列車、１０３…蓄電装置、１０４、１００１…制御装置、１０５…電力変換装置、１０６…配電系統、１０７…電車線、１０８…整流器、１０９…受電変圧器、１１０…受配電設備、１１１…配電変圧器、１１２…各駅設備、１１３…き電系統設備、１１４…変電所、１２１…予測生成部、１２２…計画生成部、１２３…目標値設定部、１２４…充放電特性設定部、１２５…充放電制御部、１２６…データ保存部、１２７…特性対応テーブル記憶部、１０１１…き電シミュレーション部。

Claims (5)

1. 時間帯毎に、当該時間帯で蓄電装置が蓄電すべき電力量の目標充電率を設定する設定部と、
   前記設定部により設定された、時間帯毎の前記目標充電率と、前記蓄電装置から検出された充電率と、前記蓄電装置による電力の供給先であるき電系統設備の電圧と、に基づいて、前記蓄電装置の充電及び放電のうちいずれか一つ以上の制御を行う制御部と、
   前記き電系統設備による負荷電力量、及び前記き電系統設備で生じる回生電力量のうち、前記蓄電装置に供給される余剰回生電力量の、時間帯毎の予測データを生成する生成部と、
   を備え、
   前記設定部は、時間帯毎に前記目標充電率を設定する際に、電力の消費量が他の時間帯より高くなる時間帯に対して、当該他の時間帯よりも小さい前記目標充電率を設定するとともに、前記生成部により生成された前記予測データに基づいて、時間帯毎の前記目標充電率を設定する、
   蓄電制御装置。
2. 前記制御部は、時間帯毎の前記目標充電率、及び前記蓄電装置から検出された充電率の違いに応じて設定された、放電又は充電を開始するための基準電圧と、前記き電系統設備の電圧との比較結果に従って、前記蓄電装置の充電及び放電のうちいずれか一つ以上の制御を行う、
   請求項１に記載の蓄電制御装置。
3. 時間帯毎に、前記き電系統設備による負荷電力量、及び前記き電系統設備で生じた回生電力量のうち、前記蓄電装置に回収可能な余剰回生電力量が記録された統計データを、１日の状況毎に保存するデータ保存部を、さらに備え、
   前記生成部は、前記データ保存部に格納された統計データのうち、当日の状況と、相関の高い統計データに基づいて、前記予測データを生成する、
   請求項１に記載の蓄電制御装置。
4. 前記生成部は、当日の状況として、季節、曜日、天候、気温、及び列車運転状況のうち、いずれか一つ以上の条件を用いる、
   請求項３に記載の蓄電制御装置。
5. 前記き電系統設備のスケジュールに応じて、前記き電系統設備による負荷電力量と、前記き電系統設備で生じた回生電力量を、シミュレートするシミュレーション部を、さらに備え、
   前記生成部は、前記シミュレーション部によるシミュレート結果に基づいて、時間帯毎の予測データを生成する、
   請求項１に記載の蓄電制御装置。

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