JP6708574B2 - Program and operation pattern determination device - Google Patents

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本発明は、列車ダイヤの各列車を「列車スジ」、各列車スジを停車駅間毎に区切った部分を「部分スジ」と呼び、各列車スジを区切った各部分スジの運転パターンを決定することで列車ダイヤの全ての部分スジの運転パターンを決定する運転パターン決定装置等に関する。 The present invention calls each train of the train schedule "train streak", the part that separates each train streak between stop stations is called "partial streak", and determines the operation pattern of each partial streak that separates each train streak Thus, the present invention relates to an operation pattern determination device or the like that determines the operation patterns of all the partial stripes on the train schedule.

近年、鉄道においては、消費エネルギーの削減に対するニーズが高まっており、運転操作の工夫によって消費エネルギーを削減する、いわゆる省エネ運転の研究が進められている。例えば、特許文献1には、線路に定められた速度制限を守りつつ列車の能力の範囲内で走行時分が最短となるように作成された運転曲線を修正することで、消費エネルギーを削減する手法が開示されている。 In recent years, there is an increasing need for reduction of energy consumption in railways, and research on so-called energy-saving driving, in which energy consumption is reduced by devising driving operations, is being advanced. For example, in Patent Document 1, the energy consumption is reduced by modifying the operation curve created so that the running time becomes the shortest within the range of the train capability while keeping the speed limit set for the track. Techniques are disclosed.

特開2016−573号公報JP, 2016-573, A

上述の特許文献1の手法は、1台の列車に着目してその消費エネルギーを削減するような運転曲線を作成するものであり、駅間の走行時分が変化し得る。しかし、実際の列車運行では、旅客利便性を考慮し、且つ、線路設備や車両運用、乗務員運用等の制約条件を満たした上で作成されていることから、列車ダイヤを厳守するような運転曲線とすることが望ましい。 The method of Patent Document 1 described above focuses on one train and creates an operation curve that reduces the energy consumption of the train, and the running time between stations may change. However, in actual train operation, since it was created in consideration of passenger convenience and satisfying the constraint conditions such as track facilities, vehicle operation, crew operation, etc., the operation curve that strictly adheres to the train schedule Is desirable.

また、1日分の列車ダイヤなどのある列車ダイヤ全体に対する列車運行全体の消費エネルギーの最小化を検討するためには、走行中の複数の列車の相互作用を考慮する必要がある。ある列車が回生しているときに、近くに力行している列車が存在すると、回生電力はその列車の力行時のエネルギーとして消費される。一方、近くに力行列車が存在しないときには、回生失効となり、エネルギーの損失となる。つまり、ある列車が回生するタイミングと、他の列車が力行するタイミングとを考慮する必要がある。 Further, in order to study the minimization of the energy consumption of the entire train operation with respect to the entire train schedule such as a train schedule for one day, it is necessary to consider the interaction of a plurality of running trains. When a train is regenerating and there is a train running nearby, the regenerative electric power is consumed as energy when the train is running. On the other hand, when there are no power trains nearby, regenerative revocation will occur and energy will be lost. That is, it is necessary to consider the timing at which one train regenerates and the timing at which another train powers.

更に、回生電力を有効活用するために、き電回路に電力貯蔵装置を設ける研究・開発がなされており、実用化されつつある。そのため、電力貯蔵装置を設けた場合の列車運行全体の消費エネルギーの最小化を検討したいという要望もある。より詳細には、単に電力貯蔵装置を設けるか否かだけではなく、電力貯蔵装置に搭載されている電力変換器などを含む装置の蓄電及び給電時に生じる損失に伴う効率を考慮する必要もある。 Furthermore, in order to effectively utilize the regenerated electric power, research and development for providing an electric power storage device in the feeder circuit have been made, and are being put to practical use. Therefore, there is also a desire to consider minimizing the energy consumption of the entire train operation when an electric power storage device is provided. More specifically, it is necessary to consider not only whether or not the power storage device is provided, but also the efficiency associated with the loss that occurs during power storage and power feeding of a device including a power converter mounted in the power storage device.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、列車ダイヤに従った列車運行全体の総消費電力量を低減させることのできる各列車スジの各部分スジの運転パターンを決定する技術を提供することである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to operate each partial streak of each train streak capable of reducing the total power consumption of the entire train operation according to the train schedule. It is to provide a technique for determining a pattern.

上記課題を解決するための第1の発明は、
コンピュータに、各列車スジを停車駅で区切った部分スジごとに、当該部分スジに割り当てられた所与の運用車両が当該部分スジを走行する際の運転パターンを決定させることで、所与の列車ダイヤの全ての部分スジの運転パターンを決定させるためのプログラムであって、
前記部分スジごとに、当該部分スジに割り当てられた運用車両が当該部分スジの走行時分を守って走行し得る運転パターン候補を複数設定する運転パターン候補設定手段、
前記運転パターン候補ごとに、割り当てられた運用車両が、対応する部分スジを、当該運転パターン候補に従って走行した場合の時間毎の力行或いは回生可能な電力量を少なくとも含む予測電力量を設定する予測電力量設定手段、
前記列車ダイヤの各部分スジに、当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補の中から1つを選択した組み合わせであって、対応する前記予測電力量を前記列車ダイヤ上の走行時刻に当てはめた各時間断面における走行中の列車の前記予測電力量の収支を前記列車ダイヤを通じて合算した総消費電力量が所定の最小条件を満たす組み合わせ、を算出する算出手段、
として前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
The first invention for solving the above problems is
For a given train by causing a computer to determine, for each sub-strip that separates each train streak at a stop station, a driving pattern when a given operation vehicle assigned to the sub-strip travels the sub-strip A program for determining the driving pattern of all the partial streaks of the diamond,
For each of the partial stripes, a driving pattern candidate setting means for setting a plurality of driving pattern candidates that the operation vehicle assigned to the partial stripe can travel while keeping the running time of the partial stripe,
For each of the driving pattern candidates, the assigned operation vehicle, the corresponding partial streak, the predicted power for setting a predicted power amount including at least power running or regenerative power amount for each time when traveling according to the driving pattern candidate Quantity setting means,
It is a combination in which each of the partial lines of the train schedule is selected from a plurality of operation pattern candidates set in the partial schedule, and the corresponding predicted power amount is applied to the traveling time on the train schedule. A calculation means for calculating the combination of the total amount of power consumption of the estimated electric energy of the running train in each time section through the train schedule that satisfies a predetermined minimum condition,
And a program for operating the computer.

第1の発明によれば、列車ダイヤに従った列車運行全体の総消費電力量が所定の最小条件を満たすような、部分スジそれぞれの運転パターンを決定することができる。具体的には、時間断面毎の走行中の各列車による力行電力と回生可能電力とのバランスを考慮しながら、列車運行全体の総消費電力量が最小条件を満たすような部分スジ毎の運転パターンの組み合わせを決定する。ここで、最小条件は、“最小となる”ことであっても良いし、“最小とみなせる所定電力量以下である”ことであっても良い。これにより、列車ダイヤで定められる走行時分を守りつつ、列車運行全体の総消費電力量が最小条件を満たすような部分スジそれぞれの運転パターンを決定することができる。なお、処理対象となる列車ダイヤは、所定線区全体の1日分のダイヤであっても良いし、一部区間の一部時間帯のダイヤであっても良い。 According to the first aspect of the present invention, it is possible to determine an operation pattern of each partial streak such that the total power consumption of the entire train operation according to the train schedule satisfies a predetermined minimum condition. Specifically, while considering the balance between the power running power and regenerative power of each running train for each time section, the operation pattern for each partial stripe so that the total power consumption of the entire train operation satisfies the minimum condition. Determine the combination of. Here, the minimum condition may be "minimum" or "equal to or less than a predetermined power amount that can be regarded as minimum". Accordingly, it is possible to determine the operation pattern of each partial streak such that the total power consumption of the entire train operation satisfies the minimum condition while keeping the running time determined by the train schedule. The train schedule to be processed may be a one-day schedule for the entire predetermined line section, or may be a schedule for some time zones of some sections.

第2の発明は、第1の発明のプログラムであって、
前記予測電力量設定手段は、前記部分スジごとの所与の旅客量を更に加味して、前記運転パターン候補ごとの前記予測電力量を設定する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
A second invention is the program of the first invention,
The predicted power amount setting means sets the predicted power amount for each of the driving pattern candidates by further adding a given passenger amount for each partial stripe.
Is a program for operating the computer.

第2の発明によれば、運転パターン毎の予測電力量を、部分スジ毎の旅客量を加味して設定することができる。つまり、旅客量が異なれば運用車両の荷重が変化することとなり、力行電力量や回生可能電力量といった列車の走行に係る電力量が変化する。旅客量を、例えば、駅間毎且つ時間帯毎に集計した実際の旅客数のデータを用いることとすれば、列車ダイヤに対するより実態に即した運転パターンを決定することができる。 According to the second aspect of the present invention, the predicted power amount for each driving pattern can be set in consideration of the passenger amount for each partial streak. That is, if the passenger amount is different, the load of the operating vehicle is changed, and the electric power amount related to the running of the train, such as the power running electric power amount and the regenerable electric power amount is changed. If the data of the actual number of passengers, for example, between the stations and for each time zone is used as the passenger amount, it is possible to determine a more actual driving pattern for the train schedule.

第3の発明は、第1又は第2の発明のプログラムであって、
前記予測電力量設定手段は、割り当てられた運用車両の所与の補機電力を更に加味して、前記運転パターン候補ごとの前記予測電力量を設定する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
A third invention is the program according to the first or second invention,
The predicted power amount setting means sets the predicted power amount for each of the operation pattern candidates by further considering the given auxiliary power of the assigned operation vehicle.
Is a program for operating the computer.

第3の発明によれば、運転パターン候補ごとの予測電力量を、運用車両の補機電力を加味して設定することができる。補機電力は運用車両に応じて異なる。つまり、運用車両が異なると、補機電力が異なり、その結果、力行電力量や回生電力量といった走行に係る電力が異なる。運用車両に応じた補機電力を加味することで、列車ダイヤに対するより実態に即した運転パターンを決定することができる。 According to the third aspect of the present invention, it is possible to set the predicted power amount for each driving pattern candidate in consideration of the auxiliary power of the operating vehicle. Auxiliary power varies depending on the operating vehicle. In other words, when the operation vehicle is different, the auxiliary machine power is different, and as a result, the electric power related to traveling such as the power running electric energy and the regenerative electric energy is different. By adding the auxiliary electric power according to the operating vehicle, it is possible to determine a more realistic driving pattern for the train schedule.

第4の発明は、第1〜第3の何れかの発明のプログラムであって、
前記最小条件を満たす組み合わせについて、各時間断面における前記収支を、少なくとも、力行電力量、回生可能電力量、当該回生可能電力量のうちの当該時間断面において実際に利用した利用回生電力量、及び、回生失効電力量ごとに小計することで、前記列車ダイヤ全体における総消費電力量を算出する評価値算出手段、
として前記コンピュータを更に機能させるためのプログラムである。
A fourth invention is the program according to any one of the first to third inventions,
For the combination satisfying the minimum condition, at least the balance in each time section, the power running power amount, the regenerable power amount, the regenerative power amount actually used in the time section of the regenerable power amount, and, Evaluation value calculation means for calculating total power consumption in the entire train schedule by subtotaling for each regenerative power consumption,
Is a program for further functioning the computer.

第4の発明によれば、総消費電力量が最小条件を満たすとして算出した運転パターンの組み合わせに従って走行した場合の、消費電力量や回生可能電力量、実際に利用した回生電力量、回生失効電力量といった、列車の走行に係る電力量の経時変化を求めることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, when the vehicle travels according to the combination of operation patterns calculated assuming that the total power consumption amount satisfies the minimum condition, the power consumption amount, the regenerable power amount, the actually used regenerative power amount, and the regenerative invalid power. It is possible to determine the change over time in the amount of electric power related to the running of the train, such as the amount.

第5の発明は、第1〜第4の何れかの発明のプログラムであって、
前記算出手段は、所与の電力貯蔵装置を仮定し、前記時間断面において回生可能電力量が力行電力量を上回った場合の余剰電力量を前記電力貯蔵装置に蓄電させ、前記時間断面において力行電力量が回生可能電力量を上回った場合の不足電力量のうち、当該時間断面の時点の前記電力貯蔵装置の蓄電電力量以下の電力量を前記電力貯蔵装置から給電することとして、各時間断面における前記収支を算出する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
A fifth invention is the program according to any one of the first to fourth inventions,
The calculation means, assuming a given power storage device, the surplus power amount when the regenerable power amount exceeds the power running power amount in the time section is stored in the power storage apparatus, the power running power in the time section. Of the amount of power shortage when the amount exceeds the regenerable power amount, the amount of power that is equal to or less than the stored power amount of the power storage device at the time of the time section is to be fed from the power storage apparatus, in each time section. Calculate the balance,
Is a program for operating the computer.

第5の発明によれば、電力を貯蔵する電力貯蔵装置を考慮した上で、列車ダイヤを守りつつ、列車運行全体の総消費電力量の最小化を図った運転パターンを決定することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to determine an operation pattern that minimizes the total power consumption of the entire train operation while keeping the train schedule in consideration of the electric power storage device that stores electric power.

第6の発明は、第5の発明のプログラムであって、
前記最小条件を満たす組み合わせについて、前記電力貯蔵装置の総蓄電電力量を算出する電力貯蔵装置評価値算出手段、
として前記コンピュータを更に機能させるためのプログラムである。
A sixth invention is a program according to the fifth invention,
For a combination satisfying the minimum condition, a power storage device evaluation value calculation means for calculating the total stored power amount of the power storage device,
Is a program for further functioning the computer.

第6の発明によれば、総消費電力量が最小条件を満たすとして算出した運転パターンの組み合わせに従って走行した場合の、総蓄電電力量やピーク蓄電電力量といった電力貯蔵装置に関する電力量を算出することができる。これにより、例えば、電力貯蔵装置を設置する場合の必要容量の検討材料とすることができ、電力貯蔵装置の設計に役立てることができる。 According to the sixth aspect of the present invention, when the vehicle travels according to the combination of the operation patterns calculated assuming that the total power consumption amount satisfies the minimum condition, the power storage device-related power amount such as the total stored power amount or the peak stored power amount is calculated. You can Thereby, for example, it can be used as a material for studying the required capacity when the power storage device is installed, and can be useful for the design of the power storage device.

第7の発明は、第5又は第6の発明のプログラムであって、
前記電力貯蔵装置の電力吸収率を設定する電力吸収率設定手段、
として前記コンピュータを更に機能させ、
前記算出手段は、前記電力吸収率に基づいて前記電力貯蔵装置への蓄電時の電力量を算出する、
ように前記コンピュータを機能させるためのプログラムである。
7th invention is the program of 5th or 6th invention, Comprising:
Power absorption rate setting means for setting the power absorption rate of the power storage device,
To further function the computer as
The calculating means calculates the amount of electric power during storage in the electric power storage device based on the electric power absorption rate,
Is a program for operating the computer.

第7の発明によれば、電力貯蔵装置の電力吸収率を可変に設定することで、電力貯蔵装置への蓄電時の電力量が変わることとなる。従って、どのような電力吸収率の電力貯蔵装置を設置するかによって、列車運行全体の総消費電力量を最小化するための運転パターンの組み合わせが変化し得るこことなり、電力貯蔵装置の設計に応じた適切な運転パターンの組み合わせを決定することが可能となる。 According to the seventh aspect, by setting the power absorption rate of the power storage device to be variable, the amount of power stored in the power storage device is changed. Therefore, the combination of operation patterns for minimizing the total power consumption of the entire train operation may change depending on the power storage device with which the power absorption rate is installed, depending on the design of the power storage device. It is possible to determine an appropriate combination of driving patterns.

第8の発明は、
各列車スジを停車駅で区切った部分スジごとに、当該部分スジに割り当てられた所与の運用車両が当該部分スジを走行する際の運転パターンを決定することで、所与の列車ダイヤの全ての部分スジの運転パターンを決定する運転パターン決定装置であって、
前記部分スジごとに、当該部分スジに割り当てられた運用車両が当該部分スジの走行時分を守って走行し得る運転パターン候補を複数設定する運転パターン候補設定手段と、
前記運転パターン候補ごとに、割り当てられた運用車両が、対応する部分スジを、当該運転パターン候補に従って走行した場合の時間毎の力行或いは回生可能な電力量を少なくとも含む予測電力量を設定する予測電力量設定手段と、
前記列車ダイヤの各部分スジに、当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補の中から1つを選択した組み合わせであって、対応する前記予測電力量を前記列車ダイヤ上の走行時刻に当てはめた各時間断面における走行中の列車の前記予測電力量の収支を前記列車ダイヤを通じて合算した総消費電力量が所定の最小条件を満たす組み合わせ、を算出する算出手段と、
を備えた運転パターン決定装置である。
The eighth invention is
For each partial stripe that separates each train stripe at the stop station, by determining the operation pattern when a given operation vehicle assigned to the partial stripe travels the partial stripe, all of the given train schedule An operation pattern determination device for determining the operation pattern of the partial streaks of
For each of the partial streaks, a driving pattern candidate setting means for setting a plurality of driving pattern candidates in which the operation vehicle assigned to the partial streak can travel while keeping a running time of the partial streak,
For each of the driving pattern candidates, the assigned operation vehicle, the corresponding partial streak, the predicted power for setting a predicted power amount including at least power running or regenerative power amount for each time when traveling according to the driving pattern candidate Quantity setting means,
It is a combination in which each of the partial lines of the train schedule is selected from a plurality of operation pattern candidates set in the partial schedule, and the corresponding predicted power amount is applied to the traveling time on the train schedule. And a calculation means for calculating a combination of the total amount of power consumption of the predicted electric energy of the running train in each time section through the train schedule, which satisfies a predetermined minimum condition,
It is an operation pattern determination device provided with.

第8の発明によれば、第1の発明と同様の効果を有する運転パターン決定装置を実現できる。 According to the eighth invention, it is possible to realize a driving pattern determination device having the same effect as that of the first invention.

対象となる列車運行システムの一例。An example of the target train operation system. 運転パターン候補の設定の一例。An example of setting a driving pattern candidate. 予測電力量の設定の一例。An example of setting of estimated electric energy. 時間帯別の予測電力量の算出の収支の一例。An example of the balance of calculation of the predicted power amount for each time zone. 時間帯別の予測電力量の収支の一例。An example of the balance of the predicted electric energy by time zone. 運転パターン決定装置の機能構成図。The functional block diagram of a driving pattern determination apparatus. 運転パターン候補・予測電力量データの一例。An example of driving pattern candidate/predicted electric energy data. 運転パターン組み合わせデータの一例。An example of operation pattern combination data. 電力量評価値データの一例。An example of electric energy evaluation value data. 電力貯蔵装置評価値データの一例。An example of electric power storage apparatus evaluation value data. 運転パターン決定処理のフローチャート。The flowchart of a driving pattern determination process. 列車ダイヤの一例。An example of a train schedule. 運転パターンの組み合わせの算出例。Calculation example of a combination of driving patterns. 運転パターンの組み合わせの算出例。Calculation example of a combination of driving patterns. 走行に係る電力量の算出例。An example of calculating the amount of electric power for traveling. 電力貯蔵装置に係る電力量の算出例。An example of calculation of the amount of electric power concerning an electric power storage device.

[概要]
本実施形態は、所与の列車ダイヤに従った列車運行の際の消費電力量の総和が最小条件を満たすような各列車の運転パターンを決定するものである。所与の列車ダイヤは、所定の線区全体の1日分のダイヤとしても良いし、線区の一部を対象に、一部の時間帯についてのダイヤとしても良いが、本実施形態では、線区全体の1日分のダイヤとして説明する。
[Overview]
In this embodiment, the operation pattern of each train is determined such that the total amount of power consumption during train operation according to a given train schedule satisfies the minimum condition. The given train schedule may be a one-day schedule for the entire predetermined line section, or may be a schedule for a part of the line section and for some time zones, but in the present embodiment, It is explained as a day's timetable for the entire line area.

(1)列車運行システム
図1は、本実施形態の対象となる列車運行システムの概要図である。図1に示すように、本実施形態では、複数の駅(A駅〜Z駅)が設けられた上り線及び下り線でなる複線の線区を対象とする。勿論これは一例であり、単線の線区や複々線の線区にも適用可能である。また、沿線には、架線に電力を供給する変電所と、架線からの回生電力を蓄電するとともに蓄電電力を架線に供給(給電)する電力貯蔵装置とが設けられたき電回路が構築されているとする。
(1) Train Operation System FIG. 1 is a schematic diagram of a train operation system which is a target of the present embodiment. As shown in FIG. 1, in the present embodiment, a line section of a multiple line including an up line and a down line in which a plurality of stations (A station to Z station) is provided is targeted. Of course, this is an example, and it is also applicable to a single-line segment and a multiple-line segment. In addition, a feeder circuit is built along the railway line, which includes a substation that supplies electric power to the overhead line and an electric power storage device that stores regenerative power from the overhead line and supplies (powers) the stored power to the overhead line. And

このような列車運行システムに対して与えられる列車ダイヤの走行時分を守って走行した際の消費電力量の総和である総消費電力量が最小条件を満たすように、列車ダイヤの各列車スジを停車駅で区切った部分スジ毎に、当該部分スジに割り当てられた運用車両が当該部分スジを走行する際の運転パターンを決定する。また、本実施形態では、説明の簡便化のために最小条件を“最小である”こととして説明するが、最小条件とは、最小とみなせる条件と言うことができる。コンピュータによる収束計算上、必ずしも最小の計算結果とならず、一定の条件(最小条件)を満たして収束計算が終了することで、最小の計算結果として算出されることもあるからである。 Each train line on the train schedule is adjusted so that the total power consumption, which is the sum of the power consumption when traveling while observing the running time of the train schedule given for such a train operation system, satisfies the minimum condition. For each partial streak delimited by the stop station, a driving pattern when the operation vehicle assigned to the partial streak travels on the partial streak is determined. Further, in the present embodiment, the minimum condition is described as being “minimum” for the sake of simplicity of description, but the minimum condition can be regarded as a condition that can be regarded as the minimum. This is because the minimum calculation result is not always obtained in the convergence calculation by the computer, and the calculation result may be calculated as the minimum calculation result when the convergence calculation is completed when a certain condition (minimum condition) is satisfied.

(2)運転パターン候補
先ず、図2に示すように、列車ダイヤ上の列車スジそれぞれを停車駅で区切った部分スジ毎に、複数の運転パターンの候補を設定する。図2では、「1列車」、「2列車」がそれぞれ列車スジに該当する。運転パターンは、部分スジの走行が割り当てられた運用車両のノッチ扱いを含む運転操縦方法であり、各走行位置での走行速度を示した曲線として表される。運転パターン候補は、部分スジに該当する駅間の列車ダイヤで定められる走行時分で走行するように設定する。また、運転パターン候補としては、実際に走行可能な運転パターンを設定することが望ましい。例えば、運用車両において使用可能なノッチのうち、使用するノッチを異ならせることで、複数の運転パターン候補を設定することができる。
(2) Driving Pattern Candidates First, as shown in FIG. 2, a plurality of driving pattern candidates are set for each partial stripe that separates each train stripe on the train schedule at the stop station. In FIG. 2, "1 train" and "2 trains" correspond to train lines, respectively. The driving pattern is a driving and manipulating method including notch handling of the operation vehicle to which the running of the partial streak is assigned, and is expressed as a curve showing the running speed at each running position. The driving pattern candidate is set to run at the running time determined by the train schedule between the stations corresponding to the partial streak. In addition, it is desirable to set a driving pattern that can be actually traveled as the driving pattern candidate. For example, a plurality of driving pattern candidates can be set by making different notches to be used among the notches that can be used in the operation vehicle.

(3)予測電力量
次いで、列車ダイヤの各列車スジを停車駅で区切った部分スジそれぞれについて、当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補それぞれに従って、当該部分スジに割り当てられた運用車両が走行した場合に予測される電力量(予測電力量)を設定する。図3は、予測電力量の設定の一例を説明する図である。図3では、“1列車”の列車スジのうち、“A駅〜B駅間”に該当する部分スジに設定した“運転パターン候補A1”に従って、割り当てられた運用車両が走行した場合の予測電力量を設定する例を示している。予測電力量は、力行電力量或いは回生可能となる電力量(回生可能電力量)であり、所定時間間隔で時系列に設定される。力行電力量は、運用車両が電力を消費しながら走行するときの電力量であり、主に力行運転によって消費する電力量である。回生可能電力量は、運用車両が電力を架線に戻しながら走行するときの架線に戻し得る電力量であり、主にブレーキをかけることによって生じる回生電力量である。また、回生可能電力量は、他の在線列車を考慮せず、回生失効が起こらないと想定した場合の値とする。
(3) Predicted power amount Next, for each partial stripe that separates each train stripe of the train schedule at the stop station, the operation vehicle assigned to the partial stripe is determined according to each of the plurality of operation pattern candidates set for the partial stripe. The amount of electric power predicted when traveling (predicted amount of electric power) is set. FIG. 3 is a diagram illustrating an example of setting the predicted power amount. In FIG. 3, of the train streaks of “1 train”, the predicted power when the assigned operation vehicle travels according to the “driving pattern candidate A1” set in the partial streak corresponding to “between A station and B station” The example which sets a quantity is shown. The predicted power amount is a power running power amount or a power amount that can be regenerated (regenerative power amount), and is set in time series at predetermined time intervals. The power running electric energy is the electric energy when the operation vehicle travels while consuming electric power, and is mainly the electric energy consumed by the power running operation. The regenerable electric energy is the electric energy that can be returned to the overhead wire when the operation vehicle travels while returning the electric power to the overhead wire, and is mainly the regenerative electric energy generated by braking. In addition, the amount of power that can be regenerated is the value when it is assumed that regenerative revocation will not occur without considering other trains in the train.

また、力行電力量及び回生可能電力量は、補機による消費電力量(補機電力)を含むこととする。回生走行時であれば、補機による消費電力量が差し引きされて、回生可能電力量が設定される。また、惰行時には、補機による消費電力量が必要となるため、力行電力量として設定されることとなる。図3の「予測電力量」の棒グラフにおいて、時間軸中央部分の僅かな力行電力量は、惰行走行時の補機による消費電力量を示している。補機電力は、運用車両の照明や冷暖房などに使用する電力であり、運用車両がき電回路と接していれば常に必要な電力である。補機電力は運用車両に応じて異なるとともに、補機電力に占める割合が大きい冷暖房の使用による電力量は外気温に応じて異なる。補機電力は、運用車両それぞれについて、外気温と、冷暖房による消費電力を含む補機電力の実測値との関係を定めたデータから求めることができる。運用車両や外気温が異なると、補機電力が異なり、その結果、力行電力量や回生電力量といった走行に係る電力が異なる。 In addition, the power running power amount and the regenerable power amount include the power consumption amount by the auxiliary machine (auxiliary machine power). During regenerative traveling, the amount of power consumed by the auxiliary machine is deducted to set the regenerable power amount. Further, during coasting, the amount of power consumed by the auxiliary machine is required, so it is set as the amount of power running. In the bar graph of the “predicted power amount” in FIG. 3, the slight power running power amount at the center of the time axis indicates the power consumption amount of the auxiliary machine during coasting. Auxiliary electric power is electric power used for lighting, cooling and heating of the operating vehicle, and is always necessary if the operating vehicle is in contact with the feeding circuit. The auxiliary electric power differs depending on the operating vehicle, and the amount of electric power due to the use of cooling and heating, which accounts for a large proportion of the auxiliary electric power, differs depending on the outside temperature. The auxiliary electric power can be obtained from the data that defines the relationship between the outside air temperature and the actual measured value of the auxiliary electric power including the power consumption by cooling and heating for each operating vehicle. When the operating vehicle and the outside air temperature are different, the auxiliary machine electric power is different, and as a result, the electric power related to traveling such as the power running electric energy and the regenerative electric energy is different.

力行電力量や回生可能電力量といった電力量は連続的な値であるが、本実施形態では、駅間毎の運転パターンの決定を、数理最適化問題として定式化して解くことで実現するため、離散値として設定する。具体的には、駅間の走行時分を短い所定時間間隔(例えば、1〜5秒程度)で区切った時間帯毎に、力行電力量或いは回生可能電力量を算出し、予測電力量として設定する。 Although the electric power amount such as the power running electric power amount and the regenerable electric power amount is a continuous value, in the present embodiment, the determination of the operation pattern for each station is realized by formulating and solving it as a mathematical optimization problem. Set as a discrete value. Specifically, the running power amount or the regenerable power amount is calculated and set as the predicted power amount for each time zone in which the running time between stations is divided into short predetermined time intervals (for example, about 1 to 5 seconds). To do.

また、力行電力量及び回生可能電力量の算出は、部分スジに割り当てられた運用車両の車両性能、及び、部分スジに該当する駅間における旅客数(乗客数)に基づいて行う。車両性能は、引っ張り力特性や力行電力特性、回生電力特性、回生絞り込み特性、ブレーキ力、走行抵抗式、編成質量等である。同じ駅間を同じ運転パターンに従って走行した場合であっても、運用車両の車両性能が異なれば、力行電力量や回生電力量といった走行に係る電力が異なる。旅客数は、出発駅(出現駅)と目的駅との組み合わせ、及び、出現時刻を定めた多数の旅客を定義したOD(Origin Destination)データから求めることができる。同じ駅間を同じ運用車両が同じ運転パターンに従って走行した場合であっても、旅客数が異なると、編成全体の重量が異なるため、力行電力量や回生可能電力量といった走行に係る電力が異なる。 Further, the calculation of the power running electric energy and the regenerative electric energy is performed based on the vehicle performance of the operation vehicle assigned to the partial streak and the number of passengers (the number of passengers) between the stations corresponding to the partial streak. The vehicle performance is a pulling force characteristic, a power running power characteristic, a regenerative power characteristic, a regenerative narrowing characteristic, a braking force, a running resistance type, a formation mass, and the like. Even when traveling between the same stations according to the same driving pattern, if the vehicle performance of the operating vehicle is different, the electric power for traveling such as the power running electric energy and the regenerative electric energy is different. The number of passengers can be obtained from a combination of a departure station (appearing station) and a destination station, and OD (Origin Destination) data defining a large number of passengers whose appearance times are determined. Even when the same operation vehicle travels between the same stations according to the same driving pattern, the different weights of the entire train will differ if the number of passengers is different, and thus the electric power for traveling such as the power running power amount and the regenerable power amount will be different.

(4)運転パターンの組み合わせの決定
そして、予測電力量をもとに、列車ダイヤに従った列車運行全体の総消費電力量が最小となるように(最小条件を満たすように)、部分スジそれぞれについて、当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補の中から1つを選択した組み合わせを決定する。
(4) Determining the combination of operation patterns Then, based on the predicted power consumption, the total power consumption of the entire train operation according to the train schedule is minimized (to satisfy the minimum condition), and each partial stripe is For, regarding one of the plurality of driving pattern candidates set for the partial streak, a combination in which one is selected is determined.

具体的には、列車ダイヤにおける時間断面毎に走行中の各列車の予測電力量の収支を求め、各時間断面の収支を列車ダイヤ全体に亘って合算した総消費電力量が最小となるように、運転パターンの組み合わせを決定する。時間断面は、予測電力量を設定した時間帯とすることができる。これは、時間断面ごとに、力行電力量の合算から回生可能電力量の合算を引いた差が実際の消費電力量の合算であり、列車ダイヤにおける列車運行全体の総消費電力量の最小化を図るには、回生可能電力を力行で消費するという力行と回生とのバランスが重要となり、より多くの回生エネルギーが力行エネルギーとして消費されることが望ましいからである。 Specifically, the balance of the predicted power consumption of each running train is calculated for each time section on the train schedule, and the total power consumption is calculated so that the total balance of the balance of each time section over the entire train schedule is minimized. , Determine the combination of driving patterns. The time section can be a time zone in which the predicted power amount is set. This is the sum of actual power consumption calculated by subtracting the sum of regenerative electric energy from the sum of power running energy for each time section, which minimizes the total power consumption of the entire train operation on the train schedule. This is because the balance between the power running and the regeneration, in which the regenerable electric power is consumed by the power running, is important to achieve, and it is desirable that more regenerative energy is consumed as the power running energy.

各時間帯における予測電力量の収支は、図4に示すように求めることができる。先ず、図4に示すように、列車ダイヤ上で、対象とする時間帯において走行中の列車スジを抽出する。図4では、ある時間帯tにおいて、“1列車”、“2列車”、“11列車”、“12列車”、“13列車”の5本の列車スジについて列車が走行している。次いで、抽出した列車スジそれぞれについて、時間帯tに該当する部分スジを選定し、各部分スジに設定されている複数の運転パターン候補のうちの1つの運転パターン候補を選択することで、この選択した運転パターン候補に対応して設定された時間帯tにおける予測電力量を、当該列車スジの当該時間帯tの予測電力量とする。運転パターン候補を選択することは、当該部分スジを、選択した運転パターン候補に従って走行すると仮定することを意味する。 The balance of the predicted power amount in each time zone can be obtained as shown in FIG. First, as shown in FIG. 4, a train stripe running on a train timetable in a target time zone is extracted. In Figure 4, at a certain time period t a, "1 Train", "2 train", "11 train", "12 Train", the five train lines of "13 train" train is traveling. Then, for each of the extracted train line, by selected portions streak corresponding to the time slot t a, selects one operating pattern candidates of the plurality of operation patterns candidate set for each portion streaks, the the predicted power amount in the selected operating pattern candidate time slot t a set corresponding to, and the predicted power of the time zone t a of the train line. Selecting a driving pattern candidate means assuming that the partial streak runs according to the selected driving pattern candidate.

このようにして求められる時間帯毎の予測電力量の一例を、図5に示す。図5(a),(b)は、何れも同じ時間帯tについての予測電力量であるが、走行中の各列車(時間帯tに該当する部分スジとも言える)に仮定した運転パターン候補が異なる組み合わせの例である。仮定した運転パターン候補が異なると、力行や惰行、ブレーキといった運転状態が異なり、その結果、予測電力量も異なることになる。仮定した運転パターン候補によって、走行中の列車を、力行運転や惰行運転によって電力を消費している(すなわち、予測電力量が力行電力量である)電力消費グループと、ブレーキをかけていて電力を回生し得る(すなわち、予測電力量が回生可能電力量である)発電グループとにグループ分けし、グループ別の予測電力量の合計を比較することで、当該時間帯tにおける予測電力量の収支として、消費電力量や回生電力量、回生失効電力量を求めることができる。 FIG. 5 shows an example of the predicted electric energy for each time period thus obtained. 5A and 5B show predicted power amounts for the same time zone t, the driving pattern candidates assumed for each running train (also referred to as a partial streak corresponding to the time zone t) are shown. It is an example of a different combination. When the assumed driving pattern candidates are different, the driving states such as power running, coasting, and braking are different, and as a result, the predicted power amount is also different. Based on the hypothesized driving pattern candidates, the running train is powered by the power consumption group that is consuming electric power by the power running operation and the coasting operation (that is, the predicted power amount is the power running energy amount) and the brake is applied to the train. By grouping the power generation groups that can be regenerated (that is, the predicted amount of power is the regenerable power amount) and comparing the total of the predicted amount of energy for each group, It is possible to obtain the power consumption amount, the regenerative power amount, and the regenerated invalid power amount.

図5(a)では、走行中の5本の列車(“1列車”、“2列車”、“11列車”、“12列車”、“13列車”)のうち、“1列車”、“12列車”、“13列車”が電力消費グループであり、これらの消費電力量の合計は260[kWh]である。また、“2列車”、“11列車”が発電グループであり、これらの回生可能電力量の合計は130[kWh]である。従って、消費電力量の合計(260[kWh])が回生可能電力量の合計(130[kWh])より大きく、時間帯tにおいては回生可能電力量の全てが力行電力として消費され、回生失効は生じない。つまり、実際の回生電力量(以下、適宜「利用回生電力量」という)は130[kWh]であり、消費電力量は130[kWh](=260[kWh]−130[kWh])である。 In FIG. 5A, "1 train" and "12 trains" out of 5 trains ("1 train", "2 trains", "11 trains", "12 trains", "13 trains") "Train" and "13 trains" are power consumption groups, and the total power consumption of these is 260 [kWh]. In addition, "2 trains" and "11 trains" are power generation groups, and the total amount of regenerable power of these is 130 [kWh]. Therefore, the total amount of power consumption (260 [kWh]) is larger than the total amount of regenerative power (130 [kWh]), all of the regenerative power is consumed as power running power during the time period t, and regenerative revocation is not possible. Does not happen. That is, the actual regenerative power amount (hereinafter, appropriately referred to as “utilized regenerative power amount”) is 130 [kWh], and the power consumption amount is 130 [kWh] (=260 [kWh]−130 [kWh]).

また、図5(b)では、“1列車”、“13列車”が電力消費グループであり、これらの消費電力量の合計は80[kWh]である。また、“2列車”、“11列車”、“12列車”発電グループであり、これらの回生可能電力量の合計は230[kWh]である。従って、消費電力量の合計(80[kWh])が回生可能電力量の合計(230[kWh])より小さいため、この場合は時間帯tにおいては回生可能電力量の一部のみが力行電力として消費されて回生失効が生じる。つまり、利用回生電力量及び消費電力量は等しく80[kwh]であり、回生可能電力量のうちの力行電力として消費されない回生失効電力量は150[kWh](=230[kWh]−150[kWh])である。 Further, in FIG. 5B, “1 train” and “13 trains” are power consumption groups, and the total power consumption of these is 80 [kWh]. In addition, there are “2 trains”, “11 trains”, and “12 trains” in the power generation group, and the total amount of regenerable power of these is 230 [kWh]. Therefore, since the total power consumption (80 [kWh]) is smaller than the total regenerative power (230 [kWh]), in this case, only a part of the regenerative power is available as the power running power in the time zone t. It is consumed and regenerative revocation occurs. That is, the amount of regenerated electric power used and the amount of electric power consumed are equal to 80 [kWh], and the amount of regenerated invalid electric power that is not consumed as power running electric power is 150 [kWh] (=230 [kWh]-150 [kWh] of the regenerable electric power. ]).

(5)電力貯蔵装置
更に、本実施形態では、電力貯蔵装置を利用して、回生失効電力を有効に活用することを考える。すなわち、ある時間帯において、回生可能電力量の合計が消費電力量の合計を上回り回生失効が生じてしまう場合には、回生可能電力量のうち消費されない余剰電力量を電力貯蔵装置に蓄電し、逆に、回生可能電力量が力行電力量の合計を下回る場合には、架線からの給電ではなく、優先的に電力貯蔵装置の蓄電電力を給電することとする。
(5) Electric Power Storage Device Furthermore, in the present embodiment, it is considered that the electric power storage device is used to effectively utilize the regenerated invalid power. That is, in a certain period of time, when the total amount of regenerable power exceeds the total amount of power consumption and regenerative revocation occurs, surplus power that is not consumed among the regenerable power is stored in the power storage device. Conversely, when the regenerable power amount is less than the total power running power amount, the power stored in the power storage device is preferentially supplied instead of the power supply from the overhead wire.

本実施形態では計算上、電力貯蔵装置の容量は無限大としておき、余剰電力は電力吸収率“w(0≦w≦1)”で電力貯蔵装置に蓄電されるものとする。つまり、余剰電力を蓄電する際のエネルギー損失率は“1−w”である。また、電力貯蔵装置からの放電(給電)の際には、損失を生じないものとする。電力吸収率w=1、であるとは、蓄電時の損失が無い場合に相当し、また、電力吸収率w=0、であるとは、余剰電力の全てが損失となる、つまり、電力貯蔵装置を設けない場合に相当する。 In the present embodiment, the capacity of the power storage device is set to infinity in calculation, and the surplus power is stored in the power storage device at the power absorption rate “w (0≦w≦1)”. That is, the energy loss rate when storing the surplus power is "1-w". Further, it is assumed that no loss occurs when discharging (power feeding) from the power storage device. The power absorption rate w=1 corresponds to the case where there is no loss during power storage, and the power absorption rate w=0 means that all of the surplus power is lost, that is, the power storage. This corresponds to the case where no device is provided.

(6)最適化問題として定式化
これらのことから、総消費電力量を最小とする運転パターンの組み合わせを求める数理最適化問題として、次のように定式化する。
(6) Formulation as an optimization problem From these, a mathematical optimization problem that finds a combination of operation patterns that minimizes the total power consumption is formulated as follows.

先ず、表記を定義する。すなわち、列車ダイヤ上の列車i(列車スジに相当)の集合を“I”、時刻t(上述していた時間帯に相当)の集合を“T”、列車iの停車駅間s(部分スジに相当)の集合を“S”、列車iの停車駅間s(i,t)における運転パターンの集合を“Qi,s(i,t)”とする。また、予測電力量として、列車iが停車駅間s(i,t)を運転パターンqで走行しているときの時刻tにおける力行電力量を、

Figure 0006708574
とし、列車iが停車駅間s(i,t)を運転パターンqで走行しているときの時刻tにおける回生可能電力量を、
Figure 0006708574
とする。また、電力貯蔵装置の電力吸収率を“w(0≦w≦1)”とする。 First, the notation is defined. That is, a set of trains i (corresponding to train streaks) on the train schedule is "I", a set of time t (corresponding to the above-described time zone) is "T", and a train station stop s (partial streak). (Corresponding to the above) is referred to as “S i ”, and the set of operation patterns at the stop s(i,t) between the trains i is referred to as “Q i,s(i,t) ”. In addition, as the predicted power amount, the power running power amount at time t when the train i travels between the stopped stations s(i, t) in the driving pattern q,
Figure 0006708574
And the regenerable electric energy at time t when the train i travels between the stopped stations s(i,t) in the operation pattern q,
Figure 0006708574
And Further, the power absorption rate of the power storage device is “w (0≦w≦1)”.

そして、本実施形態の総消費電力量を最小化するような運転パターン候補の組み合わせを決定する最適化問題は、次式に示すように記述される。

Figure 0006708574
Then, the optimization problem of determining the combination of operation pattern candidates that minimizes the total power consumption of the present embodiment is described as shown in the following equation.
Figure 0006708574

式(3)は、決定変数であり、列車iが停車駅間s(i,t)を走行する場合の運転パターンを表す。 Expression (3) is a decision variable and represents an operation pattern when the train i travels between the stop stations s(i,t).

式(4)は、目的関数である。式(4)において、“P(t)”は、列車iの時刻tにおける力行電力量であり、次式(6)で表される。

Figure 0006708574
また、式(4)において、“U(t)”は、列車iの時刻tにおける回生可能電力量であり、次式(7)で表される。
Figure 0006708574
Equation (4) is an objective function. In Expression (4), “P i (t)” is the power running electric energy of the train i at time t, and is represented by the following Expression (6).
Figure 0006708574
Further, in the equation (4), “U i (t)” is the regenerative electric power amount of the train i at the time t and is represented by the following equation (7).
Figure 0006708574

また、式(4)において、“R(t)”は、列車iの利用回生電力量(実際の回生電力量)である。ただし、利用回生電力量は、列車個別には求めない。時刻tにおける走行中の全ての列車の利用回生電力量の合計として求める。この時刻tにおける走行中の全ての列車の利用回生電力量の合計が、力行電力量の合計と回生可能電力量の合計とによって決まり、次式(8)のように表される。

Figure 0006708574
Further, in Expression (4), “R i (t)” is the utilized regenerative electric energy of the train i (actual regenerative electric energy). However, the amount of regenerated electric power used is not calculated for each train. It is calculated as the sum of the regenerative electric energy used by all running trains at time t. The total of the regenerative electric energy used by all running trains at time t is determined by the total of the power running electric energy and the total of the reproducible electric energy, and is represented by the following equation (8).
Figure 0006708574

つまり、式(4)は、ある時刻tにおいて、「走行中の全ての列車の力行電力量の合計」から「走行中の全ての列車の利用回生電力量の合計」を差し引いた値を“消費電力量”とするとともに、「走行中の全ての列車の回生可能電力量」が「走行中の全ての列車の力行電力量の合計」を上回る場合には、その上回る分の余剰電力量が電力吸収率wで電力貯蔵装置に蓄電されるとして“消費電力量”から差し引く。これを、全ての時刻について総和したときの消費電力量を最小化することを表している。ここで、“消費電力量”が、ある列車単体に着目しているのではなく、走行中の全ての列車に関わり力行と回生とが相殺した結果となっている点が特徴的である。 That is, the formula (4) is the value obtained by subtracting the “total regenerative electric energy of all running trains” from the “total power running electric energy of all running trains” at a certain time t. In addition to "electric energy", when "regenerative electric energy of all running trains" exceeds "total power running electric energy of all running trains", the surplus electric energy that exceeds that It is assumed that electricity is stored in the power storage device at the absorption rate w, and is subtracted from the "power consumption". This indicates that the power consumption amount when summing this over all times is minimized. Here, it is characteristic that the "power consumption" is not the result of focusing on a certain train alone but the result of canceling the power running and the regeneration related to all running trains.

式(5)は、制約条件であり、列車iは停車駅間s(i,t)でただ1つの運転パターンqを選択することを表す。 Expression (5) is a constraint condition and represents that the train i selects only one operation pattern q in the stop stations s(i,t).

このように定式化した最適化問題を解くにあたり、利用回生電力量(実際の回生電力量)R(t)を表す式にmin演算子を含んでいるため、解き易くするために以下の式変形と制約条件の追加を行う。すなわち、変数a(t),b(t),c(t)を用いて次式(9)のようにおく。

Figure 0006708574
従って、式(8)を次式(10)のように置き換えることができるとともに、変数a(t),b(t),c(t)に関する制約条件を追加することができる。なお、式(10)では、変数c(t)を最小化しているため、変数c(t)の値は、変数a(t)、b(t)のうちの小さい方の値と一致する。
Figure 0006708574
ゆえに、次式(11)の変形が成立する。
Figure 0006708574
In solving the optimization problem formulated in this way, since the expression representing the used regenerative electric energy (actual regenerative electric energy) R i (t) includes the min operator, the following equation is used to facilitate the solution. Transform and add constraints. That is, using the variables a(t), b(t), and c(t), the following equation (9) is set.
Figure 0006708574
Therefore, the equation (8) can be replaced by the following equation (10), and a constraint condition regarding the variables a(t), b(t), and c(t) can be added. Since the variable c(t) is minimized in Expression (10), the value of the variable c(t) matches the smaller value of the variables a(t) and b(t).
Figure 0006708574
Therefore, the modification of the following expression (11) is established.
Figure 0006708574

そして、時刻tにおける利用回生電力量の合計を表す変数c(t)を決定変数として追加し、式(3)〜式(5)に示すように定式化した最適化問題は、次式(12)のように変形できる。なお、式(12)の目的関数である第1式において、電力吸収率wが、0≦w≦1、の範囲をとることから、変数c(t)の係数“−(1−w)”は、“−1以上0以下”の値をとることになり、式(12)の第1式の目的関数を最小化する中で、変数c(t)はなるべく大きな値をとろうとするため、式(10)で述べた変換の条件を満たしている。定式化した最適化問題を解く手法は、公知の手法を採用することができる。

Figure 0006708574
Then, the optimization problem in which the variable c(t) representing the total amount of regenerated electric power used at the time t is added as a decision variable and formulated as shown in Expressions (3) to (5) is as follows. ) Can be transformed. In the first expression, which is the objective function of Expression (12), the power absorption rate w is in the range of 0≦w≦1, so that the coefficient “−(1-w)” of the variable c(t). Will take a value of "-1 or more and 0 or less", and the variable c(t) tries to take a value as large as possible while minimizing the objective function of the first expression of the expression (12). The conversion condition described in Expression (10) is satisfied. A well-known method can be adopted as a method for solving the formulated optimization problem.
Figure 0006708574

[機能構成]
図6は、運転パターン決定装置1の機能構成を示すブロック図である。図6に示すように、運転パターン決定装置1は、入力部102と、表示部104と、通信部106と、処理部200と、記憶部300とを備えて構成される一種のコンピュータである。
[Function configuration]
FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the operation pattern determination device 1. As shown in FIG. 6, the driving pattern determination device 1 is a kind of computer configured to include an input unit 102, a display unit 104, a communication unit 106, a processing unit 200, and a storage unit 300.

入力部102は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル、各種スイッチ等で構成される入力装置であり、ユーザの操作入力に応じた操作信号を処理部200に出力する。表示部104は、例えば液晶ディスプレイ(LCD)や有機ELディスプレイ等で構成される表示装置であり、処理部200からの表示信号に基づく各種表示を行う。通信部106は、例えば無線通信モジュール、ルータ、モデム、有線用の通信ケーブルのジャックや制御回路等で構成される通信装置であり、外部装置との間でデータ通信を行う。 The input unit 102 is an input device including, for example, a keyboard, a mouse, a touch panel, various switches, and the like, and outputs an operation signal according to a user's operation input to the processing unit 200. The display unit 104 is a display device including, for example, a liquid crystal display (LCD) or an organic EL display, and performs various displays based on the display signal from the processing unit 200. The communication unit 106 is a communication device including, for example, a wireless communication module, a router, a modem, a jack of a wired communication cable, a control circuit, and the like, and performs data communication with an external device.

処理部200は、例えばCPU(Central Processing Unit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等の演算装置や演算回路で構成され、記憶部300に記憶されたプログラムやデータ、入力部102からの入力データ等に基づいて各種演算処理を行うとともに、運転パターン決定装置1を構成する各部への指示やデータ転送を行う。本実施形態では、処理部200は、運転パターン候補設定部202と、予測電力量設定部204と、電力吸収率設定部206と、組み合わせ算出部208と、電力量評価値算出部210と、電力貯蔵装置評価値算出部212と、を有し、運転パターン決定プログラム302に従った運転パターン決定処理(図11参照)を行う。 The processing unit 200 includes an arithmetic device or an arithmetic circuit such as a CPU (Central Processing Unit) or an FPGA (Field Programmable Gate Array), and the programs and data stored in the storage unit 300, the input data from the input unit 102, and the like. Based on the above, various calculation processes are performed, and at the same time, instructions and data transfer are performed to each unit constituting the operation pattern determination device 1. In the present embodiment, the processing unit 200 includes a driving pattern candidate setting unit 202, a predicted power amount setting unit 204, a power absorption rate setting unit 206, a combination calculation unit 208, a power amount evaluation value calculation unit 210, and a power consumption. The storage device evaluation value calculation unit 212 is included in the storage device evaluation value calculation unit 212, and performs the operation pattern determination process (see FIG. 11) according to the operation pattern determination program 302.

処理の対象となる列車ダイヤについては列車ダイヤデータ306として、列車ダイヤの各列車スジの各部分スジへの運用車両の割り当てについては車両運用データ308として、各運用車両の性能や重量などの諸元については車両性能データ310として、対象線区については線路データ304として、それぞれ記憶されている。 The train schedule data to be processed is train schedule data 306, and the allocation of operation vehicles to each partial stripe of each train stripe of the train schedule is vehicle operation data 308. Specifications such as performance and weight of each operation vehicle. Is stored as the vehicle performance data 310, and the target line section is stored as the track data 304.

運転パターン候補設定部202は、列車ダイヤの各列車スジを停車駅で区切った部分スジ毎に、当該部分スジに割り当てる運用車両が当該部分スジの走行時分を守って走行し得る運転パターンを複数設定する。 The operation pattern candidate setting unit 202 has a plurality of operation patterns for each partial stripe that divides each train stripe of the train schedule at the stop station and that the operation vehicle assigned to the partial stripe can travel while keeping the running time of the partial stripe. Set.

運転パターン候補は、走行する線区(より具体的には該当する部分スジの駅間)の線形(勾配や曲線等)や速度制限、運用車両の性能等を参照して所定の作成処理によって作成・設定することができる。勿論、運転パターン候補のデータは、入力部102を介してユーザが入力することで設定することとしても良い。 The driving pattern candidates are created by a predetermined creation process with reference to the linearity (slope, curve, etc.) of the running line section (more specifically, between the stations of the corresponding partial streak), speed limit, performance of the operating vehicle, etc. -Can be set. Of course, the data of the driving pattern candidates may be set by the user inputting via the input unit 102.

設定した運転パターン候補は、予測電力量設定部204によって設定された予測電力量と対応付けて、運転パターン候補・予測電力量データ316として記憶される。 The set driving pattern candidate is stored as the driving pattern candidate/predicted power amount data 316 in association with the predicted power amount set by the predicted power amount setting unit 204.

予測電力量設定部204は、運転パターン候補毎に、割り当てられた運用車両が対応する部分スジを当該運転パターン候補に従って走行した場合の時間毎(上述の時間帯毎であり、時間t毎である)の力行或いは回生可能な電力量を少なくとも含む予測電力量を算出して設定する。また、運転パターン候補毎の予測電力量は、補機電力、及び、対応する部分スジに設定された所与の旅客量を更に加味して算出・設定することができる。 The predicted power amount setting unit 204 is, for each driving pattern candidate, every time when the assigned operation vehicle runs a corresponding partial streak according to the driving pattern candidate (each of the above-mentioned time zones and every time t. ) The predicted power amount including at least the power running or regenerative power amount is calculated and set. Further, the predicted power amount for each operation pattern candidate can be calculated and set by further considering the auxiliary device power and the given passenger amount set in the corresponding partial stripe.

すなわち、列車ダイヤの各列車スジを停車駅で区切った部分スジ毎に、当該部分スジに割り当てられた運用車両が当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補それぞれに従って走行した場合の時刻毎の力行電力量或いは回生可能電力量を予測電力量として設定する。予測電力量は、運用車両の性能、補機電力、及び、該当する駅間の旅客数を考慮して設定する。運用車両の性能は、車両性能データ310を参照して取得する。補機電力は、運用車両に対応する車両性能データ311に含まれる補機電力データ311を参照して取得する。補機電力は、運用車両によって異なるとともに、外気温によっても異なる。季節によって大凡の外気温が決まることから、補機電力データ311は、日付によって分けられる季節ごとに、対応する運用車両が走行した場合の補機電力を対応つけたデータとすることができる。補機電力データ311を参照することで、想定する日付や季節に対応する補機電力を取得することができる。なお、補機電力データ311は、季節を更に細かく、1月、2月といった月ごとに補機電力を対応付けたデータとしても良い。更に、補機電力データ311を、季節や月ではなく、5度刻みといった所定の温度範囲とした外気温と、補機電力とを対応付けたデータとしても良い。また、旅客数は、ODデータ312を参照して、該当する駅間の該当する走行時間帯における旅客数として求める。 That is, for each partial streak that separates each train streak of the train schedule at the stop station, for each time when the operation vehicle assigned to the partial streak runs according to each of the plurality of operation pattern candidates set for the partial streak The power running power amount or the regenerable power amount is set as the predicted power amount. The predicted electric energy is set in consideration of the performance of the operating vehicle, the auxiliary electric power, and the number of passengers between the stations. The performance of the operating vehicle is acquired by referring to the vehicle performance data 310. The auxiliary electric power is acquired by referring to the auxiliary electric power data 311 included in the vehicle performance data 311 corresponding to the operation vehicle. Auxiliary electric power differs depending on the operating vehicle and also on the outside temperature. Since the outside temperature is roughly determined depending on the season, the auxiliary electric power data 311 can be data corresponding to auxiliary electric power when the corresponding operating vehicle travels for each season divided by the date. By referring to the auxiliary machine power data 311, it is possible to acquire the auxiliary machine power corresponding to the assumed date and season. The auxiliary machine power data 311 may be data in which the seasons are further detailed and the auxiliary machine power is associated with each month such as January and February. Further, the auxiliary machine power data 311 may be data in which the outside machine temperature in a predetermined temperature range such as every 5 degrees is associated with the auxiliary machine power, not the season or the month. Further, the number of passengers is obtained as the number of passengers in the corresponding traveling time zone between the corresponding stations by referring to the OD data 312.

このような予測電力量の設定は、運用車両の性能、補機電力、走行時間帯の駅間の旅客数を参照した所定の算出処理によって設定するが、予め作成したデータを、入力部102を介して入力することで設定することとしても良い。 Such setting of the predicted electric energy is set by a predetermined calculation process referring to the performance of the operating vehicle, the auxiliary electric power, and the number of passengers between stations in the traveling time zone. It may be set by inputting via.

設定した予測電力量は、該当する運転パターン候補と対応付けて、運転パターン候補・予測電力量データ316として記憶される。図7は、運転パターン候補・予測電力量データ316の一例である。図7に示すように、運転パターン候補・予測電力量データ316は、列車ダイヤの部分スジに該当する各列車(列車スジ)の停車駅間それぞれについて、設定した運転パターン候補、及び、予測電力量の組み合わせを対応付けて格納している。 The set predicted power amount is stored as the driving pattern candidate/predicted power amount data 316 in association with the corresponding driving pattern candidate. FIG. 7 is an example of the driving pattern candidate/predicted power amount data 316. As shown in FIG. 7, the driving pattern candidate/predicted power amount data 316 includes the set driving pattern candidate and predicted power amount for each stop station of each train (train streak) corresponding to a partial streak on the train schedule. Are stored in association with each other.

電力吸収率設定部206は、電力貯蔵装置の電力吸収率wを設定する。電力吸収率wは、0≦w≦1、の範囲の値として設定する。この電力吸収率の設定は、入力部102を介した入力に従って行うことができる。設定した電力吸収率wは、電力吸収率データ314として記憶される。 The power absorption rate setting unit 206 sets the power absorption rate w of the power storage device. The power absorption rate w is set as a value in the range of 0≦w≦1. The setting of the power absorption rate can be performed according to the input via the input unit 102. The set power absorption rate w is stored as the power absorption rate data 314.

組み合わせ算出部208は、列車ダイヤの各部分スジに、当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補の中から1つを選択した組み合わせであって、対応する予測電力量を列車ダイヤ上の走行時刻に当てはめた各時間断面における走行中の列車の前記予測電力量の収支を前記列車ダイヤを通じて合算した総消費電力量が所定の最小条件を満たす組み合わせを算出する。各時間断面における収支は、所与の電力貯蔵装置を仮定し、1)時間断面においてその時間に、「走行中の全ての列車の回生可能電力量の合計」が「走行中の全ての列車の力行電力量の合計」を上回った場合の余剰電力量を電力貯蔵装置に蓄電させ、2)時間断面においてその時間に、「走行中の全ての列車の力行電力量の合計」が「走行中の全ての列車の回生可能電力量の合計」を上回った場合の不足電力量のうち、当該時間断面の時点での電力貯蔵装置の蓄電電力量以下の電力を電力貯蔵装置から給電すること、で算出する。また、電力貯蔵装置への蓄電時の電力量を、設定された電力吸収率wに基づいて算出する。 The combination calculation unit 208 is a combination in which each partial streak of the train schedule is selected from a plurality of operation pattern candidates set in the partial streak, and the corresponding predicted power amount is traveled on the train schedule. A combination is calculated in which the total amount of power consumption obtained by adding up the balance of the estimated amount of power of the running train in each time section applied to the time through the train schedule satisfies a predetermined minimum condition. The balance in each time section assumes a given power storage device, and 1) at that time in the time section, the "sum of regenerative electric energy of all running trains" is "of all running trains". The surplus power when the total power running is exceeded is stored in the power storage device, and 2) in the time section, the "total power running of all running trains" is "running". Calculated by supplying from the power storage device the power that is equal to or less than the stored power amount of the power storage device at the time of the relevant time section among the power shortages when the total regenerative power of all trains is exceeded. To do. In addition, the amount of power stored in the power storage device is calculated based on the set power absorption rate w.

すなわち、部分スジに該当する各列車について駅間毎に設定した複数の運転パターン候補それぞれに対応する時刻毎の予測電力量に基づき、式(3)〜(5)、或いは、式(12)に示したように定式化した最適化問題を解いて、式(3)に示した決定変数の値を求めることで、列車それぞれについて各駅間に適用する運転パターン候補の組み合わせを算出する。 That is, based on the predicted electric energy for each time corresponding to each of the plurality of operation pattern candidates set for each station for each train corresponding to the partial streak, the formula (3) to (5) or the formula (12) is used. By solving the optimization problem formulated as shown and obtaining the value of the decision variable shown in Expression (3), a combination of operation pattern candidates to be applied between the train stations is calculated for each train.

また、組み合わせ算出部208は、電力貯蔵装置について設定された電力吸収率wそれぞれについて、総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせを求める。後述のように、電力吸収率wが異なると、総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせは異なる。 In addition, the combination calculation unit 208 obtains a combination of operation patterns that minimizes the total power consumption for each power absorption rate w set for the power storage device. As will be described later, when the power absorption rate w is different, the combination of operation patterns that minimizes the total power consumption is different.

算出した運転パターン候補の組み合わせは、運転パターン組み合わせデータ320として記憶される。図8は、運転パターン組み合わせデータ320の一例である。図8によれば、運転パターン組み合わせデータ320は、電力貯蔵装置の電力吸収率別の複数のデータでなり、各データは、部分スジに該当する各列車の各駅間に適用した運転パターンの候補番号を対応付けて格納している。 The calculated combination of driving pattern candidates is stored as driving pattern combination data 320. FIG. 8 is an example of the operation pattern combination data 320. According to FIG. 8, the operation pattern combination data 320 is a plurality of data for each power absorption rate of the power storage device, and each data is the candidate number of the operation pattern applied between the stations of each train corresponding to the partial streak. Are stored in association with each other.

電力量評価値算出部210は、組み合わせ算出部208によって総消費電力量が最小となるとして算出された運転パターンの組み合わせに従った各列車の走行に係る電力量を評価値として算出する。 The power amount evaluation value calculation unit 210 calculates, as an evaluation value, the power amount related to the running of each train in accordance with the combination of the operation patterns calculated by the combination calculation unit 208 as the minimum total power consumption amount.

具体的には、各列車の各駅間に適用する運転パターンに対応する予測電力量を用いて、各時刻における走行中の列車のうち、力行運転や惰行運転によって電力を消費している各列車の予測電力量である力行電力量の合計と、ブレーキ走行を行っており回生可能な状態にある各列車の予測電力量である回生可能電力量の合計とを求める。次いで、力行電力量の合計と回生可能電力量の合計とを比較して、回生可能電力量のうち、力行電力として消費される利用回生電力量と、その余剰電力量とを求める。そして、その余剰電力量が電力吸収率wで充電されるとして、電力貯蔵装置に充電される電力量を求める。電力貯蔵装置が設けられない場合、この余剰電力量全てが回生失効電力量となる。更に、各時刻の力行電力量の合計の総和である総力行電力量と、各時刻の利用回生電力量の合計の総和である総利用回生電力量とを求め、総力行電力量から総利用回生電力量を差し引いた電力量を、列車ダイヤに従った列車運行全体の総消費電力量として算出する。 Specifically, using the predicted power amount corresponding to the operation pattern applied between each station of each train, among trains running at each time, of each train that consumes power by powering operation or coasting operation The sum of the power running electric energy which is the predicted electric energy and the total of the regenerative electric energy which is the predicted electric energy of each train that is in the brake and is in the regenerative state is calculated. Next, the total amount of power running electric power and the total amount of regenerative electric power are compared to obtain the regenerated electric power used, which is consumed as the power running electric power, and the surplus electric power amount thereof, among the regenerative electric power amounts. Then, assuming that the surplus power amount is charged at the power absorption rate w, the power amount charged in the power storage device is obtained. When the power storage device is not provided, all of this surplus power amount becomes the regenerative invalid power amount. Furthermore, the total power running energy, which is the sum of the total power running energy at each time, and the total regenerative power, which is the total sum of the regenerative power usage at each time, are obtained, and the total power regeneration is calculated from the total power running power. The amount of power obtained by subtracting the amount of power is calculated as the total amount of power consumption of the entire train operation according to the train schedule.

組み合わせ算出部208によって算出される総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせは、電力貯蔵装置の電力吸収率w毎に算出される。このため、電力量評価値算出部210は、電力吸収率wそれぞれに対応する運転パターンの組み合わせ毎に、列車の走行に係る電力量を算出する。 The combination of operation patterns that minimizes the total power consumption calculated by the combination calculation unit 208 is calculated for each power absorption rate w of the power storage device. Therefore, the power amount evaluation value calculation unit 210 calculates the power amount related to the running of the train for each combination of operation patterns corresponding to each power absorption rate w.

算出した列車の走行に係る電力量は、電力量評価値データ322として記憶される。図9は、電力量評価値データ322の一例である。図9によれば、電力量評価値データ322は、電力貯蔵装置の電力吸収率別の複数のデータでなり、各データは、時刻毎に、走行中の列車による力行電力量の合計と、回生可能電力量の合計と、利用回生電力量の合計と、電力貯蔵装置への充電電力量とを対応付けて格納している。 The calculated electric energy related to the running of the train is stored as electric energy evaluation value data 322. FIG. 9 is an example of the power amount evaluation value data 322. According to FIG. 9, the power amount evaluation value data 322 is a plurality of data for each power absorption rate of the power storage device, and each data includes, for each time, the total power running power amount by the running train and the regenerative power. The total possible power amount, the total regenerative power amount used, and the power amount charged to the power storage device are stored in association with each other.

電力貯蔵装置評価値算出部212は、組み合わせ算出部208によって総消費電力量が最小となるとして算出された運転パターンの組み合わせに従って各列車が走行した場合の電力貯蔵装置に係る電力を算出する。具体的には、各時刻について、走行中の全列車の力行電力量の合計と回生可能電力量の合計とを比較して、回生可能電力量の余剰電力が充電されるか、電力貯蔵装置の蓄電電力を架線に給電するかを判断してその電力量(充電電力量、或いは、給電電力量)を求める。充電電力量は、余剰電力量に電力吸収率wを乗じた値となる。そして、充電或いは給電がなされた後の電力貯蔵装置の蓄電電力量を求める。 The electric power storage device evaluation value calculation unit 212 calculates the electric power related to the electric power storage device when each train runs in accordance with the combination of operation patterns calculated by the combination calculation unit 208 as having the minimum total power consumption. Specifically, at each time, the total power running electric energy of all running trains and the total regenerative electric energy are compared, and the surplus electric power of the regenerative electric energy is charged or the It is determined whether or not the stored power is supplied to the overhead line, and the amount of power (charging power amount or power supply amount) is obtained. The charging power amount is a value obtained by multiplying the surplus power amount by the power absorption rate w. Then, the stored power amount of the power storage device after being charged or fed is calculated.

組み合わせ算出部208によって算出される総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせは、電力貯蔵装置の電力吸収率w毎に算出される。このため、電力貯蔵装置評価値算出部212は、電力吸収率wそれぞれに対応する運転パターンの組み合わせ毎に、電力貯蔵装置に係る電力量を算出する。 The combination of operation patterns that minimizes the total power consumption calculated by the combination calculation unit 208 is calculated for each power absorption rate w of the power storage device. Therefore, the power storage device evaluation value calculation unit 212 calculates the amount of power related to the power storage device for each combination of operation patterns corresponding to each power absorption rate w.

算出した電力貯蔵装置に係る電力量は、電力貯蔵装置評価値データ324として記憶される。図10は、電力貯蔵装置評価値データ324の一例である。図10によれば、電力貯蔵装置評価値データは、電力貯蔵装置の電力吸収率別の複数のデータでなり、各データは、時刻毎に、充電電力量と、給電電力量と、蓄電電力量とを対応付けて格納している。 The calculated power amount of the power storage device is stored as power storage device evaluation value data 324. FIG. 10 is an example of the power storage device evaluation value data 324. According to FIG. 10, the power storage device evaluation value data is a plurality of data for each power absorption rate of the power storage device, and each data includes, for each time, the charging power amount, the power feeding power amount, and the stored power amount. And are stored in association with each other.

図6に戻り、記憶部300は、処理部200が運転パターン決定装置1を統合的に制御するための諸機能を実現するためのシステムプログラムや、本実施形態を実現するためのプログラムやデータ等を記憶するとともに、処理部200の作業領域として用いられ、処理部200が各種プログラムに従って実行した演算結果や、入力部102からの入力データ等が一時的に格納される。本実施形態では、記憶部300には、運転パターン決定プログラム302と、線路データ304と、列車ダイヤデータ306と、車両運用データ308と、補機電力データ311を含む車両性能データ310と、ODデータ312と、電力吸収率データ314と、運転パターン候補・予測電力量データ316と、運転パターン組み合わせデータ320と、電力量評価値データ322と、電力貯蔵装置評価値データ324とが記憶される。 Returning to FIG. 6, the storage unit 300 stores, in the storage unit 300, a system program for realizing various functions for the processing unit 200 to integrally control the operation pattern determination device 1, programs and data for realizing the present embodiment, and the like. And is used as a work area of the processing unit 200 and temporarily stores calculation results executed by the processing unit 200 according to various programs, input data from the input unit 102, and the like. In the present embodiment, in the storage unit 300, a driving pattern determination program 302, track data 304, train schedule data 306, vehicle operation data 308, vehicle performance data 310 including auxiliary equipment power data 311 and OD data. 312, power absorption rate data 314, operation pattern candidate/predicted power amount data 316, operation pattern combination data 320, power amount evaluation value data 322, and power storage device evaluation value data 324 are stored.

[処理の流れ]
図11は、運転パターン決定装置1が実行する運転パターン処理の流れを説明するフローチャートである。この処理は、処理部200が運転パターン決定プログラム302を実行することで実現される。なお、処理の実行に先立ち、列車ダイヤデータ306や線路データ304、車両運用データ308、車両性能データ310、ODデータ312等のデータは、設定・記憶されているものとする。
[Process flow]
FIG. 11 is a flowchart illustrating the flow of a driving pattern process executed by the driving pattern determination device 1. This processing is realized by the processing unit 200 executing the operation pattern determination program 302. It is assumed that data such as the train schedule data 306, the track data 304, the vehicle operation data 308, the vehicle performance data 310, and the OD data 312 are set and stored prior to the execution of the processing.

先ず、運転パターン候補設定部202が、列車ダイヤの各列車スジを停車駅で区切った部分スジそれぞれについて、列車ダイヤで定められた走行時分で走行するような複数の運転パターン候補を設定する(ステップS1)。また、想定する日付や季節を設定する(ステップS2)。次いで、予測電力量設定部204が、運転パターン候補それぞれについて、当該運転パターン候補それぞれに従って走行した場合の時刻毎の予測電力量を設定する。このとき、ステップS2で設定した日付や季節に応じた補機電力を求めた補機電力を用いて、時刻毎の予測電力量を設定する(ステップS3)。続いて、電力吸収率設定部206が、電力貯蔵装置の電力吸収率wを設定する(ステップS5)。 First, the driving pattern candidate setting unit 202 sets a plurality of driving pattern candidates for traveling at the running time determined by the train schedule for each partial stripe that separates each train stripe of the train schedule at the stop station ( Step S1). In addition, the assumed date and season are set (step S2). Next, the predicted power amount setting unit 204 sets, for each driving pattern candidate, the predicted power amount for each time when the vehicle travels according to each driving pattern candidate. At this time, the predicted power amount for each time is set using the auxiliary machine power obtained by calculating the auxiliary machine power according to the date and season set in step S2 (step S3). Subsequently, the power absorption rate setting unit 206 sets the power absorption rate w of the power storage device (step S5).

そして、組み合わせ算出部208が、設定した運転パターン候補及びそれに対応する予測電力量に基づき、各時刻の余剰電力が設定された電力吸収率wで電力貯蔵装置に充電されるとして、各列車スジに設定された複数の運転パターン候補のうちから1つを選択した組み合わせであって、列車ダイヤ全体の総消費電力量が最小となる組み合わせを算出する(ステップS7)。 Then, the combination calculating unit 208 determines that the surplus power at each time is charged in the power storage device at the set power absorption rate w based on the set operation pattern candidate and the predicted power amount corresponding to the set driving pattern candidate, and that each train stripe is A combination is selected in which one is selected from the plurality of set operation pattern candidates, and the combination that minimizes the total power consumption of the entire train schedule is calculated (step S7).

次いで、電力量評価値算出部210が、算出された運転パターン候補の組み合わせに従って各列車が走行した場合の当該走行に係る電力量を算出する(ステップS9)。これが電力量評価値となる。また、電力貯蔵装置評価値算出部212が、算出された運転パターン候補の組み合わせに従って各列車が走行した場合の電力貯蔵装置に係る電力量を算出する(ステップS11)。これが電力貯蔵装置評価値となる。 Next, the power amount evaluation value calculation unit 210 calculates the power amount related to the running when each train runs in accordance with the combination of the calculated driving pattern candidates (step S9). This is the power amount evaluation value. Further, the power storage device evaluation value calculation unit 212 calculates the amount of power related to the power storage device when each train runs in accordance with the combination of the calculated operation pattern candidates (step S11). This is the power storage device evaluation value.

その後、本処理を終了するかを判断し、終了しないならば(ステップS13:NO)、ステップS5に戻り、同様に、電力貯蔵装置の電力吸収率wを再設定し、運転パターン候補の組み合わせを再算出する。すなわち、電力貯蔵装置の電力吸収率wを変えて再計算する場合には、ステップS5に戻る。一方、本処理を終了するならば(ステップS13:YES)、設定した電力吸収率w別に算出した各列車スジに適用する運転パターンの組み合わせや、この運転パターンの組み合わせに対応する列車の走行に係る電力量や電力貯蔵装置に係る電力量を表示部104に表示するといった結果表示を行う(ステップS15)。以上の処理を行うと、運転パターン決定処理は終了となる。 After that, it is determined whether or not this processing is to be ended, and if not ended (step S13: NO), the process returns to step S5, and similarly, the power absorption rate w of the power storage device is reset, and the combination of operation pattern candidates is set. Recalculate. That is, when the power absorption rate w of the power storage device is changed and recalculation is performed, the process returns to step S5. On the other hand, if this process ends (step S13: YES), the combination of operation patterns applied to each train streak calculated for each set power absorption rate w and the running of the train corresponding to this combination of operation patterns The result display such as displaying the amount of power and the amount of power related to the power storage device on the display unit 104 is performed (step S15). When the above processing is performed, the operation pattern determination processing ends.

[算出例]
本実施形態による総消費電力量が最小となるような運転パターンの組み合わせの算出例を説明する。対象の列車ダイヤは、列車は全て各駅停車とし、各駅において各列車が所定間隔で発着する2種類のパターンダイヤとした。図12は、対象とした2種類の列車ダイヤである。図12(a)は、列車間隔を5分間隔とした列車ダイヤαであり、図12(b)は、図12(a)の列車ダイヤαに対して列車間隔を2倍の10分間隔とした列車ダイヤβである。なお、対象の線区、運用車両、日付や時間帯は同じである。
[Calculation example]
A calculation example of a combination of operation patterns that minimizes the total power consumption according to the present embodiment will be described. The target train timetables were two types of pattern timetables in which each train stopped at each station and each train departed and arrived at each station at predetermined intervals. FIG. 12 shows two types of train schedules targeted. FIG. 12A shows a train schedule α with a train interval of 5 minutes, and FIG. 12B shows a train schedule α that is twice as long as the train schedule α of FIG. This is the train schedule β. In addition, the target line section, operation vehicle, date and time zone are the same.

そして、電力貯蔵装置の電力吸収率wを、“w=0.0(電力貯蔵装置無しに相当)”、“w=0.8”、“w=1.0(理想的な電力貯蔵装置)”の3種類として、それぞれについて、総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせを算出した。なお、列車ダイヤは図12に示す通りパターンダイヤであるため、全ての部分スジに共通に、ブレーキノッチを“B5N”,“B4N”,“B3N”の3パターンとした3種類の運転パターン候補を設定した。 Then, the power absorption rate w of the power storage device is set to “w=0.0 (corresponding to no power storage device)”, “w=0.8”, “w=1.0 (ideal power storage device). For each of the three types, the combination of operation patterns that minimizes the total power consumption is calculated. Since the train schedule is a pattern schedule as shown in FIG. 12, three types of operation pattern candidates, in which the brake notch has three patterns of “B5N”, “B4N”, and “B3N”, are common to all partial stripes. Set.

図13,図14は、算出した運転パターンの組み合わせを示す図である。図13,図14では、対象の列車ダイヤにおいて、各列車の停車駅間に相当する各部分スジを、適用する運転パターンに応じた表示形態(太実線、細実線、及び、太点線)で示している。図13は、図12(a)の列車ダイヤαに対する算出結果であり、図14は、図12(b)の列車ダイヤβに対する算出結果である。図13(a)は、電力吸収率w=0.0、とした場合の算出結果であり、図13(b)は、電力吸収率w=0.8、とした場合の算出結果であり、図13(c)は、電力吸収率w=1.0、とした場合の算出結果である。図14(a)は、電力吸収率w=0.0、とした場合の算出結果であり、図14(b)は、電力吸収率w=0.8、とした場合の算出結果であり、図14(c)は、電力吸収率w=1.0、とした場合の算出結果である。 13 and 14 are diagrams showing combinations of calculated operation patterns. In FIG. 13 and FIG. 14, in the target train diagram, each partial streak corresponding to the stop station of each train is shown in a display form (thick solid line, thin solid line, and thick dotted line) according to the applied driving pattern. ing. FIG. 13 is a calculation result for the train schedule α in FIG. 12A, and FIG. 14 is a calculation result for the train schedule β in FIG. 12B. 13A shows the calculation result when the power absorption rate w=0.0, and FIG. 13B shows the calculation result when the power absorption rate w=0.8. FIG. 13C shows the calculation result when the power absorption rate w=1.0. FIG. 14A shows a calculation result when the power absorption rate w=0.0, and FIG. 14B shows a calculation result when the power absorption rate w=0.8. FIG. 14C shows the calculation result when the power absorption rate w=1.0.

このように、同じ列車ダイヤであっても、設定する電力貯蔵装置の電力吸収率wが異なると、総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせが異なることがわかる。これは、ある時刻における回生可能電力量が力行電力量を上回る余剰電力量を電力貯蔵装置に充電する際に損失が生じるためであり、この損失の程度によって、ある時刻において余剰電力量を大きくした方がよいのか小さくした方がよいのか、といった総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせが異なるからである。例えば、ある時刻において、力行走行させる方が良いのか、回生走行(ブレーキ)させる方が良いのか、惰行走行させる方が良いのか、各列車の走行状態の組み合わせによって余剰電力量が変わるからである。 As described above, even with the same train schedule, it can be seen that when the power absorption rates w of the power storage devices to be set differ, the combinations of operation patterns that minimize the total power consumption differ. This is because a loss occurs when the power storage device is charged with surplus electric energy in which the regenerable electric energy exceeds a power running electric energy at a certain time, and the surplus electric energy is increased at a certain time depending on the degree of this loss. This is because the combination of operation patterns that minimizes the total power consumption, such as whether it is better or smaller, is different. This is because, for example, at a certain time, the surplus power amount changes depending on whether it is better to perform power running, regenerative running (brake), coasting, or a combination of running states of each train.

図15は、2種類の列車ダイヤそれぞれについて、電力貯蔵装置の電力吸収率w別に算出した総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせに従って走行した場合の走行に係る電力量の一例である。何れも、列車運行全体に係る電力量である。図15では、2種類の列車ダイヤそれぞれについて、電力吸収率w別に、総消費電力量と、この総消費電力量を列車本数で割った1列車当たりの平均消費電力量と、回生失効電力量と、この回生失効電力量を列車本数で割った1列車当たりの平均回生失効電力量とを示している。“回生失効電力量”は、回生可能電力量が力行電力量を上回る際の余剰電力を電力貯蔵装置に充電する場合に生じた損失であり、余剰電力量にエネルギー損失率(1−w)を乗じた値となる。図15によれば、電力吸収率wが大きいほど、総消費電力量が小さくなることがわかる。 FIG. 15 is an example of the amount of electric power for traveling when traveling according to a combination of operation patterns that minimizes the total amount of power consumption calculated for each power absorption rate w of the power storage device for each of the two types of train schedules. All are electric power amounts related to the entire train operation. In FIG. 15, for each of the two types of train schedules, the total power consumption by power absorption rate w, the average power consumption per train obtained by dividing this total power consumption by the number of trains, and the regenerative power consumption , And the average regenerative power consumption per train obtained by dividing the regenerative power consumption by the number of trains. The “regenerative invalid power amount” is a loss that occurs when the power storage device is charged with surplus power when the regenerable power amount exceeds the power running power amount. It will be the multiplied value. From FIG. 15, it can be seen that the larger the power absorption rate w, the smaller the total power consumption.

図16は、2種類の列車ダイヤそれぞれについて、電力貯蔵装置の電力吸収率w別に算出した総消費電力量が最小となる運転パターンの組み合わせに従って走行した場合の電力貯蔵装置に係る電力量の一例である。何れも、列車運行全体に係る電力量である。図16では、2種類の列車ダイヤそれぞれについて、電力吸収率w別に、電力貯蔵装置に蓄電された電力量の総和と、この総蓄電電力量を列車本数で割った1列車当たりの平均蓄電電力量と、最大充電電力量とを示している。最大充電電力量は、時刻毎の充電電力量の最大値である。本実施形態の運転パターン決定装置1は、図15や図16に示したような電力量(評価値ということもできる)を算出することができる。 FIG. 16 is an example of the amount of power related to the power storage device when traveling according to a combination of operation patterns that minimizes the total power consumption calculated for each power absorption rate w of the power storage device for each of the two types of train schedules. is there. All are electric power amounts related to the entire train operation. In FIG. 16, for each of the two types of train schedules, the total amount of electric power stored in the electric power storage device and the average amount of electric power stored per train, which is obtained by dividing the total amount of stored electric power by the number of trains, for each electric power absorption rate w. And the maximum charging power amount are shown. The maximum charging power amount is the maximum value of the charging power amount at each time. The operation pattern determination device 1 of the present embodiment can calculate the electric energy (also referred to as an evaluation value) as shown in FIGS. 15 and 16.

[作用効果]
このように、本実施形態によれば、列車ダイヤで定められる走行時分を遵守しつつ、列車運行全体の総消費電力量を最小化するような、各列車の運転パターンを決定することができる。更には、回生電力を貯蔵する電力貯蔵装置のエネルギー損失も考慮して、運転パターンを決定することができる。具体的には、駅間毎に、列車ダイヤで定められる走行時分で走行するような複数の運転パターン候補を設定し、各列車について各駅間に設定した複数の運転パターン候補のうちから1つを適用した組み合わせであって、各時刻における走行中の各列車による力行電力量及び回生電力量の収支を列車ダイヤを通じて合算した総消費電力量が最小条件を満たすような組み合わせを算出する。
[Effect]
As described above, according to the present embodiment, it is possible to determine the operation pattern of each train so as to minimize the total power consumption of the entire train operation while complying with the travel time determined by the train schedule. .. Further, the operation pattern can be determined in consideration of the energy loss of the power storage device that stores the regenerated power. Specifically, for each station, a plurality of driving pattern candidates are set so that the train travels at the running time determined by the train schedule, and one of the plurality of driving pattern candidates set between the stations for each train is set. A combination to which the total power consumption amount obtained by summing the balance of the power running power amount and the regenerative power amount by each running train at each time point through the train schedule satisfies the minimum condition is calculated.

なお、本発明の適用可能な実施形態は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能なのは勿論である。 Note that the applicable embodiments of the present invention are not limited to the above-described embodiments, and it goes without saying that appropriate modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

1 運転パターン決定装置
102 入力部、104 表示部、106 通信部
200 処理部
202 運転パターン候補設定部、204 予測電力量設定部
206 電力吸収率設定部、208 組み合わせ算出部
210 電力量評価値算出部、212 電力貯蔵装置評価値算出部
300 記憶部
302 運転パターン決定プログラム
304 線路データ、306 列車ダイヤデータ、308 車両運用データ
310 車両性能データ、311、補機電力データ、 312 ODデータ
314 電力吸収率データ
316 運転パターン候補・予測電力量データ
320 運転パターン組み合わせデータ
322 電力量評価値データ、324 電力貯蔵装置評価値データ
1 Operation Pattern Determining Device 102 Input Unit, 104 Display Unit, 106 Communication Unit 200 Processing Unit 202 Operation Pattern Candidate Setting Unit, 204 Predicted Power Amount Setting Unit 206 Power Absorption Rate Setting Unit, 208 Combination Calculation Unit 210 Electric Energy Evaluation Value Calculation Unit , 212 power storage device evaluation value calculation unit 300 storage unit 302 operation pattern determination program 304 track data, 306 train schedule data, 308 vehicle operation data 310 vehicle performance data, 311, auxiliary equipment power data, 312 OD data 314 power absorption rate data 316 Operation pattern candidate/predicted electric energy data 320 Operation pattern combination data 322 Electric energy evaluation value data 324 Electric power storage device evaluation value data

Claims (6)

コンピュータに、各列車スジを区切った各部分スジを、割り当てられた所与の運用車両走行する際の運転パターンを決定させることで、所与の列車ダイヤの部分スジの運転パターンを決定させるためのプログラムであって、
前記部分スジごとに、割り当てられた運用車両が走行する運転パターン候補を複数設定する運転パターン候補設定手段、
前記運転パターン候補ごとに、割り当てられた運用車両が、対応する部分スジを、当該運転パターン候補に従って走行した場合の時間毎の力行電力量及び回生可能力量を少なくとも含む予測電力量を設定する予測電力量設定手段、
き電回路に設けられる電力貯蔵装置の電力吸収率を複数設定する電力吸収率設定手段、
前記列車ダイヤの各部分スジに、当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補の中から1つを選択した組み合わせであって、対応する前記予測電力量を前記列車ダイヤ上の走行時刻に当てはめた各時間断面における走行中の列車の前記予測電力量の収支を前記列車ダイヤを通じて合算した総消費電力量が所定の最小条件を満たす組み合わせ、を前記電力吸収率設定手段により設定された電力吸収率別に算出する算出手段、
として前記コンピュータを機能させ
前記算出手段は、前記時間断面において回生可能電力量の合計が力行電力量の合計を上回った場合の余剰電力量を前記電力吸収率に基づいて前記電力貯蔵装置に蓄電させ、前記時間断面において力行電力量の合計が回生可能電力量の合計を上回った場合の不足電力量のうち、当該時間断面の時点の前記電力貯蔵装置の蓄電電力量以下の電力量を前記電力貯蔵装置から給電することとして、各時間断面における前記収支を算出することで、総消費電力量が前記最小条件を満たす組み合わせを、前記電力吸収率設定手段により設定された電力吸収率別に算出する、
プログラム。
The computer, each part streak separated each train line, by determining the operation pattern during a given operational vehicle assigned travels, to determine the operation pattern of each portion streak of a given train schedule Is a program for
Driving pattern candidate setting means for setting a plurality of driving pattern candidates in which the assigned operation vehicle travels for each of the partial stripes,
For each of the operation pattern candidate, operational vehicle assigned, corresponding parts streak, sets the predicted amount of electric power including at least a running power amount and regenerative electric force per time in the case of running in accordance with the operating pattern candidate prediction Electric energy setting means,
Power absorption rate setting means for setting a plurality of power absorption rates of the power storage device provided in the feeder circuit,
It is a combination in which each of the partial lines of the train schedule is selected from a plurality of operation pattern candidates set in the partial schedule, and the corresponding predicted power amount is applied to the traveling time on the train schedule. The power absorption rate set by the power absorption rate setting means is a combination in which the total power consumption of the estimated power consumption of the running train in each time section meets the predetermined minimum condition through the train schedule. Calculation means to calculate separately ,
It makes the computer function as,
The calculating means stores the surplus power amount in the time section in the power storage device based on the power absorption rate when the total regenerable power amount exceeds the total power running power amount, and the power running is performed in the time section. Of the amount of power shortage when the total amount of power exceeds the total amount of regenerable power, the amount of power that is equal to or less than the amount of power stored in the power storage device at the time of the time section is to be supplied from the power storage device. By calculating the balance in each time section, a combination of total power consumption satisfying the minimum condition is calculated for each power absorption rate set by the power absorption rate setting means.
program.
前記予測電力量設定手段は、前記部分スジごとの所与の旅客量を更に加味して、前記運転パターン候補ごとの前記予測電力量を設定する、
ように前記コンピュータを機能させるための請求項1に記載のプログラム。
The predicted power amount setting means sets the predicted power amount for each of the driving pattern candidates by further adding a given passenger amount for each partial stripe.
The program according to claim 1, which causes the computer to function.
前記予測電力量設定手段は、割り当てられた運用車両の所与の補機電力を更に加味して、前記運転パターン候補ごとの前記予測電力量を設定する、
ように前記コンピュータを機能させるための請求項1又は2に記載のプログラム。
The predicted power amount setting means sets the predicted power amount for each of the operation pattern candidates by further considering the given auxiliary power of the assigned operation vehicle.
The program according to claim 1 or 2 for causing the computer to function.
前記最小条件を満たす組み合わせについて、各時間断面における前記収支を、少なくとも、力行電力量、回生可能電力量、当該回生可能電力量のうちの当該時間断面において実際に利用した利用回生電力量、及び、回生失効電力量ごとに小計することで、前記列車ダイヤ全体における総消費電力量を算出する評価値算出手段、
として前記コンピュータを更に機能させるための請求項1〜3の何れか一項に記載のプログラム。
For the combination satisfying the minimum condition, at least the balance in each time section, the power running power amount, the regenerable power amount, the regenerative power amount actually used in the time section of the regenerable power amount, and, Evaluation value calculation means for calculating total power consumption in the entire train schedule by subtotaling for each regenerative power consumption,
The program according to any one of claims 1 to 3, which further functions as the computer.
前記電力吸収率設定手段により設定された電力吸収率別に算出する前記最小条件を満たす組み合わせそれぞれについて、前記電力貯蔵装置の総蓄電電力量を算出する電力貯蔵装置評価値算出手段、
として前記コンピュータを更に機能させるための請求項1〜4の何れか一項に記載のプログラム。
For each combination satisfying the minimum condition calculated by the power absorption rate set by the power absorption rate setting means, a power storage device evaluation value calculation means for calculating the total stored power amount of the power storage device,
The program according to any one of claims 1 to 4, which further functions as the computer.
各列車スジを区切った各部分スジを、割り当てられた所与の運用車両走行する際の運転パターンを決定することで、所与の列車ダイヤの部分スジの運転パターンを決定する運転パターン決定装置であって、
前記部分スジごとに、割り当てられた運用車両が走行する運転パターン候補を複数設定する運転パターン候補設定手段と、
前記運転パターン候補ごとに、割り当てられた運用車両が、対応する部分スジを、当該運転パターン候補に従って走行した場合の時間毎の力行電力量及び回生可能力量を少なくとも含む予測電力量を設定する予測電力量設定手段と、
き電回路に設けられる電力貯蔵装置の電力吸収率を複数設定する電力吸収率設定手段と、
前記列車ダイヤの各部分スジに、当該部分スジに設定された複数の運転パターン候補の中から1つを選択した組み合わせであって、対応する前記予測電力量を前記列車ダイヤ上の走行時刻に当てはめた各時間断面における走行中の列車の前記予測電力量の収支を前記列車ダイヤを通じて合算した総消費電力量が所定の最小条件を満たす組み合わせ、を前記電力吸収率設定手段により設定された電力吸収率別に算出する算出手段と、
を備え
前記算出手段は、前記時間断面において回生可能電力量の合計が力行電力量の合計を上回った場合の余剰電力量を前記電力吸収率に基づいて前記電力貯蔵装置に蓄電させ、前記時間断面において力行電力量の合計が回生可能電力量の合計を上回った場合の不足電力量のうち、当該時間断面の時点の前記電力貯蔵装置の蓄電電力量以下の電力量を前記電力貯蔵装置から給電することとして、各時間断面における前記収支を算出することで、総消費電力量が前記最小条件を満たす組み合わせを、前記電力吸収率設定手段により設定された電力吸収率別に算出する、
運転パターン決定装置。
Each portion streak separated each train line, that given operational vehicle assigned to determine the operation pattern when traveling, determining operation pattern which determines the operation pattern of each portion streak of a given train schedule A device,
For each of the partial stripes, a driving pattern candidate setting means for setting a plurality of driving pattern candidates in which the assigned operation vehicle travels ,
For each of the operation pattern candidate, operational vehicle assigned, corresponding parts streak, sets the predicted amount of electric power including at least a running power amount and regenerative electric force per time in the case of running in accordance with the operating pattern candidate prediction Electric energy setting means,
Power absorption rate setting means for setting a plurality of power absorption rates of the power storage device provided in the feeder circuit,
It is a combination in which each of the partial lines of the train schedule is selected from a plurality of operation pattern candidates set in the partial schedule, and the corresponding predicted power amount is applied to the traveling time on the train schedule. The power absorption rate set by the power absorption rate setting means is a combination in which the total power consumption of the estimated power consumption of the running train in each time section meets the predetermined minimum condition through the train schedule. Calculation means for calculating separately ,
Equipped with
The calculating means stores the surplus power amount in the time section in the power storage device based on the power absorption rate when the total regenerable power amount exceeds the total power running power amount, and the power running is performed in the time section. Of the amount of power shortage when the total amount of power exceeds the total amount of regenerable power, the amount of power that is equal to or less than the amount of power stored in the power storage device at the time of the time section is to be supplied from the power storage device. By calculating the balance in each time section, a combination of total power consumption satisfying the minimum condition is calculated for each power absorption rate set by the power absorption rate setting means.
Driving pattern determination device.
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