JPH08205405A - 変電所の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な計算で不意なダイヤ乱れなどの状況に
対しても変電所が供給する電力を適切に制御することを
目的とする。 【構成】 列車の粗密情報Ｄを記憶する記憶手段２と、
粗密情報Ｄから現在時刻ｔにおける粗密レベルｄlevel
を判断する判断手段５と、粗密レベルｄlevel と各列車
の存線状況Ｉから、各列車の列車間隔を示す運行状況レ
ベルｄi を出力する状況出力手段３と、粗密レベルｄle
vel と使用電力量レベルｄi から変電所の機器台数とき
電電圧目標値を決定し、変電所を制御する決定手段６及
び制御手段７とからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は列車に電力を給電する変
電所の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図16は変電所から列車へのき電系統を示
す模式図である。一般に列車50ａ，50ｂは、変電所20か
ら給電される電力を電車線21、パンタグラフ51ａ，51ｂ
を介して供給し（経路41）走行する。又列車50ａ，50ｂ
は、供給された電力をレール30などの帰線を介して変電
所20へ返還する。更に最近の列車50ａ，50ｂには、省エ
ネルギ化を図るために電力回生ブレーキが採用されてい
るため、例えば列車50ａが減速する時に発生するエネル
ギを電力に変換して回生し、この電力を他の列車50ｂへ
供給したり（経路42）、変電所20に返還して（経路43）
電力の有効利用を行っている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】変電所の位置やその他
の諸設備の容量は、輸送計画、路線、列車性能などによ
り割り出されているのが現状である。各変電所から給電
されるき電電圧は、通常は共通して一定の値の範囲で運
用されている。しかし、運行ダイヤは時間帯によって粗
密の差があり、密ダイヤの時間帯には電力消費量は増大
する。また、適切な変電所機器の運用を行わないと、き
電電圧が低下して列車の定時制に支障をきたすこともあ
る。さらに、客扱いなどによる慢性的な列車遅れが発生
しやすく、これにより列車の団子状態が発生すると変電
所によっては負荷が集中し、さらにき電電圧が低下して
列車の遅れが増大することもあった。

【０００４】このような状況に対し、変電所に設置され
ている機器をいつでも最大限運用する方法もあるが、無
駄な運転を排除するために、変電所機器の台数を定期的
かつ周期的に手動で切り替える方法や、あらかじめ設定
した運転スケジュールに従って自動で運用するスケジュ
ール制御という方法が一般に行われている。

【０００５】しかしながらこれらの方法では、不意なダ
イヤ乱れなどの状況にも対応できるように、電力の余裕
代を大きくとったり、余裕代が少ない場合は手動介入を
行わなければならないという問題があった。

【０００６】これに対して特開平5-176457号公報に開示
されているような、運行管理の情報を取り込んで、計画
ダイヤや運行ダイヤの実績から所要電力量を予測し、変
電所機器の台数制御を自動的に行う方法もある。しかし
ながらこの方法では、きめ細かな台数制御が行えるもの
の、複雑な計算を行うことになるため、大型の計算機が
必要になるといった問題点があった。

【０００７】そこで、本発明は上述した問題点を解決す
るためになされたもので、変電所が供給する電力を適切
に制御するとともに、不意なダイヤ乱れなどの状況に対
しても余裕代を大きくとらずに、又複雑な計算を行うこ
となく制御を行うことのできる変電所の制御装置を提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上述した目的を達成する
ために、本発明は、各時間帯における列車の運行本数の
実績から得られた列車の粗密情報を記憶した記憶手段
と、各列車の位置を検知し、この各列車の位置情報と粗
密情報から、各列車の在線分布を判断して出力する状況
出力手段と、粗密情報と各列車の在線分布から、変電所
の機器台数とき電電在目標値を設定し、変電所を制御す
る制御手段とを有してなる。又、状況出力手段は、各列
車の位置情報から、変電所が管轄とするき電区間の前後
き電区間を走行する列車本数を係数する手段と、粗密情
報から予め定まる標準列車本数と列車本数との差異を演
算し、この差異から各列車の列車間隔の粗密状態を示す
在線分布を判断して出力する手段とを有してなる。更
に、制御手段は、各列車の在線分布が密状態である際
に、変電所の機器台数を増加させ、粗密情報が密状態で
ある際に、き電電圧目標値を高い値に設定するものであ
る。本発明は、変電所の使用電力量と予め定められてい
る契約電力量とを比較し、使用電力量が契約電力量を越
える可能性がある際に、制御手段で設定されたき電電圧
目標値を下げる補正手段を有しても良い。又、記憶手段
に記憶された粗密情報を、各時間帯における列車の運行
本数の実績の代わりに、予め計画されている運行ダイヤ
から得ても良い。

【０００９】

【作用】上述した構成により、記憶手段は、時間帯別の
列車の粗密情報を記憶しこの粗密情報を出力する。状況
出力手段は、各列車の位置情報と粗密情報から列車の在
線分布を判断して出力する。制御手段は粗密情報と列車
の在線分布とを入力し、変電所機器の運転状態情報であ
る運転台数とき電電圧目標値とを設定し、変電所機器を
制御する。

【００１０】

【実施例】本発明の一実施例を図面を参照して詳細に説
明する。図１は本発明の第１実施例を示す変電所の制御
装置の構成図である。計時手段１は現在の時刻ｔを出力
する。ダイヤ粗密情報記憶手段（以下、記憶手段とい
う。）２は時間帯別の列車の運行本数の多少を粗密情報
Ｄとして記憶し、この粗密情報Ｄを出力する。列車運行
状況出力手段（以下、状況出力手段という。）３は路線
上に配置されている図示しない軌道回路などから検知さ
れた在線位置及び列車番号などの列車情報Ｉを図示しな
い運行管理システムなどを介して入力する。又状況出力
手段３は後述するダイヤ粗密判断手段（以下、判断手段
という。）５から出力される時刻ｔにおける粗密レベル
ｄlevel を入力する。そして状況出力手段３は列車情報
Ｉと粗密レベルｄlevel より列車の運行に遅れがあるか
どうかといった運行状況レベルｄi を出力する。判断手
段５は計時手段１から出力される時刻ｔと記憶手段２か
ら出力される粗密情報Ｄとを入力し、時刻ｔにおける粗
密レベルｄlevel を出力する。運転状態決定手段（以
下、決定手段という。）６は判断手段５から出力される
粗密レベルｄlevel と状況出力手段３から出力される運
行状況レベルｄi とを入力し、変電所機器の運転状態情
報である運転台数Ｃ1 とき電電圧目標値Ｃ2 とを出力す
る。そして制御手段７は決定手段６から出力された運転
台数Ｃ1 とき電電圧目標値Ｃ2 を入力し、変電所機器を
制御する。

【００１１】次に判断手段５について詳細に説明する。
図２は記憶手段２に記憶された粗密情報Ｄの一例を示し
た図である。粗密情報Ｄは「閑散」、「ふつう」、「ラ
ッシュ」の３段階のファジィ集合で表されている。例え
ば、Ａに示すように、時刻が13時のときには、粗密情報
Ｄは「閑散」となる。又Ｂに示すように時刻が９時のと
きには、「ラッシュ」と「ふつう」との中間となる。判
断手段５では計時手段１から出力される時刻ｔと記憶手
段２に記憶された図２に示されるような粗密情報Ｄとを
入力して（１）式により時刻ｔにおける粗密レベルｄle
vel を演算する。

【００１２】

【数１】 ｄlevel(t) ＝wf・ｄlevelf ＋wr・ｄlevelr ＋wk・ｄlevelk …（１） ただし、 ｄlevel(t) ：時刻ｔにおける粗密レベル wf，wr，wk ：重み係数 ｄlevelf ，ｄlevelr ，ｄlevelk ：「ふつう」、
「ラッシュ」、「閑散」の粗密情報Ｄの代表値 ここで重み係数wf，wr，wkは時刻ｔにおける粗密情報Ｄ
「ふつう」、「ラッシュ」、「閑散」のメンバーシップ
関数ｆ_f ，ｆ_r ，ｆ_k により、次のように表される。

【００１３】

【数２】 wf＝ｆ_f (t) …（２−１） wf＝ｆ_r (t) …（２−２） wk＝ｆ_k (t) …（２−３） 従ってＢに示すように時刻が９時の時には、（１）式〜
（２−３）式により、

【００１４】

【数３】wf＝ｆ_f (9:00)＝0.5 wr＝ｆ_r (9:00)＝0.5 wk＝ｆ_k (9:00)＝0.0 ｄlevel(9:00) ＝0.5 ・ 3 ＋0.5 ・ 2 ＋0.0 ・ 1 ＝2.5 となる。そして、図３に示されるようにこの粗密レベル
ｄlevel(t)より上記の時刻９時においては粗密レベルｄ
level(9:00) は「ふつう」と「ラッシュ」との中間とな
る。

【００１５】なお、粗密レベルｄlevel を参照するとき
に、現時点だけでなく、今後30分間の平均を見るといっ
たように使うことにより、将来を見越した判断が可能と
なる。

【００１６】次に状況出力手段３について詳細に説明す
る。状況出力手段３は、列車の現在の在線状況、運行状
況を把握する。各列車の位置は、軌道回路などにより検
知され、列車名とともに運行管理システムなどを介して
伝達される。状況出力手段３によって、対象となる変電
所の管轄とする鉄道路線内の列車の在線分布がわかり、
平常運行なのか団子状のダイヤ乱れが生じているのかな
どを判断できる。

【００１７】以下に、図４を参照して運行状況の判断の
方法を説明する。ここでは、簡便なる方法を提示する。
図４は、列車の在線状況の一例を示したものである。ま
ず、当該変電所に対して、上り線下り線別に、それぞれ
ひとつ手前のき電区間について、各駅間の列車内在本数
をカウントする。つぎに粗密レベルｄlevel(t) に応じ
た列車内在本数を引き算し、計画ダイヤからの列車本数
の差異を知る。

【００１８】図４に示される一例では、下り線のひとつ
手前のき電区間の駅間列車本数はｉ−ｊ駅間本数rdij、
上り線のひとつ手前のき電区間の駅間列車本数はｌ−ｍ
駅間本数rulmおよびｍ−ｎ駅間本数rumnとなり、これら
により、下り線および上り線それぞれの列車内在本数の
差異をｄrd，ｄruとすると、

【００１９】

【数４】ｄrd＝rdij−hrdij(ｄlevel(t)) ｄru＝｛rulm−hrulm(ｄlevel(t)) ｝＋｛rumn−hrumn
(ｄlevel(t)) ｝ と計算できる。ここで、hrdij(・) ，hrulm(・) ，hrum
n(・) は、それぞれ下り線ｉ−ｊ駅間、上り線ｌ−ｍ駅
間、上り線ｍ−ｎ駅間の粗密レベル“・”における標準
列車内在本数である。

【００２０】そして、この下り線および上り線それぞれ
の列車内在本数の差異ｄrd，ｄruを用いて、図５に示さ
れるルールにより、運行状況レベルｄi を判断する。図
５に示される表は、縦の欄が下り線の列車内在本数の差
異を、横の欄が上り線の列車内在本数の差異を表してお
り、表の中身が運行状況レベルである。例えば表の右上
のルールは以下に示す意味である。

【００２１】ルール）下り線の列車内在本数の差異が正
で大きく、上り線の列車内在本数の差異も正で大きけれ
ば、団子状態が大と考えられる。ここに述べたルールは
一例である。そして下り線の列車内在本数の差異ｄrd、
上り線の列車内在本数の差異ｄru、運行状況レベルｄi
のメンバーシップ関数の一例を図６に示す。

【００２２】図６（ａ）は下り線及び上り線の列車内在
本数の差異ｄrd，ｄruのメンバーシップ関数であり、図
６（ｂ）は運行状況レベルｄi のメンバーシップ関数で
ある。

【００２３】なおファジィ推論の方法は特に規定するも
のではなく、一般によく使われているmax-min 法を使え
ばよい。又代表値演算には重心法を使えばよい。次に決
定手段６について詳細に説明する。図７は決定手段６の
構成図である。決定手段６は、粗密レベルｄlevel と運
行状況レベルｄi とから変圧器機器の運転台数と、き電
電圧目標値を決定する。

【００２４】図７に示すように粗密レベルｄlevel と運
行状況レベルｄi はファジィ推論部61に入力される。フ
ァジィ推論部61では機器の運転台数Ｃ1 と、き電電圧目
標値Ｃ2 とを決定する。

【００２５】図８は、ファジィルールの一例を示したも
のである。表の縦の欄は運行状況レベルｄi を、横の欄
は粗密レベルｄlevel を表している。それぞれのメンバ
ーシップ関数は、図６（ｂ）、図３に示したとおりであ
る。表の中の１段目は機器運転台数Ｃ1 を、２段目はき
電電圧目標値Ｃ2 を表している。これらの出力変数のメ
ンバーシップ関数を図９に示す。図９（ａ）は機器運転
台数Ｃ1 のメンバーシップの関数であり、図９（ｂ）は
き電電圧目標値Ｃ2 のメンバーシップ関数である。

【００２６】ここで、ファジィ推論演算の推論方法は一
般的なmax-min 法、代表値演算は重心法でよい。機器の
運行台数は整数値で与える必要がある。上記ファジィ推
論演算を行うとこれらの計算値は実数値となる。したが
って、四捨五入などにより整数値に直す必要がある。

【００２７】なお、ルールそのものやメンバーシップ関
数の決め方はこの記載に限ったものでなく、対象とする
鉄道路線の特質や変電所内の機器設置台数に依存するた
め、対象に応じて適宜変更すればよい。

【００２８】制御手段７は上述したように求まった運転
台数Ｃ1 及びき電電圧目標値Ｃ2 を入力し、変圧器の各
種機器を制御する。以上説明したように本実施例では、
変電所機器の運転状態決定をファジィ推論法を用いて行
っている。したがって、決定方法をルールとメンバーシ
ップ関数といったデータで内蔵しているために計算が簡
単で、決定方法の変更に対して容易に対処でき、分かり
やすいといった効果を得ることができる。

【００２９】次に本発明の第２実施例を説明する。図10
は本発明の第２実施例を示す変電所の制御装置の構成図
である。本実施例の変電所の制御装置は、図１に示され
る記憶手段２のかわりに、計画ダイヤ記憶手段２ａを設
けたものである。この計画ダイヤ記憶手段２ａはダイヤ
そのものが記憶されており、粗密情報Ｄとして、現時間
の列車運行本数から列車の運行本数のグレードが定めら
れている。また、列車の運転種別などのデータを取り込
むこともでき、これらより、現時点での計画ダイヤ上の
ダイヤ粗密を、より詳細に把握することが可能となる。

【００３０】次に本発明の第３実施例を説明する。図11
は本発明の第３実施例を示す変電所の制御装置の構成図
である。本実施例の変電所の制御装置は、図１に示され
る状況把握手段３の後段に電力量予測手段３ａを設けた
ものである。この場合には、列車の状況出力手段３で
は、単に図示しない運行管理システムを介して入力され
た列車情報Ｉから各列車の位置、速度を把握して運行状
況情報ｄi2として出力する。そして、電力量予測手段３
ａでは、運行状況情報ｄi2から当該き電区間までの距離
を算出し、現在の速度を用いて到達時間を計算し、今後
の単位時間内にかかるであろう電力量を積算することで
電力予測量Ｐを演算する。決定手段６では、図７におい
てファジィ推論部61の入力を運行状況レベルの代わりに
電力予測量Ｐとし、図８に示されるファジィルールの縦
の項目を電力予測量とし、例えば電力予測量を表すファ
ジィ変数を「大」、「中」、「小」にわけて同様にファ
ジィルールを作成する。

【００３１】これにより、変電所にかかる負荷をより詳
細に算定することができ、より適切な変電所機器の運用
が行え、したがってランニングコストの削減が図れる。
又上記実施例では、第１実施例に電力量予測手段３ａを
設けた一例を説明したが、第２実施例に電力量予測手段
３ａを設ける構成をしてもよい。

【００３２】次に本発明の第４実施例を説明する。図12
は本発明の第４実施例を示す変電所の制御装置の構成図
である。本実施例の変電所の制御装置は図１に示される
実施例に需要状況出力手段４を設けたものである。

【００３３】需要状況出力手段４は、変電所の使用電力
の単位時間あたりの積算を行い、この積算値とあらかじ
め定められている契約電力量を随時比較し、使用電力量
レベルｄp すなわち積算値が契約電力量をオーバーする
可能性があるか／契約電力量をオーバーする可能性が大
か／契約電力量をオーバーするかを判断する。これにつ
いては、契約電力量に定数値をかける形で契約電力量オ
ーバー判定値をつくり、実績の使用電力量とこの判定値
を比較することで使用電力量レベルを決定すればよい。

【００３４】次に決定手段６について説明する。図13は
決定手段６の構成図である。ファジィ推論部61は、図７
に示す通りに粗密レベルｄlevel 、運行状況レベルｄi
から変圧器機器の運転台数Ｃ1 ^* と、き電電圧目標値Ｃ
2 ^* とを決定する。補正処理部62は、ファジィ推論部61
で決定された機器の運転台数Ｃ1 ^* と、き電電圧目標値
Ｃ2 ^* とを、粗密レベルｄlevel 、運行状況レベルｄi
、及び使用電力量ｄp に基づいて補正し、補正した機
器の運転台数Ｃ1 とき電電圧目標値Ｃ2とを出力する。

【００３５】使用電力量レベルｄp は契約電力量をオー
バーする可能性あり／契約電力量をオーバーする可能性
大／契約電力量をオーバーするで表せられる。運行状況
が「平常どおり」、すなわち運行状況レベルｄi が４〜
６の場合で、かつ、粗密レベルｄlevel が「ラッシ
ュ」、すなわち 3.0以上でない場合で、使用電力量が
「契約電力量オーバー可能性あり」の場合は、き電電圧
目標値Ｃ2 ^* を50Ｖ下げる。また、「契約電力量オーバ
ー可能性大」の場合は、き電電圧目標値Ｃ2 ^* を 100Ｖ
下げる。

【００３６】この様に補正を加えることで、必要以上の
電力量超過を防ぐことができる。なお、上記実施例で
は、第１実施例に需要状況出力手段４を設けた一例を説
明したが、第２及び第３実施例に需要状況出力手段４を
設ける構成としてもよい。又、上記実施例の決定手段６
では新たに補正処理手段62を設けたが、補正処理部62を
設けずに、ファジィ推論部61に使用電力量レベルｄp を
直接入力して決定してもよい。この場合はルールの形が
以下のようになる。

【００３７】ルール）粗密レベルｄlevel が「閑散」又
は「ふつう」であり、使用状況レベルｄi が「運行本数
小」又は「運行本数やや小」又は「平常運行」であり、
使用電力量レベルｄp が「契約電力量をオーバーする可
能性が大である」の場合は、き電電圧目標値を「低め」
とする。

【００３８】次に本発明の第５実施例を説明する。変電
所機器としては一般に変圧器、サイリスタ整流器、回生
インバータ装置がある。これらの機器を決定手段６で決
定された機器の運転台数Ｃ1 とき電電圧目標値Ｃ2 及び
変圧器の変圧比に基づき制御手段７が制御する。この場
合の決定手段６でのファジィルールの一例を図14に示
す。又変圧器のメンバーシップ関数を図15に示す。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、簡
単な演算により制御出力が演算でき、平常時の列車運用
に対しても、ダイヤ乱れ時においても適切な変電所機器
の運転を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す変電所の制御装置の
構成図である。

【図２】記憶手段に記憶されたデータの一例を示す図で
ある。

【図３】粗密レベルのメンバーシップ関数を示す図であ
る。

【図４】列車の在線状況から運行状況を推定する方法を
説明する図である。

【図５】列車の運行状況を判断するためのファジィルー
ルを表す図である。

【図６】図５に示すファジィルールで用いる入出力変数
のメンバーシップ関数を表す図である。

【図７】決定手段の構成図である。

【図８】変電所機器運転台数などを決定するためのフィ
ジィルールを表す図である。

【図９】図８に示すファジィルールで用いる入出力変数
のメンバーシップ関数を表す図である。

【図１０】本発明の第２実施例を示す変電所の制御装置
の構成図である。

【図１１】本発明の第３実施例を示す変電所の制御装置
の構成図である。

【図１２】本発明の第４実施例を示す変電所の制御装置
の構成図である。

【図１３】決定手段の構成図である。

【図１４】変電所機器運転台数などを決定するためのフ
ァジィルールを表す図である。

【図１５】変圧器の変圧比のメンバーシップ関数を表す
図である。

【図１６】き電系統を示す模式図である。

【符号の説明】

１…計時手段 ２…記憶手段 ２ａ…計画ダイヤ記憶手段 ３…状況出力手段 ３ａ…電力量予測手段 ４…需要状況出力手段 ５…判断手段 ６…決定手段 61…ファジィ推論部 62…補正処理部 ７…制御手段

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各時間帯における列車の運行本数の実績
   から得られた前記列車の粗密情報を記憶した記憶手段
   と、 各列車の位置を検知し、この各列車の位置情報と前記粗
   密情報から、各列車の在線分布を判断して出力する状況
   出力手段と、 前記粗密情報と前記各列車の在線分布から、変電所の機
   器台数とき電電圧目標値を設定し、前記変電所を制御す
   る制御手段とを有する変電所の制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の変電所の制御装置におい
   て、 前記状況出力手段は、 前記各列車の位置情報から、前記変電所が管轄とするき
   電区間の前後き電区間を走行する列車本数を係数する手
   段と、 前記粗密情報から予め定まる標準列車本数と前記列車本
   数との差異を演算し、この差異から前記各列車の列車間
   隔の粗密状態を示す在線分布を判断して出力する手段と
   を有する変電所の制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の変電所の制御装置におい
   て、 前記制御手段は、前記各列車の在線分布が密状態である
   際に、前記変電所の機器台数を増加させ、前記粗密情報
   が密状態である際に、前記き電電圧目標値を高い値に設
   定するものであることを特徴とする変電所の制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３にいずれかに記載
   の変電所の制御装置において、 変電所の使用電力量と予め定められている契約電力量と
   を比較し、前記使用電力量が前記契約電力量を越える可
   能性がある際に、前記制御手段で設定されたき電電圧目
   標値を下げる補正手段を有する変電所の制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４にいずれかに記載
   の変電所の制御装置において、 前記記憶手段に記憶された粗密情報を、各時間帯におけ
   る列車の運行本数の実績の代わりに、予め計画されてい
   る運行ダイヤから得ることを特徴とする変電所の制御装
   置。