JPH0834268A - 電鉄負荷予測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】より精度よく、使用電力予測を行い、この予測
結果に基づいて列車運転ノッチ制限、および制限解除を
的確に行ない、使用電力を契約電力以下に維持すること
が可能な電鉄負荷予測装置を得ることにある。 【構成】各列車について、現在の列車位置と、予め用意
しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走行パタ
ーンを基に、今後Ｔ分間の対象き電区間の予測走行パタ
ーンを予測する走行パターン予測手段１と、この走行パ
ターン予測手段１により予測された予測走行パターンか
ら、各列車について、今後Ｔ分間の対象き電区間の走行
距離および加速距離を算出する走行距離・加速距離算出
手段７と、列車の車両数と、走行距離・加速距離演算手
段７で算出した走行距離および加速距離とから、予め過
去の使用電力実績データから作成された回帰モデルによ
って、対象き電区間の変電所の負荷電力量を予測する電
力予測手段８を具備したもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鉄道の変電所の電力負
荷管理装置として用いられ、所定時間後の変電所の使用
電力量を予測する電鉄負荷予測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来鉄道では、列車運転用電力の効率的
な使用及び電力料金の削減を目的として、オペレータが
き電区間に在線する列車本数から判断して、変電所の負
荷が契約電力を越えると予測される場合には、列車運転
ノッチ制限を行うように指示を出し、列車運転の電力低
減を図っている。

【０００３】しかし、このようにオペレータがき電区間
に在線する列車本数のみから変電所の負荷電力を予測す
ることは、予測精度の面で問題があり、オペレータの負
担も大きく、予測がはずれ、変電所負荷電力が電力会社
との契約電力を越えた場合には、契約電力超過金をペナ
ルティとして取られることになる。

【０００４】そこで、このようなオペレータが行ってい
る電鉄負荷予測を自動的に行う電鉄負荷予測装置が提案
されている。これは、対象とするき電区間を走行する列
車の走行距離とその車両数を基に変電所負荷電力予測を
行なう走行距離電力予測方式である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この走行距
離電力予測方式では、以下に述べるような問題点があ
り、図８〜図１０はこれを説明するための図である。図
８〜図１０はいずれも３駅を含む７０Km区間を、ある１
列車が各駅停車して走行した場合のシミュレーション例
で、図８は列車位置と列車速度の関係を示す図、図９は
列車位置と列車の牽引力の関係を示す図、図１０は列車
位置と使用電力ならびに列車位置とその積算電力量の関
係を示す図である。

【０００６】ここで、図８において、ＡＴＣ信号とは、
保安方式としてＡＴＣ（AutomaticTrain Control ）信
号方式を採用している鉄道を対象とした場合の列車に対
する制限速度信号を意味する。このＡＴＣ信号方式で
は、列車の走行速度がＡＴＣ信号を越えた際に自動的に
減速制御が行なわれる。

【０００７】これらのシミュレーション結果から、次の
ことがわかる。 (1) 図１０に示されるように列車の使用電力は変動が大
きい。 (2) 列車がＡ駅からＢ駅に向かって加速走行を行う場
合、図９、図１０に示されるように牽引力、使用電力が
最大となる。又、Ｂ駅からＣ駅に向かって列車が加速走
行する場合も同様である。従って、加速走行時の牽引
力、使用電力は、一定速度で走行しているときの約１．
２〜２．０倍となっている。

【０００８】従って、列車が同じ走行距離を走行しても
その内の加速走行距離分によってその使用電力は大きく
異なるといえる。例えば、事故状態が解除されて列車運
転が復旧した直後やノッチ制限を解除した直後に、列車
が一斉に低速度から加速して各列車の加速走行距離が重
なりあった場合、き電区間の変電所の負荷電力量は非常
に大きくなる。このような場合、前述の走行距離電力予
測方式では、加速走行距離の重なりを反映させた予測で
ないため、正しく予測できず、契約電力量をオーバする
可能性がある。よって、前述の予測方式では予測精度の
面で問題がある。

【０００９】そこで、本発明の目的は、より精度よく、
使用電力予測を行い、この予測結果に基づいて列車運転
ノッチ制限、および制限解除を的確に行ない、使用電力
を契約電力以下に維持することが可能な電鉄負荷予測装
置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、各列車について、現在
の列車位置と、予め用意しておいた各列車種別毎のダイ
ヤに見合う計画走行パターンを基に、対象き電区間の予
測走行パターンを予測する走行パターン予測手段と、こ
の走行パターン予測手段により予測された予測走行パタ
ーンから、各列車について、対象き電区間の走行距離お
よび加速距離を算出する走行距離・加速距離算出手段
と、列車の車両数と、前記走行距離・加速距離演算手段
で算出した走行距離および加速距離とから、予め過去の
使用電力実績データから作成された回帰モデルによっ
て、対象き電区間の変電所の負荷電力量を予測する電力
予測手段と、を具備した電鉄負荷予測装置である。

【００１１】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、各列車について、現在の列車位置と、予め
用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走行
パターンを基に、対象き電区間の予測走行パターンを予
測する走行パターン予測手段と、この走行パターン予測
手段により予測された予測走行パターンから、各列車に
ついて、対象き電区間の走行距離および加速距離を算出
する走行距離・加速距離演算手段と、列車の車両数と、
前記走行距離・加速距離演算手段で算出した走行距離お
よび加速距離とから、予め過去の使用電力実績データか
ら作成された回帰モデルによって、対象き電区間の変電
所の負荷電力量を予測する電力予測手段と、この電力予
測手段により予測された変電所の負荷電力量と電力会社
との契約電力量とを比較し、前記負荷電力量が該契約電
力量を越えるときは個々の列車に対する運転制限指令を
出力するか否かを判断する運転制限指令判断手段と、を
具備した電鉄負荷予測装置である。

【００１２】前記目的を達成するため、請求項３に対応
する発明は、各列車について、現在の列車位置と、予め
用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走行
パターンを基に、対象き電区間の予測走行パターンを予
測する走行パターン予測手段と、この走行パターン予測
手段により予測された予測走行パターンから、各列車に
ついて、対象き電区間の走行距離および加速距離を求め
る走行距離・加速距離演算手段と、各列車について、軌
道回路境界通過時刻から、実績走行パターンを作成する
実績走行パターン作成手段と、この実績走行パターン作
成手段によって作成された実績走行パターンから各列車
の対象き電区間の走行距離および加速距離を演算する実
績走行距離・加速走行距離算出手段と、列車の車両数
と、前記実績走行距離・加速走行距離算出手段で算出さ
れた走行距離、加速距離と、この時の変電所の負荷電力
量実績値に基づき、各列車の走行距離、加速距離、車両
数と変電所負荷電力量の回帰モデルパラメータを学習す
る回帰モデル学習手段と、前記列車の車両数と、前記走
行距離・加速距離演算手段によって得られた対象き電区
間の走行距離、加速距離とから、前記回帰モデル学習手
段によって得られた回帰モデルとから、対象き電区間の
変電所の負荷電力量を予測する電力予測手段と、を具備
した電鉄負荷予測装置である。

【００１３】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、各列車について、現在の列車位置と、予め
用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走行
パターンを基に、今後Ｔ分間の対象き電区間の予測走行
パターンを予測する走行パターン予測手段と、この走行
パターン予測手段により予測された予測走行パターンか
ら、各列車について、対象き電区間の走行距離および加
速距離を求める走行距離・加速距離演算手段と、各列車
について、軌道回路境界通過時刻から、実績走行パター
ンを作成する実績走行パターン作成手段と、この実績走
行パターン作成手段によって作成された実績走行パター
ンから各列車の走行距離および加速距離を演算する実績
走行距離・加速走行距離算出手段と、列車の車両数と前
記実績走行距離・加速走行距離算出手段で算出された走
行距離、加速距離と、この時の変電所の負荷電力量実績
値に基づき、各列車の走行距離、加速距離、車両数と変
電所負荷電力量の回帰モデルパラメータを学習する回帰
モデル学習手段と、前記対象き電区間に臨時速度制限区
間が設定されている場合、速度制限の影響を受ける区間
およびそれ以降の区間について前記走行パターン予測手
段で予測された走行パターンの補正を行なう臨速設定走
行パターン補正手段と、を具備した電鉄負荷予測装置で
ある。

【００１４】前記目的を達成するため、請求項５に対応
する発明は、各列車について、現在の列車位置と、予め
用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走行
パターンを基に、今後Ｔ分間の対象き電区間の予測走行
パターンを予測する走行パターン予測手段と、この走行
パターン予測手段により予測された予測走行パターンか
ら、各列車について、対象き電区間の走行距離および加
速距離を求める走行距離・加速距離演算手段と、各列車
について、軌道回路境界通過時刻から、実績走行パター
ンを作成する実績走行パターン作成手段と、この実績走
行パターン作成手段によって作成された実績走行パター
ンから各列車の対象き電区間の走行距離および加速距離
を演算する実績走行距離・加速走行距離算出手段と、列
車の車両数と前記実績走行距離・加速走行距離算出手段
で算出された走行距離、加速距離と、この時の変電所の
負荷電力量実績値に基づき、各列車の走行距離、加速距
離、車両数と変電所負荷電力量の回帰モデルパラメータ
を学習する回帰モデル学習手段と、事故等の影響でダイ
ヤに乱れが生じた場合、ダイヤ乱れの原因となっている
事故等が解消されて列車が計画走行パターンに復帰する
ように走行すると想定して前記走行パターン予測手段で
予測された走行パターンの補正を行なう異常時走行パタ
ーン補正手段と、を具備した電鉄負荷予測装置である。

【００１５】

【作用】請求項１に対応する発明によれば、予測パラメ
ータに、き電区間を走行する列車の走行距離に加えて、
最も使用電力の大きい加速距離を用いているので、各列
車の走行パターンによって異なる加速距離に応じてその
使用電力を精度よく予測でき、これにより変電所負荷電
力量を契約電力以下に維持することが可能になる。 請
求項２に対応する発明によれば、請求項１に対応する発
明に、運転制限指令判断手段を付加したので、請求項１
に対応する発明と比較して、オペレータの負担が軽くな
り、運転制限がより正確で的確に行われるようになる。

【００１６】請求項３に対応する発明によれば、請求項
１に対応する発明に、実績走行パターン作成手段と、実
績走行距離・加速走行距離算出手段と、回帰モデル学習
手段を付加したので、過去の実績データからより高精度
な電力予測を行うことができ、運転制限解除のタイミン
グがより的確なものとなる。

【００１７】請求項４に対応する発明によれば、請求項
３に対応する発明に、臨速設定走行パターン補正手段を
付加したので、臨時速度制限区間が設定されている際の
高精度な電力予測が可能となり、列車運転ノッチ制御が
より正確で的確に行われるようになる。

【００１８】請求項５に対応する発明によれば、請求項
３に対応する発明に、異常時走行パターン補正手段を付
加したので、異常時の電力予測の精度がさらに向上す
る。以上述べた請求項１〜５に対応する発明の電鉄負荷
予測装置を使用すれば、使用電力が電力会社との契約電
力を超過した際にペナルティとして取られる契約電力超
過料金を大幅に低減する効果を有する。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明するが、始めに本発明の原理について説明する。
前述した図８〜図１０のシミュレーション例から、列車
が加速走行しているときの使用電力は、一定速度で走行
しているときの使用電力に比べて非常に大きいので、本
発明は走行距離に加えて、加速走行距離を考慮してその
使用電力を予測するようにしたものである。

【００２０】このため、本発明では次のようなモデル化
を行なった。図２（ａ）は列車位置と速度の関係を示す
図、図２（ｂ）は列車の使用電力を示す図である。ある
１列車が図２（ａ）に示される走行パターン距離Ｌ1 を
走行し、その内距離Ｌ2 だけを加速走行した場合、この
時の列車の使用電力が図２（ｂ）に示されるようになる
と近似した。具体的に説明すると、ある列車ｉの使用電
力Ｐi は、列車ｉの車両数Ｍi を考慮すると、列車ｉの
走行距離Ｌ1iと列車ｉの加速距離Ｌ2i（距離Ｌ1iの内、
列車が加速走行した距離）を用いて（１）式に示すよう
に近似した。

【００２１】 Ｐi ＝（Ｋ1 ×Ｌ1i＋Ｋ2 ×Ｌ2i）×Ｍi …（１ ） ただし、Ｋ1 ，Ｋ2 ：係数 そして、あるき電区間（１つの電鉄用変電所が電力を供
給する範囲）の変電所の負荷電力量Ｐは、き電区間を走
行する各列車の使用電力の総和であると考えられるの
で、き電区間を走行する列車の総数をＮとすると、
（２）式のようになる。

【００２２】

【数１】 となり、あるき電区間の変電所の負荷電力量Ｐは、き電
区間を走行する各列車の車両数Ｍi と走行距離Ｌ1iと加
速距離Ｌ2iとで表される。

【００２３】ここで、係数Ｋ1 ，Ｋ2 のパラメータは、
車両性能毎に異なるものであるが、同じ値として近似し
ている。（３）式に示されるモデル式の係数Ｋ1 ，Ｋ2
が判っていれば、将来の変電所の負荷をそのき電区間を
走行する列車の車両数Ｍと走行距離Ｌ1iとその内の加速
距離Ｌ2iによって予測することができる。

【００２４】本発明では、（３）式に示されるモデル式
を使用して電鉄用変電所の所定時間後（例えばＴ分間
後）の負荷電力の予測を行い、一方過去の実績データを
統計処理し、（３）式の回帰モデルパラメータを学習す
るようにしたことを特徴としている。

【００２５】以下、本発明の実施例について、具体的に
説明する。図１は本発明による第１実施例を示す機能構
成ブロック図であり、これは走行パターン予測手段１
と、臨速設定走行パターン補正手段３と、異常時走行パ
ターン補正手段５と、予測距離・加速距離算出手段７
と、電力予測手段８と、運転制限指令判断手段例えばノ
ッチ制限指令判断手段９と、実績走行パターン作成手段
１０と、実績走行距離・加速距離算出手段１１と、回帰
モデル学習手段１２とからなっている。

【００２６】走行パターン予測手段１は、各列車につい
て、現在の列車位置とノッチ制限オン／オフ指令、及び
予め用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画
走行パターンデータベース２を基に、今後Ｔ分間の対象
き電区間の予測走行パターンを予測する。

【００２７】臨速設定走行パターン補正手段３は、臨速
設定情報により対象き電区間に臨時速度制限区間が設定
されているかどうかを判断し、臨時速度制限区間が設定
されている場合、速度制限の影響を受ける区間およびそ
れ以降の区間について、予め用意されている走行パター
ンデータベース４を基に走行パターン予測手段１で予測
された予測走行パターンに対する補正パターンを作成す
る。

【００２８】具体的には、速度制限の影響を受ける区間
での速度低下とこれによる走行時間の遅れ分について予
測パターンに対する補正パターンを作成する。異常時走
行パターン補正手段５は、事故等の異常状態の影響でダ
イヤに乱れが生じた場合、ダイヤ乱れの原因となってい
る事故等が解消されて列車が計画走行パターンデータベ
ース２に復帰するように走行すると想定して、予め用意
されている異常時加速走行パターンデータベース６を基
に走行パターン予測手段１で予測された予測走行パター
ンに対する補正パターンを作成する。

【００２９】そして、走行パターン予測手段は、臨速設
定走行パターン補正手段３と異常時走行パターン補正手
段５で作成された各補正パターンを入力し、補正した予
測走行パターンを出力する。

【００３０】走行距離・加速距離算出手段７は、走行パ
ターン予測手段１から出力された予測走行パターンか
ら、各列車について、今後Ｔ分間の対象き電区間の走行
距離Ｌ1iおよび加速距離Ｌ2iを算出する。

【００３１】電力予測手段８は、走行距離・加速距離演
算手段７で算出した走行距離Ｌ1iおよび加速距離Ｌ2i
と、車両数Ｍi を入力し、予め過去の使用電力実績デー
タから統計処理によって作成された回帰モデルパラメー
タデータベース１３によって、対象き電区間の変電所の
負荷電力量を予測する。

【００３２】ノッチ制限指令判断手段９は、電力予測手
段８により予測された変電所電力予測量Ｐと電力会社と
の契約電力量を比較し、変電所電力量Ｐが該契約電力量
を越えないように個々の列車に対するノッチ制限指令を
出力するか否かを判断するものである。ノッチ制限指令
判断手段９の判断結果は図示しない制限指令判断表示手
段に表示される。

【００３３】実績走行パターン作成手段１０は、各列車
について、現在を基準とした過去の所定時間（例えばＴ
分間）の軌道回路境界通過時刻から、過去の所定時間
（例えばＴ分間）の実績走行パターンを作成するもので
あり、具体的には、各列車に対し過去Ｔ分間に通過した
各軌道回路境界通過時刻を記録しておき、各軌道回路の
平均速度を算出することによって作成する。

【００３４】なお、軌道回路は、ある区間のレールを電
気回路の一部として用い、その区間内にある列車や車両
の車軸でレール間が短絡されることにより、列車の存在
を検知することができる回路のことをいう。

【００３５】実績走行距離・加速走行距離算出手段１１
は、実績走行パターン作成手段１０によって作成された
実績走行パターンから各列車の過去Ｔ分間の対象き電区
間の走行距離Ｌ1iおよび加速距離Ｌ2iを演算する。

【００３６】回帰モデル学習手段１２は、実績走行距離
・加速走行距離算出手段１１で算出された過去Ｔ分間の
走行距離と加速距離、又車両数と過去Ｔ分間の変電所の
負荷電力量実績値を入力し、各列車の走行距離、加速距
離、車両数と変電所負荷電力量の回帰モデルパラメータ
を学習する。

【００３７】以上述べた各構成で、現在の運行状況から
負荷電力量を予測する手段、すなわち図１の破線から上
の部分と、過去の実績データから（３）式の回帰モデル
パラメータを学習する手段、すなわち図１の破線から下
の部分からなっている。

【００３８】以上のような構成の電鉄負荷予測装置の第
１実施例の動作について、負荷電力量を予測する手段の
動作を（Ｓ１０）とし、回帰モデル学習する手段の動作
を（Ｓ２０）として説明する。始めに（Ｓ１０）の手順
について説明する。これらの一連の動作は、ある一定時
間Δｔ毎に起動される。

【００３９】（Ｓ１０）ー１ 走行パターン予測手段１において、各列車の今後の走行
パターンを予測する。 臨速設定走行パターン補正手段
３は、対象き電区間に臨時速度制限区間が設定されてい
る場合、速度制限の影響を受ける区間およびそれ以降の
区間について走行パターン予測手段１で予測された走行
パターンの補正を行なう。

【００４０】異常時走行パターン補正手段５は、事故等
の影響でダイヤに乱れが生じた場合、ダイヤ乱れの原因
となっている事故等が解消されて列車が計画走行パター
ンに復帰するように走行すると想定して走行パターン予
測手段１で予測された走行パターンの補正を行なう。

【００４１】（Ｓ１０）ー２ 走行距離・加速距離算出手段７において、走行パターン
予測手段１からの走行パターンに基づいて対象き電区間
を走行する列車について、走行距離Ｌ1iおよび加速距離
Ｌ2iを算出する。

【００４２】（Ｓ１０）ー３ 電力予測手段８は、走行距離・加速距離演算手段７で算
出した走行距離Ｌ1iおよび加速距離Ｌ2iならびに車両数
Ｍi から（３）式によって負荷電力量Ｐを予測する。

【００４３】（Ｓ１０）ー４ ノッチ制限指令判断手段９は、（Ｓ１０）ー３の結果
と、契約電力量と比べてノッチ制限をかけるか否かを判
断する。

【００４４】ここで、それぞれの手順の具体的な内容に
ついて詳細に説明する。 （Ｓ１０）ー１について （３）式に示されるモデル式によって、今後の変電所の
負荷電力量Ｐの予測を行うためには、各列車の今後の走
行距離および加速距離を予測する必要がある。このため
に、ここでは、今後Ｔ分間の予測走行パターン（位置、
速度、時刻）を予測する。まず予め、各列車について計
画走行パターンを作成し、これを計画走行パターンデー
タベース２に格納しておく。この場合、計画走行パター
ンとは、駅毎の着発時刻を計画している列車ダイヤを満
足するような駅間の走行状態（位置、速度、時間）を表
すデータである。このデータの持ち方としては、例えば
ある速度区間毎の点列データを使用する。

【００４５】この計画走行パターンを用いて、今後Ｔ分
間の各列車の走行パターンを次のように予測する。ま
ず、現時点での列車の運行が正常であるか否かを判断す
る。そして、正常な運行と判断された場合には、今後Ｔ
分間も正常な運行を続けると仮定する。すなわち、今後
Ｔ分間の走行は、予め用意した計画走行パターンに従っ
て走行すると仮定する。具体的には、各列車について現
在の列車位置を基準にして計画走行パターンを当てはめ
て、これを今後Ｔ分間の予測走行パターンとする。野地
のの運行が正常である判断された場合には、各列車につ
いて現在位置を基準にして計画走行パターンを当てはめ
て、今後Ｔ分間はこの計画走行パターンにそって走行す
るものとして考え、これを今後Ｔ分間の走行パターンと
する。

【００４６】これについて、図３を参照して説明する
が、図中の破線の曲線は、ある列車の計画走行パターン
（位置、速度、時間）を時間と位置で表したものであ
る。例えば、当列車が現在(A) の状態にあり、計画走行
パターンよりΔｔ遅れているとする場合、Δｔの遅れは
正常な運行とみなせる範囲であれば、計画走行パターン
をΔｔだけ時間方向に平行移動させたものを当列車の今
後の走行パターンとする。従って、当列車の今後Ｔ分間
の予測走行パターンは、図中(A) 〜(B) の実線として予
測される。

【００４７】一方、現時点での列車の運行が正常でない
運行と判断される場合の予測は次のように行う。正常で
ない運行と判断するのは以下に述べる（ａ），（ｂ），
（ｃ）の場合である。

【００４８】（ａ）き電区間内に臨時速度制限区間が設
定されている場合 臨時速度制限の影響を受けない区間では、計画走行パタ
ーンに沿って走行されるので、走行パターン予測手段１
によって予測された予測走行パターンに対して一部補正
を行う。

【００４９】一般的に、臨時速度制限区間の設定は、設
定区間と制限速度がいくつかのパターンに限られている
ので、予め各設定パターンについて制限速度の影響を受
ける範囲の補正走行パターン（位置、速度、相対時間）
を補正走行パターンデータベース４に格納しておき、こ
れを当てはめて予測走行パターンを補正する。

【００５０】例えば、図４のように臨時速度制限区間を
受ける範囲cc〜dd間に補正走行パターンを当てはめ、そ
の地点以降は速度制限によって生じる遅れ時間Δt1方向
に平行移動させる。bpは補正前の予測走行パターン、ap
は補正後の予測走行パターンである。

【００５１】（ｂ）現時点においてノッチ制限がかけら
れている場合 ノッチ制限がかけられている場合は、次にいつノッチ制
限を解除するかのタイミングを図っている状態である。
前述したように、従来の技術ではノッチ制限を解除した
直後には、列車が一斉に加速走行を始めてしまい、使用
電力が契約電力をオーバしてしまうことがしばしば生じ
ていた。従って、ここでは確実に契約電力以下に抑える
ために、次の瞬間にノッチ制限を解除したと仮定して、
各列車が計画走行パターンに復帰しようとして加速走行
する運転を想定した走行パターンを予測する。

【００５２】これには、次のような方法をとる。まず、
列車が最大牽引力を出力して加速する走行パターン（相
対位置、速度、相対時間）（以下、異常時加速走行パタ
ーンという）を予め異常時加速走行パターン６に格納し
ておく。各列車は、現時点から一斉に計画走行パターン
に復帰しようとして加速走行すると仮定する。各列車毎
に、現在の列車速度を基準にして異常加速走行パターン
を当てはめる。すなわち、パターンの速度値が、現在の
列車速度と一致するところの相対位置、相対時間を現在
列車位置、現在時刻として、それ以降の異常時加速走行
パターンをこの列車の今後の走行パターンとする。そし
て、この異常時加速走行パターンの速度が、位置に関し
て計画走行パターンの速度を超えた位置以降について
は、（ａ）で行なった予測と全く同様に、列車は、計画
走行パターンに沿って走行するものとして、走行パター
ンの予測を行なう。

【００５３】（ｃ）現時点において計画走行パターンか
ら大きく外れている場合、すなわち、位置を基準にして
現時点の列車の走行状態（位置、速度、時間）と計画走
行パターンとを比べた場合のずれ、または時刻のずれが
ある閾値以上である場合 （ｂ）と同様に、このような状態となっている原因の事
故等が解消された場合を想定した走行パターンを予測す
る。すなわち、事故等が解消されて列車が計画走行パタ
ーンに復帰するように加速するような走行パターンを予
測する。この予測は、（ｂ）と同様に行なう。

【００５４】（Ｓ１０）ー２ 走行パターンからの走行
距離と加速距離の算出 ここでは、（Ｓ１０）ー１で予測された走行パターンか
ら各列車の対象き電区間についての走行距離とその内の
加速距離を算出する。

【００５５】これを図５（ａ），図５（ｂ）を使用して
説明する。図５（ａ）は同一の走行パターンを時間と位
置の関係を示す特性図であり、図５（ｂ）は速度と位置
の関係を示す特性図である。ある列車の今後Ｔ分間の予
測走行パターンがaa，bb間であるとすると、対象き電区
間に含まれるのは、a1a1，bb間であるので、対象き電区
間の走行距離Ｌ１は、a1a1の位置とbbの位置の差とな
る。加速距離Ｌ２は、全体の走行距離Ｌ１の内、速度変
化率が正となる部分の総和であるので、例えば、走行距
離Ｌ１をある一定区間ΔＬに分割し、平均の速度変化量
が正となる区間の総和をとる。

【００５６】（Ｓ１０）ー３ 変電所負荷電力量の予測 ここでは、式（３）に示されるモデル式に、各列車の車
両数Ｍi と対象き電区間の走行距離Ｌ1iと加速距離Ｌ2i
を代入し、今後Ｔ分間のの対象き電区間の変電所の負荷
電力量Ｐを予測する。

【００５７】（Ｓ１０）ー４ ノッチ制限オン／オフの
判断 ここでは、（Ｓ１０）ー３で行なった負荷電力量予測値
と電力会社との契約電力量とを比較して、ノッチ制限指
令オン／オフの判断を行なう。現時点おいて、ノッチ制
限指令がオフの状態の場合では、負荷電力量予測値が契
約電力量を越えていれば、ノッチ制限指令をオフ→オン
にして出力する。

【００５８】一方、現時点において、ノッチ制限指令が
オンの状態の場合では、ノッチ制限をオン→オフにした
後の近い将来に再び契約電力を越えるようなことをこと
を防ぐために、ノッチ制限オフ時の電力しきい値を契約
電力量より低く設定し、予測値がしきい値より低けれ
ば、ノッチ制限解除指令を出力する。

【００５９】（Ｓ２０）過去の実績データから式（３）
に示されるモデルパラメータの学習を行なう手段と動作
を説明する。以下（Ｓ２０）ー１，（Ｓ２０）ー２，
（Ｓ２０）ー３，（Ｓ２０）ー４について、図６を参照
して順次詳細に説明する。

【００６０】（Ｓ２０）ー１ 各列車について過去Ｔ分
間のの実績走行パターンを算出する。 図６（ａ）にお
いてある列車の軌道回路境界Ｐ1 、Ｐ2 、……のそれぞ
れの通過時刻Ｔ1 、Ｔ2 、……から以下のようにして走
行パターンを求める。

【００６１】例えば、軌道回路境界Ｐn 、Ｐn+1 のそれ
ぞれの通過時刻がＴn 、Ｔn+1 、……である時、Ｐn 〜
Ｐn+1 の区間の平均速度Ｖn を（４）式によって算出す
る。 Ｖn ＝（Ｐn+1 −Ｐn ）／（Ｔn+1 −Ｔn ） …（４） （Ｓ２０）ー２ （Ｓ２０）ー１の実績走行パターンか
ら対象き電区間走行した列車の走行距離と加速距離を算
出する。具体的には、走行距離Ｌ1 は、現在の列車位置
とＴ分前の列車位置との間で、対象き電区間となってい
る区間の距離を算出する。これは、図６（ｂ）のＬ1 に
あたる。

【００６２】加速距離については、まず（Ｓ２０）ー１
で求めた各軌道回路の平均速度Ｖnを用いて、各軌道回
路の平均の速度変化率Ａn を（５）式によって算出す
る。 Ａn ＝（Ｖn+1 −Ｖn ）／ΔＴ …（５） ただし、ΔＴ＝（Ｔn+2 ＋Ｔn+1 ）／２−（Ｔn+1 ＋Ｔ
n ）／２ （ΔＴは、ｎ番目の軌道回路の中心点を通過してからｎ
＋１番目の軌道回路の中心点を通過するまでの時間） そして、平均の速度変化率Ａn が正となる区間（軌道回
路の中心間）の距離の総和を算出し、対象き電区間の加
速距離とする。これは図６（ｂ）のＬ2 にあたる。

【００６３】（Ｓ２０）ー３ この時の変電所負荷電力
量の値を取り込む。ここでは、過去Ｔ分間の変電所負荷
電力量計測値を取り込む。 （Ｓ２０）ー４ （Ｓ２０）ー２の走行距離と加速距離
と車両数と（Ｓ２０）ー３の実績の変電所負荷電力量値
を１組とした実績データをある期間において蓄積し、式
（３）に示されるモデル式のパラメータＫ1 ，Ｋ2 の学
習を行なう。

【００６４】ここで、回帰モデルの学習方法について説
明する。 （Ｓ３０）ー１ 実績値としてある時間ｔ分毎に得られ
る、データ組（Ｐ，Ｌm1，Ｌm2）を保存しておき、ある
程度データ組がたまったら（例えば１ヵ月分）、この時
点でたまったデータ組をもとに、後述の（Ｓ３０）ー３
に示す方法で係数Ｋ1 ，Ｋ2 （回帰係数と呼ばれる）を
算出する （Ｓ３０）ー２ （Ｓ３０）ー１の方法は、データ組の
数が多い程、望ましいので、新しいデータ組が加わる度
に（ｔ分毎に）、（Ｓ３０）ー１と同様のことを行なっ
て新しいパラメータＫ1 ，Ｋ2 を算出し、古いパラメー
タＫ1 ，Ｋ2 と差し換えていく。これが、パラメータＫ
1 ，Ｋ2 の学習である。

【００６５】（Ｓ３０）ー３ 実績のデータ組（Ｐ，Ｌ
m1，Ｌm2）から回帰モデル係数Ｋ1，Ｋ2 を算出する方
法について説明する。実績のデータ組が図７のようにＭ
組あるとするとする。Ｌm1(j) とＬm2(j) から係数Ｋ1
，Ｋ2 によって求められる予測値Ｐr(j)は、 Ｐr(j)＝Ｋ1 ×Ｌm1(j) ＋Ｋ2 ×Ｌm2(j) と実績のＰ
(j) との誤差ε(j) 、 ε(j) ＝Ｐ(j) −Ｐr(j)＝Ｐ(j) −［Ｋ1 ×Ｌm1(j) ＋
Ｋ2 ×Ｌm2(j) ］ の平方和ε(j) ² ＝｛Ｐ(j) −［Ｋ1 ×Ｌm1(j) ＋Ｋ2
×Ｌm2(j) ］｝² これらについて、ｊが１〜Ｍにつき求める。すると、平
方和は

【００６６】

【数２】

【００６７】と表されるので、（６）式の右辺が最小と
なるようなＫ1 ，Ｋ2 を解く。具体的には、（６）式の
右辺をＫ1 とＫ2 各々について偏微分して０とおいた方
程式（７）式を立てて、これをＫ1 ，Ｋ2 について解く
ことになる。

【００６８】

【数３】

【００６９】（７）式を変形すると（８）式のようなＫ
1 とＫ2 の連立方程式となる。 ａＫ1 ＋ｂＫ2 ＝Ｚ1 ｃＫ1 ＋ｄＫ2 ＝Ｚ2 …（８） これからＫ1 ，Ｋ2 を求める。

【００７０】以上述べた実施例によれば、ダイヤに沿っ
た走行、臨時速度設定時の走行等を予めパターン化しデ
ータベース化しておき、これを用いて将来の走行パター
ンの予測を行なっている。このことにより、予測に要す
る処理時間を短くすることができ、よって予測頻度を上
げることができるので、適切なタイミングでノッチ制限
指令を出力することができ、またノッチ制限指令のの出
力タイミングの遅れが低減される。

【００７１】

【発明の効果】本発明によれば、より精度よく、使用電
力予測を行い、この予測結果に基づいて列車運転ノッチ
制限、および制限解除を的確に行ない、使用電力を契約
電力以下に維持することが可能な電鉄負荷予測装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電鉄負荷予測装置の第１実施例の
概略構成を示すブロック図。

【図２】（ａ）は図１の動作を説明するための速度と位
置の関係を示す特性図であり、（ｂ）は図１の動作を説
明するための使用電力と位置の関係を示す特性図。

【図３】図１の計画走行パターンを説明するための図。

【図４】図１の臨時速度制限区間が設定されている場合
の計画走行パターンを説明するための図。

【図５】図１の走行パターンから走行距離と加速距離の
算出方法を説明するための図。

【図６】（ａ）は図１の過去の実績データからモデルパ
ラメータの学習を行なう方法を説明するための図であ
り、（ｂ）は実績走行パターンから走行距離・加速距離
の算出方法を説明するための図。

【図７】図１の実績データから回帰モデル係数を算出す
る方法を説明するための図。

【図８】本発明が解決しようとする課題を説明するため
の列車速度と位置の関係を示すシミュレーション図。

【図９】本発明が解決しようとする課題を説明するため
の牽引力と位置の関係を示すシミュレーション図。

【図１０】本発明が解決しようとする課題を説明するた
めの積算電力量と位置の関係を示すシミュレーション
図。

【符号の説明】

１…走行パターン予測手段、２…計画走行パターンデー
タベース、３…臨速設定走行パターン補正手段、４…補
正走行パターンデータベース、５…異常時走行パターン
補正手段、６…異常時加速走行パターンデータベース、
７…走行距離・加速距離算出手段、８…電力予測手段、
９…ノッチ制限指令判断手段、１０…実績走行パターン
作成手段、１１…実績走行距離・加速距離算出手段、１
２…回帰モデル学習手段、１３…回帰モデルパラメータ
データベース。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 忠宜 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 平山 弘幸 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 坂本 哲郎 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 林 美恵子 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 各列車について、現在の列車位置と、予
   め用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走
   行パターンを基に、対象き電区間の予測走行パターンを
   予測する走行パターン予測手段と、 この走行パターン予測手段により予測された予測走行パ
   ターンから、各列車について、対象き電区間の走行距離
   および加速距離を算出する走行距離・加速距離算出手段
   と、 列車の車両数と、前記走行距離・加速距離演算手段で算
   出した走行距離および加速距離とから、予め過去の使用
   電力実績データから作成された回帰モデルによって、対
   象き電区間の変電所の負荷電力量を予測する電力予測手
   段と、 を具備した電鉄負荷予測装置。
2. 【請求項２】 各列車について、現在の列車位置と、予
   め用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走
   行パターンを基に、対象き電区間の予測走行パターンを
   予測する走行パターン予測手段と、 この走行パターン予測手段により予測された予測走行パ
   ターンから、各列車について、対象き電区間の走行距離
   および加速距離を算出する走行距離・加速距離演算手段
   と、 列車の車両数と、前記走行距離・加速距離演算手段で算
   出した走行距離および加速距離とから、予め過去の使用
   電力実績データから作成された回帰モデルによって、対
   象き電区間の変電所の負荷電力量を予測する電力予測手
   段と、 この電力予測手段により予測された変電所の負荷電力量
   と電力会社との契約電力量とを比較し、前記負荷電力量
   が該契約電力量を越えるときは個々の列車に対する運転
   制限指令を出力するか否かを判断する運転制限指令判断
   手段と、 を具備した電鉄負荷予測装置。
3. 【請求項３】 各列車について、現在の列車位置と、予
   め用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走
   行パターンを基に、対象き電区間の予測走行パターンを
   予測する走行パターン予測手段と、 この走行パターン予測手段により予測された予測走行パ
   ターンから、各列車について、対象き電区間の走行距離
   および加速距離を求める走行距離・加速距離演算手段
   と、 各列車について、軌道回路境界通過時刻から、実績走行
   パターンを作成する実績走行パターン作成手段と、 この実績走行パターン作成手段によって作成された実績
   走行パターンから各列車の対象き電区間の走行距離およ
   び加速距離を演算する実績走行距離・加速走行距離算出
   手段と、 列車の車両数と、前記実績走行距離・加速走行距離算出
   手段で算出された走行距離、加速距離と、この時の変電
   所の負荷電力量実績値に基づき、各列車の走行距離、加
   速距離、車両数と変電所負荷電力量の回帰モデルパラメ
   ータを学習する回帰モデル学習手段と、 前記列車の車両数と、前記走行距離・加速距離演算手段
   によって得られた対象き電区間の走行距離、加速距離と
   から、前記回帰モデル学習手段によって得られた回帰モ
   デルとから、対象き電区間の変電所の負荷電力量を予測
   する電力予測手段と、 を具備した電鉄負荷予測装置。
4. 【請求項４】 各列車について、現在の列車位置と、予
   め用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走
   行パターンを基に、今後Ｔ分間の対象き電区間の予測走
   行パターンを予測する走行パターン予測手段と、 この走行パターン予測手段により予測された予測走行パ
   ターンから、各列車について、対象き電区間の走行距離
   および加速距離を求める走行距離・加速距離演算手段
   と、 各列車について、軌道回路境界通過時刻から、実績走行
   パターンを作成する実績走行パターン作成手段と、 この実績走行パターン作成手段によって作成された実績
   走行パターンから各列車の走行距離および加速距離を演
   算する実績走行距離・加速走行距離算出手段と、 列車の車両数と前記実績走行距離・加速走行距離算出手
   段で算出された走行距離、加速距離と、この時の変電所
   の負荷電力量実績値に基づき、各列車の走行距離、加速
   距離、車両数と変電所負荷電力量の回帰モデルパラメー
   タを学習する回帰モデル学習手段と、 前記対象き電区間に臨時速度制限区間が設定されている
   場合、速度制限の影響を受ける区間およびそれ以降の区
   間について前記走行パターン予測手段で予測された走行
   パターンの補正を行なう臨速設定走行パターン補正手段
   と、 を具備した電鉄負荷予測装置。
5. 【請求項５】 各列車について、現在の列車位置と、予
   め用意しておいた各列車種別毎のダイヤに見合う計画走
   行パターンを基に、今後Ｔ分間の対象き電区間の予測走
   行パターンを予測する走行パターン予測手段と、 この走行パターン予測手段により予測された予測走行パ
   ターンから、各列車について、対象き電区間の走行距離
   および加速距離を求める走行距離・加速距離演算手段
   と、 各列車について、軌道回路境界通過時刻から、実績走行
   パターンを作成する実績走行パターン作成手段と、 この実績走行パターン作成手段によって作成された実績
   走行パターンから各列車の対象き電区間の走行距離およ
   び加速距離を演算する実績走行距離・加速走行距離算出
   手段と、 列車の車両数と前記実績走行距離・加速走行距離算出手
   段で算出された走行距離、加速距離と、この時の変電所
   の負荷電力量実績値に基づき、各列車の走行距離、加速
   距離、車両数と変電所負荷電力量の回帰モデルパラメー
   タを学習する回帰モデル学習手段と、 事故等の影響でダイヤに乱れが生じた場合、ダイヤ乱れ
   の原因となっている事故等が解消されて列車が計画走行
   パターンに復帰するように走行すると想定して前記走行
   パターン予測手段で予測された走行パターンの補正を行
   なう異常時走行パターン補正手段と、 を具備した電鉄負荷予測装置。