JPH09188253A - 電鉄消費電力予測システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 実際の列車運行による架線電圧降下や列車の
乱れによる消費電力の変動を予測することができず契約
電力を超過してしまうといった問題点があった。 【解決手段】 実績ダイヤ記憶部１０ａからの実績ダイ
ヤと実行ダイヤ記憶部１０ｂからの実行ダイヤとから予
測ダイヤを作成する予測ダイヤ作成部１０ｃ、作成した
予測ダイヤを記憶する予測ダイヤ記憶部１０ｄ、記憶さ
れた予測ダイヤをもとに運転曲線を作成する運転曲線作
成部１０ｅ、作成された運転曲線から得られる列車位置
における列車、架線、レール、および変電所を電気部品
とみなした等価回路を回路計算によって解くことによ
り、消費電力を算出する消費電力演算部１０ｆ、および
算出された消費電力の予測値と契約電力とを比較し、契
約電力を超過している場合に列車運転ノッチ制限指令を
出力する契約電力超過判定部１０ｇを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、鉄道システムに
おける変電所の電鉄消費電力予測システムに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】図５は、例えば特開平５−２５２６６３
号公報に示された従来の電鉄消費電力予測システムのブ
ロック構成図である。図において、１は計画ダイヤから
求められる列車平均速度と列車毎の車両数に基づき、所
定時間内にき電区間を走行した各列車の走行距離の総和
を予測する走行距離総和予測部、２は現在の列車位置に
基づき各列車の走行距離の実績値の総和を演算する走行
距離実績値総和演算部、３は使用電力実績値と走行距離
実績値総和演算部２で算出された走行距離実績値の総和
とから、所定時間内の走行距離総和−電力特性をデータ
ベース化する統計処理部である。４は統計処理部３から
得られた走行距離総和−電力特性のデータベースと走行
距離総和予測部１で予測された予測走行距離総和とから
所定時間例えば３０分の使用電力を予測する電力予測値
演算部である。５は現在の列車位置に基づき線路上の列
車密度分布を演算する列車密度演算部、６は列車密度演
算部５で演算された列車密度分布に基づき列車平均速度
を補正する列車速度予測値補正部で、その補正の際に列
車速度予測値補正ゲイン学習部７で補正ゲインの学習を
行う。８は列車事故による列車渋滞状態と判定したと
き、列車運転ノッチの制限指令を出力する事故時判定部
である。９は電力予測値演算部４で演算された使用電力
予測値と電力会社との契約電力とを比較し、列車運転ノ
ッチ制限指令および制限解除指令を出力する契約電力超
過判断部である。

【０００３】このような従来の電鉄消費電力予測システ
ムにおいては、まず、き電区間内およびその上流側区間
の各列車の位置を把握し、各列車の今後３０分の列車平
均速度値を計画ダイヤをもとに演算し、その値を路線上
の列車密度分布をもとに補正する。次に、補正された列
車速度をもとに各列車の今後３０分のき電区間内の走行
距離を算出し、走行距離の総和をとることにより、き電
区間内の車両キロを算出する。そして、走行距離総和−
電力特性データを用いて、算出された車両キロに相当す
る電力（３０分電力予測値）を抽出する。鉄道会社は、
契約電力を超過した場合には電力会社に対して超過金を
支払うことになるので、契約電力を決定するために、予
めある期間中の例えば３０分間の平均電力のうち最大の
消費電力を予測するのである。最後に、抽出された使用
電力予測値が契約電力を超えている場合、き電区間にお
ける列車運転ノッチの制限指令を出力する。また、すで
にノッチ制限がかかっている場合には、ノッチ制限を解
除すべきかの判断も行う。なお、事故による列車渋滞時
など、き電区間内およびその上流側区間の列車がほとん
ど停止に近い状態にある場合には、復旧後のフルノッチ
運転による電力超過を防止するため、ノッチ制御指令を
出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の電
鉄消費電力予測システムにおいては、消費電力を車両キ
ロをもとに予測しているため、列車出発時の加速のため
に必要な消費電力、および勾配、曲線、トンネル等の列
車走行時の走行抵抗や他列車の架線電圧降下によって必
要となる消費電力を考慮する機能を有してしても、予測
値と実際の消費電力との誤差が大きすぎて、契約電力の
範囲を維持できない場合があった。また、計画ダイヤに
基づいて算出するので、列車の遅れや運転整理等による
ダイヤの乱れによる消費電力の変動を予測することがで
きないといった問題点があった。

【０００５】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、第１の目的は、列車運行の乱れ
をも考慮して変電所の消費電力を高精度に予測できる電
鉄消費電力予測システムを得るものである。また、第２
の目的は、変電所の消費電力を確実に契約電力内で維持
できる電鉄消費電力予測システムを得るものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明にかかる電鉄消
費電力予測システムは、列車運行の基となる実行ダイヤ
を記憶する手段、列車運行の着発実績である実績ダイヤ
を記憶する手段、上記実行ダイヤと実績ダイヤとから以
後のダイヤを予測する手段、上記予測されたダイヤに基
づいて各列車の運転曲線を作成する手段、上記作成され
た運転曲線から得られる列車位置における列車、架線、
レールおよび変電所を電気部品とする等価回路を作成す
る手段、および上記等価回路をもとに回路計算を行うこ
とによって上記変電所の消費電力を演算する手段を備え
たものである。

【０００７】また、算出した消費電力の所定の時間帯で
の消費電力と契約電力とを比較し、その比較結果に基づ
いて列車運転ノッチの制限指令および解除指令を出力す
る手段を備えたものである。

【０００８】また、変電所の現時刻以前の実績電力と算
出した現時刻以後の消費電力とを合わせて、現時刻を含
む所定の時間帯の消費電力を求める手段を備えたもので
ある。

【０００９】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明の実施の一形態である
電鉄消費電力予測システムと列車運行に関わる他のシス
テムとのつながりを示した構成図であり、図において、
１０が本発明である電鉄消費電力予測システムである。
電鉄消費電力予測システム１０は列車の運行を監視制御
する列車運行管理システムの中央監視装置１１と接続さ
れ、実行ダイヤおよび実績ダイヤを入手する。また、変
電所を監視制御する変電所集中制御システムの中央指令
装置１２とも接続され、各変電所１３の実績電力を入手
する。変電所集中制御システムは、中央指令装置１２
と、変電所１３の監視制御情報を送受信するための中央
遠方装置１４、伝送路１５、駅遠方装置１６、および電
力計１７とから構成されている。なお、変電所１３は、
供給電力を軌道トランス１８で降圧し、架線１９を経由
して電車２０に供給している。

【００１０】図２は、図１に示した電鉄消費電力予測シ
ステム１０の機能ブロック図である。１０ａ、１０ｂは
それぞれ列車運行管理システムの中央監視装置１１から
入手した実績ダイヤ、実行ダイヤを記憶する実績ダイヤ
記憶部、実行ダイヤ記憶部であり、１０ｃは上記実績ダ
イヤからの実績値と上記実行ダイヤとから現時刻以後の
ダイヤを予測する予測ダイヤ作成部で、予測されたダイ
ヤは予測ダイヤ記憶部１０ｄで記憶される。１０ｅは上
記予測ダイヤをもとに各列車の運転曲線を作成する運転
曲線作成部、１０ｆは作成された運転曲線から得られる
列車位置における列車、架線、レール、および変電所を
電気部品とみなした等価回路をもとに回路計算を行うこ
とにより変電所の電圧と電流とを算出して現時刻以後の
消費電力を予測するとともに、変電所集中制御システム
の中央指令装置１２から現時刻以前の実績電力を入力し
て、現時刻を含む所定時間帯の平均消費電力をも算出す
る消費電力演算部、１０ｇは演算された消費電力予測値
と契約電力とを比較し、その結果に基づいて列車運転ノ
ッチの制限指令および解除指令を出力する契約電力超過
判定部である。

【００１１】このように構成された電鉄消費電力予測シ
ステムにおける動作について、図３のフローチャートを
参照しながら説明する。まず、予測ダイヤ作成部１０ｃ
は、実績ダイヤ記憶部１０ａからの実績ダイヤと実行ダ
イヤ記憶部１０ｂからの実行ダイヤに基づいて、対象範
囲内（例えば現時刻から６０分間）の予測ダイヤを作成
する（Ｓ１）。次に、その予測ダイヤに基づいて、運動
方程式を用いて各列車の運転曲線を作成する（Ｓ２）。
この運転曲線から、任意の時刻における列車の位置及び
走行状態（力行・惰行・制動）が決まる。続いて、列
車、架線、レール及び変電所を電気部品におきかえて等
価回路を作成し、き電区間の消費電力を演算する（Ｓ
３）。この消費電力の演算処理の詳細については、図４
を用いて後に説明する。

【００１２】ここで、変電所集中制御システムの中央指
令装置１２から現時刻以前の使用電力実績を入力し、上
記Ｓ３で算出された現時刻以後の消費電力予測値とを合
わせて、現時刻を含む所定の時間帯の平均消費電力を求
める（Ｓ４）。所定の時間帯というのは、後に消費電力
の比較を行う契約電力を規定している時間帯のことで、
例えば７時〜７時３０分、７時３０分〜８時、・・など
一定時間ごとに区切られる。この場合、現時刻が７時２
０分であれば、７時〜７時２０分の消費電力は変電所集
中制御システムの中央指令装置１２から入力し、７時２
０分〜７時３０分の消費電力は上記Ｓ３で算出された予
測値を用い、双方を合わせて７時〜７時３０分の３０分
間の平均消費電力を求めることになる。ここで平均消費
電力を求めるのは、電力会社との契約電力が、一般に３
０分間の平均消費電力の最大値とされているためであ
る。７時３０分〜８時またはそれ以後の時間帯の消費電
力については、上記Ｓ３で算出された予測値をそのまま
用いてそれぞれ３０分間の平均消費電力を求める。次
に、各時間帯の平均消費電力が契約電力を超過していな
いかの判定を行う（Ｓ５）。超過していれば、列車の運
転状態を力行から惰行または制動に切り替える必要があ
り、き電区間の列車に対して運転調整指示（ノッチ制限
指令）を行う（Ｓ６）。契約電力を超過していなけれ
ば、そのまま処理を終了する。以上の動作を、例えばΔ
ｔ1＝３０秒または６０秒の周期で繰り返す。

【００１３】次に、上記Ｓ３で示した消費電力の演算処
理の詳細について、図４のフローチャートを参照しなが
ら説明する。まず、演算開始時刻の列車位置および走行
状態を初期状態として設定する（Ｔ１）。次に、各列車
および変電所とその間の架線とレールとはインピーダン
スに置き換え、電車は電流源に置き換えて等価回路を作
成する（Ｔ２）。上記等価回路から節点方程式を立て、
直接法と呼ばれる手法で回路計算を行う（Ｔ３）。その
方程式を解いて変電所の電圧および電流を求める（Ｔ
４）。求めた変電所の電圧と電流との積を、当該変電所
の消費電力として算出する（Ｔ５）。 次に、時間をΔ
ｔ2（＝１秒〜３秒）進め（Ｔ６）、演算対象時間を越
えていなければ（Ｔ７でＮＯのとき）、Ｔ２にもどる。
演算対象時間を越えていれば（Ｔ７でＹＥＳのとき）、
処理を終了する。以上のように、実績ダイヤと実行ダイ
ヤとから得られた予測ダイヤに基づく運転曲線をもとに
等価回路を作成し、回路計算によって現時刻以後の消費
電力をリアルタイムに予測演算できる。また、現時刻以
前の消費電力の実績値を入力して現時刻を含む所定の時
間帯の消費電力を算出するので、実際の列車運行に応じ
た消費電力をより正確に予測することができる。また、
算出した予測値が契約電力を超過している場合、列車運
転ノッチの制限指令を出力できるようにしたので、電力
会社への契約超過金の支払いを最小限に押さえることが
できる。

【００１４】

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。

【００１５】実績ダイヤと実行ダイヤとから得られた予
測ダイヤに基づく運転曲線をもとに、変電所や列車を電
気部品とみなした等価回路を作成し、その等価回路を解
くことによって消費電力を予測するようにしたので、列
車運行の乱れが生じた場合にも高精度の予測演算が可能
となる。

【００１６】また、算出された予測値と契約電力とを比
較し、契約電力を超過している場合は列車運転ノッチの
制限指令を出力するようにしたので、契約電力超過に伴
う電力会社への超過金支払いを最小限に抑えることがで
きる。

【００１７】また、変電所の消費電力実績をリアルタイ
ムで入力し、予測ダイヤから算出した予測値と合わせて
消費電力を求めるようにしたので、実際の列車運行に応
じたより正確な消費電力予測演算が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の一形態である電鉄消費電力
予測システムと列車運行に関わる他のシステムとのつな
がりを示した構成図である。

【図２】 この発明の実施の一形態である電鉄消費電力
予測システムの機能ブロックを示す図である。

【図３】 図２の電鉄消費電力予測システムの動作を説
明するフローチャートである。

【図４】 図３のＳ３の処理の詳細を説明するフローチ
ャートである。

【図５】 従来の電鉄消費電力予測システムの機能ブロ
ックを示す図である。

【符号の説明】

１０ａ 実績ダイヤ記憶部、１０ｂ 実行ダイヤ記憶
部、１０ｃ 予測ダイヤ作成部、１０ｄ 予測ダイヤ記
憶部、１０ｅ 運転曲線作成部、１０ｆ 消費電力演算
部、１０ｇ 契約電力超過判定部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 列車運行の基となる実行ダイヤを記憶す
   る手段、列車運行の着発実績である実績ダイヤを記憶す
   る手段、上記実行ダイヤと実績ダイヤとから以後のダイ
   ヤを予測する手段、上記予測されたダイヤに基づいて各
   列車の運転曲線を作成する手段、上記作成された運転曲
   線から得られる列車位置における列車、架線、レールお
   よび変電所を電気部品とする等価回路を作成する手段、
   および上記等価回路をもとに回路計算を行うことによっ
   て上記変電所の消費電力を演算する手段を備えたことを
   特徴とする電鉄消費電力予測システム。
2. 【請求項２】 算出した消費電力の所定の時間帯での消
   費電力と契約電力とを比較し、その比較結果に基づいて
   列車運転ノッチの制限指令および解除指令を出力する手
   段を備えたことを特徴とする請求項１記載の電鉄消費電
   力予測システム。
3. 【請求項３】 変電所の現時刻以前の実績電力と算出し
   た現時刻以降の消費電力とを合わせて、現時刻を含む所
   定の時間帯の消費電力を求める手段を備えたことを特徴
   とする請求項１または２記載の電鉄消費電力予測システ
   ム。