WO2014002717A1 - 鉄道システム - Google Patents

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WO2014002717A1
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努 宮内
基也 鈴木
恭之 中村
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株式会社日立製作所
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    • Y04S10/00Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/12Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • This relates to a railway system that operates by receiving power supply from a power supply body.
  • a railway vehicle that travels by receiving power supply from an overhead line (hereinafter simply referred to as “vehicle”)
  • vehicle that travels by receiving power supply from an overhead line
  • the overhead line voltage of the vehicle may be greatly reduced, and the running performance may be significantly reduced.
  • railways have diamonds, so if the running slows down due to partial deterioration of running performance, it accelerates to comply with the diamonds, so it consumes more energy and further reduces overhead voltage. There is a risk of falling.
  • Patent Document 1 discloses that the overhead line voltage is increased by boosting the sending voltage of the substation, and the following Patent Document 2 includes a plurality of information based on the driving diagram and the vehicle position. It is shown that the power supplied by the substations and power storage devices on the ground is optimized.
  • the object of the present invention is to maximize the power storage device installed along the route to maximize the power, while flexibly raising the overhead line voltage during powering while considering the diagram.
  • the purpose is to increase the energy saving effect by reducing the power running time and increasing the coasting travel time.
  • the present invention takes the following technical means in the railway system according to the present invention. That is, (1) A plurality of power supply sources having at least one of a substation and a power storage device, a vehicle that travels by receiving power from the power supply source, and a position of the power supply source on a route on which the vehicle travels
  • the power management system includes the vehicle position, the vehicle speed, and the vehicle from the vehicle.
  • a power storage device included in the power supply source to which the vehicle is supplied is determined by receiving a running state indicating whether the vehicle is running, coasting, or braking, and the vehicle speed and the running state are determined. Then, it is determined whether or not it is necessary to supply power from the power storage device, and the determination result is transmitted to the power supply source including the power storage device.
  • the information supplied from the vehicle to the power management system includes an overhead line voltage supplied to the vehicle, and the power management system uses the overhead line voltage as a predetermined overhead line. By comparing with a voltage threshold value, it has a function of determining whether or not to supply power from the power storage device included in the power supply source.
  • the power management system includes a database that stores a speed limit of a route, obtains a speed limit based on the vehicle position, a relationship between the speed limit and the vehicle speed, and the speed limit From the relationship of change, a function of determining whether to supply power from the power storage device included in the power supply source is provided.
  • the power management system does not include a power storage device between the power supply source and the vehicle with respect to the power storage device of the power supply source that supplies power to the vehicle.
  • a power supply source consisting only of a substation
  • control is performed to prohibit power supply from the power storage device.
  • power storage devices installed at various locations along the route can store surplus power at any time, have a buffer function, and can supply power immediately when necessary.
  • the effect of boosting the overhead line voltage can be obtained, and by keeping the overhead line voltage during power running high, It is possible to save energy by reducing powering time and extending coasting time while complying with the above.
  • FIG. 1 is a system configuration diagram of the first embodiment.
  • FIG. 2 is a processing flow in the power storage device determination system according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a processing flow in the power assist determination system of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a processing flow of the power assist determination system in the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating acceleration performance according to the first embodiment.
  • FIG. 6 is a subject example of the present invention.
  • FIG. 7 shows the result when the present invention is realized.
  • FIG. 8 is an example of a system configuration diagram for realizing the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a processing flow of the power assist determination system for realizing the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is an example of a system configuration diagram for realizing the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a processing flow of the power assist determination system for realizing the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is an example of a railway system configuration diagram for realizing the present invention.
  • the power storage device 101, the substation 102, and the power supply facility 103 including both the power storage device and the substation as power supply sources installed along the route, and the overhead line 104 from these power supply sources.
  • a power management system 108 for managing each of the power supply facilities 101 to 103.
  • the power management system 108 includes a power storage device determination system 112, a power assist determination system 113, and a power assist determination system 116.
  • the power storage device determination system 112 obtains vehicle information 109 indicating the vehicle position, vehicle speed, and the vehicle state of whether the vehicle is coasting or braking from the vehicle 105, and is a power supply source. From the power supply source position information 111 obtained from the database 110 that manages the positions of the power storage device 101, the substation 102, and the power supply facility 103, it is determined from which power storage device the power assist is performed on the overhead line. .
  • the power assist determination system 113 determines whether power assist should be performed on the vehicle 105 based on the vehicle information 109.
  • the first determination result 114 from the power storage device determination system 112 and the first determination from the power assist determination system 113. Based on the determination result 115 of No. 2, it is determined from which power supply source to the vehicle 105 the power assist should be performed.
  • the determination result 117 of the power assist determination system 116 By transmitting the determination result 117 of the power assist determination system 116 to the power storage device 101 or the power supply facility 103 including the power storage device, power is supplied from the power storage device.
  • FIG. 2 shows a specific processing flow of the power storage device determination system 112.
  • step 201 based on the current vehicle position, the power supply sources equipped with the power storage devices are sorted in order from the vehicle, and the process proceeds to step 202 as 1, 2,.
  • step 202 if the distance between the vehicle and the power storage device is too far, the power loss due to passing through a long overhead wire increases, and the possibility that another vehicle is performing regenerative braking during that time also increases.
  • the power supply source including the power storage device to be searched is provided with a distance limitation.
  • step 203 it is determined whether or not the SOC (storage state) of the power supply source (K) is in a state where power can be supplied. If power can be supplied, the process proceeds to step 204. If power cannot be supplied, the process proceeds to step 205. move on.
  • step 204 an output command is sent to the power supply source (K). This is the end.
  • K which is the search ID of the power supply source is set to (K + 1), and the process proceeds to step 206.
  • step 206 it is determined whether or not the power supply source search ID K> power supply source upper limit (n) is satisfied, and if K exceeds the power supply source upper limit, the power can be supplied. If it is determined that no device exists, the process ends, and if K does not exceed the upper limit of the power supply source, the process returns to step 203 to continue searching for a power storage device that can supply power.
  • the power storage device determination system 112 can calculate the first determination result 114 regarding the power storage device closest to the vehicle and capable of supplying power.
  • FIG. 3 shows a specific processing flow of the power assist determination system 113.
  • step 301 it is determined whether or not the vehicle state is in power running. If power running is in progress, the process proceeds to step 302; In step 302, it is determined whether or not the vehicle speed included in the vehicle state information exceeds the V / f end speed, and if it exceeds, the process proceeds to step 303 to make an output request. On the other hand, if the vehicle speed is equal to or less than the V / f terminal speed, the process proceeds to step 304, an output non-request is made, and the process is terminated.
  • the V / f terminal speed means a terminal speed at which the acceleration can be kept constant by the overhead line voltage before the power assist is performed by the power storage device.
  • FIG. 4 shows a specific processing flow of the power assist determination system 116.
  • step 401 it is determined whether or not there is a power supply source only for a substation that is not equipped with a power storage device between the determined power supply source and the vehicle. If there is only one power supply source, the process proceeds to step 403.
  • step 402 a command is issued to discharge the power storage device of the corresponding power supply source, and the process is terminated.
  • step 403 no command is sent to prevent discharge from the power storage device of the power supply source. This is the end.
  • the overhead line voltage can be increased by discharging power from the ground power storage device. For example, as shown in FIG. 5, if the vehicle speed at the reference voltage is ⁇ , the vehicle speed after acceleration is ⁇ , and the overhead wire voltage is pushed up to the reference voltage ⁇ ⁇ / ⁇ , the acceleration performance of the vehicle changes from mode a to mode a. 'Improved. Since the railway schedule is fixed, increasing the acceleration performance will lead to an increase in coasting time, thus saving energy. 6 and 7 will be used to show the state every moment when this control is applied.
  • FIG. 6 assumes a case where there are two power supply sources 1 and 2 each having a power storage device and a power supply source 3 composed only of a substation on a line between stations as a simple example.
  • FIG. 7 shows the state every moment at the time of applying the control by a present Example supposing that one train drive
  • the solid line shows the [time-speed] relationship using the control according to the present embodiment as a solid line, and the one not used as a broken line. Let it be constant.
  • a time region A indicates a case where the vehicle starts from the station and powers and the speed is a region below the V / f terminal speed. In this case, according to the processing flow of FIG. 3, there is no power supply request to the power storage device, and the vehicle operates in the same manner as when the control is not used.
  • the power supply source 1 that is only the power storage device from the vehicle position is connected to both the power storage device and the substation. According to the processing flow shown in FIG. 4, the power supply source 1 is closer to the power supply source 2 than the power supply source 2 provided, and the SOC of the power storage device of the power supply source 1 is sufficient. Since it is close, a command is issued to the power supply source 1.
  • time region D the vehicle is repowering and the speed exceeds the V / f end speed.
  • a request is made to the power supply source.
  • the power supply source 2 is closer to the power supply source 1 than the vehicle position and the SOC is sufficient, a discharge command is issued to the power supply source 2. Since 3 is closer to the power supply source 2, the discharge from the power supply source is not performed from the processing of FIG. As a result, the power running performance is the same as that without control.
  • the time domain E is entered.
  • time domain E the vehicle is repowering and the speed exceeds the V / f terminal speed.
  • a request is made to the power supply source.
  • the power supply source 2 is closer to the power supply source 1 from the vehicle position and the SOC is sufficient, and according to the processing flow of FIG. 4, the power supply source 2 is connected to the substation. Since the power supply source 2 is closer to the power supply source 2, a discharge command is issued to the power supply source 2, and the SOC of the power supply source 2 decreases.
  • the overhead voltage of the vehicle increases. This improves power running performance and improves acceleration.
  • the time zone F is entered when the vehicle enters coasting.
  • time domain F the vehicle is coasting.
  • the processing flow of FIG. 3 there is no request to the power supply source. For this reason, there is no fluctuation
  • time zones G and H the vehicle is braking.
  • the power supply source is controlled to charge each of them.
  • the power from the ground power storage device can be discharged to boost the overhead line voltage.
  • the power running time can be reduced while complying with the schedule and coasting. By extending the time, it becomes possible to save energy.
  • step 301 it is determined whether the vehicle state is power running drive. If no, go to step 304.
  • step 302 it is determined whether or not the speed included in the vehicle state information exceeds V / f. If yes, the process proceeds to step 901. If no, go to step 304.
  • step 901 it is determined whether or not the overhead line voltage is smaller than the overhead line voltage threshold value ⁇ . If yes, go to step 303. If no, go to step 304.
  • step 303 an output request is issued.
  • step 304 an output non-request is issued. This is the end.
  • the overhead voltage threshold value ⁇ in step 901 is an arbitrary value.
  • a reference voltage or a light load start voltage of the vehicle may be used.
  • may be changed for each time or power supply facility according to the density of the diamond.
  • FIG. 10 shows a system configuration of the third embodiment.
  • the vehicle information 1001 includes the vehicle speed and the vehicle position
  • the power assist determination system 1002 is based on the vehicle 1003 provided with the automatic train driving device.
  • the processing of the power assist determination system 1002 is shown in FIG.
  • step 1101 a speed limit is obtained from the vehicle position.
  • step 1102. it is determined whether or not the speed limit obtained in step 1101 is higher than the vehicle speed. If No, go to Step 1104.
  • step 1103 it is determined whether or not the vehicle speed exceeds V / f. If it exceeds, the process proceeds to step 1105. If the vehicle speed is V / f or less, the process proceeds to step 1106. In step 1104, it is determined whether or not the speed limit obtained in step 1101 is larger than the previous speed limit. If the speed limit obtained in step 1101 is equal to or lower than the previous speed, the process proceeds to step 1106. In step 1105, an output request is sent, and in step 1106, an output non-request is sent, and the process ends.
  • step 302 whether the vehicle speed exceeds the V / f / speed (step 302 in FIG. 3) is determined on the vehicle upper side, and only the result on whether the vehicle speed is exceeded is sent to the ground side. Then, the method of performing the determination in step 302 may be used. Furthermore, it is not V / f speed, but in general, the V / f end speed of the vehicle is designed to be 1/3 or less of the maximum route speed. Also good.
  • the supply voltage is supplied because there is no change in the vehicle overhead line voltage compared to the case where the substation is supplied only from the substation. do not do.
  • the power storage device closest to the vehicle is in the substation, the substation is not a substation between the power storage device closest to the vehicle and the vehicle. Therefore, it is not supplied when the following expression holds.
  • 101 power storage device, 102: substation, 103: power supply equipment, 104: overhead line, 105: vehicle, 106: power amount, 107: charge amount, 108: power management system, 109: vehicle information, 110: database, 111 : Position information, 112: power storage device determination system, 113: power assist determination system, 114: first determination result, 115: second determination result, 116: power assist determination system, 117: determination result, 801: vehicle information 802: Power assist determination system, 1001: Vehicle information including vehicle speed and vehicle position, 1002: Power assist determination system, 1003: Vehicle with automatic train driving device

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Abstract

 鉄道システムは、変電所及び蓄電装置の少なくとも一方を有する複数の電力供給源(101-103)と、電力供給源から電力を受けて走行する車両(105)と、路線における電力供給源(101-103)の位置に応じて、電力供給源から供給する電力及び蓄電装置への充電量を管理する電力管理システム(108)とで構成される。電力管理システム(108)は、車両(105)から車両位置、車両速度と、車両(105)が走行状態(力行中、惰行中、制動中)を受け取ることによって、車両(105)が供給を受ける蓄電装置を決定するとともに、車両速度と走行状態から、決定された蓄電装置からの電力供給の要否を判断し、電力供給源(101-103)にその判断結果を伝達する。これにより、路線に沿って設置された蓄電装置を最大限有効活用して、力行時の架線電圧を柔軟に上昇させることができ、力行時間を低減し、惰行走行時間を拡大して、省エネ効果を高める。

Description

鉄道システム
 電力供給体からの電力供給を受けて動作する鉄道システムに関する。
 架線から電力供給を受けて走行する鉄道車両(以下、単に「車両」という。)において、その供給元である変電所がダウンした場合や、同一変電区間に車両が大幅に増加した場合には、車両の架線電圧が大幅に低下してしまい、走行性能の大幅な低下をきたすことがある。
 一方、鉄道では、ダイヤがあることから、走行性能の部分的な悪化によって走行が遅くなった場合、ダイヤを遵守しようと加速するため、よりエネルギーを消費し、さらに架線電圧の低下を招くという悪循環に陥るおそれがある。
 これを解決する技術として、下記特許文献1には、変電所の送り出し電圧を押し上げることで、架線電圧を高めることが、そして、下記特許文献2には、運転ダイヤと車両位置に基づいて、複数の変電所及び地上の蓄電装置が供給する電力を最適化することが示されている。
特開平7-304353号公報 特開2008-24206号公報
 しかしながら、特許文献1に示された技術では、保守員が車両の走行状態やダイヤを常時確認し、その都度、変電所の送り出し電圧を予測して調整しなければならず、保守負担が非常に高い。
 さらに、効果的な加速性能を得ようとすると、変電所から送り出される電圧を大幅に上昇せざるを得ず、このため、架線から電力供給系、車両駆動装置を含め、最大の送り出し電圧に耐えられる素子を使わなければならず、コストアップを招いてしまう。
 さらに、予測が外れた場合には、最適な供給とならず、最悪の場合には、回生制動中の他の車両が、上昇した架線電圧により回生制動を失効させ、十分に電力を回生できないおそれがある。
 また、特許文献2では、運転ダイヤを用いた予測電力を基に最適な電力送出を行うとしているが、遅れなどが発生した場合には、車両は運転ダイヤに準じた走行を行うことができず、最適な電力送出を実現することは困難である。
 さらに、運転パターンは運転士によって必ずしも一定ではないことから、そもそも正確な予測ができないという問題がある。
 そこで、本発明の目的は、上記問題を鑑み、路線に沿って設置された蓄電装置を最大限有効活用することにより、ダイヤを考慮しつつ、力行時の架線電圧を柔軟に上昇させることで、力行時間を低減し、惰行走行時間を拡大することにより、省エネ効果を高めることにある。
 本発明は上記目的を達成するため、本発明による、鉄道システムにおいては、次のような技術的手段を講じた。すなわち、
(1)変電所及び蓄電装置の少なくとも一方を有する複数の電力供給源と、前記電力供給源から電力を受けて走行する車両と、前記車両が走行する路線における前記電力供給源の位置に応じて、当該電力供給源から供給する電力及び前記蓄電装置への充電量を管理する電力管理システムで構成される鉄道システムにおいて、前記電力管理システムは、前記車両から車両位置、車両速度と、該車両が力行中か、惰行中か、あるいは制動中であるかの走行状態を受け取ることによって、前記車両が供給を受ける前記電力供給源に含まれる蓄電装置を決定するとともに、前記車両速度と前記走行状態から、決定された前記蓄電装置からの電力供給の要否を判断し、当該蓄電装置を備えた前記電力供給源にその判断結果を伝達するようにした。
(2)上記の鉄道システムにおいて、前記車両から前記電力管理システムに供給される情報に、当該車両に供給される架線電圧を含み、前記電力管理システムは、この架線電圧を、あらかじめ定められた架線電圧閾値と比較することで、前記電力供給源に含まれる蓄電装置から電力の供給をするかどうかを判断する機能を有するようにした。
(3)上記の鉄道システムにおいて、前記電力管理システムは、路線の制限速度を記憶するデータベースを備え、前記車両位置に基づいて制限速度を求め、制限速度と車両速度の関係、及び、制限速度の変化の関係から、前記電力供給源に含まれる蓄電装置から電力の供給をするかどうかを判断する機能を有するようにした。
(4)上記の鉄道システムにおいて、前記電力管理システムは、前記車両に対して電力供給を行う電力供給源の蓄電装置に対して、当該電力供給源と前記車両の間に、蓄電装置を備えず変電所のみからなる電力供給源が含まれる場合には、前記蓄電装置からの電力供給を禁止するように制御するようにした。
 一般に、変電所とは異なり、路線に沿って各所に設置された蓄電装置には、余剰電力を随時蓄えバッファ機能を有するとともに、必要時に直ちに電力を供給することができるので、車両位置、車両速度、走行状態に応じて、これら蓄電装置のうち、最適なものを選択した上で、電力を放電させることで、架線電圧を押し上げる効果を得られ、力行時の架線電圧を高く保つことで、ダイヤを遵守しつつ、力行時間を低減し、惰行走行時間を拡大することにより、省エネを図ることが可能となる。
図1は、実施例1のシステム構成図である。 図2は、実施例1の蓄電装置判断システムにおける処理フローである。 図3は、実施例1の電力アシスト判定システムにおける処理フローである。 図4は、実施例1における電力アシスト決定システムの処理フローである。 図5は、実施例1による加速性能を示す図である。 図6は、本発明の対象例である。 図7は、本発明を実現した場合の結果である。 図8は、本発明の第2の実施例を実現するためのシステム構成図の一例である。 図9は、本発明の第2の実施例を実現するための電力アシスト判定システムの処理フローである。 図10は、本発明の第3の実施例を実現するためのシステム構成図の一例である。 図11は、本発明の第3の実施例を実現するための電力アシスト判定システムの処理フローである。
 以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。
[実施例1]
 図1は本発明を実現するための鉄道システム構成図の一例である。
 この例では、路線に沿って複数設置された電力供給源としての蓄電装置101、変電所102、及び蓄電装置と変電所の双方を備えた電力供給設備103と、これらの電力供給源から架線104を経由して電力を受けて走行する車両105と、各電力供給設備101~103を管理する電力管理システム108から構成されている。
 この構成の鉄道システムにおいて、電力管理システム108は、蓄電装置判断システム112、電力アシスト判定システム113、電力アシスト決定システム116から構成されている。
 蓄電装置判断システム112は、車両105から車両位置及び車両速度及び車両が力行しているか、惰行中であるか、あるいは制動中かの車両状態を示す車両情報109を入手し、電力供給源である蓄電装置101、変電所102、電力供給設備103の位置を管理するデータベース110から得られる電力供給源位置情報111とから、架線に対してどの蓄電装置を有する設備から電力アシストを行うかを決定する。
 電力アシスト判定システム113は、車両情報109から車両105に電力アシストを行うべきかの判断を行うもので、蓄電装置判断システム112からの第1の判断結果114と、電力アシスト判定システム113からの第2の判断結果115を基に、車両105にどの電力供給源から電力アシストを行うべきかを判断する。
 電力アシスト決定システム116の判断結果117を、蓄電装置101あるいは蓄電装置を備えた電力供給設備103に送信することにより、蓄電装置からの電力供給が行われる。
 図2は、蓄電装置判断システム112の具体的な処理フローを示している。
 ステップ201では、現在の車両位置に基づいて、車両から近い順に、蓄電装置を備えた電力供給源をソートし、最も近い位置から順に1、2・・・nとして、ステップ202に進む。
 なお、車両と蓄電装置との距離があまりに離れていると、長い架線を経由することによる電力損失が大きくなり、また、その間に、他の車両が回生制動を行っている可能性も高くなるので、探索する蓄電装置を備えた電力供給源には、距離的制限を設けている。
 ステップ202では、K(探索ID)=1として、ステップ203に進む。
 ステップ203では、電力供給源(K)のSOC(蓄電状態)が電力供給可能な状態か否かを判定し、電力供給可能であればステップ204に、電力供給が不可能であればステップ205に進む。
 ステップ204では、電力供給源(K)に出力指令を送る。以上で終了となる。
 ステップ205では、電力供給源の探索IDであるKを(K+1)として、ステップ206に進む。
 また、ステップ206では、電力供給源の探索IDであるK>電力供給源の上限(n)が成立するかを判断し、Kが電力供給源の上限を超えていれば、電力供給可能な蓄電装置が存在しないものとして、処理を終了とし、Kが電力供給源の上限を超えていなければ、ステップ203に戻り、電力供給可能な蓄電装置の探索を継続する。
 以上の処理により、蓄電装置判断システム112により、車両に最も近く、かつ、電力供給可能な蓄電装置に関する第1の判断結果114を算出できる。
 図3は、電力アシスト判定システム113の具体的な処理フローを示している。
 ステップ301では、車両状態が力行中か否かを判断し、力行中であればステップ302に進み、力行中でなければステップ304に進む。
 ステップ302では、車両状態情報に含まれる車両速度が、V/f 終端速度を超えているか否かを判定し、超えている場合はステップ303に進み出力要求を行う。
 一方、車両速度がV/f 終端速度以下であればステップ304に進み、出力不要求を行い、処理を終了する。
 なお、V/f 終端速度とは、蓄電装置により電力アシストを行う前の状態の架線電圧により、加速度を一定に維持し得る終端速度を意味する。
 図4は、電力アシスト決定システム116の具体的な処理フローを示している。
 ステップ401では、決められた電力供給源と車両の間に、蓄電装置を備えていない変電所だけの電力供給源の有無を判断し、変電所のみの電力供給源がなければステップ402に、変電所のみの電力供給源があればステップ403に進む。
 ステップ402では、該当する電力供給源の蓄電装置に放電するように指令を出し、処理を終了し、ステップ403では、電力供給源の蓄電装置から放電を行わないようにするため指令は送らない。以上で終了となる。
 以上の処理により、車両が力行かつ、V/f 終端速度を超えている場合、地上蓄電装置から電力を放電することで、架線電圧を押し上げることができる。
 例えば、図5に示すように、基準電圧における車両速度をα、加速後の車両速度をβとし、架線電圧を基準電圧×β/αに押し上げたとすると、車両の加速性能がモードaからモードa’に向上する。
 鉄道はダイヤが決まっているので、加速性能を上げることで、惰行時間の拡大につながるため、省エネを図ることができる。図6及び図7を用いて、本制御を適用した場合の時々刻々の状態を示す。
 図6は、簡単な例として駅間の路線上に、それぞれ蓄電装置を有する2つの電力供給源1及び2と変電所のみで構成された電力供給源3がある場合を想定する。
 また、図7は、図6の路線上を、1列車が走行するものとして、本実施例による制御を適用した場合の時々刻々の状態を示している。
 上から順に[時間-速度]、[時間-V/f 速度判定]、[時間-力行判定]、[時間-電力供給源との距離]、[時間-電力供給源1指令]、[時間-電力供給源2指令]、[時間-電力供給源1のSOC]、[時間-電力供給源2のSOC]、[時間-車両架線電圧]の関係を表している。なお、実線は、[時間-速度]の関係において、本実施例による制御を使用したものを実線、使用しないものを破線で示しているが、ダイヤ変更が発生しないよう、両者の時間積分値は一定とする。
 これらのグラフに対して時間で領域分割して説明する。
 時間領域Aは、車両が駅から出発し力行し、速度がV/f 終端速度以下の領域である場合を示している。この場合、図3の処理フローに従うと、蓄電装置への電力供給要求はなく、車両は制御不使用と同様の動作をする。
 次に車両速度がV/f 終端速度を超えると時間領域Bに移る。
 時間領域Bでは、車両速度がV/f 終端速度を超えているので、図2の処理フローに従うと、車両位置から蓄電装置のみの電力供給源1の方が、蓄電装置と変電所の双方を備えた電力供給源2よりも近く、また、電力供給源1の蓄電装置のSOCも十分にあること、図4の処理フローに従うと、電力供給源1が変電所だけの電力供給源3よりも近いことから電力供給源1に指令を出すことになる。
 また、図3の処理フローに従うと、力行中でかつ車両速度がV/f 終端速度を超えているので、電力供給源への要求をすることになる。
 このため、電力供給源1に放電指令が行われ、車両の架線電圧が上昇し、力行性能が上昇し加速が改善される。ただし、これに伴い電力供給源1のSOCが減っていく。
 次に、車両が惰行に入ると時間領域Cに移る。
 この場合、図3の処理フローに従うと、電力供給源への要求はない。このため、電力供給源1及び電力供給源2のSOCの変動はない。次に、車両が再力行に入ると時間領域Dに移る。
 時間領域Dでは、車両が再力行しており、速度がV/f 終端速度を超えた場合を示している。この場合、図3の処理フローに従うと、電力供給源への要求をすることになる。
 また、図2の処理フローに従うと、車両位置から電力供給源2の方が電力供給源1よりも近く、SOCも十分にあることから電力供給源2に放電指令が行われるが、電力供給源3の方が電力供給源2よりも近いため、図4の処理から電力供給源からの放電が行われないようになる。これにより力行性能は、制御なしと同様となる。次に、電力供給源2の方が電力供給源3よりも小さくなると時間領域Eに移る。
 時間領域Eでは、車両が再力行しており、速度がV/f 終端速度を超えた場合を示している。この場合、図3の処理フローに従うと、電力供給源への要求をすることになる。また、図2の処理フローに従うと、車両位置から電力供給源2の方が電力供給源1よりも近く、SOCも十分にあること、図4の処理フローに従うと、電力供給源2が変電所だけの電力供給源3よりも近いことから電力供給源2に放電指令が行われ、電力供給源2のSOCが減っていく。また、車両の架線電圧が上がる。これにより力行性能が上昇し加速が良くなる。次に、車両が惰行に入ると時間領域Fに移る。
 時間領域Fでは、車両が惰行している。この場合、図3の処理フローに従うと、電力供給源への要求はない。このため、電力供給源1及び電力供給源2のSOCの変動はない。次に、車両が制動に入ると時間領域Gに移る。
 時間領域G、Hでは、車両が制動している。この場合は、電力供給源を制御してそれぞれに充電するようにする。
 以上の処理により、地上蓄電装置から電力を放電することで、架線電圧を押し上げる効果を得られ、力行時の架線電圧を高く保つことで、ダイヤを遵守しつつ、力行時間を低減し、惰行走行時間を拡大することにより、省エネを図ることが可能となる。
[実施例2]
 次に、実施例2のシステム構成を、図8に示す。実施例1と異なる点は、車両情報801に、その車両に供給される架線電圧を含め、電力アシスト判定システム802がこの架線電圧に応じて判定を変更することである。
 電力アシスト判定システム802の処理を図9に示す。
 ステップ301では、車両状態は力行駆動かを判断し、Yesであればステップ302に進む。Noであればステップ304に進む。
 ステップ302では、車両状態情報に含まれる速度がV/f を超えているかどうかを判定し、Yesならステップ901に進む。Noであればステップ304に進む。
 ステップ901では、架線電圧が架線電圧閾値αよりも小さいかどうかを判断する。Yesならステップ303に進む。Noであればステップ304に進む。
 ステップ303では出力要求を出す。また、ステップ304では出力不要求を出す。以上で終了となる。
 なお、ステップ901における架線電圧閾値αは任意の値であり、要は、蓄電装置からの放電による効果が十分に得られない場合や、回生制動中の他の列車が付近にいる場合に回生による制動力を低減しないように設定されるもので、例えば基準電圧や車両の軽負荷開始電圧を使用してもよい。また、路線全体で一定ではなく、例えばダイヤの疎密度に応じて時間や電力供給設備毎に、αを変更しても良い。
 本制御を実施することで、架線電圧の平準化を図れることになる。また、蓄電装置の動きも平準化するため、容量を抑えることもできる。
[実施例3]
 次に、実施例3のシステム構成を図10に示す。実施例1と異なる点は、車両情報1001が車両速度、車両位置を含み、電力アシスト判定システム1002が、自動列車運転装置を備えた車両1003を前提にすることである。
 電力アシスト判定システム1002の処理を図11に示す。
 ステップ1101では、車両位置から制限速度を求める。次にステップ1102に進む。
 ステップ1102では、ステップ1101で求めた制限速度が車両速度よりも高いかどうかを判断し、Yesであればステップ1103に進む。Noであればステップ1104に進む。
 そして、ステップ1103では、車両速度がV/f を超えているかどうかを判定し、超えている場合はステップ1105に、車両速度がV/f 以下の場合は、ステップ1106に進む。
 ステップ1104では、ステップ1101で求めた制限速度が前回のものよりも大きいかどうかを判断し、大きければ、車両が力行に転じると予測し、ステップ1103に進む。ステップ1101で求めた制限速度が前回以下であればステップ1106に進む。
 ステップ1105では出力要求を送出しステップ1106では出力不要求を送出し、処理が終了となる。
 なお、いずれの実施例においても車両速度がV/f 速度を超えているかどうかの判定(図3のステップ302)は、車上側で行い、地上側に対しては超えたかどうかの結果のみを送付してステップ302の判断を行う方式であっても良い。さらに、V/f 速度ではなく、一般的に、車両のV/f 終端速度は路線最高速度の1/3以下になるよう設計されているため、路線最高速度の1/3として判定を行ってもよい。
 また、いずれの実施例においても、車両に最も近い蓄電装置と車両の間に変電所がある場合には、変電所のみから供給する場合と比べて、車両架線電圧には変化がないことから供給しない。但し、車両に最も近い蓄電装置が変電所内にある場合には、該変電所は、車両に最も近い蓄電装置と車両の間にある変電所ではないとする。従って、以下の式が成立する場合には供給しない。
 |車両に最も近い変電所-車両に最も近い蓄電装置位置|/|車両位置-車両に最も近い蓄電装置位置|<1 :(車両に最も近い変電所≠車両に最も近い蓄電装置位置)
101:蓄電装置、102:変電所、103:電力供給設備、104:架線、105:車両、106:電力量、107:充電量、108:電力管理システム、109:車両情報、110:データベース、111:位置情報、112:蓄電装置判断システム、113:電力アシスト判定システム、114:第1の判断結果、115:第2の判断結果、116:電力アシスト決定システム、117:判断結果、801:車両情報、802:電力アシスト判定システム、1001:車両速度、車両位置で構成される車両情報、1002:電力アシスト判定システム、1003:自動列車運転装置つきの車両

Claims (5)

  1.  変電所及び蓄電装置の少なくとも一方を有する複数の電力供給源と、前記電力供給源から電力を受けて走行する車両と、前記車両が走行する路線における前記電力供給源の位置に応じて、当該電力供給源から供給する電力及び前記蓄電装置への充電量を管理する電力管理システムで構成される鉄道システムにおいて、
     前記電力管理システムは、前記車両から車両位置、車両速度と、該車両が力行中か、惰行中か、あるいは制動中であるかの走行状態を受け取ることによって、前記車両が供給を受ける前記電力供給源に含まれる蓄電装置を決定するとともに、前記車両速度と前記走行状態から、決定された前記蓄電装置からの電力供給の要否を判断し、当該蓄電装置を備えた前記電力供給源にその判断結果を伝達することを特徴とする鉄道システム。
  2.  請求項1の鉄道システムにおいて、
     前記車両から前記電力管理システムに供給される情報に、当該車両に供給される架線電圧を含み、前記電力管理システムは、この架線電圧を、あらかじめ定められた架線電圧閾値と比較することで、前記電力供給源に含まれる蓄電装置から電力の供給をするかどうかを判断する機能を有することを特徴とする鉄道システム。
  3.  請求項1の鉄道システムにおいて、
     前記電力管理システムは、路線の制限速度を記憶するデータベースを備え、前記車両位置に基づいて制限速度を求め、制限速度と車両速度の関係、及び、制限速度の変化の関係から、前記電力供給源に含まれる蓄電装置から電力の供給をするかどうかを判断する機能を有することを特徴とする鉄道システム。
  4.  請求項1の鉄道システムにおいて、
     前記電力管理システムは、車両速度が駅間最高速度の1/3を超えた場合に当該車両に対して、前記電力供給源に含まれる蓄電装置から電力の供給をするかどうかを判断する機能を有することを特徴とする鉄道システム。
  5.  請求項1から4のいずれか一項に記載された鉄道システムにおいて、
     前記電力管理システムは、前記車両に対して電力供給を行う電力供給源の蓄電装置に対して、当該電力供給源と前記車両の間に、蓄電装置を備えず変電所のみからなる電力供給源が含まれる場合には、前記蓄電装置からの電力供給を禁止するように制御することを特徴とする鉄道システム。
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