WO2015118574A1

WO2015118574A1 - 列車エネルギー制御システム、地上装置、車上装置

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Publication number: WO2015118574A1
Application number: PCT/JP2014/000653
Authority: WO
Inventors: 義史瀧川; 哲朗甲村; 健太郎星野; 雅之竹山; 良範山下
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2014-02-07
Filing date: 2014-02-07
Publication date: 2015-08-13
Also published as: US10507739B2; JPWO2015118574A1; EP3103676A4; CN105980199B; JP6112234B2; CN105980199A; EP3103676B1; US20160347204A1; EP3103676A1

Abstract

地上装置６は、制御部１５、記憶部１６および地上送受信部１７を有している。地上送受信部１７には地上アンテナ１８が接続されている。車上装置１１からの列車情報は、地上アンテナ１８を経由して地上送受信部１６で受信し、制御部１５へ送信される。一方、制御部１５からの情報は、地上送受信部１７および車上アンテナ１８を経由して、車上装置１１へ送信される。制御部１５は、列車４の列車情報を記憶部１６へ蓄積するとともに、車上装置１１に、列車４に搭載された機器に対する指令情報を送信する。

Description

列車エネルギー制御システム、地上装置、車上装置

　本発明は、列車が回生制動時に発生させる回生電力を有効活用する技術に関する。

　従来の列車エネルギー制御システムは、連続した架線のある軌道区間において、電力蓄積手段（蓄電池）を搭載した列車が、軌道区間内の他の列車と架線を通して電力蓄積手段の充放電を行う。

特開２０１２－１７５８０３号公報（第３～５頁）

　従来の列車エネルギー制御システムは、蓄電池を備えた列車と、同一き電区間内の他の列車との電力需給を架線を通して行う際、双方の列車に搭載された列車情報伝達装置を用いて、直接、列車情報のやりとりを行っていた。そのため、電力需給を行う双方の列車情報伝達装置の通信範囲内でなければ列車情報のやりとりを行えず、列車同士で電力需給ができないという問題点があった。

また、列車情報伝達装置の通信範囲内に双方の列車が存在したとしても、一方の列車に搭載された蓄電池が電力吸収できない状態であった場合は、回生制動状態の他の列車の電力を吸収できなかった。また、一方の列車に搭載された蓄電池が電力放出できない状態であった場合は、力行状態の他の列車に電力を供給することができなかった。

　この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、列車情報伝達装置の通信範囲外であっても、同一き電区間内を走行する列車であれば電力需給が可能な列車エネルギー制御システムを提供するものである。

　本発明にかかる地上装置は、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から回生電力を吸収する列車を決定し、決定した列車に電力吸収指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明にかかる地上装置は、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から電力を放出する列車を決定し、決定した列車に電力放出指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするものである。

また、本発明にかかる地上装置は、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から回生電力を吸収する列車を決定し、決定した列車に電力吸収指令を送信するよう地上送受信部を制御し、１以上の列車の走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から電力を放出する列車を決定し、決定した列車に電力放出指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とするものである。

本発明にかかる車上装置は、列車が回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を地上装置に送信するとともに、電力を吸収するよう指示された電力吸収指令または電力を放出するよう指示された電力放出指令を受信する車上送受信部と、
モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す走行状態情報を受信した場合には、走行状態情報を車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、車上送受信部が電力吸収指令または電力放出指令を受信した場合には、電力吸収指令または電力放出指令を制御装置に送信する列車情報管理部と、を備えることを特徴とするものである。

本発明にかかる列車エネルギー制御システムは、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から回生電力を吸収する列車を決定し、決定した列車に電力吸収指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備える地上装置および、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信するとともに、電力吸収指令を受信する車上送受信部と、モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す走行状態情報を受信した場合には、走行状態情報を車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、車上送受信部が電力吸収指令を受信した場合には、電力吸収指令を制御装置に送信する列車情報管理部と、を備える車上装置を備えることを特徴とするものである。

また、本発明にかかる列車エネルギー制御システムは、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から電力を放出する列車を決定し、決定した列車に電力放出指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備える地上装置および、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信するとともに、電力放出指令を受信する車上送受信部と、モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す走行状態情報を受信した場合には、走行状態情報を車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、車上送受信部が電力放出指令を受信した場合には、電力放出指令を制御装置に送信する列車情報管理部と、を備える車上装置を備えることを特徴とするものである。

　この発明の地上装置は、同一き電区間内を走行する複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置が把握するようにしたため、搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車同士であっても電力需給が可能なようにしたものである。この発明の車上装置は、地上装置に走行状態情報および蓄電池状態情報を送信するようにしたため、通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車との間でも電力需給が可能なようにしたものである。また、この発明の列車エネルギー制御システムは、車上装置が地上装置に走行状態情報および蓄電池状態情報を送信し、同一き電区間内を走行する複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置が把握するようにしたため、搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車同士であっても電力需給が可能なようにしたものである。

実施の形態１における、列車エネルギー制御システムの構成図である。実施の形態１における、列車の構成を説明する図である。実施の形態１における、地上装置の構成を説明する図である。実施の形態１における、列車４Ａ～４Ｃの第１の状況を模式的に示した図である。実施の形態１における、車上装置の地上装置への列車情報送信処理を表したフロー図である。実施の形態１における、地上装置の電力吸収指令送信処理を示したフロー図である。実施の形態１における、電力吸収対象としての優先度を示す評価点を記載した評価表である。実施の形態２における、列車４Ａ～４Ｃの第２の状況を模式的に示した図である。実施の形態２おける、地上装置６の制御部１５の構成を説明する図である。実施の形態２における、電力吸収対象として適切な列車を決定する処理を表したフロー図である。実施の形態２における、将来の走行状態を決定するフロー図である。実施の形態２において、電力吸収対象としての優先度を示す評価点を記載した評価表である。実施の形態３における、列車４Ａ～４Ｃの第３の状況を模式的に示した図である。実施の形態３における、地上装置の電力放出指令送信処理を表したフロー図である。実施の形態３における、電力放出対象としての優先度を示す評価点を記載した評価表である。実施の形態４における、列車４Ａ～４Ｃの第４の状況を模式的に示した図である。実施の形態４における、電力放出対象として適切な列車を決定する処理を表したフロー図である。実施の形態４における、将来の走行状態を決定するフロー図である。実施の形態４において、電力放出対象としての優先度を示す評価点を記載した評価表である。実施の形態５における、地上装置の電力吸収指令送信処理および電力放出指令送信処理を表したフロー図である。

　実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における列車エネルギー制御システムの構成図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書全文において共通することである。

図１において、変電所１は、架線２に接続されており、架線２に給電している。セクション３は、架線２を隣接するき電区間と絶縁するために設けられた設備である。列車４Ａ～４Ｃは、変電所１から給電される、同一き電区間内を走行する。列車４Ａ～４Ｃは１両編成の列車として描かれているが、複数の車両で編成されていてもよい。レール５は、架線２から供給される電流の帰線として使用している。地上装置６は、列車４Ａ～４Ｃとの情報のやり取りを行い、同一き電区間内を走行する複数の列車４Ａ～４Ｃと情報の送受信が可能である。

図２は、本発明の実施の形態１における列車の構成を説明する図である。列車４は、架線２から電力を受けるパンタグラフ７、列車４の車輪を駆動するモータ９、電力を蓄積する蓄電池１０、モータ９および蓄電池１０の電力を制御する制御装置８、ならびに列車４の列車情報を記憶し、地上装置６に送信する車上装置１１を備える。パンタグラフ７は制御装置８に接続されており、制御装置８は、モータ９および蓄電池１０と接続されている。制御装置８は、列車４の力行時には、架線２からの電力を適切な電圧・周波数に変換して、モータ９を駆動する。また、制御装置８は、列車４の回生制動時には、モータ９から発生する回生電力を適切な電圧・周波数に変換し、パンタグラフ７を介して架線２に供給する。また、制御装置８は、架線２からの電力またはモータ９からの回生電力を蓄電池１０に適した電圧に変換し、蓄電池１０への充電を行う。また、制御装置８は、蓄電池１０に蓄えられた電力を適切な電圧や周波数に変換して架線２に放出または、モータ９に供給する機能も有している。

車上装置１１は、列車情報管理部１２と車上送受信部１３を内蔵している。列車情報管理部１２は、制御装置８およびブレーキ装置（図示せず）と接続されており、運転台（図示せず）からの力行または制動の制御指令を制御装置８またはブレーキ装置に送信する。また、列車情報管理部１２は、制御装置８へ蓄電池１０の充電または放電を指示する指令を送信する。また、列車情報管理部１２は、制御装置８を含む列車４に搭載された各機器の動作状態を示す列車情報を受信している。列車情報管理部１２が制御装置８より受信する列車情報としては、力行状態、回生制動状態または惰行状態のいずれかである走行状態情報、および蓄電池１０の充電残量を示す蓄電池状態情報などがある。蓄電池１０の充電状態は、例えば、８０％以上の充電残量では満充電を表す満、２０％以上８０％未満の充電残量は中くらいの充電量の意味で中、２０％以下の充電残量では空と表すこととする。蓄電池状態を表す、満、中または空の定義は、任意に設定可能である。他に制御装置８から受信する列車情報は、モータ９の電流、電圧もしくは周波数、力行時に架線２から受電する電流、電圧もしくは電力値、または回生制動時に架線２に還元する電流、電圧もしくは電力値などがある。列車情報には、列車情報管理部１２が保持している、現在走行位置（キロ程）、速度、始発駅、または行先などの進路情報なども含まれる。

列車情報管理部１２は、これらの列車情報を、車上送受信部１３および車上アンテナ１４を経由して、地上装置６に送信する。また、地上装置６から送信された情報は、車上アンテナ１４および車上送受信部１３を経由して、列車情報管理部１２で受信する。

列車４は、複数の車両で編成されていてもよい。複数の車両で編成された列車４の場合、パンタグラフ７、制御装置８、モータ９、蓄電池１０、および車上装置１１は複数の車両に搭載されていてもよいが、１つの列車４につき１台の車上装置１１が地上装置６との送受信を行うものとする。

図３は、本発明の実施の形態１における、地上装置の構成を説明する図である。地上装置６は、制御部１５、記憶部１６および地上送受信部１７を有している。地上送受信部１７には地上アンテナ１８が接続されている。車上装置１１からの列車情報は、地上アンテナ１８を経由して地上送受信部１６で受信し、制御部１５へ送信される。一方、制御部１５からの情報は、地上送受信部１７および車上アンテナ１８を経由して、車上装置１１へ送信される。制御部１５は、列車４の列車情報を記憶部１６へ蓄積するとともに、車上装置１１に、列車４に搭載された機器に対する指令情報を送信する。図３では、地上アンテナ１８は１つだけ描かれているが、同一き電区間内を走行する列車４との送受信を可能とするため、列車４の走行する区間に沿って、複数設けてもよい。

以下、ある列車４が回生制動を開始した際に、同一き電区間内を走行する他の列車４に対し、電力の吸収を指示する電力吸収指令を送信する動作を説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における、列車４Ａ～４Ｃの第１の状況を模式的に示した図である。同一き電区間内を走行する列車４Ａ～４Ｃのそれぞれは、走行状態情報を含む列車情報を周期的に地上装置６に送信している。図４においては、列車４Ａは回生制動状態であり、列車４Ｂは惰行状態であり、列車４Ｃは力行状態である。地上装置６は、回生電力を吸収させるための列車４を列車４Ｃと決定し、決定した列車４Ｃに電力吸収を指示する電力吸収指令を送信する。

図５は、本発明の実施の形態１における、車上装置の地上装置への列車情報送信処理を表したフロー図である。ステップＳ５１で処理を開始すると、ステップＳ５２では、列車情報管理部１２は、制御装置８から、走行状態情報および蓄電池状態情報を含む列車情報を受信する。次にステップＳ５３では、列車情報管理部１２は、制御装置８から受信した列車情報を車上送受信部１３および車上アンテナ１４を介して地上装置６へ送信する。次にステップＳ５４で、列車情報管理部１２は、列車情報送信処理の終了指示を受信したかどうかを確認する。列車情報管理部１２は、列車情報送信処理の終了指示を受信していない場合はステップＳ５２に戻り、ステップＳ５２からステップＳ５４を周期的に繰り返し、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置６に周期的に送信している。ステップＳ５４で、列車情報送信処理の終了指示を受信した場合は、列車情報管理部１２は、ステップＳ５５で列車情報送信処理を終了する。

図６は、本発明の実施の形態１における、地上装置の電力吸収指令送信処理を示したフロー図である。ステップＳ６１は動作の開始を示している。ステップＳ６２では、地上装置６の地上送受信部１７は、地上アンテナ１８を介して車上装置１１から列車情報を受信する。ステップＳ６３では、制御部１５は、受信した各列車４の走行状態情報を確認し、走行状態情報が回生制動状態である列車４（「回生電力放出対象列車」とする）があるか判断する。走行状態情報が回生制動状態の列車４（回生電力放出対象列車）がなかった場合にはステップＳ６２に戻り、回生制動状態の列車４（回生電力放出対象列車）がある場合にはステップＳ６４に進む。ステップＳ６４では、各列車４の走行状態情報および蓄電池状態情報から、回生電力を吸収可能な列車４が存在するかどうかを制御部１５は判断する。回生電力を吸収可能な列車４が存在すればステップＳ６５へ、存在しなければＳ６７へ移行しフローを終了する。ステップＳ６５では、走行状態情報と蓄電池状態情報から、電力吸収に適した列車を制御部１５は決定する。ステップＳ６６では、ステップＳ６５で決定した列車に対し、制御部１５は回生電力の吸収を指示する電力吸収指令を送信する。電力吸収指令は、制御部１５から地上送受信部１７および地上アンテナ１８を経由して、車上装置１１に送信される。ステップＳ６７でフローは終了する。地上装置６は、ステップＳ６１～ステップＳ６７の動作を周期的に繰り返している。

図６において、制御部１５が、回生電力放出対象列車の回生電力を吸収させる列車４が存在するかどうかを判断する方法（ステップＳ６４）、および回生電力放出対象列車の回生電力を吸収させる列車４を決定する方法（ステップＳ６５）として、本実施の形態では、予め定められた優先度を示す評価点を記載した評価表に従って判定する方法を以下に示す。

図７は、本発明の実施の形態１における、電力吸収対象としての優先度（第１の優先度）を示す評価点を記載した評価表（第１のテーブル）の例である。図７においては、列車４の現在の走行状態および列車４に搭載された蓄電池１０の現在の蓄電池状態に応じて、電力吸収対象としての評価点を設定している。評価点は、数字の大きい方が条件として適しており優先度が高いことを示しているが、あくまで各項目を相対的に評価するために記載されたものである。図７に示す評価点は、例えば、回生制動状態の列車４、回生制動状態の列車４の同一き電区間内を走行する列車４の中で、力行状態の列車４が回生電力を吸収させるのに最も適していると考えられることから、力行状態の評価点を最も高く設定している。また、回生電力放出対象列車と同一き電区間内を走行する回生電力放出対象列車以外の回生制動状態の列車４とを比べた場合、回生電力放出対象列車内で電力をやり取りしたほうが効率的であると考えられるため、回生電力放出対象列車以外の回生制動状態の列車４の評価点を０としている。また、回生電力放出対象列車の蓄電池１０が満充電である場合、および同一き電区間内を走行する惰行状態の列車４の蓄電池１０が満充電である場合も、電力吸収対象とはなり得ないので、満充電の回生電力放出対象列車および満充電の惰行状態の列車の評価点を０点としている。また、回生電力放出対象列車と同一き電区間内を走行する惰行状態の列車４の蓄電池１０と、回生電力放出対象列車の蓄電池１０とでは、双方の蓄電池１０の充電状態が満充電でない場合、惰行状態の列車４の蓄電池１０より回生電力放出対象列車の蓄電池１０に充電する方が効率的と考えられる。そのため、蓄電池１０が同じ充電状態であった場合、惰行状態の列車４の評価点より回生電力放出対象列車の評価点を高く設定してある。なお、図７は一例であり、実際に列車４の走行試験を行うなどして、評価点を設定してもよい。図７の評価表は、地上装置１６の記憶部１６に参照テーブル（第１のテーブル）として記憶しておく。

図６のステップＳ６４の判断を行う際、制御部１５は記憶部１６から図７の参照テーブル（第１のテーブル）を読み出して、走行状態情報と蓄電池状態を参照テーブルに当てはめ、各列車４の評価点を決定する。すべての列車４の評価点が０であった場合には、回生電力を吸収可能な列車なしと判断し、ステップＳ６７に移行してフローを終了する。評価点が０より大きい列車４があった場合には、回生電力を吸収可能な列車４が存在すると判断し、ステップＳ６５に移行する。ステップＳ６５では評価点が最大の列車４を、制御部１５は回生電力を吸収すべき列車４と決定する。なお、全ての列車４で評価点が０であった場合には、回生電力を吸収する列車４が存在せず、回生失効が発生し、回生電力を有効活用することができなくなる。

図４の例において、列車４Ｂが惰行状態（蓄電池状態：空とする）、列車４Ｃが力行状態であるときは、制御部１５は、列車４Ｂの評価点を７点、列車４Ｃの評価点を１００点と判断する。また、列車４Ａの蓄電池状態が空とすると、制御部１５は、列車４Ａの評価点を１０点と判断する。結果、制御部１５は、列車４Ａの回生電力を吸収するのに適した列車４を評価点が最も高い列車４Ｃと決定する。

なお、図４の例においては、回生電力吸収対象として蓄電池１０を搭載した列車４を想定しているが、駅構内や沿線等の地上に設置された蓄電設備（図示せず）を回生電力吸収対象としてもよい。地上に設置された蓄電設備は惰行状態の列車４と同様とみなせるため、図７の参照テーブル（第１のテーブル）を用いて、蓄電設備の評価点を決定することができる。図７の参照テーブル（第１のテーブル）における蓄電設備の評価点は、惰行状態の列車４の評価点を用いてもよいし、蓄電設備の評価点を別途設定してもよい。

このように、本実施の形態１における列車エネルギー制御システムでは、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から回生電力を吸収する列車を決定し、決定した列車に電力吸収指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備える地上装置と、
走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信するとともに、電力吸収指令を受信する車上送受信部と、モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す走行状態情報を受信した場合には、走行状態情報を車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、車上送受信部が電力吸収指令を受信した場合には、電力吸収指令を制御装置に送信する列車情報管理部と、を備える車上装置と、を備えることを特徴とする。

このように、本実施の形態１における地上装置では、同一き電区間内を走行する複数の列車の走行状態情報および蓄電池情報を地上装置が把握するようにした。そのため、回生制動状態の列車に搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車に対しても、回生電力の吸収を指示する電力吸収指令を送信することができる。そのため、車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車同士であっても電力需給が可能となり、電力需給の機会を増やすことができる。また、本実施の形態１における地上装置では、回生電力を吸収する第１の優先度を記載した第１のテーブルを用いて回生電力を吸収する列車を決定するため、適切な列車を回生電力吸収対象とすることができる。

また、本実施の形態１における車上装置では、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信し、回生電力の吸収を指示する電力吸収指令を地上装置から受信するようにした。そのため、通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車との間でも電力需給が可能となり、電力需給の機会を増やすことができる。

従って、本実施の形態１における列車エネルギー制御システムでは、同一き電区間内を走行する複数の列車に搭載された車上装置が、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信し、地上装置が把握するようにした。また、回生制動状態の列車に搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車に対しても、回生電力の吸収を指示する電力吸収指令を送信し、車上装置は電力吸収指令を受信することができるようにした。そのため、車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車同士であっても電力需給が可能となり、電力需給の機会を増やすことができる。また、同一き電区間内を走行する複数の列車を電力需給の対象としているため、車上装置の通信範囲内である近傍の列車の蓄電池が、電力吸収できない状態であって、電力需給の対象として不適切であったとしても、同一き電区間内を走行する通信範囲外の列車を電力需給の対象として選択でき、電力需給の機会を増やし、より回生電力を有効活用できる。また、本実施の形態１における列車エネルギー制御システムでは、回生電力を吸収する第１の優先度を記載した第１のテーブルを用いて回生電力を吸収する列車を決定するため、適切な列車を回生電力吸収対象とすることができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、地上装置６の制御部１５が回生電力を吸収するのに適した列車４を決定する際に（図６、ステップＳ６５）、現在の走行状態に基づいて設定された電力吸収対象としての優先度（第１の優先度）を示す評価点を記載した評価表（図７、第１のテーブル）を用いることとした。本実施の形態２では、図６のステップＳ６５において、実施の形態１の評価表に加え、将来の走行状態に基づいて設定された電力吸収対象としての優先度（第２の優先度）を示す評価点を記載した評価表（第２のテーブル）を用いて、回生電力の吸収に適した列車４を決定するようにしたものである。その方法について、以下に示す。

図８は、本発明の実施の形態２における、列車４Ａ～４Ｃの第２の状況を模式的に示した図である。図８において、列車４Ａは回生制動状態、列車４Ｂは惰行状態、列車４Ｃは力行状態である。なお、列車４Ｂは、現在は平坦区間を走行しているが、まもなく上り勾配区間に差し掛かかり、現在から予め定められた期間を経過後の将来の走行状態は、力行状態になることを示している。また列車４Ｃは、現在は上り勾配区間を走行しているが、まもなく平坦区間に差し掛かかり、将来の走行状態は惰行状態になることを示している。地上装置６は、列車４Ａの回生電力を吸収させるための列車４を決定し、決定した列車４（列車４Ｂ）に電力吸収を指示する電力吸収指令を送信する。

図９は、本発明における実施の形態２における、地上装置６の制御部１５の構成を説明する図である。制御部１５は、走行区間決定部１９、平均勾配決定部２０、走行状態決定部２１、第１優先度決定部２３、第２優先度決定部２２および列車決定部２４を有している。走行区間決定部１９は、車上装置１１から受信する列車情報に含まれる現在走行位置（キロ程）の情報、速度および進路情報から、現在から予め定められた期間を経過後の将来の走行区間を決定する。平均勾配決定部２０は、走行区間決定部１９から将来の走行区間を受信し、記憶部１６に予め記憶された列車の走行する路線の勾配データを参照して、将来の走行区間における平均勾配を決定する。走行状態決定部２１は、平均勾配の値から、将来の走行区間における将来の走行状態を決定する。第２優先度決定部２２は、第２の参照テーブル（第２のテーブル）として予め記憶部１６に記憶した、将来の走行状態に基づいて設定された電力吸収対象としての優先度を示す評価点を記載した評価表を使用して、各列車の優先度を定めた将来の評価点Ｅ（Ｆ）を決定し、回生電力の吸収に適した列車の第２の優先度を決定する。第１優先度決定部２３は、実施の形態１における第１のテーブル（図７）を使用して、各列車４の現在の走行状態および蓄電池状態に基づいて、優先度を定めた現在の評価点Ｅ（Ｒ）を決定し、回生電力の吸収に適した列車４の第１の優先度を決定する。列車決定部２４は、第１優先度決定部２３から第１の優先度を取得し、第２優先度決定部２２から第２の優先度を取得して、第１位の優先度と第２の優先度を総合的に評価して、回生電力の吸収に適した列車４を決定する。

図１０は、本発明の実施の形態２における、電力放出対象として適切な列車４を決定する処理を表したフロー図である。図１０は、図６におけるステップＳ６４およびＳ６５の詳細を示したものとなっている。図１０において、図６のステップＳ６３がＹｅｓの場合、ステップＳ１０１に進む。ステップＳ１０１は、第１優先度決定部２３において、各列車４の現在の評価点Ｅ（Ｒ）を決定することを示している。ステップＳ１０２は、全ての列車４の現在の評価点Ｅ（Ｒ）が０かどうかを判断し、全ての列車４の現在の評価点Ｅ（Ｒ）が０であれば、図６のステップＳ６７へ進む。図６のステップＳ６７へ進む処理は、図６のステップＳ６４において、電力を吸収させる列車４が無い場合に対応している。図１０のステップＳ１０２で、全ての列車４の現在の評価点Ｅ（Ｒ）が０で無い場合は、ステップＳ１０３へ進む。ステップＳ１０３では、現在走行位置（キロ程）、行先および現在速度に基づいて、走行状態決定部２１が将来の走行状態を決定する。なお、ステップＳ１０３の詳細については、図１１で説明する。ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で決定した将来の走行状態と蓄電池状態に基づいて、第２優先度決定部２２が、記憶部１６に記憶された第２のテーブルを参照して、将来の評価点Ｅ（Ｆ）を決定する。第２のテーブルの詳細は図１２にて説明する。ステップＳ１０５は、ステップＳ１０１で決定した現在の評価点Ｅ（Ｒ）を第１優先度決定部より取得し、ステップＳ１０４で決定した将来の評価点Ｅ（Ｆ）を第２優先度決定部２２より取得して、列車決定部２４が下記（１）式に基づいて、総合評価点Ｅ（Ｔ）を決定することを示している。

Ｅ（Ｔ）＝Ｅ（Ｒ）＋ｋ・Ｅ（Ｆ）　　　　　　・・・・・（１）

ここでｋは任意に設定可能な、将来の評価点Ｅ（Ｆ）に対する重み付けの係数である。係数ｋは、将来の評価点Ｅ（Ｆ）を現在の評価点Ｅ（Ｒ）と同等に評価したい場合はｋ＝１、将来の評価点Ｅ（Ｆ）を現在の評価点Ｅ（Ｒ）の５０％に評価したい場合はｋ＝０．５などと設定する。

ステップＳ１０６では、列車決定部２４は、総合評価点Ｅ（Ｔ）の最も大きい列車を電力吸収に適した列車と決定し、図６のステップＳ６６へ移行する。

図１１は、本発明の実施の形態２における、将来の走行状態を決定する処理を表したフロー図である。図１１は、図１０のステップＳ１０４における、将来の走行状態を決定する処理の詳細を説明したものである。ステップＳ１１１は処理の開始を表している。ステップＳ１１２は、地上送受信部１７が列車情報を受信し、走行区間決定部１９が、列車情報に含まれる現在走行位置（キロ程）、速度および行先を認識することを示している。ステップＳ１１３では、走行区間決定部１９が、現在走行位置、速度および行先から、現在から予め定められた期間経過後の将来の走行区間を決定する。予め定められた期間は、５～１０秒後としているが、路線や列車４の特性等を考慮して任意に設定可能である。ステップＳ１１４では、平均勾配決定部２０は、走行区間決定部１９から将来の走行区間を受信し、記憶部１６に予め記憶された列車の走行する路線の勾配データを参照して、将来の走行区間における平均勾配を決定する。ステップＳ１１５～Ｓ１２４は、走行状態決定部２１が将来の走行区間における平均勾配をもとに、将来の走行状態を決定することを示している。なお以下では将来の走行状態が力行状態であった場合、力行（小）、力行（中）または力行（大）の区分で示しているが、これは力行時の電力が、力行（小）に比べて力行（中）が、力行（中）に比べて力行（大）の方が相対的に大きいことを示している。また、力行（小）、力行（中）および力行（大）の区分は、将来の走行区間における平均勾配によって定義しているが、図１１に示す勾配の値は一例であり、任意に設定可能である。

ステップＳ１１５で、平均勾配が－５‰より大きく５‰未満であった場合には、走行状態決定部２１は、ステップＳ１１６で将来の走行状態を惰行状態と決定して、処理を終了する（ステップＳ１２４）。ここで、平均勾配のマイナス値は下り勾配を、プラス値は上り勾配を示している。ステップＳ１１５で、平均勾配が－５‰より大きく５‰未満の範囲外では、走行状態決定部２１は処理をステップＳ１１７に進める。ステップＳ１１７において、勾配が５‰以上１０‰未満であった場合、ステップＳ１１８で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を力行（小）状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１２４）。ステップ１１７において、勾配が５‰以上１０‰未満の範囲外では、走行状態決定部２１は、処理をステップＳ１１９に進める。ステップＳ１１９において、勾配が１０‰以上２０‰未満であった場合には、ステップＳ１２０で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を力行（中）状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１２４）。ステップＳ１１９において、勾配が１０‰以上２０‰未満の範囲外では、走行状態決定部２１は、処理をステップＳ１２１に進める。ステップＳ１２１において勾配が２０‰以上であった場合には、ステップＳ１２２で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を力行（大）状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２１において、勾配が２０‰以上の範囲外では、走行状態決定部２１は、処理をステップＳ１２３に進める。ステップＳ１２３で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を回生制動状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１２４）。

図１２は、本発明の実施の形態２における、電力吸収対象としての優先度を示す評価点を記載した評価表の例である。図１２の評価表は図７と同様、記憶部１６に参照テーブル（第２のテーブル）として記憶されており、評価点は任意に設定可能である。図１０のステップＳ１０５において、第２優先度決定部２２は、走行状態決定部２１から将来の走行状態を取得し、将来の走行状態と蓄電池状態とを図１２の参照テーブルに当てはめて、将来の評価点Ｅ（Ｆ）を決定する。図１２において、将来の走行状態が力行（小）よりも力行（中）、力行（中）よりも力行（大）の方が電力吸収対象として優れていると考えられるため、力行（小）、力行（中）、力行（大）の順で電力吸収対象としての評価点を高く設定している。また、将来の走行状態が回生制動状態の列車４は電力吸収対象とはなり得ないので、将来の評価点Ｅ（Ｆ）を０としている。なお、図１２において将来の走行状態は、回生電力放出対象列車以外の列車しか記載されていない。回生電力放出対象列車は現在の走行状態が継続するのが前提で、走行状態が変化すれば回生電力放出対象列車では無くなるため、将来の走行状態を定義することに意味が無いと考えられるためである。そのため、（１）式にて回生電力放出対象列車の総合評価点Ｅ（Ｔ）を決定する場合には、便宜的にＥ（Ｆ）＝Ｅ（Ｒ）とするか、係数ｋを小さく設定している場合はＥ（Ｆ）＝０としてＥ（Ｔ）を決定する。

なお、第１優先度決定部２３において現在の評価点Ｅ（Ｒ）を決定する際、第１のテーブルに記載される現在の走行状態は、第２のテーブルに記載される将来の走行状態のように、平均勾配による、力行（小）、力行（中）、もしくは力行（大）の区分を行っていない。これは簡便のためでもあるが、各列車４の列車情報には力行電力の情報が含まれており、平均勾配によらずとも、力行電力の量的把握が可能なためである。そのため必要により、第１のテーブルに各列車４の力行電力を加味して、各列車４の第１の優先度を決定することも可能である。

図８に戻り、本実施の形態における回生電力吸収指示の流れを具体的に説明する。列車４Ｂは現在惰行状態（蓄電池状態：空）であり、走行状態決定部２２によって、将来の走行区間の平均勾配が２５‰（上り勾配）と決定されたとする。この時将来の走行状態は図１０より力行(大)と決定され、将来の評価点Ｅ（Ｆ）は図１２より１００点となる。また、現在の評価点Ｅ（Ｒ）は、図７より７点となる。（１）式で係数ｋを１とすると、列車４Ｂの総合評価点Ｅ（Ｔ）は１０７点と決定される。また、列車４Ｃは現在力行状態（蓄電池状態：中）であり、走行状態決定部２２によって、将来の走行区間が－３‰（３‰の下り勾配）と決定されたとする。この時将来の走行状態は、図１１より惰行と決定され、図１２より将来の評価点Ｅ（Ｆ）は５点と決定される。また、現在の評価点は、図７より１００点となる。係数ｋを同じく１とすると、総合評価点は１０５点と決定される。一方、列車４Ａの蓄電池状態が満であったとすると、図７より現在の評価点Ｅ（Ｒ）は０点となる。便宜的に将来の評価点をＥ（Ｆ）＝Ｅ（Ｒ）とし、係数ｋを１とすると、列車４Ａの総合評価点Ｅ（Ｔ）は０点と決定される。このように、将来の走行状態まで評価すれば、列車４Ｂの評価点が最高となり、列車４Ｂを電力吸収に適した列車４と決定する。

このように、本実施の形態２における地上装置では、同一き電区間内を走行する複数の列車の現在走行位置、行先および現在速度の情報を把握して、同一き電区間内を走行する複数の列車の将来の走行状態を決定し、現在の走行状態と将来の走行状態とから、回生電力を吸収させる列車を決定するようにした。現在の走行状態だけでなく将来の走行状態も含めて回生電力を吸収させる列車を決定するようにしたので、より適切な列車に回生電力の吸収を指示する電力吸収指令を送信することができる。また、本実施の形態２における車上装置では、現在走行位置、行先および現在速度の情報を地上装置に送信し、現在の走行状態と将来の走行状態とから地上装置が決定した列車に対して送信された電力吸収指令を受信するようにした。将来の走行状態も含めて決定された列車に対して送信された電力吸収指令を受信するようにしたので、より適切に電力需給を行うことができる。よって、本実施の形態２における列車エネルギー制御システムでは、車上装置が、現在走行位置、行先および現在速度の情報を地上装置に送信し、地上装置が、同一き電区間内を走行する複数の列車の現在走行位置、行先および現在速度の情報を把握して、同一き電区間内を走行する複数の列車の将来の走行状態を決定し、現在の走行状態と将来の走行状態とから回生電力を吸収させる列車を決定するようにした。そのため、より適切な列車に電力吸収指令を送信することができ、より適切に電力需給を行うことができる。

実施の形態３
実施の形態１では、ある列車４が回生制動状態となった際に、同一き電区間内を走行する他の列車４から回生電力を吸収させる列車４を決定し、決定した列車４に対し電力吸収指令を送信する動作を説明した。本実施の形態３では、ある列車４が力行状態となった際に、同一き電区間内を走行する他の列車４から電力を放出させる列車４を決定し、決定した列車４に対し、電力放出指令を送信する動作を説明する。

図１３は、本発明の実施の形態３における、列車４Ａ～４Ｃの第３の状況を模式的に示した図である。図１３において、同一き電区間内を走行する列車４Ａ～４Ｃのそれぞれは、走行状態情報と蓄電池状態情報を含む列車情報を周期的に地上装置６に送信している。地上装置６への列車情報の送信処理は、実施の形態１における図５の処理と同様である。列車４Ａは力行状態であり、列車４Ｂは惰行状態であり、列車４Ｃは回生制動状態である。地上装置６は、電力を放出させるための列車４を決定し、決定した列車４（列車４Ｃ）に電力放出を指示する電力放出指令を送信する。

図１４は、本発明の実施の形態３における、地上装置６の電力放出指令送信処理を示したフロー図である。本実施の形態３においては、地上装置６および車上装置１１の構成は、図３に示す実施の形態１の地上装置６および車上装置１１の構成と同様である。図１４は実施の形態１における図６に対応している。図１４において、ステップＳ１４１は動作の開始を示している。ステップＳ１４２は、図６のステップＳ６２と同様である。ステップＳ１４３では、制御部１５は、受信した各列車４の走行状態情報を確認し、走行状態情報が力行状態である列車４（電力吸収対象列車）があるか判断する。走行状態情報が力行状態の列車４（電力吸収対象列車）がなかった場合にはステップＳ１４２に戻り、力行状態の列車４（電力吸収対象列車）がある場合にはステップＳ１４４に進む。ステップＳ１４４では、各列車４の走行状態情報および蓄電池状態情報から、電力を放出可能な列車４が存在するかどうかを制御部１５は判断する。電力を放出可能な列車４が存在すればステップＳ１４５へ、存在しなければＳ１４７へ移行しフローを終了する。ステップＳ１４５ではステップＳ１４４と同様、走行状態情報と蓄電池状態情報から、電力放出に適した列車４を制御部１５は決定する。ステップＳ１４６では、ステップＳ１４５で決定した列車４に対し、制御部１５は電力の放出を指示する電力放出指令を送信する。電力放出指令は、制御部１５から地上送受信部１７および地上アンテナ１８を経由して、車上装置１１に送信される。ステップＳ１４７でフローは終了する。地上装置６は、ステップＳ１４１～ステップＳ１４７の動作を周期的に繰り返している。

図１５は、本発明の実施の形態３における、電力放出対象としての優先度（第３の優先度）を示す評価点を記載した評価表の例である。図１５は、実施の形態１における図７に対応している。図１５の評価表は図７と同様、記憶部１６に参照テーブル（第３のテーブル）として記憶されており、評価点は任意に設定可能である。また、図１５の現在の走行状態の項目では、電力吸収対象列車と電力吸収対象列車と同一き電区間内を走行する電力吸収対象列車以外の力行状態の列車４を区別している。電力吸収対象列車と同一き電区間内を走行する電力吸収対象列車以外の力行状態の列車４とを比べた場合、電力吸収対象列車内で電力をやり取りした方が効率的と考えられるため、電力吸収対象列車以外の力行状態の列車４の評価点を０としている。また、電力吸収対象列車の蓄電池状態が空である場合、および電力吸収対象列車以外の惰行中の列車４の蓄電池状態が空である場合も電力放出対象とはなり得ないので、蓄電池状態が空である電力吸収対象列車および蓄電池状態が空である電力吸収対象列車以外の惰行状態の列車４の評価点を０としている。図１４のステップＳ１４４の判断を行う際、制御部１５は記憶部１６から図１５の参照テーブル（第３のテーブル）を読み出して、走行状態情報と蓄電池状態情報を参照テーブルに当てはめ、各列車４の評価点を決定する。すべての列車４の評価点が０であった場合には、電力を放出可能な列車４はなしと判断し、ステップＳ１４７に移行してフローを終了する。評価点が０より大きい列車４があった場合には、電力を放出可能な列車４が存在すると判断し、ステップＳ１４５に移行する。ステップＳ１４５では、制御部１５は、評価点が最大の列車４を電力放出に適した列車４と決定する。なお、全ての列車４で評価点が０であった場合には、電力を放出可能な列車４は存在しないこととなる。

図１３の例において、列車４Ａが力行状態となった際に、電力を放出すべき列車４を決定する動作について説明する。列車４Ａの蓄電池状態は満とすると、制御部１５は列車４Ａの評価点Ｅ（Ｒ）を１０点と判断する。また、制御部１５は、列車４Ｂが惰行状態（蓄電池状態：満）、列車４Ｃが回生制動状態（蓄電池状態：空）であった場合、列車４Ｂの評価点Ｅ（Ｒ）は７点、列車４Ｃの評価点Ｅ（Ｒ）は１００点と判断する。結果、制御部１５は、列車４Ｃを電力を放出させる列車４として決定する。

なお、図１３の例においては、電力放出対象として蓄電池１０を搭載した列車４を想定しているが、駅構内や沿線等の地上に設置された蓄電設備（図示せず）を電力放出対象としてもよい。地上に設置された蓄電設備は惰行状態の列車４と同様とみなせるため、図１５の参照テーブル（第３のテーブル）を用いて、蓄電設備の評価点を決定することができる。図１５の参照テーブル（第３のテーブル）における蓄電設備の評価点は、惰行状態の列車４の評価点を用いてもよいし、蓄電設備の評価点を別途設定してもよい。

このように、本実施の形態３における列車エネルギー制御システムでは、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から電力を放出する列車を決定し、決定した列車に電力放出指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備える地上装置と、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信するとともに、電力放出指令を受信する車上送受信部と、モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す走行状態情報を受信した場合には、走行状態情報を車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、車上送受信部が電力放出指令を受信した場合には、電力放出指令を制御装置に送信する列車情報管理部と、を備える車上装置と、を備えることを特徴とする。

このように、本実施の形態３における地上装置では、同一き電区間内を走行する複数の列車の走行状態情報および蓄電池情報を地上装置が把握するようにした。そのため、力行状態の列車に搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車に対しても、電力の放出を指示する電力放出指令を送信することができる。そのため、車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車同士であっても電力需給が可能となり、電力需給の機会を増やすことができる。また、本実施の形態３における地上装置では、電力を放出する第３の優先度を記載した第３のテーブルを用いて電力を放出する列車を決定するため、適切な列車を電力放出対象とすることができる。

また、本実施の形態３における車上装置では、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信し、電力の放出を指示する電力放出指令を地上装置から受信するようにした。そのため、通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車との間でも電力需給が可能となり、電力需給の機会を増やすことができる。

従って、本実施の形態３における列車エネルギー制御システムでは、同一き電区間内を走行する複数の列車に搭載された車上装置が、走行状態情報および蓄電池状態情報を地上装置に送信し、地上装置が把握するようにした。また、力行状態の列車に搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車に対しても、電力の放出を指示する電力放出指令を送信し、車上装置は電力放出指令を受信することができるようにした。そのため、車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車同士であっても電力需給が可能となり、電力需給の機会を増やすことができる。また、同一き電区間内を走行する複数の列車を電力需給の対象としているため、車上装置の通信範囲内である近傍の列車の蓄電池が、電力放出できない状態であって、電力需給の対象として不適切であったとしても、同一き電区間内を走行する通信範囲外の列車を電力需給の対象として選択でき、電力需給の機会を増やし、より電力を有効活用できる。また、本実施の形態３における列車エネルギー制御システムでは、電力を放出する第３の優先度を記載した第３のテーブルを用いて電力を放出する列車を決定するため、適切な列車を電力放出対象とすることができる。

実施の形態４．
実施の形態２では、回生制動状態となった列車４が発生した際に、制御部１５は、現在の走行状態を考慮した評価表　図７（第１のテーブル）と将来の走行状態を考慮した評価表　図１２（第２のテーブル）を総合して回生電力の吸収に適した列車４を決定していたが、本実施の形態４では、力行状態となった列車４が発生した際に、現在の走行状態を考慮した評価表　図１５（第３のテーブル）および将来の走行状態を考慮した評価表　図１８を総合して、電力を放出させる列車４を決定するようにしたものである。地上装置６および車上装置１１の基本的な動作は実施の形態２と同様である。その方法について、実施の形態２と対比しながら、以下に示す。

図１６は、本発明の実施の形態４における、列車４Ａ～４Ｃの第４の状況を模式的に示した図である。図１６において、列車４Ａは力行状態、列車４Ｂは惰行状態、列車４Ｃは回生制動状態である。なお、列車４Ｂは、現在は平坦区間を走行しているが、まもなく下り勾配区間に差し掛かかり、将来の走行状態は、回生制動状態になることを示している。また列車４Ｃは、現在は下り勾配区間を走行しているが、まもなく上り勾配区間に差し掛かかり、将来の走行状態は力行状態になることを示している。地上装置６は、電力を放出させるための列車４を決定し、決定した列車４（列車４Ｂ）に電力放出を指示する電力放出指令を送信する。

図１７は、本発明の実施の形態４における、電力放出対象として適切な列車４を決定する処理を表したフロー図である。図１７は、実施の形態２における図１０と対応しており、図１７と図１０を対比して説明する。また図１７は、図１４におけるステップＳ１４４およびＳ１４５の詳細を示したものとなっている。図１７において、図１４のステップＳ１４３がＹｅｓの場合、図１７のステップＳ１７１に進む。ステップＳ１７１は、図１０のＳ１０１に対応しており、図７（第１のテーブル）の代わりに図１５（第３のテーブル）を用いて、第１優先度決定部２３が現在の評価点Ｅ（Ｒ）を決定する。ステップＳ１７２はステップＳ１０２と同様であり、全ての列車４の現在の評価点Ｅ（Ｒ）が０である場合には、図１４のステップＳ１４７へ移行する。ステップＳ１７３では、現在走行位置（キロ程）、行先および現在速度に基づいて、走行状態決定部２１が将来の走行状態を決定する。なお、ステップＳ１７３の詳細については、図１８で説明する。ステップＳ１７４は、第２優先度決定部２２が、図１２（第２のテーブル）の代わりに図１９（第４のテーブル）を用いて将来の評価点Ｅ（Ｆ）を決定する。ステップＳ１７５はステップＳ１０５と同様である。ステップＳ１７６もステップＳ１０６と同様、列車決定部２４が、Ｓ１７５で総合評価点Ｅ（Ｔ）が最高の列車４を電力放出させるべき列車４と決定する。

図１８は、本発明の実施の形態４における、将来の走行状態を決定する処理を表したフロー図である。図１８は、図１７のステップＳ１７３において、将来の走行状態を決定する処理の詳細を説明したものである。また、図１８は、実施の形態２における、図１１に対応している。図１８において、ステップＳ１８１～ステップＳ１８６は、図１１における、ステップＳ１１１～ステップＳ１１６と同様である。ステップＳ１８７～ステップＳ１９４は、図１１におけるステップＳ１１７～１２４と同様、走行状態決定部２１が将来の走行区間における平均勾配をもとに、将来の走行状態を決定することを示している。しかし、図１１は将来の走行状態が力行状態である場合の詳細を示しているが、図１８は将来の走行状態が回生制動状態である場合の詳細を示している。以下将来の走行状態が回生制動状態である場合においては、走行状態の区分を、回生（小）、回生（中）または回生（大）で示している。これは回生制動時の回生電力が、回生（小）に比べて回生（中）が、回生（中）に比べて回生（大）の方が相対的に大きいことを示している。回生制動時の走行状態の区分も将来の走行区間における平均勾配によって定義しているが、図１８に示す勾配の値は一例であり、任意に設定可能である。

図１８において、ステップＳ１８５で、平均勾配が－５‰より大きく５‰未満の範囲外では、走行状態決定部２１は処理をステップＳ１８７に進める。ステップＳ１８７において、勾配が－１０‰より大きく－５‰以下であった場合、ステップＳ１８８で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を回生（小）状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１９４）。ステップ１８７において、勾配が－１０‰より大きく－５‰以下の範囲外では、走行状態決定部２１は、処理をステップＳ１８９に進める。ステップＳ１８９において、勾配が－２０‰より大きく－１０‰以下であった場合には、ステップＳ１９０で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を回生（中）状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１９４）。ステップＳ１８９において、勾配が－２０‰より大きく－１０‰以下の範囲外では、走行状態決定部２１は、処理をステップＳ１９１に進める。ステップＳ１９１において勾配が－２０‰以下であった場合には、ステップＳ１９２で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を回生（大）状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１９４）。ステップＳ１９１において、勾配が－２０‰以下の範囲外では、走行状態決定部２１は、処理をステップＳ１９３に進める。ステップＳ１９３で走行状態決定部２１は、将来の走行状態を力行状態と決定し、処理を終了する（ステップＳ１９４）。

図１９は、本発明の実施の形態４における、電力放出対象としての優先度（第４の優先度）を示す評価点を記載した評価表の例である。図１９の評価表は図１５と同様、記憶部１６に参照テーブル（第４のテーブル）として記憶されており、評価点は任意に設定可能である。図１７のステップＳ１７４において、第２優先度決定部２２は、走行状態決定部２１から将来の走行状態を取得し、将来の走行状態と蓄電池状態とを図１９の参照テーブルに当てはめて、将来の評価点Ｅ（Ｆ）を決定する。

図１６の例において、列車４Ａが力行状態となった際に、電力放出すべき列車４を決定する動作について説明する。列車４Ｂが惰行状態（蓄電池状態：中）、列車４Ｃが回生制動状態（蓄電池状態：満）であった場合、列車４Ｂおよび列車４Ｃの現在の評価点Ｅ（Ｒ）は、図１５（第３のテーブル）を用いて、列車４Ｂは５点、列車４Ｃは１００点と決定される。次に、平均勾配決定部２０で決定された将来の走行区間の平均勾配が、列車４Ｂで－２５‰（２５‰の下り勾配）、列車４Ｃで１０‰であったとする。走行状態決定部２１は、列車４Ｂの将来の走行状態を回生（大）、列車４Ｃの将来の走行状態を力行（中）と決定する。第２優先度決定部は、図１８より、将来の評価点Ｅ（Ｆ）を列車４Ｂで１００点、列車４Ｃで０点と決定。総合評価点Ｅ（Ｔ）は（ｋ＝１とする）、列車４Ｂで１０５点、列車４Ｃで１００点と決定される。一方、列車４Ａの蓄電池状態が空であったとすると、図１５より現在の評価点Ｅ（Ｒ）は０点となる。便宜的に将来の評価点をＥ（Ｆ）＝Ｅ（Ｒ）とし、係数ｋを１とすると、列車４Ａの総合評価点Ｅ（Ｔ）は０点と決定される。このように、将来の走行状態まで評価すれば、列車４Ｂの評価点が最高となり、列車４Ｂを電力放出すべき列車４として決定する。電力放出指令を送信する動作は、実施の形態３における電力放出指令を送信する動作と同様である。

このように、本実施の形態４における地上装置では、同一き電区間内を走行する複数の列車の現在走行位置、行先および現在速度の情報を把握して、同一き電区間内を走行する複数の列車の将来の走行状態を決定し、現在の走行状態と将来の走行状態とから、電力を放出させる列車を決定するようにした。現在の走行状態だけでなく将来の走行状態も含めて電力を放出させる列車を決定するようにしたので、より適切な列車に電力の放出を指示する電力放出指令を送信することができる。また、本実施の形態４における車上装置では、現在走行位置、行先および現在速度の情報を地上装置に送信し、現在の走行状態と将来の走行状態とから地上装置が決定した列車に対して送信された電力放出指令を受信するようにした。将来の走行状態も含めて決定された列車に対して送信された電力放出指令を受信するようにしたので、より適切に電力需給を行うことができる。よって、本実施の形態４における列車エネルギー制御システムでは、車上装置が、現在走行位置、行先および現在速度の情報を地上装置に送信し、地上装置が、同一き電区間内を走行する複数の列車の現在走行位置、行先および現在速度の情報を把握して、同一き電区間内を走行する複数の列車の将来の走行状態を決定し、現在の走行状態と将来の走行状態とから電力を放出させる列車を決定するようにした。そのため、より適切な列車に電力放出指令を送信することができ、より適切に電力需給を行うことができる。

実施の形態５
本実施の形態５は、地上装置６が、実施の形態１における電力吸収指令送信機能に加え、実施の形態３における電力放出指令送信機能も有するようにしたものである。本実施の形態５においては、地上装置６および車上装置１１の構成は、図３に示す実施の形態１もしくは実施の形態３の地上装置６、および図２に示す実施の形態１もしくは実施の形態３の車上装置１１の構成と同様である。また、基本的な地上装置６および車上装置１１の動作は、実施の形態１もしくは実施の形態３と同様である。

図２０は、本発明の実施の形態５における、地上装置６の電力吸収指令送信処理および電力放出指令送信処理を表したフロー図である。図２０は、実施の形態１における図６、または実施の形態３における図１４に対応している。図２０において、ステップＳ２０１は動作の開始を示している。ステップＳ２０２では、地上装置６の地上送受信部１７は、地上アンテナ１８を介して車上装置１１から列車情報を受信する。ステップＳ２０３では、制御部１５は、受信した各列車４の走行状態情報を確認し、走行状態情報が回生制動状態である列車４（「回生電力放出対象列車」とする）があるか判断する。走行状態情報が回生制動状態の列車４（回生電力放出対象列車）がなかった場合にはステップＳ２０７に進み、回生制動状態の列車４（回生電力放出対象列車）がある場合にはステップＳ２０４に進む。ステップＳ２０４では、各列車４の走行状態情報および蓄電池状態情報から、回生電力を吸収可能な列車４が存在するかどうかを制御部１５は判断する。回生電力を吸収可能な列車４が存在すればステップＳ２０５へ、存在しなければＳ２１１へ移行しフローを終了する。ステップＳ２０５では、走行状態情報と蓄電池状態情報から、電力吸収に適した列車を制御部１５は決定する。ステップＳ２０６では、ステップＳ２０５で決定した列車に対し、制御部１５は回生電力の吸収を指示する電力吸収指令を送信する。電力吸収指令は、制御部１５から地上送受信部１７および地上アンテナ１８を経由して、車上装置１１に送信される。ステップＳ２１１でフローは終了する。

また図２０において、ステップＳ２０７では、制御部１５は、受信した各列車４の走行状態情報を確認し、走行状態情報が力行状態である列車４（電力吸収対象列車）があるか判断する。走行状態情報が力行状態の列車４（電力吸収対象列車）がなかった場合にはステップＳ２０２に戻り、力行状態の列車４（電力吸収対象列車）がある場合にはステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０８では、各列車４の走行状態情報および蓄電池状態情報から、電力を放出可能な列車４が存在するかどうかを制御部１５は判断する。電力を放出可能な列車４が存在すればステップＳ２０９へ、存在しなければＳ２１１へ移行しフローを終了する。ステップＳ２０９ではステップＳ２０５と同様、走行状態情報と蓄電池状態情報から、電力放出に適した列車４を制御部１５は決定する。ステップＳ２１０では、ステップＳ２０９で決定した列車４に対し、制御部１５は電力の放出を指示する電力放出指令を送信する。電力放出指令は、制御部１５から地上送受信部１７および地上アンテナ１８を経由して、車上装置１１に送信される。ステップＳ２１１でフローは終了する。地上装置６は、ステップＳ２０１～ステップＳ２１１の動作を周期的に繰り返している。

なお図２０において、ステップＳ２０１～Ｓ２０２は、実施の形態１における図６のステップＳ６１～Ｓ６２、または実施の形態３における図１４のステップＳ１４１～Ｓ１４２に対応している。図２０のステップＳ２０３～Ｓ２０６は図６のステップＳ６３～Ｓ６６に、図２０のステップＳ２０７～Ｓ２１０は図１４のステップＳ１４３～Ｓ１４６に対応している。図２０のステップＳ２１１は、図６のステップＳ６７または図１４のステップＳ１４７に対応している。

このように、本実施の形態５における地上装置では、同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、１以上の列車の走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から回生電力を吸収する列車を決定し、決定した列車に電力吸収指令を送信するよう地上送受信部を制御し、１以上の列車の走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、複数の列車の走行状態情報および蓄電池状態情報に基づいて、複数の列車の中から電力を放出する列車を決定し、決定した列車に電力放出指令を送信するよう地上送受信部を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

このように、本実施の形態５における地上装置では、同一き電区間内を走行する複数の列車の走行状態情報および蓄電池情報を地上装置が把握するようにした。そのため、回生制動状態の列車に搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車に対しては、回生電力の吸収を指示する電力吸収指令を送信することができる。また、力行状態の列車に搭載された車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車に対しても、電力の放出を指示する電力放出指令を送信することができる。そのため、車上装置の通信範囲外の同一き電区間内を走行する列車同士であっても電力需給が可能となり、電力需給の機会を増やすことができる。

なお、図２０のステップＳ２０５において、現在の走行状態を考慮した評価表（図７、第１のテーブル）に加え、将来の走行状態を考慮した評価表（図１２、第２のテーブル）を用いて回生電力の吸収に適した列車４を決定するようにし（実施の形態２に相当）、ステップＳ２０９において、現在の走行状態を考慮した評価表（図１５、第３のテーブル）に加え、将来の走行状態を考慮した評価表（図１８、第４のテーブル）を用いて電力を放出させる列車４を決定するようにした場合には（実施の形態４に相当）、本実施の形態５における地上装置６は、実施の形態２における電力吸収指令送信機能に加え、実施の形態４における電力放出指令送信機能を有することが可能となる。

　１　変電所、２　架線、３　セクション、　４、４Ａ、４Ｂ、４Ｃ　列車、５　レール、６　地上装置、７　パンタグラフ、８　制御装置、９　モータ、１０　蓄電池、１１　車上装置、１２　列車情報管理部、　１３　車上送受信部、１４　車上アンテナ、　１５　制御部、１６記憶部、１７　地上送受信部、１８　地上アンテナ、１９　走行区間決定部、２０　平均勾配決定部、２１　走行状態決定部、２２　第２優先度決定部、２３　第１優先度決定部、２４　列車決定部、Ｓ５１～Ｓ２１１　処理

Claims

同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、前記列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、
１以上の列車の前記走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、前記複数の列車の前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて、前記複数の列車の中から前記回生電力を吸収する列車を決定し、前記決定した列車に電力吸収指令を送信するよう前記地上送受信部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする地上装置。
前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて設定された、前記回生電力を吸収する列車の第１の優先度を記載した第１のテーブルを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記走行状態情報、前記蓄電池情報および前記第１のテーブルに基づいて、前記回生電力を吸収するための列車を決定することを特徴とする請求項１に記載の地上装置。
前記記憶部は、所定の走行区間の勾配データを記憶し、現在から予め定められた期間を経過後の前記複数の列車の走行状態である将来の走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて設定された、前記回生電力を吸収する列車の第２の優先度を記載した第２のテーブルを記憶し、
前記地上送受信部は、前記複数の列車のそれぞれから現在位置、行先および速度を受信し、
前記制御部は、前記現在位置、前記行先および前記速度から将来の走行区間を決定する走行区間決定部と、前記記憶部に記憶された前記勾配データを参照して前記将来の走行区間の平均勾配を決定する平均勾配決定部と、前記平均勾配から前記将来の走行状態を決定する走行状態決定部と、前記蓄電池状態情報、前記将来の走行状態および前記第２のテーブルとから第２の優先度を求める第２優先度決定部と、前記蓄電池情報、現在の走行状態および前記第１のテーブルから求められる第１の優先度を求める第１優先度決定部と、前記第１の優先度および前記第２の優先度から前記回生電力を吸収する列車を決定する列車決定部と、
を備えることを特徴とする請求項２に記載の地上装置。
同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、前記列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、
１以上の列車の前記走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、前記複数の列車の前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて、前記複数の列車の中から電力を放出する列車を決定し、前記決定した列車に電力放出指令を送信するよう前記地上送受信部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする地上装置。
前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて設定された、前記電力を放出する列車の第１の優先度を記載した第３のテーブルを記憶する記憶部を備え、
前記制御部は、前記走行状態情報、前記蓄電池情報および前記第３のテーブルに基づいて、前記電力を放出するための列車を決定することを特徴とする請求項４に記載の地上装置。
前記記憶部は、所定の走行区間の勾配データを記憶し、現在から予め定められた期間を経過後の前記複数の列車の走行状態である将来の走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて設定された、前記電力を放出する列車の第２の優先度を記載した第４のテーブルを記憶し、
前記地上送受信部は、前記複数の列車のそれぞれから現在位置、行先および速度を受信し、
前記制御部は、前記現在位置、前記行先および前記速度から将来の走行区間を決定する走行区間決定部と、前記記憶部に記憶された前記勾配データを参照して前記将来の走行区間の平均勾配を決定する平均勾配決定部と、前記平均勾配から前記将来の走行状態を決定する走行状態決定部と、前記蓄電池状態情報、前記将来の走行状態および前記第４のテーブルとから第２の優先度を求める第２優先度決定部と、前記蓄電池情報、現在の走行状態および前記第３のテーブルから求められる第１の優先度を求める第１優先度決定部と前記第１の優先度および前記第２の優先度から前記電力を放出する列車を決定する列車決定部と
を備えることを特徴とする請求項５に記載の地上装置。
同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、前記列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、
１以上の列車の前記走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、前記複数の列車の前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて、前記複数の列車の中から前記回生電力を吸収する列車を決定し、前記決定した列車に電力吸収指令を送信するよう前記地上送受信部を制御し、１以上の列車の前記走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、前記複数の列車の前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて、前記複数の列車の中から電力を放出する列車を決定し、前記決定した列車に電力放出指令を送信するよう前記地上送受信部を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする地上装置。
列車が回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、前記列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を地上装置に送信するとともに、電力を吸収するよう指示された電力吸収指令または電力を放出するよう指示された電力放出指令を受信する車上送受信部と、
モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す走行状態情報を受信した場合には、前記走行状態情報を前記車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、
前記車上送受信部が前記電力吸収指令または電力放出指令を受信した場合には、前記電力吸収指令または前記電力放出指令を前記制御装置に送信する列車情報管理部と、
を備えることを特徴とする車上装置。
同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、前記列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、
１以上の列車の前記走行状態情報が回生制動状態であることを示した場合には、前記複数の列車の前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて、前記複数の列車の中から前記回生電力を吸収する列車を決定し、前記決定した列車に電力吸収指令を送信するよう前記地上送受信部を制御する制御部と、
を備える地上装置と
前記走行状態情報および蓄電池状態情報を前記地上装置に送信するとともに、前記電力吸収指令を受信する車上送受信部と、
モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す前記走行状態情報を受信した場合には、前記走行状態情報を前記車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、前記車上送受信部が前記電力吸収指令を受信した場合には、前記電力吸収指令を前記制御装置に送信する列車情報管理部と、
を備える車上装置と、
を備えることを特徴とする、列車エネルギー制御システム。
同一き電区間内を走行する複数の列車のそれぞれから、回生制動状態、力行状態または惰行状態のいずれかである走行状態を示す走行状態情報および、前記列車に備えられた蓄電池の充電状態を表す蓄電池状態情報を受信する地上送受信部と、
１以上の列車の前記走行状態情報が力行状態であることを示した場合には、前記複数の列車の前記走行状態情報および前記蓄電池状態情報に基づいて、前記複数の列車の中から前記電力を放出する列車を決定し、前記決定した列車に電力放出指令を送信するよう前記地上送受信部を制御する制御部と、
を備える地上装置と
前記走行状態情報および蓄電池状態情報を前記地上装置に送信するとともに、前記電力放出指令を受信する車上送受信部と、
モータから発生した回生電力を架線に還元または蓄電池に充電し、架線または蓄電池からの電力をモータに供給する制御装置から回生制動状態または力行状態を示す前記走行状態情報を受信した場合には、前記走行状態情報を前記車上送受信部に送信させるよう制御するとともに、前記車上送受信部が前記電力放出指令を受信した場合には、前記電力放出指令を前記制御装置に送信する列車情報管理部と、
を備える車上装置と、
を備えることを特徴とする、列車エネルギー制御システム。