特許 6029799 直流き電電圧算出装置、直流き電電圧制御システム、および直流き電電圧算出方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6029799

(24)【登録日】2016年10月28日

(45)【発行日】2016年11月24日

(54)【発明の名称】直流き電電圧算出装置、直流き電電圧制御システム、および直流き電電圧算出方法

(51)【国際特許分類】

   B60M 3/02 20060101AFI20161114BHJP

【ＦＩ】

   B60M3/02 D

【請求項の数】10

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-550882(P2016-550882)

(86)(22)【出願日】2016年3月15日

(86)【国際出願番号】JP2016058170

【審査請求日】2016年8月9日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000006013

【氏名又は名称】三菱電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100118762

【弁理士】

【氏名又は名称】高村 順

(72)【発明者】

【氏名】持丸 浩範

(72)【発明者】

【氏名】藤田 敬喜

(72)【発明者】

【氏名】上田 健詞

(72)【発明者】

【氏名】和田 敏裕

【審査官】 笹岡 友陽

(56)【参考文献】

【文献】 特開平７−３０４３５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６８３４８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｍ １／００− ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ電力を供給する複数の変電所と接続され、前記き電線へ印加する変電所電圧を算出する直流き電電圧算出装置であって、
前記直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、前記変電所の位置情報を含むき電網モデル情報と、前記変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を格納するモデル情報格納部と、
前記モデル情報と、前記変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値と、無線通信装置を搭載した列車の第１の列車情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定し、前記第１の列車情報および前記第２の列車情報を含む列車運転情報を出力する列車運転情報推定部と、
前記モデル情報と前記列車運転情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように前記変電所電圧を制御する変電所電圧設定値を算出し、前記変電所電圧設定値を前記複数の変電所に出力する変電所電圧設定値算出部と、
を備えることを特徴とする直流き電電圧算出装置。

【請求項2】

前記第１の列車情報には、無線通信装置を搭載した第１の列車で測定された前記第１の列車の在線位置、パンタ点電圧の電圧値、架線から供給される電流の電流値、力行電力、回生電力、および前記第１の列車で推定された回生可能電力の情報が含まれ、
前記第２の列車情報には、無線通信装置を搭載していない第２の列車の在線位置、力行電力、回生電力、および回生可能電力の情報が含まれる、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流き電電圧算出装置。

【請求項3】

前記第１の列車情報には、無線通信装置を搭載した第１の列車で測定された前記第１の列車の在線位置、パンタ点電圧の電圧値、架線から供給される電流の電流値、力行電力、および回生電力の情報が含まれ、
前記第２の列車情報には、無線通信装置を搭載していない第２の列車の在線位置、力行電力、回生電力、および回生可能電力の情報が含まれ、
前記列車運転情報推定部は、前記第１の列車情報に含まれる前記電圧値および前記電流値に基づいて、前記第１の列車の回生可能電力を推定し、推定した前記第１の列車の回生可能電力の情報を前記列車運転情報に含めて出力する、
ことを特徴とする請求項１に記載の直流き電電圧算出装置。

【請求項4】

前記列車運転情報推定部は、前記複数の変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値、前記変電所の位置情報、前記第１の列車情報に含まれる前記第１の列車の在線位置、パンタ点電圧の電圧値、および架線から供給される電流の電流値、に基づいて、前記第２の列車の在線有無を推定し、前記第２の列車の在線有無の情報を前記列車運転情報に含めて出力する、
ことを特徴とする請求項２または３に記載の直流き電電圧算出装置。

【請求項5】

前記複数の変電所の位置および前記第１の列車の在線位置によって前記直流電化区間が複数の区間に分割される場合、
前記列車運転情報推定部は、分割された各区間において前記第２の列車の在線有無を推定し、前記第２の列車が在線していると推定した区間において、前記第２の列車情報を推定する、
ことを特徴とする請求項４に記載の直流き電電圧算出装置。

【請求項6】

前記列車運転情報推定部は、分割された区間のうち複数の区間で前記第２の列車が在線していると推定した場合、前記第２の列車が在線していると推定された区間を全て含む区間を１つの区間とみなし、１つの区間とみなした区間において、前記第２の列車情報を推定する、
ことを特徴とする請求項５に記載の直流き電電圧算出装置。

【請求項7】

電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ電力を供給する複数の変電所と接続され、前記き電線へ印加する変電所電圧を算出する直流き電電圧算出装置であって、
前記直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、前記変電所の位置情報を含むき電網モデル情報と、前記変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を格納するモデル情報格納部と、
前記モデル情報と、前記変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値と、無線通信装置を搭載した列車の第１の列車情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定し、前記第２の列車情報を含む列車運転情報を出力する列車運転情報推定部と、
前記モデル情報、前記第１の列車情報、および前記列車運転情報に基づいて、前記直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように前記変電所電圧を制御する変電所電圧設定値を算出し、前記変電所電圧設定値を前記複数の変電所に出力する変電所電圧設定値算出部と、
を備えることを特徴とする直流き電電圧算出装置。

【請求項8】

電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ電力を供給する変電所および前記き電線の電圧値を測定する電圧センサと接続され、前記き電線へ印加する変電所電圧を算出する直流き電電圧算出装置であって、
前記直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、前記変電所および前記電圧センサの位置情報を含むき電網モデル情報と、前記変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を格納するモデル情報格納部と、
前記モデル情報と、前記変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値と、前記電圧センサで測定された電圧値と、無線通信装置を搭載した列車の第１の列車情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定し、前記第１の列車情報および前記第２の列車情報を含む列車運転情報を出力する列車運転情報推定部と、
前記モデル情報と前記列車運転情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように前記変電所電圧を制御する変電所電圧設定値を算出し、前記変電所電圧設定値を前記変電所に出力する変電所電圧設定値算出部と、
を備えることを特徴とする直流き電電圧算出装置。

【請求項9】

電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ印加する変電所電圧を制御する直流き電電圧制御システムであって、
電圧センサおよび列車の方面別にき電線に設置された電流センサと、
列車に搭載された無線通信装置と、
変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値の情報と、前記列車で測定された在線位置、パンタ点電圧の電圧値、および架線から供給される電流の電流値の情報と、前記変電所の位置情報を含むモデル情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように前記変電所電圧を制御する変電所電圧設定値を算出し、前記き電線へ電力を供給する複数の変電所に出力する直流き電電圧算出装置と、
を備え、
前記直流き電電圧算出装置は、
前記モデル情報と、前記変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値と、無線通信装置を搭載した列車の第１の列車情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定し、前記第１の列車情報および前記第２の列車情報を含む列車運転情報を出力する列車運転情報推定部を備えたことを特徴とする直流き電電圧制御システム。

【請求項10】

電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ印加する変電所電圧を算出する装置に適用される直流き電電圧算出方法であって、
複数の変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値の情報と、無線通信装置を搭載した列車の第１の列車情報と、前記変電所の位置情報を含むモデル情報とを取得する情報取得ステップと、
前記情報取得ステップで取得した情報に基づいて、前記直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定する列車運転情報推定ステップと、
前記モデル情報と、前記第１の列車情報と、前記列車運転情報推定ステップで推定された前記第２の列車情報とに基づいて、前記直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように前記変電所電圧を制御する変電所電圧設定値を算出する変電所電圧設定値算出ステップと、
前記変電所電圧設定値算出ステップで算出された前記変電所電圧設定値を前記複数の変電所に出力する変電所電圧設定値出力ステップと、
を含むことを特徴とする直流き電電圧算出方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道変電所の直流き電電圧を算出する直流き電電圧算出装置、直流き電電圧制御システム、および直流き電電圧算出方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、省エネルギーなどを目的として列車に備えられた回生ブレーキで発生する回生電力を有効活用するための研究開発が活発化している。直流電化区間において回生電力を有効活用するため、列車の走行区間を複数の区間に分割し、複数の電流センサおよび電圧センサを用いて各区間の架線の電流および電圧を測定し、列車の在線状況を把握して、各変電所の整流器に対する送出電圧値を算出する技術がある（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１５−１６８３４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

送出電圧値を精度良く算出するには、列車の位置を精度良く推定する必要がある。列車の位置を精度良く推定するには、列車の走行区間を小さな区間に分割すればよい。しかしながら、列車の走行区間を小さく分割すると区間数が多くなり、設置する電流センサおよび電圧センサが多くなるためコストがかかる、という問題があった。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、コストを抑制しつつ、回生電力の有効活用が可能な直流き電電圧算出装置を得ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ電力を供給する複数の変電所と接続され、き電線へ印加する変電所電圧を算出する直流き電電圧算出装置である。直流き電電圧算出装置は、直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、変電所の位置情報を含むき電網モデル情報と、変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報を格納するモデル情報格納部を備える。また、直流き電電圧算出装置は、モデル情報と、変電所で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値と、無線通信装置を搭載した列車の第１の列車情報とに基づいて、直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定し、第１の列車情報および第２の列車情報を含む列車運転情報を出力する列車運転情報推定部を備える。また、直流き電電圧算出装置は、モデル情報と列車運転情報とに基づいて、直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように変電所電圧を制御する変電所電圧設定値を算出し、変電所電圧設定値を複数の変電所に出力する変電所電圧設定値算出部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、コストを抑制しつつ、回生電力の有効活用ができる、という効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置の構成例を示すブロック図

【図2】実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムの構成例を示す図

【図3】回生車における回生絞り込み制御の一例を示す図

【図4】実施の形態１にかかる列車運転情報推定部の第２の列車情報の推定処理における変数を設定した図

【図5】実施の形態１にかかる列車運転情報推定部において回生効率の良い列車の回生可能電力推定における変数を表す図

【図6】実施の形態１にかかる列車運転情報推定部において回生効率の良くない列車の回生可能電力推定における変数を表す図

【図7】実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置において未知の列車の在線状況を推定する処理を示す図

【図8】実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置において変電所と既知の列車との間の未知の列車の在線状況を推定する処理を示す図

【図9】実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システムにおける直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャート

【図10】実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置の列車運転情報推定部および変電所電圧設定値算出部を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図

【図11】実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置の列車運転情報推定部および変電所電圧設定値算出部をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図

【図12】実施の形態２にかかる直流き電電圧算出装置の構成例を示すブロック図

【図13】実施の形態２にかかる直流き電電圧制御システムにおける直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャート

【図14】実施の形態３にかかる直流き電電圧算出装置の構成例を示すブロック図

【図15】実施の形態３にかかる直流き電電圧制御システムにおける直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャート

【図16】実施の形態４にかかる列車運転情報推定部の第２の列車情報の推定処理における変数を設定した図

【図17】実施の形態５にかかる直流き電電圧算出装置において変電所と既知の列車との間の未知の列車、および既知の列車間の未知の列車の在線状況を推定する処理を示す図

【図18】実施の形態５にかかる直流き電電圧算出装置において変電所と既知の列車との間を１つの区間として未知の列車の在線状況を推定する処理を示す図

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下に、本発明の実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置、直流き電電圧制御システム、および直流き電電圧算出方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0010】

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置１００の構成例を示すブロック図である。直流き電電圧算出装置１００は、モデル情報格納部１と、列車運転情報推定部２と、変電所電圧設定値算出部３と、無線通信部４と、を備える。

【0011】

図２は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システム２００の構成例を示す図である。直流き電電圧制御システム２００では、直流き電電圧算出装置１００が、例えば、図示しない指令所などに配置され、ＬＡＮ（Local Area Network）などのネットワーク３００を介して変電所５に接続されている。また、直流き電電圧算出装置１００は、無線通信によるネットワーク４００を介して列車８に接続されている。直流き電電圧制御システム２００は、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ印加する変電所電圧を制御するシステムである。

【0012】

ここで、直流き電電圧算出装置１００における直流き電電圧制御概念について説明する。直流電化区間を走行する列車は、制動の際、回生ブレーキにより電力回生を行う。以下、この電力回生を行っている列車を「回生車」、回生ブレーキで発生した回生電力の最大値であって回生電力絞り込み制御がなければ回生できる予定だった電力を「回生可能電力」、回生可能電力の場合に回生車から架線へ供給される電流を「回生可能電流」、回生可能電力に回生電力絞り込み量を考慮した電力であって実際に架線へ回生できる電力を「回生電力」と称する。また、回生車で発生した回生電力は、力行を行っている列車に架線を通じて供給される。以下、この力行を行っている列車を「力行車」、力行車の走行に必要な電力を「力行電力」と称する。

【0013】

図３は、回生車における回生絞り込み制御の一例を示す図である。横軸は回生車のパンタグラフが架線に接する点の電圧であるパンタ点電圧を示し、縦軸は回生車から架線に供給される回生電流を示す。回生電力はパンタ点電圧と回生電流との積である。回生車が回生電流、すなわち回生電力を架線に供給すると、パンタ点電圧が上昇する。このとき、回生電力量に対して力行車が少ないと、回生電力過多となり架線電圧が過大となる。これを避けるため、回生車は、パンタ点電圧が図中に示す回生絞り込み開始電圧値未満の領域では全ての回生電流を回生可能電流として架線へ供給するが、パンタ点電圧が回生絞り込み開始電圧値以上となる領域では回生電流を減少させる制御を行う。この制御を回生絞り込み制御と呼ぶ。なお、一般に１５００Ｖ系の直流電化区間では、回生絞り込み開始電圧値が例えば約１６５０Ｖから約１７８０Ｖ程度に設定され、回生絞り込み終了電圧値が例えば約１７００Ｖから約１８００Ｖ程度に設定される。このような直流電化区間に在線する回生車では、回生絞り込み開始電圧値から回生絞り込み終了電圧値までの間で電圧が高まるほど回生絞り込み量を高めるように回生絞り込み制御が行われる。

【0014】

回生絞り込み制御が実施された場合、所謂回生失効により回生電力の一部が回生車で無駄に消費されるため、消費された回生電力を力行電力として有効に活用することができなくなる。回生車による回生電力を有効活用するためには、各変電所５と架線との接続点の電圧である変電所電圧が最適な値となるように制御する必要があるが、最適な変電所電圧を決定するためには列車状況を正確に把握する必要がある。近年では無線通信ネットワークを活用して無線通信装置を搭載した列車と地上装置とを無線で繋ぐ列車制御システムが普及しており、この種のシステムでは列車から無線で送信される車上情報により列車状況を把握することが可能である。ところが、このような列車制御システムが適用された路線に、無線通信装置を搭載していない異なる鉄道事業者の列車が乗り入れた場合、全ての列車状況を把握することが困難となる。

【0015】

本実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置１００は、複数の変電所５に列車の進行方向の方面別のき電線に設置された電流センサ６で測定された電流の電流値である電流i_sn、複数の変電所５に設置された電圧センサ７で測定された電圧の電圧値である電圧v_sn、各変電所５の位置を示す変電所位置x_sn、第１の列車である無線通信装置８１を搭載した列車８で測定された架線から供給される電流の電流値である電流i_tn、列車８で測定されたパンタ点電圧の電圧値である電圧v_tn、および列車８の位置を示す在線位置x_tnを用いる。直流き電電圧算出装置１００では、無線通信装置を搭載していない回生車が直流電化区間に在線する場合でも、列車運転情報推定部２が、全ての列車の状況を推定する。また、直流き電電圧算出装置１００では、変電所電圧設定値算出部３が、列車運転情報推定部２による推定結果である列車運転情報２０を用いて変電所電圧の設定値を算出することで、変電所電圧が最適な値となるように制御され、回生車による回生電力の有効活用を図ることができる。

【0016】

つぎに、図１に戻り、直流き電電圧算出装置１００の各構成部について説明する。モデル情報格納部１は、直流電化区間内を走行する各列車の列車モデル情報、各変電所５の変電所モデル情報、およびき電網モデル情報を格納する。列車モデル情報は、直流電化区間に在線する各列車における回生電力絞り込み量を制御するための情報であり、例えば、回生絞り込み開始電圧値および回生絞り込み終了電圧値などを含む。また、変電所モデル情報は、各変電所５の変電所電圧を制御するための情報であり、例えば、内部抵抗および変電所電圧の最大値などを含む。また、き電網モデル情報は、例えば、各変電所５の位置情報、架線間あるいは架線と変電所５との間の接続状態を示すものとして架線の長さおよび抵抗率などの情報を含む。なお、以下の説明では、特に言及しない限り、列車モデル情報、変電所モデル情報、き電網モデル情報を単に「モデル情報１０」と省略して説明する。

【0017】

変電所５は、電気鉄道の直流電化区間におけるき電線へ電力を供給する。変電所５は、電流センサ６および電圧センサ７を備える。変電所５において、電流センサ６は、例えば、列車の進行方向の方面別の架線またはき電線に設置され、電圧センサ７は、例えば、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）整流器などの電圧制御装置と地上側との間に設置されている。変電所５は、電流センサ６で測定された電流の電流値である電流i_snの情報、および電圧センサ７で測定された電圧の電圧値である電圧v_snの情報を含む「変電所情報５０」を列車運転情報推定部２に送信する。なお、変電所５では電流i_snおよび電圧v_snの情報を変電所情報５０としてまとめて送信せず、電流センサ６および電圧センサ７が、個別に電流i_snの情報および電圧v_snの情報を送信してもよい。

【0018】

列車８は、直流き電電圧算出装置１００と無線通信を行う無線通信装置８１を備える。列車８は、列車８の在線位置、列車８の位置でのパンタ点電圧の電圧値である電圧ｖ_tn、架線から列車８に供給される電流の電流値である電流ｉ_tn、力行電力、回生電力を測定する。また、列車８は、電圧ｖ_tnおよび回生電力から回生可能電圧を推定する。列車８は、列車８の在線位置、電圧ｖ_tn、電流ｉ_tn、力行電力、回生電力、および回生可能電圧の情報を含む第１の列車情報である「列車情報８０」を列車運転情報推定部２に送信する。

【0019】

無線通信部４は、列車８から送信された列車情報８０を受信し、受信した列車情報８０を列車運転情報推定部２に出力する。

【0020】

列車運転情報推定部２は、モデル情報格納部１に格納されたモデル情報１０と、変電所５から取得した変電所情報５０と、列車８から取得した列車情報８０とに基づいて、変電所５間、または変電所５と列車８との間、または列車８間に、第２の列車である無線通信装置を搭載していない列車が在線しているか否かを推定する。列車運転情報推定部２は、無線通信装置を搭載していない列車が在線していると推定した場合、無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報、具体的には、無線通信装置を搭載していない列車の在線位置、力行電力、回生電力、パンタ点電圧、および回生可能電力を推定する。列車運転情報推定部２における第２の列車情報の推定方法の例については後述する。列車運転情報推定部２は、列車８から取得した列車情報８０、第２の列車の在線有無の情報を「列車運転情報２０」として変電所電圧設定値算出部３に送信する。列車運転情報推定部２は、第２の列車が在線している場合、さらに、無線通信装置を搭載していない列車について推定した第２の列車情報を列車運転情報２０に含めて変電所電圧設定値算出部３に送信する。

【0021】

変電所電圧設定値算出部３は、モデル情報格納部１に格納されたモデル情報１０と、列車運転情報推定部２から取得した列車運転情報２０とに基づいて、直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように、変電所電圧を制御する変電所電圧設定値３０を算出し、変電所電圧設定値３０を変電所５に出力する。なお、変電所電圧設定値算出部３における変電所電圧設定値３０の算出手法については、上述した各種情報を用いて既知の算出手法により算出することができるため説明を割愛する。またこの変電所電圧設定値３０の算出手法により、本発明が限定されるものではない。

【0022】

変電所電圧設定値３０を受信した変電所５は、変電所電圧の値が変電所電圧設定値３０となるように制御する。

【0023】

以下では、列車運転情報推定部２における第２の列車情報の推定方法の例について、図４から図６を参照して説明する。図４は、実施の形態１にかかる列車運転情報推定部２の第２の列車情報の推定処理における変数を設定した図である。図４において、x_s1は図４の左側に示される変電所５−１の位置、i_s1は変電所５−１の電流センサ６によって測定された架線の電流、v_s1は変電所５−１の電圧センサ７によって測定された架線とレールとの間の電圧である。また、x_s2は図４の右側に示される変電所５−２の位置、i_s2は変電所５−２の電流センサ６によって測定された架線の電流、v_s2は変電所５−２の電圧センサ７によって測定された架線とレールとの間の電圧である。変電所５−１，５−２は図１に示す変電所５と同様の構成とする。また、x_tは列車無線装置を搭載していない列車９の在線位置、i_tは架線から列車９に供給される電流、v_tは列車９の位置でのパンタ点電圧、p_tは列車９の列車電力、ρは架線の長さに対する抵抗率である。なお、電流i_tは架線から列車９に流れる向きを正とする。また、列車電力p_tは、正のときは力行電力を表し、負のときは回生電力を表す。

【0024】

なお、未知の変数はx_t、i_t、v_t、p_tであり、x_s1、x_s2、ρはモデル情報格納部１に格納されているものとする。

【0025】

このとき、変電所５−１と列車９との間のオームの法則より（１）式を得る。

【0026】

【数1】

【0027】

変電所５−２と列車９との間のオームの法則より（２）式を得る。

【0028】

【数2】

【0029】

列車９におけるキルヒホッフの法則より（３）式を得る。

【0030】

【数3】

【0031】

また、列車電力は（４）式の電圧と電流の積で表される。

【0032】

【数4】

【0033】

上記４つの式から、x_t、i_t、v_t、p_tは（５）式から（８）式で表される。

【0034】

【数5】

【0035】

【数6】

【0036】

【数7】

【0037】

【数8】

【0038】

ただし、変電所５−１と変電所５−２との間に在線する列車９の消費電力が０であるような場合、i_s1とi_s2が等しくなり、変電所間に列車９が在線しているかどうかが分からず、上手く列車９の在線位置を推定できない。しかしながら、i_s1とi_s2が等しいということは列車９の消費電力が０であることを意味しているため、変電所電圧の算出には影響を与えないことに注意する。上述した方法により列車９の在線位置、および力行電力または回生電力の列車電力の推定が可能となる。

【0039】

つぎに、回生可能電力の推定方法を説明する。図５は、実施の形態１にかかる列車運転情報推定部２において回生効率の良い列車の回生可能電力推定における変数を表す図である。なお、回生可能電力を推定する対象の列車が、回生効率の良い列車または回生効率の良くない列車であるかの情報は、モデル情報格納部１の列車モデル情報に含まれているものとする。v_tは上記（７）式で推定される回生車のパンタ点電圧、v_startは回生車の回生絞り込み開始電圧値、v_endは回生車の回生絞り込み終了電圧値、i_tは上記（６）式で推定される回生車の回生電流、I_tは回生車の回生可能電流である。回生可能電力P_tは（９）式のパンタ点電圧v_tと回生可能電流I_tとの積で表される。

【0040】

【数9】

【0041】

なお、未知の変数はI_tであり、v_start、v_endはモデル情報格納部１に格納されているものとする。

【0042】

回生車の回生絞り込み制御方法の一つとして、図５に示すように、回生絞り込み開始電圧値での回生電流i_tから回生絞り込み終了電圧値までの回生電流i_tを直線で結んだ制御方法がある。

【0043】

パンタ点電圧v_tがv_start未満であるとき、回生絞り込み制御が行われていないことが分かる。そのため、回生可能電流I_tは（１０）式で表すことができる。

【0044】

【数10】

【0045】

また、パンタ点電圧v_tがv_start以上v_end未満であるとき、パンタ点電圧v_tに対応した回生電流i_tが回生可能電流I_tとして推定され、パンタ点電圧v_tがv_endであるとき、回生電流i_tが０と推定される。線形補完すると回生可能電流I_tは（１１）式で表すことができる。

【0046】

【数11】

【0047】

最後に、パンタ点電圧v_tがv_end以上であるとき、回生電流i_tは全て絞り込まれているため、i_t＝0となり、回生可能電流I_tを上手く推定できない。しかしながら、一般的に列車の回生絞り込み終了電圧値v_endは高めに設定されているため、回生電流i_tが全て絞り込まれる状況、すなわちパンタ点電圧v_tがv_end以上になる状況はほとんど起こらない。回生電流i_tが全て絞り込まれた状況において、回生可能電流I_tがどのような値であっても変電所５から力行列車に十分な電力を供給できるようにするためパンタ点電圧v_tがv_end以上であるときは回生可能電流I_tを（１２）式のように推定する。

【0048】

【数12】

【0049】

列車運転情報推定部２は、（９）式の回生可能電流I_tに、（１０）式から（１２）式で得られた回生可能電流I_tを適用することで、回生可能電力P_tを推定することができる。

【0050】

図６は、実施の形態１にかかる列車運転情報推定部２において回生効率の良くない列車の回生可能電力推定における変数を表す図である。図６において、Iは最大回生可能電流であり、モデル情報格納部１に格納されているものとする。

【0051】

パンタ点電圧v_tがv_start未満であるときは図５と同様、I_tは（１０）式で表すことができる。

【0052】

また、パンタ点電圧v_tがv_start以上v_end未満であるとき、パンタ点電圧v_tに対応した回生電流i_tが回生可能電流I_tとして推定され、パンタ点電圧v_tがv_endであるとき、回生電流i_tが０と推定される。線形補完すると回生可能電流I_tは（１３）式で表すことができる。

【0053】

【数13】

【0054】

パンタ点電圧v_tがv_end以上であるときは図５と同様、I_tは（１２）式で表すことができる。

【0055】

列車運転情報推定部２は、（９）式の回生可能電流I_tに、（１０）式、（１２）式および（１３）式で得られた回生可能電流I_tを適用することで、回生可能電力P_tを推定することができる。

【0056】

本実施の形態では、図４に示す変電所５−１，５−２の一方を、列車無線装置８１を搭載した列車８に置き換えてもよい。すなわち、直流き電電圧算出装置１００は、２つの変電所５−１，５−２に挟まれた直流電化区間において、列車無線装置８１を搭載した列車８を既知の列車として、列車無線装置を搭載していない未知の列車の在線状況を推定することができる。

【0057】

図７は、実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置１００において未知の列車９の在線状況を推定する処理を示す図である。ここでは、一例として、２つの変電所５−１，５−２の間に既知の列車８−１，８−２の２つが在線している場合について説明するが、２つの変電所５−１，５−２の間にある既知の列車８の数は１つまたは３つ以上でもよい。ここでは、既知の列車８−１における在線位置をx_t1、パンタ点電圧の電圧値をv_t1、架線から供給される電流の電流値をi_t1、列車電力をp_t1とする。また、既知の列車８−２における在線位置をx_t2、パンタ点電圧の電圧値をv_t2、架線から供給される電流の電流値をi_t2、列車電力をp_t2とする。列車８−１，８−２は図１に示す列車８と同様の構成とする。

【0058】

変電所５−１と列車８−１との間に未知の列車がいない場合、上記（１）式から（３）式により、（１４）式のように表すことができる。

【0059】

【数14】

【0060】

同様に、列車８−１と列車８−２との間に未知の列車がいない場合、上記（１）式から（３）式により、（１５）式のように表すことができる。

【0061】

【数15】

【0062】

また、列車８−２と変電所５−２との間に未知の列車がいない場合、上記（１）式から（３）式により、（１６）式のように表すことができる。

【0063】

【数16】

【0064】

なお、実際には、変電所５および列車８で測定される電流値および電圧値には誤差が含まれることが想定される。そのため、厳密には未知の列車が在線していない場合でも（１４）式から（１６）式が成り立たない可能性がある。そのため、（１４）式から（１６）式は電圧を示す式であることから、列車運転情報推定部２は、閾値として±ΔＶ（Ｖ）以内の誤差のときには（１４）式から（１６）式は成立しているものとみなす。

【0065】

（１４）式から（１６）式は、いずれも間に未知の列車９がいない場合に成立する式であり、間に未知の列車９があって回生または力行している場合、その区間では（１４）から（１６）式は成立しない。すなわち、変電所５または既知の列車８で区切られた区間において、上記（１４）式から（１６）式が成立しない区間には、未知の列車９が在線していることになる。したがって、列車運転情報推定部２は、（１７）式が成り立つ場合、変電所５−１と列車８−１との間に未知の列車９が在線していると推定できる。

【0066】

【数17】

【0067】

また、列車運転情報推定部２は、（１８）式が成り立つ場合、列車８−１と列車８−２との間に未知の列車が在線していると推定できる。

【0068】

【数18】

【0069】

また、列車運転情報推定部２は、（１９）式が成り立つ場合、列車８−２と変電所５−２との間に未知の列車が在線していると推定できる。

【0070】

【数19】

【0071】

列車運転情報推定部２は、未知の列車についての在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、および列車電力を、上記（１）式から（８）式を用いて推定することができる。すなわち、変電所５−１，５−２の位置および列車８−１，８−２の在線位置によって直流電化区間が複数の区間に分割される場合、列車運転情報推定部２は、分割された各区間において未知の列車９の在線有無を推定し、未知の列車９が在線していると推定した区間において、第２の列車情報を推定する。一例として、変電所５−１と列車８−１との間に未知の列車が在線していた場合を例にして説明する。図８は、実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置１００において変電所５−１と既知の列車８−１との間の未知の列車９の在線状況を推定する処理を示す図である。未知の列車９における在線位置をx_t、パンタ点電圧の電圧値をv_t、架線から供給される電流の電流値をi_t、列車電力をp_tとする。列車運転情報推定部２は、上記（１）式から（４）式と同様、（２０）式から（２３）式を得ることができる。

【0072】

【数20】

【0073】

【数21】

【0074】

【数22】

【0075】

【数23】

【0076】

列車運転情報推定部２は、上記（２０）式から（２３）式より、（２４）式から（２７）式を得ることができ、未知の列車９の在線位置x_t、パンタ点電圧v_t、架線から供給される電流i_t、列車電力p_tを推定することができる。

【0077】

【数24】

【0078】

【数25】

【0079】

【数26】

【0080】

【数27】

【0081】

このように、列車運転情報推定部２は、モデル情報１０、変電所５−１，５−２から取得した変電所情報５０、および既知の列車８から取得した列車情報８０に基づいて、未知の列車９の在線位置x_t、パンタ点電圧v_t、架線から供給される電流i_t、列車電力p_tを推定することができる。また、列車運転情報推定部２は、（９）式から（１３）式を用いることで、未知の列車９の回生可能電力を求めることができる。

【0082】

本実施の形態にかかる直流き電電圧制御システム２００における直流き電電圧制御処理について説明する。図９は、実施の形態１にかかる直流き電電圧制御システム２００における直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

【0083】

無線通信装置８１を搭載した既知の列車８は、自列車の在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、力行電力、回生電力を測定し、さらに回生可能電力を推定し（ステップＳＴ１０１）、測定した在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、力行電力、回生電力、および推定した回生可能電力の情報を列車情報８０として直流き電電圧算出装置１００に送信する（ステップＳＴ１０２）。直流き電電圧算出装置１００では、無線通信部４が、図２に示されるネットワーク４００を介して列車情報８０を受信し、受信した列車情報８０を列車運転情報推定部２に出力する。

【0084】

変電所５では、列車の方面別のき電線に設置された電流センサ６が電流を測定し、電圧センサ７が電圧を測定する（ステップＳＴ１０３）。変電所５は、電流センサ６で測定された電流および電圧センサ７で測定された電圧の情報を変電所情報５０として列車運転情報推定部２に送信する（ステップＳＴ１０４）。直流き電電圧算出装置１００では、列車運転情報推定部２が、図２に示されるネットワーク４００を介して変電所情報５０を受信する。

【0085】

列車運転情報推定部２は、モデル情報格納部１に格納されたモデル情報１０として、列車モデル情報、変電所モデル情報、およびき電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ１０５）、既知の列車８から列車情報８０として既知の列車８の在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、力行電力、回生電力、回生可能電力の情報を取得し（ステップＳＴ１０６）、変電所５から変電所情報５０として変電所５の電流センサ６で測定された電流および電圧センサ６で測定された電圧の情報を取得する（ステップＳＴ１０７）。

【0086】

列車運転情報推定部２は、取得したモデル情報１０、列車情報８０、および変電所情報５０に基づいて、直流き電電圧制御システム２００が管轄する直流電化区間に未知の列車９が在線しているか否かを推定する（ステップＳＴ１０８）。列車運転情報推定部２は、未知の列車９が在線していると推定した場合（ステップＳＴ１０８：Ｙｅｓ）、取得したモデル情報１０、列車情報８０、および変電所情報５０に基づいて、未知の列車９の在線位置、力行電圧、回生電力、回生可能電力を推定する（ステップＳＴ１０９）。列車運転情報推定部２は、未知の列車９が在線していないと推定した場合（ステップＳＴ１０８：Ｎｏ）、ステップＳＴ１０９の処理を省略する。列車運転情報推定部２は、未知の列車９の在線有無、列車の在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を含む列車運転情報２０を変電所電圧設定値算出部３に送信する（ステップＳＴ１１０）。列車運転情報推定部２は、未知の列車９が在線していた場合、列車８，９の在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を列車運転情報２０に含め、未知の列車９が在線していない場合、列車８の在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を列車運転情報２０に含める。

【0087】

変電所電圧設定値算出部３は、モデル情報格納部１からモデル情報１０として、列車モデル情報、変電所モデル情報、およびき電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ１１１）、列車運転情報推定部２から列車運転情報２０として、未知の列車９の在線有無、列車の在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を取得する（ステップＳＴ１１２）。変電所電圧設定値算出部３は、取得したモデル情報１０および列車運転情報２０に基づいて、変電所５の変電所電圧設定値３０を算出し（ステップＳＴ１１３）、算出した変電所電圧設定値３０の情報を変電所５に出力する（ステップＳＴ１１４）。

【0088】

変電所５は、図２に示されるネットワーク４００を介して変電所電圧設定値３０の情報を取得し、変電所電圧設定値３０の情報に基づいて変電所電圧を制御する。

【0089】

直流き電電圧算出装置１００は、上述した処理を実施することにより、無線通信装置を搭載していない列車が在線している場合でも列車運転情報２０を推定し、最適な変電所電圧が決定でき、回生電力の有効活用が可能となる。

【0090】

なお、図９では、列車８の処理の後に変電所５の処理の順番になっているが、一例であり、変電所５の処理の後に列車８の処理の順番にしてもよいし、列車８の処理および変電所５の処理を並行して行うようにしてもよい。

【0091】

つづいて、直流き電電圧算出装置１００のハードウェア構成について説明する。直流き電電圧算出装置１００において、モデル情報格納部１はメモリにより実現される。無線通信部４は無線通信のインタフェース回路により実現される。列車運転情報推定部２および変電所電圧設定値算出部３は処理回路により実現される。すなわち、直流き電電圧算出装置１００は、未知の列車９の在線位置、力行電圧、回生電力、回生可能電力を推定し、変電所５の変電所電圧設定値３０を算出するための処理回路を備える。処理回路は、専用のハードウェアであってもよいし、メモリに格納されるプログラムを実行するＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリであってもよい。

【0092】

図１０は、実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置１００の列車運転情報推定部２および変電所電圧設定値算出部３を専用のハードウェアで構成する場合の例を示す図である。処理回路が専用のハードウェアである場合、図１０に示す処理回路９１は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。列車運転情報推定部２および変電所電圧設定値算出部３の各機能を機能別に処理回路９１で実現してもよいし、各機能をまとめて処理回路９１で実現してもよい。

【0093】

図１１は、実施の形態１にかかる直流き電電圧算出装置１００の列車運転情報推定部２および変電所電圧設定値算出部３をＣＰＵおよびメモリで構成する場合の例を示す図である。処理回路がＣＰＵ９２およびメモリ９３で構成される場合、列車運転情報推定部２および変電所電圧設定値算出部３の各機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ９３に格納される。処理回路では、メモリ９３に格納されたプログラムをＣＰＵ９２が読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、直流き電電圧算出装置１００は、列車運転情報推定部２および変電所電圧設定値算出部３が処理回路により実行されるときに、未知の列車９の在線位置、力行電圧、回生電力、回生可能電力を推定するステップ、変電所５の変電所電圧設定値３０を算出するステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ９３を備える。また、これらのプログラムは、直流き電電圧算出装置１００の手順および方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、ＣＰＵ９２は、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、またはＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであってもよい。また、メモリ９３とは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically ＥＰＲＯＭ）などの、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、またはＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などが該当する。モデル情報格納部１を実現するメモリは、メモリ９３と同一であってもよい。

【0094】

なお、列車運転情報推定部２および変電所電圧設定値算出部３の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、列車運転情報推定部２の機能については専用のハードウェアとしての処理回路９１でその機能を実現し、変電所電圧設定値算出部３の機能についてはＣＰＵ９２がメモリ９３に格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。

【0095】

このように、処理回路は、専用のハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせによって、上述の各機能を実現することができる。

【0096】

以上説明したように、本実施の形態に係る直流き電電圧算出装置１００は、電圧センサ７および列車の進行方向の方面別のき電線に設置された電流センサ６を備える変電所５の位置情報を含むモデル情報１０と、電流センサ６で検出された電流と、電圧センサ７で検出された電圧と、既知の列車８から取得した列車情報８０とに基づいて、直流電化区間に在線する回生車の回生電力が高まるように変電所電圧を制御する変電所電圧設定値３０を算出し、変電所電圧設定値３０を各変電所５に出力するように構成されている。この構成により、無線通信装置を搭載していない列車９が在線している場合でも、コストを抑制しつつ、列車状況を推定することができ、最適な変電所電圧が決定でき、回生電力の更なる有効活用が可能となる。

【0097】

また、本実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置１００は、直流電化区間に在線する列車における回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報と、変電所５の位置情報を含むき電網モデル情報と、変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報とを含むモデル情報１０を格納するモデル情報格納部１を備える。また、直流き電電圧算出装置１００は、モデル情報１０と、変電所５で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値と、無線通信装置８１を搭載した列車８の第１の列車情報とに基づいて、直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定し、第１の列車情報および第２の列車情報を含む列車運転情報を出力する列車運転情報推定部２を備える。また、直流き電電圧算出装置１００は、モデル情報１０と列車運転情報２０とに基づいて、直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように変電所電圧を制御する変電所電圧設定値３０を算出し、変電所電圧設定値３０を複数の変電所５に出力する変電所電圧設定値算出部３を備えることにより、変電所電圧設定値３０を精度よく求めることができ、回生電力の更なる有効活用が可能となる。

【0098】

また、列車運転情報推定部２は、モデル情報格納部１に格納されたモデル情報１０と、変電所５および列車８で測定された電流および電圧に基づいて、変電所５−１と変電所５−２との間の直流電化区間に在線する無線通信装置を搭載していない列車９の第２の列車情報を推定するように構成されているため、変電所電圧設定値算出部３における変電所電圧設定値３０の計算精度を向上させることができる。

【0099】

また、列車運転情報推定部２が、モデル情報格納部１に格納されたモデル情報１０を用いて第２の列車情報を推定する構成例について説明したが、モデル情報１０は予め列車運転情報推定部２に設定しておくように構成してもよいし、直流き電電圧算出装置１００の外部から列車運転情報推定部２へ入力されるように構成してもよい。

【0100】

実施の形態２．
実施の形態２では、既知の列車８は回生可能電力を推定せず、列車運転情報推定部２が既知の列車８の回生可能電力を推定する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

【0101】

図１２は、実施の形態２にかかる直流き電電圧算出装置１００ａの構成例を示すブロック図である。直流き電電圧算出装置１００ａは、直流き電電圧算出装置１００の列車運転情報推定部２を列車運転情報推定部２ａに置き換えた構成である。また、直流き電電圧制御システム２００ａにおいて、直流き電電圧算出装置１００ａには、無線通信装置８１を搭載した列車８ａが接続されている。

【0102】

実施の形態２では、既知の列車８ａから送信される列車情報８０ａに回生可能電力が含まれていない点が実施の形態１と異なる。そのため、実施の形態２では、列車運転情報推定部２ａが、未知の列車９の回生可能電力を推定するとともに、既知の列車８ａの回生可能電力を推定する。列車運転情報推定部２ａにおいて、既知の列車８ａの回生可能電力を推定する方法は、実施の形態１において未知の列車９の回生可能電力を推定する方法と同様である。

【0103】

実施の形態２にかかる直流き電電圧制御システム２００ａにおける直流き電電圧制御処理について説明する。図１３は、実施の形態２にかかる直流き電電圧制御システム２００ａにおける直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

【0104】

無線通信装置８１を搭載した既知の列車８ａは、自列車の在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、力行電力、回生電力を測定し（ステップＳＴ１０１ａ）、測定した在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、力行電力、回生電力の情報を列車情報８０ａとして直流き電電圧算出装置１００に送信する（ステップＳＴ１０２ａ）。変電所５の処理は実施の形態１と同様である。

【0105】

列車運転情報推定部２ａは、モデル情報格納部１に格納されたモデル情報１０として、列車モデル情報、変電所モデル情報、およびき電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ１０５）、既知の列車８ａから列車情報８０ａとして既知の列車８ａの在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、力行電力、回生電力の情報を取得し（ステップＳＴ１０６ａ）、変電所５から変電所情報５０として変電所５の電流センサ６で測定された電流および電圧センサ６で測定された電圧の情報を取得する（ステップＳＴ１０７）。

【0106】

列車運転情報推定部２ａは、列車情報８０ａに基づいて、既知の列車８ａの回生可能電力を推定する（ステップＳＴ２０１）。列車運転情報推定部２ａは、取得したモデル情報１０、列車情報８０ａ、および変電所情報５０に基づいて、直流き電電圧制御システム２００ａが管轄する直流電化区間に未知の列車９が在線しているか否かを推定する（ステップＳＴ１０８）。列車運転情報推定部２ａは、未知の列車９が在線していると推定した場合（ステップＳＴ１０８：Ｙｅｓ）、取得したモデル情報１０、列車情報８０ａ、および変電所情報５０に基づいて、未知の列車９の在線位置、力行電圧、回生電力、回生可能電力を推定する（ステップＳＴ１０９）。列車運転情報推定部２ａは、未知の列車９が在線していないと推定した場合（ステップＳＴ１０８：Ｎｏ）、ステップＳＴ１０９の処理を省略する。列車運転情報推定部２ａは、未知の列車９の在線有無、列車の在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を含む列車運転情報２０を変電所電圧設定値算出部３に送信する（ステップＳＴ１１０）。列車運転情報推定部２ａは、未知の列車９が在線していた場合、列車８ａ，９の在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を列車運転情報２０に含め、未知の列車９が在線していない場合、列車８ａの在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を列車運転情報２０に含める。変電所電圧設定値算出部３の処理は実施の形態１と同様である。

【0107】

以上説明したように、本実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置１００ａは、既知の列車８ａの回生可能電力を、直流き電電圧算出装置１００ａで推定することとした。この場合でも、直流き電電圧制御システム２００ａでは、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、直流き電電圧算出装置１００ａの列車運転情報推定部２ａでは、既知の列車８ａの回生可能電力を推定する処理分の負荷が増えるが、列車８ａの処理負荷を低減できる。そのため、直流き電電圧算出装置１００ａよりも数の多い列車８ａの構成を、実施の形態１の列車８と比較して簡略化できる。

【0108】

実施の形態３．
実施の形態３では、直流き電電圧算出装置の無線通信部は、既知の列車から取得した列車情報を、列車運転情報推定部および変電所電圧設定値算出部に出力する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

【0109】

図１４は、実施の形態３にかかる直流き電電圧算出装置１００ｂの構成例を示すブロック図である。直流き電電圧算出装置１００ｂは、直流き電電圧算出装置１００の列車運転情報推定部２、変電所電圧設定値算出部３、および無線通信部４を、列車運転情報推定部２ｂ、変電所電圧設定値算出部３ｂ、および無線通信部４ｂに置き換えた構成である。

【0110】

無線通信部４ｂは、列車８から送信された列車情報８０を受信し、受信した列車情報８０を列車運転情報推定部２ｂおよび変電所電圧設定値算出部３ｂに出力する。

【0111】

列車運転情報推定部２ｂは、実施の形態１の列車運転情報推定部２と同様の推定処理を行うが、変電所電圧設定値算出部３ｂへ送信する情報である列車運転情報２０ｂに、列車情報８０の情報を含めない点が実施の形態１の列車運転情報推定部２と異なる。

【0112】

変電所電圧設定値算出部３ｂは、モデル情報格納部１に格納されたモデル情報１０と、列車運転情報推定部２ｂで推定された列車運転情報２０ｂと、列車８から取得した列車情報８０とに基づいて、直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように、変電所電圧を制御する変電所電圧設定値３０を算出し、変電所５に出力する。取得する情報の経路が異なるが、変電所電圧設定値算出部３ｂにおいて、変電所電圧設定値３０を算出する処理は実施の形態１の変電所電圧設定値算出部３と同様である。

【0113】

実施の形態３にかかる直流き電電圧制御システム２００ｂにおける直流き電電圧制御処理について説明する。図１５は、実施の形態３にかかる直流き電電圧制御システム２００ｂにおける直流き電電圧制御処理の一例を示すフローチャートである。

【0114】

列車８および変電所５の処理は実施の形態１と同様である。直流き電電圧算出装置１００ｂでは、無線通信部４ｂが、図２に示されるネットワーク４００を介して列車情報８０を受信し、受信した列車情報８０を列車運転情報推定部２ｂおよび変電所電圧設定値算出部３ｂに出力する。

【0115】

列車運転情報推定部２ｂのステップＳＴ１０５からステップＳＴ１０９までの処理は実施の形態１と同様である。列車運転情報推定部２ｂは、未知の列車９の在線有無、推定した未知の列車９の在線位置、力行電圧、回生電力、回生可能電力の情報を含む列車運転情報２０ｂを変電所電圧設定値算出部３ｂに送信する（ステップＳＴ１１０ｂ）。

【0116】

変電所電圧設定値算出部３ｂは、モデル情報格納部１からモデル情報１０として、列車モデル情報、変電所モデル情報、およびき電網モデル情報を取得し（ステップＳＴ１１１）、既知の列車８から列車情報８０として既知の列車８の在線位置、パンタ点電圧、架線から供給される電流、力行電力、回生電力、回生可能電力の情報を取得し（ステップＳＴ３０１）、列車運転情報推定部２ｂから列車運転情報２０ｂとして、未知の列車９の在線有無、未知の列車９の在線位置、力行電圧、回生電力、および回生可能電力の情報を取得する（ステップＳＴ１１２ｂ）。変電所電圧設定値算出部３ｂは、取得したモデル情報１０、列車情報８０、および列車運転情報２０ｂに基づいて、変電所５の変電所電圧設定値３０を算出し（ステップＳＴ１１３ｂ）、算出した変電所電圧設定値３０の情報を変電所５に出力する（ステップＳＴ１１４）。

【0117】

以上説明したように、本実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置１００ｂは、既知の列車８から列車情報８０を受信した無線通信部４ｂが、列車情報８０を列車運転情報推定部２ｂおよび変電所電圧設定値算出部３ｂに出力することとした。この場合でも、直流き電電圧制御システム２００ｂでは、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、直流き電電圧算出装置１００ｂの列車運転情報推定部２ｂは、変電所電圧設定値算出部３ｂに送信する列車運転情報２０ｂに列車情報８０を含めなくてよい。そのため、列車運転情報推定部２ｂにおける送信処理の負担を、実施の形態１の列車運転情報推定部２と比較して低減できる。

【0118】

実施の形態４．
実施の形態１では、２つの変電所５−１，５−２の間で既知の列車８および未知の列車９が在線していることを想定していたが、路線の末端では変電所が無い場合がある。実施の形態４では、一例として、変電所５−２を削除して電圧センサ７に置き換える。実施の形態１と異なる部分について説明する。

【0119】

直流き電電圧算出装置１００の構成は実施の形態１と同様である。図１６は、実施の形態４にかかる列車運転情報推定部２の第２の列車情報の推定処理における変数を設定した図である。実施の形態１における図４から、変電所５−２を削除して電圧センサ７に置き換えた状態を示している。変電所５−１、未知の列車９についての電圧、電流などの表示は図４と同様である。電圧センサ７の位置情報は、変電所５−１の位置情報などと同様、き電網モデル情報としてモデル情報格納部１に格納されている。列車運転情報推定部２は、図１６の状態においては、図４に示す変電所５−２の部分で電流i_s2＝0とすることで、実施の形態１と同様の方法により、未知の列車９の回生可能電力などを推定できる。図１６において、x_s2は図１６の右側に示される電圧センサ７の位置、v_s2は電圧センサ７によって測定された架線とレールとの間の電圧である。

【0120】

なお、実施の形態１について説明したが、実施の形態２，３にも適用可能である。

【0121】

以上説明したように、本実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置１００は、路線の末端などにおいて変電所５が設置されていない場合、末端部分に設置された電圧センサ７の位置および測定された電圧の情報を用いることとした。これにより、直流き電電圧算出装置１００は、実施の形態１と同様の方法で未知の列車９の回生可能電力などを推定でき、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

【0122】

実施の形態５．
実施の形態１では、変電所５−１、列車８−１、列車８−２、変電所５−２の間のいずれか１つの区間のみで未知の列車９が在線している場合に、列車運転情報推定部２は、未知の列車９の回生可能電圧などを推定することができた。実施の形態５では、複数の区間で未知の列車９が在線している場合に、未知の列車９の回生可能電圧などを推定する方法について説明する。実施の形態１と異なる部分について説明する。

【0123】

直流き電電圧算出装置１００の構成は実施の形態１と同様である。図１７は、実施の形態５にかかる直流き電電圧算出装置１００において変電所５−１と既知の列車８−１との間の未知の列車９−１、および既知の列車８−１，８−２間の未知の列車９−２の在線状況を推定する処理を示す図である。未知の列車９−１，９−２は図４などに示す未知の列車９と同様の構成とする。列車運転情報推定部２は、実施の形態１の（１７）式から（１９）式のいずれかに該当するときに、未知の列車９が在線している区間を推定し、未知の列車９について回生可能電圧などを推定することができた。しかしながら、列車運転情報推定部２は、図１７のように、変電所５−１と既知の列車８−１との間に未知の列車９−１が在線し、既知の列車８−１と既知の列車８−２との間に未知の列車９−２が在線している場合、未知の列車９−１，９−２のいずれについても回生可能電圧などを推定することはできない。

【0124】

このような場合、列車運転情報推定部２は、変電所５−１と既知の列車８−２との間を１つの区間とし、未知の列車９−１、既知の列車８−１、未知の列車９−２を等化的に１つの未知の列車９とみなし、未知の列車９について回生可能電圧などを推定する。すなわち、列車運転情報推定部２は、分割された区間のうち複数の区間で未知の列車９−１，９−２が在線していると推定した場合、未知の列車９−１，９−２が在線していると推定された区間を全て含む区間を１つの区間とみなし、１つの区間とみなした区間において、第２の列車情報を推定する。

【0125】

図１８は、実施の形態５にかかる直流き電電圧算出装置１００において変電所５−１と既知の列車８−２との間を１つの区間として未知の列車９の在線状況を推定する処理を示す図である。図１８に示す状態であれば、列車運転情報推定部２は、実施の形態１の（１）式から（８）式より、未知の列車９の回生可能電圧などを推定することができる。

【0126】

以上説明したように、本実施の形態にかかる直流き電電圧算出装置１００は、変電所５および既知の列車８によって分割される区間において、複数の区間で未知の列車９が在線していると推定した場合、未知の列車９が在線していると推定された区間を全て含む区間を１つの区間とみなし、１つの区間とみなした区間において、在線している未知の列車、または未知の列車および既知の列車を、１つの未知の列車９とみなして、在線位置および回生可能電圧などを推定数することとした。これにより、直流き電電圧算出装置１００は、無線通信装置を搭載していない列車９が在線している区間が複数の区間にまたがる場合でも列車状況を推定することができ、最適な変電所電圧が決定でき、回生電力の更なる有効活用が可能となる。

【0127】

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

【符号の説明】

【0128】

１ モデル情報格納部、２，２ａ，２ｂ 列車運転情報推定部、３，３ｂ 変電所電圧設定値算出部、４，４ｂ 無線通信部、５，５−１，５−２ 変電所、６ 電流センサ、７ 電圧センサ、８，８−１，８−２，９，９−１，９−２ 列車、１０ モデル情報、２０，２０ｂ 列車運転情報、３０ 変電所電圧設定値、５０ 変電所情報、８０ 列車情報、８１ 無線通信装置、１００，１００ａ，１００ｂ 直流き電電圧算出装置、２００，２００ａ，２００ｂ 直流き電電圧制御システム、３００，４００ ネットワーク。

【要約】

直流電化区間に在線する列車（８）の回生電力絞り込み量を制御する情報を含む列車モデル情報、変電所（５）の位置情報を含むき電網モデル情報、および変電所電圧の制御情報を含む変電所モデル情報、を含むモデル情報（１０）を格納するモデル情報格納部（１）と、モデル情報（１０）、変電所（５）で測定された電圧値および列車の方面別のき電線の電流値、および無線通信装置（８１）を搭載した列車（８）の第１の列車情報に基づいて、無線通信装置を搭載していない列車の第２の列車情報を推定し、列車運転情報（２０）を出力する列車運転情報推定部（２）と、モデル情報（１０）および列車運転情報（２０）に基づいて、直流電化区間に在線する回生車における回生電力が高まるように変電所電圧を制御する変電所電圧設定値（３０）を算出し、変電所（５）に出力する変電所電圧設定値算出部（３）と、を備える。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】