特許 7355610 鉄道システム及び充放電制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-09-25

(45)【発行日】2023-10-03

(54)【発明の名称】鉄道システム及び充放電制御方法

(51)【国際特許分類】

   B60M 3/06 20060101AFI20230926BHJP

   H02J 7/00 20060101ALI20230926BHJP

   H02J 7/34 20060101ALI20230926BHJP

【ＦＩ】

B60M3/06 B

H02J7/00 B

H02J7/00 P

H02J7/34 D

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2019203595

(22)【出願日】2019-11-08

(65)【公開番号】P2021075162

(43)【公開日】2021-05-20

【審査請求日】2022-10-07

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】000221616

【氏名又は名称】東日本旅客鉄道株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002365

【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】宮内 努

(72)【発明者】

【氏名】加藤 哲也

(72)【発明者】

【氏名】安河内 大

(72)【発明者】

【氏名】橋本 慎

(72)【発明者】

【氏名】南之園 弘太

【審査官】冨永 達朗

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－１４０６９９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｍ ３／０６

Ｈ０２Ｊ ７／００

Ｈ０２Ｊ ７／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

路線上を走行する１以上の鉄道車両との間で電力供給線を介して電力の授受が可能な蓄電システムを有する鉄道システムであって、
各前記鉄道車両の位置及び電力状況を示す情報に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの前記各鉄道車両における回生電力を示す回生可能電力を推定する回生可能電力推定部と、
前記推定された回生可能電力に基づいて、電力の余剰量を算出する余剰電力計算部と、
前記算出された電力の余剰量に基づいて、前記蓄電システムに充放電を指示する充放電制御指令部と、
を備え、
前記余剰電力計算部は、回生電力による電力供給を可能とする所定範囲ごとに、当該所定範囲に存在する全ての前記鉄道車両における前記回生可能電力と力行電力との差分の総和に基づいて前記電力の余剰量を算出し、
前記充放電制御指令部は、前記余剰電力計算部で前記所定範囲ごとに算出された前記電力の余剰量の最大値を用いて、前記蓄電システムに充電を指示する
ことを特徴とする鉄道システム。

【請求項2】

前記所定範囲は、一意的な距離、またはリアルタイムの演算処理によって算出される距離で定められる
ことを特徴とする請求項１に記載の鉄道システム。

【請求項3】

路線上を走行する１以上の鉄道車両との間で電力供給線を介して電力の授受が可能な蓄電システムを有する鉄道システムであって、
各前記鉄道車両の位置及び電力状況を示す情報に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの前記各鉄道車両における回生電力を示す回生可能電力を推定する回生可能電力推定部と、
前記推定された回生可能電力に基づいて、電力の余剰量を算出する余剰電力計算部と、
前記算出された電力の余剰量に基づいて、前記蓄電システムに充放電を指示する充放電制御指令部と、
前記路線を分割した複数の領域のうち、前記各鉄道車両が何れの前記領域に存在するかを判断する在線領域判断部と、
を備え、
前記余剰電力計算部は、１以上の前記領域によって定められる１以上の区域のそれぞれについて、当該区域に存在する全ての前記鉄道車両における前記回生可能電力に基づいて前記電力の余剰量を算出する
ことを特徴とする鉄道システム。

【請求項4】

前記余剰電力計算部は、前記区域ごとに、当該区域に存在する全ての前記鉄道車両における前記回生可能電力と力行電力との差分の総和に基づいて前記電力の余剰量を算出し、
前記充放電制御指令部は、前記余剰電力計算部で前記区域ごとに算出された前記電力の余剰量の最大値を用いて、前記蓄電システムに充電を指示する
ことを特徴とする請求項３に記載の鉄道システム。

【請求項5】

前記複数の領域は、前記路線に接続して設置される複数の変電所の設置地点、または隣接する前記変電所間の所定地点を分割点として分割され、
さらに、前記路線が上り方向路線と下り方向路線とに分かれている場合には、各方向路線によっても前記複数の領域は分割される
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の鉄道システム。

【請求項6】

前記隣接する変電所間の中間地点が前記分割点に含まれる
ことを特徴とする請求項５に記載の鉄道システム。

【請求項7】

路線上を走行する１以上の鉄道車両との間で電力供給線を介して電力の授受が可能な蓄電システムを有する鉄道システムであって、
各前記鉄道車両の位置及び電力状況を示す情報に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの前記各鉄道車両における回生電力を示す回生可能電力を推定する回生可能電力推定部と、
前記推定された回生可能電力に基づいて、電力の余剰量を算出する余剰電力計算部と、
前記算出された電力の余剰量に基づいて、前記蓄電システムに充放電を指示する充放電制御指令部と、
を備え、
前記各鉄道車両の位置及び電力状況を示す前記情報には、少なくとも、当該鉄道車両の速度及び運転指令が含まれる
ことを特徴とする鉄道システム。

【請求項8】

路線上を走行する１以上の鉄道車両との間で電力供給線を介して電力の授受が可能な蓄電システムを有する鉄道システムによる充放電制御方法であって、
前記鉄道システムが、各前記鉄道車両の位置及び電力状況を示す情報に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの前記各鉄道車両における回生電力を示す回生可能電力を推定する回生可能電力推定ステップと、
前記鉄道システムが、前記回生可能電力推定ステップで推定された前記回生可能電力に基づいて、電力の余剰量を算出する余剰電力計算ステップと、
前記鉄道システムが、前記余剰電力計算ステップで算出された前記電力の余剰量に基づいて、前記蓄電システムに充放電を指示する充放電制御指令ステップと、
を備え、
前記余剰電力計算ステップにおいて前記鉄道システムは、回生電力による電力供給を可能とする所定範囲ごとに、当該所定範囲に存在する全ての前記鉄道車両における前記回生可能電力と力行電力との差分の総和に基づいて前記電力の余剰量を算出し、
前記充放電制御指令ステップにおいて前記鉄道システムは、前記余剰電力計算ステップで前記所定範囲ごとに算出された前記電力の余剰量の最大値を用いて、前記蓄電システムに充電を指示する
ことを特徴とする充放電制御方法。

【請求項9】

路線上を走行する１以上の鉄道車両との間で電力供給線を介して電力の授受が可能な蓄電システムを有する鉄道システムによる充放電制御方法であって、
前記鉄道システムが、各前記鉄道車両の位置及び電力状況を示す情報に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの前記各鉄道車両における回生電力を示す回生可能電力を推定する回生可能電力推定ステップと、
前記鉄道システムが、前記回生可能電力推定ステップで推定された前記回生可能電力に基づいて、電力の余剰量を算出する余剰電力計算ステップと、
前記鉄道システムが、前記余剰電力計算ステップで算出された前記電力の余剰量に基づいて、前記蓄電システムに充放電を指示する充放電制御指令ステップと、
前記鉄道システムが、前記路線を分割した複数の領域のうち、前記各鉄道車両が何れの前記領域に存在するかを判断する在線領域判断ステップと、
を備え、
前記余剰電力計算ステップにおいて前記鉄道システムは、１以上の前記領域によって定められる１以上の区域のそれぞれについて、当該区域に存在する全ての前記鉄道車両における前記回生可能電力に基づいて前記電力の余剰量を算出する
ことを特徴とする充放電制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄道システム及び充放電制御方法に関し、鉄道車両を動作させるための鉄道システム及び充放電制御方法に適用して好適なものである。

【背景技術】

【0002】

従来、鉄道の省エネルギーを実現するために、回生ブレーキを行っている車両（以下、回生車両）により発生した回生電力を有効活用する技術が知られている。具体的には、回生車両の近傍に電力供給を受けている車両（以下、負荷車両）が存在する場合には、回生車両で発生した回生電力が負荷車両に供給されて有効利用される。また、回生車両の近傍に負荷車両が存在しない場合には、回生電力をより遠くの車両に供給しようとするため、回生車両は電圧を上昇させる。そして回生車両の電圧がある一定の値まで上昇した場合、車両内の機器の保護や電圧の安定化等のため、回生電力を絞り込むことで電圧の上昇を抑制する回生絞り込み制御が働く。その場合、本来利用できるはずの回生電力（以下、回生可能電力）が有効利用できないことになる。このような事象の発生を抑制するため、路線上に蓄電装置（蓄電システム）を設置し、蓄電システムに充電することで、回生絞り込みを少なくして回生電力の有効利用を図ることが考えられている。

【0003】

しかしながら、蓄電システムを導入することは、これまで回生車両と負荷車両との間で行っていた回生電力の融通を阻害することになる。また、蓄電システムの充放電を行うときにはその内部にある抵抗により損失が発生するため、蓄電システムに充電した電力が全て省エネルギー効果に繋がるわけではないという問題もあった。

【0004】

以上のような背景を考慮して、例えば特許文献１には、回生電力の融通を促進し、本当に充電が必要なときにのみ充電を行って省エネルギー化を図ることを目的として、蓄電装置が設置されている変電所区間の電流を測定し、その測定した電流に基づいて変電所区間内の余剰電流を予測することにより、蓄電装置の充電の実行可否を決定するき電システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１６－０４９８１７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１に開示された技術の場合、変電所区間で測定した電流は、既に回生絞り込み制御が行われた後の電流である可能性を排除できないため、余剰電流の有無を完全に把握することは困難であり、実際には余剰電流があったとしても蓄電装置への充電を決定できない可能性があった。この場合、回生可能電力の有効利用が十分とは言えず、省エネルギー効果が低減するおそれがあった。また、回生絞り込み制御の有無を判断するためには車両の電圧が必要となるが、特許文献１には、車両の電圧を利用することについて開示されておらず、回生絞り込み制御の有無を考慮して余剰電力を算出することは困難であった。

【0007】

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、回生絞り込み量を含めて余剰電力を算出し、算出した余剰電力に基づいて蓄電システムに対して充放電指令を行うことが可能な鉄道システム及び充放電制御方法を提案しようとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

かかる課題を解決するため本発明においては、路線上を走行する１以上の鉄道車両との間で電力供給線を介して電力の授受が可能な蓄電システムを有する鉄道システムであって、各前記鉄道車両の位置及び電力状況を示す情報に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの前記各鉄道車両における回生電力を示す回生可能電力を推定する回生可能電力推定部と、前記推定された回生可能電力に基づいて、電力の余剰量を算出する余剰電力計算部と、前記算出された電力の余剰量に基づいて、前記蓄電システムに充放電を指示する充放電制御指令部と、を備え、前記余剰電力計算部は、回生電力による電力供給を可能とする所定範囲ごとに、当該所定範囲に存在する全ての前記鉄道車両における前記回生可能電力と力行電力との差分の総和に基づいて前記電力の余剰量を算出し、前記充放電制御指令部は、前記余剰電力計算部で前記所定範囲ごとに算出された前記電力の余剰量の最大値を用いて、前記蓄電システムに充電を指示する、鉄道システムが提供される。

【0009】

また、かかる課題を解決するため本発明においては、路線上を走行する１以上の鉄道車両との間で電力供給線を介して電力の授受が可能な蓄電システムを有する鉄道システムによる充放電制御方法であって、前記鉄道システムが、各前記鉄道車両の位置及び電力状況を示す情報に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの前記各鉄道車両における回生電力を示す回生可能電力を推定する回生可能電力推定ステップと、前記鉄道システムが、前記回生可能電力推定ステップで推定された前記回生可能電力に基づいて、電力の余剰量を算出する余剰電力計算ステップと、前記鉄道システムが、前記余剰電力計算ステップで算出された前記電力の余剰量に基づいて、前記蓄電システムに充放電を指示する充放電制御指令ステップと、を備え、前記余剰電力計算ステップにおいて前記鉄道システムは、回生電力による電力供給を可能とする所定範囲ごとに、当該所定範囲に存在する全ての前記鉄道車両における前記回生可能電力と力行電力との差分の総和に基づいて前記電力の余剰量を算出し、前記充放電制御指令ステップにおいて前記鉄道システムは、前記余剰電力計算ステップで前記所定範囲ごとに算出された前記電力の余剰量の最大値を用いて、前記蓄電システムに充電を指示する、充放電制御方法が提供される。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、回生絞り込み量を含めて算出した余剰電力に基づいて蓄電システムに対する充放電指令を行うことにより、省エネルギー効率の高い蓄電システムの制御を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る鉄道システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】図１に示した蓄電制御システムの内部構成例を示すブロック図である。

【図3】回生性能テーブルの一例である。

【図4】電制力テーブルの一例である。

【図5】効率テーブルの一例である。

【図6】回生可能電力推定処理の処理手順例を示すフローチャートである。

【図7】車両電力計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。

【図8】余剰電力計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。

【図9】在線する全車両の電力の一例を示す図である。

【図10】充放電制御指令決定処理の処理手順例を示すフローチャートである。

【図11】本発明の第２の実施形態に係る鉄道システムの構成例を示すブロック図である。

【図12】図１１に示した蓄電制御システムの内部構成例を示すブロック図である。

【図13】領域マップの一例である。

【図14】領域マップの別例である。

【図15】在線判断処理の処理手順例を示すフローチャートである。

【図16】路線上を分割した領域の一例を示す図である。

【図17】制御テーブルの一例である。

【図18】第２の余剰電力計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。

【図19】路線上を分割した領域ごとの電力の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳述する。

【0013】

（１）第１の実施形態
（１－１）構成
図１は、本発明の第１の実施形態に係る鉄道システムの構成例を示すブロック図である。図１において、実線は鉄道システム１００及び関連設備の接続関係を表し、破線は鉄道システム１００及び関連設備における情報の流れを表す。

【0014】

図１に示したように、第１の実施形態に係る鉄道システム１００は、電力供給線１０１を介して１以上の鉄道車両１０２（個別には例えば鉄道車両１０２Ａ，１０２Ｂ）に対して電力の授受を行う電力供給設備１０３及び電力の充放電が可能な蓄電システム１０４と、蓄電システム１０４の制御を行う蓄電制御システム１０５を備えて構成される。簡便のため、以後の説明では、鉄道車両１０２を単に車両１０２とも表記する。

【0015】

このうち、蓄電制御システム１０５は、各車両１０２Ａ，１０２Ｂにおける電力状況を示す電力状況情報１１１（個別には電力状況情報１１１Ａ，１１１Ｂ）と蓄電システム１０４の状態を示す状態情報１１２とに基づいて充放電制御指令１１３を決定し、蓄電システム１０４に伝送する。電力状況情報１１１は、車両１０２の識別子（車両ＩＤ）、進行方向、位置、速度、運転指令、電力、及び乗車率を含んで構成され、無線通信または有線通信によって各車両１０２Ａ，１０２Ｂから蓄電制御システム１０５に送信される。車両ＩＤは車両１０２ごとに予め定められているとする。また、状態情報１１２は、蓄電システム１０４の充電量及び最大充放電電力を含んで構成され、無線通信または有線通信によって蓄電システム１０４から蓄電制御システム１０５に送信される。

【0016】

図２は、図１に示した蓄電制御システム１０５の内部構成例を示すブロック図である。図２に示したように、蓄電制御システム１０５は、回生可能電力推定部１２１、車両電力計算部１２２、余剰電力計算部１２３、及び充放電制御指令部１２４を備えて構成される。

【0017】

回生可能電力推定部１２１は、蓄電制御システム１０５が車両１０２から受信した電力状況情報１１１に含まれる乗車率、運転指令、速度、及び車両ＩＤの情報、並びに、電力状況情報１１１に含まれるこれらの情報に対する回生性能を示す回生性能テーブル１３１に基づいて、回生絞り込みが発生しないと想定したときの回生電力を意味する回生可能電力１３２を推定する。回生可能電力推定部１２１による上記の処理を回生可能電力推定処理と称し、その処理手順は後述する図６に示す。

【0018】

車両電力計算部１２２は、蓄電制御システム１０５が車両１０２から受信した電力状況情報１１１に含まれる運転指令及び電力の情報、並びに回生可能電力推定部１２１で推定された回生可能電力１３２に基づいて、各車両１０２の車両電力１３３を算出する。車両電力計算部１２２による上記の処理を車両電力計算処理と称し、その処理手順は後述する図７に示す。

【0019】

余剰電力計算部１２３は、蓄電制御システム１０５が車両１０２から受信した電力状況情報１１１に含まれる全ての車両１０２のデータに対して得られた位置の情報、及び車両電力計算部１２２で算出された各車両１０２の車両電力１３３に基づいて、路線内の余剰電力１３４を算出する。余剰電力計算部１２３による上記の処理を余剰電力計算処理と称し、その処理手順は後述する図８に示す。

【0020】

充放電制御指令部１２４は、余剰電力計算部１２３で算出された余剰電力１３４、及び蓄電制御システム１０５が蓄電システム１０４から受信した状態情報１１２に含まれる蓄電システム１０４の最大充電電力に基づいて、蓄電システム１０４における充放電を制御する充放電制御指令１１３を決定する。充放電制御指令部１２４による上記の処理を充放電制御指令決定処理と称し、その処理手順は後述する図１０に示す。

【0021】

（１－２）回生可能電力の推定
（１－２－１）回生性能テーブル
図３は、回生性能テーブルの一例である。図３に示した回生可能電力テーブル１３１１は、本実施形態における回生性能テーブルの一例であって、乗車率ごとに、車両１０２の速度及び運転指令に対する回生電力の性能を示したものである。回生可能電力テーブル１３１１の横軸は速度を表し、縦軸は回生可能電力を表している。また、回生可能電力テーブル１３１１は、運転指令ごとにそれぞれ異なる回生電力の特性を有している。図３では、ブレーキを指令する３種類の運転指令「Ｂ１Ｎ」、「Ｂ２Ｎ」、及び「Ｂ３Ｎ」が例示されているが、運転指令に応じて必要な数だけ用意してよい。なお、回生電力の特性は車両１０２の電圧によっても変化するため、回生可能電力テーブル１３１１は、回生が行われる一般的な電圧を用いて作成する。また、一般的な電圧の代わりとして、回生可能電力テーブル１３１１は、路線ごとに抽出した回生時の電圧を用いて作成するようにしてもよい。

【0022】

そして、回生性能テーブル１３１として上記回生可能電力テーブル１３１１による形式が用いられる場合、回生可能電力推定部１２１は、車両１０２の速度と運転指令に基づいて、回生可能電力１３２を算出（推定）することができる。

【0023】

なお、本実施形態で利用可能な回生性能テーブル１３１は、図３に例示した回生可能電力テーブル１３１１のように一次的に回生可能電力１３２が得られる形式に限定されるものではなく、多段階の処理を経て回生可能電力１３２が得られる形式であってもよい。具体的には例えば、乗車率ごとの車両速度及び運転指令に対する電制力を示す電制力テーブルと、車両速度及び電制力に対する効率を示す効率テーブルとを用意し、これらを組み合わせて回生可能電力特性を得る形式であってもよい。また、何れの形式であっても、回生性能テーブル１３１は、車両１０２ごとに、言い換えれば車両ＩＤに紐付けて、それぞれテーブルが用意されてよい。

【0024】

図４は、電制力テーブルの一例であり、図５は、効率テーブルの一例である。図４に示した電制力テーブル１３１２では、乗車率ごとに、車両１０２の速度及び運転指令に対する電制力が示されている。また、図５に示した効率テーブル１３１３では、車両１０２の速度と車両１０２で発生する電制力とに対する効率が示されている。

【0025】

そして、回生性能テーブル１３１として上記の電制力テーブル１３１２及び効率テーブル１３１３による形式が用いられる場合、回生可能電力推定部１２１は、車両１０２の速度及び運転指令に基づいて電制力を算出した後、速度及び電制力に基づいて効率を算出し、最終的には電制力、効率及び速度に基づいて回生可能電力１３２を算出（推定）することができる。

【0026】

（１－２－２）回生可能電力推定処理
図６は、回生可能電力推定処理の処理手順例を示すフローチャートである。前述したように、回生可能電力推定処理は回生可能電力推定部１２１によって実行される。

【0027】

図６によればまず、回生可能電力推定部１２１は、電力状況情報１１１に含まれる乗車率、速度、及び運転指令を抽出する（ステップＳ１０１）。次に回生可能電力推定部１２１は、ステップＳ１０１で抽出した運転指令がブレーキか否かを判定し（ステップＳ１０２）、ブレーキであればステップＳ１０３に進み、ブレーキ以外であればステップＳ１０８に進む。

【0028】

ステップＳ１０３では、回生可能電力推定部１２１は、回生性能テーブル１３１の形式が電力で表されるか否かを判定し、電力で表される形式の場合はステップＳ１０４に進み、電力以外（具体的には電制力及び効率）で表される形式の場合は、ステップＳ１０５に進む。

【0029】

ステップＳ１０４では、回生可能電力推定部１２１は、ステップＳ１０１で抽出した乗車率を基に、回生可能電力テーブル１３１１から該当するテーブルを選択し、選択したテーブルを用いて、ステップＳ１０１で抽出した速度及び運転指令に基づいて回生可能電力１３２を算出し、回生可能電力推定処理を終了する。

【0030】

一方、ステップＳ１０５では、回生可能電力推定部１２１は、ステップＳ１０１で抽出した乗車率を基に、電制力テーブル１３１２から該当するテーブルを選択し、選択したテーブルを用いて、ステップＳ１０１で抽出した速度及び運転指令に基づいて電制力ＢＥを算出する。

【0031】

そして、回生可能電力推定部１２１は、ステップＳ１０１で抽出した乗車率を基に、効率テーブル１３１３から該当するテーブルを選択し、選択したテーブルを用いて、ステップＳ１０１で抽出した速度とステップＳ１０５で算出した電制力ＢＥとに基づいて効率μを算出する（ステップＳ１０６）。

【0032】

そして、回生可能電力推定部１２１は、ステップＳ１０１で抽出した速度、ステップＳ１０５で算出した電制力ＢＥ、及びステップＳ１０６で算出した効率μを用いて、以下の式１の計算式で回生可能電力１３２を算出し（ステップＳ１０７）、回生可能電力推定処理を終了する。

【数1】

【0033】

また、ステップＳ１０２においてステップＳ１０１で抽出した運転指令がブレーキ以外であると判定された場合は、ステップＳ１０８において、回生可能電力推定部１２１は、回生可能電力１３２を「０」とし、回生可能電力推定処理を終了する。

【0034】

以上、図６に示した回生可能電力推定処理を実行することによって、回生可能電力推定部１２１は、回生絞り込みが発生しないと想定したときの回生可能電力１３２を算出（推定）することができ、これを車両電力計算部１２２に出力する。

【0035】

なお、図６では、回生性能テーブル１３１が、図３の回生可能電力テーブル１３１１の形式（電力で表される形式）と、図４の電制力テーブル１３１２及び図５の効率テーブル１３１３に分かれた形式（電制力及び効率で表される形式）との何れの形式であっても対応可能な処理手順を示したが、本実施形態では、回生性能テーブル１３１の形式は、電力で表されるか、電制力及び効率で表されるかの何れかであってもよい。このとき、回生可能電力推定部１２１は、保持している回生性能テーブル１３１の形式に応じて、上記の図６の処理の一部を省略することができる。具体的には、回生性能テーブル１３１が電力で表される形式の場合、ステップＳ１０３，Ｓ１０５～Ｓ１０７の処理を省略してよく、回生性能テーブル１３１が電制力及び効率で表される形式の場合、ステップＳ１０３～Ｓ１０４の処理を省略してよい。

【0036】

また、ステップＳ１０４またはステップＳ１０５に関する上記説明は、乗車率に紐付いた複数の回生性能テーブル１３１（回生可能電力テーブル１３１１、電制力テーブル１３１２）において、ステップＳ１０１で抽出した乗車率に該当するテーブルがそれぞれ存在する場合を前提としたものであるが、回生可能電力推定部１２１は、乗車率が該当する回生性能テーブル１３１が存在しない場合には、以下の派生処理を行うことによって回生可能電力１３２を算出することができる。

【0037】

まず、回生可能電力テーブル１３１１を利用するステップＳ１０４の派生処理を説明する。

【0038】

ステップＳ１０４において、ステップＳ１０１で抽出した乗車率に該当する回生可能電力テーブル１３１１が存在しない場合、回生可能電力推定部１２１は、複数の回生可能電力テーブル１３１１のうちから、上記抽出した乗車率よりも小さくかつ最も近い乗車率の回生可能電力テーブルＡと、上記抽出した乗車率よりも大きくかつ最も近い乗車率の回生可能電力テーブルＢを選択し、これらを用いて線形補間を行う。なお、上記抽出した乗車率が非常に小さいまたは非常に大きい場合に回生可能電力テーブルＡ，Ｂの何れかを選択できないことが考えられるが、この場合は、上記抽出した乗車率に近い乗車率の回生可能電力テーブルを２つ選択して、回生可能電力テーブルＡ，Ｂとすればよい。

【0039】

ここで、回生可能電力テーブルＡの乗車率をａｉ、回生可能電力テーブルＢの乗車率をｂｉとし、それぞれの回生可能電力テーブルＡ，Ｂにおいて速度及び運転指令に基づいて定まる回生可能電力をａｐ，ｂｐとした場合、回生可能電力推定部１２１は、以下の式２の計算式を用いて回生可能電力１３２を算出することができる。

【数2】

なお、式２における「乗車率」はステップＳ１０１で抽出した乗車率を意味する。

【0040】

次に、電制力テーブル１３１２を利用するステップＳ１０５の派生処理を説明する。

【0041】

ステップＳ１０５において、ステップＳ１０１で抽出した乗車率に該当する電制力テーブル１３１２が存在しない場合、回生可能電力推定部１２１は、複数の電制力テーブル１３１２のうちから、上記抽出した乗車率よりも小さくかつ最も近い乗車率の電制力テーブルＡと、上記抽出した乗車率よりも大きくかつ最も近い乗車率の電制力テーブルＢを選択し、これらを用いて線形補間を行う。なお、上記抽出した乗車率が非常に小さいまたは非常に大きい場合に電制力テーブルＡ，Ｂの何れかを選択できないことが考えられるが、この場合は、上記抽出した乗車率に近い乗車率の電制力テーブルを２つ選択して、電制力テーブルＡ，Ｂとすればよい。

【0042】

ここで、電制力テーブルＡの乗車率をａｉ、電制力テーブルＢの乗車率をｂｉとし、それぞれの電制力テーブルＡ，Ｂにおいて速度及び運転指令に基づいて定まる電制力をａｎ，ｂｎとした場合、回生可能電力推定部１２１は、以下の式３の計算式を用いて電制力ＢＥを算出することができる。

【数3】

なお、式３における「乗車率」はステップＳ１０１で抽出した乗車率を意味する。

【0043】

（１－３）車両電力の算出
図７は、車両電力計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。前述したように、車両電力計算処理は車両電力計算部１２２によって実行される。

【0044】

図７によればまず、車両電力計算部１２２は、電力状況情報１１１に含まれる運転指令がブレーキか否かを判定し（ステップＳ２０１）、ブレーキであればステップＳ２０２に進み、ブレーキ以外であればステップＳ２０３に進む。

【0045】

ステップＳ２０２では、車両電力計算部１２２は、回生可能電力推定部１２１で推定された回生可能電力１３２を車両電力１３３に決定し、車両電力計算処理を終了する。

【0046】

一方、ステップＳ２０３では、車両電力計算部１２２は、電力状況情報１１１に含まれる電力を車両電力１３３に決定し、車両電力計算処理を終了する。

【0047】

なお、ステップＳ２０３で車両電力１３３として決定される電力状況情報１１１に含まれる電力は、当該車両における力行電力であり、車両電力１３３において正値で表される。一方、ステップＳ２０２で車両電力１３３として決定される回生可能電力１３２は、前述したように当該車両における回生電力の推定値であり、これは車両電力１３３において負値で表される。

【0048】

以上、図７の車両電力計算処理を実行することによって、回生可能電力推定部１２１は、車両電力１３３を算出することができ、これを余剰電力計算部１２３に出力する。

【0049】

（１－４）余剰電力の算出
（１－４－１）余剰電力計算処理
図８は、余剰電力計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。前述したように、余剰電力計算処理は余剰電力計算部１２３によって実行される。

【0050】

図８によればまず、余剰電力計算部１２３は、電力状況情報１１１に含まれる全ての車両１０２のデータ数Ｎを取得する（ステップＳ３０１）。

【0051】

次に、余剰電力計算部１２３は、範囲カウンタを表す変数ｉを「１」とし、算出すべき余剰電力Ｘを「０」で初期化する（ステップＳ３０２）。

【0052】

次に、余剰電力計算部１２３は、車両電力１３３を参照して車両ｉの電力Ｐが負か否かを判定し（ステップＳ３０３）、負であればステップＳ３０４に進み、負以外、すなわち正または０であれば、ステップＳ３０４，Ｓ３０５をスキップしてステップＳ３０６に進む。なお、車両電力計算処理で前述したように、車両電力１３３において、車両ｉの電力Ｐは、力行電力の場合は正値で表され、回生電力の場合は負値で表される。したがって、ステップＳ３０３において車両ｉの電力Ｐが負の場合は、回生電力が発生するため、余剰電力が発生し得る状況であることを意味する。

【0053】

ステップＳ３０４では、余剰電力計算部１２３は、車両ｉから距離Ｗの範囲にある全ての車両について、回生可能電力推定部１２１によって算出された各車両の車両電力１３３を加算して、その和に「－１」を掛けた値を余剰電力Ｙとして算出する。なお、距離Ｗは、余剰電力１３４を算出する範囲（余剰電力判定範囲）を定める距離であり、詳細は後述する。

【0054】

次に、余剰電力計算部１２３は、現在記憶されている余剰電力Ｘと余剰電力Ｙとを比較し、大きい方の値で余剰電力Ｘを更新し（ステップＳ３０５）、ステップＳ３０６に進む。

【0055】

ステップＳ３０６では、余剰電力計算部１２３は、変数ｉの値を「１」加算する。

【0056】

次に、余剰電力計算部１２３は、ｉがステップＳ３０１で取得したＮよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ３０７）。ステップＳ３０７においてｉがＮよりも大きい場合、Ｎ個の全車両１０２について余剰電力Ｘの算出が終了していることを意味し、このときステップＳ３０８に進む。一方、ステップＳ３０７においてｉがＮ以下の場合、余剰電力Ｘの算出が行われていない車両１０２が残っていることを意味し、このときステップＳ３０３に戻り、ステップＳ３０３以降の処理を繰り返す。

【0057】

そして、ステップＳ３０８において、余剰電力計算部１２３は、最終的な余剰電力Ｘを余剰電力１３４として充放電制御指令部１２４に出力し、余剰電力計算処理を終了する。

【0058】

ここで、ステップＳ３０４で使用した、余剰電力１３４の判定範囲を定める距離Ｗについて補足する。

【0059】

本実施形態において距離Ｗは、例えば、予め定めた固定値としてもよく、具体的には５［ｋｍ］等と設定することができる。距離Ｗは、回生車両から電力供給できる範囲を示すものであり、回生絞り込みを少なくするためには小さい値の方がよい。一方で、距離Ｗを過剰に小さくすると、本来融通できる範囲であっても電力を融通できない範囲として算出することになり、余剰電力計算処理で算出される余剰電力１３４が多くなってしまうために、融通したほうが良い状況であっても蓄電システム１０４に充電するという制御指令が決定されてしまう現象が発生し得る。したがって、距離Ｗを固定値とする場合は、路線を走行する車両１０２の本数や瞬時電力等を考慮して決定することが好ましい。

【0060】

また、本実施形態において距離Ｗは、一意的に定められるのではなく、例えばリアルタイムに算出されるようにしてもよい。具体的には、車両ｉの電力Ｐ［ｋＷ］、架線の長さあたりの抵抗Ｒ［Ω／ｋｍ］、回生絞り込みを抑制する電位差の限界Ｖｘ［Ｖ］を用いて、以下の式４によってリアルタイムに距離Ｗを算出することができる。なお、式４においてＷの単位は［ｋｍ］である。また、Ｖｘは、車両力行時の基準電圧Ｖ１と車両回生時の基準電圧Ｖ２を用いて、以下の式５によって算出される。

【数4】

【0061】

なお、上記の式５において、車両力行時の基準電圧Ｖ１及び車両回生時の基準電圧Ｖ２は、路線を走行する車両１０２のデータを基に、力行時と回生時のそれぞれの平均値を算出することによって定めてもよい。

【0062】

（１－４－２）具体的な算出例
図９は、在線する全車両の電力の一例を示す図である。図９に示した電力情報１４１１は、在線する各車両１０２からの電力状況情報１１１に含まれる各車両の車両ＩＤ（車両Ｎｏ）及び位置と、車両電力１３３に示される各車両の電力と、をまとめた具体例を示すものである。以下の説明では、車両Ｎｏ１～車両Ｎｏ６の車両を車両１～車両６と表記する。図９の電力情報１４１１を用いて、図８に示した余剰電力計算処理による余剰電力１３４の具体的な算出例を説明する。

【0063】

まずステップＳ３０１では、図９からＮ＝６を取得する。次に、ステップＳ３０２では、ｉ＝１、余剰電力Ｘ＝０とする。

【0064】

ステップＳ３０３では、車両ｉ（ｉ＝１）の電力が負であるかを判定する。図９によれば、車両１の電力は２４００［ｋＷ］で正であることから、ステップＳ３０６に進む。

【0065】

ステップＳ３０６ではｉ＝２となり、次のステップＳ３０７の判定では、ｉ＞Ｎではないことから、ステップＳ３０３に戻る。

【0066】

ｉ＝２の場合も、車両ｉの電力は１３００［ｋＷ］で正であることから、ステップＳ３０３の判定結果はＮＯとなり、ステップＳ３０６に進み、ｉ＝３となる。そして、ステップＳ３０７ではｉ＞Ｎではないことから、再びステップＳ３０３に戻る。

【0067】

ｉ＝３の場合、車両ｉの電力は－３４００［ｋＷ］で負となる。そこで、ステップＳ３０３の判定結果はＹＥＳとなり、ステップＳ３０４に進む。

【0068】

ステップＳ３０４では、余剰電力判定範囲とする距離Ｗ内の車両の電力から余剰電力Ｙを計算する。本例では距離Ｗを５［ｋｍ］とする。ここで、図９によれば、車両ｉ（ｉ＝３）の位置は６．０［ｋｍ］であるから、この位置を基準として±５［ｋｍ］の範囲内に存在する車両は、車両１、車両２、車両３、及び車両４となる。そこでこれらの各車両の電力を加算すると、２４００＋１３００－３４００－２８００＝－２５００［ｋＷ］となり、これに「－１」を掛けることで、余剰電力Ｙ＝２５００が得られる。

【0069】

次にステップＳ３０５では、現在の余剰電力Ｘ（＝０）と余剰電力Ｙ（＝２５００）とを比較し、大きいほうの値を余剰電力Ｘとするので、余剰電力Ｘ＝２５００となる。

【0070】

次にステップＳ３０６では、ｉ＝４となり、ステップＳ３０７ではｉ＞Ｎではないことから、再びステップＳ３０３に戻る。

【0071】

ｉ＝４の場合、車両ｉの電力は－２８００［ｋＷ］で負となるため、ステップＳ３０３の判定結果はＹＥＳとなり、ステップＳ３０４に進む。

【0072】

ステップＳ３０４では、余剰電力Ｙを計算する。図９によれば、車両ｉ（ｉ＝４）の位置は１１．０［ｋｍ］であるから、この位置を基準として±５［ｋｍ］の範囲内に存在する車両は、車両３、車両４、及び車両５となる。そこでこれらの各車両の電力を加算すると、－３４００－２８００＋２４００＝－３８００［ｋｗ］となり、これに「－１」を掛けることで、余剰電力Ｙ＝３８００が得られる。

【0073】

次に、ステップＳ３０５では、現在の余剰電力Ｘ（＝２５００）と余剰電力Ｙ（＝３８００）とを比較し、大きいほうの値を余剰電力Ｘとするので、余剰電力Ｘ＝３８００となる。

【0074】

次に、ステップＳ３０６ではｉ＝５となり、ステップＳ３０７ではｉ＞Ｎではないことから、再びステップＳ３０３に戻る。

【0075】

ｉ＝５の場合、車両ｉの電力は２４００［ｋＷ］で正であることから、ステップＳ３０３の判定結果はＮＯとなり、ステップＳ３０６に進み、ｉ＝６となる。そして、ステップＳ３０７ではｉ＞Ｎではないことから、再びステップＳ３０３に戻る。

【0076】

ｉ＝６の場合、車両ｉの電力は３６００［ｋＷ］で正であることから、ステップＳ３０３の判定結果はＮＯとなり、ステップＳ３０６に進み、ｉ＝７となる。そして、ステップＳ３０７ではｉ＞Ｎとなることから、ステップＳ３０８に進む。

【0077】

そして、ステップＳ３０８では、現在の余剰電力Ｘ（＝３８００）が最終的に算出された余剰電力１３４として出力される。以上のように計算することで、余剰電力計算部１２３は、余剰電力判定範囲Ｗで定められたうちで最も大きい余剰電力を抽出することができる。

【0078】

（１－５）充放電制御指令の決定
図１０は、充放電制御指令決定処理の処理手順例を示すフローチャートである。前述したように、充放電制御指令決定処理は充放電制御指令部１２４によって実行される。

【0079】

図１０によればまず、充放電制御指令部１２４は、蓄電制御システム１０５が蓄電システム１０４から受信した状態情報１１２のうちから、蓄電システム１０４の最大充電電力Ｃを取得する（ステップＳ４０１）。

【0080】

次に、充放電制御指令部１２４は、ステップＳ４０１で取得した最大充電電力Ｃと、余剰電力計算部１２３による余剰電力計算処理で算出された余剰電力１３４とを比較し、小さい方の値を充放電制御指令１１３として決定し（ステップＳ４０２）、充放電制御指令決定処理を終了する。このようにして決定された充放電制御指令１１３は、最大充電電力Ｃを超えることなく、当該時点で算出された余剰電力１３４を最大限に充電する指令となり、これが蓄電システム１０４に入力される。

【0081】

以上、本実施形態に係る鉄道システム１００では、蓄電制御システム１０５において上述した各処理が行なわれることによって、車両１０２の回生電力で余剰となり得る電力を算出し、蓄電システム１０４において、最大充電電力の性能を考慮した充放電を行うことが可能となる。

【0082】

特に、本実施形態に係る鉄道システム１００によれば、回生絞り込み制御による回生絞り込み量を考慮して、本来利用できるはずの回生電力（回生可能電力）を推定し、この回生可能電力を用いて余剰電力を算出することにより、蓄電システム１０４に対する省エネルギー効率の高い充放電制御を実現することができる。

【0083】

（２）第２の実施形態
（２－１）構成
第１の実施形態では、回生車両から一定範囲（Ｗ）内に存在する全ての車両１０２の電力を加算することによって余剰電力１３４を算出し、蓄電システム１０４の充放電を決定する鉄道システム１００について説明した。これに対し、第２の実施形態では、路線上を複数の領域に分割し、１以上の領域を余剰電力判定範囲として定め、余剰電力判定範囲に存在する車両１０２の電力に基づいて余剰電力２３４を算出し、蓄電システム１０４の充放電を決定する鉄道システム２００について説明する。

【0084】

図１１は、本発明の第２の実施形態に係る鉄道システムの構成例を示すブロック図である。図１１において、実線は鉄道システム２００及び関連設備の接続関係を表し、破線は鉄道システム２００及び関連設備における情報の流れを表す。なお、図１１においては、第１の実施形態で説明した図１と同様の構成や情報については、同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。

【0085】

図１１に示したように、第２の実施形態に係る鉄道システム２００は、電力供給線１０１を介して１以上の鉄道車両１０２（個別には例えば鉄道車両１０２Ａ，１０２Ｂ）に対して電力の授受を行う電力供給設備１０３及び蓄電システム１０４と、蓄電システム１０４の制御を行う蓄電制御システム２０１とを備えて構成される。

【0086】

このうち、蓄電制御システム２０１は、各車両１０２Ａ，１０２Ｂからの電力状況情報１１１（個別には電力状況情報１１１Ａ，１１１Ｂ）と蓄電システム１０４からの状態情報１１２とに基づいて充放電制御指令１１３を決定し、蓄電システム１０４に伝送する点で、第１の実施形態における蓄電制御システム１０５と同様であるが、その内部構成が蓄電制御システム１０５と異なっている。また、図１１に示した各種情報（電力状況情報１１１、状態情報１１２、充放電制御指令１１３）は、図１と同様であり、説明を省略する。

【0087】

図１２は、図１１に示した蓄電制御システム２０１の内部構成例を示すブロック図である。図１２に示したように、蓄電制御システム２０１は、在線領域判断部２２１、回生可能電力推定部１２１、車両電力計算部１２２、余剰電力計算部２２２、及び充放電制御指令部１２４を備えて構成される。

【0088】

在線領域判断部２２１は、電力状況情報１１１に含まれる位置、及び予め定められた領域マップ２３１に基づいて、各車両１０２が路線内のどの領域に存在しているかを判断し、その存在領域を示す在線領域情報２３２を算出する。在線領域判断部２２１による上記の処理を在線判断処理と称し、その処理手順は後述する図１５に示す。

【0089】

回生可能電力推定部１２１は、第１の実施形態と同様の回生可能電力推定処理（図６参照）を実行することにより、回生可能電力１３２を推定する（回生可能電力推定処理）。また、車両電力計算部１２２は、第１の実施形態と同様の車両電力計算処理（図７参照）を実行することにより、各車両１０２の車両電力１３３を算出する。

【0090】

余剰電力計算部２２２は、電力状況情報１１１に含まれる全ての車両１０２のデータに対して得られた在線領域情報２３２及び車両電力１３３、並びに、予め定められた制御テーブル２３３に基づいて、路線内の余剰電力２３４を算出する。余剰電力計算部２２２による上記の処理を第２の余剰電力計算処理と称し、その処理手順は後述する図１８に示す。

【0091】

充放電制御指令部１２４は、第１の実施形態と同様の充放電制御指令決定処理（図１０参照）を実行することにより、蓄電システム１０４における充放電を制御する充放電制御指令１１３を決定する。但し、第１の実施形態の充放電制御指令決定処理では余剰電力計算部１２３で算出された余剰電力１３４が用いられるのに対して、第２の実施形態の充放電制御指令決定処理では、余剰電力計算部２２２で算出された余剰電力２３４が用いられる。

【0092】

（２－２）在線領域の判断
（２－２－１）領域マップ
図１３は、領域マップの一例である。図１３に示した領域マップ２３１１は、本実施形態における領域マップ２３１の一例であって、路線を複数の領域に分割したものである。具体的には、領域マップ２３１１では、２ｋｍから５ｋｍの範囲が領域Ａ、５ｋｍから９ｋｍの範囲が領域Ｂ、９ｋｍから１１ｋｍの範囲が領域Ｃと設定されている。

【0093】

図１４は、領域マップの別例である。図１４に示した領域マップ２３１２は、図１３に示した領域マップ２３１１と同様の領域分割を領域マップ２３１１とは異なる形式で表したものである。

【0094】

図１３及び図１４に示したように、本実施形態に係る領域マップ２３１の形式は、特定の形式に限定されない。また、図１３の領域マップ２３１１及び図１４の領域マップ２３１２には上り／下りといった方向による区別がないが、本実施形態に係る領域マップ２３１は、方向によって領域を分けて設定してもよい。また、本実施形態に係る領域マップ２３１は、路線上のすべてを分割して切り分けなくてもよく、蓄電システム１０４の制御に必要な範囲だけを領域として切り分け、それ以外の範囲は対象外の領域としてもよい。

【0095】

（２－２－２）在線判断処理
図１５は、在線判断処理の処理手順例を示すフローチャートである。前述したように、在線判断処理は在線領域判断部２２１によって実行される。

【0096】

図１５によればまず、在線領域判断部２２１は、車両１０２から受信した電力状況情報１１１から位置を抽出する（ステップＳ５０１）。

【0097】

次に、在線領域判断部２２１は、ステップＳ５０１で抽出した位置が領域マップ２３１においてどの領域に含まれるかを判断することによって、当該車両１０２の在線領域を判断し（ステップＳ５０２）、在線判断処理を終了する。なお、上記位置が領域マップ２３１においてどの領域にも含まれない場合は、対象外領域と判断する。具体的には例えば図１３の領域マップ２３１１を用いる場合、在線領域は、領域Ａ，Ｂ，Ｃまたは対象外領域の何れかに判断される。在線領域判断部２２１による判断結果は、在線領域情報２３２として出力され、余剰電力計算部２２２に入力される。

【0098】

（２－３）余剰電力の算出
（２－３－１）制御テーブル
第２の実施形態における余剰電力の算出に用いられる制御テーブル２３３は、路線上を予め複数の領域に分割し、その分割した領域を１以上組み合わせることによって余剰電力２３４を判断する範囲（余剰電力判定範囲）を定めるテーブルデータである。制御テーブル２３３で定める範囲は１つに限定されず、複数の範囲が定められてもよい。

【0099】

図１６は、路線上を分割した領域の一例を示す図である。図１６には、上りと下りの複線の路線上に、電力を供給可能な変電所が４箇所設置されているケースにおける領域の分割例が示されている。より具体的には、各路線において、変電所からの方面（上り／下り）と、変電所の設置地点及び隣接する変電所間に設けた分割点とに基づいて、領域が区分けされている。なお、図１６では隣接する変電所の中間地点を変電所間の領域の分割点とするが、本実施形態において変電所間に設ける分割点はこれに限らず、３以上の等分点を領域の分割点としてもよいし、その他の任意の基準で変電所間に領域の分割点を設けてもよい。また、変電所の設置地点を必ずしも領域の分割点としなくてもよい。但し、一般的には変電所は、隣接する変電所との間の区間内の車両数がある程度平均化するように設置される傾向があるため、隣接する変電所との中間地点に分割点を設けることは、各領域に配分される車両数を平均化することに所定程度の効果が期待できる。

【0100】

図１７は、制御テーブルの一例である。図１７に示した制御テーブル２３３１は、本実施形態における制御テーブル２３３の一例であって、図１６に示した領域Ｓ１～Ｓ１６のうちの１以上を組み合わせて、４つの余剰電力判定範囲が定めたものである。具体的には、余剰電力判定範囲１は、領域Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０で余剰電力を判断し、余剰電力判定範囲２は、領域Ｓ７，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２で余剰電力を判断し、余剰電力判定範囲３は、領域Ｓ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２で余剰電力を判断し、余剰電力判定範囲４は、領域Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８で余剰電力を判断する。

【0101】

制御テーブル２３３（例えば制御テーブル２３３１）における余剰電力判定範囲の区分けは、回生車両から電力供給できる範囲を示している。そのため、第１の実施形態で余剰電力判定範囲とした距離Ｗについて前述したのと同様に、回生絞り込みを少なくするためには、この範囲は小さい方がよい。一方で、過剰に範囲を小さくすると、本来融通できる範囲であっても電力を融通できない範囲として算出することになり、後述する第２の余剰電力計算処理で算出される余剰電力２３４が多くなってしまうため、融通したほうが良い状況であっても蓄電システム１０４に充電するという制御指令が決定されてしまう現象が発生し得る。以上のことから、第２の実施形態では、路線上を分割した領域を細分化しておき、これらの領域を１以上束ねて１つの余剰電力判定範囲として実施することが好ましい。上述した図１６及び図１７の場合、変電所の分割点（例えば中間地点）と方面ごとに路線上の領域を区分けし、自領域とその隣接領域を１つの余剰電力判定範囲と見なす手法を採用しているが、本実施形態ではこれに限らず、例えば所定距離（１ｋｍ）ごとに路線を領域に区切り、距離に応じて領域を組み合わせて余剰電力判定範囲を定めるような手法を採用する等してもよい。

【0102】

（２－３－２）第２の余剰電力計算処理
図１８は、第２の余剰電力計算処理の処理手順例を示すフローチャートである。前述したように、第２の余剰電力計算処理は余剰電力計算部２２２によって実行される。

【0103】

図１８によればまず、余剰電力計算部２２２は、制御テーブル２３３に含まれている余剰電力判定範囲の総数Ｎを取得する（ステップＳ６０１）。

【0104】

次に、余剰電力計算部２２２は、範囲カウンタを表す変数ｉを「１」とし、算出すべき余剰電力Ｘを「０」で初期化する（ステップＳ６０２）。

【0105】

次に、余剰電力計算部２２２は、制御テーブル２３３の余剰電力範囲ｉに含まれている車両を在線領域判断部２２１から入力された在線領域情報２３２のうちから抽出し、抽出した車両の車両電力１３３を加算して、その和に「－１」を掛けた値を余剰電力Ｙとして算出する（ステップＳ６０３）。

【0106】

次に、余剰電力計算部２２２は、現在記憶されている余剰電力Ｘと余剰電力Ｙとを比較し、大きい方の値で余剰電力Ｘを更新し（ステップＳ６０４）、ステップＳ６０５に進む。

【0107】

ステップＳ６０５では、余剰電力計算部２２２は、変数ｉの値を「１」加算する。

【0108】

次に、余剰電力計算部２２２は、ｉがステップＳ６０１で取得したＮよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ６０６）。ステップＳ６０６においてｉがＮよりも大きい場合、制御テーブル２３３に定められたＮ個の余剰電力判定範囲の全てについて余剰電力Ｘの算出が終了していることを意味し、このときステップＳ６０７に進む。一方、ステップＳ６０６においてｉがＮ以下の場合、余剰電力Ｘの算出が行われていない余剰電力判定範囲が残っていることを意味し、このときステップＳ６０３に戻り、ステップＳ６０３以降の処理を繰り返す。

【0109】

そして、ステップＳ６０７において、余剰電力計算部２２２は、最終的な余剰電力Ｘを余剰電力２３４として充放電制御指令部１２４に出力し、第２の余剰電力計算処理を終了する。

【0110】

（２－３－３）具体的な算出例
図１９は、路線上を分割した領域ごとの電力の一例を示す図である。図１９に示した電力情報２４１１は、在線する各車両１０２からの電力状況情報１１１に含まれる各車両の位置と車両電力１３３に示される各車両の電力とを図１６に例示した領域の分割の設定に適用することによって、領域ごとの電力をまとめた具体例を示すものである。以下に、図１９の電力情報２４１１及び図１７の制御テーブル２３３１を用いて、図１８に示した第２の余剰電力計算処理による余剰電力２３４の具体的な算出例を説明する。

【0111】

まずステップＳ６０１では、図１７からＮ＝４を取得する。次に、ステップＳ６０２では、ｉ＝１、余剰電力Ｘ＝０とする。

【0112】

次に、ステップＳ６０３では、余剰電力判定範囲ｉに含まれる車両の電力から余剰電力Ｙを計算する。図１７によれば、余剰電力判定範囲１に含まれる領域（領域ＩＤ）は、Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８，Ｓ１０であり、図１９を参照して上記各領域における車両の電力を加算すると、０－３４００－２８００＋０＋０＝－６２００［ｋＷ］となり、これに「－１」を掛けることで、余剰電力Ｙ＝６２００が得られる。

【0113】

次に、ステップＳ６０４では、現在の余剰電力Ｘ（＝０）と余剰電力Ｙ（＝６２００）とを比較し、大きいほうの値を余剰電力Ｘとするので、余剰電力Ｘ＝６２００となる。

【0114】

次にステップＳ６０５では、ｉ＝２となり、ステップＳ６０６ではｉ＞Ｎではないことから、ステップＳ６０３に戻る。

【0115】

ステップＳ６０３では、ｉ＝２の場合の余剰電力Ｙを計算する。具体的には、余剰電力判定範囲２に含まれる領域はＳ７，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１１，Ｓ１２であり、図１９を参照して上記各領域における車両の電力を加算すると、－２８００＋０＋０＋２４００＋３６００＝３２００［ｋＷ］となり、これに「－１」を掛けることで、余剰電力Ｙ＝－３２００が得られる。

【0116】

次に、ステップＳ６０４では、現在の余剰電力Ｘ（＝６２００）と余剰電力Ｙ（＝－３２００）とを比較し、大きいほうの値を余剰電力Ｘとするので、余剰電力Ｘ＝６２００となる。

【0117】

次にステップＳ６０５では、ｉ＝３となり、ステップＳ６０６ではｉ＞Ｎではないことから、ステップＳ６０３に戻る。

【0118】

ステップＳ６０３では、ｉ＝３の場合の余剰電力Ｙを計算する。具体的には、余剰電力判定範囲３に含まれる領域はＳ７，Ｓ８，Ｓ９，Ｓ１０，Ｓ１２であり、図１９を参照して上記各領域における車両の電力を加算すると、－２８００＋０＋０＋０＋３６００＝８００［ｋＷ］となり、これに「－１」を掛けることで、余剰電力Ｙ＝－８００が得られる。

【0119】

次に、ステップＳ６０４では、現在の余剰電力Ｘ（＝６２００）と余剰電力Ｙ（＝－８００）とを比較し、大きいほうの値を余剰電力Ｘとするので、余剰電力Ｘ＝６２００となる。

【0120】

次にステップＳ６０５では、ｉ＝４となり、ステップＳ６０６ではｉ＞Ｎではないことから、ステップＳ６０３に戻る。

【0121】

ステップＳ６０３では、ｉ＝４の場合の余剰電力Ｙを計算する。具体的には、余剰電力判定範囲４に含まれる領域はＳ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８であり、図１９を参照して上記各領域における車両の電力を加算すると、１３００＋０－３４００－２８００＋０＝－４９００［ｋＷ］となり、これに「－１」を掛けることで、余剰電力Ｙ＝４９００が得られる。

【0122】

次に、ステップＳ６０４では、現在の余剰電力Ｘ（＝６２００）と余剰電力Ｙ（＝４９００）とを比較し、大きいほうの値を余剰電力Ｘとするので、余剰電力Ｘ＝６２００となる。

【0123】

次にステップＳ６０５では、ｉ＝５となる。このとき、次のステップＳ６０６ではｉ＞Ｎとなることから、ステップＳ６０７に進む。

【0124】

そして、ステップＳ６０７では、現在の余剰電力Ｘ（＝６２００）が最終的に算出された余剰電力２３４として出力される。以上のように計算することで、余剰電力計算部２２２は、余剰電力判定範囲で定められたうちで最も大きい余剰電力を抽出することができる。

【0125】

その後、以上のようにして算出された余剰電力２３４に対して、充放電制御指令部１２４が第１の実施形態と同様に充放電制御指令決定処理を実行することによって、充放電制御指令１１３が決定される。この充放電制御指令１１３を用いて蓄電システム１０４を制御することによって、車両１０２の回生電力で余剰となり得る電力を算出し、蓄電システム１０４の最大充電電力の性能を考慮した充放電を行うことが可能となる。

【0126】

特に、本実施形態に係る鉄道システム２００によれば、回生絞り込み制御による回生絞り込み量を考慮して、本来利用できるはずの回生電力（回生可能電力）を推定し、この回生可能電力を用いて余剰電力を算出することにより、蓄電システム１０４に対する省エネルギー効率の高い充放電制御を実現することができる。

【0127】

なお、第１の実施形態に係る鉄道システム１００と、第２の実施形態に係る鉄道システム２００とを比較すると、以下のような特長が挙げられる。

【0128】

第１の実施形態に係る鉄道システム１００の場合、回生電力から電力供給できる範囲（距離）を示す余剰電力判定範囲について、距離Ｗを一意的に定める方法の他、式４を利用してリアルタイムに距離Ｗを算出する方法等、距離Ｗに対する複数の設定方法を採用可能であることから、第２の実施形態に係る鉄道システム２００に比べると、精度の高い余剰電力の算出が期待できる。但し、路線によって様々な距離Ｗを予め定めたり、リアルタイムで距離Ｗを算出したりすることは、作業負荷や処理負荷が高くなるという側面を有する。特に、リアルタイムで距離Ｗを算出する場合には、蓄電制御システム１０５における処理負荷は非常に高くなるため、十分な処理性能を確保するために、第２の実施形態に比べて設備コストが嵩むことが想定される。

【0129】

一方、第２の実施形態に係る鉄道システム２００は、変電所の設置位置を考慮して路線上を区分した領域の組み合わせによって余剰電力判定範囲を定めることにより、第１の実施形態のように距離Ｗを用いることなく、余剰電力を算出することができる点で、蓄電制御システム２０１の処理負荷の増加を抑制しながらも、省エネルギー効果の高い充電制御を実現することができる。なお、一般に、変電所は、通常時に所定区間においてどの程度の車両が存在するかを想定して設置され、このような設置思想に基づいて、第２の実施形態では、変電所の設置位置を考慮した領域の区分を行っている。したがって、第２の実施形態による余剰電力の計算方法は、路線上の車両の走行状況（路線状況）が通常時に近い場合に、より効果的であると考えられる。そして、通常時とは異なる路線状況の場合には、第１の実施形態に係る余剰電力の計算方法を採用するようにしてもよい。

【0130】

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。具体的には例えば、回生可能電力推定部１２１を、蓄電制御システム１０５（２０１）ではなく鉄道車両１０２側に搭載するようにしてもよい。この場合、鉄道車両１０２では、回生可能電力推定部１２１で推定される回生可能電力１３２に基づいて自車両の車両電力１３３を容易に算出することができるため、車両電力計算部１２２の構成を省略することもできる。

【0131】

また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に置くことができる。

【0132】

また、図面において制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実施には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

【符号の説明】

【0133】

１００ 鉄道システム
１０１ 電力供給線
１０２（１０２Ａ，１０２Ｂ） 鉄道車両（車両）
１０３ 電力供給設備
１０４ 蓄電システム
１０５ 蓄電制御システム
１１１（１１１Ａ，１１１Ｂ） 電力状況情報
１１２ 状態情報
１１３ 充放電制御指令
１２１ 回生可能電力推定部
１２２ 車両電力計算部
１２３ 余剰電力計算部
１２４ 充放電制御指令部
１３１ 回生性能テーブル
１３２ 回生可能電力
１３３ 車両電力
１３４ 余剰電力
２００ 鉄道システム
２０１ 蓄電制御システム
２２１ 在線領域判断部
２２２ 余剰電力計算部
２３１ 領域マップ
２３２ 在線領域情報
２３３ 制御テーブル
２３４ 余剰電力

【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】

【図19】