(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】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】レール対地電圧抑制システム
(51)【国際特許分類】
H02H 3/20 20060101AFI20231205BHJP
B60M 3/00 20060101ALI20231205BHJP
【ＦＩ】
H02H3/20 D
B60M3/00 E
【請求項の数】
8
(21)【出願番号】P 2020043606
(22)【出願日】2020-03-13
(65)【公開番号】P2021145501
(43)【公開日】2021-09-24
【審査請求日】2022-10-19
(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
(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】木村 祥太
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 基也
(72)【発明者】
【氏名】宮内 努
(72)【発明者】
【氏名】小熊 賢司
(72)【発明者】
【氏名】高橋 弘隆
【審査官】高野 誠治
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１８５２８４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０６７２４１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５２－１１６５１２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｈ ３／０８ － ３／２５３
Ｂ６０Ｍ １／００ － ７／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電気鉄道におけるレール対地電圧抑制システムであって、
レール対地電圧を取得するレール対地電圧取得装置と、
レールと接地極を接続する電圧制御デバイスと、
１または複数の前記レール対地電圧取得装置と、を有し、
許容範囲は、許容最大値と許容最小値からなる範囲であり、
前記電圧制御デバイスは、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱した場合に、該レール対地電圧が前記許容範囲に収まり、かつ、該レール対地電圧が前記許容最大値または前記許容最小値と一致するように、前記レールと前記接地極を接続することで、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【請求項2】
電気鉄道におけるレール対地電圧抑制システムであって、
レール対地電圧を取得するレール対地電圧取得装置と、
レールと接地極を接続する電圧制御デバイスと、
複数の前記レール対地電圧取得装置と、を有し、
許容範囲は、許容最大値と許容最小値からなる範囲であり、
前記電圧制御デバイスは、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱した場合に、複数の前記レール対地電圧取得装置によって取得された全てのレール対地電圧が前記許容範囲内に収まり、かつ、該全てのレール対地電圧のうちの最大値と前記許容最大値の差、および、該全てのレール対地電圧のうちの最小値と前記許容最小値の差が同一となるように、前記レールと前記接地極を接続することで、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【請求項3】
請求項１または２に記載のレール対地電圧抑制システムにおいて、レール対地電圧を抑制する対象区間である保護対象エリアを前記レールに設定する保護対象エリア設定部を有し、
前記電圧制御デバイスは、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱した場合に、さらに前記保護対象エリアのレール対地電圧を所定値に抑制するように、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【請求項4】
請求項３に記載のレール対地電圧抑制システムにおいて、前記保護対象エリア設定部は、複数の前記保護対象エリアを、優先順位を付与して設定し、
前記電圧制御デバイスは、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱した場合に、優先順位に応じて前記保護対象エリアのレール対地電圧を抑制するように、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【請求項5】
請求項３に記載のレール対地電圧抑制システムにおいて、前記保護対象エリア設定部は、複数の前記保護対象エリアを設定し、
前記電圧制御デバイスは、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱した場合に、複数の前記保護対象エリアのレール対地電圧を抑制するように、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【請求項6】
請求項１から５の何れか１項に記載のレール対地電圧抑制システムにおいて、複数の前記電圧制御デバイスを有し、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱した場合に、該レール対地電圧取得装置に最も近い設置位置の前記電圧制御デバイスが、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【請求項7】
請求項１から５の何れか１項に記載のレール対地電圧抑制システムにおいて、複数の前記電圧制御デバイスを有し、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱した場合に、該レール対地電圧と同符号かつ絶対値が最大のレール対地電圧の前記電圧制御デバイスが、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【請求項8】
請求項１から５の何れか１項に記載のレール対地電圧抑制システムにおいて、複数の前記電圧制御デバイスを有し、
何れかの前記レール対地電圧取得装置によって取得された該レール対地電圧取得装置の設置位置におけるレール対地電圧が前記許容範囲を逸脱し、かつ、複数の前記レール対地電圧取得装置によって取得されたレール対地電圧の最大値と最小値の差が所定値以上である場合に、正と負の両方向についてレール対地電圧の絶対値がそれぞれ所定値以上の前記電圧制御デバイスが、該最大値および該最小値が前記許容範囲となるように、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御する
ことを特徴とするレール対地電圧抑制システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、レール対地電圧抑制システムに関する。
【背景技術】
【0002】
電気鉄道においては、電源である変電所と負荷である車両が、架線を正極、レールを負極としてそれぞれ接続され電気回路を構成することで車両の走行に必要な電力が供給される。すなわち、車両走行時には、正極である架線には変電所から車両へと電流が流れ、負極であるレールには車両から変電所へと電流が流れる(帰線電流)。
【0003】
帰線電流に伴い、変電所と車両間のレールには電圧降下が発生し、路線全体における電圧降下の分布にしたがってレールと電位基準である地面との間に電位差（レール対地電圧）が発生する。過大なレール対地電圧は、沿線作業員がレールに接触した際の感電リスクとなるため、近年では、国際規格ＩＥＣ６２１２８に示されるように、レール対地電圧を所定の範囲内に収めることが必要とされている（非特許文献１～３参照）。
【0004】
例えば特許文献１に開示されるように、過大なレール対地電圧への対策として、レールとアース間に短絡スイッチを設け、所定値を上回るレール対地電圧を検知した際にレールとアース間を短絡し、レールと地面を等電位化することでレール対地電圧を抑制する装置（ＶＬＤ：Voltage Limiting Device）が導入されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【文献】特開２０１８－１８５２８４号公報
【非特許文献】
【0006】
【文献】IEC62128-1:2013. Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthingand the return circuit - Part 1: Protective provisionsagainst electric shock.
【文献】IEC62128-2:2013. Railway applications - Fixed installations - Electrical safety,earthing and the return circuit - Part2: Provisions against the effects of stray currents caused by d.c. tractionsystems.
【文献】IEC62128-3:2013. Railway applications - Fixed installations - Electrical safety, earthingand the return circuit - Part 3: Mutual interaction ofa.c. and d.c. traction systems.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、特許文献１のようにＶＬＤを設置する従来の構成では、ＶＬＤ近傍のレール対地電圧は抑制されるものの、ＶＬＤの作動位置におけるレール対地電圧の変動が全線に波及することで、ＶＬＤの遠方に過大なレール対地電圧が副次的に発生するという問題がある。
【0008】
本発明は、上述の点を考慮してなされたものであって、電圧制御デバイスの作動位置におけるレール対地電圧の変動が全線に波及し、電圧制御デバイスの遠方に過大なレール対地電圧が発生することを抑制することを１つの目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明においては、一態様として、電気鉄道におけるレール対地電圧抑制システムは、レール対地電圧を取得するレール対地電圧取得装置と、レールと接地極を接続する電圧制御デバイスと、を有し、前記電圧制御デバイスは、前記レール対地電圧取得装置によって取得されたレール対地電圧に応じて、前記レールと前記接地極を接続することで、該電圧制御デバイスの設置位置におけるレール対地電圧を制御するようにした。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、例えば、電圧制御デバイスの作動位置におけるレール対地電圧の変動が全線に波及し、電圧制御デバイスの遠方に過大なレール対地電圧が発生することを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】従来技術の課題を説明するための図である。
【図2】本発明の実施形態１に係るレール対地電圧抑制システムの構成図である。
【図3】本発明の実施形態１に係る電圧制御デバイスの構成図である。
【図4】本発明の実施形態１に係る電圧決定部の処理を示すフローチャートである。
【図5】本発明の実施形態１の効果を説明するための図である。
【図6】本発明の実施形態２に係るレール対地電圧抑制システムの構成図である。
【図7】本発明の実施形態２に係る電圧制御デバイスの構成図である。
【図8】本発明の実施形態２に係る電圧決定部の処理を示すフローチャートである。
【図9】本発明の実施形態２の効果を説明するための図である。
【図10】本発明の実施形態２の効果を説明するための図である。
【図11】本発明の実施形態３に係るレール対地電圧抑制システムの構成図である。
【図12】本発明の実施形態３に係る電圧制御デバイスの構成図である。
【図13】本発明の実施形態３に係る電圧決定部の処理を示すフローチャートである。
【図14】本発明の実施形態３の効果を説明するための図である。
【図15】本発明の実施形態４に係るレール対地電圧抑制システムの構成図である。
【図16】本発明の実施形態４に係る電圧制御デバイスの構成図である。
【図17】本発明の実施形態４に係る電圧決定部の処理を示すフローチャートである。
【図18】本発明の実施形態４の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の好適な実施形態を説明する。以下において、同一又は類似の要素及び処理に同一の符号を付し、差分を説明し、重複説明を省略する。また、後出の実施形態では、既出の実施形態との差分を説明し、重複説明を省略する。
【0013】
また、以下の説明及び各図で示す構成及び処理は、本発明の理解及び実施に必要な程度で実施形態の概要を例示するものであり、本発明に係る実施の態様を限定することを意図する趣旨ではない。また、各実施形態及び各変形例は、本発明の趣旨を逸脱せず、整合する範囲内で、一部又は全部を組合せることができる。
【0014】
＜従来技術の問題点＞
実施形態の説明に先立ち、従来技術の課題を説明する。図１は、従来技術の課題を説明するための図である。図１は、従来技術に係るレール対地電圧抑制システムＳの概要を示す。従来技術に係るレール対地電圧抑制システムＳは、ＶＬＤ１０５を含んで構成される。
実施形態の説明に先立ち、従来技術の課題を説明する。図１は、従来技術の課題を説明するための図である。図１は、従来技術に係るレール対地電圧抑制システムＳの概要を示す。従来技術に係るレール対地電圧抑制システムＳは、ＶＬＤ１０５を含んで構成される。
【0015】
電車１０３と変電所１０１はそれぞれ、架線１０２とレール１０４に接続されており、架線１０２を正極側、レール１０４を負極として電流が流れることにより、変電所１０１から電車１０３に対して電力を供給する。レール１０４は、ＶＬＤ１０５を介して接地極１０６と接続されている。ＶＬＤ１０５は、レール１０４と接地極１０６の間に所定値を上回る電圧が発生した際に、レール１０４と接地極１０６を短絡する。
【0016】
図１の下方図の点線１２１に示すように、ＶＬＤ１０５の作動位置において、レール対地電圧が許容範囲を逸脱している。そこでＶＬＤ１０５を作動させ、実線１２２に示すように、作動位置におけるレール対地電圧を０Ｖに近付けると、作動位置以外の位置でも同様にレール対地電圧が抑制される。このため、図１の下方図に示すように、作動位置に対して所定位置以遠の位置におけるレール対地電圧が許容範囲を逸脱し過大となるという問題がある。
【0017】
［実施形態１］
＜実施形態１に係るレール対地電圧抑制システム１Ｓの構成＞
図２は、本発明の実施形態１に係るレール対地電圧抑制システム１Ｓの構成図である。電気鉄道におけるレール対地電圧抑制システム１Ｓは、電圧制御デバイス２０１とレール対地電圧取得装置２０２とを含んで構成される。
＜実施形態１に係るレール対地電圧抑制システム１Ｓの構成＞
図２は、本発明の実施形態１に係るレール対地電圧抑制システム１Ｓの構成図である。電気鉄道におけるレール対地電圧抑制システム１Ｓは、電圧制御デバイス２０１とレール対地電圧取得装置２０２とを含んで構成される。
【0018】
電圧制御デバイス２０１は、レール１０４と接地極１０６を接続し、レール１０４と接地極１０６間の電圧を制御する。電圧制御デバイス２０１の詳細については後述する。レール対地電圧取得装置２０２は、レール１０４と接地極１０６間の電圧を取得し、レール対地電圧２１１として電圧制御デバイス２０１へ出力する。
【0019】
＜実施形態１に係る電圧制御デバイス２０１の構成＞
図３は、本発明の実施形態１に係る電圧制御デバイス２０１の構成図である。電圧制御デバイス２０１は、電圧決定部３０１と電圧制御回路３０２とを含んで構成される。電圧決定部３０１は、レール対地電圧２１１を入力し、電圧制御指令値３１１を出力する。電圧決定部３０１の処理の詳細は後述する。
図３は、本発明の実施形態１に係る電圧制御デバイス２０１の構成図である。電圧制御デバイス２０１は、電圧決定部３０１と電圧制御回路３０２とを含んで構成される。電圧決定部３０１は、レール対地電圧２１１を入力し、電圧制御指令値３１１を出力する。電圧決定部３０１の処理の詳細は後述する。
【0020】
電圧制御回路３０２は、電圧制御指令値３１１を入力とし、レール１０４と接地極１０６間の電圧を制御する。電圧制御回路３０２としては、例えば、レール１０４と接地極１０６間の電圧をフィードバックする機能が付いた可変抵抗で構成され、レール１０４と接地極１０６間の電圧が、電圧制御指令値３１１になるよう可変抵抗の抵抗値を制御する方式を用いる。
【0021】
なお、電圧制御回路３０２は、レール１０４と接地極１０６間の電圧を制御することが可能であるシステム構成であれば何れでもよく、例えば、電圧をフィードバックする機能が付いた双方向チョッパで構成され、レール１０４と接地極１０６間の電圧が電圧制御指令値３１１になるようチョッパの通流率を調整することで見かけ上の抵抗値を制御する方式であってもよい。双方向チョッパは一例であり、双方向に降圧可能なデバイスであれば何れでもよい。
【0022】
＜実施形態１に係る電圧決定部３０１の処理＞
図４は、本発明の実施形態１に係る電圧決定部３０１の処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、電圧決定部３０１がレール対地電圧２１１の許容範囲逸脱を検知したことを契機として実行される。
図４は、本発明の実施形態１に係る電圧決定部３０１の処理を示すフローチャートである。図４に示す処理は、電圧決定部３０１がレール対地電圧２１１の許容範囲逸脱を検知したことを契機として実行される。
【0023】
先ずステップＳ４０１では、電圧決定部３０１は、レール対地電圧２１１の正負を判定し、正の場合（ステップＳ４０１Ｙｅｓ）はステップＳ４０２へ、負の場合（ステップＳ４０１Ｎｏ）はステップＳ４０３へ進む。ステップＳ４０２では、電圧決定部３０１は、電圧制御指令値３１１を、レール対地電圧２１１の許容範囲の許容最大値（図５参照）に設定して出力する。一方、ステップＳ４０３では、電圧決定部３０１は、電圧制御指令値３１１を、レール対地電圧２１１の許容範囲の許容最小値（図５参照）に設定して出力する。
【0024】
＜実施形態１の効果＞
図５は、本発明の実施形態１の効果を説明するための図である。図５において、点線５０１はレール対地電圧抑制システム１Ｓが作動する前のレール対地電圧を示したものである。実線５０２はレール対地電圧抑制システム１Ｓが作動した状態のレール対地電圧を示したものである。２点鎖線５０３は、電圧制御デバイス２０１の位置で従来技術のＶＬＤが作動したことを想定した場合のレール対地電圧を示したものである。
図５は、本発明の実施形態１の効果を説明するための図である。図５において、点線５０１はレール対地電圧抑制システム１Ｓが作動する前のレール対地電圧を示したものである。実線５０２はレール対地電圧抑制システム１Ｓが作動した状態のレール対地電圧を示したものである。２点鎖線５０３は、電圧制御デバイス２０１の位置で従来技術のＶＬＤが作動したことを想定した場合のレール対地電圧を示したものである。
【0025】
２点鎖線５０３では、レール対地電圧抑制システム１Ｓから離れた位置でレール対地電圧が許容最小値を下回っているのに対し、実線５０２では、レール対地電圧抑制システム１Ｓの位置でのレール対地電圧の低下量が最小限に抑えられ、レール対地電圧抑制システム１Ｓから離れた位置においてもレール対地電圧が許容範囲内に維持されている。
【0026】
以上のように、本実施形態によれば、レール対地電圧抑制システム１Ｓから離れた位置においてレール対地電圧が許容範囲から逸脱することを防止することができる。
【0027】
＜実施形態１の変形例＞
本実施形態では、電圧制御デバイス２０１とレール対地電圧取得装置２０２が路線内に１組設置されている例を示したが、複数組設置することで、各設置位置において個別にレール対地電圧２１１を制御できる。例えば、レール対地電圧が、同時に、ある設置位置で許容最大値を超過し、他の設置位置で許容最小値を下回った場合も、同様の効果を得ることが可能となる。
本実施形態では、電圧制御デバイス２０１とレール対地電圧取得装置２０２が路線内に１組設置されている例を示したが、複数組設置することで、各設置位置において個別にレール対地電圧２１１を制御できる。例えば、レール対地電圧が、同時に、ある設置位置で許容最大値を超過し、他の設置位置で許容最小値を下回った場合も、同様の効果を得ることが可能となる。
【0028】
［実施形態２］
＜実施形態２に係るレール対地電圧抑制システム２Ｓの構成＞
図６は、本発明の実施形態２に係るレール対地電圧抑制システム２Ｓの構成図である。レール対地電圧抑制システム２Ｓは、電圧制御デバイス６０１と、複数のレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄとを含んで構成される。
＜実施形態２に係るレール対地電圧抑制システム２Ｓの構成＞
図６は、本発明の実施形態２に係るレール対地電圧抑制システム２Ｓの構成図である。レール対地電圧抑制システム２Ｓは、電圧制御デバイス６０１と、複数のレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄとを含んで構成される。
【0029】
電圧制御デバイス６０１は、複数のレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄのそれぞれからレール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄを入力し、レール１０４と接地極１０６間の電圧を制御する。電圧制御デバイス６０１の詳細については後述する。
【0030】
レール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、実施形態１で説明したレール対地電圧取得装置２０２と同じであるため、説明を省略する。
【0031】
＜実施形態２に係る電圧制御デバイス６０１の構成＞
図７は、本発明の実施形態２に係る電圧制御デバイス６０１の構成図である。電圧制御デバイス６０１は、電圧決定部７０１と電圧制御回路７０２とを含んで構成される。
図７は、本発明の実施形態２に係る電圧制御デバイス６０１の構成図である。電圧制御デバイス６０１は、電圧決定部７０１と電圧制御回路７０２とを含んで構成される。
【0032】
電圧決定部７０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄを入力とし、電圧制御指令値３１１を出力する。電圧決定部７０１の処理の詳細は後述する。電圧制御回路７０２は、電圧制御指令値３１１を入力し、レール１０４と接地極１０６の電位差を制御する。電圧制御回路７０２は、双方向に昇降圧が可能なコンバータで構成する。双方向に昇降圧が可能なコンバータは一例であり、双方向に昇降圧が可能なデバイスであれば何れでもよい。
【0033】
＜実施形態２に係る電圧決定部７０１の処理＞
図８は、本発明の実施形態２に係る電圧決定部７０１の処理を示すフローチャートである。図８に示す処理は、定期的に実行される。先ずステップＳ８０１では、電圧決定部７０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最大値を上回ったかを判定する。電圧決定部７０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最大値を上回った場合（ステップＳ８０１Ｙｅｓ）にステップＳ８０３へ進み、それ以外の場合はステップＳ８０２へ進む。
図８は、本発明の実施形態２に係る電圧決定部７０１の処理を示すフローチャートである。図８に示す処理は、定期的に実行される。先ずステップＳ８０１では、電圧決定部７０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最大値を上回ったかを判定する。電圧決定部７０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最大値を上回った場合（ステップＳ８０１Ｙｅｓ）にステップＳ８０３へ進み、それ以外の場合はステップＳ８０２へ進む。
【0034】
ステップＳ８０２では、電圧決定部７０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最小値を下回ったかを判定する。電圧決定部７０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最小値を下回った場合（ステップＳ８０２Ｙｅｓ）にステップＳ８０４へ進み、それ以外の場合は実施形態２に係る電圧決定部７０１の処理を終了する。
【0035】
ステップＳ８０３では、電圧決定部７０１は、電圧制御指令値３１１（電圧制御指令値Ｖｓ）を、下記式（１）に基づいて算出し出力する。
VS=VD－(VMax－VAlMax)・・・(1)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VMax：取得したレール対地電圧最大値
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VS=VD－(VMax－VAlMax)・・・(1)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VMax：取得したレール対地電圧最大値
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
【0036】
また、ステップＳ８０４では、電圧決定部７０１は、電圧制御指令値３１１（電圧制御指令値Ｖｓ）を、下記式（２）に基づいて算出し出力する。
VS=VD＋(VAlMin－VMin)・・・(2)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VMin：取得したレール対地電圧最小値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
VS=VD＋(VAlMin－VMin)・・・(2)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VMin：取得したレール対地電圧最小値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
【0037】
なお、図８では、ステップＳ８０１およびＳ８０３の処理群を、ステップＳ８０２およびＳ８０４の処理群に対して優先させて実行しているが、これに限らない。すなわち、ステップＳ８０２およびＳ８０４の処理群を、ステップＳ８０１およびＳ８０３の処理群に対して優先させて実行してもよい。
【0038】
＜実施形態２の効果＞
図９および図１０は、本発明の実施形態２の効果を説明するための図である。実施形態２では、電圧制御デバイス６０１における電圧制御は、以下の４パターンが存在する。
パターン１：何れかのレール対地電圧が許容最大値を上回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が正の場合。
パターン２：何れかのレール対地電圧が許容最大値を上回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が負の場合。
パターン３：何れかのレール対地電圧が許容最小値を下回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が正の場合。
パターン４：何れかのレール対地電圧が許容最小値を下回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が負の場合。
図９および図１０は、本発明の実施形態２の効果を説明するための図である。実施形態２では、電圧制御デバイス６０１における電圧制御は、以下の４パターンが存在する。
パターン１：何れかのレール対地電圧が許容最大値を上回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が正の場合。
パターン２：何れかのレール対地電圧が許容最大値を上回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が負の場合。
パターン３：何れかのレール対地電圧が許容最小値を下回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が正の場合。
パターン４：何れかのレール対地電圧が許容最小値を下回り、電圧制御デバイス位置におけるレール対地電圧の符号が負の場合。
【0039】
先ず、本実施形態において、パターン１の状況で得られる効果について図９を用いて説明する。図９は、レール対地電圧が許容範囲を逸脱した位置におけるレール対地電圧の符号と、電圧制御デバイスの位置のレール対地電圧の符号が一致する例である。
【0040】
点線９０１は、電圧制御デバイス６０１の電圧制御が実施されない場合のレール対地電圧であり、レール対地電圧取得装置２０２ｂの位置におけるレール対地電圧が許容最大値を上回っている。実線９０２は、本実施形態で説明した制御に従い降圧制御を実施した場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂの設置位置におけるレール対地電圧が許容範囲内に維持されている。
【0041】
このように、電圧制御デバイス６０１から離れた位置にレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを設置し、何れかのレール対地電圧取得装置で取得したレール対地電圧が許容範囲を逸脱した場合に、許容範囲を逸脱した位置のレール対地電圧が許容範囲に収まるよう電圧制御デバイス６０１の電圧を降圧制御する。これにより、１つの電圧制御デバイスで広範囲のレール対地電圧を許容範囲内に維持することが可能となる。
【0042】
なお、パターン３はパターン１の符号を逆転させたものであるので、図示および説明を省略する。
【0043】
次に、本実施形態において、パターン２の状況で得られる効果について図１０を用いて説明する。図１０は、レール対地電圧が許容範囲を逸脱した位置におけるレール対地電圧の符号と、電圧制御デバイス位置のレール対地電圧の符号が一致していない例である。
【0044】
点線１００１は、電圧制御デバイス６０１の電圧制御が実施されない場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂの位置におけるレール対地電圧が許容最大値を上回っている。実線１００２は、本実施形態で説明した制御に従い負の方向に昇圧制御を実施した場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂのレール対地電圧が許容範囲に収まっている。
【0045】
このように、電圧制御デバイス位置から離れた位置にレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄを設置し、さらに電圧制御回路７０２を双方向に昇降圧が可能なコンバータで構成する。これにより、レール対地電圧が許容範囲から逸脱した位置におけるレール対地電圧の符号と、電圧制御デバイスの位置のレール対地電圧の符号が一致していない場合でも、レール対地電圧を抑制することが可能となる。また、１つの電圧制御デバイスでより広範囲のレール対地電圧を許容範囲内に維持することが可能となる。
【0046】
なお、パターン４はパターン２の符号を逆転させたものであるので、図示および説明を省略する。
【0047】
＜実施形態２の変形例＞
本実施形態では、４つのレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄが設置される例を示したが、この数に限らない。また、レール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、必ずしも実際にレール対地電圧を計測するものでなくてもよく、例えば電車位置と変電所出力電力、電車電力からレール対地電圧を計算するシミュレーションモデルによってレール対地電圧を計算し取得する形態であってもよい。この場合、レール対地電圧を連続的に計算可能となるため、計測によるレール対地電圧の取得の場合よりも低コストで、精細に把握したレール対地電圧を用いて、レール対地電圧の許容範囲逸脱を漏れなく抑制することが可能となる。
本実施形態では、４つのレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄが設置される例を示したが、この数に限らない。また、レール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、必ずしも実際にレール対地電圧を計測するものでなくてもよく、例えば電車位置と変電所出力電力、電車電力からレール対地電圧を計算するシミュレーションモデルによってレール対地電圧を計算し取得する形態であってもよい。この場合、レール対地電圧を連続的に計算可能となるため、計測によるレール対地電圧の取得の場合よりも低コストで、精細に把握したレール対地電圧を用いて、レール対地電圧の許容範囲逸脱を漏れなく抑制することが可能となる。
【0048】
また、本実施形態では、電圧制御指令値３１１を図８に示した処理で求めたが、レール対地電圧が許容範囲を逸脱した位置におけるレール対地電圧の値をフィードバックし、レール対地電圧の値が許容範囲に収まるようＰＩＤ制御を実施して電圧制御指令値３１１を決定してもよい。
【0049】
［実施形態３］
＜実施形態３に係るレール対地電圧抑制システム３Ｓの構成＞
図１１は、本発明の実施形態３に係るレール対地電圧抑制システム３Ｓの構成図である。電圧制御デバイス１１０１以外の構成は、実施形態２の図６で示した構成と同じであるため説明を省略する。
＜実施形態３に係るレール対地電圧抑制システム３Ｓの構成＞
図１１は、本発明の実施形態３に係るレール対地電圧抑制システム３Ｓの構成図である。電圧制御デバイス１１０１以外の構成は、実施形態２の図６で示した構成と同じであるため説明を省略する。
【0050】
電圧制御デバイス１１０１は、複数のレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄからそれぞれレール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄを入力し、レール１０４と接地極１０６間の電圧を制御する。電圧制御デバイス１１０１の詳細については後述する。
【0051】
＜実施形態３に係る電圧制御デバイス１１０１の構成＞
図１２は、本発明の実施形態３に係る電圧制御デバイス１１０１の構成図である。電圧制御デバイス１１０１は、電圧決定部１２０１と電圧制御回路７０２とを含んで構成される。電圧決定部１２０１以外の構成は実施形態２の電圧制御デバイス６０１と同じであるため、説明を省略する。電圧決定部１２０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄを入力し、電圧制御指令値３１１を出力する。
図１２は、本発明の実施形態３に係る電圧制御デバイス１１０１の構成図である。電圧制御デバイス１１０１は、電圧決定部１２０１と電圧制御回路７０２とを含んで構成される。電圧決定部１２０１以外の構成は実施形態２の電圧制御デバイス６０１と同じであるため、説明を省略する。電圧決定部１２０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄを入力し、電圧制御指令値３１１を出力する。
【0052】
【0053】
先ずステップＳ１３０１では、電圧決定部１２０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最大値を上回ったかを判定する。電圧決定部１２０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最大値を上回った場合（ステップＳ１３０１Ｙｅｓ）にステップＳ１３０３へ進み、それ以外の場合はステップＳ１３０２へ進む。
【0054】
ステップＳ１３０２では、電圧決定部１２０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最小値を下回ったかを判定する。電圧決定部１２０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容範囲の許容最小値を下回った場合（ステップＳ１３０２Ｙｅｓ）にステップＳ１２０４へ進み、それ以外の場合は実施形態３に係る電圧決定部１２０１の処理を終了する。
【0055】
ステップＳ１３０３では、電圧決定部１２０１は、レール対地電圧の最大値と許容最大値の差と、レール対地電圧の最小値と許容最小値の差が同じになるよう、電圧制御指令値３１１（電圧制御指令値Ｖｓ）を、下記式（３）に基づいて算出し出力する。
VS=VD－(VMax－VTMax)・・・(3)
VTMax=VAlMax－{(VAlMax－VAlMin)－(VMax－VMin)}/2
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VTMax：レール対地電圧最大値の目標値
VMax：取得したレール対地電圧の最大値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
VMin：取得したレール対地電圧の最小値
VS=VD－(VMax－VTMax)・・・(3)
VTMax=VAlMax－{(VAlMax－VAlMin)－(VMax－VMin)}/2
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VTMax：レール対地電圧最大値の目標値
VMax：取得したレール対地電圧の最大値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
VMin：取得したレール対地電圧の最小値
【0056】
また、ステップＳ１３０４では、電圧決定部１２０１は、レール対地電圧の最大値と許容最大値の差と、レール対地電圧の最小値と許容最小値の差が同じになるよう、電圧制御指令値３１１（電圧制御指令値Ｖｓ）を、下記式（４）に基づいて算出し出力する。
VS=VD＋(VTMin－VAlMin)・・・(4)
VTMin=VAlMin＋{(VAlMax－VAlMin)－(VMax－VMin)}/2
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VTMin：レール対地電圧最小値の目標値
VMax：取得したレール対地電圧の最大値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
VMin：取得したレール対地電圧の最小値
VS=VD＋(VTMin－VAlMin)・・・(4)
VTMin=VAlMin＋{(VAlMax－VAlMin)－(VMax－VMin)}/2
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VTMin：レール対地電圧最小値の目標値
VMax：取得したレール対地電圧の最大値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
VMin：取得したレール対地電圧の最小値
【0057】
＜実施形態３の効果＞
図１４は、本発明の実施形態３の効果を説明するための図である。点線１４０１は、電圧制御デバイス１１０１の電圧制御が実施されない場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂの位置におけるレール対地電圧が許容最大値を上回っている。実線１４０２は、本実施形態で説明した制御に従い降圧制御を実施した場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂのレール対地電圧が許容範囲に収まっており、さらに許容最大値よりも小さい値となっている。
図１４は、本発明の実施形態３の効果を説明するための図である。点線１４０１は、電圧制御デバイス１１０１の電圧制御が実施されない場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂの位置におけるレール対地電圧が許容最大値を上回っている。実線１４０２は、本実施形態で説明した制御に従い降圧制御を実施した場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂのレール対地電圧が許容範囲に収まっており、さらに許容最大値よりも小さい値となっている。
【0058】
図１４に示すように、許容最大値とレール対地電圧取得装置２０２ｂのレール対地電圧２１１ｂの差ｄ１は、レール対地電圧取得装置２０２ｄのレール対地電圧２１１ｄと許容最小値の差ｄ２と等しい。このように電圧制御デバイス１１０１を制御することで、路線全体のレール対地電圧の絶対値の合計を小さくすることができ、レール対地電圧により発生しうるリスクをより低減することが可能となる。
【0059】
［実施形態４］
＜実施形態４に係るレール対地電圧抑制システム４Ｓの構成＞
図１５は、本発明の実施形態４に係るレール対地電圧抑制システム４Ｓの構成図である。レール対地電圧抑制システム４Ｓは、電圧制御デバイス１５０１と、レール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄと、保護対象エリア設定部１５０３とを含んで構成される。レール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、実施形態２の図６で示したものと同じであるため説明を省略する。
＜実施形態４に係るレール対地電圧抑制システム４Ｓの構成＞
図１５は、本発明の実施形態４に係るレール対地電圧抑制システム４Ｓの構成図である。レール対地電圧抑制システム４Ｓは、電圧制御デバイス１５０１と、レール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄと、保護対象エリア設定部１５０３とを含んで構成される。レール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄは、実施形態２の図６で示したものと同じであるため説明を省略する。
【0060】
電圧制御デバイス１５０１は、複数のレール対地電圧取得装置２０２ａ、２０２ｂ、２０２ｃ、２０２ｄからレール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄを入力する。また、電圧制御デバイス１５０１は、保護対象エリア設定部１５０３から保護対象エリア設定情報１５１１を入力する。電圧制御デバイス１５０１は、これらの入力に基づいて、レール１０４と接地極１０６間の電圧を制御する。電圧制御デバイス１５０１の詳細については後述する。
【0061】
保護対象エリア設定部１５０３は、レール対地電圧の上昇を抑制したい位置または区間を保護対象エリアとして設定し、保護対象エリア設定情報１５１１を電圧制御デバイス１５０１へ出力する。保護対象エリアとは、レール対地電圧の平均値を所定値（例えば０Ｖや所定値以下の値など）に抑制して、人などを感電から保護するように、レール１０４に設定される位置または区間である。
【0062】
＜実施形態４に係る電圧制御デバイス１５０１の構成＞
図１６は、本発明の実施形態４に係る電圧制御デバイス１５０１の構成図である。電圧制御デバイス１５０１は、電圧決定部１６０１と電圧制御回路７０２とを含んで構成される。電圧決定部１６０１以外の構成は実施形態２の電圧制御デバイス６０１と同じであるため、説明を省略する。電圧決定部１６０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄと、保護対象エリア設定情報１５１１を入力し、電圧制御指令値３１１を出力する。
図１６は、本発明の実施形態４に係る電圧制御デバイス１５０１の構成図である。電圧制御デバイス１５０１は、電圧決定部１６０１と電圧制御回路７０２とを含んで構成される。電圧決定部１６０１以外の構成は実施形態２の電圧制御デバイス６０１と同じであるため、説明を省略する。電圧決定部１６０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄと、保護対象エリア設定情報１５１１を入力し、電圧制御指令値３１１を出力する。
【0063】
【0064】
先ずステップＳ１７０１では、電圧決定部１６０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容最大値を上回ったかを判定する。電圧決定部１６０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容最大値を上回った場合（ステップＳ１７０１Ｙｅｓ）にステップＳ１７０３へ進み、それ以外の場合はステップＳ１７０２へ進む。
【0065】
ステップＳ１７０２では、電圧決定部１６０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容最小値を下回ったかを判定する。電圧決定部１６０１は、レール対地電圧２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの何れかが許容最小値を下回った場合（ステップＳ１７０２Ｙｅｓ）にステップＳ１７０６へ進み、それ以外の場合は実施形態４に係る電圧決定部１６０１の処理を終了する。
【0066】
ステップＳ１７０３では、電圧決定部１６０１は、下記式（５）が成立するか否かを判定する。電圧決定部１６０１は、下記式（５）が成立する場合（ステップＳ１７０３Ｙｅｓ）にステップＳ１７０４へ処理を移し、下記式（５）が成立しない場合（ステップＳ１７０３Ｎｏ）にステップＳ１７０５へ処理を移す。
VH－(VMax－VAlMax)<0・・・(5)
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VMax：レール対地電圧最大値
VH－(VMax－VAlMax)<0・・・(5)
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VMax：レール対地電圧最大値
【0067】
ステップＳ１７０４は、ステップＳ１７０３がＹｅｓ、すなわち保護対象エリア設定部１５０３から設定された保護対象エリアのレール対地電圧の平均値から、レール対地電圧の最大値と許容最大値の差を引いた値が負の場合に実行される。このとき、レール対地電圧を必要以上に下げると、保護対象エリアのレール対地電圧が０Ｖから離れ小さくなってしまう。すなわち、レール対地電圧の絶対値が増加してしまう。そのため、ステップＳ１７０４では、電圧決定部１６０１は、レール対地電圧低下量を最低限に抑えるよう、下記式（６）に基づき電圧制御指令値３１１（電圧制御指令値Ｖｓ）を計算し出力する。
VS=VD－(VMax－VAlMax)・・・(6)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VMax：レール対地電圧最大値
VS=VD－(VMax－VAlMax)・・・(6)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VAlMax：レール対地電圧の許容最大値
VMax：レール対地電圧最大値
【0068】
一方ステップＳ１７０５は、ステップＳ１７０３がＮｏ、すなわち保護対象エリア設定部１５０３から設定された保護対象エリアのレール対地電圧の平均値から、レール対地電圧の最大値と許容最大値の差を引いた値が正の場合に実行される。このとき、レール対地電圧を低下させるほど、保護対象エリアのレール対地電圧の平均値を０Ｖに近づけることが可能となる。そこで、ステップＳ１７０５では、電圧決定部１６０１は、保護対象エリアのレール対地電圧の平均値が０Ｖになるよう、下記式（７）を用いて電圧制御指令値Ｖｓを計算し出力する。
VS=VD－VH・・・(7)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
VS=VD－VH・・・(7)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
【0069】
他方で、ステップＳ１７０６では、電圧決定部１６０１は、下記式（８）が成立するか否かを判定する。電圧決定部１６０１は、下記式（８）が成立する場合（ステップＳ１７０６Ｙｅｓ）にステップＳ１７０７へ処理を移し、下記式（８）が成立しない場合（ステップＳ１７０６Ｎｏ）にステップＳ１７０８へ処理を移す。
VH＋(VAlMin－VMin)≧0・・・(8)
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
VMin：レール対地電圧最小値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
VH＋(VAlMin－VMin)≧0・・・(8)
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
VMin：レール対地電圧最小値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
【0070】
ステップＳ１７０７では、ステップＳ１７０６がＹｅｓ、すなわち保護対象エリア設定部１５０３から設定された保護対象エリアのレール対地電圧の平均値に、レール対地電圧の許容最小値と最小値の差を足した値が０以上の場合に実行される。このとき、レール対地電圧を必要以上に上げると、保護対象エリアのレール対地電圧が０Ｖから離れ大きくなってしまう。すなわち、レール対地電圧の絶対値が大きくなってしまう。そのため、ステップＳ１７０７では、電圧決定部１６０１は、レール対地電圧増加量を最低限に抑えるよう、下記式（９）に基づき電圧制御指令値Ｖｓを計算し出力する。
VS=VD＋(VAlMin－VMin)・・・(9)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VMin：レール対地電圧最小値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
VS=VD＋(VAlMin－VMin)・・・(9)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VMin：レール対地電圧最小値
VAlMin：レール対地電圧の許容最小値
【0071】
一方ステップＳ１７０８は、ステップＳ１７０６がＮｏ、すなわち保護対象エリア設定部１５０３から設定された保護対象エリアのレール対地電圧の平均値に、レール対地電圧の許容最小値と最小値の差を足した値が負の場合に実行される。このとき、レール対地電圧を上昇させるほど、保護対象エリアのレール対地電圧の平均値を０Ｖに近づけることが可能となる。そこで、ステップＳ１７０８では、電圧決定部１６０１は、保護対象エリアのレール対地電圧の平均値が０Ｖになるよう、下記式（１０）に基づき電圧制御指令値VSを計算し出力する。
VS=VD＋VH・・・(10)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
VS=VD＋VH・・・(10)
VS：電圧制御指令値
VD：電圧制御デバイス位置のレール対地電圧
VH：保護対象エリアのレール対地電圧の平均値
【0072】
＜実施形態４の効果＞
図１８は、本発明の実施形態４の効果を説明するための図である。点線１８０１は、電圧制御デバイス１５０１の電圧制御が実施されない場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂの位置におけるレール対地電圧が許容最大値を上回っている。実線１８０２は、本実施形態で説明した制御に従い降圧制御を実施した場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂのレール対地電圧が許容範囲に収まっており、さらに保護対象エリアのレール対地電圧の平均値が０Ｖになっている。このように、電圧制御デバイス１５０１を制御することで、レール対地電圧を許容範囲内に維持しつつ、保護対象エリアのレール対地電圧を小さくすることができ、レール対地電圧による感電リスクをより低減することが可能となる。
図１８は、本発明の実施形態４の効果を説明するための図である。点線１８０１は、電圧制御デバイス１５０１の電圧制御が実施されない場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂの位置におけるレール対地電圧が許容最大値を上回っている。実線１８０２は、本実施形態で説明した制御に従い降圧制御を実施した場合のレール対地電圧で、レール対地電圧取得装置２０２ｂのレール対地電圧が許容範囲に収まっており、さらに保護対象エリアのレール対地電圧の平均値が０Ｖになっている。このように、電圧制御デバイス１５０１を制御することで、レール対地電圧を許容範囲内に維持しつつ、保護対象エリアのレール対地電圧を小さくすることができ、レール対地電圧による感電リスクをより低減することが可能となる。
【0073】
＜実施形態４の変形例＞
本実施形態では、保護対象エリアが１カ所のみ設定されている場合を説明したが、複数の保護対象エリアが設定されていてもよい。その場合、保護対象エリアに優先順位を付与し、優先順位が高い保護対象エリアのレール対地電圧の平均値を所定値に抑制するよう制御してもよい。あるいは、複数の保護対象エリアのレール対地電圧の平均値の合計を所定値に抑制するように制御してもよい。
本実施形態では、保護対象エリアが１カ所のみ設定されている場合を説明したが、複数の保護対象エリアが設定されていてもよい。その場合、保護対象エリアに優先順位を付与し、優先順位が高い保護対象エリアのレール対地電圧の平均値を所定値に抑制するよう制御してもよい。あるいは、複数の保護対象エリアのレール対地電圧の平均値の合計を所定値に抑制するように制御してもよい。
【0074】
また、本実施形態では、保護対象エリアのレール対地電圧の平均値を小さくする例を説明したが、平均値に限らず最大値や最小値などを小さくすることで、保護対象エリアのレール対地電圧を抑制するよう制御してもよい。
【0075】
＜実施形態１～４の変形例＞
上述の実施形態１～４では説明を省略したが、路線内に電圧制御デバイスが複数設置されてもよい。この場合には、レール対地電圧が許容範囲を逸脱したレール対地電圧取得装置から最も近い位置の電圧制御デバイスが、自装置の設置位置におけるレール対地電圧を制御することで、制御時の競合が防止できる。
上述の実施形態１～４では説明を省略したが、路線内に電圧制御デバイスが複数設置されてもよい。この場合には、レール対地電圧が許容範囲を逸脱したレール対地電圧取得装置から最も近い位置の電圧制御デバイスが、自装置の設置位置におけるレール対地電圧を制御することで、制御時の競合が防止できる。
【0076】
また、許容範囲を逸脱したレール対地電圧と同符号かつ絶対値が最大のレール対地電圧の電圧制御デバイスが、自装置の設置位置におけるレール対地電圧を制御することで、レール対地電圧の絶対値の下げ幅を最大限確保できる。
【0077】
また、複数のレール対地電圧取得装置によって検知されたレール対地電圧の最大値と最小値の差が所定値以上と著しく大きく、最大値を許容最大値に抑制しても最小値が許容範囲内に収まらない場合が考えられる。同様に、最小値を許容最小値に抑制しても最大値が許容範囲内に収まらない場合が考えられる。この場合は、正と負の両方向についてレール対地電圧の絶対値がそれぞれ所定値以上（例えば最大値）の電圧制御デバイスが、自装置の設置位置におけるレール対地電圧を制御することで、レール対地電圧の最大値と最小値を許容範囲内に収めることができる。
【0078】
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、様々な変形例を含む。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、矛盾しない限りにおいて、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成で置き換え、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、構成の追加、削除、置換、統合、又は分散をすることが可能である。また実施形態で示した構成及び処理は、処理効率又は実装効率に基づいて適宜分散、統合、又は入れ替えることが可能である。
【符号の説明】
【0079】
１０１・・・変電所、１０２・・・架線、１０３・・・電車、１０４・・・レール、１０５・・・ＶＬＤ、１０６・・・接地極、２０１・・・電圧制御デバイス、２０２・・・レール対地電圧取得装置、２１１・・・レール対地電圧、３０１・・・電圧決定部、３０２・・・電圧制御回路
【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】