(57)【要約】【課題】施工コスト増大の原因となる変電所数の増加を招くことなく、交流き電方式のみならず直流き電方式においてもレール対地電圧絶対値が過度に上昇することを抑制することが可能な鉄道の電力供給システム、供給電力管理装置、及び供給電力管理方法を提供する。【解決手段】路線に在線する電車２０４に架線経由で電力を供給する電力供給システム１Ｓは、電力供給システム１Ｓの所定の近傍におけるレール対地電圧に基づいて電力の設定電圧を制御して電車２０４に電力を供給する電力変換手段１０３を有する。【選択図】図１
2020083013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
路線に在線する電気鉄道車両に架線経由で電力を供給する電力供給システムにおいて、
前記電力供給システムの所定の近傍におけるレール対地電圧に基づいて電力の設定電圧を制御して前記電気鉄道車両に電力を供給する電力変換手段
を有することを特徴とする電力供給システム。
【請求項２】
前記電力変換手段の所定の近傍におけるレール対地電圧を取得するレール対地電圧取得手段と、
前記レール対地電圧取得手段により取得されたレール対地電圧に基づいて決定した設定電圧情報を前記電力変換手段に対して出力する供給電力管理装置と
を有し、
前記電力変換手段は、前記供給電力管理装置から出力された設定電圧情報に基づいて前記設定電圧を制御して前記電気鉄道車両に電力を供給する
ことを特徴とする請求項１に記載の電力供給システム。
【請求項３】
前記供給電力管理装置は、
前記レール対地電圧が基準範囲外であるか否かを判定し、前記レール対地電圧が基準範囲外である場合に、前記路線において前記電力変換手段に隣接して配置されている他の電力変換手段に対して、設定電圧をより高く制御する前記設定電圧情報を出力する
ことを特徴とする請求項２に記載の電力供給システム。
【請求項４】
前記供給電力管理装置は、
前記他の電力変換手段の所定の近傍におけるレール対地電圧が基準範囲外、もしくは、前記他の電力変換手段に設定可能な設定電圧の範囲外、又は、前記電力変換手段の所定の近傍における前記レール対地電圧が基準範囲内となるまで、前記他の電力変換手段に対して、設定電圧をより高く制御する前記設定電圧情報を出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の電力供給システム。
【請求項５】
前記供給電力管理装置は、
前記レール対地電圧が基準範囲外であるか否かを判定し、前記レール対地電圧が基準範囲外である場合に、前記電力変換手段に対して、設定電圧をより低く制御する前記設定電圧情報を出力する
ことを特徴とする請求項２〜４の何れか１項に記載の電力供給システム。
【請求項６】
前記供給電力管理装置は、
前記レール対地電圧が基準範囲外である場合に、前記路線において、前記電力変換手段に隣接する第１の区間に在線する前記電気鉄道車両に起因する第１のレール対地電圧と、前記電力変換手段を挟んで前記第１の区間の反対側で前記電力変換手段に隣接する第２の区間に在線する前記電気鉄道車両に起因する第２のレール対地電圧との算出結果を基に、前記レール対地電圧が基準範囲外となる要因が前記第１の区間及び前記第２の区間の何れであるかを判定し、前記レール対地電圧が基準範囲外となる要因と判定した区間を補助対象区間と特定する
ことを特徴とする請求項３〜５の何れか１項に記載の電力供給システム。
【請求項７】
前記供給電力管理装置は、
前記レール対地電圧が基準範囲外である場合に、前記補助対象区間の一端に配置されている前記電力変換手段と共に、前記補助対象区間を挟んで前記電力変換手段に隣接するように前記補助対象区間の他端に配置されて前記補助対象区間に電力を直接供給している第１の他の電力変換手段に対して、設定電圧をより高く制御する前記設定電圧情報を出力する
ことを特徴とする請求項６に記載の電力供給システム。
【請求項８】
前記供給電力管理装置は、
前記レール対地電圧が基準範囲外である場合に、前記電力変換手段と共に、前記電力変換手段を挟んで前記補助対象区間の反対側で前記電力変換手段に隣接するように配置されて前記補助対象区間に電力を供給している第２の他の電力変換手段に対して、設定電圧をより高く制御する前記設定電圧情報を出力する
ことを特徴とする請求項７に記載の電力供給システム。
【請求項９】
前記供給電力管理装置は、
前記レール対地電圧が基準範囲外である場合に、前記電力変換手段と共に、前記第１の他の電力変換手段を挟んで前記補助対象区間の反対側で前記第１の他の電力変換手段に隣接するように配置されて前記補助対象区間に電力を供給している第３の他の電力変換手段に対して、設定電圧をより高く制御する前記設定電圧情報を出力する
ことを特徴とする請求項８に記載の電力供給システム。
【請求項１０】
前記供給電力管理装置は、
前記第１の他の電力変換手段、前記第２の他の電力変換手段、及び前記第３の他の電力変換手段のうちの何れか１つ又は複数に対して、設定電圧をより高く制御する前記設定電圧情報を出力する
ことを特徴とする請求項９に記載の電力供給システム。
【請求項１１】
路線に在線する電気鉄道車両に架線経由で電力を供給する電力変換手段を有する電力供給システムにおける供給電力管理装置であって、
前記電力変換手段は、前記供給電力管理装置から出力された設定電圧情報に基づいて設定電圧を制御して前記電気鉄道車両に電力を供給し、
前記電力変換手段の所定の近傍におけるレール対地電圧を取得するレール対地電圧取得手段から取得したレール対地電圧に基づいて決定した設定電圧情報を前記電力変換手段に対して出力する電圧計算部
を有することを特徴とする供給電力管理装置。
【請求項１２】
路線に在線する電気鉄道車両に架線経由で電力を供給する電力変換手段を有する電力供給システムにおける供給電力管理装置が実行する供給電力管理方法であって、
前記電力変換手段は、前記供給電力管理装置から出力された設定電圧情報に基づいて設定電圧を制御して前記電気鉄道車両に電力を供給し、
前記供給電力管理装置が、前記電力変換手段の所定の近傍におけるレール対地電圧を取得するレール対地電圧取得手段から取得したレール対地電圧に基づいて決定した設定電圧情報を前記電力変換手段に対して出力する
ことを特徴とする供給電力管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉄道の電力供給システム、供給電力管理装置、及び供給電力管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道では、変電所から供給された電流は電車で消費された後、レールを経由して変電所に戻るように回路が構成されている。この際、レールの抵抗値とレールを流れる電流（以下、「帰線電流」と呼ぶ）の積で、変電所近傍と電車近傍で電位差が発生する。
【０００３】
一般的に、レールは電食防止の観点から大地と絶縁される処理が施されるが、完全な絶縁処理は不可能であり、若干の電流の漏れが発生する。その結果、変電所近傍では、レールと大地の電位差であるレール対地電圧が負の方向に高くなり、電車近傍ではレール対地電圧が正の方向に高くなる。
【０００４】
レールの抵抗値は、レールの長さに比例して高くなるため、変電所と電車の距離が遠くなるほどレール対地電圧の絶対値は高くなる。また、レール対地電圧の絶対値の高さはレールを流れる電流に比例するため、変電所間に多くの電車が在線している場合や、消費電流の大きい電車が在線している場合には、レール対地電圧の絶対値が高くなる。レールの対地電圧の絶対値が高くなりすぎると、信号の軌道回路を電気的に絶縁するためのパットなどに高い電圧が加わり、寿命を短くする恐れがある。
【０００５】
これに対し、通常は設計の段階で、運行する電車の本数や消費電流を考慮し、間隔に余裕を持たせて変電所設置数を決定することで、大電流が流れる距離を短くし、レール対地電圧の絶対値が一定の範囲に収まるようにしている。
【０００６】
しかしながら、ダイヤ乱れ等により変電所間の電車本数が激増すると、通常より多くの帰線電流が流れ、レール対地電圧の絶対値が過度に上昇する可能性がある。また、変電所が故障して変電所間隔が広がった場合などにも、電車と変電所の距離が離れすぎ、レール対地電圧の絶対値が過度に上昇する可能性がある。この事態を想定し、変電所をさらに増やして間隔を詰めれば解決できるが、コストの大幅な増加につながるため経済的損失が大きくなる。
【０００７】
変電所を増やすことなく、レール対地電圧の絶対値を低減する手段として、特許文献１には、ＡＴき電線方式において、インピーダンスボンド点や高架橋などの構造物の鉄筋を活用しレールを低抵抗接地することで、レール対地電圧の絶対値を低減する技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２６０９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１に記載の従来技術は、交流き電方式で電化された鉄道路線において、レールを低抵抗で接地することで、レール対地電圧の絶対値の過度な上昇を抑制するものであり、変電所設置数を増加させるよりも施工コストが小さい。
【００１０】
しかし、この従来技術は電車電流が小さい交流き電方式において有効な手段であり、電車の消費電流が大きい直流き電方式に適用した場合、大地に多くの電流（以下、「迷走電流」と呼ぶ）が流れることで、埋設菅の電食等を引き起こす恐れがある。
【００１１】
本発明は、上述の課題に鑑み、施工コスト増大の原因となる変電所数の増加を招くことなく、交流き電方式のみならず直流き電方式においてもレール対地電圧絶対値が過度に上昇することを抑制することが可能な鉄道の電力供給システム、供給電力管理装置、及び供給電力管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述の課題を解決するため、本発明は、路線に在線する電気鉄道車両に架線経由で電力を供給する電力供給システムにおいて、前記電力供給システムの所定の近傍におけるレール対地電圧に基づいて電力の設定電圧を制御して前記電気鉄道車両に電力を供給する電力変換手段を有するようにした。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、変電所を増設することなく、交流き電方式のみならず直流き電方式においてもレール対地電圧の絶対値が基準範囲を逸脱するのを抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施例１の電力供給システムの概略構成の一例を示す図である。
【図２】帰線電流及び迷走電流の経路と、各距離程におけるレール対地電圧の一例を示す図である。
【図３】実施例１のエネルギ管理装置の構成の一例を示す図である。
【図４】実施例１のレール対地電圧データベース情報の一例を示す図である。
【図５】実施例１の電圧計算処理の一例を示すフローチャートである。
【図６】実施例１の補助対象電力変換手段と電車の各距離程における架線電圧及びレール電圧の一例を示した図である。
【図７】実施例１の電圧計算処理の「直接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。
【図８】実施例１の補助対象電力変換手段及び直接型隣接電力変換手段と電車の距離程における架線電圧及びレール電圧及びレール対地電圧の一例を示す図である。
【図９】実施例１の「直接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の「レール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。
【図１０】実施例２の電力供給システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１１】実施例２のエネルギ管理装置の構成の一例を示す図である。
【図１２】実施例２の電圧計算処理の一例を示すフローチャートである。
【図１３】実施例２の電圧計算処理の「間接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。
【図１４】実施例２の補助対象電力変換手段及び間接型隣接電力変換手段と電車の距離程における架線電圧及びレール電圧及びレール対地電圧の一例を示す図である。
【図１５】実施例２の「間接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の「レール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。
【図１６】実施例３の電力供給システムの概略構成の一例を示す図である。
【図１７】実施例３のエネルギ管理装置の構成の一例を示す図である。
【図１８】実施例３の電圧計算処理の一例を示すフローチャートである。
【図１９】実施例３の電圧計算処理の「遠方型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。
【図２０】実施例３の補助対象電力変換手段及び遠方型隣接電力変換手段と電車の距離程における架線電圧及びレール電圧及びレール対地電圧の一例を示す図である。
【図２１】実施例３の「遠方型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の「レール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。
【図２２】実施例１〜３のエネルギ管理装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１６】
［実施例１の電力供給システムの構成］
図１は、実施例１の電力供給システムの概略構成の一例を示す図である。図１に示す電力供給システム１Ｓは、レール対地電圧取得手段１０１と、エネルギ管理装置１０２と、電力変換手段１０３とから構成される。図１の例では、レール対地電圧取得手段１０１と電力変換手段１０３が２つの例を示している。エネルギ管理装置１０２は、電力変換手段１０３が架線２０３に供給する供給電力を管理及び制御する装置である。エネルギ管理装置１０２は、例えば鉄道路線毎に設けられ、鉄道路線毎の複数の電力変換手段１０３を管理処理対象とするコンピュータである。電力変換手段１０３は、鉄道路線に沿って設置されている。
【００１７】
レール対地電圧取得手段１０１は、電力変換手段１０３近傍のレール対地電圧を取得し、その結果をレール対地電圧関連情報１７１としてエネルギ管理装置１０２へ出力する。レール対地電圧取得手段１０１は、電力変換手段１０３ごとに設置されており、各電力変換手段１０３近傍におけるレール対地電圧を取得する。レール対地電圧取得手段１０１は、例えば２点間の電圧を計測可能な電圧計測装置で構成されており、一方の計測端子はレール２０５と帰線ケーブル２０６が電気的に接続されている点に接続され、他方の計測端子は近傍の地面に接地され、レール２０５と帰線ケーブル２０６の接続点の対地電圧が計測できる形態が望ましい。
【００１８】
ただし、一方の計測端子は必ずしも帰線ケーブル２０６とレール２０５の接続点に接続されていなくてもよく、例えば、帰線ケーブル２０６は抵抗値が小さいため、帰線ケーブル２０６とレール２０５の電圧はほぼ同じ値であるとみなせることから、帰線ケーブル２０６上のいずれかの点に接続されていてもよい。また、帰線ケーブル２０６とレール２０５の接続点に近く、帰線ケーブル２０６とレール２０５の接続位置の対地電圧が十分推定できる範囲であれば、帰線ケーブル２０６とレール２０５の接続点から離れた点に接続されていてもよい。
【００１９】
エネルギ管理装置１０２は、各電力変換手段１０３に設置されたレール対地電圧取得手段１０１から出力された、レール対地電圧関連情報１７１を入力とし、レール対地電圧をパラメータとして各電力変換手段１０３の設定電圧を決定し、設定電圧情報１７２として、各電力変換手段１０３へ出力する。エネルギ管理装置１０２の処理については、後述する。
【００２０】
電力変換手段１０３は、設定電圧情報１７２を入力とし、系統から供給される電力を、電車へ供給するのに適切な電力に変換する、例えば変電所である。電力変換手段１０３は、設定電圧情報１７２に基づき変圧器の巻き線比を切り替えることで設定電圧を変化させる構成であってもよいし、整流器として自励式素子を用いた構成の自励式変圧器であってもよいし、蓄電装置と充放電装置を整流器と並列に接続した構成であってもよく、設定電圧を変更できる構成であれば特に手段は問わない。
【００２１】
［帰線電流及び迷走電流の経路と、各距離程におけるレール対地電圧］
図２は、帰線電流及び迷走電流の経路と、各距離程におけるレール対地電圧の一例を示す図である。エネルギ管理装置１０２の説明をする前に、レール対地電圧の特徴について説明する。
【００２２】
電気鉄道においては、電力は電力変換手段１０３から送電ケーブル２０２、架線２０３を通り、電車２０４に供給される。電車２０４で消費された電流の多くは帰線電流としてレール２０５を通り、帰線ケーブル２０６を介して電力変換手段１０３へ流れる。レールは漏れコンダクタンス２１０を介して大地２１１に接地されているため、一部の電流は迷走電流として、漏れコンダクタンス２１０と大地２１１に流れる。大地２１１に流れた迷走電流は、電力変換手段１０３近傍でレール２０５に戻り、帰線ケーブル２０６を介して電力変換手段１０３へ流れる。
【００２３】
漏れコンダクタンス２１０に迷走電流が流れると、大地とレールの間で電圧降下が生じる。電車２０４近傍では、レール２０５から大地２１１へ迷走電流が流れるため、レール対地電圧は正となる。一方、電力変換手段１０３近傍では、大地２１１からレール２０５へ迷走電流が流れるため、レール対地電圧は負となる。
【００２４】
電車２０４と電力変換手段１０３とが１対１である場合、レール対地電圧の絶対値は、電力変換手段１０３近傍（電力変換手段の接続位置近傍）と電車２０４近傍（電車位置近傍）とでほぼ同じ値になるが、電車２０４が複数編成存在し、同時に電力を消費している場合、電力変換手段１０３近傍の漏れコンダクタンス２１０には電車２０４の複数編成分の迷走電流がまとめて流れるため、電力変換手段１０３近傍におけるレール対地電圧の絶対値は電車２０４近傍のレール対地電圧の絶対値よりも高くなる。つまり、電力変換手段１０３近傍は路線上で最もレール対地電圧の絶対値が高くなりやすい地点であるといえるため、電力変換手段１０３近傍のレール対地電圧が基準範囲を超えるのを抑制することで、路線内全体でのレール対地電圧を基準範囲に抑えることができる。
【００２５】
［実施例１のエネルギ管理装置の構成］
図３は、実施例１のエネルギ管理装置の構成の一例を示す図である。エネルギ管理装置１０２は、電車距離取得部３０１と、路線電圧取得部３０２と、架線抵抗取得部３０３と、レール対地電圧データベース３０４と、電圧計算部３０５とで構成されている。
【００２６】
電車距離取得部３０１は、エネルギ管理装置１０２が管轄する電力変換手段１０３と、路線上の各電車の距離を取得し、電車距離情報３７１を架線抵抗取得部３０３と電圧計算部３０５へ出力する。電車距離取得部３０１は、電力変換手段１０３と各電車の距離を、データベースに記憶した電力変換手段１０３の距離程と、運行指令装置（不図示）から無線通信で取得した各電車の距離程の差分から計算する形が望ましいが、それ以外の形態であってもよく、電力変換手段１０３と各電車の距離が取得できる形態であれば特に手段は問わない。
【００２７】
路線電圧取得部３０２は、各電車と電力変換手段１０３における、架線とレールの電位差である架線レール間電圧を取得し、路線電圧情報３７２として電圧計算部３０５へ出力する。路線電圧取得部３０２は、架線レール間電圧を、各電力変換手段１０３や各電車から無線通信で取得する形態が望ましいが、各電車と電力変換手段１０３の架線レール間電圧が取得できる形態であれば特に手段は問わない。
【００２８】
架線抵抗取得部３０３は、電車距離情報３７１を入力とし、各電力変換手段１０３から各電車までの架線抵抗値及びレール抵抗値である、架線抵抗情報３７３を電圧計算部３０５へ出力する。架線抵抗取得部３０３は、路線上の各距離程における架線抵抗率（Ω／ｋｍ）及びレール抵抗率（Ω／ｋｍ）を記憶しており、式（１）及び式（２）を用いて電力変換手段１０３と電車までの架線抵抗値及びレール抵抗値を計算する。
【００２９】
架線抵抗値［Ω］＝電力変換手段１０３から電車までの距離［ｋｍ］
×架線抵抗率［Ω／ｋｍ］    ・・・（１）
レール抵抗値［Ω］=電力変換手段１０３から電車までの距離［ｋｍ］
×レール抵抗率［Ω／ｋｍ］  ・・・（２）
【００３０】
レール対地電圧データベース３０４は、電車への供給電流と、電力変換手段１０３から電車までの距離に対するレール対地電圧の関係を、レール対地電圧データベース情報３７４として電圧計算部３０５へ出力する。レール対地電圧データベース情報３７４の詳細については後述する。
【００３１】
電圧計算部３０５は、電車距離情報３７１と、路線電圧情報３７２と、架線抵抗情報３７３と、レール対地電圧データベース情報３７４を入力とし、設定電圧情報１７２を出力する。電圧計算部３０５の処理の詳細については、後述する。
【００３２】
［実施例１のレール対地電圧データベース情報］
図４は、実施例１のレール対地電圧データベース情報の一例を示す図である。レール対地電圧データベース情報３７４は、電力変換手段１０３から電車までの距離と、その距離に在線する電車への供給電流に対する、電力変換手段１０３近傍におけるレール対地電圧の関係を示したものである。この値は、実測結果を統計的に処理して作成した値を入力としてもよいし、シミュレーションモデルを用いて算出した値を入力としてもよい。
【００３３】
［実施例１の電圧計算処理］
図５は、実施例１の電圧計算処理の一例を示すフローチャートである。エネルギ管理装置１０２の電圧計算部３０５は、図５に示すフローチャートのステップＳ５０１からステップＳ５０４のループ処理を、自装置が管理する電力変換手段１０３の全てについて繰り返す。
【００３４】
ステップＳ５０２では、電圧計算部３０５は、現在のループで参照している電力変換手段１０３（以降、「補助対象電力変換手段」と呼ぶ）のレール対地電圧の絶対値が予め設定した基準値を上回っているかを判定する。電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧の絶対値が予め設定した基準値を上回っている場合はステップＳ５０２へ処理を移し、基準値以下の場合は、次の電力変換手段１０３を補助対象電力変換手段とする次ループへ処理を移す。
【００３５】
ステップＳ５０３では、電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段近傍のレール対地電圧の絶対値が基準値を上回る主要因となっている電力供給先（以降、「補助対象区間」と呼ぶ）を設定する（補助対象区間設定処理）。補助対象区間設定処理の詳細については、後述する。
【００３６】
ステップＳ５０４では、電圧計算部３０５は、補助対象区間に直接電力を供給している、補助対象電力変換手段以外の電力変換手段（以降、「直接型隣接電力変換手段」と呼ぶ）の設定電圧とその設定電圧時のレール対地電圧を計算する（直接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理）。直接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理の詳細については、後述する。
【００３７】
［補助対象区間設定処理］
図６は、実施例１の補助対象電力変換手段と電車の各距離程における架線電圧及びレール電圧の一例を示した図である。図６を参照して、図５のステップＳ５０３で実施される、補助対象区間の設定方法について説明する。図６は、電力変換手段と電車の、架線電圧及びレール電圧（対補助対象電力変換手段の帰線電位基準）を、距離程を横軸にして示す。
【００３８】
補助対象電力変換手段及び各電車の架線レール間電圧は、路線電圧情報３７２に含まれており既知である。また、補助対象電力変換手段から各電車までの距離についても、電車距離情報３７１に含まれており既知である。これらの既知情報から、式（３）、式（４）、及び式（５）を用いて、補助対象電力変換手段が各電車にどれだけ電流を供給しているかを計算することができる。
【００３９】
ＩＡ＝（ＶＡ−Ｖ０）÷（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×ＬＡ）          ・・・（３）
ＩＢ＝（ＶＢ−Ｖ０）÷（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×ＬＢ）−ＩＣ      ・・・（４）
ＩＣ＝（ＶＣ−ＶＢ）÷（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×（ＬＣ−ＬＢ））  ・・・（５）
ＩＡ：電車Ａに供給している電流
ＩＢ：電車Ｂに供給している電流
ＩＣ：電車Ｃに供給している電流
Ｖ０：補助対象電力変換手段の架線レール間電圧
ＶＡ：電車Ａの架線レール間電圧
ＶＢ：電車Ｂの架線レール間電圧
ＶＣ：電車Ｃの架線レール間電圧
Ｒｔ：架線抵抗率（路線で一様と仮定）
Ｒｒ：レール抵抗率（路線で一様と仮定）
ＬＡ：補助対象電力変換手段から電車Ａまでの距離
ＬＢ：補助対象電力変換手段から電車Ｂまでの距離
ＬＣ：補助対象電力変換手段から電車Ｃまでの距離
【００４０】
シリコン整流器をベースとした電力変換手段では、整流に用いるダイオードの特性により、出力電流に応じた電圧降下が生じる。そのため、補助対象電力変換手段の架線レール間電圧Ｖ０は、補助対象電力変換手段の設定電圧Ｖ０ｎｌを用いて、式（６）で計算される。
【００４１】
Ｖ０＝Ｖ０ｎｌ−Ｉ０×Ｒｄ  ・・・（６）
Ｖ０：補助対象電力変換手段の架線レール間電圧
Ｖ０ｎｌ：補助対象電力変換手段の設定電圧
Ｉ０：補助実施前の補助対象電力変換手段の出力電流
Ｒｄ：整流器の等価電源抵抗
【００４２】
なお、自励式整流器のように、架線レール間電圧と設定電圧が同じ値になる特性の電力変換手段を用いる場合には、式（６）において、整流器の等価抵抗Ｒｄ値を０として計算することで対応可能である。
【００４３】
補助対象電力変換手段から各電車までの距離と、式（３）、式（４）、及び式（５）で計算した各電車への供給電流から、図３に示したレール対地電圧データベース情報３７４を用いて、各電車によるレール対地電圧を計算する。各電車による補助対象電力変換手段近傍のレール対地電圧を、図６における補助対象電力変換手段の左右でそれぞれ合算し比較することで、補助対象電力変換手段の左右どちらの方が、補助対象電力変換手段近傍のレール対地電圧を低下させる主要因となっているかを判断し、補助対象区間として設定する。また、補助対象区間に、補助対象電力変換手段と共に電力を供給している電力変換手段を、直接型隣接電力変換手段として設定する。
【００４４】
［直接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理］
図７は、実施例１の電圧計算処理の「直接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。図７に示したフローチャートでは、ステップＳ７０５及びステップＳ７０７の判定結果に応じて、ステップＳ７０２、ステップＳ７０３、ステップＳ７０４、ステップＳ７０５、及びステップＳ７０７で、ループ処理となる。
【００４５】
ステップＳ７０１では、電圧計算部３０５は、直接型隣接電力変換手段から補助対象区間に流す補助電流値を初期化する。
【００４６】
ステップＳ７０２では、電圧計算部３０５は、直接型隣接電力変換手段への補助電流値を加算し（補助電流を増加させ）、ステップＳ７０３へ処理を移す。補助電流値の加算量は、あらかじめ設定した任意の値を用いる。
【００４７】
ステップＳ７０３では、電圧計算部３０５は、ステップＳ７０２の補助電流値加算実施後の、直接型隣接電力変換手段の設定電圧を計算する。つまり、直接型隣接電力変換手段にどれだけの設定電圧を設定すれば、直接型隣接電力変換手段が、ステップＳ７０２の補助電流値加算実施後の電流値の電力を架線２０３に供給することができるかを計算する。ステップＳ７０３の詳細については、後述する。
【００４８】
ステップＳ７０４では、電圧計算部３０５は、ステップＳ７０２の補助電流値加算実施後の、補助対象電力変換手段と直接型隣接電力変換手段のレール対地電圧を計算する（レール対地電圧計算処理）。ステップＳ７０４の処理の詳細については、後述する。
【００４９】
ステップＳ７０５では、電圧計算部３０５は、（１１）ステップＳ７０４で計算した直接型隣接電力変換手段のレール対地電圧（計算値）の絶対値が基準値を上回っている、又は、（１２）ステップＳ７０３で計算した直接型隣接電力変換手段の設定電圧が設定可能範囲を超えているかを判定する。電圧計算部３０５は、この（１１）又は（１２）の条件が満たされる場合（ステップＳ７０５：Ｙｅｓ）はステップＳ７０６へ処理を移し、（１１）及び（１２）の何れの条件も満たされない場合（ステップＳ７０５：Ｎｏ）はステップＳ７０７へ処理を移す。
【００５０】
ステップＳ７０６では、電圧計算部３０５は、直接型隣接電力変換手段の補助電流値を加算した結果、直接型隣接電力変換手段のレール対地電圧が基準を超えてしまうか、直接型隣接電力変換手段の設定電圧が設定可能最大値を超えており、これ以上補助電流値を加算することができない状態であるため、１ループ前で計算した直接型隣接電力変換手段の設定電圧を設定電圧情報１７２として出力し、本処理を終了する。つまり、電圧計算部３０５は、今回のステップＳ７０２の実行までで直接型隣接電力変換手段の補助電流を増加させた累積の設定電圧ではなく、前回のステップＳ７０２の実行までで直接型隣接電力変換手段の補助電流を増加させた累積の設定電圧を、補助実施のための直接型隣接電力変換手段への設定電圧情報１７２として出力する。これにより、直接型隣接電力変換手段のレール対地電圧を基準範囲内に収めつつ、補助対象電力変換手段のレール対地電圧を可能な限り改善することができる。
【００５１】
ステップＳ７０７では、電圧計算部３０５は、ステップＳ７０４で計算した補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値の絶対値が基準値を下回っているかを判定する。電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値の絶対値（計算値）が基準値を下回っている場合（ステップＳ７０７：Ｙｅｓ）はステップＳ７０８へ処理を移し、下回っていない場合（ステップＳ７０７：Ｎｏ）は、直接型隣接電力変換手段にまだ補助電流値を加算する余裕があり、かつ補助対象電力変換手段のレール対地電位を基準値まで上昇させるための補助電流が不足している状態であることから、ループ処理を実施しステップＳ７０２へ処理を移す。
【００５２】
ステップＳ７０８では、電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧の絶対値（計算値）が基準値を下回っており、これ以上補助電流を増加する必要はない状態であるため、現在のループで計算した直接型隣接電力変換手段の設定電圧を、補助実施のための直接型隣接電力変換手段への設定電圧情報１７２として出力し、処理を終了する。
【００５３】
［直接型隣接電力変換手段の設定電圧の計算方法］
図８は、実施例１の補助対象電力変換手段及び直接型隣接電力変換手段と電車の距離程における架線電圧及びレール電圧及びレール対地電圧の一例を示す図である。ステップＳ７０３における、直接型隣接電力変換手段の設定電圧計算方法について、図８を用いて説明する。図８では、補助対象区間に、２編成の電車が在線している状況における、架線電圧及びレール電圧（補助対象電力変換手段の帰線基準）と、レール対地電圧の例を示している。
【００５４】
電流は電圧が高いところから低いところにしか流れないため、図８の例では、電車Ａは補助対象電力変換手段からのみ、電車Ｂは補助対象電力変換手段と直接型隣接電力変換手段の両方から電力供給されている状態である。補助実施後の、補助対象電力変換手段から電車Ａまでの架線電流ＩＡＫ´と、電車Ａから電車Ｂまでの架線電流ＩＢＫ´は式（７）、式（８）で計算される。
【００５５】
ＩＡＫ´＝ＩＡ−（ＩS−ＩＢ）  ・・・（７）
ＩＢＫ´＝ＩＢ−ＩＳ            ・・・（８）
ＩＡＫ´：補助実施後の補助対象電力変換手段から電車Ａまでの架線電流
ＩＢＫ´：補助実施後の電車Ａから電車Ｂまでの架線電流
ＩＡ：補助実施前の補助対象電力変換手段から電車Ａへの供給電流
ＩＢ：補助実施前の補助対象電力変換手段から電車Ｂへの供給電流
ＩＳ：補助電流（補助される側の値が正）
【００５６】
補助電流ＩＳが、補助実施前の補助対象電力変換手段から電車Ｂへの供給電流ＩＢよりも小さい場合は、補助電流ＩＳは電車Ｂのみに供給されることになるため、ＩＢＫ´は正の値となる。一方、補助電流ＩＳが、補助実施前の補助対象電力変換手段から電車Ｂへの供給電流ＩＢよりも大きい場合は、ＩＢＫ´は負の値となるため、補助電流は電車Ａにも流れることになり、電車Ａと電車Ｂの架線レール間電圧が逆転する。
【００５７】
続いて、直接型隣接電力変換手段にもっとも近い、補助実施後の電車Ｂの架線レール間電圧ＶＢ´を、式（９）、式（１０）、式（１１）を用いて計算する。
【００５８】
ＶＢ´＝ＶＡ´−ＩＢＫ´×（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×（ＬＢ−ＬＡ））  ・・・（９）
ＶＡ´＝Ｖ０´−ＩＡＫ´×（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×ＬＡ）              ・・・（１０）
Ｖ０´＝Ｖ０ｎｌ−（Ｉ０−ＩＳ）×Ｒｄ                          ・・・（１１）
ＶＡ´：補助実施後の電車Ａの架線レール間電圧
ＶＢ´：補助実施後の電車Ｂの架線レール間電圧
Ｖ０´：補助実施後の補助対象電力変換手段の架線レール間電圧
Ｖ０ｎｌ：補助対象電力変換手段の設定電圧
ＩＡＫ´：補助実施後の補助対象電力変換手段から電車Ａまでの架線電流
ＩＢＫ´：補助実施後の電車Ａから電車Ｂまでの架線電流
Ｉ０：補助実施前の補助対象電力変換手段の出力電流
ＩＳ：補助電流（補助される側の値が正）
Ｒｄ：整流器の等価電源抵抗
Ｒｔ：架線抵抗率（路線で一様と仮定）
Ｒｒ：レール抵抗率（路線で一様と仮定）
ＬＡ：補助対象電力変換手段から電車Ａまでの距離
ＬＢ：補助対象電力変換手段から電車Ｂまでの距離
【００５９】
最後に、式（１２）、式（１３）を用いて、補助実施後の電車Ｂの架線レール間電圧ＶＢ´から補助実施後の直接型隣接電力変換手段の設定電圧Ｖ１ｎｌ´を計算する。
【００６０】
Ｖ１ｎｌ´＝Ｖ１´＋（Ｉ１＋Ｉｓ）×Ｒｄ              ・・・（１２）
Ｖ１´＝ＶＢ´＋ＩＢＺ´×（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×ＬＢ１）  ・・・（１３）
Ｖ１ｎｌ´：補助実施後の直接型隣接電力変換手段の設定電圧
Ｖ１´：補助実施後の補助対象電力変換手段の架線レール間電圧
ＶＢ´：補助実施後の電車Ｂの架線レール間電圧
Ｉ１：補助実施前の直接型隣接電力変換手段の出力電流
Ｉｓ：補助電流（補助される側の値が正）
Ｒｄ：整流器の等価電源抵抗
Ｒｔ：架線抵抗率（路線で一様と仮定）
Ｒｒ：レール抵抗率（路線で一様と仮定）
ＩＢＺ´：補助実施後の直接型隣接電力変換手段から電車Ｂへの供給電流
ＬＢ１：直接型隣接電力変換手段から電車Ｂまでの距離
【００６１】
以上のように直接型隣接電力変換手段の設定電圧を計算し、設定することで、直接型隣接電力変換手段から電車Ａ及び電車Ｂに供給される電流を増加させ、補助対象電力変換手段の電流を低減することが可能となる。補助対象電力変換手段の電流を低減すれば、レール対地電圧の絶対値が上昇するのを抑制することができる。
【００６２】
なお、本実施例では直接型隣接電力変換手段の電圧を上昇させる例について説明したが、補助対象電力変換手段の電圧を降下させることでも同等の効果を得ることが可能である。また、直接型隣接電力変換手段の電圧の上昇と、補助対象電力変換手段の電圧の降下とを同時に行ってもよい。
【００６３】
［実施例１のレール対地電圧計算処理］
図９は、実施例１の「直接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の「レール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。図９を参照して、図７のステップＳ７０４における、補助対象電力変換手段と直接型隣接電力変換手段の近傍におけるレール対地電圧の計算方法について説明する。ステップＳ１００２からステップＳ１００４は補助対象電力変換手段のレール対地電圧を計算する処理、ステップＳ１００６からステップＳ１００７は直接型隣接電力供給のレール対地電圧を計算する処理である。
【００６４】
ステップＳ１００１では、電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値と、直接型隣接電力変換手段のレール対地電圧値を、それぞれ初期化する。
【００６５】
ステップＳ１００２はループ処理であり、電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段が電力を供給している全ての電車についてステップＳ１００３とステップＳ１００４を繰り返す。
【００６６】
ステップＳ１００３では、電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段が各電車に供給する電流と、補助対象電力変換手段と各電車の距離から、図３に示したレール対地電圧データベース情報３７４を参照し、各電車に電流を供給することによる補助対象電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を計算する。
【００６７】
ステップＳ１００４では、電圧計算部３０５は、ステップＳ１００３で計算した、各電車に電流を供給することによる補助対象電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を加算（積算）する。電圧計算部３０５は、補助対象電力変換手段が補助対象区間内で電力を供給している全ての電車についてステップＳ１００３とステップＳ１００４の処理を繰り返したのち、ステップＳ１００５へ処理を移す。
【００６８】
ステップＳ１００５はループ処理であり、電圧計算部３０５は、直接型隣接電力変換手段が電力を供給している全ての電車についてステップＳ１００６とステップＳ１００７を繰り返す。
【００６９】
ステップＳ１００６は、直接型隣接電力変換手段が各電車に供給する電流と、直接型隣接電力変換手段と各電車の距離から、図３に示したレール対地電圧データベース情報３７４を参照し、各電車に電流を供給することによる直接型隣接電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を計算する。
【００７０】
ステップＳ１００７は、ステップＳ１００６で計算した、各電車に電流を供給することによる直接型隣接電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を加算（積算）する。電圧計算部３０５は、直接型隣接電力変換手段が補助対象区間内で電力を供給している全ての電車についてステップＳ１００６とステップＳ１００７の処理を繰り返したのち、本処理フローを終了する。
【００７１】
本実施例の構成により、補助対象電力変換手段の電流を直接型隣接電力変換手段にも分担させることで、補助対象電力変換手段の電流を低減し、レール対地電圧の絶対値が過度に上昇するのを抑制することができる。
【実施例２】
【００７２】
［実施例２の電力供給システムの構成］
図１０は、実施例２の電力供給システムの概略構成の一例を示す図である。図１０に示す電力供給システム２Ｓは、レール対地電圧取得手段１０１と、エネルギ管理装置１００２と、電力変換手段１０３とから構成される。図１０の例では、電力変換手段１０３が２つの例を示している。エネルギ管理装置１００２以外の構成については実施例１と同じであるため、エネルギ管理装置１００２についてのみ後述し、それ以外は説明を省略する。
【００７３】
［実施例２のエネルギ管理装置の構成］
図１１は、実施例２のエネルギ管理装置の構成の一例を示す図である。エネルギ管理装置１００２は、電車距離取得部３０１と、路線電圧取得部３０２と、架線抵抗取得部３０３と、レール対地電圧データベース３０４と、電圧計算部１１０５とで構成されている。
【００７４】
電圧計算部１１０５以外の構成については実施例１と同じであるため、電圧計算部１１０５についてのみ後述し、それ以外は説明を省略する。
【００７５】
［実施例２の電圧計算処理］
図１２は、実施例２の電圧計算処理の一例を示すフローチャートである。図１２に示す電圧計算処理は、エネルギ管理装置１００２の電圧計算部１１０５により実行される。ステップＳ５０１、ステップＳ５０２、ステップＳ５０３については、実施例１の電圧計算部３０５の電圧計算処理と同じであるため、説明を省略し、ステップＳ１２０４についてのみ詳細を説明する。
【００７６】
ステップＳ１２０４では、電圧計算部１１０５は、補助対象区間に対して、補助対象電力変換手段越しに電力を供給している電力変換手段（以降、「間接型隣接電力変換手段」と呼ぶ）の設定電圧を計算する。ステップＳ１２０４の処理の詳細は、後述する。
【００７７】
［実施例２のレール対地電圧計算処理］
図１３は、実施例２の電圧計算処理の「間接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。図１３に示したフローチャートは、図１２のステップＳ１２０４の処理の詳細を示し、ステップＳ１３０５及びステップＳ１３０７の結果によって、ステップＳ１３０３、ステップＳ１３０４、ステップＳ１３０５、ステップＳ１３０７、ステップＳ１３０９がループ処理となるよう構成されている。
【００７８】
ステップＳ１３０１では、電圧計算部１１０５は、間接型隣接電力変換手段から補助対象区間に流す補助電流値を初期化する。
【００７９】
ステップＳ１３０２では、電圧計算部１１０５は、間接型隣接電力変換手段への補助電流値を加算し（補助電流を増加させ）、ステップＳ１３０３へ処理を移す。補助電流値の加算量は、あらかじめ設定した任意の値を用いる。
【００８０】
ステップＳ１３０３では、電圧計算部１１０５は、ステップＳ１３０２の補助電流値加算後の、間接型隣接電力変換手段の設定電圧を計算する。ステップＳ１３０３の詳細については、後述する。
【００８１】
ステップＳ１３０４では、電圧計算部１１０５は、ステップＳ１３０２の補助電流値加算実施後の、補助対象電力変換手段と間接型隣接電力変換手段のレール対地電圧を計算する。ステップＳ１３０４の処理の詳細については、後述する。
【００８２】
ステップＳ１３０５は、電圧計算部１１０５は、（２１）ステップＳ１３０４で計算した間接型隣接電力変換手段のレール対地電圧（計算値）の絶対値が基準値を上回っている、又は、（２２）ステップＳ１３０３で計算した間接型隣接電力変換手段の設定電圧が設定可能範囲を超えているかを判定する。電圧計算部３０５は、この（２１）又は（２２）の条件が満たされる場合（ステップＳ１３０５：Ｙｅｓ）はステップＳ１３０６へ処理を移し、（２１）及び（２２）の何れの条件も満たされない場合（ステップＳ１３０５：Ｎｏ）はステップＳ１３０７へ処理を移す。
【００８３】
ステップＳ１３０６では、電圧計算部１１０５は、間接型隣接電力変換手段の補助電流を増加させた結果、間接型隣接電力変換手段のレール対地電圧が基準を超えてしまうか、間接型隣接電力変換手段の設定電圧が設定可能最大値を超えており、これ以上補助電流を増加させることができない状態であるため、１ループ前で計算した間接型隣接電力変換手段の設定電圧を、設定電圧情報１７２として出力し、本処理を終了する。これにより、間接型隣接電力変換手段のレール対地電圧を基準範囲内に収めつつ、補助対象電力変換手段のレール対地電圧を可能な限り改善することができる。
【００８４】
ステップＳ１３０７では、電圧計算部１１０５は、ステップＳ１３０４で計算した補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値の絶対値が基準値を下回っているかを判定する。電圧計算部１１０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値の絶対値が基準値を下回っている場合（ステップＳ１３０７：Ｙｅｓ）はステップＳ１３０８へ処理を移し、下回っていない場合（ステップＳ１３０７：Ｎｏ）は、間接型隣接電力変換手段にまだ補助電流を増加させる余裕があり、かつ補助対象電力変換手段のレール電位を基準値まで上昇させるための補助電流が不足している状態であることから、ループ処理を実施そステップＳ１３０２へ処理を移す。
【００８５】
ステップＳ１３０８では、電圧計算部１１０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値が基準を下回っており、これ以上補助電流を増加する必要はない状態であるため、現在のループで計算した間接型隣接電力変換手段の設定電圧を、設定電圧情報１７２として出力し、処理を終了する。
【００８６】
［間接型隣接電力変換手段の設定電圧の計算方法］
図１４は、実施例２の補助対象電力変換手段及び間接型隣接電力変換手段と電車の距離程における架線電圧及びレール電圧及びレール対地電圧の一例を示す図である。図１４を参照して、ステップＳ１３０３における、間接型隣接電力変換手段の設定電圧計算方法について説明する。図１４では、補助対象区間に電車が在線している状況における、架線電圧及びレール電圧（補助対象電力変換手段の帰線電圧基準）と、レール対地電圧の例を示している。なお、図示していないが、電車は補助対象区間に複数在線していることを想定している。
【００８７】
図１４に示す状況の場合、補助実施後の間接型隣接電力変換手段の設定電圧Ｖ１´を、補助実施後の補助対象電力変換手段の設定電圧Ｖ０´よりも高くすることで、補助対象電力変換手段を越えて補助対象区間に補助電流を流すことができる。ステップＳ１３０３では、式（１４）、式（１５）、式（１６）を用いて、補助実施後の間接型隣接電力変換手段の設定電圧Ｖ１ｎｌ´を計算する。
【００８８】
Ｖ１ｎｌ´＝Ｖ１´＋（Ｉ１＋ＩＳ）×Ｒｄ      ・・・（１４）
Ｖ１´＝Ｖ０´＋Ｉｓ×（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×Ｌ１  ・・・（１５）
Ｖ０´＝Ｖ０ｎｌ−（Ｉ０−ＩＳ）×Ｒｄ        ・・・（１６）
Ｖ１ｎｌ´：補助実施後の間接型隣接電力変換手段の設定電圧
Ｖ１´：補助実施後の間接型隣接電力変換手段の架線レール間電圧
Ｖ０´：補助実施後の補助対象電力変換手段の架線レール間電圧
Ｖ０ｎｌ：補助対象電力変換手段の設定電圧
Ｉ１：補助実施前の間接型隣接電力変換手段の出力電流
Ｉ０：補助実施前の補助対象電力変換手段の出力電流
ＩＳ：補助電流（補助される側の値が正）
Ｒｔ：架線抵抗率（路線で一様と仮定）
Ｒｒ：レール抵抗率（路線で一様と仮定）
Ｒｄ：整流器の等価電源抵抗
Ｌ１：間接型隣接電力変換手段から補助対象電力変換手段までの距離
【００８９】
ステップＳ１３０３の計算の際には、間接型隣接電力変換手段と補助対象電力変換手段の間の路線上に、電力を消費する電車が在線している状況も考えられる。間接型隣接電力変換手段と補助電力変換手段の間に在線している電車には、間接型隣接電力変換手段と補助電力変換手段の両方から電力が供給されている。そのため、このような場合には、この電車への電流を間接型隣接電力変換手段がより多く負担することで、補助対象電力変換手段の電流を低減し、補助対象電力変換手段近傍におけるレール対地電圧が過度に上昇するのを抑制する。このときの間接型電力変換手段の設定電圧計算方法は、実施例１のステップＳ７０３の直接型電力変換手段を間接型電力変換手段に置き換えることで計算可能であるため、詳細な説明を省略する。
【００９０】
なお、間接型隣接電力変換手段と補助対象電力変換手段の間に、回生している電車がいる場合は、図１４を用いて説明した式（１４）で対応可能である。電車が回生すると電車付近の架線レール間電圧が上昇するが、電車の回生電流が補助電流よりも小さい場合は、電車付近の架線レール間電圧が間接型隣接電力変換手段の電圧よりも下がるため、間接型隣接電力変換手段は回生している電車を越して補助対象区間に電流を流すことが可能となる。また、電車の回生電流が補助電流よりも大きい場合は、そもそも間接型隣接電力変換手段が補助しなくても、回生している電車が間接型隣接電力変換手段の役割を果たすことになるため、いずれにせよ補助対象電力変換手段のレール対地電圧絶対値が過渡に上昇するのを抑制することができる。
【００９１】
［実施例２のレール対地電圧計算処理］
図１５は、実施例２の「間接型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の「レール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。図１５を参照して、ステップＳ１３０４における、補助対象電力変換手段と、間接型隣接電力変換手段の近傍における、レール対地電圧の計算方法について説明する。
【００９２】
ステップＳ１５０１では、電圧計算部１１０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値と、間接型隣接電力変換手段のレール対地電圧値を、それぞれ初期化する。
【００９３】
ステップＳ１００２からステップＳ１００４は、実施例１のステップＳ７０４における処理と同じであるため説明を省略する。
【００９４】
ステップＳ１５０５はループ処理であり、電圧計算部１１０５は、間接型隣接電力変換手段が電力を供給している全ての電車についてステップＳ１５０６とステップＳ１５０７を繰り返す。
【００９５】
ステップＳ１５０６では、電圧計算部１１０５は、間接型隣接電力変換手段が各電車に供給する電流と、間接型隣接電力変換手段と各電車の距離から、図３に示したレール対地電圧データベース情報３７４を参照し、各電車に電流を供給することによる間接型隣接電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を計算する。
【００９６】
ステップＳ１５０７では、電圧計算部１１０５は、ステップＳ１５０６で計算した、各電車に電流を供給することによる間接型隣接電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を加算（積算）する。電圧計算部１１０５は、間接型隣接電力変換手段が補助対象区間内で電力を供給している全ての電車についてステップＳ１５０６とステップＳ１５０７の処理を繰り返したのち、本処理フローを終了する。
【００９７】
本実施例の構成により、補助対象電力変換手段の電流を間接型隣接電力変換手段にも分担させることで、補助対象電力変換手段の電流を低減し、レール対地電圧の絶対値が過度に上昇するのを抑制することができる。
【００９８】
なお、本実施例では、間接型隣接電力変換手段の電圧を上昇させる例について説明したが、補助対象電力変換手段の電圧を降下させることでも同等の効果を得ることが可能である。また、間接型隣接電力変換手段の電圧の上昇と、補助対象電力変換手段の電圧の降下とを同時に行ってもよい。
【実施例３】
【００９９】
［実施例３の電力供給システムの構成］
図１６は、実施例３の電力供給システムの概略構成の一例を示す図である。図１６に示す電力供給システム３Ｓは、レール対地電圧取得手段１０１と、エネルギ管理装置１６０２と、電力変換手段１０３とから構成される。図１６の例では、電力変換手段１０３が２つの例を示している。
【０１００】
エネルギ管理装置１６０２以外の構成については実施例１と同じであるため、エネルギ管理装置１６０２についてのみ後述し、それ以外は説明を省略する。
【０１０１】
［実施例３のエネルギ管理装置の構成］
図１７は、実施例３のエネルギ管理装置の構成の一例を示す図である。エネルギ管理装置１６０２は、電車距離取得部３０１と、路線電圧取得部３０２と、架線抵抗取得部３０３と、レール対地電圧データベース３０４と、電圧計算部１７０５とで構成されている。
【０１０２】
電圧計算部１７０５以外の構成については実施例１と同じであるため、電圧計算部１７０５についてのみ後述し、それ以外は説明を省略する。
【０１０３】
［実施例３の電圧計算処理］
図１８は、実施例２の電圧計算処理の一例を示すフローチャートである。図１８に示す電圧計算処理は、エネルギ管理装置１６０２の電圧計算部１７０５により実行される。ステップＳ５０１、ステップＳ５０２、ステップＳ５０３については、実施例１の電圧計算部３０５の電圧計算処理と同じであるため、説明を省略し、ステップＳ１８０４についてのみ詳細を説明する。
【０１０４】
ステップＳ１８０４では、電圧計算部１７０５は、補助対象区間に対して、直接型隣接電圧変換手段越しに電力を供給している電力変換手段（以降、「遠方型隣接電力変換手段」と呼ぶ）の設定電圧を計算する。ステップＳ１８０４の処理の詳細は、後述する。
【０１０５】
［実施例３のレール対地電圧計算処理］
図１９は、実施例３の電圧計算処理の「遠方型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。図１９に示したフローチャートは、図１８のステップＳ１８０４の処理の詳細を示し、ステップＳ１９０５及びステップＳ１９０７の結果によって、ステップＳ１９０３、ステップＳ１９０４、ステップＳ１９０５、ステップＳ１９０７、ステップＳ１９０９がループ処理となるよう構成されている。
【０１０６】
ステップＳ１９０１では、電圧計算部１７０５は、遠方型隣接電力変換手段から補助対象区間に流す補助電流値を初期化する。
【０１０７】
ステップＳ１９０２では、電圧計算部１７０５は、遠方型隣接電力変換手段への補助電流値を加算し（補助電流を増加させ）、ステップＳ１９０３へ処理を移す。補助電流値の加算量は、あらかじめ設定した任意の値を用いる。
【０１０８】
ステップＳ１９０３では、電圧計算部１７０５は、ステップＳ１９０２の補助電流値加算実施後の、遠方型隣接電力変換手段の設定電圧を計算する。ステップＳ１９０３の詳細については、後述する。
【０１０９】
ステップＳ１９０４では、電圧計算部１７０５は、ステップＳ１３０２の補助電流値加算実施後の、補助対象電力変換手段と遠方型隣接電力変換手段のレール対地電圧を計算する。ステップＳ１９０４の処理の詳細については、後述する。
【０１１０】
ステップＳ１９０５では、（３１）ステップＳ１９０４で計算した遠方型隣接電力変換手段のレール対地電圧（計算値）の絶対値が基準値を上回っている、又は、（３２）ステップＳ１９０３で計算した遠方型隣接電力変換手段の設定電圧が設定可能範囲を超えているかを判定する。電圧計算部１７０５は、この（３１）又は（３２）の条件が満たされる場合（ステップＳ１９０５：Ｙｅｓ）はステップＳ１９０６へ処理を移し、（３１）及び（３２）の何れの条件も満たされない場合（ステップＳ１９０５：Ｎｏ）はステップＳ１９０７へ処理を移す。
【０１１１】
ステップＳ１９０６では、電圧計算部１７０５は、遠方型隣接電力変換手段の補助電流を増加させた結果、遠方型隣接電力変換手段のレール対地電圧が基準を超えてしまうか、遠方型隣接電力変換手段の設定電圧が設定可能最大値を超えており、これ以上補助電流を増加させることができない状態であるため、１ループ前で計算した遠方型隣接電力変換手段の設定電圧を、設定電圧情報１７２として出力し、本処理を終了する。これにより、遠方型隣接電力変換手段のレール対地電圧を基準範囲内に収めつつ、補助対象電力変換手段のレール対地電圧を可能な限り改善することができる。
【０１１２】
ステップＳ１９０７では、電圧計算部１７０５は、ステップＳ１９０４で計算した補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値の絶対値が基準値を下回っているかを判定する。電圧計算部１７０５は、ステップＳ１９０４で計算した補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値の絶対値が基準値を下回っている場合（ステップＳ１９０７：Ｙｅｓ）はステップＳ１９０８へ処理を移し、下回っていない場合（ステップＳ１９０７：Ｎｏ）は遠方型隣接電力変換手段にまだ補助電流を増加させる余裕があり、かつ補助対象電力変換手段のレール電位を基準値まで上昇させるための補助電流が不足している状態であることから、ループ処理を実施しステップＳ１９０２へ処理を移す。
【０１１３】
ステップＳ１９０８では、電圧計算部１７０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値が基準を下回っており、これ以上補助電流を増加する必要はない状態であるため、現在のループで計算した遠方型隣接電力変換手段の設定電圧を、設定電圧情報１７２として出力し、処理を終了する。
【０１１４】
［遠方型隣接電力変換手段の設定電圧の計算方法］
図２０は、実施例３の補助対象電力変換手段及び遠方型隣接電力変換手段と電車の距離程における架線電圧及びレール電圧及びレール対地電圧の一例を示す図である。図２０を参照して、ステップＳ１９０３における、遠方型隣接電力変換手段の設定電圧計算方法について説明する。図２０では、補助対象区間に電車が在線している状況における、架線電圧及びレール電圧（補助対象電力変換手段の帰線電圧基準）と、レール対地電圧の例を示している。なお、図示していないが、電車は補助対象区間に複数在線していることを想定している。
【０１１５】
図２０に示す状況の場合、補助実施後の遠方型隣接電力変換手段の設定電圧Ｖ２´を、補助実施後の直接型隣接電力変換手段の設定電圧Ｖ１´よりも高くすることで、直接型隣接電力変換手段を越えて補助対象区間に補助電流を流すことができる。ステップＳ１９０３では、式（１７）、式（１８）、式（１９）を用いて、補助実施後の遠方型隣接電力変換手段の設定電圧Ｖ２ｎｌ´を計算する。
【０１１６】
Ｖ２ｎｌ´＝Ｖ２´＋（Ｉ２＋ＩＳ２）×Ｒｄ        ・・・（１７）
Ｖ２´＝Ｖ１´＋ＩＳ２×（（Ｒｔ＋Ｒｒ）×Ｌ２）  ・・・（１８）
Ｖ１´＝Ｖ１ｎｌ−（Ｉ１＋ＩＳ１−ＩＳ２）×Ｒｄ    ・・・（１９）
Ｖ１´：補助実施後の直接型隣接電力変換手段の架線レール間電圧（実施例１のステップＳ７０３のロジックを用いて計算）
Ｖ２´： 補助実施後の遠方型隣接電力変換手段の架線レール間電圧
Ｖ１ｎｌ：補助実施前の直接型隣接電力変換手段の設定電圧
Ｖ２ｎｌ´：補助実施後の直接型隣接電力変換手段の設定電圧
Ｉ１：補助実施前の補助対象電力変換手段の出力電流
Ｉ２：補助実施前の遠方型隣接電力変換手段の出力電流
ＩＳ１：直接型隣接電力変換手段による補助電流（補助される側の値が正）
ＩＳ２：遠方型隣接電力変換手段による補助電流（補助される側の値が正）
Ｒｔ：架線抵抗率（路線で一様と仮定）Ｒｒ：レール抵抗率（路線で一様と仮定）
Ｒｄ：整流器の等価電源抵抗
Ｌ２：遠方型隣接電力変換手段から補助対象電力変換手段までの距離
【０１１７】
ステップＳ１９０３においては、遠方型隣接電力変換手段と補助対象電力変換手段の間に、電力を消費する電車が在線している状況も考えられる。遠方型隣接電力変換手段と直接型隣接電力変換手段の間に在線している電車には、遠方型隣接電力変換手段と直接型隣接電力変換手段の両方から電力が供給されている。そのため、このような場合には、電車への電流を遠方型隣接電力変換手段が多く負担することで、直接型隣接電力変換手段をアシストし、直接型隣接電力変換手段が補助対象区間に流れせる補助電流を増加させることで、補助対象電力変換手段近傍におけるレール対地電圧の絶対値が過度に上昇するのを抑制する。
【０１１８】
遠方型電力変換手段と直接型電力変換手段の間に電力を消費する電車が在線している場合の遠方型電力変換手段の設定電圧計算方法は、直接型電力変換手段を補助対象電力変換手段に置き換え、遠方型電力変換手段を直接型電力変換手段に置き換えることにより、実施例１のステップＳ７０３の計算式を用いることが可能であるため、詳細な説明を省略する。
【０１１９】
なお、遠方型隣接電力変換手段と直接型隣接電力変換手段の間に、回生している電車がいる場合は、図２０を用いて説明した式（１７）で対応可能である。電車が回生すると電車付近の架線レール間電圧が上昇するが、電車の回生電流が補助電流よりも小さい場合は、電車付近の架線レール間電圧が遠方型隣接電力変換手段の電圧よりも下がるため、回生している電車を越えて補助対象区間に電流を流すことが可能となる。また、電車の回生電流が補助電流よりも大きい場合は、そもそも遠方型隣接電力変換手段が補助しなくても、回生している電車が遠方型隣接電力変換手段の役割を果たすことになるため、いずれにせよ補助対象電力変換手段のレール対地電圧絶対値が過渡に上昇するのを抑制することができる。
【０１２０】
［実施例３のレール対地電圧計算処理］
図２１は、実施例３の「遠方型隣接電力変換手段の設定電圧及びレール対地電圧計算処理」の「レール対地電圧計算処理」の一例を示すフローチャートである。図２１を参照して、ステップＳ１９０４における、補助対象電力変換手段と、遠方型隣接電力変換手段の近傍における、レール対地電圧の計算方法について説明する。
【０１２１】
ステップＳ２１０１では、電圧計算部１７０５は、補助対象電力変換手段のレール対地電圧計算値と、遠方型隣接電力変換手段のレール対地電圧値を、それぞれ初期化する。
【０１２２】
ステップＳ１００２からステップＳ１００４は、実施例１のステップＳ７０４における処理と同じであるため説明を省略する。
【０１２３】
ステップＳ２１０５はループ処理であり、電圧計算部１７０５は、遠方型隣接電力変換手段が電力を供給している全ての電車についてステップＳ２１０６とステップＳ２１０７を繰り返す。
【０１２４】
ステップＳ２１０６では、電圧計算部１７０５は、遠方型隣接電力変換手段が各電車に供給する電流と、遠方型隣接電力変換手段と各電車の距離から、図４に示したレール対地電圧データベース情報３７４を参照し、各電車に電流を供給することによる遠方型隣接電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を計算する。
【０１２５】
ステップＳ２１０７では、電圧計算部１７０５は、ステップＳ２１０６で計算した、各電車に電流を供給することによる遠方型隣接電力変換手段の接続位置でのレール対地電圧を加算（積算）する。電圧計算部１７０５は、遠方型隣接電力変換手段が補助対象区間内で電力を供給している全ての電車についてステップＳ２１０６とステップＳ２１０７の処理を繰り返したのち、本処理フローを終了する。
【０１２６】
本実施例の構成により、補助対象電力変換手段の電流を遠方型隣接電力変換手段にも分担させることで、補助対象電力変換手段の電流を低減し、レール対地電圧の絶対値が過度に上昇するのを抑制することができる。
【０１２７】
なお、本実施例では遠方型隣接電力変換手段の電圧を上昇させる例について説明したが、補助対象電力変換手段の電圧を降下させることでも同等の効果を得ることが可能である。また、遠方型隣接電力変換手段の電圧の上昇と、補助対象電力変換手段の電圧の降下とを同時に行ってもよい。
【実施例４】
【０１２８】
上記の実施例１〜３では、直接型隣接電力変換手段と、間接型隣接電力変換手段と、遠方型隣接電力変換手段とが独立している例を示したが、これらが複合した形であってもよい。例えば、直接型隣接電力変換手段のみでは補助対象電力変換手段のレール対地電圧を基準値に抑えることができない場合に、間接型隣接電力変換手段の設定電圧を上げることで、二重で補助を実施してもよい。また、直接型隣接電力変換手段と間接型隣接電力変換手段だけでは、補助対象電力変換手段のレール対地電圧を基準値に抑えることができない場合に、遠方型隣接電力変換手段の設定電圧を上げることで、三重で補助を実施してもよい。あるいは、直接型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇、間接型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇、遠方型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇のうちの適切な何れか１つ又は複数の組合せを実行してもよい。あるいは、直接型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇、間接型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇、遠方型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇のうちの適切な何れか１つ又は複数の組合せの実行と並行して、補助対象電力変換手段の設定電圧を下降させるようにしてもよい。このように直接型隣接電力変換手段、間接型隣接電力変換手段、及び遠方型隣接電力変換手段から電力変換手段を適宜選択して設定電圧を上昇させる、あるいは設定電圧の上昇と並行して補助対象電力変換手段の設定電圧を下降させることで、効率的に補助対象電力変換手段のレール対地電圧を基準値に抑えることができる。
【０１２９】
なお、直接型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇、間接型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇、遠方型隣接電力変換手段の設定電圧の上昇、補助対象電力変換手段の設定電圧の下降の各指令を各電力変換手段に反映させる制御は、各設定電圧の最適な組合せを決定後に同時に行う。
【実施例５】
【０１３０】
［エネルギ管理装置を実現するコンピュータ］
図２２は、実施例１〜３のエネルギ管理装置を実現するコンピュータの一例を示す図である。実施例１〜３２のエネルギ管理装置１０２，１００２，１６０２を実現するコンピュータ５０００は、ＣＰＵ０５３００、ＲＡＭ等のメモリ５４００、入力装置５６００（例えばキーボード、マウス、タッチパネル等）、及び出力装置５７００（例えば外部ディスプレイモニタに接続されたビデオグラフィックカード）が、メモリコントローラ５５００を通して相互接続される。コンピュータ５０００において、エネルギ管理装置１０２，１００２，１６０２を実現するためのプログラムがＩ／Ｏ０コントローラ５２００を介してＳＳＤやＨＤＤ等の外部記憶装置５８００から読み出されて、ＣＰＵ５３０及びメモリ５４００の協働により実行されることにより、エネルギ管理装置１０２，１００２，１６０２が実現される。あるいは、エネルギ管理装置１０２，１００２，１６０２を実現するためのプログラムは、ネットワークインターフェース５１００を介した通信により外部のコンピュータから取得されてもよい。
【０１３１】
本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内の様々な変形例が含まれる。例えば、本発明は、上記の実施例で説明した全ての構成を備えるものに限定されず、その構成の一部を削除したものも含まれる。また、ある実施例及び変形例に係る構成の一部を、他の実施例及び他の変形例に係る構成に追加又は置換することが可能である。また、上記の実施例で示した各要素は、実装効率や負荷分散の観点から、適宜分散及び統合することができる。
【符号の説明】
【０１３２】
１Ｓ，２Ｓ，３Ｓ：電力供給システム、１０１：レール対地電圧取得手段、１０２，１００２，１６０２：エネルギ管理装置、１０３：電力変換手段、１７１：レール対地電圧関連情報、１７２：設定電圧情報、２０２：送電ケーブル、２０３：架線、２０４：電車
２０５：レール、２０６：帰線ケーブル、２１０：コンダクタンス、２１１：大地、３０１：電車距離取得部、３０２：路線電圧取得部、３０３：架線抵抗取得部、３０４：レール対地電圧データベース、３０５、１１０５，１７０５：電圧計算部、３７１：電車距離情報、３７２：路線電圧情報、３７３：架線抵抗情報、３７４：レール対地電圧データベース情報、５０００：コンピュータ、５１００：ネットワークインターフェース、５２００：Ｉ／Ｏコントローラ、５３００：ＣＰＵ、５４００：メモリ、５５００：メモリコントローラ、５６００：入力装置、５７００：出力装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
2020083013.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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