(57)【要約】【課題】蓄電式の電力貯蔵装置において、不要な放電を回避しつつ必要な放電は確実に実行することで、充放電切替え回数を減らして電池のダメージを低減する。【解決手段】走行車両の位置情報に基づいて複数の変電所と電力貯蔵装置との間の所定区間内に走行車両が存在するか否か判定する車両位置判定手段と、いずれかの所定区間に走行車両が存在すると判断した場合に、所定のテーブルまたは所定の計算式に用いて走行車両のパンタグラフの接触点の電圧値を取得するパンタ点電圧取得手段と、取得されたパンタ点電圧値が所定の電圧値よりも低いか否か判定するパンタ点電圧判定手段と、き電線電圧が規定電圧値よりも低いか否か判定するき電線電圧判定手段とを設け、パンタ点電圧が予め定められた所定電圧よりも低いと判定され、かつき電線電圧が前記規定電圧値よりも低いと判定された場合に、電力貯蔵装置へ放電を指示する指令を出力するようにした。【選択図】図２
2018052301.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の変電所といずれか２つの変電所間に配備された電力貯蔵装置と、
前記変電所または電力貯蔵装置からき電線を介して電力を受ける走行車両の位置情報を受けて前記電力貯蔵装置の放電または非放電を示す指令を前記電力貯蔵装置に対して出力可能な電力貯蔵装置用制御装置と、
前記電力貯蔵装置の近傍のき電線電圧値を検出するき電線電圧検出手段と、
を備え、き電線を介して走行車両へ電力を供給する電力供給システムであって、
前記電力貯蔵装置用制御装置は、
走行車両の位置情報に基づいて、前記複数の変電所と前記電力貯蔵装置との間の所定区間内に当該走行車両が存在するか否か判定する車両位置判定手段と、
前記車両位置判定手段によりいずれかの前記所定区間に走行車両が存在すると判断した場合に、所定のテーブルまたは所定の計算式に用いて当該走行車両のパンタグラフの接触点の電圧値を取得するパンタ点電圧取得手段と、
前記パンタ点電圧取得手段によって取得されたパンタ点電圧が所定の電圧値よりも低いか否か判定するパンタ点電圧判定手段と、
前記き電線電圧検出手段によって検出されたき電線電圧が規定電圧値よりも低いか否か判定するき電線電圧判定手段と、
を備え、前記車両位置判定手段によってパンタ点電圧が予め定められた所定電圧よりも低いと判定され、かつ前記き電線電圧判定手段によって前記き電線電圧が前記規定電圧値よりも低いと判定された場合に、前記電力貯蔵装置へ放電を指示する指令を出力することを特徴とする電気車への電力供給システム。
【請求項２】
前記テーブルは、車両在線区間情報と車両数とを指標として、前記２つの変電所の最低送出電圧値と当該車両在線区間までのき電線抵抗値と在線する走行車両の最大電流値とに基づいて予め算出されたパンタ点電圧を参照可能に形成され、
前記電力貯蔵装置用制御装置は、
前記車両の位置情報と、走行車両から得られる車両識別情報に基づいて取得した車両数と、に基づいて前記テーブルを参照してパンタ点電圧を取得することを特徴とする請求項１に記載の電気車への電力供給システム。
【請求項３】
前記走行車両は、当該車両の識別情報を記憶する記憶手段と、当該車両の走行加速度を検出可能な加速度検出手段とをさらに備え、前記無線通信手段によって、前記加速度検出手段によって検出された加速度情報と前記車両の位置情報と前記車両の識別情報とを送信することを特徴とする請求項１または２に記載の電気車への電力供給システム。
【請求項４】
前記所定区間は、駅近傍の車両が加速運転する区間であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電気車への電力供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、電気車への電力供給システムに関し、特に変電所間に電力貯蔵装置が設けられている電力供給システムにおける電力貯蔵装置の制御技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電気鉄道においては、沿線に適当な距離をおいて変電所が設けられている。変電所は、断路器や遮断器、変圧器、整流器などの多種多様な機器を備えており、設備が大掛かりであってメンテナンスも必要である。そのため、設備を簡素化したいという要望があり、電池（バッテリー）を用いた電力貯蔵装置により受電設備を省略する技術が着目されている。
一方、近年、電気鉄道においては、変電所から電力の供給を受けるき電線に接触する車両のパンタグラフの電圧（以下、パンタ点電圧）が低下すると加速力が低下してダイヤ通りの運行ができなくなってしまうので、き電電圧の低下を補償したり、電気車の回生ブレーキによって発生した回生電力のうち余剰電力を回収するために、電力回収装置や電力貯蔵装置を設けることが行われている。
【０００３】
従来、電力回収装置や電力貯蔵装置において、き電線に流れる電流を検出したり変電所近傍のき電線の電圧（母線電圧）を検出して、検出したき電線電流値が所定値を超えたとき、あるいは、検出したき電線電圧値が所定値を下回ったときに放電を行い、逆の場合に充電を行うという制御をするようにした発明がある（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−１８００７８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１５５７１６号公報
【特許文献３】特開平１１−９１４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の電力回収装置や特許文献２の電力貯蔵装置における充放電制御は、パンタ点電圧の如何にかかわらず、単にき電線の電流や電圧を検出して行うものであるため、設定によっては頻繁に充放電の切替えが発生する。ここで、特許文献２の電力貯蔵装置のように、電力貯蔵媒体としてキャパシタを用いるものにおいては頻繁な充放電はそれほど問題とならないが、電力の貯蔵に電池を使用する電力貯蔵装置においては、頻繁な充放電が電池にダメージを与えてしまい、電池寿命が短くなるという課題がある。
【０００６】
また、従来、電気鉄道の直流電力供給システムにおいて、列車位置情報と予め記憶されている線路条件とから運転状態（力行、惰行、回生）を判断して変電所のサイリスタを制御し、パンタ点電圧の低下を補償するとともに回生電力を有効に利用するようにした発明も提案されている（特許文献３参照）。
しかしながら、特許文献３の発明は、頻繁な切替えがそれほど問題とならない変電所のサイリスタを制御するものであり、電力貯蔵装置に適用した場合に頻繁な充放電によって電池がダメージを受けるという課題については記載されていない。
ここで、電気鉄道の直流電力供給システムに電力貯蔵装置を適用する場合における本発明の具体的な課題について説明する。
【０００７】
電気車の消費電力が最も多くなるのは、駅を出発して加速（力行運転）する時である。一方、２つの変電所Ｘと変電所Ｚの間に複数の駅が設けられている場合、同一の電気車が駅を出発して加速する際の消費電力は毎回ほぼ同一であるとすると、図８（Ａ）に示すように、変電所Ｘまたは変電所Ｚから遠い駅を電気車Ｔが出発して加速する際のパンタ点電圧（破線イ）は、き電線の抵抗成分による大きな電圧降下があるため、図８（Ｂ）に示すように、変電所Ｘ（または変電所Ｚ）に近い駅を電気車Ｔが出発して加速する際のパンタ点電圧（実線ハ）よりも低くなり、基準電圧（例えば、１１００Ｖ）を下回ることがある。この場合、き電電圧を補償する必要がある。図８（Ａ）において、実線ロは電力貯蔵装置（バッテリーポスト）を放電させることにより電圧補償をした場合のき電電圧の分布を示す。
【０００８】
さらに、ある駅から２台の電気車が逆方向すなわち上り方向と下り方向へ同時に発車する際には、パンタ点電圧はさらに落ち込むこととなる。また、各電気車へ電力を供給するき電線の電圧は、対象区間を走行する電気車の数や走行状態によっても変動する。
電気車の位置を考慮せずに、単にき電線の電流や電圧を検出して電力貯蔵装置における充放電を行う従来の一般的な制御方式では、変電所Ｘまたは変電所Ｚから遠い駅を電気車が出発して加速する場合も、変電所Ｘまたは変電所Ｚに近い駅を電気車が出発して加速する場合も、測定値が規定値を下回ると一律に電力貯蔵装置を放電してき電電圧を高める制御が行われることとなる。
【０００９】
本発明者は、き電線による電力供給について鋭意検討した結果、上述したように、変電所Ｘまたは変電所Ｚに近い駅を電気車が出発して加速する際のパンタ点電圧は、規定値以下にならない場合があるにもかかわらず、従来の一般的な制御方式を適用すると、そのような場合にも電力貯蔵装置の放電が行われるため、充放電の頻度が高くなって電池の性能劣化の進みが早まるという課題があることを見い出した。更に、不要な充放電により電力損失が増加するので、省エネルギーの観点からも望ましくない。かといって、充放電開始の設定値を高めに設定して運用すると、必要なときに電池が放電しない恐れがある。
【００１０】
本発明は上記のような背景の下になされたもので、蓄電式の電力貯蔵装置を備えた鉄道の電力供給システムにおいて、不要な放電を回避しつつ必要な放電は確実に実行することで、充放電切替え回数を減らして電池のダメージを低減し、装置の寿命を長くすることができる電力貯蔵装置の制御技術を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、鉄道の電力供給システムにおける電源設備のトータルコストを低減することができる電力貯蔵装置の制御技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため本発明は、
複数の変電所といずれか２つの変電所間に配備された電力貯蔵装置と、
前記変電所または電力貯蔵装置からき電線を介して電力を受ける走行車両の位置情報を受けて前記電力貯蔵装置の放電または非放電を示す指令を前記電力貯蔵装置に対して出力可能な電力貯蔵装置用制御装置と、
前記電力貯蔵装置の近傍のき電線電圧値を検出するき電線電圧検出手段と、
を備え、き電線を介して走行車両へ電力を供給する電力供給システムであって、
前記電力貯蔵装置用制御装置は、
走行車両の位置情報に基づいて、前記複数の変電所と前記電力貯蔵装置との間の所定区間内に当該走行車両が存在するか否か判定する車両位置判定手段と、
前記車両位置判定手段によりいずれかの前記所定区間に走行車両が存在すると判断した場合に、所定のテーブルまたは所定の計算式に用いて当該走行車両のパンタグラフの接触点の電圧値を取得するパンタ点電圧取得手段と、
前記パンタ点電圧取得手段によって取得されたパンタ点電圧が所定の電圧値よりも低いか否か判定するパンタ点電圧判定手段と、
前記き電線電圧検出手段によって検出されたき電線電圧が規定電圧値よりも低いか否か判定するき電線電圧判定手段と、
を備え、前記車両位置判定手段によってパンタ点電圧が予め定められた所定電圧よりも低いと判定され、かつ前記き電線電圧判定手段によって前記き電線電圧が前記規定電圧値よりも低いと判定された場合に、前記電力貯蔵装置へ放電を指示する指令を出力するようにしたものである。
【００１２】
上記した手段によれば、車両が駅近傍のような加速運転をする所定区間に在線すると判定した場合に、テーブルを用いてパンタ点電圧を取得し、電力貯蔵装置（バッテリー）を放電させて電圧補償するか否かを決定し、放電または非放電を示す指令を前記電力貯蔵装置に対して出力可能であるので、比較的簡単なロジック制御で電力貯蔵装置（バッテリー）に対して放電または非放電の指令を生成し出力することができ、電池のダメージを低減することができる。また、計算式を用いてパンタ点電圧を取得するようにした場合には、運行状況に応じてより精度の高い放電指令を出力することができる。
【００１３】
さらに、走行車両の位置情報の他に車両識別情報を電力貯蔵装置用制御装置へ送信することにより、電力貯蔵装置用制御装置は車両識別情報を用いて運用ダイヤ等から走行車両の車両数を把握することができ、車両数に応じた電流値を知りその電流値に応じてより正確なパンタ点電圧を取得して放電の要否を決定することが可能となる。そのため、不要な放電を回避しつつ必要な放電は確実に実行することができ、充放電切替え回数を減らして電池のダメージを低減し、装置の寿命を長くすることができる。また、既存の中間変電所の受変電設備を省略し代わりに電力貯蔵装置を設けた簡素な設備であるバッテリーポストに置き換えることで、鉄道の電力供給システムにおける電源設備のトータルコストを低減することができるようになる。
【００１４】
ここで、前記走行車両は、ＧＰＳ信号を受信可能なＧＰＳ受信機のような位置情報受信装置と、当該車両の識別情報を記憶する記憶手段と、前記位置情報受信装置により受信した緯度経度情報に基づく車両位置情報および前記識別情報を送信可能な無線通信手段とを備えるようにすると良い。
現在既設の路線を走行している車両にはＧＰＳ受信機を搭載したものがあるので、新たにＧＰＳ機能を有する装置を搭載したり、既設の車載装置に機能（ハードウェア）を追加することなく、電力貯蔵装置の制御機能を備えた電力供給システムを低コストで実現することができる。
【００１５】
また、望ましくは、前記テーブルは、車両在線区間情報と車両数とを指標として、前記２つの変電所の最低送出電圧値と当該車両在線区間までのき電線抵抗値と在線する走行車両の最大電流値とに基づいて予め算出されたパンタ点電圧を参照可能に形成され、
前記電力貯蔵装置用制御装置は、前記車両の位置情報と、走行車両から得られる車両識別情報に基づいて取得した車両数と、に基づいて前記テーブルを参照してパンタ点電圧を取得するように構成する。
かかる構成によれば、テーブルを用いて容易に走行車両の車両数に応じたパンタ点電圧を取得して、電力貯蔵装置（バッテリー）に対して放電または非放電を示す指令を生成し出力することができ、電池のダメージを低減することができる。
【００１６】
さらに、望ましくは、前記走行車両は、当該車両の走行加速度を検出可能な加速度検出手段をさらに備え、前記無線通信手段によって、前記加速度検出手段によって検出された加速度情報と前記車両位置情報と前記識別情報とを送信するように構成する。
かかる構成によれば、車両の加速度が分かるので、車両が加速運転中か否かをより正確に把握して、最適なタイミングで電力貯蔵装置（バッテリー）に対して放電または非放電を示す指令を生成し出力することができる。
【００１７】
また、望ましくは、前記所定区間は、駅近傍の車両が加速運転する区間とする。
かかる構成によれば、駅近傍の所定範囲では停車中の車両が発車する際に加速運転することは分かっているので、駅間全体にわたってパンタ点電圧を格納したテーブルデータを用意しておく必要がなく、テーブルを作成する作業負担を減らすとともに、データを記憶する記憶装置の容量を削減することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、蓄電式の電力貯蔵装置を備えた鉄道の電力供給システムにおいて、不要な放電を回避しつつ必要な放電は確実に実行することで、充放電切替え回数を減らして電池のダメージを低減し、装置の寿命を長くすることができる。また、不要な電力損失を抑制できるので、省エネルギー性にも優れている。さらに、鉄道の電力供給システムにおける電源設備のトータルコストを低減することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る電力貯蔵装置を用いた電力供給システムの一構成例を示すシステム構成図である。
【図２】実施形態に係る電力貯蔵装置の制御系の構成を示すシステム構成図である。
【図３】実施形態に係る電力貯蔵装置用制御装置における制御手順の一例を示すフローチャートである。
【図４】実施形態に係る電力貯蔵装置用制御装置におけるパンタ点電圧を取得するためのテーブルの一例を示す図である。
【図５】電力貯蔵装置用制御装置における制御手順の他の例を示すフローチャートである。
【図６】電力貯蔵装置用制御装置における制御手順の変形例を示すフローチャートである。
【図７】電力貯蔵装置用制御装置における制御手順のさらに他の変形例を示すフローチャートである。
【図８】電気鉄道の電力供給システムの変電所間における列車の位置とき電線電圧との関係を示すもので、（Ａ）はパンタ点電圧が基準電圧を下回る場合の説明図、（Ｂ）はパンタ点電圧が基準電圧を下回らない場合の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照しつつ、本発明に係る変電所間の電力貯蔵装置の制御システムおよび制御方法の実施形態について説明する。図１は、本発明を適用して有効な電気車への電力供給システムの一例を示すシステム構成図である。
なお、電車線には直流き電方式と交流き電方式とがあるが、図１に示すものは直流き電方式の電車線である。また、図１には、２つの変電所間のき電線を取り出して示しているが、他の変電所間も図１と同様に構成することができる。
【００２１】
図１に示すように、２つの変電所ＸとＺとの間の任意の地点に蓄電池を電力貯蔵媒体とする電力貯蔵装置１０を有する蓄電式変電所Ｙが設けられ、変電所Ｘと蓄電式変電所Ｙとの間および蓄電式変電所Ｙと変電所Ｚとの間に、両端からそれぞれ直流電力（例えばＤＣ１５００Ｖ系）が供給されるき電線５０Ａ，５０Ｂが敷設されている。蓄電式変電所Ｙは、変電所ＸとＺとの中間地点に設けるのが理想的であるが、２つの変電所Ｘ，Ｚの中間地点から一方の変電所に偏った地点に設けられても良い。
【００２２】
図２は、本発明に係る変電所間の電力貯蔵装置の制御システムの一実施形態を示す。
図２に示すように、本実施形態の電力貯蔵装置の制御システムは、電力貯蔵装置１０と、各列車Ｔに搭載された車載装置２０と、車載装置２０から無線で送信されたデータを無線基地局Ｂを介して受信する変電所用運行状況管理装置３０と、電力貯蔵装置１０へ制御データ（充放電指令）を送信する電力貯蔵装置用制御装置４０などから構成されている。
このうち電力貯蔵装置１０は、蓄電池１１と、該蓄電池１１の充放電切替えスイッチ１２と、当該切替えスイッチ１２をオン、オフ駆動する駆動回路（ＤＲＶ）１３およびその制御装置（ＣＮＴ）１４などを備えている。
【００２３】
また、車載装置２０は、移動局としてのデジタル無線通信装置２１と、ＧＰＳ（全地球無線測位システム:Global Positioning System）信号を受信可能なＧＰＳ受信機のような位置情報受信装置２２と、識別情報として編成ごとに付与されている編成番号や列車番号、鉄道ＧＩＳ（Geographic Information System）の情報（線区名、線路名、キロ程と緯度経度との関係を示す情報）等を記憶する記憶装置（メモリ）２３とを備え、位置情報受信装置２２で受信したＧＰＳ信号等に基づく位置情報および識別情報としての列車番号または編成番号を、デジタル無線通信装置２１によって無線基地局Ｂを介して変電所用運行状況管理装置３０へ送信する。
【００２４】
なお、「編成」とは複数の車両を連結し連結した状態で運用するものを意味し、それらを区別するために付与されるのが編成番号である。一方、「列車番号」とは、時刻表（ダイヤ）上で列車を区別するために付与される番号である。複数の編成を併結したり分割したりして運用されることがあり、併結した状態で運用される際も分割した状態で運用される際も、運用ダイヤ上では、１つの列車番号が付与される。列車番号は、乗務員が指定された列車に乗務する際に、車載装置２０に入力もしくは伝送され記憶装置（メモリ）２３に記憶される。
【００２５】
位置情報受信装置２２としては、ＧＰＳ受信機能の他に、加速度検出機能やＧＰＳ情報（緯度経度情報）に基づいて上記鉄道ＧＩＳ情報を参照してキロ程値を算出する機能を有する装置を用いるのが良い。ＧＰＳ受信機は、例えば１秒のような間隔でＧＰＳ信号を受信可能なものを使用する。また、ＧＰＳ受信機の代わりに、ＧＮＳＳ（全地球衛星測位システム：Global Navigation Satellite System）やＱＺＳＳ（準天頂衛星システム:Quasi Zenith Satellite System）その他の位置測位手段を用いても良い。変電所用運行状況管理装置３０と電力貯蔵装置用制御装置４０との間は、無線でも良いが、本実施形態では、有線（ケーブル）でデータ送受信可能に接続されている。
【００２６】
電力貯蔵装置用制御装置４０は、変電所用運行状況管理装置３０から運行状況を取得する運行状況取得機能と、充放電モードを決定するモード決定機能と、決定したモードに応じて電力貯蔵装置１０へ制御データを送信する通信機能を備える。また、電力貯蔵装置用制御装置４０には、電力貯蔵装置１０の近傍のき電線５０Ａ（または５０Ｂ）の電圧値を検出する電圧検出器４１からの検出信号が入力されている。
上記のような機能を有する電力貯蔵装置用制御装置４０は、一般的な制御装置と同様な構成を有する装置、例えばマイクロプロセッサおよび該マイクロプロセッサが実行するプログラムや参照テーブルなどの固定データを格納した記憶装置、液晶表示パネルやランプなどの出力装置を備えたコンピュータ装置（サーバを含む）を使用して構成することができる。かかるコンピュータ装置のハードウェア構成自体は自明であるのでその図示は省略する。
【００２７】
本実施形態の電力貯蔵装置の制御システムは、変電所から列車の在線位置までの距離およびパンタ点電流によってパンタ点までの電圧降下が異なること、列車の車両数が異なれば加速時（力行運転時）の消費電力が異なること、を前提条件として、電力貯蔵装置用制御装置４０が、走行する列車の位置をリアルタイムで把握して、列車の位置および車両数から各列車のパンタ点電圧を推測し、得られたパンタ点電圧とそのときの変電所の母線電圧（き電線電圧）とに応じて電力貯蔵装置１０の充放電制御を行うように構成されている。
【００２８】
次に、電力貯蔵装置用制御装置４０および制御装置（ＣＮＴ）１４による充放電制御の手順の一例について、図３のフローチャートを用いて説明する。
電力貯蔵装置用制御装置４０は、先ず列車に搭載されている車載装置２０から所定の間隔（ＧＰＳの場合、例えば１秒間隔）で送られてくる位置情報および列車番号または編成番号を受信し、受信バッファに保持する（ステップＳ１）。次に、受信した位置情報および列車番号または編成番号を読み込んで位置情報から当該蓄電式変電所Ｙと隣接の変電所ＸまたはＺとの間に列車が在線しているか否か判定する（ステップＳ２，Ｓ３）。ここで、列車が在線していない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ６へ移行して、充電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、ステップＳ２へ戻る。
【００２９】
また、上記ステップＳ３で、当該変電所Ｙと変電所ＸまたはＺとの間に列車が在線している（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ７へ進み、隣接の変電所ＸおよびＺの母線電圧（設定値）を記憶装置から読み込む。続いて、隣接の変電所の母線電圧とステップＳ２で読み込んだ列車位置情報に基づいて、テーブルを参照もしくは所定の計算式を用いて当該列車のパンタ点電圧を求める（ステップＳ８）。そして、得られたパンタ点電圧が、所定の電圧値（例えば１１００Ｖ）以下、すなわち電圧補償が必要な電圧であると想定されるか否か判断する（ステップＳ９）。
【００３０】
次に、上記ステップＳ９の判定で、電圧補償が必要な電圧である（Ｙｅｓ）と判断すると、ステップＳ１０へ進み、当該蓄電式変電所Ｙの母線電圧を検出する電圧検出器４１の計測値を読み込む。そして、その電圧計測値が予め規定された電圧値（例えば１２１０Ｖ）以下であるか否か判定する（ステップＳ１１）。ここで、当該蓄電式変電所Ｙの電圧計測値が予め規定された電圧値以下である（Ｙｅｓ）と判断すると、ステップＳ１２へ進み、放電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、ステップＳ２へ戻る。
【００３１】
一方、ステップＳ１１で、電圧計測値が予め規定された電圧値以下でない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ１３へ移行して放電を待機する指令（ロック指令）を電力貯蔵装置１０の制御装置１４へ送り、ステップＳ１６へ進み、充電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、ステップＳ２へ戻る。
また、上記ステップＳ９で、電圧補償が必要な電圧でない（Ｎｏ）と判定した場合も、ステップＳ１６へ進み、充電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、ステップＳ２へ戻る。このような充電指令により、ＳＯＣ（充電率）が所定の範囲内（例えば３０％〜５０％）に収まるように充放電制御が行われる。
【００３２】
図４には、ステップＳ８で使用するテーブルの一例が示されている。図４のテーブルは、ある線区の一部の区間において、実際のダイヤに基づいて、その区間に列車が在線する場合に、列車位置と車両数とから列車の負荷電流値を決定するとともに、そのときのその区間の列車在線数から、各列車のパンタ点電圧Ｖｐおよび蓄電式変電所Ｙの近傍でのき電線電圧（バッテリオフ時）を、次式
Ｖｐ＝Ｖｓｓ−ＩＡ×ＲＡ
を用いて計算によって求めたものである。なお、上式において、Ｖｓｓは変電所の送り出し電圧、ＩＡは各力行列車Ａのパンタ点消費電流、ＲＡは変電所から着目点（力行列車Ａの位置）までの抵抗であり、ＲＡはき電線の単位長さ当たりの抵抗値と変電所−着目点間距離との積で与えられる。
【００３３】
また、図４のテーブルにおいて、変電所Ｘ，Ｚの電圧（例えば１５００Ｖ）は、各変電所の近傍における母線電圧の実測値の最低電圧値としている。電圧値が記載されている列車位置は、各駅から例えば３００ｍまでの範囲であり、この範囲では加速（力行運転）を行うことで大きな電流が流れるとみなして、「所定区間」の在線扱いとしている。さらに、各列車の消費電流ＩＡは、フルノッチの際の最大電流値（スペック値）を採用して計算を行なっている。図３のフローチャートに従った制御で実際に放電指令が出力されるまでに多少遅れ（タイムラグ）が発生するが、各列車が「所定区間」に入ると直ぐに最大電流が流れるわけではないので、上記タイムラグがあっても、電力貯蔵装置１０の放電によるき電電圧補償動作が遅れることはない。また、ＧＰＳ受信機の場合、１秒おきの位置情報取得となるため位置情報取得の遅れも発生するが、「所定区間」を広めに設定しておくことで、安定したき電電圧の補償が可能となる。
【００３４】
各列車の電流は、２つの変電所Ｘ，Ｚから供給されるので、変電所Ｘ，Ｚの送り出し電圧をＶｓｓ、変電所Ｘからの電流をＩＡｘ、変電所Ｚからの電流をＩＡｚ、変電所Ｘから列車Ａまでのき電線の抵抗をＲＡｘ、変電所Ｚから列車Ａまでのき電線の抵抗をＲＡｚとおくと、
Ｖｐ＝Ｖｓｓ−ＩＡｘ×ＲＡｘ
Ｖｐ＝Ｖｓｓ−ＩＡｚ×ＲＡｚ
ＩＡｘ＋ＩＡｚ＝ＩＡ
の連立方程式を立てることができ、この連立方程式を解くことでＶｐを算出することができる。同様に、変電所Ｘ，Ｚ間に２以上の列車が在線している場合にも、それぞれの列車について連立方程式を立てて解くことによってパンタ点電圧Ｖｐを算出することができる。
【００３５】
図４のテーブルにおいて、空欄は列車が対象区間に在線していないことを意味している。また、Ｆ欄とＧ欄の○印は電力貯蔵装置１０を放電状態にさせる放電指令を出力することを意味し、×印は電力貯蔵装置１０を放電状態にさせる放電指令を出力しないことを意味する。Ｆ欄は本発明を適用した場合における放電指令の出力の有る無しを、またＧ欄は単にき電線の電流や変電所の母線電圧を検出して電力貯蔵装置の放電制御を行う従来の一般的な制御方式を適用した場合における放電指令の出力の有る無しを表わしている。
図４のＦ欄とＧ欄を比較すると、項番２−５、２−７、３−１、３−２の場合、従来方式を適用した場合には放電指令が出力されるところが、本発明を適用した場合には放電指令が出力されないので、充放電の切換え回数が少なくなることが分かる。
【００３６】
図４においては、項番１−１〜１−６は設定区間内に１台の列車が在線している場合、項番２−１〜２−１０は設定区間内に２台の列車が在線している場合、項番３−１〜３−３は設定区間内に３台の列車が在線している場合、項番４−１は設定区間内に４台の列車が在線している場合、をそれぞれ表わしている。例えば、項番１−１のＢ駅の欄の数値「１３０１（Ｖ）」は、Ｂ駅を出発してＡ駅へ向う列車のパンタ点電圧を表わし、項番１−２のＢ駅の欄の数値「１２７２（Ｖ）」は、Ｂ駅を出発してＣ駅へ向う列車のパンタ点電圧を表わしている。項番１−１と１−２のいずれも、対象区間（Ｘ−Ｚ）には１列車しか在線していないので、比較的高い電圧値となっている。この場合、いずれも放電指令は出力されない（Ｆ欄参照）。
【００３７】
項番２−３のＣ駅の欄の数値「９９２（Ｖ）」と「１００１（Ｖ）」は、Ｃ駅を出発してＢ駅へ向う列車のパンタ点電圧と、Ｃ駅を出発してＤ駅へ向う列車のパンタ点電圧を表わしている。この場合、パンタ点電圧は１１００Ｖ以下であるとともに、蓄電式変電所Ｙの母線電圧は「１０７９（Ｖ）」であり、規定電圧（例えば１２１０Ｖ）よりも低いので、放電指令が出力されることとなる（Ｆ欄参照）。
【００３８】
なお、図４のテーブルの各項番における在線列車数とその位置および各列車の車両数は、運用ダイヤ情報から抽出することができる。また、実際に図３のフローチャートに従った制御を行う際には、車載装置２０から受信した列車番号を用いて運用ダイヤを参照して車両数を抽出して、図４のテーブルの項番を決定し、当該テーブルを参照してパンタ点電圧を取得して放電指令の出力の要否を判断することができる。列車番号の代わりに編成番号を用いて運用表を参照して車両数を抽出することも可能である。
【００３９】
図４のテーブルを参照すると、パンタ点電圧が１１００Ｖ以下となりかつパンタ点電圧と蓄電式変電所Ｙの電圧との差が最も大きくなるのは、項番３−３の場合（Ｃ駅の変電所Ｙ側の８８２Ｖ）で、その電位差は９６Ｖであることが分かる。従って、パンタ点電圧が１１００Ｖ以下になったとしても、そのときの蓄電式変電所Ｙの電圧が１１９６Ｖ以上であれば、パンタ点電圧は１１００Ｖ以下にはならないと予想される。
つまり、余裕を見て蓄電式変電所Ｙの電圧が１２１０Ｖ以上であれば、Ａ駅〜Ｅ駅間を走行する列車のパンタ点電圧が１１００Ｖ以下になることはないと言える。
【００４０】
図３のフローチャートにおいては、ステップＳ９でパンタ点電圧が所定の電圧値（例えば１１００Ｖ）以下か否か判定し、ステップＳ１１で蓄電式変電所Ｙの母線電圧を検出する電圧検出器４１の計測値が予め規定された電圧値（例えば１２１０Ｖ）以下であるか否か判定して、１２１０Ｖ以下であれば放電指令を出力し、１２１０Ｖ以下でなければ放電指令を出力しないようにしている。
これにより、電力貯蔵装置１０の無駄な放電を回避しつつ、必要な場合には放電させて、パンタ点電圧が１１００Ｖ以下になって充分な加速度が得られなくなるのを防止することができる。
【００４１】
なお、ステップＳ９における所定電圧値は走行する車両に用いられているモータの特性に応じて、またステップＳ１１における規定電圧値は本発明を適用とする区間の条件（変電所間距離や駅の位置等）に応じて適宜決定すればよい。
また、電気車の運転は、通常、加速（力行運転）−惰行−再加速−制動（回生）−停止の順に行われる。駅中間付近において再度フルノッチの力行運転がなされると想定される場合には、駅中間付近を在線扱い範囲と設定して計算を行い、図４のテーブルに追加しても良い。
【００４２】
（変形例）
ところで、図３のフローチャートにおいては、各列車の車載装置から受信した位置情報と、受信した列車番号（または編成番号）を用いて運用ダイヤ（または運用表）を参照して取得した車両数とを用いて、図４のテーブルを参照してパンタ点電圧を取得しているが、以下に述べるような計算式を用いてパンタ点電圧を算出することも可能である。
パンタ点電圧を算出する計算式の第１の例は、次式で表わされる。具体的には、ステップＳ１で受信した加速度情報に基づいて加速度値>>０の場合に力行車両と判断して、次式
Ｖｐ＝Ｖｓｓ−ＩＡ(n)×ＲＡ
を用いてパンタ点電圧Ｖｐを算出する。
【００４３】
ここで、Ｖｓｓは変電所の送出し電圧（実測に基づく最低値）、ＲＡは変電所から力行車Ａまでの電車線抵抗（レール抵抗を含む）、ＩＡ(n)は力行車Ａが消費する電流で車両数ｎを変数とする関数によって決定される値であることを意味している。車両数ｎは、ステップＳ１で受信した列車番号情報（または編成番号情報）を用いて運用ダイヤ（または運用表）に基づいて運用表を参照して決定することができる。
変電所Ｘからの電流ＩＡ(n)ｘによる電圧降下を含んだパンタ点電圧と、変電所Ｚからの電流ＩＡ(n) ｚによる電圧降下を含んだパンタ点電圧について、上式を立て、ＩＡｘ＋ＩＡｚ＝ＩＡを含む連立方程式を解くことでパンタ点電圧Ｖｐを算出することができる。
【００４４】
パンタ点電圧Ｖｐを算出する計算式の第２の例は、次式で表わされる。
Ｖｐ＝Ｖｓｓ−ＩＡ(a,n)×ＲＡ
ここで、ＩＡ(a,n)は、ステップＳ１で受信した加速度情報（加速度値ａ）および車両数ｎを変数とする関数であることを意味する。ＩＡ(a,n)は、車両に用いられるモータの性能や単位編成の重量等によって変わるので、具体例の説明は省略する。
なお、上記ステップＳ８で、計算式を使用してするパンタ点電圧ＶＡｐを算出する点以外の処理は、図３のフローチャートと同じで良い。
【００４５】
次に、充放電制御の他の例について、図５〜図７のフローチャートを用いて説明する。これらのフローチャートは、基本的な手順は図３のフローチャートとほぼ同じで、一部の手順を変更したものである。
このうち図５のフローチャートは、図３のフローチャートにステップＳ４，Ｓ５，Ｓ１４，Ｓ１５を追加したもので、ステップＳ３で列車が在線していない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ４へ移行して蓄電池１１の電圧値を読み込んでＳＯＣ（充電率）を算出し、蓄電池１１の充電率が予め規定されている値よりも高いか否かすなわち充電量が不足していないか否か判定する（ステップＳ５）。そして、充電量が不足していない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ２へ戻る。一方、ステップＳ５で、充電量が不足している（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ６’へ進み、急速充電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、ステップＳ２へ戻るようにしている。
【００４６】
また、上記ステップＳ９で、電圧補償が必要な電圧でない（Ｎｏ）と判定した場合にはステップＳ１４へ移行して、蓄電池１１の電圧値を読み込んでＳＯＣ（充電率）を算出し、蓄電池１１の充電率が予め規定されている値よりも高いか否かすなわち充電量が不足していないか否か判定する（ステップＳ１５）。そして、充電量が不足していない（Ｎｏ）と判定すると、ステップＳ２へ戻る。一方、ステップＳ１５で、充電量が不足している（Ｙｅｓ）と判定すると、ステップＳ１６’へ進み、低速充電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、ステップＳ２へ戻る。ステップＳ１３’で放電をロック（禁止）した後は、ステップＳ１４へ移行するようにしている。
【００４７】
図６のフローチャートは、図５のフローチャートにおけるステップＳ１０の蓄電式変電所Ｙの母線電圧の計測値を読み込む処理を、ステップＳ２の次に行うとともに、図５のフローチャートにおける隣接変電所間の在線の有無の判定処理（ステップＳ３）と急速充電指令（ステップＳ６’）を、ステップＳ１５の次に実行するように変更したものである。そして、ステップＳ３で隣接変電所間の在線がない（Ｎｏ）と判定した場合に、ステップＳ６’へ進んで急速充電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、隣接変電所間の在線がある（Ｙｅｓ）と判定した場合に、ステップＳ１６’へ進んで低速充電指令を送るようにしている。ステップＳ１０の変電所Ｙの母線電圧読込み処理は、ステップＳ２の前、またはステップＳ７の後でも良く、Ｓ２，Ｓ７，Ｓ１０の読込みはどのような順序であっても良い。
【００４８】
図７のフローチャートは、図６のフローチャートにおけるステップＳ１１の蓄電式変電所Ｙの母線電圧の計測値が規定値以下か否かの判定処理とステップＳ１３’の放電ロックを省略し、ステップＳ９の次に、必要放電量の計算処理（ステップＳ１７）および放電パターンの判別処理（ステップＳ１８）を行うように変更するとともに、図６のフローチャートにおけるステップＳ１５の次の隣接変電所間の在線の有無の判定処理（ステップＳ３）の代わりに、力行列車の接近の有無を判定するステップＳ１９を設けたものである。そして、このステップＳ１９で、力行列車の接近がない（Ｎｏ）と判定した場合に、ステップＳ６’へ進んで急速充電指令を電力貯蔵装置１０の制御装置（ＣＮＴ）１４へ送り、力行列車の接近がある（Ｙｅｓ）と判定した場合に、ステップＳ１６’へ進んで低速充電指令を送るようにしている。
【００４９】
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではない。例えば、前記実施形態では、中間の変電所を蓄電式変電所に置き換える場合について説明したが、新たに線路を敷設し沿線に変動所を配備する場合にも適用することができる。
また、前記実施形態では、列車位置情報を取得するため車両に位置情報受信装置を搭載したものについて説明したが、列車位置は軌道回路を使用しても取得することができるので、車載の位置情報受信装置は省略したシステムを構築することも可能である。
【００５０】
また、前記実施形態では、変電所用運行状況管理装置３０を介在させたシステムついて説明したが、変電所用運行状況管理装置３０を省略して車載装置２０から基地局を介して電力貯蔵装置用制御装置４０へ、列車位置情報（ＧＰＳ情報）や列車番号、編成番号等のデータを送信するようにシステムを構成することも可能である。また、車載装置２０から電力貯蔵装置用制御装置４０へ列車番号または編成番号を送信する代わりに、車両数情報を送信するようにしても良い。
【符号の説明】
【００５１】
１０  電力貯蔵装置
２０  車載装置
２１  デジタル無線通信装置
２２  位置情報受信装置（ＧＰＳ受信機）
３０  変電所用運行状況管理装置
４０  電力貯蔵装置用制御装置
Ｘ，Ｚ  変電所
Ｙ  蓄電式変電所
【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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