(57)【要約】【課題】変電所送出基準電圧を下げても架線交通システム全体の消費電力を従来と比べて下げることができ、車載電気機器の入力電圧を所望の値より下げることができる場合の架線交通システムの変電所送出基準電圧と架線区間率をシミュレーションするシミュレーション装置を提供する。【解決手段】架線区間を走行する車両の最大架線電圧を、架線区間率、変電所送出基準電圧に応じて算出し、また架線区間率および送出基準電圧に応じたシステム消費電力を算出する。そして、予め定められた所定の架線区間率である場合におけるシステム消費電力より小さくなるとともに、算出された最大架線電圧が、予め設定された許容電圧以下となった時の、架線区間率および変電所の送出基準電圧を出力する。【選択図】図１
2012016148.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、前記架線が配されず前記車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて前記車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーション装置であって、
前記架線区間を走行する車両の前記架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を、前記架線交通システムの架線区間率、および前記変電所の送出基準電圧に応じて算出する最大架線電圧算出部と、
前記架線区間率、および前記送出基準電圧に応じた、前記架線交通システムのシステム消費電力を、前記変電所が出力した電力と、前記蓄電池に充電するための充電装置が前記蓄電池に対して出力した電力と、に基づいて算出するシステム消費電力算出部と、を有し、
前記最大架線電圧算出部は、第１の前記架線区間率および第１の前記送出基準電圧に応じた第１の最大架線電圧と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎの最大架線電圧を算出し、
前記システム消費電力算出部は、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧に応じた第１のシステム消費電力と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎのシステム消費電力を算出する
ことを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項２】
前記システム消費電力算出部において算出された前記第ｎのシステム消費電力が、前記第１の最大架線電圧以下となるとともに、前記最大架線電圧算出部において算出された前記第ｎの最大架線電圧が、前記第１の最大架線電圧以下となった時の、架線区間率および変電所の送出基準電圧を出力するシミュレーション結果出力部と、
を備えることを特徴とするシミュレーション装置。
【請求項３】
前記車両は、前記路線上の所定の位置に設置された充電装置からの電力をパンタグラフを介して前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシミュレーション装置。
【請求項４】
前記車両は、搭載された充電装置が架線からパンタグラフを介して入力した電力を前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有する
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシミュレーション装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のシミュレーション装置によって出力された架線区間率および変電所の送出基準電圧により構成され、前記車両が路線を走行する架線交通システム。
【請求項６】
変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、前記架線が配されず前記車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて前記車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーション装置におけるシミュレーション方法であって、
前記架線区間を走行する車両の前記架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を、前記架線交通システムの架線区間率、および前記変電所の送出基準電圧に応じて算出する最大架線電圧算出ステップと、
前記架線区間率、および前記送出基準電圧に応じた、前記架線交通システムのシステム消費電力を、前記変電所が出力した電力と、前記蓄電池に充電するための充電装置が前記蓄電池に対して出力した電力と、に基づいて算出するシステム消費電力算出ステップと、を有し、
前記最大架線電圧算出ステップにおいて、第１の前記架線区間率および第１の前記送出基準電圧に応じた第１の最大架線電圧と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎの最大架線電圧を算出し、
前記システム消費電力算出ステップにおいて、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧に応じた第１のシステム消費電力と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎのシステム消費電力を算出する
ことを特徴とするシミュレーション方法。
【請求項７】
前記システム消費電力算出ステップにおいて算出された前記第ｎのシステム消費電力が、前記第１の最大架線電圧以下となるとともに、前記最大架線電圧算出ステップにおいて算出された前記第ｎの最大架線電圧が、前記第１の最大架線電圧以下となった時の、架線区間率および変電所の送出基準電圧を出力するシミュレーション結果出力ステップと、
を有することを特徴とする請求項６に記載のシミュレーション方法。
【請求項８】
前記車両は、前記路線上の所定の位置に設置された充電装置からの電力をパンタグラフを介して前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有する
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のシミュレーション方法。
【請求項９】
前記車両は、搭載された充電装置が架線からパンタグラフを介して入力した電力を前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有する
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のシミュレーション方法。
【請求項１０】
変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、前記架線が配されず前記車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて前記車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーション装置のコンピュータを、
前記架線区間を走行する車両の前記架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を、前記架線交通システムの架線区間率、および前記変電所の送出基準電圧に応じて算出する最大架線電圧算出手段、
前記架線区間率、および前記送出基準電圧に応じた、前記架線交通システムのシステム消費電力を、前記変電所が出力した電力と、前記蓄電池に充電するための充電装置が前記蓄電池に対して出力した電力と、に基づいて算出するシステム消費電力算出手段、
として機能させ、
前記最大架線電圧算出手段が、第１の前記架線区間率および第１の前記送出基準電圧に応じた第１の最大架線電圧と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎの最大架線電圧を算出し、
前記システム消費電力算出手段が、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧に応じた第１のシステム消費電力と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎのシステム消費電力を算出する
ことを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、前記架線が配されず前記車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて前記車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーション装置及びシミュレーション方法並びにそのプログラム、およびそのシミュレーション結果を用いた架線交通システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、直流き電においては、架線の送電ロスを低減するために高電圧化（例えば、ＤＣ７５０Ｖ）している。また路線内の他の車両の回生電力を、架線を通して受け入れるためにも架線電圧を高くしている。このため車両に搭載された電力変換機器では高電圧に対応した特殊仕様のＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等の半導体素子を用いる必要がありコスト高につながっている。
一方で、省エネルギー化のために蓄電装置を利用する架線レスシステムの技術が特許文献１に開示されている。この技術においては、車両にバッテリを搭載し、無架線区間（バッテリ走行区間）と架線区間（集電走行区間）とを併用し、停車中に充電装置から蓄電装置へ急速充電を行う架線交通システムの技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２９５６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような蓄電装置を利用する省エネルギー型の架線交通システムにおいて、車両の電力変換機器の入力電圧仕様については着眼されていなかった。車両の電力変換機器の入力電圧仕様が高い電圧に設定されると、当該電圧に対応した特殊使用のＩＧＢＴを適用する必要があり、従来の架線方式と同様、コスト高につながるという課題があった。
すなわち、変電所送出基準電圧、及び架線区間を走行する車両の位置における架線の最大架線電圧を下げることで車載電気機器（電力変換器や補助電源等）の低コスト化を図ることができるが、単純に変電所送出基準電圧を下げると送電ロスが増大し、架線交通システム全体の消費電力が増加するため、変電所送出基準電圧を下げても架線交通システム全体の消費電力が増加しないようにするという課題があった。
【０００５】
そこでこの発明は、変電所送出基準電圧を下げても架線交通システム全体の消費電力を従来に比べて下げることができ、車載電気機器の入力電圧を所望の値より下げることができる場合の架線交通システムの変電所送出基準電圧と架線区間率をシミュレーションするシミュレーション装置及びシミュレーション方法並びにそのプログラム、およびそのシミュレーション結果を用いた架線交通システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、前記架線が配されず前記車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて前記車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーション装置であって、前記架線区間を走行する車両の前記架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を、前記架線交通システムの架線区間率、および前記変電所の送出基準電圧に応じて算出する最大架線電圧算出部と、前記架線区間率、および前記送出基準電圧に応じた、前記架線交通システムのシステム消費電力を、前記変電所が出力した電力と、前記蓄電池に充電するための充電装置が前記蓄電池に対して出力した電力と、に基づいて算出するシステム消費電力算出部と、を有し、前記最大架線電圧算出部は、第１の前記架線区間率および第１の前記送出基準電圧に応じた第１の最大架線電圧と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎの最大架線電圧を算出し、前記システム消費電力算出部は、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧に応じた第１のシステム消費電力と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎのシステム消費電力を算出することを特徴とするシミュレーション装置である。
【０００７】
また本発明は、上述のシミュレーション装置において、前記システム消費電力算出部において算出された前記第ｎのシステム消費電力が、前記第１の最大架線電圧以下となるとともに、前記最大架線電圧算出部において算出された前記第ｎの最大架線電圧が、前記第１の最大架線電圧以下となった時の、架線区間率および変電所の送出基準電圧を出力するシミュレーション結果出力部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
また本発明は、上述のシミュレーション装置において、前記車両は、前記路線上の所定の位置に設置された充電装置からの電力をパンタグラフを介して前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有することを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、上述のシミュレーション装置において、前記車両は、搭載された充電装置が架線からパンタグラフを介して入力した電力を前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有することを特徴とする。
【００１０】
また本発明は、上述のシミュレーション装置によって出力された架線区間率および変電所の送出基準電圧により構成され、前記車両が路線を走行する架線交通システムである。
【００１１】
また本発明は、変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、前記架線が配されず前記車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて前記車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーション装置におけるシミュレーション方法であって、前記架線区間を走行する車両の前記架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を、前記架線交通システムの架線区間率、および前記変電所の送出基準電圧に応じて算出する最大架線電圧算出ステップと、前記架線区間率、および前記送出基準電圧に応じた、前記架線交通システムのシステム消費電力を、前記変電所が出力した電力と、前記蓄電池に充電するための充電装置が前記蓄電池に対して出力した電力と、に基づいて算出するシステム消費電力算出ステップと、を有し、前記最大架線電圧算出ステップにおいて、第１の前記架線区間率および第１の前記送出基準電圧に応じた第１の最大架線電圧と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎの最大架線電圧を算出し、前記システム消費電力算出ステップにおいて、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧に応じた第１のシステム消費電力と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎのシステム消費電力を算出することを特徴とするシミュレーション方法である。
【００１２】
また本発明は、上述のシミュレーション方法において、前記システム消費電力算出ステップにおいて算出された前記第ｎのシステム消費電力が、前記第１の最大架線電圧以下となるとともに、前記最大架線電圧算出ステップにおいて算出された前記第ｎの最大架線電圧が、前記第１の最大架線電圧以下となった時の、架線区間率および変電所の送出基準電圧を出力するシミュレーション結果出力ステップと、を有することを特徴とする。
【００１３】
また本発明は、上述のシミュレーション方法において、前記車両は、前記路線上の所定の位置に設置された充電装置からの電力をパンタグラフを介して前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有することを特徴とする。
【００１４】
また本発明は、上述のシミュレーション方法において、前記車両は、搭載された充電装置が架線からパンタグラフを介して入力した電力を前記蓄電池に蓄積する電気系統回路を有することを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、前記架線が配されず前記車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて前記車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーション装置のコンピュータを、前記架線区間を走行する車両の前記架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を、前記架線交通システムの架線区間率、および前記変電所の送出基準電圧に応じて算出する最大架線電圧算出手段、前記架線区間率、および前記送出基準電圧に応じた、前記架線交通システムのシステム消費電力を、前記変電所が出力した電力と、前記蓄電池に充電するための充電装置が前記蓄電池に対して出力した電力と、に基づいて算出するシステム消費電力算出手段、として機能させ、前記最大架線電圧算出手段が、第１の前記架線区間率および第１の前記送出基準電圧に応じた第１の最大架線電圧と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎの最大架線電圧を算出し、前記システム消費電力算出手段が、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧に応じた第１のシステム消費電力と、前記第１の架線区間率および前記第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎのシステム消費電力を算出することを特徴とするプログラムである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、変電所送出基準電圧を下げても架線交通システム全体の消費電力が従来と比べて増加せず、車両の電力変換機器への入力電圧を所望の閾値よりも低減することができるような、変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせを、車両の電気系統の構成に応じて決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】シミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
【図２】シミュレーション装置がシミュレーションする架線交通システムの概略図である。
【図３】車両内の電気系統の第１の概略回路図である。
【図４】最大架線電圧の算出処理の概要を示す図である。
【図５】シミュレーション結果の概要を示す第１の図である。
【図６】車両内の電気系統の第２の概略回路図である。
【図７】シミュレーション結果の概要を示す第２の図である。
【図８】シミュレーション装置の処理フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の一実施形態によるシミュレーション装置を図面を参照して説明する。
図１は同実施形態によるシミュレーション装置の構成を示すブロック図である。
この図において、符号１０は変電所送出基準電圧を下げても架線交通システム全体の消費電力を従来に比べて下げることができ、車載電気機器の入力電圧を所望の値より下げることができる場合の架線交通システムの変電所送出基準電圧と架線区間率をシミュレーションするシミュレーション装置である。当該シミュレーション装置１０は、システム消費電力が、予め定められた所定の架線区間率である場合（例えば架線区間率１００％の場合）におけるシステム消費電力より小さくなるとともに、最大架線電圧が、予め設定された許容電圧以下となった時の、架線区間率および変電所の送出基準電圧を決定するために必要な各種パラメータを記憶するデータベース１１、シミュレーション処理の制御を行うシミュレーション制御部１２、最大架線電圧を算出する最大架線電圧算出部１３、システム消費電力を算出するシステム消費電力算出部１４、シミュレーション結果を出力するシミュレーション結果出力部１５、の各処理部や記憶部を備えている。
【００１９】
本実施形態におけるシミュレーション装置１０は、変電所と接続された架線が配されて当該架線から得た電力に基づいて車両が走行する架線区間、および、架線が配されず車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて車両が走行する無架線区間を有する架線交通システムのシミュレーションを行うものである。
そして、まず、シミュレーション制御部１２の制御に基づいて、最大架線電圧算出部１３が、架線区間を走行する車両の架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を、架線交通システムの架線区間率、および変電所の送出基準電圧に応じて算出する。このとき最大架線電圧算出部１３は、第１の前記架線区間率および第１の送出基準電圧に応じた第１の最大架線電圧と、第１の架線区間率および第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎの最大架線電圧を算出する。
次に、シミュレーション制御部１２の制御に基づいて、システム消費電力算出部１４が、架線交通システムの架線区間率、および送出基準電圧に応じた、架線交通システムのシステム消費電力を、変電所が出力した電力と、蓄電池に充電するための充電装置が蓄電池に対して出力した電力とに基づいて算出する。このときシステム消費電力算出部１４は、第１の架線区間率および第１の送出基準電圧よりもそれぞれ低い値に順次再設定した第ｎ（ｎ＝２，３，４，・・・）の架線区間率および第ｎの送出基準電圧に応じた第ｎのシステム消費電力を算出する。
そして、シミュレーション制御部１２の制御に基づいて、シミュレーション結果出力部１５が、システム消費電力算出部１４において算出された第ｎのシステム消費電力が、予め定められた所定の架線区間率である場合におけるシステム消費電力より小さくなるとともに、最大架線電圧算出部１３において算出された第ｎの最大架線電圧が、予め設定された許容電圧以下となった時の、架線区間率および変電所の送出基準電圧を出力する。
【００２０】
図２はシミュレーション装置がシミュレーションする架線交通システムの概略図である。
この図が示すように、シミュレーション装置１０がシミュレーションする架線交通システムは、複数の車両が上り線と下り線の路線を行き来するものであり、変電所から出力された送出基準電圧に基づく電力を、架線を通して車両に入力して走行（力行）する架線区間と、車両に搭載された蓄電池から得た電力に基づいて車両が走行する無架線区間とを有している。当該架線交通システムにおいて、車両は、上り線と下り線の間に分岐軌道を設けており、当該上り線と下り線の間の分岐軌道を通過して、上り線と下り線を行き来する。また、図示していないが、路線内には駅が点在しているものとする。また、当該駅には車両に搭載された蓄電池へ電力を供給する充電装置が備えられているものとする。車両が駅に停車した際に、当該充電装置から車両に搭載された蓄電池へ電力が供給される。
【００２１】
図３は車両内の電気系統の第１の概略回路図である。
この図が示すように、車両内の電気系統は、蓄電池３１と並列に、インバータ３２および、空調や照明などの補機用に用いられるＳＩＶ（スタティックインバータ）３３が接続され、またモータ３４がインバータ３２と接続されている。車両の制御部は架線区間においては蓄電池３１のスイッチ３５をＯＦＦに制御することで、架線から供給される電力をモータ等の電力として使用し、無架線区間においては蓄電池３１のスイッチ３５をＯＮに制御することで、蓄電池３１に蓄積された電力をモータ等の電力として使用する。無架線区間においてはスイッチ３５がＯＮに制御されることで、ブレーキ時などにおける回生電力が蓄電池３１に蓄積されるが、架線区間においてはスイッチ３５がＯＦＦに制御されるため、ブレーキ時などにおける回生電力は蓄電池３１に蓄積されない。また、車両は、駅停車時に当該駅に設置された充電装置３６からの電力供給を受け、蓄電池３１に供給する。
【００２２】
以上のような架線交通システムを想定して、シミュレーション装置１０はシミュレーションを行う。
図８は、シミュレーション装置の処理フローを示す図である。
図８より、シミュレーション制御部１２は、ユーザ等からの操作入力に基づくシミュレーションの開始信号を受信すると（ステップＳ１０１）、データベース１１から、シミュレーションのための各種パラメータを読み込む（ステップＳ１０２）。例えばこのパラメータは、最大架線電圧を算出するためのパラメータであり、変電所送出基準電圧、架線区間率（架線区間率＝部分架線区間長÷路線全長）、路線における車両位置、変電所位置、架線の単位長さ当たり抵抗値・・・・等の情報である。そして、シミュレーション制御部１２は、入力したパラメータを最大架線電圧算出部１３へ出力し、また、ある架線区間率、および変電所のある送出基準電圧において、複数の異なる車両のうち架線区間を走行する各車両の架線区間内の位置における架線電圧のうちの最大架線電圧を算出するよう要求する信号を最大架線電圧算出部１３へ出力する。すると、最大架線電圧算出部１３は、シミュレーション制御部１２より各パラメータを入力して最大架線電圧を算出する（ステップＳ１０３）。
【００２３】
図４は最大架線電圧の算出処理の概要を示す図である。
図４（ａ）で示す例では、変電所によりき電された架線下を、２つの車両（車両１，車両２）が走行し、そのうちの一方の車両１が力行（架線からの電力をモータ等の電力として使用し走行）し、他方の車両２が回生中である場合を示している。このような場合、図４（ｂ）で示す回路網として考えることが出来る。ここで、変電所の送出基準電圧Ｖｓｓは、送出電流Ｉｓｓの大きさに応じて図４（ｃ）で示すような特性となる。ここで、架線抵抗Ｒ１やＲ２は、車両位置や変電所位置に基づく車両間の距離、または車両と変電所間の距離と、架線の単位長さ辺りの抵抗値によって、求めることが出来る。そして、車両１における架線電圧（パンタ点電圧）をＶ１、車両２における架線電圧（パンタ点電圧）をＶ２とし、また、車両１のパンタ点電流をＩ１、車両２のパンタ点電流をＩ２とすると、
Ｖ１＝Ｖｓｓ−Ｒ１（Ｉ１＋Ｉ２）
Ｖ２＝Ｖｓｓ＋Ｒ２Ｉ２
により架線電圧を算出することができる。そして、最大架線電圧算出部１３は、時刻表等による各時刻における車両の位置に基づいて、車両の架線電圧を算出し、各時刻において算出したいずれかの車両の最大の架線電圧を特定する。これにより、最大架線電圧が算出できる。
【００２４】
次に、シミュレーション制御部１２は、システム消費電力を算出するための各種パラメータをデータベース１１から読み込む。例えばこのパラメータは、変電所送出基準電圧、架線区間率、車両に搭載された蓄電池３１の容量、時刻表に基づく車両の駅停車回数（充電回数）等の情報である。そして、シミュレーション制御部１２は、入力したパラメータをシステム消費電力算出部１４へ出力し、また、ある架線区間率、および変電所のある送出基準電圧において、変電所が出力した電力と、蓄電池に充電するための充電装置が蓄電池に対して出力した電力と、に基づいて架線交通システムのシステム消費電力を算出するよう要求する信号をシステム消費電力算出部１４へ出力する。すると、システム消費電力算出部１４は、例えば、変電所送出基準電圧Ｖｓｓ、変電所送出電流Ｉｓｓ、車両に搭載された蓄電池３１の容量、時刻表に基づく車両の駅停車回数（充電回数）等の情報に基づいて、単位時間（ｈ）における変電所が出力した変電所出力電力（Ｖｓｓ×Ｉｓｓ×ｈ）と、単位時間における駅に設置されている充電装置３６が出力した充電装置出力電力を算出する（ステップＳ１０４）。そして、システム消費電力算出部１４は、例えば、「変電所出力電力＋充電装置出力電力」により、単位時間におけるにおけるシステム消費電力を算出する（ステップＳ１０５）。
【００２５】
そして、シミュレーション制御部１２は、変電所送出基準電圧、および架線区間率を、ある所定の値減じて、再度算出処理を繰り返すよう、最大架線電圧算出部１３と、システム消費電力算出部１４へ通知し、最大架線電圧算出部１３およびシステム消費電力算出部１４は、異なる第ｎの変電所送出基準電圧および第ｎの架線区間率に基づいて（ｎ＝１，２，３，・・・）、閾値（ｎを示す閾値や、変電所送出基準電圧や架線区間率の閾値）等に基づいて終了と判定するまで算出を繰り返し、その算出結果と当該算出結果の算出に用いた変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせの情報をシミュレーション結果出力部１５へ出力する（ステップＳ１０６）。
【００２６】
次に、シミュレーション制御部１２は、データベース１１より、予め求められた架線区間率１００％の際における架線交通システムのシステム消費電力と、車載電気機器（ＩＧＢＴ等）の低コスト化を図るための予め設定された架線の許容電圧値とを読取り（ステップＳ１０７）、シミュレーション結果出力部１５へ閾値として出力するとともに、出力処理をするよう指示する。すると、シミュレーション結果出力部１５は、システム消費電力算出部１４から出力されたシステム消費電力がシステム消費電力の閾値より小さくなり、また、最大架線電圧算出部１３において算出された最大架線電圧が許容電圧以下である場合の、変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせを特定する（ステップＳ１０８）。そして、それらの組み合わせの情報に基づいて、出力画面を生成して、表示部へ出力する。
【００２７】
図５はシミュレーション結果の概要を示す第１の図である。
図５（ａ）は変電所送出基準電圧および架線区間率を所定の値減じてシミュレーションを繰り返した場合の算出結果を示しており、変電所送出基準電圧が７５０Ｖであるときに架線区間率を１００％（Ｃａｓｅ１）、７５％（Ｃａｓｅ４）、５０％（Ｃａｓｅ７）、２５％（Ｃａｓｅ１０）と減じたときのそれぞれの最大架線電圧値、また、変電所送出基準電圧が６００Ｖであるときに架線区間率を１００％（Ｃａｓｅ２）、７５％（Ｃａｓｅ５）、５０％（Ｃａｓｅ８）、２５％（Ｃａｓｅ１１）と減じたときのそれぞれの最大架線電圧値、また、変電所送出基準電圧が４５０Ｖであるときに架線区間率を１００％（Ｃａｓｅ３）、７５％（Ｃａｓｅ６）、５０％（Ｃａｓｅ９）、２５％（Ｃａｓｅ１２）と減じたときのそれぞれの最大架線電圧値を示している。
【００２８】
また図５（ｂ）は（ａ）と同様に、変電所送出基準電圧が７５０Ｖであるときに架線区間率を１００％、７５％、５０％、２５％と減じたときのそれぞれのシステム消費電力値と、また、変電所送出基準電圧が６００Ｖであるときに架線区間率を１００％、７５％、５０％、２５％と減じたときのそれぞれのシステム消費電力値、また、変電所送出基準電圧が４５０Ｖであるときに架線区間率を１００％、７５％、５０％、２５％と減じたときのそれぞれのシステム消費電力値の推移を示している。
【００２９】
変電所送出基準電圧が７５０Ｖ、架線区間率１００％であるときの従来の架線交通システムでのシステム消費電力以下となる場合は、図５（ｂ）より、変電所送出基準電圧７５０Ｖで、架線区間率５０％,２５％の場合、および、変電所送出基準電圧６００Ｖで、架線区間率７５％,５０％,２５％の場合、および、変電所送出基準電圧４５０Ｖで、架線区間率７５％,５０％,２５％の場合である。
また、図５（ａ）より、最大架線電圧の閾値である６００Ｖ以下となる最大架線電圧が算出された場合の変電所送出基準電圧と架線区間率の組み合わせは、変電所送出基準電圧４５０Ｖで架線区間率が５０％または２５％となった場合である。
従って、シミュレーション結果出力部１５は、システム消費電力算出部１４から出力されたシステム消費電力がシステム消費電力の閾値より小さくなり、また、最大架線電圧算出部１３において算出された最大架線電圧が許容電圧以下である場合の、変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせとして、Ｃａｓｅ９；「変電所基準電圧値４５０Ｖ,架線区間率５０％」およびＣａｓｅ１２；「変電所基準電圧値４５０Ｖ,架線区間率２５％」を示す情報を出力する。
なお、図５（ｃ）は、Ｃａｓｅ１，Ｃａｓｅ８，Ｃａｓｅ９における、ある車両の架線電圧値（パンタ点電圧値）の遷移を示している。回生電力が蓄電池３１に蓄積される際には架線電圧が上昇した場合であっても、Ｃａｓｅ９においては、許容電圧を下回っていることが分かる。
【００３０】
図６は車両内の電気系統の第２の概略回路図である。
上述では、充電装置３６が車外の駅等に設置されている場合について説明したが、図６で示すように、充電装置３６が車内に搭載され、パンタグラフ３７からの電流をＣＣＣＶ制御（定電流定電圧制御）して蓄電池３１やインバータ３２，ＳＩＶ３３に供給するようにしても良い。この場合、蓄電池３１や負荷の状態によって架線と蓄電池３１の双方からモータ３２やＳＩＶ３３へ電力が供給される。蓄電池３１は架線区間では、充電装置３６を介して架線から徐々に充電することができるため、図３を用いて説明した駅に設置された充電装置３６から急速充電が行われる場合に比べて、充電時の蓄電池損失を低減することができる。架線区間でも蓄電池３１が接続されているため、当該蓄電池３１への回生電力の吸収が可能である。このため、架線への回生による架線電圧の上昇をなくすことができる。よって、架線の送出基準電圧を図３の例に比べて高くすることができる。これにより架線の送電損失を低減することができる。
【００３１】
そして、車両が図６で示すような電気系統である場合に、上述と同様の処理によりシミュレーション装置１０がシミュレーションを行う。このとき、最大架線電圧の算出は車両が図３で示すような電気系統である場合の処理と同様であるが、システム消費電力については、変電所が出力した電力をそのままシステム消費電力として（つまり、充電装置が蓄電池に対して出力した電力を０として）シミュレーションを行う。そして図３で説明した処理と同様に、シミュレーション結果出力部１５が、システム消費電力算出部１４から出力されたシステム消費電力がシステム消費電力の閾値より小さくなり、また、最大架線電圧算出部１３において算出された最大架線電圧が許容電圧以下である場合の、変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせを特定し、それらの組み合わせの情報に基づいて、出力画面を生成して、表示部へ出力する。
【００３２】
図７はシミュレーション結果の概要を示す第２の図である。
図７（ａ）は、図３で示した電気系統である場合において、変電所送出基準電圧が７５０Ｖで架線区間率を減じた場合の最大架線電圧値を示すＣａｓｅ１，４，７，１０（図５（ａ））と、変電所送出基準電圧が６００Ｖで架線区間率を減じた場合の最大架線電圧値を示すＣａｓｅ２，５，８，１１（図５（ａ））と、変電所送出基準電圧が４５０Ｖで架線区間率を減じた場合の最大架線電圧値を示すＣａｓｅ３，６，９，１２（図５（ａ））と、を示し、また、図６で示す電気系統である場合において、変電所送出基準電圧が６００Ｖであり、架線区間率を１００％（Ｃａｓｅ２’）、５０％（Ｃａｓｅ８’）と減じたときのそれぞれの最大架線電圧値を示している。図７（ａ）が示すように、車両が図６で示す電気系統を有している場合、図３で示す電気系統を有する場合に比べて、変電所送出基準電圧が高いまま、最大架線電圧を低下させることができることがわかる。
【００３３】
また図７（ｂ）は、図５（ａ）と同様に、図３で示した電気系統である場合において、変電所送出基準電圧が７５０Ｖであるときに架線区間率を１００％、７５％、５０％、２５％と減じたときのそれぞれのシステム消費電力値と、また、変電所送出基準電圧が６００Ｖであるときに架線区間率を１００％、７５％、５０％、２５％と減じたときのそれぞれのシステム消費電力値、また、変電所送出基準電圧が４５０Ｖであるときに架線区間率を１００％、７５％、５０％、２５％と減じたときのそれぞれのシステム消費電力値と、を示している。また図７（ｂ）は、さらに、図６で示す電気系統である場合において、変電所送出基準電圧が６００Ｖであるときに架線区間率を１００％、５０％と減じたときのそれぞれのシステム消費電力値（Ｃａｓｅ２’、Ｃａｓｅ８’）の推移を示している。図７（ｂ）が示すように、車両が図６で示す電気系統を有している場合、図３で示す電気系統を有する場合に比べて、変電所送出基準電圧の高低によらず、システム消費電力を全体的に低下させることができることがわかる。
【００３４】
図６で示す電気系統である場合であって、変電所送出基準電圧が７５０Ｖ、架線区間率１００％であるときの従来の架線交通システムでのシステム消費電力以下となる場合は、図７（ｂ）より、変電所送出基準電圧６００Ｖで、架線区間率１００％，５０％（Ｃａｓｅ２’、Ｃａｓｅ８’）の場合である。
また、図６で示す電気系統である場合であって、最大架線電圧の閾値である６００Ｖ以下となる最大架線電圧が算出された場合の変電所送出基準電圧と架線区間率の組み合わせは、変電所送出基準電圧６００Ｖで架線区間率１００％，５０％（Ｃａｓｅ２’、Ｃａｓｅ８’）の場合である。
従って、シミュレーション結果出力部１５は、図６で示す電気系統である場合において、システム消費電力算出部１４から出力されたシステム消費電力がシステム消費電力の閾値より小さくなり、また、最大架線電圧算出部１３において算出された最大架線電圧が許容電圧以下である場合の、変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせとして、Ｃａｓｅ２’「変電所基準電圧値６００Ｖ,架線区間率１００％」、Ｃａｓｅ８’「変電所基準電圧値６００Ｖ,架線区間率５０％」を示す情報を出力する。
【００３５】
つまり、車両の電気系統を、図６で示す電気系統のような構成とすることで変電所の送出基準電圧がある程度高いままであっても（例えば６００Ｖ）、架線区間率にかかわらず、従来の全線架線式、高い基準電圧（例：７５０Ｖ）である場合の架線交通システムに対して、システム消費電力を大幅に低減し、かつ車両の電力変換機器への入力電圧を低減する（例えば、６００Ｖ以下）ことができる。
【００３６】
そして、車両が図３で示す電気系統である場合の上述のシミュレーションによって得られた変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせ、または、車両が図６で示す電気系統である場合の上述のシミュレーションによって得られた変電所送出基準電圧および架線区間率の組み合わせにより、架線交通システムを構成することによって、車両が図３で示す電気系統である場合、または、車両が図６で示す電気系統である場合において、変電所送出基準電圧を下げても架線交通システム全体の消費電力が増加せず、また、車両の電力変換機器への入力電圧を低減させることによって低コスト化できる架線交通システムを構成することができる。
【００３７】
なお、上述のシミュレーション装置は内部に、コンピュータシステムを有している。そして、上述した各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【００３８】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
【符号の説明】
【００３９】
１０・・・シミュレーション装置
１１・・・データベース
１２・・・シミュレーション制御部
１３・・・最大架線電圧算出部
１４・・・システム消費電力算出部
１５・・・シミュレーション結果出力部
３１・・・蓄電池
３２・・・インバータ
３３・・・ＳＩＶ
３４・・・モータ
３５・・・スイッチ
３６・・・充電装置
３７・・・パンタグラフ
【図１】
2012016148.tif 000003
【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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