WO2014049893A1 - 鉄道電力管理装置、鉄道電力管理方法および鉄道電力管理プログラム - Google Patents

鉄道電力管理装置、鉄道電力管理方法および鉄道電力管理プログラム Download PDF

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WO2014049893A1
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railway
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由美 花島
京 三吉
竜央 山口
浩司 大辻
顕一 田能村
雅之 野木
加藤　仁
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株式会社 東芝
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • Y04S10/12—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation
    • Y04S10/126—Monitoring or controlling equipment for energy generation units, e.g. distributed energy generation [DER] or load-side generation the energy generation units being or involving electric vehicles [EV] or hybrid vehicles [HEV], i.e. power aggregation of EV or HEV, vehicle to grid arrangements [V2G]

Definitions

  • the present embodiment relates to a railway power management apparatus, a railway power management method, and a railway power management program.
  • BEMS Building and Energy Management System
  • BEMS is a system for reducing energy consumption by power management of building equipment and facilities. For example, it is possible to reduce the power and power consumption of a building by using a technology that adjusts the supply and demand of power by demand response.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a station system and an electric railway system that use the railway power management apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the flow of data and signals exchanged between the railway power management apparatus of the embodiment and related devices.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a data structure of a database.
  • FIG. 3-2 is a diagram showing an example of weather data on the database.
  • FIG. 3-3 is a diagram illustrating an example of charging data on the database.
  • FIG. 3-4 is a diagram showing an example of discharge data on the database.
  • FIG. 4 is a block diagram illustrating a configuration of the railway power management apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a diagram illustrating a data structure of a database.
  • FIG. 3-2 is a diagram showing an example of weather data on the database.
  • FIG. 3-3 is a diagram illustrating an example of charging data on the database.
  • FIG. 3-4 is a diagram showing an example of discharge
  • FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the time related to the discharge of the power storage device and the discharged power in the embodiment.
  • FIG. 6 is an operation flowchart of the discharge plan creation unit in the embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing data and signals exchanged between the railway power management apparatus and related devices in the third embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating a database structure in the embodiment.
  • FIG. 8-2 is a diagram of an example of load data on the database.
  • FIG. 9 is a block diagram of a railway power management apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a block diagram showing data and signals exchanged between the railway power management apparatus of the embodiment and related devices.
  • FIG. 11 is a block diagram of a railway power management apparatus in the fifth embodiment.
  • the railway power management apparatus includes a storage unit, a discharge plan creation unit, and a discharge command unit.
  • the storage unit stores the discharge amount of the power storage device to the distribution system in correspondence with a predetermined parameter.
  • the discharge plan creation means uses the data of the regenerative power amount of the past train stored in the storage means and the discharge amount to the power distribution system of the power storage device. Create a discharge plan that defines the amount of discharge.
  • the discharge command means outputs a discharge command to the power storage device as an example.
  • a railway for causing the power storage device that stores this power and discharges it to the distribution system to perform an effective discharge.
  • a power management device can be provided.
  • the railway power management device is a power storage device that is assumed to be installed at a station, a regenerative power that is not interchanged between trains, or a solar power generation device that is not used in a station facility. Electric power such as solar energy is stored, and the energy is effectively used.
  • means for creating a discharge plan from the power storage device to the power distribution system discharge plan creation unit
  • means for determining the discharge amount and instructing discharge discharge determination / command unit
  • a railway power management apparatus including means for storing a discharge result (discharge execution result storage unit) is proposed.
  • discharging means supplying power from a power storage device to a power distribution system.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a schematic configuration of a station system and an electric railway system that use the railway power management apparatus according to the first embodiment.
  • the train 102 in the electric railway system moves using electricity obtained from the feeder 114 as a power source. Electricity is supplied to the feeder 114 from the substation.
  • the station has a plurality of station facilities 109 such as elevators, escalators, and lighting.
  • a solar power generation device 106 is installed, and the solar energy obtained from the solar power generation device 106 is converted from direct current to alternating current by a PCS (Power Conditioning System) 107, and voltage, frequency The number of phases and the number of wires are combined and sent to the distribution system 108.
  • the power from the substation is sent to the distribution system 108 through the transformer.
  • the power storage device 104 is assumed to be installed at a station. This is because, for example, when the power storage device 104 is installed in a substation, since the substation is generally located away from the station, such as between stations, a power transmission loss occurs when storing and discharging. It is.
  • the power storage device 104 stores regenerative power that has not been inter-train interchanged for the train 102 in the electric railway system and power that is not used by the station equipment 109 of solar energy obtained from the solar power generation device 106. To do.
  • the regenerative electric power of the train 102 passes through the feeder 114 and is adjusted in voltage by the chopper 105 and stored in the power storage device 104.
  • the power storage device 104 is configured so that power storage and discharge can be performed simultaneously.
  • the power storage device 104 may be provided with a plurality of units so that power can be stored and discharged at the same time by separately using a unit group for storing power and a unit group for discharging. You may comprise so that it can do.
  • the railway power management apparatus 101 creates a discharge plan for the power storage apparatus 104, determines a discharge amount, commands discharge, and stores a power discharge result. In addition, the railway power management apparatus 101 supplies the regenerative power of the train 102 in the electric railway system and the power not used in the station facility 109 of the solar energy obtained from the solar power generation apparatus 106 to the power storage apparatus 104.
  • the PCS 103 is controlled to store power and discharge to the power distribution system 108.
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the flow of data and signals exchanged with the railway power management apparatus according to the first embodiment and related devices.
  • the railway power management apparatus 101 has data for past discharge results in the database 121 when there is data for the same time, the same diamond, and the same weather (or when the cloud coverage and temperature are similar within a predetermined range). Quote it and create a discharge plan. Then, the discharge amount is determined based on this discharge plan, and the PCS 103 is instructed to discharge. When there is no data corresponding to the past discharge execution result, the railway power management apparatus 101 creates a discharge plan by a method described later, and stores the discharge execution result at that time in the database 121.
  • the power storage apparatus 104 In response to a discharge command from the railway power management apparatus 101, the power storage apparatus 104 stored by regenerative power and solar energy discharges power to the distribution system 108. The discharge execution result is newly stored in the database 121.
  • 3-1 to 3-4 are diagrams illustrating the structure of the database.
  • 3-2 shows an example of weather data on the database
  • FIG. 3-3 shows an example of charging data on the database
  • FIG. 3-4 shows an example of discharge data on the database.
  • the database 121 is hierarchical and stores related data with the date 171 as a parent and the weather 172, charge 173, and discharge 174 data as children as shown in FIG. 3-1.
  • the date 171 describes the date.
  • meteorological data is data consisting of time, weather, cloud cover (ratio of clouds in the whole sky), temperature, humidity, etc. If there is no precipitation between the cloud cover and the weather, for example, the cloud cover is defined as 11 steps of 0, 1, 2,..., 9, 10, and the cloud cover: 0 ⁇ 1 ⁇ 2 ⁇ 3 ⁇ 4 ⁇ 5 ⁇ 6 For 7 ⁇ 8 ⁇ 9 ⁇ 10, there is a relationship of weather: clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ clear ⁇ cloudy ⁇ cloudy.
  • the charging data is data including time, the amount of regenerative power stored in the power storage device 104, the coefficient ⁇ , the amount of stored power (solar power generation) from the distribution system 108, and the like.
  • the coefficient ⁇ is the ratio of the ideal regenerative power amount and the regenerative power amount actually stored in the power storage device, and will be described in detail later.
  • the discharge data is data including time, a discharge command value, a discharge amount, and the like.
  • the database 121 has a function of searching for similar items from a single item or a plurality of items.
  • the data structures shown in FIGS. 3-1 to 3-4 are merely examples, and the present invention is not limited to this.
  • the weather 172, the charge 173, and the discharge 174 are illustrated as being configured by individual tables, but may be configured by a single table.
  • the railway power management apparatus 101 can acquire train information such as operation schedules and weather information such as weather, cloud cover, temperature, and humidity from the outside.
  • train information such as operation schedules and weather information such as weather, cloud cover, temperature, and humidity from the outside.
  • weather information such as weather, cloud cover, temperature, and humidity
  • the regenerative power stored in the power storage device 104 can be predicted, and by acquiring weather information, the power generation amount of the solar power generation device 106 can be predicted from the data.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the railway power management apparatus of this embodiment.
  • the railway power management apparatus 101 includes a discharge plan creation unit 131, a discharge amount determination / command unit 132, and a discharge execution result storage unit 133 as main parts.
  • the discharge plan creation unit 131 of the railway power management apparatus 101 performs a process of predicting the regenerative power amount (134) and a process of predicting the power generation amount of the solar power generation apparatus (135) as its functions (or processes to be executed). To create a discharge plan (136). Therefore, the discharge plan preparation part 131 acquires train information and weather information from the outside.
  • the process of regenerating electric energy prediction (134) by the discharge plan creation unit 131 is performed using the acquired train information.
  • train information for example, the operation schedule in the diagram creation device and the model name data in the vehicle operation plan creation device are acquired.
  • the value of the regenerative electric energy per train that is generated when the train stops at the station for each model title is prepared in advance in the discharge plan creation unit 131 (provided in the database 121). You may do it).
  • the diagram is used, for example, to confirm that there is no power train in the vicinity, and if it can be determined from the diagram that there is no power train in the vicinity, it may be considered that regenerative power is not interchanged between trains.
  • the electrical characteristics of the motor or the like held by the vehicle may be derived from the format name data, and the regenerative power generated from the information may be predicted.
  • the operation schedule in the diagram creation device By incorporating the operation schedule in the diagram creation device into the railway power management device, it is possible to know whether or not there is interchange of regenerative power between trains. Further, for the train 102 in which the regenerative power is not interchanged between trains and the regenerative power is stored in the power storage device 104, the train 102 that applies the brake by linking the operation schedule and the model name data in the vehicle operation plan creation device. You can see the form title.
  • the regenerative electric energy generated from the train 102 can be predicted by comparing the type name of the train 102 to which the brake is applied and the value of the regenerative electric energy per train for each type name.
  • the railway power management device 101 acquires a brake pattern from train passing information obtained from ATC (Automatic Train Control) and other ground devices (to obtain a brake pattern directly from the on-board device).
  • ATC Automatic Train Control
  • other ground devices to obtain a brake pattern directly from the on-board device.
  • a method of calculating the amount of regenerative power by using the regenerative braking force among the train characteristics previously provided in the railway power management apparatus 101 is also conceivable.
  • the regenerative electric power [kW / MM] per motor is obtained by speed [m / s] ⁇ regenerative braking force [kW / MM], and these are integrated for all motors to regenerate the corresponding train 102.
  • the amount of power [kWh / MM] is calculated.
  • the regenerative power amount prediction 134 is performed by the method described above, but in reality, the regenerative power may flow slightly to the adjacent station. Therefore, a value obtained by multiplying the power amount when the regenerative power is 100% stored in the power storage device 104 of the station by the coefficient ⁇ is set as the power amount stored in the power storage device 104.
  • the coefficient ⁇ is in the range of 0 to 1. Further, the coefficient ⁇ is, for example, a comparison between the sum of the ideal regenerative power amount of a train that stores regenerative power in the power storage device during unit time and the power amount stored in the power storage device stored in the database 121. Suppose you want. The amount of regenerative electric power when there is no loss per train that occurs when stopping at a station for each model title is prepared in advance as the ideal amount of regenerative electric power.
  • the amount of charge to the power storage device 104 can be predicted from the processing of the regenerative power amount prediction (134) and the power generation amount prediction (135) of the solar power generation device 106 described above.
  • the discharge plan creation unit 131 predicts the amount of charge to the power storage device 104 per unit time (for example, 60 minutes) by the above method.
  • the discharge plan creation unit 131 calculates the discharge amount of the next unit time for each unit time.
  • the discharge amount of the next unit time can be expressed by the following equation.
  • the above-described formula is a relational expression of the discharge amount of the next unit time in which power is stored up to the upper limit of the capacity of the power storage device after the unit time.
  • Discharge amount of next unit time ⁇ Estimated charge amount of next unit time-Current capacity of current power storage device At this time, if the predicted charge amount of the next next unit time can be predicted, discharge in the next unit time You may adjust quantity suitably.
  • the discharge amount in the next unit time obtained by the above formula is output uniformly within the next unit time. For example, if the predicted value of the charge amount of the storage battery from 8 o'clock to 9 o'clock is 90 kWh, and the power storage device 104 has 10 kWh free capacity as of 8 o'clock, the discharge amount from 8 o'clock to 9 o'clock is 80 kWh Become. When the discharge amount between 8 o'clock and 9 o'clock is 80 kWh, the output is constant in the present embodiment, and therefore, discharge is performed at 80 kW as shown in FIG.
  • step S1 it is necessary for predicting the amount of charge of the power storage device 104, such as the operation schedule of the day from the diagram creation device, the model name data from the vehicle operation plan creation device, and weather information necessary for predicting the power generation amount of the solar power generation device 106.
  • Information is acquired (step S1).
  • the regenerative power is predicted by the above-described method
  • the power generation amount of the solar power generation device 106 is predicted by using the above-described method
  • the power storage device 104 stores the electric power from these prediction results.
  • the amount of charge to be predicted is predicted (step S2).
  • step S3 the result of the above-described calculation formula for the discharge amount is set as a discharge plan for the corresponding time.
  • the created discharge plan is output to the discharge amount determination / command unit 132 (step S4).
  • step S3 a discharge plan is created using the above-mentioned past data.
  • the discharge amount determination / command unit 132 acquires the discharge plan output from the discharge plan creation unit 131 as described above, the discharge amount determination / command unit 132 performs discharge control (137) according to the discharge amount plan and causes the power storage device 104 to discharge. A discharge command is issued to the PCS 103.
  • the above is a normal operation, but when the discharge cannot be performed as planned due to a significant delay of the train 102 or a sudden change in the weather, the remaining battery level data of the power storage device 104 is acquired until the remaining battery level is exhausted. Then, it is assumed that the discharge is continued at the discharge value that has been performed immediately before. Further, when power storage to the power storage device 104 is started later, a discharge command is issued again.
  • the significant delay of the train 102 is, for example, a delay included in a predetermined stage in a case where there is a delay of 30 minutes or more by obtaining information on the operation state of the train 102 as train information or in a gradual evaluation. Suppose that a significant delay occurs.
  • the discharge plan creation unit 131 determines these, and the discharge amount determination / command unit 132 receives the result and issues the command.
  • the discharge execution result storage unit 133 of the railway power management apparatus 101 includes the discharge command value from the discharge amount determination / command unit 132, the actual discharge amount, the regenerative power amount stored in the power storage device 104, and the distribution system 108.
  • a process of collecting discharge results (138) for collecting stored power is performed.
  • the collected data is stored in the database 121.
  • the stored data is used when creating a discharge plan using past data.
  • a charge amount such as regenerative power to the power storage device 104 is predicted, a discharge plan for the power storage device 104 is created, and discharge control to the distribution system 108 is performed.
  • regenerative power that has not been interchanged between trains, surplus power of solar power generation, and the like can be stored in the power storage device 104, and energy can be efficiently used in the railway facility.
  • SOC State Of Charge
  • SOC width an appropriate SOC range of the power storage device 104.
  • a discharge plan from the power storage device 104 to the power distribution system 108 is created so that the average average SOC of the power storage device 104 matches the intermediate value of the SOC width of the power storage device 104.
  • the discharge amount in the next unit time is described in the first embodiment, the current remaining battery level obtained from the power storage device 104, the capacity of the intermediate value of the SOC width that varies depending on the type of the power storage device 104, and so on. This is performed using the predicted value of the amount of charge to the power storage device 104.
  • the discharge amount in the next unit time can be expressed by the following equation.
  • Next unit time discharge amount current battery remaining amount ⁇ capacity of intermediate value of SOC width + predicted charge amount in next unit time
  • discharge amount of the next unit time obtained by the above formula Will be output constantly within the next unit time. Others are as described in the first embodiment.
  • the remaining battery level data of the power storage device 104 is acquired, for example, up to the SOC determined by the user in advance, such as the lower limit value of the SOC width. Discharge. When discharging to a predetermined SOC, discharging is temporarily stopped, and after that, power storage to the power storage device 104 is started, and when the intermediate SOC value is stored, a command to discharge again to the predetermined SOC is issued.
  • the amount of charge such as regenerative power to the power storage device 104 is predicted, the discharge plan of the power storage device 104 taking into account the SOC, and the discharge control to the distribution system 108 are performed.
  • the discharge plan of the power storage device 104 taking into account the SOC
  • the discharge control to the distribution system 108 are performed.
  • the railway power management apparatus 101 acquires the power and amount of power used by the station facility 109 and the station user information, and the station facility load prediction is performed based on these information, and then the discharge plan is determined.
  • the point of creation is different from the first embodiment. Hereinafter, this point will be described in detail.
  • FIG. 7 is a block diagram showing data and signals exchanged between the railway power management apparatus and related equipment in the third embodiment.
  • the station facilities 109 can individually measure the power and amount of power used, and the railway power management apparatus 101 can predict the load of each station facility 109 by acquiring data on the power and amount of power used by each station facility 109. And The railway power management apparatus 101 also acquires user information in addition to train information and weather information.
  • FIG. 8A is a diagram illustrating the structure of the database in the present embodiment.
  • the database 121 is hierarchical, and stores data with the date 171 as a parent and the weather 172, charge 173, discharge 174, and load 175 data as children. Each data of the weather 172, the charge 173, and the discharge 174 is the same as that of FIG. 3-1.
  • the data of the load 175 includes time and the load value of each station facility 109 (station facility 1, station facility 2,...) (See FIG. 8-2).
  • the load value of the station equipment 109 is the electric power and the electric power used in the corresponding station equipment 109, and is obtained from, for example, a smart meter.
  • the data of the load 175 is recorded including the number of station users corresponding to the load value of the station facility 109.
  • FIG. 9 is a block diagram of the railway power management apparatus in the present embodiment.
  • the discharge plan creation unit 131 of the railway power management apparatus 101 includes the process of predicting the regenerative power amount (134) and the process of predicting the power generation amount of the solar power generation apparatus (135) described in the second embodiment.
  • the station facility load prediction (139) is performed.
  • the station facility load prediction (139) process uses the past data of the load value of each station facility 109 stored in the database 121 to predict the load value of the station facility 109 for the next unit time (for example, 60 minutes). To do. This prediction is performed, for example, by taking an average of the load values of the station facilities 109 in the same time zone on the same weather day of the same month of the previous year or this year.
  • “similar” means that the value or the like as the basis of comparison is within a predetermined range (hereinafter the same).
  • the discharge plan creation unit 131 acquires the weather / temperature / humidity data in the weather information and the number of station users in the user information. By using these pieces of information, the load value of the station equipment 109 such as an air conditioner or an elevator can be predicted more accurately. In addition, this prediction takes the average from the load value of the station equipment 109 of the same time zone under the same weather conditions on the day of the same number of station users in the same month of the previous year or this year, for example. Etc.
  • the discharge plan creation unit 131 acquires information (step S1) and predicts the amount of charge of the power storage device 104 (step S2), as in the first embodiment. After that, the station load is predicted using the power / power amount data of each station facility 109. In this embodiment, the amount of discharge (discharge plan) is determined by the same method as in the first embodiment. However, if the station load cannot still be covered, all the station load is charged as long as the remaining battery capacity is available. The method of discharging can also be selected.
  • the electric power stored in the power storage device 104 is discharged in accordance with the predicted charge amount.
  • the used power / electric energy data of the station equipment 109 is acquired, and the station equipment 109 By predicting the load, it is possible to create a discharge plan that matches the load of the station facility 109.
  • the discharge plan creation unit 131 determines the discharge amount (discharge plan) by the same method as in the second embodiment. However, if the station load cannot still be provided, the discharge amount of the following formula is used. As much as possible, the station load is discharged. It is also possible to select a method for discharging the entire station load without maintaining the SOC width.
  • Discharge amount of next unit time current battery remaining amount ⁇ capacity of lower limit value of SOC width + predicted charge amount in next unit time
  • data on the electric power and electric energy of each station facility 109 from the outside Load value
  • the discharge plan value is created in real time ignoring the discharge plan, and the power is discharged within the SOC width. There is also a way to do it.
  • the railway power management apparatus 101 of the present embodiment taking into account the SOC, by creating a discharge plan that matches the load of the station equipment 109, the power stored in the power storage apparatus 104 is converted to the performance of the power storage apparatus 104. It is possible to discharge the electric power according to the load while keeping it.
  • the railway power management apparatus 101 acquires power usage restriction information, received power / power amount data of the distribution system 108 from the substation, and battery performance data (performance information) of the power storage device 104. Yes. Hereinafter, this point will be described in detail.
  • FIG. 10 is a block diagram showing data and signals exchanged between the railway power management apparatus of the present embodiment and related equipment.
  • the railway power management apparatus 101 obtains the number of chargeable / dischargeable times out of the power usage restriction information, the received power / power amount data from the substation of the distribution system 108, and the battery performance data of the power storage device 104, and uses them. Create a discharge plan in consideration of it, and determine and command the amount of discharge.
  • FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of the railway power management apparatus in the present embodiment.
  • the discharge plan creation unit 131 acquires received power / energy data from the substation of the distribution system 108.
  • the discharge plan creation unit 131 obtains power usage restriction information such as a power saving request, based on the prediction result of the load of the station equipment 109, the received power / power amount from the substation does not exceed the usage limit value. If it is impossible to keep the SOC width within the SOC width as much as possible, the SOC width is ignored and a discharge plan is created. In addition, the power received from the substation can always be grasped, and a discharge plan can be created so as not to exceed the contract power with the power company.
  • the discharge amount determination / command unit 132 acquires the received power / power amount data of the distribution system 108 from the substation. Then, in the discharge according to the discharge plan created by the discharge plan creation unit 131, when it is determined that the received power / power amount from the substation exceeds the use limit value, the discharge amount of the power storage device 104 is increased. Finely adjust the discharge amount so that it does not exceed the usage limit value.
  • the discharge plan creation unit 131 can always grasp the received power from the substation by acquiring the received power / power amount data from the substation of the distribution system 108, and does not exceed the contract power with the power company. Thus, it becomes possible to make a discharge plan.
  • the discharge amount determination / command unit 132 also obtains the received power / power amount data from the substation of the distribution system 108, and when it is determined that the contracted power will be exceeded in the discharge according to the discharge plan. It is also possible to finely adjust the discharge amount so as not to exceed the contract power with the electric power company.
  • the discharge plan creation unit 131 acquires the number of charge / discharge possible times out of the battery performance of the power storage device 104, and calculates the capacity and power storage device from the number of charge / discharge possible times and the number of times regenerative power is charged to the power storage device 104.
  • the replacement time 104 is estimated. Thus, by estimating the replacement time of the power storage device 104, it is possible to maintain the safety of the system.
  • charging / discharging of the power storage device 104 is dealt with normally.
  • power usage restrictions, contract power, power storage It is possible to create a discharge plan that takes into account factors such as the life of the device 104.
  • the solar energy obtained from the solar power generation device 106 is connected to the power distribution system 108 and is basically used in the station equipment 109.
  • the power storage device 104 is used as in the first to fifth embodiments described above. It is possible to select arbitrarily by the user whether to store in the battery or sell it to the power company. An instruction for this is configured so that the railway power management apparatus 101 can be instructed. For example, the selection can be made by a selection button or the like using a GUI or the like provided in the railway power management apparatus 101. In response to the selection, the railway power management apparatus 101 creates a discharge plan, and determines and commands a discharge amount.
  • the discharge plan created by the discharge plan creation unit 131 excludes power stored in the power storage device 104 when the power obtained from the solar power generation device 106 is selected to be sold to an electric power company. Created.
  • the railway power management apparatus 101 of the embodiments described above uses a general information processing apparatus, and the control means configured by the central processing unit and the control program is the discharge plan creation unit 131, This can be realized by functioning as the discharge amount determination / command unit 132 and the discharge execution result storage unit 133.
  • the database 121 can be realized using a storage device provided in the information processing apparatus.
  • the railway power management apparatus 101 of the embodiments can be realized as a dedicated apparatus (hardware).
  • the program for executing the process of the present embodiment and data related thereto may be provided by a computer-readable storage medium.
  • these storage media are CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), floppy disk (FD), CD-R (Compact Disk Recordable), DVD (Digital Versatile Disk), etc.
  • the program to be executed and data related thereto may be stored in a computer downloaded via a network such as the Internet or Ethernet. Furthermore, it may be provided in a downloadable state on a computer or the like on those networks. Furthermore, the program for executing the process of the present embodiment and the data related thereto may be provided in a state where it can be downloaded to each separate place on the cloud or in a state where it can be executed at that place.
  • a program for executing the process of the present embodiment and data related thereto may be provided by being stored in advance in a ROM or a flash memory in the apparatus.

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Abstract

駅施設において回生電力等の電力を効率的に利用するため、この電力を蓄電し配電系統に放電する蓄電装置に対し、有効的な放電を行わせるための鉄道電力管理装置を提供する。 実施形態の鉄道電力管理装置は、保存手段と、放電計画作成手段と、放電指令手段と、を備える。保存手段は、蓄電装置の配電系統への放電量を、所定のパラメータに対応させて保存する。放電計画作成手段は、蓄電可能な回生電力が発生する場合、保存手段に保存されている過去の列車の回生電力量と蓄電装置の配電系統への放電量のデータにより、蓄電装置の放電量を定める放電計画を作成する。放電指令手段は、蓄電装置への放電指令を出力する。

Description

鉄道電力管理装置、鉄道電力管理方法および鉄道電力管理プログラム 関連出願の引用
　本出願は、２０１２年９月２８日に出願した先行する日本国特許出願第２０１２－２１８２６６号による優先権の利益に基礎をおき、かつ、その利益を求めており、その内容全体が引用によりここに包含される。
　本実施形態は、鉄道電力管理装置、鉄道電力管理方法および鉄道電力管理プログラムに関する。
　近年、電力の有効活用のため、世界各国においてエネルギーマネジメントの取り組みが広まっている。
　その取り組みの一つとして、ＢＥＭＳ（Building　and　Energy　Management　System）がある。ＢＥＭＳとは、ビルの機器・設備等の電力管理によってエネルギー消費量の削減を図るためのシステムのことである。例えば、デマンドレスポンスで電力の需給調整を行う技術等を用いて、ビルの電力や電力量の削減を可能としている。
　一方、鉄道分野では、例えば、蓄電装置を鉄道車両に設け、この蓄電装置の電圧や電流等の情報により、充放電制御することにより、電力を有効活用するエネルギーマネジメントの手法がある。
　その他に、鉄道分野では、鉄道における電力の有効活用を目的として、回生電力をリユースする取り組みも進められている。回生電力は、他の力行列車の動力として用いることが普通であるが、力行列車が存在しない場合には回生失効による電力損失が発生する。その対策として、例えば、変電所に蓄電装置を設置し、この蓄電装置に回生電力を蓄電して、列車の力行時や非常時に利用するようにした方法などもある。上述した技術に関連する文献を下記に示し、内容全体を引用によりここに包含する。
特開２０１２－２９５６０号公報
図１は、第１の実施形態の鉄道電力管理装置を利用する駅システムと電気鉄道システムの概略構成を示す図である。 図２は、同実施形態の鉄道電力管理装置と、関連機器と、やりとりされるデータおよび信号の流れを示したブロック図である。 図３－１は、データベースのデータ構造を例示した図である。 図３－２は、上記データベース上の気象データの一例を示す図である。 図３－３は、上記データベース上の充電データの一例を示す図である。 図３－４は、上記データベース上の放電データの一例を示す図である。 図４は、第１の実施形態における鉄道電力管理装置の構成を示すブロック図である。 図５は、同実施形態における蓄電装置の放電に関する時間と放電する電力の関係の一例を示すグラフである。 図６は、同実施形態における放電計画作成部の動作フローチャートである。 図７は、第３の実施形態における鉄道電力管理装置と、関連機器と、やりとりされるデータおよび信号を示したブロック図である。 図８－１は、同実施形態におけるデータベースの構造を例示した図である。 図８－２は、上記データベース上の負荷データの一例を示す図である。 図９は、第３の実施形態における鉄道電力管理装置のブロック図である。 図１０は、同実施形態の鉄道電力管理装置と、関連機器と、やりとりされるデータおよび信号を示したブロック図である。 図１１は、第５の実施形態における鉄道電力管理装置のブロック図である。
　回生電力を蓄電装置に蓄電する場合、回生電力は一度に発生する電力、電力量が大きく、断片的に発生するため、限られた容量の蓄電装置では、計画的に放電を行わないと、回生電力を蓄電することができなくなる。従って、鉄道における回生電力の効率利用のためには、回生電力を蓄電する蓄電装置の放電計画を作成するシステムが必要となる。また、近年太陽光発電も広く利用されるようになってきている。駅施設にてこの太陽光発電を利用しその電力を蓄電する場合、その蓄電も含めて放電計画を作成できることが必要となる。
　一実施形態の鉄道電力管理装置は、一例として、保存手段と、放電計画作成手段と、放電指令手段と、を備える。保存手段は、一例として、蓄電装置の配電系統への放電量を、所定のパラメータに対応させて保存する。放電計画作成手段は、一例として、蓄電可能な回生電力が発生する場合、保存手段に保存されている過去の列車の回生電力量と蓄電装置の配電系統への放電量のデータにより、蓄電装置の放電量を定める放電計画を作成する。放電指令手段は、一例として、蓄電装置への放電指令を出力する。
　一実施形態によれば、例えば、駅施設において回生電力等の電力を効率的に利用するため、この電力を蓄電し配電系統に放電する蓄電装置に対し、有効的な放電を行わせるための鉄道電力管理装置を提供できる。
（一実施形態の概要）
　以下に説明する一実施形態の鉄道電力管理装置は、駅に設置することを想定した蓄電装置に、列車間で融通されなかった回生電力や、駅設備で使用されなかった太陽光発電装置からの太陽光エネルギー等の電力を蓄電し、そのエネルギーを有効活用するものである。以下の一実施形態ではその構成として、蓄電装置から配電系統への放電計画を作成する手段（放電計画作成部）、放電量を決定し、放電を指令する手段（放電決定・指令部）、および放電結果を保存する手段（放電実施結果保存部）を備えた鉄道電力管理装置を提案する。本明細書において、放電とは、蓄電装置から配電系統へ電力供給することを言う。
　以下、図面を参照して、諸実施形態にかかる鉄道電力管理装置について説明する。
（第１の実施形態）
　はじめに、第１の実施形態の鉄道電力管理装置を利用する駅システムと電気鉄道システムについて、詳細に説明する。図１は、第１の実施形態の鉄道電力管理装置を利用する駅システムと電気鉄道システムの概略構成を示す図である。
　電気鉄道システム内の列車１０２は、き電線１１４から得る電気を動力源として動く。き電線１１４へは変電所から電気を供給している。
　駅にはエレベーター、エスカレータ、照明等の複数の駅設備１０９が設置されている。またその他に太陽光発電装置１０６が設置されており、太陽光発電装置１０６から得られた太陽光エネルギーは、ＰＣＳ（Power　Conditioning　System：電力調整システム）１０７で直流から交流に変換し、電圧、周波数、相数、線数を合わせ、配電系統１０８に送られる。配電系統１０８には太陽光発電装置１０６からの太陽光エネルギーの他、変電所からの電力が、変圧器を通して送られる。
　蓄電装置１０４は、駅に設置されることを想定している。このようにするのは、例えば、変電所に蓄電装置１０４を設置すると、変電所は駅間など一般的に駅から離れた位置にあるため、蓄電および放電する際に、送電ロスが発生するからである。蓄電装置１０４には、電気鉄道システム内の列車１０２の列車間融通が無かった回生電力と、太陽光発電装置１０６から得られた太陽光エネルギーの内駅設備１０９で利用されなかった電力とを蓄電する。列車１０２の回生電力は、き電線１１４を通し、チョッパ１０５で電圧を調整して、蓄電装置１０４に蓄電される。また太陽光発電装置１０６から得られた太陽光エネルギーの内、駅設備１０９で利用されなかった電力は、ＰＣＳ１０３を介して、蓄電装置１０４に蓄電される。なお、本実施形態において、蓄電装置１０４は、蓄電と放電とが同時に行えるように構成されているものとする。例えば、蓄電装置１０４は、複数のユニットを設けて、蓄電するユニット群と、放電するユニット群と使い分けて、蓄電と放電を同時できるようにしても構わないし、１つのユニットで充電・放電が同時にできるように構成しても構わない。
　鉄道電力管理装置１０１は、上記蓄電装置１０４に対する放電計画を作成し、放電量を決定して放電を指令し、電力放電結果を保存する。また、鉄道電力管理装置１０１は、電気鉄道システム内の列車１０２の回生電力と、太陽光発電装置１０６から得られた太陽光エネルギーの内駅設備１０９で利用されなかった電力とを蓄電装置１０４に蓄電し、配電系統１０８へ放電するため、ＰＣＳ１０３を制御する。
　図２は、第１の実施形態の鉄道電力管理装置と、関連機器と、やりとりされるデータおよび信号の流れを示したブロック図である。
　鉄道電力管理装置１０１は、データベース１２１にある過去の放電実施結果のうち、同一時間、同一ダイヤで、同一天気のとき（あるいは、所定範囲で類似する雲量および気温のとき）のデータがある場合にはそれを引用して、放電計画を作成する。そして、この放電計画を基に放電量を決定しＰＣＳ１０３に放電を指令する。過去の放電実施結果に該当するデータが無い場合には、鉄道電力管理装置１０１は、後述の手法で放電計画を作成し、そのときの放電実施結果をデータベース１２１に保存する。
　鉄道電力管理装置１０１からの放電の指令によって、回生電力および太陽光エネルギーによって蓄電された蓄電装置１０４は、配電系統１０８へ電力を放電する。その放電実施結果はデータベース１２１に新たに保存される。
　図３－１～図３－４は、データベースの構造を例示した図である。また、図３－２は、データベース上の気象データの一例を、図３－３は、データベース上の充電データの一例を、また、図３－４は、データベース上の放電データの一例を示した図である。
　データベース１２１は、階層型であり、図３－１に示すように日付１７１を親とし、気象１７２、充電１７３、放電１７４の各データを子として、関連するデータを保存する。日付１７１には、日付が記載されている。
　気象データは、図３－２に示すように、時間、天気、雲量（全天に占める雲の割合）、気温、湿度等からなるデータである。なお、雲量と天気との間には降水がない場合、例えば、雲量を０，１，２，…，９，１０の１１段階として、雲量：０→１→２→３→４→５→６→７→８→９→１０に対し、天気：快晴→快晴→晴れ→晴れ→晴れ→晴れ→晴れ→晴れ→晴れ→曇り→曇りの関係がある。
　充電データは、図３－３に示すように、時間、蓄電装置１０４に蓄電された回生電力量、係数α、配電系統１０８からの蓄電電力量（太陽光発電）等からなるデータである。係数αは理想回生電力量と実際に蓄電装置に貯蓄された回生電力量の比で、後に詳しく記すこととする。また、放電データは、図３－４に示すように、時間、放電指令値、放電量等からなるデータである。なお、このデータベース１２１は、単一もしくは複数の項目から、類似のものを検索する機能を有する。なお、図３－１～図３－４に示したデータ構造は一例であって、これに限るものではない。例えば、気象１７２、充電１７３、放電１７４の各データを個別のテーブルで構成するものとして例示しているが、これらを１つのテーブルで構成するようにしてもよい。
　また、鉄道電力管理装置１０１は、運行ダイヤ等の列車情報と天気、雲量、気温、湿度等の気象情報を外部から取得することが可能である。列車情報を取得することで、蓄電装置１０４に蓄電される回生電力の予測ができ、気象情報を取得することで、そのデータから太陽光発電装置１０６の発電量の予測ができる。
　次に、本実施形態の鉄道電力管理装置の構成について説明する。図４は、本実施形態の鉄道電力管理装置の構成を示すブロック図である。
　鉄道電力管理装置１０１は、その主要部として、放電計画作成部１３１と、放電量決定・指令部１３２と、放電実施結果保存部１３３を備える。
　鉄道電力管理装置１０１の放電計画作成部１３１は、その機能（または、実行する処理）として回生電力量の予測（１３４）の処理と太陽光発電装置１０６の発電量の予測（１３５）の処理を行い、放電計画を作成する（１３６）。そのため放電計画作成部１３１は、外部から列車情報と気象情報を取得する。
　放電計画作成部１３１による回生電力量の予測（１３４）の処理は、取得した列車情報を用いて行う。列車情報として、例えば、ダイヤ作成装置内の運行ダイヤと車両運用計画作成装置内の形式称号データを取得する。その他、回生電力量の予測のために、形式称号毎の、駅で停車する際に発生する１編成あたりの回生電力量の値を、予め放電計画作成部１３１に備えておく（データベース１２１に備えるようにしてもよい）。ダイヤは、例えば、周辺に力行列車が存在しないことを確認するために用いられ、ダイヤから周辺に力行列車が存在しいと判断できれば、列車間で回生電力を融通しないとみなしてもよい。また、形式称号データによって、車両の保持しているモータ等の電気的特性を導き出し、その情報から発生する回生電力を予想してもよい。
　ダイヤ作成装置内の運行ダイヤを鉄道電力管理装置に取り入れることによって、回生電力の列車間融通の有無がわかる。また回生電力の列車間融通が無く回生電力が蓄電装置１０４に蓄電されることになる列車１０２について、運行ダイヤと車両運用計画作成装置内の形式称号データを連携させることにより、ブレーキをかける列車１０２の形式称号がわかる。そして、このブレーキをかける列車１０２の形式称号と形式称号毎の１編成あたりの回生電力量の値とを照らし合わせることによって、その列車１０２から発生する回生電力量が予測可能となる。
　その他の回生電力の予測方法としては、鉄道電力管理装置１０１がＡＴＣ（Automatic　Train　Control）やその他の地上装置から得られる列車通過情報からブレーキパターンを取得し（車上装置から直接ブレーキパターンを得るようにしてもよい）、予め鉄道電力管理装置１０１に備えておいた列車特性の内の回生ブレーキ力を用いて、回生電力量を算出する方法も考えられる。具体的には、速度［ｍ／ｓ］×回生ブレーキ力［ｋＮ／ＭＭ］でモータ一つあたりの回生電力［ｋＷ／ＭＭ］を求め、全モータについてそれらを積算して、該当列車１０２の回生電力量［ｋＷｈ／ＭＭ］を算出する。
　以上に述べた方法により、回生電力量の予測１３４を行なうが、現実的には回生電力がわずかに隣の駅へ流れてしまう場合がある。そのため回生電力が１００％その駅の蓄電装置１０４に貯蓄される場合の電力量に係数αをかけた値を、蓄電装置１０４に貯蓄される電力量とする。係数αは０から１の範囲である。また係数αは、例えば単位時間の間に回生電力を蓄電装置に貯蓄する列車の理想回生電力量を和算したものと、データベース１２１に保存された蓄電装置に貯蓄された電力量とを比較し求めるものとする。形式称号毎の駅で停車する際に発生する１編成あたりの損失がない場合の回生電力量を、理想回生電力量として予め備えておく。
　また別法として、データベース１２１を用いて過去の同ダイヤでの同形式称号の列車１０２を検索し、その列車１０２が発生させた回生電力量を引用して回生電力量を予測する方法もある。
　太陽光発電装置１０６の発電量の予測（１３５）の処理として、例えば、特開２０１１－２０００４０号公報に示されているような技術が挙げられるが、ここではその詳細を省略する。なお、上述した文献の内容全体を引用によりここに包含する。
　以上に述べた、回生電力量の予測（１３４）の処理と太陽光発電装置１０６の発電量の予測（１３５）の処理から、蓄電装置１０４への充電量が予測可能となる。
　まず放電計画作成部１３１では、単位時間（例えば６０分）毎の蓄電装置１０４への充電量の予測を上記の方法で行う。
　そして、蓄電装置１０４の充電量の予測を行った上で、放電計画作成部１３１は単位時間毎に、次の単位時間の放電量を算出する。次の単位時間の放電量の算出には充電量の予測値と蓄電装置１０４からの電池残量データを用いる。この場合、次の単位時間の放電量は、次式で表すことができる。
　次の単位時間の放電量＝次の単位時間の予測充電量－現在の蓄電装置の空き容量
　ただし、右辺が負となるとき、次の単位時間の放電量＝０
　上述した式は、単位時間後に蓄電装置の容量の上限まで電力が蓄えられるようになる、次の単位時間の放電量の関係式である。
　また、下記に示す式を満たすようにすれば、次の単位時間の予測充電量に多少ずれがあったとしても、無駄なく電力を充電できる、次の単位時間の放電量の関係式になる。
　次の単位時間の放電量≧次の単位時間の予測充電量－現在の蓄電装置の空き容量
　この際、次の次の単位時間の予測充電量が予測できるならば、次の単位時間での放電量を適宜調整しても構わない。
　本実施形態では、上式で得られた、次の単位時間での放電量を、次の単位時間内にて一定に出力することとする。例えば、８時から９時の蓄電池への充電量の予測値が９０ｋＷｈで、これに対し蓄電装置１０４に８時現在１０ｋＷｈの空き容量があるとすると、８時から９時の放電量は８０ｋＷｈとなる。８時から９時の間の放電量が８０ｋＷｈの場合、本実施形態では一定に出力するので、図５のように、８０ｋＷで放電する。
　次に、放電計画作成部１３１の動作（予測を行う場合）を、図６の動作フローチャートを用いて説明する。
　まず、ダイヤ作成装置からの当日の運行ダイヤ、車両運用計画作成装置からの形式称号データ、および太陽光発電装置１０６の発電量予測に必要な気象情報など、蓄電装置１０４の充電量予測に必要な情報を取得する（ステップＳ１）。
　ステップＳ１で取得した情報を基に、回生電力は前述の方法で予測し、太陽光発電装置１０６の発電量は上記の方法を用いて予測し、これらの予測結果から、蓄電装置１０４に蓄電される充電量を予測する（ステップＳ２）。
　そして前述の放電量の算出式の結果を、該当時間における放電計画とする（ステップＳ３）。
　最後に、作成した放電計画を、放電量決定・指令部１３２へ出力する（ステップＳ４）。
　以上は、予測を行う場合の動作であるが、データベース１２１にある過去データを用いて放電計画を作成する場合は、ステップＳ１で必要な情報を取得した後、ステップＳ２の予測を省略して、ステップＳ３における放電計画の作成の際、前述した過去データを用いた放電計画の作成を行う。
　放電量決定・指令部１３２は、以上のようにして放電計画作成部１３１から出力された放電計画を取得すると、この放電量計画通りに放電制御（１３７）を行い、蓄電装置１０４に放電させるためＰＣＳ１０３へ放電の指令を出す。
　以上は、通常動作であるが、列車１０２の大幅な遅延や天気の急変等により放電量計画通りに放電できない場合には、蓄電装置１０４の電池残量データを取得し、電池残量がなくなるまで、その直前まで行っていた放電値で放電を続けることとする。また、後に蓄電装置１０４への蓄電が開始されたら、再度放電の指令を出す。なお、列車１０２の大幅な遅延は、例えば、列車情報として列車１０２の運行状態の情報を得て、３０分以上の遅延がある場合や、段階的評価で、所定の段階に含まれる遅延となった場合に、大幅な遅延が発生したとする。また、天気の急変は、取得した気象情報から、晴れから曇りになった場合や晴れから雨になった場合など、所定の気象の変化があった場合に天気の急変があったとする（以下、同様）。これらを放電計画作成部１３１が判断し、放電量決定・指令部１３２がその結果を受けて上記指令を出す。
　一方、鉄道電力管理装置１０１の放電実施結果保存部１３３は、放電量決定・指令部１３２からの放電指令値、実際の放電量、蓄電装置１０４に蓄電された回生電力量、配電系統１０８からの蓄電電力を収集する、放電実施結果収集（１３８）の処理を行う。収集したデータはデータベース１２１に保存する。保存したデータは、過去のデータを用いて放電計画を作成する際等に、利用される。
　以上のように構成される鉄道電力管理装置１０１によれば、蓄電装置１０４への回生電力等の充電量を予測し、蓄電装置１０４の放電計画を作成し、配電系統１０８への放電制御を行うことにより、列車間で融通されなかった回生電力や太陽光発電の余剰電力等を全て蓄電装置１０４に蓄電することができ、鉄道施設におけるエネルギーの効率的利用が可能となる。
（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態の鉄道電力管理装置について詳細に説明する。本実施形態は、蓄電装置１０４の電池容量に対しての充電残量の比率であるＳＯＣ（State　Of　Charge）を考慮する点が第１の実施形態と異なり、その他の点は共通するものとなっている。以下、異なる点について詳細に説明する。
　一般的に、蓄電装置１０４の満充電時における電池容量に対しての充電残量の比率を、ＳＯＣ（State　Of　Charge）と言う。蓄電装置１０４の種類によって、ＳＯＣの適切な範囲があり、ＳＯＣを適切な範囲に保つことによって蓄電装置１０４の性能劣化を防ぐことができると言われている。本明細書では、蓄電装置１０４の適切なＳＯＣの範囲のことをＳＯＣ幅と呼ぶこととする。本実施形態では、蓄電装置１０４の一日の平均ＳＯＣが、蓄電装置１０４のＳＯＣ幅の中間値と一致するよう、蓄電装置１０４から配電系統１０８への放電計画を作成する。
　ＳＯＣを考慮した次の単位時間の放電量の算出は、蓄電装置１０４から得る現在の電池残量と、蓄電装置１０４の種類によって異なるＳＯＣ幅の中間値の容量と、第１の実施形態で述べた蓄電装置１０４への充電量の予測値を用いて行う。この場合、次の単位時間での放電量は、次式で表すことができる。
　次の単位時間の放電量＝現在の電池残量－ＳＯＣ幅の中間値の容量＋次の単位時間での予測充電量
　本実施形態では、上式で得られた、次の単位時間の放電量を、次の単位時間内にて一定に出力することとする。その他は、第１の実施形態において説明したとおりである。
　なお、列車１０２の大幅な遅延や天気の急変により放電計画通りに放電できない場合は、蓄電装置１０４の電池残量データを取得し、例えばＳＯＣ幅の下限値など、予め利用者が定めたＳＯＣまで放電する。定めたＳＯＣまで放電すると、放電は一時中止し、また後に蓄電装置１０４への蓄電が開始され、ＳＯＣ幅の中間値まで蓄電されたら、定めたＳＯＣまで再度放電する指令を出すようにする。
　本実施形態の鉄道電力管理装置１０１によれば、蓄電装置１０４への回生電力等の充電量を予測し、ＳＯＣを考慮した蓄電装置１０４の放電計画の作成、および配電系統１０８への放電制御を行うことにより、列車間で融通されなかった回生電力や太陽光発電の余剰電力等を全て蓄電装置１０４に蓄電することができ、蓄電装置１０４の性能も考慮した（すなわち、蓄電装置１０４の性能劣化を防ぐことができる）鉄道施設におけるエネルギーの効率利用が可能となる。
（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について詳細に説明する。なお、前述の図１～図６に示したものと同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。本実施形態は、鉄道電力管理装置１０１が駅設備１０９の使用電力・電力量を取得する点と駅の利用者情報を取得し、これらの情報から駅設備負荷予測を行った上で放電計画を作成する点が前述の第１の実施形態と異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
　図７は、第３の実施形態における鉄道電力管理装置と、関連機器と、やりとりされるデータおよび信号を示したブロック図である。
　駅設備１０９は個々にその使用電力・電力量の測定ができ、鉄道電力管理装置１０１は、各駅設備１０９の使用電力・電力量のデータを取得することにより、各駅設備１０９の負荷の予測を可能とする。また鉄道電力管理装置１０１は、列車情報や気象情報に加え、利用者情報も取得する。
　図８－１は、本実施形態におけるデータベースの構造を例示した図である。データベース１２１は、階層型であり、日付１７１を親とし、気象１７２、充電１７３、放電１７４、負荷１７５の各データを子として、データを保存する。気象１７２、充電１７３、放電１７４の各データは、図３－１のものと同じである。負荷１７５のデータは、時間、各駅設備１０９の負荷値（駅設備１、駅設備２、…）からなる（図８－２参照）。なお、ここで駅設備１０９の負荷値とは、該当駅設備１０９で使用される電力・電力量であり、例えば、スマートメータなどから得られる。また、本実施形態では、放電実施結果をデータベース１２１に保存する際、負荷１７５のデータに、上記駅設備１０９の負荷値に対応させて駅利用者人数を含めて記録する。
　図９は、本実施形態における鉄道電力管理装置のブロック図である。
　鉄道電力管理装置１０１の放電計画作成部１３１は、第２の実施形態で述べた回生電力量の予測（１３４）の処理と太陽光発電装置１０６の発電量の予測（１３５）の処理の他に、駅設備負荷予測（１３９）の処理を行う。
　駅設備負荷予測（１３９）の処理は、データベース１２１に保存されていた各駅設備１０９の負荷値の過去データを用いて、次の単位時間分（例えば６０分）の駅設備１０９の負荷値を予測する。この予測は、例えば、前年度あるいは本年度の同じ月の同じ天気の日の同様の時間帯の駅設備１０９の負荷値から、その平均をとるなどして行う。なお、ここで“同様の”とは、比較の元となる値等に対し、所定の範囲内にあることを意味する（以下、同様）。
　また放電計画作成部１３１では、気象情報の内の天気・気温・湿度のデータ、および利用者情報の内の駅利用者人数を取得する。これらの情報を用いることにより、空調やエレベーター等の駅設備１０９の負荷値が、さらに正確に予測可能となる。なお、この予測は、例えば、前年度あるいは本年度の同じ月の同様の駅利用者人数の日の同様の気象条件の下での同様の時間帯の駅設備１０９の負荷値から、その平均をとるなどして行う。
　本実施形態において、放電計画作成部１３１では、第１の実施形態と同様に情報の取得（ステップＳ１）と蓄電装置１０４の充電量の予測（ステップＳ２）を行う。その後各駅設備１０９の電力・電力量データを用いて駅負荷の予測を行う。本実施形態において、放電量（放電計画）は、第１の実施形態と同様の手法で決定するが、それでも駅負荷分を賄えない場合には、電池残量がある限り、駅負荷分全てを放電する方法も選べることとする。
　第１の実施形態では予測した充電量に合わせ、蓄電装置１０４に蓄電された電力を放電していたが、本実施形態では駅設備１０９の使用電力・電力量データを取得し、駅設備１０９の負荷を予測することによって、駅設備１０９の負荷に合わせた放電計画を作成することが可能となる。
（第４の実施形態）
　続いて、第４の実施形態について詳細に説明する。なお、前述の図１～図９に示したものと同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。本実施形態は、上述した第３の実施形態と比べ、蓄電装置１０４のＳＯＣを考慮している点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
　本実施形態において、放電計画作成部１３１では、放電量（放電計画）は第２の実施形態と同様の手法で決定するが、それでも駅負荷分を賄えない場合には、下式の放電量を限度に、駅負荷分を放電する。またＳＯＣ幅を保たず、駅負荷分全てを放電する方法も選べることとする。
　次の単位時間の放電量＝現在の電池残量－ＳＯＣ幅の下限値の容量＋次の単位時間での予測充電量
　また、別法として、外部から各駅設備１０９の電力・電力量のデータ（負荷値）を、放電量決定・指令部１３２で取得し、この負荷値が所定の閾値を超えた場合、放電計画を無視してリアルタイムで放電指令値を作成し、ＳＯＣ幅内で電力を放電する方法もある。
　本実施形態の鉄道電力管理装置１０１によれば、ＳＯＣを考慮して、駅設備１０９の負荷に合わせた放電計画を作成することによって、蓄電装置１０４に蓄電された電力を蓄電装置１０４の性能を保ちつつ、負荷に合わせて電力を放電することが可能となる。
（第５の実施形態）
　続いて、第５の実施形態の鉄道電力管理装置について詳細に説明する。なお、前述の図１～図９に示したものと同一のものについては、同符号を付して説明を省略する。本実施形態は、鉄道電力管理装置１０１が電力の使用制限情報と変電所からの配電系統１０８の受電電力・電力量データと蓄電装置１０４の電池性能データ（性能情報）を取得する点が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
　図１０は、本実施形態の鉄道電力管理装置と、関連機器と、やりとりされるデータおよび信号を示したブロック図である。
　鉄道電力管理装置１０１は、電力の使用制限情報と、配電系統１０８の変電所からの受電電力・電力量データと、蓄電装置１０４の電池性能データのうち、充放電可能回数を取得し、それらを考慮して放電計画を作成し、放電量の決定・指令を行う。
　図１１は、本実施形態における鉄道電力管理装置の構成を示すブロック図である。
　放電計画作成部１３１は、配電系統１０８の変電所からの受電電力・電力量データを取得する。放電計画作成部１３１は、節電要請などの電力の使用制限情報を取得すると、駅設備１０９の負荷の予測結果を基に、変電所からの受電電力・電力量が使用制限値を超えないよう、なるべくＳＯＣ幅の中で、ＳＯＣ幅内とすることが不可能であればＳＯＣ幅を無視して、放電計画を作成する。また、常に変電所からの受電電力の把握ができ、電力会社との契約電力を超えないよう、放電計画を作成することも可能となる。
　また放電量決定・指令部１３２においても、変電所からの配電系統１０８の受電電力・電力量データを取得する。そして、放電計画作成部１３１で作成された放電計画通りの放電では、変電所からの受電電力・電力量が使用制限値を超えてしまうと判断した場合には、蓄電装置１０４の放電量を増やすなど使用制限値を超えないよう放電量を微調整する。
　また、放電計画作成部１３１では、配電系統１０８の変電所からの受電電力・電力量データを取得することにより、常に変電所からの受電電力の把握ができ、電力会社との契約電力を超えないよう、放電計画を立案することも可能となる。また放電量決定・指令部１３２においても、配電系統１０８の変電所からの受電電力・電力量データを取得することにより、放電計画通りの放電では契約電力を超えてしまうと判断される場合には、電力会社との契約電力を超えないよう放電量を微調整することも可能となる。
　また、放電計画作成部１３１は、蓄電装置１０４の電池性能のうち、充放電可能回数を取得し、この充放電可能回数と、蓄電装置１０４への回生電力の充電回数とから、容量と蓄電装置１０４の交換時期の推定を行う。このように、蓄電装置１０４の交換時期を推定することによって、システムの安全性を保つことが可能となる。
　前述の第１および第２の実施形態、ならびに第３および第４の実施形態では通常の、蓄電装置１０４の充放電を扱ったが、本実施形態では、電力の使用制限や、契約電力、蓄電装置１０４の寿命などの要因を考慮した放電計画を作成することが可能となる。
（第６の実施形態）
　第６の実施形態について詳細に説明する。本実施形態における鉄道電力管理装置１０１および関連する装置の構成は、前述の第１～第５の実施形態において説明したものと基本的に同様のものとすることができる。本実施形態は、前述の諸実施形態とは、太陽光発電装置１０６から得られる太陽光エネルギーの利用方法が異なっている。以下、その点について詳細に説明する。
　太陽光発電装置１０６から得られる太陽光エネルギーは、配電系統１０８につながり基本的には駅設備１０９で用いるが、本実施形態では、前述の第１～第５の実施形態のように蓄電装置１０４に蓄電するか、または電力会社に売るか、を利用者によって任意に選択可能とする。そのための指示を鉄道電力管理装置１０１に指示できるように構成される。例えば、鉄道電力管理装置１０１に設けられるＧＵＩなどによる選択用のボタン等により選択可能とする。その選択に応じて、鉄道電力管理装置１０１は放電計画を作成し、放電量の決定と指令を行う。放電計画作成部１３１で作成される放電計画は、太陽光発電装置１０６から得られる電力を電力会社に売却する選択がなされた場合には、その電力の蓄電装置１０４への蓄電を除外するようにして作成される。
　本実施形態では、太陽光エネルギーの利用方法を利用者が選択できることにより、利用者のニーズに合った鉄道電力管理装置の実現が可能となる。
　以上説明したとおり、第１から第６の実施形態によれば、駅施設において回生電力や太陽光発電から得られる電力を蓄電し配電系統１０８に放電する蓄電装置１０４に対し有効的な放電を行わせることができ、その結果、回生電力や太陽光発電から得られる電力を効率的に利用することができる。
　なお、以上に説明した諸実施形態の鉄道電力管理装置１０１は、一般的な情報処理装置を用いて、その中央演算装置およびその制御プログラムにより構成される制御手段を、放電計画作成部１３１と、放電量決定・指令部１３２と、放電実施結果保存部１３３として機能させることで実現することが可能である。また、データベース１２１は、この情報処理装置に備わる記憶装置を用いて実現できる。その他、諸実施形態の鉄道電力管理装置１０１を、専用の装置（ハードウェア）として実現することも可能である。
　なお、本実施例のプロセスを実行させるプログラムやそれに関連するデータは、コンピュータに読み取り可能な記憶媒体によって提供されてもよい。例えば、それら記憶媒体は、CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), フロッピーディスク (FD), CD-R (Compact Disk Recordable), DVD (Digital Versatile Disk)などである
　また、本実施例のプロセスを実行させるプログラムやそれに関連するデータは、ネットワーク、例えばインターネットやイーサーネットなどを介してダウンロードしたコンピュータに記憶されてもよい。さらに、それらのネットワーク上において、コンピュータ等にダウンロード可能な状態で提供されてもよい。さらに、本実施例のプロセスを実行させるプログラムやそれに関連したデータは、クラウド上にあるそれぞれ別々の場所にダウンロード可能な状態、あるいはその場所で実行可能な状態で提供されてもよい。
　また、本実施例のプロセスを実行させるプログラムやそれに関連するデータは、予め、装置内のROMやフラッシュメモリー等に記憶されて提供されてもよい。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　１０１　鉄道電力管理装置
　１０２　列車
　１０３，１０７　ＰＣＳ
　１０４　蓄電装置
　１０５　チョッパ
　１０６　太陽光発電装置
　１０８　配電系統
　１２１　データベース
　１３１　放電計画作成部
　１３２　放電量決定・指令部
　１３３　放電実施結果保存部

Claims (19)

  1. 　蓄電装置の配電系統への放電量を、所定のパラメータに対応させて保存する保存手段と、
    　蓄電可能な回生電力が発生する場合、前記保存手段に保存されている過去の列車の回生電力量および前記蓄電装置の配電系統への放電量のデータにより、前記蓄電装置の放電量を定める放電計画を作成する放電計画作成手段と、
    　前記蓄電装置への放電指令を出力する放電指令手段と、
    　を備えた、鉄道電力管理装置。
  2. 　前記放電計画作成手段は、前記所定のパラメータとして時間および気象データを用い、現在の時間および現在の気象データに類似する時間および気象データに対応する、前記保存手段により保存された過去の放電量のデータを用いて、前記放電計画を作成する、請求項１に記載の鉄道電力管理装置。
  3. 　前記放電計画作成手段は、
    　列車間融通の無い回生電力を前記蓄電可能な回生電力とし、列車間融通の無い列車の回生電力量を予測し、該予測の結果から、前記蓄電装置への充電量を予測して、該充電量に応じた前記蓄電装置の放電量を定める前記放電計画を作成する、請求項２に記載の鉄道電力管理装置。
  4. 　前記放電計画作成手段は、太陽光発電装置の発電量をさらに予測し、該予測の結果と前記列車の回生電力の予測の結果とから、前記蓄電装置への充電量を予測して、該充電量に応じた前記放電計画を作成する、請求項３に記載の鉄道電力管理装置。
  5. 　前記放電計画作成手段は、リアルタイムの列車のブレーキパターンを取得し、該ブレーキパターンを基に該当列車の回生電力量を予測する、請求項３に記載の鉄道電力管理装置。
  6. 　前記放電計画作成手段は、運行ダイヤおよび列車の形式照合のデータを取得し、回生電力の列車間融通の有無と列車の形式称号とからわかる該当列車の回生電力量から、前記蓄電装置に蓄電する回生電力量を予測する、請求項３に記載の鉄道電力管理装置。
  7. 　前記放電計画作成手段は、各駅設備の使用電力量のデータを取得して、各駅設備の負荷を予測し、予測された各駅設備の負荷を含めて前記放電計画を作成する、請求項３に記載の鉄道電力管理装置。
  8. 　前記放電計画作成手段は、気象情報および利用者情報を取得し、該気象情報および利用者情報ならびに前記保存手段により保存された過去の各駅設備の負荷のデータを基に、各駅設備の負荷を予測する、請求項７に記載の鉄道電力管理装置。
  9. 　前記放電計画作成手段は、蓄電装置の残量がＳＯＣ（State　Of　Charge）の範囲に収まるようにした前記放電計画を作成する、請求項１に記載の鉄道電力管理装置。
  10. 　前記放電計画作成手段は、電力使用制限の際、前記ＳＯＣの範囲を無視して前記蓄電装置の配電系統への前記放電計画を作成する、請求項９に記載の鉄道電力管理装置。
  11. 　前記放電計画作成手段は、変電所からの受電電力・受電電力量を取得し、該受電電力・受電電力量が契約電力を超えないように前記放電計画を作成する、請求項９に記載の鉄道電力管理装置。
  12. 　鉄道に電力を供給するき電線に接続され、前記鉄道から生じる回生電力により充電可能で、かつ、駅設備へ配電する配電系統に接続され、前記配電系統に放電可能な蓄電装置を有する鉄道電力管理方法において、
    　前記蓄電装置の充電量予測に必要な充電量予測情報を取得し、
    前記充電量予測情報に基づいて、前記蓄電装置の充電量を予測し、
    予測された前記充電量と前記蓄電装置の残量から放電量を算出し
    算出された前記放電量を、前記蓄電装置から前記配電系統へ放電させる
    ことを特徴とする鉄道電力管理方法。
  13. 　前記充電量予測情報が、前記鉄道から発生する前記回生電力を前記蓄電装置に充電させる充電量を予測するための回生電力予測情報を含んでいることを特徴とする請求項１２記載の鉄道電力管理方法。
  14. 　前記回生電力予測情報は、運行ダイヤと形式称号データを含む列車情報を含み、
    　前記運行ダイヤと前記形式称号データをもとに、発生する回生電力を予測することを特徴とする請求項１３記載の鉄道電力管理方法。
  15. 　ブレーキパターンを取得し、前記列車の回生ブレーキ力から回生電力を予測することを特徴とする請求項１３記載の鉄道電力管理方法。
  16. 　前記鉄道電力管理方法は、前記配電系統が太陽光発電装置に接続され、前記太陽光発電装置からの発電量を、前記配電系統を介して、前記蓄電装置に蓄電し、さらに、
    　天気、雲量、気温、湿度のいずれかの気象データを記憶し、
    　記憶された前記気象データから前記蓄電装置に蓄電される蓄電電量を予想する
    　ことを特徴と請求項１２記載の鉄道電力管理方法。
  17. 　さらに、算出された前記放電量と実際の放電量と保存し、保存した過去のデータを利用して放電量を算出することを特徴とする請求項１２記載の鉄道電力管理方法。
  18. 　前記蓄電装置に蓄電された回生電力量を保存し、
    　前記太陽光発電装置に接続された前記配電系統からの、前記蓄電装置に蓄電された蓄電電力量、を保存し、
    　保存した過去のデータを利用して放電量を算出することを特徴とする請求項１６記載の鉄道電力管理方法。
  19. 　配電系統からの電力および架線を介して受け取った列車が発生させた回生電力を蓄電するとともに、前記配電系統または前記列車に蓄電した電力を供給する蓄電装置と、
    　前記配電系統と前記蓄電装置との間に設けられた電力調整部と、
    　前記架線と前記蓄電装置との間に設けられたチョッパ部と、
    　前記蓄電装置への蓄電およびこの蓄電装置からの電力の供給を行うために、前記蓄電装置および前記電力調整部を制御する電力管理装置と、
    　を備えたことを特徴とする電力管理システム。
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