铁道系统的制作方法
【专利摘要】铁道系统包括：具有变电站以及蓄电装置中至少一方的多个电力提供源(101-103)；从电力提供源接受电力而行进的车辆(105)；根据路线上的电力提供源(101-103)的位置，管理从电力提供源提供的电力以及对蓄电装置的充电量的电力管理系统(108)。电力管理系统(108)通过从车辆(105)接收车辆位置、车辆速度、车辆(105)行进状态(动力运行中、惰力运行中、制动中)，决定车辆(105)接受提供的蓄电装置，并根据车辆速度和行进状态，判断是否需要来自决定的蓄电装置的电力提供，并将判断结果传达给电力提供源(101-103)。由此，能够最大限地有效利用沿路线设置的蓄电装置，使动力运行时的架线电压灵活地上升，减少动力运行时间，增加惰力行进时间，提高节能效果。
【专利说明】铁道系统
【技术领域】
[0001]涉及接受来自电力提供者的电力提供而进行动作的铁道系统。
【背景技术】
[0002]在从架线接受电力提供而行进的铁道车辆(以下，仅称为“车辆”)中，在作为其提供源的变电站减少了的情况下、或在同一变电区间车辆大幅度增加了的情况下，车辆的架线电压可能会大幅度降低，导致行进性能的大幅度降低。
[0003]另一方面，在铁道中，由于有行车时间表，因此在由于行进性能的部分恶化而使行进变慢了的情况下，为了想要遵守行车时间表而加速，会更加消耗能量，恐怕会陷入进一步地导致架线电压降低的恶性循环中。
[0004]作为解决这一情况的技术，在下述专利文献I中示出通过提升变电站的送出电压来提高架线电压的技术，并且在下述专利文献2中示出基于驾驶行车时间表和车辆位置，使多个变电站以及地面的蓄电装置所提供的电力最佳化的技术。
[0005]在先技术文献
[0006]专利文献
[0007]专利文献1:日本特开平7-304353号公报
[0008]专利文献2:日本特开2008-24206号公报
【发明内容】
[0009]但是，在专利文献I所示的技术中，保养员经常确认车辆的行进状态和行车时间表，每次都必须预测并调整变电站的送出电压，保养负担非常高。
[0010]进一步地，如果想要得到有效的加速性能，则必须使从变电站送出的电压大幅度上升，因此，从架线起包括电力提供系统、车辆驱动装置，必须使用可以耐受最大送出电压的元件，导致成本提高。
[0011]进一步地，在预测不准的情况下，不会成为最佳的供给，在最差的情况下，再生制动中的其他车辆因上升了的架线电压而使再生制动失效，恐怕不能充分地再生电力。
[0012]此外，在专利文献2中，虽然基于使用了驾驶行车时间表的预测电力来进行最佳的电力送出，但是在发生了延迟等的情况下，车辆不能进行以驾驶行车时间表为准的行进，难以实现最佳的电力送出。
[0013]进一步地，驾驶模式由于根据驾驶员的不同而不一定固定，所以存在原本就不能进行正确的预测的问题。
[0014]因此，本发明的目的在于，鉴于上述问题，通过最大限地有效利用沿路线设置的蓄电装置，在考虑行车时间表的同时，使动力运行时的架线电压灵活地上升，从而减少动力运行时间，增加惰力行进时间，由此提高节能效果。
[0015]用于解决课题的手段
[0016]本发明为了达成上述目的，在本发明的铁道系统中，采取了以下这样的技术手段。即，
[0017](I) 一种铁道系统，包括:多个电力提供源，其具有变电站以及蓄电装置中的至少一方；车辆，其从上述电力提供源接受电力而行进；和电力管理系统，其根据上述车辆行进的路线上的上述电力提供源的位置，来管理从该电力提供源提供的电力以及对上述蓄电装置的充电量，该铁道系统的特征在于，上述电力管理系统通过从上述车辆接收车辆位置、车辆速度、和该车辆是否处于动力运行中、惰力运行中、或制动中的行进状态，来决定包括在上述车辆接受提供的上述电力提供源中的蓄电装置，并根据上述车辆速度和上述行进状态，来判断是否需要来自所决定的上述蓄电装置的电力提供，并将该判断结果传达给具备该蓄电装置的上述电力提供源。
[0018](2)在上述铁道系统中，在从上述车辆向上述电力管理系统提供的信息中包含向该车辆提供的架线电压，上述电力管理系统具有以下功能:通过将该架线电压与预先确定的架线电压阈值进行比较，来判断是否从包括在上述电力提供源中的蓄电装置进行电力的提供。
[0019](3)在上述铁道系统中，上述电力管理系统具备存储路线的限制速度的数据库，上述电力管理系统具有以下功能:基于上述车辆位置来求出限制速度，根据限制速度与车辆速度的关系以及限制速度的变化的关系，来判断是否从包括在上述电力提供源中的蓄电装置进行电力的提供。
[0020](4)在上述铁道系统中，上述电力管理系统针对对上述车辆进行电力提供的电力提供源的蓄电装置，在该电力提供源与上述车辆之间包含不具备蓄电装置而仅由变电站构成的电力提供源的情况下，进行控制以使得禁止来自上述蓄电装置的电力提供。
[0021]发明效果
[0022]一般，与变电站不同，沿路线设置于各处的蓄电装置具有随时蓄存剩余电力的缓冲功能，并且能够在必要时立即提供电力，所以能够通过在根据车辆位置、车辆速度、行进状态而选择了这些蓄电装置之中最佳的蓄电装置的基础上，使电力释放，从而得到提升架线电压的效果，并通过较高地保持动力运行时的架线电压，从而在遵守行车时间表的同时，减少动力运行时间，增加惰力行进时间，由此能够实现节能。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1是实施例1的系统结构图。
[0024]图2是实施例1的蓄电装置判断系统的处理流程。
[0025]图3是实施例1的电力辅助判定系统的处理流程。
[0026]图4是实施例1的电力辅助决定系统的处理流程。
[0027]图5是表示实施例1的加速性能的图。
[0028]图6是本发明的对象例。
[0029]图7是实现了本发明的情况下的结果。
[0030]图8是用于实现本发明的第2实施例的系统结构图的一个例子。
[0031]图9是用于实现本发明的第2实施例的电力辅助判定系统的处理流程。
[0032]图10是用于实现本发明的第3实施例的系统结构图的一个例子。
[0033]图11是用于实现本发明的第3实施例的电力辅助判定系统的处理流程。
【具体实施方式】
[0034]下面，使用附图来说明本发明的实施例。
[0035][实施例1]
[0036]图1是用于实现本发明的铁道系统结构图的一个例子。
[0037]在该例中，包括:沿路线设置多个的作为电力提供源的蓄电装置101、变电站102、以及具备蓄电装置和变电站双方的电力提供设备103 ;从这些电力提供源经由架线104来接受电力而行进的车辆105 ;和管理各电力提供设备101?103的电力管理系统108。
[0038]在该结构的铁道系统中，电力管理系统108由蓄电装置判断系统112、电力辅助判定系统113、和电力辅助决定系统116构成。
[0039]蓄电装置判断系统112从车辆105得到表示车辆位置、车辆速度、以及车辆是否处于动力运行中、惰力运行中、或制动中的车辆状态的车辆信息109，根据从对作为电力提供源的蓄电装置101、变电站102、电力提供设备103的位置进行管理的数据库110得到的电力提供源位置信息111，决定从具有哪个蓄电装置的设备来对架线进行电力辅助。
[0040]电力辅助判定系统113根据车辆信息109进行是否应该向车辆105进行电力辅助的判断，并基于来自蓄电装置判断系统112的第I判断结果114和来自电力辅助判定系统113的第2判断结果115，来判断应该从哪个电力提供源对车辆105进行电力辅助。
[0041]通过将电力辅助决定系统116的判断结果117发送至蓄电装置101或者具备蓄电装置的电力提供设备103，从而进行来自蓄电装置的电力提供。
[0042]图2示出蓄电装置判断系统112的具体的处理流程。
[0043]在步骤201中，基于当前的车辆位置，按照距车辆由近到远的顺序，对具备蓄电装置的电力提供源进行分类，从最近的位置开始按顺序设为1、2……n，并进入步骤202。
[0044]另外，如果车辆与蓄电装置之间的距离过于分离，则由于经由长架线而导致的电力损失变大，此外，在其间其他车辆正进行再生制动的可能性也变高，所以对具备要搜寻的蓄电装置的电力提供源设置距离上的限制。
[0045]在步骤202中，设K (搜寻ID) = I，进入步骤203。
[0046]在步骤203中，判定电力提供源(K)的SOC (蓄电状态)是否是能够进行电力提供的状态，如果能够进行电力提供，则进入步骤204，如果不能进行电力提供，则进入步骤205。
[0047]在步骤204中，向电力提供源⑷送出输出指令。到此结束。
[0048]在步骤205中，将作为电力提供源的搜寻ID的K设为(K+1)，进入步骤206。
[0049]此外，在步骤206中，判断作为电力提供源的搜寻ID的K >电力提供源的上限(η)是否成立，如果K超过电力提供源的上限，则设为不存在能够进行电力提供的蓄电装置，并结束处理，如果K没有超过电力提供源的上限，则返回到步骤203，继续搜寻能够进行电力提供的蓄电装置。
[0050]通过以上处理，能够通过蓄电装置判断系统112来计算与距车辆最近且能够进行电力提供的蓄电装置相关的第I判断结果114。
[0051]图3示出电力辅助判定系统113的具体的处理流程。
[0052]在步骤301中，判断车辆状态是否是动力运行中，如果是动力运行中，则进入步骤302，如果不是动力运行中，则进入步骤304。
[0053]在步骤302中，判定包含在车辆状态信息中的车辆速度是否超过了 V/f终端速度，在超过了的情况下，进入步骤303并进行输出请求。
[0054]另一方面，如果车辆速度是V/f终端速度以下，则进入步骤304，不进行输出请求，
结束处理。
[0055]另外，所谓V/f终端速度，是指通过借助蓄电装置进行电力辅助之前的状态的架线电压来将加速度维持固定而得到的终端速度。
[0056]图4示出电力辅助决定系统116的具体的处理流程。
[0057]在步骤401中，判断在所决定的电力提供源与车辆之间，有无不具备蓄电装置而仅是变电站的电力提供源，如果没有仅是变电站的电力提供源，则进入步骤402，如果有仅是变电站的电力提供源，则进入步骤403。
[0058]在步骤402中，发出指令使符合的电力提供源的蓄电装置放电，结束处理，在步骤403中，由于不使从电力提供源的蓄电装置进行放电所以不发出指令。到此结束。
[0059]通过以上的处理，通过在车辆是动力运行并且超过了 V/f终端速度的情况下，从地面蓄电装置释放电力，从而能够提升架线电压。
[0060]例如，如图5所示，如果设基准电压下的车辆速度为α，加速后的车辆速度为β，并设将架线电压提升至基准电压X β/α，则车辆的加速性能从模式a提高到模式a’。
[0061]铁道由于行车时间表已确定，所以通过提高加速性能，会导致惰力时间增加，因此能够实现节能。使用图6以及图7示出应用了本控制的情况下的每时每刻的状态。
[0062]作为简单的例子，图6假设在车站间的路线上存在分别具有蓄电装置的2个电力提供源I以及2和仅由变电站构成的电力提供源3的情况。
[0063]此外，图7设I辆列车在图6的路线上行进，示出应用了本实施例的控制的情况下的每时每刻的状态。
[0064]自上起按顺序示出[时间-速度]、[时间-V/f速度判定]、[时间-动力运行判定]、[时间-与电力提供源的距离]、[时间-电力提供源I指令]、[时间-电力提供源2指令]、[时间-电力提供源I的S0C]、[时间-电力提供源2的S0C]、[时间-车辆架线电压]的关系。另外，关于实线，在[时间-速度]的关系中，由实线来表示使用了本实施例的控制的情况，由虚线来表示未使用本实施例的控制的情况，但是将两者的时间积分值设为固定，以便行车时间表不发生变更。
[0065]对这些曲线图按时间进行区域分割来进行说明。
[0066]时间区域A表示车辆从车站出发进行动力运行且速度为V/f终端速度以下的区域的情况。在该情况下，如果按照图3的处理流程，则没有向蓄电装置的电力提供请求，车辆进行与不使用控制相同的动作。
[0067]接着，如果车辆速度超过V/f终端速度，则转移至时间区域B。
[0068]在时间区域B中，由于车辆速度超过了 V/f终端速度，所以按照图2的处理流程，仅是蓄电装置的电力提供源I比具备蓄电装置和变电站双方的电力提供源2距车辆位置更近，此外，电力提供源I的蓄电装置的SOC也足够，按照图4的处理流程，电力提供源I比仅是变电站的电力提供源3更近，所以向电力提供源I发出指令。
[0069]此外，按照图3的处理流程，由于是动力运行中并且车辆速度超过了 V/f终端速度，所以进行向电力提供源的请求。
[0070]由此，向电力提供源I进行放电指令，车辆的架线电压上升，动力运行性能上升，加速被改善。但是，伴随于此，电力提供源I的SOC逐渐减小。
[0071]接着，如果车辆进入惰力运行，则转移至时间区域C。
[0072]在该情况下，按照图3的处理流程，不进行向电力提供源的请求。由此，电力提供源I以及电力提供源2的SOC没有变动。接着，如果车辆再次进入动力运行，则转移至时间区域D。
[0073]在时间区域D中，示出车辆再次进行动力运行且速度超过了 V/f终端速度的情况。在该情况下，按照图3的处理流程，进行向电力提供源的请求。
[0074]此外，按照图2的处理流程，由于电力提供源2比电力提供源I距车辆位置更近，SOC也足够，所以向电力提供源2进行放电指令，但是由于电力提供源3比电力提供源2更近，所以根据图4的处理不进行来自电力提供源的放电。由此，动力运行性能与无控制相同。接着，如果电力提供源2变得比电力提供源3近，则转移至时间区域E。
[0075]在时间区域E中，示出车辆再次进行动力运行且速度超过了 V/f终端速度的情况。在该情况下，按照图3的处理流程，进行向电力提供源的请求。此外，按照图2的处理流程，电力提供源2比电力提供源I距车辆位置更近，SOC也足够，按照图4的处理流程，电力提供源2比仅是变电站的电力提供源3更近，所以向电力提供源2进行放电指令，电力提供源2的SOC逐渐减小。此外，车辆的架线电压上升。由此，动力运行性能上升，加速变好。接着，如果车辆进入惰力，则转移至时间区域F。
[0076]在时间区域F中，车辆处于惰力运行中。在该情况下，按照图3的处理流程，不进行向电力提供源的请求。因此，电力提供源I以及电力提供源2的SOC没有变动。接着，如果车辆进入制动，则转移至时间区域G。
[0077]在时间区域G、H中，车辆处于制动中。在该情况下，控制电力提供源分别进行充电。
[0078]通过以上的处理，通过从地面蓄电装置释放电力，得到提升架线电压的效果，通过较高地保持动力运行时的架线电压，在遵守行车时间表的同时，减少动力运行时间，增加惰力行进时间，从而能够实现节能。
[0079][实施例2]
[0080]接着，图8示出实施例2的系统结构。与实施例1不同的点在于，在车辆信息801中包含向该车辆提供的架线电压，且电力辅助判定系统802根据该架线电压来变更判定。
[0081]电力辅助判定系统802的处理由图9示出。
[0082]在步骤301中，判断车辆状态是否是动力运行驱动，如果“是”则进入步骤302。如果“否”则进入步骤304。
[0083]在步骤302中，判定包含在车辆状态信息中的速度是否超过了 V/f，如果“是”则进入步骤901。如果“否”则进入步骤304。
[0084]在步骤901中，判断架线电压是否比架线电压阈值α小。如果“是”则进入步骤303。如果“否”则进入步骤304。
[0085]在步骤303中发出输出请求。此外，在步骤304中不发出输出请求。到此结束。
[0086]另外，步骤901中的架线电压阈值α是任意的值，重要的是，在不能充分得到因来自蓄电装置的放电而产生的效果的情况下、或在再生制动中的其他列车处于附近的情况下，设定为不使因再生而产生的制动力减少，例如也可以使用基准电压或车辆的轻载开始电压。此外，在路线整体中不是固定，例如也可以按照行车时间表的疏密度并按时间、每个电力提供设备来变更α。
[0087]通过实施本控制，从而实现架线电压的平均化。此外，由于蓄电装置的运转也平均化，所以也能够抑制容量。
[0088][实施例3]
[0089]接着，图10示出实施例3的系统结构。与实施例1不同的点在于，车辆信息1001包含车辆速度、车辆位置，且电力辅助判定系统1002以具备自动列车驾驶装置的车辆1003作为前提。
[0090]图11示出电力辅助判定系统1002的处理。
[0091]在步骤1101中，根据车辆位置求出限制速度。接着，进入步骤1102。
[0092]在步骤1102中，判断在步骤1101中求出的限制速度是否比车辆速度高，如果“是”则进入步骤1103。如果“否”则进入步骤1104。
[0093]然后，在步骤1103中，判定车辆速度是否超过了 V/f，在超过了的情况下，进入步骤1105，在车辆速度是V/f以下的情况下，进入步骤1106。
[0094]在步骤1104中，判断在步骤1101中求出的限制速度是否比前一次的限制速度大，如果大，则预测为车辆转变为动力运行，进入步骤1103。如果在步骤1101中求出的限制速度是前一次的限制速度以下，则进入步骤1106。
[0095]在步骤1105中送出输出请求，在步骤1106中不送出输出请求，处理结束。
[0096]另外，在任一个实施例中，车辆速度是否超过了 V/f速度的判定(图3的步骤302)也可以是通过在车上侧进行并对地面侧仅发送是否超过的结果来进行步骤302的判断的方式。进一步地，也可以不是V/f速度，一般，由于车辆的V/f终端速度设计为是路线最高速度的1/3以下，所以也可以作为路线最高速度的1/3来进行判定。
[0097]此外，在任一个实施例中，在距车辆最近的蓄电装置与车辆之间存在变电站的情况下，与仅从变电站提供的情况相比，由于车辆架线电压没有变化，所以不提供。但是，在距车辆最近的蓄电装置处于变电站内的情况下，设该变电站不是处于距车辆最近的蓄电装置与车辆之间的变电站。因此，在以下式子成立的情况下不提供。
[0098]I距车辆最近的变电站-距车辆最近的蓄电装置位置I / I车辆位置-距车辆最近的蓄电装置位置I < 1:(距车辆最近的变电站关距车辆最近的蓄电装置位置)。
[0099]符号说明:
[0100]101:蓄电装置，102:变电站，103:电力提供设备，104:架线，105:车辆，106:电力量,107:充电量，108:电力管理系统，109:车辆信息，110:数据库，111:位置信息，112:蓄电装置判断系统，113:电力辅助判定系统，114:第I判断结果，115:第2判断结果，116:电力辅助决定系统，117:判断结果，801:车辆信息，802:电力辅助判定系统，1001:由车辆速度、车辆位置构成的车辆信息，1002:电力辅助判定系统，1003:带有自动列车驾驶装置的车辆
【权利要求】
1.一种铁道系统，包括: 多个电力提供源，其具有变电站以及蓄电装置中的至少一方； 车辆，其从上述电力提供源接受电力而行进；和 电力管理系统，其根据上述车辆行进的路线上的上述电力提供源的位置，来管理从该电力提供源提供的电力以及对上述蓄电装置的充电量， 该铁道系统的特征在于， 上述电力管理系统通过从上述车辆接收车辆位置、车辆速度、和该车辆是否处于动力运行中、惰力运行中、或制动中的行进状态，来决定包括在上述车辆接受提供的上述电力提供源中的蓄电装置，并根据上述车辆速度和上述行进状态，来判断是否需要来自所决定的上述蓄电装置的电力提供，并将该判断结果传达给具备该蓄电装置的上述电力提供源。
2.根据权利要求1所述的铁道系统，其特征在于， 在从上述车辆向上述电力管理系统提供的信息中包含向该车辆提供的架线电压， 上述电力管理系统具有以下功能:通过将该架线电压与预先确定的架线电压阈值进行比较，来判断是否从包括在上述电力提供源中的蓄电装置进行电力的提供。
3.根据权利要求1所述的铁道系统，其特征在于， 上述电力管理系统具备存储路线的限制速度的数据库， 上述电力管理系统具有以下功能:基于上述车辆位置来求出限制速度，根据限制速度与车辆速度的关系以及限制速度的变化的关系，来判断是否从包括在上述电力提供源中的蓄电装置进行电力的提供。
4.根据权利要求1所述的铁道系统，其特征在于， 上述电力管理系统具有以下功能:在车辆速度超过了车站间最高速度的1/3的情况下，判断是否从包括在上述电力提供源中的蓄电装置对该车辆进行电力的提供。
5.根据权利要求1-4的任意一项所述的铁道系统，其特征在于， 上述电力管理系统针对对上述车辆进行电力提供的电力提供源的蓄电装置，在该电力提供源与上述车辆之间包含不具备蓄电装置而仅由变电站构成的电力提供源的情况下，进行控制以使得禁止来自上述蓄电装置的电力提供。
【文档编号】B60M3/02GK104379397SQ201380031983
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月5日 优先权日:2012年6月25日
【发明者】宫内努, 铃木基也, 中村恭之 申请人:株式会社日立制作所