直流馈电电压计算装置、直流馈电电压控制系统及直流馈电电压计算方法与流程

本发明涉及对铁路变电站的直流馈电电压进行计算的直流馈电电压计算装置、直流馈电电压控制系统及直流馈电电压计算方法。

背景技术

近年来，出于节能等的目的，用于对列车所具备的再生制动器中产生的再生功率进行有效利用的研究开发正在积极进行。为了在直流电化区间中有效利用再生功率，存在如下技术：将列车的行驶区间分割为多个区间，使用多个电流传感器和电压传感器对各区间的架空线的电流及电压进行测定，来掌握列车的在线状况，并计算针对各变电站的整流器的传输电压值(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2015－168348号公报

技术实现要素：

发明所要解决的技术问题

为了高精度地计算出传输电压值，需要高精度地推定列车的位置。为了高精度地推定列车的位置，将列车的行驶区间分割为较小的区间即可。然而，若将列车的行驶区间分割得较小，则区间数将变多，所设置的电流传感器和电压传感器将变多，因此，存在成本增加的问题。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种直流馈电电压计算装置，能抑制成本，并能有效利用再生功率。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述问题，达到目的，本发明提供一种直流馈电电压计算装置，与向电气铁路的直流电化区间中的馈电线供电的多个变电站相连接，并对施加于馈电线的变电站电压进行计算。其特征在于，直流馈电电压计算装置具备存储模型信息的模型信息存储部，该模型信息包含：包含对在直流电化区间中在线的列车中的再生功率限制量进行控制的信息在内的列车模型信息；包含变电站的位置信息在内的馈电网模型信息；以及包含变电站电压的控制信息在内的变电站模型信息。此外，直流馈电电压计算装置具备列车运行信息推定部，该列车运行信息推定部基于模型信息、由变电站测定出的电压值及列车的不同目的地方向上的馈电线的电流值、搭载了无线通信装置的列车的第1列车信息，来推定在直流电化区间中在线的未搭载无线通信装置的列车的第2列车信息，并输出包含第1列车信息和第2列车信息在内的列车运行信息。此外，直流馈电电压计算装置具备变电站电压设定值计算部，该变电站电压设定值计算部基于模型信息与列车运行信息，来计算对变电站电压进行控制以使得在直流电化区间中在线的再生车中的再生功率得到提高的变电站电压设定值，并将变电站电压设定值输出至多个变电站。

发明效果

根据本发明，起到能抑制成本并能有效利用再生功率的效果。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置的结构例的框图。

图2是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压控制系统的结构例的图。

图3是示出再生车中的再生限制控制(regenerationreducingcontrol)的一个示例的图。

图4是设定了实施方式1所涉及的列车运行信息推定部的第2列车信息的推定处理中的变量的图。

图5是表示实施方式1所涉及的列车运行信息推定部中再生效率较高的列车的可再生功率推定中的变量的图。

图6是表示实施方式1所涉及的列车运行信息推定部中再生效率不高的列车的可再生功率推定中的变量的图。

图7是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置中对未知的列车的在线状况进行推定的处理的图。

图8是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置中对变电站和已知的列车之间的未知的列车的在线状况进行推定的处理的图。

图9是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压控制系统中的直流馈电电压控制处理的一个示例的流程图。

图10是示出用专用硬件来构成实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置的列车运行信息推定部及变电站电压设定值计算部时的示例的图。

图11是示出用cpu及存储器来构成实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置的列车运行信息推定部及变电站电压设定值计算部时的示例的图。

图12是示出实施方式2所涉及的直流馈电电压计算装置的结构例的框图。

图13是示出实施方式2所涉及的直流馈电电压控制系统中的直流馈电电压控制处理的一个示例的流程图。

图14是示出实施方式3所涉及的直流馈电电压计算装置的结构例的框图。

图15是示出实施方式3所涉及的直流馈电电压控制系统中的直流馈电电压控制处理的一个示例的流程图。

图16是设定了实施方式4所涉及的列车运行信息推定部的第2列车信息的推定处理中的变量的图。

图17是示出实施方式5所涉及的直流馈电电压计算装置中对变电站与已知的列车之间的未知的列车、及已知的列车间的未知的列车的在线状况进行推定的处理的图。

图18是示出实施方式5所涉及的直流馈电电压计算装置中将变电站与已知的列车之间作为1个区间来对未知的列车的在线状况进行推定的处理的图。

具体实施方式

以下，基于附图，对本发明实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置、直流馈电电压控制系统及直流馈电电压计算方法进行详细说明。另外，本发明并不由本实施方式所限定。

实施方式1

图1是示出本发明实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置100的结构例的框图。直流馈电电压计算装置100包括：模型信息存储部1、列车运行信息推定部2、变电站电压设定值计算部3及无线通信部4。

图2是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压控制系统200的结构例的图。直流馈电电压控制系统200中，直流馈电电压计算装置100例如配置于未图示的控制中心等，经由lan(localareanetwork：局域网)等网络300与变电站5相连接。此外，直流馈电电压计算装置100经由基于无线通信的网络400与列车8相连接。直流馈电电压控制系统200是对施加于电气铁路的直流电化区间中的馈电线的变电站电压进行控制的系统。

这里，对直流馈电电压计算装置100中的直流馈电电压控制概念进行说明。行驶在直流电化区间中的列车在制动时通过再生制动器进行功率再生。以下，将进行了该功率再生的列车称为“再生车”，将再生制动器产生的再生功率的最大值、即只要不进行再生功率限制控制就能再生的预定的功率称为“可再生功率”，将可再生功率的情况下由再生车提供给架空线的电流称为“可再生电流”，将对可再生功率考虑了再生功率限制量的功率、即实际能对架空线再生的功率称为“再生功率”。此外，再生车所产生的再生功率通过架空线提供给正在进行动力运行的列车。以下，将正在进行该动力运行的列车称为“动力运行车”，将动力运行车的行驶所需的功率称为“动力运行功率”。

图3是示出再生车中的再生限制控制(regenerationreducingcontrol)的一个示例的图。横轴表示再生车的导电弓与架空线接触的点的电压即导电弓点电压，纵轴表示由再生车提供给架空线的再生电流。再生功率是导电弓点电压与再生电流之积。若再生车将再生电流、即再生功率提供给架空线，则导电弓点电压上升。此时，若动力运行车相对于再生功率量较少，则再生功率过多，架空线电压将变得过大。为了避免该情况，再生车在导电弓点电压小于图中所示的再生限制开始电压值的区域中将所有的再生电流作为可再生电流提供给架空线，但在导电弓点电压成为再生限制开始电压值以上的区域中进行使再生电流减少的控制。将该控制称为再生限制控制。另外，一般在1500v系统的直流电化区间中，再生限制开始电压值例如设定为约1650v到约1780v左右，再生限制结束电压值例如设定为约1700v到约1800v左右。在这样的直流电化区间中在线的再生车中进行再生限制控制，以使得在再生限制开始电压值到再生限制结束电压值之间电压越高则越使再生限制量提高。

在实施了再生限制控制的情况下，因所谓的再生失效而导致再生功率的一部分被再生车无谓地消耗，因此，无法将所消耗的再生功率作为动力运行功率来有效地进行利用。为了有效利用再生车所产生的再生功率，需要进行控制以使得各变电站5与架空线的连接点的电压即变电站电压成为最佳值，而为了决定最佳的变电站电压，需要准确地掌握列车状况。近年来，活用无线通信网络从而以无线方式将搭载有无线通信装置的列车与地上装置相连接的列车控制系统正在普及，在这种系统中，能利用以无线方式从列车发送而来的车上信息来掌握列车状况。然而，当未搭载无线通信装置的不同铁路经营者的列车驶入应用了上述列车控制系统的路线的情况下，难以掌握所有的列车状况。

本实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置100使用多个变电站5中设置于列车的行进方向的不同目的地方向上的馈电线的电流传感器6所测定出的电流的电流值即电流isn、设置于多个变电站5的电压传感器7所测定出的电压的电压值即电压vsn、表示各变电站5的位置的变电站位置xsn、第1列车即搭载了无线通信装置81的列车8中所测定出的由架空线提供的电流的电流值即电流itn、列车8中所测定出的导电弓点电压的电压值即电压vtn、以及表示列车8的位置的在线位置xtn。直流馈电电压计算装置100中，在未搭载无线通信装置的再生车在直流电化区间中在线的情况下，列车运行信息推定部2也推定所有的列车的状况。此外，直流馈电电压计算装置100中，变电站电压设定值计算部3使用由列车运行信息推定部2得出的推定结果即列车运行信息20来计算变电站电压的设定值，由此将变电站电压控制为最佳的值，从而能实现再生车所产生的再生功率的有效利用。

接着，返回图1，对直流馈电电压计算装置100的各结构部进行说明。模型信息存储部1存储在直流电化区间内行驶的各列车的列车模型信息、各变电站5的变电站模型信息以及馈电网模型信息。列车模型信息是用于控制在直流电化区间中在线的各列车中的再生功率限制量的信息，例如，包含再生限制开始电压值及再生限制结束电压值等。此外，变电站模型信息是用于控制各变电站5的变电站电压的信息，例如，包含内部电阻及变电站电压的最大值等。此外，馈电网模型信息例如包含各变电站5的位置信息、以及作为表示架空线间或架空线与变电站5之间的连接状态的架空线的长度及电阻率等信息。另外，以下说明中，若未特别提及，则将列车模型信息、变电站模型信息、馈电网模型信息简单省略为“模型信息10”来进行说明。

变电站5向电气铁路的直流电化区间中的馈电线供电。变电站5具备电流传感器6和电压传感器7。在变电站5中，电流传感器6例如设置于列车行进方向的不同目的地方向上的架空线或馈电线，电压传感器7例如设置在pwm(pulsewidthmodulation：脉宽调制)整流器等电压控制装置与地面侧之间。变电站5将包含电流传感器6测定出的电流的电流值即电流isn的信息、以及电压传感器7测定出的电压的电压值即电压vsn的信息在内的“变电站信息50”发送给列车运行信息推定部2。另外，变电站5中，电流传感器6和电压传感器7可以独立地发送电流isn的信息及电压vsn的信息，而不将电流isn及电压vsn的信息汇总为变电站信息50来发送。

列车8具备与直流馈电电压计算装置100进行无线通信的无线通信装置81。列车8测定列车8的在线位置、列车8的位置处的导电弓点电压的电压值即电压vtn、由架空线提供给列车8的电流的电流值即电流itn、动力运行功率、再生功率。此外，列车8根据电压vtn及再生功率来推定可再生电压。列车8将包含列车8的在线位置、电压vtn、电流itn、动力运行功率、再生功率及可再生电压的信息在内的第1列车信息、即“列车信息80”发送给列车运行信息推定部2。

无线通信部4接收从列车8发送而来的列车信息80，并将接收到的列车信息80输出至列车运行信息推定部2。

列车运行信息推定部2基于存储于模型信息存储部1的模型信息10、从变电站5获取到的变电站信息50、从列车8获取到的列车信息80，推定在变电站5之间、或变电站5与列车8之间、或列车8之间，第2列车、即未搭载无线通信装置的列车是否在线。在推定为未搭载无线通信装置的列车在线的情况下，列车运行信息推定部2对未搭载无线通信装置的列车的第2列车信息、具体而言为未搭载无线通信装置的列车的在线位置、动力运行功率、再生功率、导电弓点电压及可再生功率进行推定。关于列车运行信息推定部2中的第2列车信息的推定方法的示例，将在后文阐述。列车运行信息推定部2将从列车8获取到的列车信息80以及有无第2列车在线的信息作为“列车运行信息20”发送给变电站电压设定值计算部3。在第2列车在线的情况下，列车运行信息推定部2还将对于未搭载无线通信装置的列车推定出的第2列车信息包含在列车运行信息20中来发送给变电站电压设定值计算部3。

变电站电压设定值计算部3基于存储于模型信息存储部1的模型信息10、从列车运行信息推定部2获取到的列车运行信息20，来计算对变电站电压进行控制以使得在直流电化区间中在线的再生车中的再生功率得到提高的变电站电压设定值30，并将变电站电压设定值30输出至变电站5。另外，关于变电站电压设定值计算部3中的变电站电压设定值30的计算方法，由于能使用上述各种信息并利用已知的计算方法来进行计算，因此省略说明。此外，本发明并不局限于该变电站电压设定值30的计算方法。

接收到变电站电压设定值30的变电站5控制为使得变电站电压的值成为变电站电压设定值30。

以下，参照图4至图6，对列车运行信息推定部2中的第2列车信息的推定方法的示例进行说明。图4是设定了实施方式1所涉及的列车运行信息推定部2的第2列车信息的推定处理中的变量的图。在图4中，xs1是图4左侧所示的变电站5-1的位置，is1是由变电站5-1的电流传感器6测定出的架空线的电流，vs1是由变电站5-1的电压传感器7测定出的架空线与轨道之间的电压。此外，xs2是图4右侧所示的变电站5-2的位置，is2是由变电站5-2的电流传感器6测定出的架空线的电流，vs2是由变电站5-2的电压传感器7测定出的架空线与轨道之间的电压。变电站5-1、5-2采用与图1所示的变电站5相同的结构。此外，xt是未搭载列车无线装置的列车9的在线位置，it是由架空线提供给列车9的电流，vt是列车9的位置处的导电弓点电压，pt是列车9的列车功率，ρ是相对于架空线的长度的电阻率。另外，将电流it从架空线流向列车9的方向设为正。此外，列车功率pt为正时表示动力运行功率，为负时表示再生功率。

另外，设未知变量为xt、it、vt、pt，且xs1、xs2、ρ存储于模型信息存储部1。

此时，根据变电站5-1与列车9之间的欧姆定律得出式(1)。

【数学式1】

vs1-vt＝ρ(xt-xs1)is1…(1)

根据变电站5-2与列车9之间的欧姆定律得出式(2)。

【数学式2】

νt-νs2＝ρ(xs2-xt)is2…(2)

根据列车9中的基尔霍夫定律得出式(3)。

【数学式3】

is1＝is2+it…(3)

此外，列车功率由式(4)的电压与电流之积来表示。

【数学式4】

pt＝νtit…(4)

根据上述4式，xt、it、vt、pt由式(5)至式(8)来表示。

【数学式5】

【数学式6】

it＝is1-is2…(6)

【数学式7】

【数学式8】

pt＝νs2is1-νs1is2+ρxs2is1is2-ρxs1is1is2…(8)

其中，在变电站5-1与变电站5-2之间在线的列车9的消耗功率为0那样的情况下，is1与is2变为相等，不知道列车9是否在变电站间在线，无法顺利地推定列车9的在线位置。然而，由于is1与is2相等这一情况意味着列车9的消耗功率为0，因此，可以注意到不会对变电站电压的计算带来影响。利用上述方法，能进行列车9的在线位置及动力运行功率或再生功率的列车功率的推定。

接着，对可再生功率的推定方法进行说明。图5是表示实施方式1所涉及的列车运行信息推定部2中再生效率较高的列车的可再生功率推定中的变量的图。另外，设推定可再生功率的对象的列车是再生效率较高的列车还是再生效率不高的列车的信息包含在模型信息存储部1的列车模型信息中。vt是上述式(7)中推定出的再生车的导电弓点电压，vstart是再生车的再生限制开始电压值，vend是再生车的再生限制结束电压值，it是上述式(6)中推定出的再生车的再生电流，it是再生车的可再生电流。可再生功率pt由式(9)的导电弓点电压vt与可再生电流it之积来表示。

【数学式9】

pt＝νtit…(9)

另外，设未知变量为it，vstart、vend存储于模型信息存储部1。

作为再生车的再生限制控制方法之一，如图5所示，存在用直线连接再生限制开始电压值下的再生电流it到再生限制结束电压值下的再生电流it的控制方法。

可知在导电弓点电压vt小于vstart时，不进行再生限制控制。因此，可再生电流it能用式(10)来表示。

【数学式10】

it＝it…(10)

此外，在导电弓点电压vt在vstart以上且小于vend时，将与导电弓点电压vt相对应的再生电流it推定为可再生电流it，在导电弓点电压vt为vend时，推定为再生电流it为0。若进行线性插补，则可再生电流it能用式(11)来表示。

【数学式11】

最后，在导电弓点电压vt为vend以上时，再生电流it全部被限制，因此成为it＝0，无法顺利地推定可再生电流it。然而，由于一般情况下列车的再生限制结束电压值vend设定得较高，因此，再生电流it全部被限制的状况、即导电弓点电压vt为vend以上的状况几乎不会发生。在再生电流it全部被限制的状况下，不论可再生电流it是怎样的值，为了能从变电站5向动力运行列车提供充足的功率，当导电弓点电压vt为vend以上时，如式(12)那样推定出可再生电流it。

【数学式12】

it＝0…(12)

列车运行信息推定部2将式(10)至式(12)中得出的可再生电流it应用于式(9)的可再生电流it，由此能推定可再生功率pt。

图6是表示实施方式1所涉及的列车运行信息推定部2中再生效率不高的列车的可再生功率推定中的变量的图。在图6中，设i为最大可再生电流，且存储于模型信息存储部1。

导电弓点电压vt小于vstart时与图5同样，it可以由式(10)来表示。

此外，在导电弓点电压vt在vstart以上且小于vend时，将与导电弓点电压vt相对应的再生电流it推定为可再生电流it，在导电弓点电压vt为vend时，推定为再生电流it为0。若进行线性插补，则可再生电流it能用式(13)来表示。

【数学式13】

导电弓点电压vt为vend以上时与图5同样，it可以由式(12)来表示。

列车运行信息推定部2将式(10)、式(12)及式(13)中得出的可再生电流it应用于式(9)的可再生电流it，由此能推定可再生功率pt。

本实施方式中，可以将图4所示的变电站5-1、5-2中的一方替换为搭载了列车无线装置81的列车8。即，在夹在2个变电站5-1、5-2间的直流电化区间中，直流馈电电压计算装置100可以将搭载了列车无线装置81的列车8作为已知的列车，对未搭载列车无线装置的未知的列车的在线状况进行推定。

图7是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置100中对未知的列车9的在线状况进行推定的处理的图。这里，作为一个示例，对于两列已知的列车8-1、8-2在2个变电站5-1、5-2之间在线的情况进行了说明，但在2个变电站5-1、5-2之间存在的已知的列车8的数量也可以是1列或3列以上。这里，将已知的列车8-1中的在线位置设为xt1，将导电弓点电压的电压值设为vt1，将由架空线提供的电流的电流值设为it1，将列车功率设为pt1。此外，将已知的列车8-2的在线位置设为xt2，将导电弓点电压的电压值设为vt2，将由架空线提供的电流的电流值设为it2，将列车功率设为pt2。列车8-1、8-2采用与图1所示的列车8相同的结构。

在变电站5-1与列车8-1之间没有未知的列车的情况下，根据上述式(1)至式(3)，能如式(14)那样来进行表示。

【数学式14】

νs1-νt1＝ρ(xt1-xs1)is1…(14)

同样地，在列车8-1与列车8-2之间没有未知的列车的情况下，根据上述式(1)至式(3)，能如式(15)那样来进行表示。

【数学式15】

νt1-νt2＝ρ(xt2-xt1)(is2+it2)…(15)

此外，在列车8-2与变电站5-2之间没有未知的列车的情况下，根据上述式(1)至式(3)，能如式(16)那样来进行表示。

【数学式16】

νt2-νs2＝ρ(xs2-xt2)is2…(16)

另外，假设实际上在变电站5及列车8中进行测定的电流值及电压值中包含误差。因此，严格来说，即使在未知的列车不在线的情况下，式(14)至式(16)也有可能不成立。因此，由于式(14)至式(16)是表示电压的公式，因此当误差位于作为阈值的±δv(v)以内时，列车运行信息推定部2视为式(14)至式(16)成立。

式(14)至式(16)均为在变电站5-1、5-2及列车8-1、8-2间没有未知的列车9的情况下成立的公式，当未知的列车9在它们间存在且进行再生或动力运行的情况下，在该区间内式(14)至式(16)不成立。即，在由变电站5或已知的列车8划分出的区间中，在上述式(14)至式(16)不成立的区间内，未知的列车9在线。因此，列车运行信息推定部2能在式(17)成立的情况下，推定为未知的列车9在变电站5-1与列车8-1之间在线。

【数学式17】

vs1-vt1≠ρ(xt1-xs1)is1∩vt1-vt2＝ρ(xt2-xt1)(is2+it2)∩vt2-vs2＝ρ(xs2-xt2)is2…(17)

此外，列车运行信息推定部2能在式(18)成立的情况下，推定为未知的列车在列车8-1与列车8-2之间在线。

【数学式18】

vs1-νt1＝ρ(xt1-xs1)is1∩νt1-νt2≠ρ(xt2-xt1)(is2+it2)∩νt2-νs2＝ρ(xs2-xt2)is2…(18)

此外，列车运行信息推定部2能在式(19)成立的情况下，推定为未知的列车在列车8-2与变电站5-2之间在线。

【数学式19】

vs1-vt1＝ρ(xt1-xs1)is1∩vt1-vt2＝ρ(xt2-xt1)(is2+it2)∩vt2-vs2≠ρ(xs2-xt2)is2…(19)

列车运行信息推定部2能使用上述式(1)至式(8)来推定关于未知的列车的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流以及列车功率。即，在利用变电站5-1、5-2的位置和列车8-1、8-2的在线位置将直流电化区间分割为多个区间的情况下，列车运行信息推定部2能推定在分割得到的各区间中有无未知的列车9在线，在推定为未知的列车9在线的区间中，推定第2列车信息。作为一个示例，以未知的列车在变电站5-1与列车8-1之间在线的情况为例来进行说明。图8是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置100中对变电站5-1和已知的列车8-1之间的未知的列车9的在线状况进行推定的处理的图。将未知的列车9中的在线位置设为xt，将导电弓点电压的电压值设为vt，将由架空线提供的电流的电流值设为it，将列车功率设为pt。与上述式(1)至式(4)相同，列车运行信息推定部2能得到式(20)至式(23)。

【数学式20】

νs1-νt＝ρ(xt-xs1)is1…(20)

【数学式21】

νt-νt1＝ρ(xt1-xt)(is1-it)…(21)

【数学式22】

is1-it-it1-it2＝is2…(22)

【数学式23】

pt＝vtit…(23)

列车运行信息推定部2能通过上述式(20)至式(23)来得到式(24)至式(27)，并能推定未知的列车9的在线位置xt、导电弓点电压vt、由架空线提供的电流it、列车功率pt。

【数学式24】

【数学式25】

it＝is1-it1-it2-is2…(25)

【数学式26】

【数学式27】

pt＝vt1is1-(vs1-ρxt1is1+ρxs1is1)(it1+it2+is2)…(27)

由此，列车运行信息推定部2能基于模型信息10、从变电站5-1、5-2获取到的变电站信息50、以及从已知的列车8获取到的列车信息80，来推定未知的列车9的在线位置xt、导电弓点电压vt、由架空线提供的电流it、列车功率pt。此外，列车运行信息推定部2能使用式(9)至式(13)来求出未知的列车9的可再生功率。

对本实施方式所涉及的直流馈电电压控制系统200中的直流馈电电压控制处理进行说明。图9是示出实施方式1所涉及的直流馈电电压控制系统200中的直流馈电电压控制处理的一个示例的流程图。

搭载了无线通信装置81的已知的列车8测定本列车的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流、动力运行功率、再生功率，还推定可再生功率(步骤st101)，并将测定出的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流、动力运行功率、再生功率以及推定出的可再生功率的信息作为列车信息80发送给直流馈电电压计算装置100(步骤st102)。直流馈电电压计算装置100中，无线通信部4经由图2所示的网络400接收列车信息80，并将接收到的列车信息80输出至列车运行信息推定部2。

变电站5中，设置于列车的不同目的地方向上的馈电线的电流传感器6测定电流，电压传感器7测定电压(步骤st103)。变电站5将由电流传感器6测定出的电流及由电压传感器7测定出的电压的信息作为变电站信息50发送给列车运行信息推定部2(步骤st104)。直流馈电电压计算装置100中，列车运行信息推定部2经由图2所示的网络400接收变电站信息50。

列车运行信息推定部2获取列车模型信息、变电站模型信息及馈电网模型信息，来作为存储于模型信息存储部1的模型信息10(步骤st105)，从已知的列车8获取已知的列车8的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流、动力运行功率、再生功率、可再生功率的信息，来作为列车信息80(步骤st106)，从变电站5获取由变电站5的电流传感器6测定出的电流及由电压传感器6测定出的电压的信息，来作为变电站信息50(步骤st107)。

列车运行信息推定部2基于所获取到的模型信息10、列车信息80及变电站信息50，来推定未知的列车9是否在直流馈电电压控制系统200管辖的直流电化区间内在线(步骤st108)。在推定为未知的列车9在线的情况下(步骤st108：是)，列车运行信息推定部2基于所获取到的模型信息10、列车信息80及变电站信息50，来推定未知的列车9的在线位置、动力运行电压、再生功率、可再生功率(步骤st109)。在推定为未知的列车9不在线的情况下(步骤st108：否)，列车运行信息推定部2省去步骤st109的处理。列车运行信息推定部2将包含有无未知的列车9在线、列车的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息在内的列车运行信息20发送给变电站电压设定值计算部3(步骤st110)。列车运行信息推定部2在未知的列车9在线的情况下，将列车8、9的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息包含在列车运行信息20中，而在未知的列车9不在线的情况下，将列车8的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息包含在列车运行信息20中。

变电站电压设定值计算部3从模型信息存储部1获取列车模型信息、变电站模型信息及馈电网模型信息来作为模型信息10(步骤st111)，从列车运行信息推定部2获取有无未知的列车9在线、列车的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息来作为列车运行信息20(步骤st112)。变电站电压设定值计算部3基于所获取到的模型信息10及列车运行信息20来计算变电站5的变电站电压设定值30(步骤st113)，并将计算出的变电站电压设定值30的信息输出至变电站5(步骤st114)。

变电站5经由图2所示的网络400获取变电站电压设定值30的信息，并基于变电站电压设定值30的信息来控制变电站电压。

直流馈电电压计算装置100通过实施上述处理，从而在未搭载无线通信装置的列车在线的情况下也能推定列车运行信息20，能决定最佳的变电站电压，并能有效利用再生功率。

另外，图9中，变电站5的处理在列车8的处理之后依次进行，但这是一个示例，可以在变电站5的处理之后依次进行列车8的处理，也可以并行地进行列车8的处理及变电站5的处理。

接着，对直流馈电电压计算装置100的硬件结构进行说明。在直流馈电电压计算装置100中，模型信息存储部1由存储器来实现。无线通信部4利用无线通信的接口电路来实现。列车运行信息推定部2及变电站电压设定值计算部3由处理电路来实现。即，直流馈电电压计算装置100具备用于推定未知的列车9的在线位置、动力运行电压、再生功率、可再生功率并计算变电站5的变电站电压设定值30的处理电路。处理电路可以是专用的硬件，也可以是执行存储器中所存储的程序的cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)及存储器。

图10是示出用专用硬件来构成实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置100的列车运行信息推定部2及变电站电压设定值计算部3时的示例的图。在处理电路为专用硬件的情况下，图10所示的处理电路91可以是例如单一电路、复合电路、编程处理器、并联编程处理器、asic(applicationspecificintegratedcircuit：专用集成电路)、fpga(fieldprogrammablegatearray：现场可编程门阵列)、或它们的组合。可以由处理电路91按功能实现列车运行信息推定部2及变电站电压设定值计算部3的各功能，也可以由处理电路91一并实现各功能。

图11是示出用cpu及存储器来构成实施方式1所涉及的直流馈电电压计算装置100的列车运行信息推定部2及变电站电压设定值计算部3时的示例的图。在用cpu92及存储器93来构成处理电路的情况下，列车运行信息推定部2及变电站电压设定值计算部3的各功能由软件、固件、或软件和固件的组合来实现。软件或固件以程序的形式来表述，并存储于存储器93。处理电路中，由cpu92读出存储于存储器93的程序并执行，从而实现各功能。即，直流馈电电压计算装置100具备用于存储在列车运行信息推定部2及变电站电压设定值计算部3利用处理电路来执行时最终执行以下步骤的程序的存储器93，即：推定未知的列车9的在线位置、动力运行电压、再生功率、可再生功率的步骤；以及计算变电站5的变电站电压设定值30的步骤。此外，也可以说这些程序是使计算机执行直流馈电电压计算装置100的步骤及方法的程序。这里，cpu92可以是处理装置、运算装置、微处理器、微机、处理器或dsp(digitalsignalprocessor：数字信号处理器)等。此外，存储器93例如相当于ram(randomaccessmemory：随机存取存储器)、rom(readonlymemory：只读存储器)、闪存、eprom(erasableprogrammablerom：可擦可编程只读存储器)、eeprom(electricallyeprom：电可擦可编程只读存储器)等非易失性或易失性的半导体存储器、以及磁盘、软盘、光盘、压缩光盘、迷你光盘或dvd(digitalversatiledisc：数字通用光盘)等。实现模型信息存储部1的存储器可以与存储器93相同。

另外，对于列车运行信息推定部2及变电站电压设定值计算部3的各功能，可以用专用硬件来实现一部分，并用软件或固件来实现一部分。例如，可以是对于列车运行信息推定部2的功能，由作为专用硬件的处理电路91来实现其功能，而对于变电站电压设定值计算部3的功能则由cpu92读取存储在存储器93中的程序并执行来实现其功能。

由此，处理电路可以利用专用硬件、软件、固件或它们的组合来实现上述各功能。

如上所述，本实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置100构成为基于包含具备电压传感器7及设置于列车的行进方向的不同目的地方向上的馈电线的电流传感器6的变电站5的位置信息在内的模型信息10、由电流传感器6检测出的电流、由电压传感器7检测出的电压、从已知的列车8获取到的列车信息80，来计算对变电站电压进行控制以使得在直流电化区间中在线的再生车的再生功率得到提高的变电站电压设定值30，并将变电站电压设定值30输出至各变电站5。通过该结构，即使在未搭载无线通信装置的列车9在线的情况下，也能抑制成本，并能推定列车状况，从而能决定最佳的变电站电压，并能进一步有效利用再生功率。

此外，本实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置100具备存储模型信息10的模型信息存储部1，该模型信息10包含：包含对在直流电化区间中在线的列车中的再生功率限制量进行控制的信息在内的列车模型信息；包含变电站5的位置信息在内的馈电网模型信息；以及包含变电站电压的控制信息在内的变电站模型信息。此外，直流馈电电压计算装置100具备列车运行信息推定部2，该列车运行信息推定部2基于模型信息10、由变电站5测定出的电压值及列车的不同目的地方向上的馈电线的电流值、搭载了无线通信装置81的列车8的第1列车信息，来推定在直流电化区间中在线的未搭载无线通信装置的列车的第2列车信息，并输出包含第1列车信息和第2列车信息在内的列车运行信息。此外，直流馈电电压计算装置100通过具备变电站电压设定值计算部3，从而能高精度地求出变电站电压设定值30，并能进一步有效利用再生功率，其中，变电站电压设定值计算部3基于模型信息10与列车运行信息20，来计算对变电站电压进行控制以使得在直流电化区间中在线的再生车中的再生功率得到提高的变电站电压设定值30，并将变电站电压设定值30输出至多个变电站5。

此外，列车运行信息推定部2构成为基于存储在模型信息存储部1中的模型信息10、由变电站5和列车8测定出的电流及电压，来推定在变电站5-1与变电站5-2之间的直流电化区间中在线的未搭载无线通信装置的列车9的第2列车信息，因此，能提高变电站电压设定值计算部3中的变电站电压设定值30的计算精度。

另外，对列车运行信息推定部2使用存储在模型信息存储部1中的模型信息10来推定第2列车信息的结构例进行了说明，但模型信息10也可以构成为预先设定在列车运行信息推定部2中，或构成为从直流馈电电压计算装置100的外部向列车运行信息推定部2进行输入。

实施方式2

实施方式2中，已知的列车8不推定可再生功率，由列车运行信息推定部2推定已知的列车8的可再生功率。对与实施方式1不同的部分进行说明。

图12是示出实施方式2所涉及的直流馈电电压计算装置100a的结构例的框图。直流馈电电压计算装置100a构成为将直流馈电电压计算装置100的列车运行信息推定部2替换为列车运行信息推定部2a。此外，在直流馈电电压控制系统200a中，直流馈电电压计算装置100a与搭载了无线通信装置81的列车8a相连接。

实施方式2中，以下这点与实施方式1不同，即：在从已知的列车8a发送来的列车信息80a中不包含可再生功率。因此，实施方式2中，列车运行信息推定部2a推定未知的列车9的可再生功率，也推定已知的列车8a的可再生功率。在列车运行信息推定部2a中，推定已知的列车8a的可再生功率的方法与实施方式1中推定未知的列车9的可再生功率的方法相同。

对实施方式2所涉及的直流馈电电压控制系统200a中的直流馈电电压控制处理进行说明。图13是示出实施方式2所涉及的直流馈电电压控制系统200a中的直流馈电电压控制处理的一个示例的流程图。

搭载了无线通信装置81的已知的列车8a测定本列车的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流、动力运行功率、再生功率(步骤st101a)，并将测定出的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流、动力运行功率、再生功率的信息作为列车信息80a发送给直流馈电电压计算装置100(步骤st102a)。变电站5的处理与实施方式1相同。

列车运行信息推定部2a获取列车模型信息、变电站模型信息及馈电网模型信息，来作为存储于模型信息存储部1的模型信息10(步骤st105)，从已知的列车8a获取已知的列车8a的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流、动力运行功率、再生功率的信息，来作为列车信息80a(步骤st106a)，从变电站5获取由变电站5的电流传感器6测定出的电流及由电压传感器6测定出的电压的信息，来作为变电站信息50(步骤st107)。

列车运行信息推定部2a基于列车信息80a，来推定已知的列车8a的可再生功率(步骤st201)。列车运行信息推定部2a基于所获取到的模型信息10、列车信息80a及变电站信息50，来推定未知的列车9是否在直流馈电电压控制系统200a管辖的直流电化区间内在线(步骤st108)。在推定为未知的列车9在线的情况下(步骤st108：是)，列车运行信息推定部2a基于所获取到的模型信息10、列车信息80a及变电站信息50，来推定未知的列车9的在线位置、动力运行电压、再生功率、可再生功率(步骤st109)。在推定为未知的列车9不在线的情况下(步骤st108：否)，列车运行信息推定部2a省去步骤st109的处理。列车运行信息推定部2a将包含有无未知的列车9在线、列车的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息在内的列车运行信息20发送给变电站电压设定值计算部3(步骤st110)。列车运行信息推定部2a在未知的列车9在线的情况下，将列车8a、9的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息包含在列车运行信息20中，而在未知的列车9不在线的情况下，将列车8a的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息包含在列车运行信息20中。变电站电压设定值计算部3的处理与实施方式1相同。

如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置100a中，通过直流馈电电压计算装置100a来推定已知的列车8a的可再生功率。该情况下，在直流馈电电压控制系统200a中，也可以得到与实施方式1相同的效果。此外，在直流馈电电压计算装置100a的列车运行信息推定部2a中，推定已知的列车8a的可再生功率的处理所对应的负担增加，但能减轻列车8a的处理负担。因此，与实施方式1的列车8相比，能使数量比直流馈电电压计算装置100a要多的列车8a的结构简单化。

实施方式3

实施方式3中，直流馈电电压计算装置的无线通信部将从已知的列车获取到的列车信息输出至列车运行信息推定部及变电站电压设定值计算部。对与实施方式1不同的部分进行说明。

图14是示出实施方式3所涉及的直流馈电电压计算装置100b的结构例的框图。直流馈电电压计算装置100b构成为将直流馈电电压计算装置100的列车运行信息推定部2、变电站电压设定值计算部3及无线通信部4替换为列车运行信息推定部2b、变电站电压设定值计算部3b及无线通信部4b。

无线通信部4b接收从列车8发送来的列车信息80，并将接收到的列车信息80输出至列车运行信息推定部2b及变电站电压设定值计算部3b。

列车运行信息推定部2b进行与实施方式1的列车运行信息推定部2相同的推定处理，但在以下这点上与实施方式1的列车运行信息推定部2不同，即：在向变电站电压设定值计算部3b发送的信息即列车运行信息20b中不包含列车信息80的信息。

变电站电压设定值计算部3b基于存储于模型信息存储部1的模型信息10、由列车运行信息推定部2b推定出的列车运行信息20b、从列车8获取到的列车信息80，来计算对变电站电压进行控制以使得在直流电化区间中在线的再生车中的再生功率提高的变电站电压设定值30，并输出至变电站5。虽然进行获取的信息的路径不同，但在变电站电压设定值计算部3b中计算变电站电压设定值30的处理与实施方式1的变电站电压设定值计算部3相同。

对实施方式3所涉及的直流馈电电压控制系统200b中的直流馈电电压控制处理进行说明。图15是示出实施方式3所涉及的直流馈电电压控制系统200b中的直流馈电电压控制处理的一个示例的流程图。

列车8及变电站5的处理与实施方式1相同。直流馈电电压计算装置100b中，无线通信部4b经由图2所示的网络400接收列车信息80，并将接收到的列车信息80输出至列车运行信息推定部2b及变电站电压设定值计算部3b。

列车运行信息推定部2b的步骤st105到步骤st109的处理与实施方式1相同。列车运行信息推定部2b将包含有无未知的列车9在线、所推定出的未知的列车9的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息在内的列车运行信息20b发送给变电站电压设定值计算部3b(步骤st110b)。

变电站电压设定值计算部3b从模型信息存储部1获取列车模型信息、变电站模型信息及馈电网模型信息来作为模型信息10(步骤st111)，从已知的列车8获取已知的列车8的在线位置、导电弓点电压、由架空线提供的电流、动力运行功率、再生功率、可再生功率的信息来作为列车信息80(步骤st301)，从列车运行信息推定部2b获取有无未知的列车9在线、未知的列车9的在线位置、动力运行电压、再生功率及可再生功率的信息来作为列车运行信息20b(步骤st112b)。变电站电压设定值计算部3b基于所获取到的模型信息10、列车信息80及列车运行信息20b来计算变电站5的变电站电压设定值30(步骤st113b)，并将计算出的变电站电压设定值30的信息输出至变电站5(步骤st114)。

如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置100b中，从已知的列车8接收到列车信息80的无线通信部4b将列车信息80输出至列车运行信息推定部2b及变电站电压设定值计算部3b。该情况下，在直流馈电电压控制系统200b中，也可以得到与实施方式1相同的效果。此外，直流馈电电压计算装置100b的列车运行信息推定部2b也可以不将列车信息80包含在发送至变电站电压设定值计算部3b的列车运行信息20b中。因此，与实施方式1的列车运行信息推定部2相比，能减轻列车运行信息推定部2b中的发送处理的负担。

实施方式4

实施方式1中，假设已知的列车8及未知的列车9在2个变电站5-1、5-2之间在线，但有时在路线的末端没有变电站。实施方式4中，作为一个示例，删除变电站5-2并替换为电压传感器7。对与实施方式1不同的部分进行说明。

直流馈电电压计算装置100的结构与实施方式1相同。图16是设定了实施方式4所涉及的列车运行信息推定部2的第2列车信息的推定处理中的变量的图。示出了从实施方式1的图4中删除变电站5-2并替换为电压传感器7后的状态。关于变电站5-1、未知的列车9的电压、电流等的表示与图4相同。电压传感器7的位置信息与变电站5-1的位置信息等同样地，作为馈电网模型信息而存储在模型信息存储部1中。在图16的状态下，通过在图4所示的变电站5-2的部分设为电流is2＝0，从而列车运行信息推定部2能利用与实施方式1同样的方法来推定未知的列车9的可再生功率等。在图16中，xs2是图16的右侧所示的电压传感器7的位置，vs2是由电压传感器7测定出的架空线与轨道之间的电压。

另外，虽然对于实施方式1进行了说明，但对实施方式2、3也能适用。

如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置100设为在路线的末端等未设置有变电站5的情况下，使用设置于末端部分的电压传感器7的位置及所测定出的电压的信息。由此，直流馈电电压计算装置100能用与实施方式1相同的方法来推定未知的列车9的可再生功率等，能得到与实施方式1相同的效果。

实施方式5

实施方式1中，在未知的列车9仅在变电站5-1、列车8-1、列车8-2、变电站5-2之间的任一个区间中在线的情况下，列车运行信息推定部2才能推定未知的列车9的可再生电压等。实施方式5中，对未知的列车9在多个区间中在线的情况下推定未知的列车9的可再生电压等的方法进行说明。对与实施方式1不同的部分进行说明。

直流馈电电压计算装置100的结构与实施方式1相同。图17是示出实施方式5所涉及的直流馈电电压计算装置100中对变电站5-1与已知的列车8-1之间的未知的列车9-1、以及已知的列车8-1、8-2之间的未知的列车9-2的在线状况进行推定的处理的图。未知的列车9-1、9-2采用与图4等所示的未知的列车9相同的结构。当符合实施方式1的式(17)至式(19)中的任意数学式时，列车运行信息推定部2能推定未知的列车9在线的区间，并能对未知的列车9推定可再生电压等。然而，如图17那样，在未知的列车9-1在变电站5-1与已知的列车8-1之间在线、未知的列车9-2在已知的列车8-1与已知的列车8-2之间在线的情况下，列车运行信息推定部2对于未知的列车9-1、9-2中的任意列车均无法推定可再生电压等。

该情况下，列车运行信息推定部2将变电站5-1与已知的列车8-2之间设为1个区间，将未知的列车9-1、已知的列车8-1、未知的列车9-2同等地视为1列未知的列车9，并对未知的列车9推定可再生电压等。即，在推定为未知的列车9-1、9-2在分割得到的区间中的多个区间内在线的情况下，列车运行信息推定部2将包含所有被推定为未知的列车9-1、9-2在线的区间在内的区间视为1个区间，并在视为了1个区间的区间中推定第2列车信息。

图18是示出实施方式5所涉及的直流馈电电压计算装置100中将变电站5-1与已知的列车8-2之间设为1个区间来对未知的列车9的在线状况进行推定的处理的图。若是图18所示的状态，则列车运行信息推定部2可以利用实施方式1的式(1)至式(8)，来推定未知的列车9的可再生电压等。

如以上所说明的那样，本实施方式所涉及的直流馈电电压计算装置100在推定为在由变电站5和已知的列车8分割得到的区间中未知的列车9在多个区间内在线的情况下，将包含所有被推定为未知的列车9在线的区间在内的区间视为1个区间，并在视为了1个区间的区间中，将在线的未知的列车、或未知的列车和已知的列车视为1列未知的列车9，来推定在线位置及可再生电压等。由此，即使在未搭载无线通信装置的列车9在线的区间跨过多个区间的情况下，直流馈电电压计算装置100也能推定列车状况，从而能决定最佳的变电站电压，并能进一步有效利用再生功率。

上述实施方式所示的结构是本发明内容的一个示例，能够与其它公知技术进行组合，也能够在不脱离本发明主旨的范围内对结构的一部分进行省略、变更。

标号说明

1模型信息存储部

2、2a、2b列车运行信息推定部

3、3b变电站电压设定值计算部

4、4b无线通信部

5、5-1、5-2变电站

6电流传感器

7电压传感器

8、8-1、8-2、9、9-1、9-2列车

10模型信息

20、20b列车运行信息

30变电站电压设定值

50变电站信息

80列车信息

81无线通信装置，

100、100a、100b直流馈电电压计算装置

200、200a、200b直流馈电电压控制系统

300、400网络