列車運行電力シミュレータ
１．列車運行電力シミュレータの開発目的
鉄道の更なる省エネルギー化・低炭素化の実現に向けた省エネ施策の例として、車両分野の高効率・高出力化した主回路システムの導入や、電力分野の地上設置の電力貯蔵装置の導入などがあります（図１）。これら省エネ施策の導入効果は、路線の回生融通状況や設備の設置箇所などにより大きく異なる場合もあるため、シミュレーションにより事前に導入効果試算を行うことが、効果的な施策実施において重要と考えられます。実路線での各種省エネ施策の導入効果試算への適用を目的として、本シミュレータの開発を進めてきました。
２．シミュレータの概要
本シミュレータは、直流電気鉄道の消費電力量を正確に計算するため、地上電力設備・車両・運転操縦のモデルを連成した計算を行います。複数車両間・複数変電所間での電流・電圧の相互作用を計算し、引張力特性の変化を運転曲線に反映させるとともに、各列車の力行・だ行・制動の運転操縦を必要に応じて指定可能とすることで、実際の運行状況を再現できます（図２）。またその計算結果を視覚的に確認できる機能もあります（図３）。
３．走行試験や営業路線での検証
本シミュレータの計算精度を検証するため、夜間時間帯にき電区間内に測定対象車両以外が存在しない状態にした走行試験を行い、２つの変電所と２編成の車両を同時測定した測定結果と、本シミュレータの計算結果を比較しました（図４）。その結果、変電所で計測した消費電力量を誤差5％程度で再現できることを確認しました（図５）。 また、営業路線の消費電力量の再現精度を検証するため、営業時間帯にある営業路線における各変電所での消費電力量の測定結果と、本シミュレータによる計算結果を比較しました。その結果、測定中央値との差が５％程度で実際の消費電力量の傾向を再現できることを確認しました（図６）。
４．実用規模での省エネ施策の導入効果予測例
各種省エネ施策の導入効果が設備の設置箇所により大きく異なる事例を示します。本シミュレータを用いて、ある営業路線での電力貯蔵装置の導入による省エネ効果を試算したところ、外気温や電力貯蔵装置の設置箇所によって、省エネ効果は0.7％〜3.3％まで変動するという試算結果が得られました（図７）。このように、列車運行電力シミュレータを用いることで、各種省エネ施策の導入効果を様々な条件で試算できます。
本研究の一部は，国土交通省の鉄道技術開発費補助金を受けて実施しました。
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参考文献
- 武内陽子、小川知行、森本大観、今村洋一、美濃部晋吾、杉本祥一： 列車運行電力シミュレータの開発、鉄道総研報告、Vol.30，No.8，2016
- 武内陽子、小川知行、森本大観、真鍋慎一、今村洋一、美濃部晋吾、川村淳也、宮口浩一、林田健太郎、島田直人、山野井隆：「列車運行電力シミュレータの開発と消費電力測定試験による検証」、電気学会交通・電気鉄道研究会、電気学会、TER-14-049 (2014)、Yoko Takeuchi, Tomoyuki Ogawa, Hiroaki Morimoto, Shinichi Manabe, Yoichi Imamura, Shingo Minobe, Junya Kawamura, Hirokazu Miyaguchi, Kentarou Hayashida, Naoto Shimada, and Takashi Yamanoi: “Basic Development of Coupled-Analysis Traction Power Simulation System and Verification by Energy Consumption Measurement Examination”, Technical Meeting on "Transportation and Electric Railway", I.E.E. Japan, TER-14-049 (2014) (in Japanese)
- 武内陽子、小川知行、森本大観、今村洋一、美濃部晋吾、宮口浩一、川村淳也、林田健太郎、島田直人、山野井隆、真鍋慎一：「消費電力測定試験による列車運行電力シミュレータの追加検証」、電気学会交通・電気鉄道／リニアドライブ合同研究会、電気学会、TER-15-028／LD-15-019 (2015)、Yoko Takeuchi, Tomoyuki Ogawa, Hiroaki Morimoto, Yoichi Imamura, Shingo Minobe, Hirokazu Miyaguchi, Junya Kawamura, Kentarou Hayashida, Naoto Shimada, Takashi Yamanoi, and Shinichi Manabe : “Additional Verification for Coupled-Analysis Traction Power Simulation System by Energy Consumption Measurement Examination”, Joint Technical Meeting on "Transportation and Electric Railway" and "Linear Drives", I.E.E. Japan, TER-15-028 / LD-15-019 (2015) (in Japanese)
- 省エネ施策評価のための列車運行電力シミュレーター【2018年度主要な研究開発成果】