| Project/Area Number |
23K13316
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Basic Section 21010:Power engineering-related
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| Research Institution | Tokyo Denki University |
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Principal Investigator |
渡邉 翔一郎 東京電機大学, 工学部, 准教授 (40807294)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2027-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2026: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2025: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
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| Keywords | 省エネルギー / 交流電気鉄道 / 電圧不平衡 / 運転理論 / 最適化問題 |
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| Outline of Research at the Start |
交流の高速鉄道は、省エネルギー走行手法の重要性が認知されているものの、速度や距離が大きいため数値実験の計算規模が大きく、また交流電気回路の連成計算モデルにおいては、その複雑さも相まって最適化問題への応用が必ずしも容易ではない。
そこで本研究では、交流電気鉄道の省エネルギー走行手法を明らかにするために、在来鉄道と高速鉄道のそれぞれにおいて最適な省エネルギー走行手法を求める。そして、電圧不平衡と、エネルギーの時間感度が走行手法に与える影響を明らかにする。ここでは動的計画法を活用して鉄道特有の不連続関数に対応した最適化計算を試み、また新たに電力品質を制約条件として検討を行う。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、交流電気鉄道の省エネルギー走行手法の一般論を求めるための検討の一つとして、交流電気鉄道における最適省エネルギー走行手法を求め、電圧不平衡の影響と、エネルギーの時間感度を明らかにすることである。
令和5年度は、最適化計算に必要な数値実験モデルの設計を進め、高速鉄道と在来鉄道それぞれの車両をモデル化し、単列車の数値計算ができるようにした。ここでは力学解析と電力潮流解析の連成計算を行うが、このうち電力潮流解析においては饋電回路（鉄道の電力供給回路）の設計が必要で、後の最適化計算において計算爆発を抑制する手法も考慮する必要があった。そこで、鉄道車両が力率１制御を実装していることを考慮して簡易回路計算モデルを考案し、数値実験モデルに実装することができた。そして、この計算モデルを用いて単列車が駅間をあるパターンで走行した場合における走行時間と消費エネルギー、電圧不平衡率の関係を調べることができた。
そして、上記の単列車計算モデルを用いて最適化計算を行うことができた。ここで、高速鉄道においては速度や距離が大きいことから計算規模も大きくなる。そこで、初段階の検討として最適化計算そのものが適切に実施できているかを確認することを目的に、計算規模を小さくして検証を行った。その結果、消費エネルギーを最小化する最適化計算に基づく電圧不平衡と消費エネルギーの関係を考察することができ、また最適化問題に関して新たな研究課題を発見することができた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
令和５年度は(1)モデル設計とその検証を実施し、そして(2)単列車の在来・高速鉄道の走行時間とエネルギーの相関を調査することを計画していた。この(1)の検証にあたっては、国内の高速鉄道車両にて実際にデータを測定し、そのデータと比較して進める予定であったが、測定が困難になったため、文献調査や学会発表での議論にてモデル設計の妥当性を検証した。(2)については単列車の計算モデルを用いて数値実験を行い、その相関関係を調べることができた。
上記の通り、実際のデータ測定は実施できなかったものの、他の研究計画は実施できており、さらに令和6年度に計画していた電圧不平衡率の計算や最適化計算の研究に早々に着手することもできているため、本研究課題は順調に進展していると判断できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度の研究にて、単列車の計算モデルを用いた数値実験により電圧不平衡と消費エネルギーの関係を考察することができた。令和6年度はこの数値実験の各種条件を変更して、走行パターンの計算結果から電圧不平衡率と走行時分、消費エネルギーの関係を詳しく調べる。特に、饋電回路をはじめとする各種計算パラメータの影響や、回生エネルギーの影響を調べる。また走行パターンの影響として、加速と減速が重なる条件において各評価値がどのように変化するのかを調べる。
そして、単列車の最適化計算から複数列車の最適化計算へ計算モデルを拡張する。このとき、計算規模を調整するために各計算パラメータの感度解析ならびに最適化計算手法の検討を行う。
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