JPH05125713A - ダム流量逆調整ゲートの制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 ダム流量の逆調整ダムにおいて、流入量を予
測して水位・放流量を計画し、その計画に基づいて逆調
整ゲートの開度を制御する。 【構成】 流入量の予測または開度の制御にファジィ推
論を導入し、さらに推論する際に水位計画値および水位
計測値の偏差に基づいてメンバシップ関数をシフトして
推論を行うこととし、流入量等に影響を与える各種の要
因の変化に容易に追従できるようにした。 【効果】 流入量の予測や開度の制御にファジィ推論を
導入することとしているので、非線形的な関数による複
雑な演算が不要となり、リアルタイム制御で重要である
処理時間の短縮を実現でき、解の収束性の問題も解消で
きる。また、メモリ容量が小さくて済む利点もある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、水力発電設備の制御
に係わり、特にダム流量逆調整ゲートの制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ダム水系において、流出量の平滑化を図
る場合、ダムの下流に逆調整ダムを設ける方式がとられ
る。

【０００３】図４は、ダム流量の逆調整ダムの概要を示
す。この逆調整ダム１では、上流のダム水系からの流入
水を貯留し、その流入量に基づいてゲート２の開度を調
節して放流量を一定制御することにより、ダム水系の放
流量を平滑化する。

【０００４】ゲート２の開度を制御するにあたっては、
逆調整ダム１への流入量負荷を予測し、逆調整ダム１の
貯水量が貯水容量の制限範囲内となるように計画をたて
る。上流の発電所（ダム）における流入量をＱ_i，流出
量をＱ_o，貯水量Ｖとすると、これらの値は次の式で表
される。ただし、ｄｖ／ｄｔは貯水量変化，Ｐは発電出
力，Ｈはダムの水位である。

【０００５】Ｑ_i＝Ｑ_o＋ｄｖ／ｄｔ……（１） Ｑ_o＝ｆ（Ｐ，Ｈ） ……（２） Ｖ＝ｇ（Ｈ） ……（３） また、逆調整ダム１の流出量Ｑ_oGは、次の式で表され
る。ただし、Ｚはゲート開度，Ｈ_Gはゲート水位であ
る。

【０００６】Ｑｏ_G＝ｈ（Ｚ，Ｈ_G）……（４） また、逆調整ゲートの流入量については、流量と時間遅れ
の特性や、時間と流量到達量の特性等をデータから導き
出し、経験的に算出する。リアルタイムで制御を行う場
合、計画と実測との間に生じた変動誤差に基づいて、プ
ロセスのモデル化に使用した予測計算式の係数やパラメ
ータを適時、適合修正することにより、実測を計画に追
従させるように制御する。

【０００７】一般に、ダム水系の環境は、長期にわたる
時間の経過により変化する。このため、環境の変化に追
従して、予測計算式の係数やパラメータを修正する必要
がある。従来は、課せられた前提条件のもとで評価関数
（モデル）を最適にする操作量を最適制御理論により求
めていた。

【０００８】また、ダム水系は、季節や天候などの自然
要因により状況が変化する。これに対応するために従来
は、実績データを長期にわたって保存してデータ解析等
により自然要因を示すデータを作成し、このデータを使
用して上記の自然要因による状況変化を制御に反映させ
ていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の技術では、操作量を修正する場合、プロセスモデ
ルを再検討する必要があり、前記した非線的な関数に基
づいて複雑な演算を行うことが要求され、しかも解の収
束性の問題もあった。特に、リアルタイムで処理する場
合、計算時間が長くかかる点も問題となり、またメモリの
大容量化も問題となってくる。この発明は、このような事
情に鑑み、ダム流量逆調整ゲートの制御装置において、
簡素な手順により制御に必要な演算を行うことができ、
しかも流入量の予測等に影響を与える要因の変化への追
従を容易に行うことができる装置を提供することを目的
とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次の手段を備えたダム流量逆調整ゲ
ートの制御装置を提供するものである。

【００１１】（１）流入量予測用のメンバシップ関数，
補正係数およびファジィルールを格納する流入量予測用
知識データ格納部。

【００１２】（２）流入量予測用のメンバシップ関数お
よびファジィルールを使用して流入量予測値の推論を行
うものであって、メンバシップ関数の自変数を補正係数
により補正したうえで推論を行う流入量予測部。

【００１３】（３）流入量予測値に基づいてダムの水位
および放流量を計画する水位・放流量計画部。

【００１４】（４）ダムの水位を計測する水位計測部。

【００１５】（５）水位計測値および水位計画値の偏差
に基づいて放流計画値を補正して放流量目標値を求める
放流量目標値演算部。

【００１６】（６）放流量目標値から逆調整ゲートの開
度目標値を演算する開度目標値演算部。

【００１７】（７）水位計測値および水位計画値の比率
に基づいて前記補正係数を設定変更する補正係数設定
部。

【００１８】また、次の手段を備えた制御装置であって
もよい。

【００１９】（１）流入量を予測する流入量予測部。

【００２０】（２）流入量予測値に基づいて水位および
放流量を計画する水位・放流量計画部。

【００２１】（３）ダムの水位を計測する水位計測部。

【００２２】（４）水位計測値および水位計画値の偏差
に基づいて、放流量計画値を補正して放流量目標値を求
める放流量目標値演算部。

【００２３】（５）開度制御用のメンバシップ関数、補
正係数およびファジィルールを格納する開度制御用知識
データ格納部。

【００２４】（６）開度制御用のメンバシップ関数およ
びファジィルールを使用し、放流量目標値から逆調整ゲ
ートの開度目標値の推論を行うものであって、メンバシ
ップ関数の自変数を補正係数により補正したうえで推論
を行う開度推論部。

【００２５】（７）水位計測値および水位計画値の比率
に基づいて、補正係数を設定変更する補正係数設定部。

【００２６】

【作用】逆調整ダムでは、流入量を予測して水位および
放流量を計画し、その水位計画値および放流量計画値に
基づいて放流量目標値を求め、この放流量目標値に基づ
いて逆調整ゲートの開度を制御する。この発明では、流
入量の予測または開度の制御にファジィ推論を導入して
いる。

【００２７】ここで、前記のように、ダム水系の環境や
季節・天候などの要因の変化を制御に反映させる必要が
ある。この発明では、メンバシップ関数の自変数のスケ
ールを補正することにより、各種の要因の変化に対応す
る。すなわち、流入量予測部または開度推論部が推論を
行うにあたり、補正係数によりメンバシップ関数の自変
数を補正したうえで推論値を求めることとしている。そ
して、補正係数設定部により、水位計測値および水位計
画値の比率に基づいて、補正係数を設定変更することに
よって、実際の水位および放流量を計画に追従させるこ
とができる。

【００２８】

【実施例】以下、図面を用いて、この発明の実施例を説
明する。

【００２９】図２は、この発明の一実施例に係る逆調整
ゲート制御装置のシステム構成を示す。プロセス監視機
器制御部３はシステムの主制御を行うものであり、入出
力装置３ー１，データベース３ー２やＣＰＵ（中央処理
装置）３ー３等を備えている。プロセスＩ／Ｏ（入出力
部）４は、水系プロセス５との間でプロセス値や各種指
令の入出力を行うものである。ファジィ推論部６は、各
種の演算をファジィ推論より実行するものであり、入出
力装置６ー１，ルールベース６ー２やＣＰＵ６ー３を備
えている。プロセス監視機器制御部３，プロセスＩ／Ｏ
４およびファジィ推論部６は、ＬＡＮ（ローカル・エリ
ア、ネットワーク）７により接続されている。

【００３０】プロセス監視機器制御部３は、プロセスＩ
／Ｏ４を介して、水系プロセスの監視や計測値の表示、
現場機器の制御などを行う。ファジィ推論を行う必要が
ある場合、プロセス監視機器制御部３は、推論に必要な
データをファジィ推論部６に伝送して推論を実行させ
る。そして、ファジィ推論部６から受け取った推論結果
を用いてリアルタイムで逆調整ゲート２などの水系プロ
セス５を制御する。図１は、この実施例に係る装置の機
能ブロック図である。この装置は、その機能上、図１に
示す各ブロックから構成されると考えてよい。

【００３１】まず、データ設定部８により、上流の水力
発電所の発電出力等，流入予測に必要なデータが設定さ
れる。設定されたデータ（設定データ）は、設定データ
格納部９に格納・保存される。この装置では、流入量予
測にファジィ推論を導入している。すなわち、流入量予
測用知識データ格納部１０は、流入量予測のためのメン
バシップ関数やファジィルールを格納している。この知
識データを使用してファジィ推論を行うことによって、
流入量推論部１１にて設定データから流入量が演算され
る。求められた流入量（流入量予測値）は、流入量格納
部１２に格納される。

【００３２】水位・放流量計画部１３は、流入量予測値
に基づいて、貯水量が貯水容量の範囲内となるように水
位・放流量を計画する。求められた水位・放流量（水位
計画値・放流量計画値）は、水位・放流量格納部１４に
格納される。一方、逆調整ダム１の水位は、水位計測部
１５により計測される。偏差演算部１５は、計測された
水位（水位計測値）と水位計画値との水位差を演算し、
この値に基づいて放流量計画値の補正量を求める。放流
量目標値演算部１７は、放流量計画値を補正量に基づい
て補正し、この値を放流量目標値として出力する。

【００３３】流入量の予測の手法の一例を説明すると、
流入量の予測は、上流の発電所の放流量を求め、この放
流量を遅延させることにより行われる。まず、入出力装
置３−１（図２参照）により発電所の発電パターンを入
力する。さらに、プロセス入出力部４から発電所側のダ
ム水位を取り込む。そして、この発電パターンおよびダ
ム水位を用いてファジィ推論を行い、発電所の放流量を
求める。そして、求めた放流量や発電パターンから発電
時間および発電停止時間がわかるので、これらのデータ
を用いてファジィ推論を行い、放流量を遅延させてゲー
ト側のダムの流入量を求める。

【００３４】この装置は、逆調整ゲート２の開度制御に
もファジィ推論を導入している。すなわち、開度推論用
知識データ格納部１８は、開度推論のためのメンバシッ
プ関数やファジィルールを格納している。この知識デー
タを使用してファジィ推論を行うことによって、開度推
論部１９にて放流量目標値や水位計測値などから開度目
標値を演算する。一方、開度計測部２０は、逆調整ゲー
ト２の開度を計測する。ゲート操作部２１により、開度
目標値および開度計測値に基づいて、ゲート操作（開度
調節）を行う。

【００３５】この装置は、逆調整ゲート２を実際に運転
するために動作する他シミュレーションのために動作す
る必要がある。それ故、流入量予測用知識データ格納部
１０および開度推論用知識データ格納部１８には、運転
用およびシミュレーション用の知識データが格納されて
おり、さらに流入量格納部１２および水位・放流量格納
部１４には運転用およびシミュレーション用のデータの
格納領域が設定されている。

【００３６】この装置によれば、流入量の予測および開
度の算出にファジィ推論を使用しているので、多数のパ
ラメータや設定値を用いた複雑な演算が不要となり、し
かもファジィ推論の性質上、従来のような解が求まらな
いという問題を生じることがない利点がある。さらに、
この装置では、ダム水系の長期的な環境の変化や天候な
どの自然要因に対処するために、メンバシップ関数の横
軸（演算用パラメータ）をシフトする方式をとってい
る。すなわち、ファジィ推論にあたって補正係数ｋなる
値を導入し、この補正係数ｋによりメンバシップ関数の
横軸のスケールを補正したうえで推論を行うものとして
いる。この補正係数ｋとして、水位計画値と水位測定値
の比率ｒを比率演算部２２により求め、ｋ＝ｒとして使
用する態様をとることができる。この補正係数は、流入
量予測または開度推論の一方、あるいはその両方に導入
する方式が考えられる。

【００３７】ここで、補正係数の設定変更の手法の一例
を説明する。図３は、水位計画値および水位計測値のず
れを示す。まず、水位計画値と水位計測値との水位差△
ｈについて、不感帯Ｄ（水位により決定される）に対す
る偏差△ｅを検出する。そして、この偏差△ｅが大きい
と判断した場合、補正係数の設定変更を実行する。

【００３８】水位差△ｈ（＝水位計画値−水位計測値）
が正である場合、流入量を多めに予測しているか、ある
いはゲート開度を大きめに調節している傾向があると考
えられる。この場合、水位計画値および水位計測値の比
率（＝水位計測値／水位計画値）を求めて補正係数ｋと
し、この補正係数ｋを水位流入量予測用の演算パラメー
タに乗じる（あるいは除する）ことにより演算パラメー
タを流入量縮少方向に補正するか、あるいは開度推論用
の演算パラメータを開度減少方向に補正することにな
る。水位差△ｈが負である場合、ｋ＜１となるので上記
と逆の方向に演算パラメータが補正される。このよう
に、演算パラメータを補正したうえで推論を行うことに
より、水位計画値と水位測定値の間にずれる傾向が生じ
ても、その傾向を収束させることが可能となる。またこ
の実施例では、演算結果をシミュレーションしているの
で、補正係数ｋの設定変更時にモニタできる利点があ
る。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように、この発明によれ
ば、流入量の予測や開度の制御にファジィ推論を導入す
ることとしているので、非線形的な関数による複雑な演
算が不要となり、リアルタイム制御で重要である処理時
間の短縮を実現でき、解の収束性の問題も解消できる。
また、メモリ容量が小さくて済む利点もある。

【００４０】また、ダム水系の環境や季節・天候などの
要因の変化に対応して制御系を調整するにあたって、従
来は各種の設定値やパラメータを設定・修正する煩雑な
作業が必要であったのに対し、水位計画値および水位計
測値の比率に基づいて補正係数を設定変更するだけで済
む利点があり、しかも制御系の調整工程の自動化に有利
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例に係る逆調整ゲート制御装
置の機能ブロック図。

【図２】図１の装置のシステム構成ブロック図。

【図３】水位計画値および水位計測値のずれを示す線
図。

【図４】ダム流量の逆調整ダムの概要を示す説明図。

【符号の説明】

２…逆調整ゲート １５…水位計測部 １６…補正量演算部 １８…開度推論用知識データ格納部 １９…開度推論部 ２２…比率演算部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入量予測用のメンバシップ関数，補正
   係数およびファジィルールを格納する流入量予測用知識
   データ格納部と、 流入量予測用のメンバシップ関数およびファジィルール
   を使用して流入量予測値の推論を行うものであって、メ
   ンバシップ関数の自変数スケールを補正係数により補正
   したうえで推論を行う流入量予測部と、 流入量予測値に基づいてダムの水位および放流量を計画
   する水位・放流量計画部と、 ダムの水位を計測する水位計測部と、 水位計測値および水位計画値の偏差に基づいて放流計画
   値を補正して放流量目標値を求める放流量目標値演算部
   と、 放流量目標値から逆調整ゲートの開度目標値を演算する
   開度目標値演算部と、 水位計測値および水位計画値の比率に基づいて前記補正
   係数を設定変更する補正係数設定部と、 を備えたことを特徴とするダム流量逆調整ゲートの制御
   装置。
2. 【請求項２】 流入量を予測する流入量予測部と、 流入量予測値に基づいて水位および放流量を計画する水
   位・放流量計画部と、 ダムの水位を計測する水位計測部と、 水位計測値および水位計画値の偏差に基づいて、放流量
   計画値を補正して放流量目標値を求める放流量目標値演
   算部と、 開度制御用のメンバシップ関数、補正係数およびファジ
   ィルールを格納する開度制御用知識データ格納部と、 開度制御用のメンバシップ関数およびファジィルールを
   使用し、放流量目標値から逆調整ゲートの開度目標値の
   推論を行うものであって、メンバシップ関数の自変数ス
   ケールを補正係数により補正したうえで推論を行う開度
   推論部と、 水位計測値および水位計画値の比率に基づいて、補正係
   数を設定変更する補正係数設定部とを備えたことを特徴
   とするダム流量逆調整ゲートの制御装置。