【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連接水系の運用支援方法に関し、詳しくは、複数の貯水池や発電所を有する連接水系を管理、運用している中央給電所、地方給電指令所、系統制御所または水系管理所において、制御用計算機や汎用電子計算機上で水系の運用を自動的に行うための運用支援方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上流から下流まで、数多くの貯水池や発電所を有する連接水系においては、翌日発電計画などの短期連接水系運用計画に基づいたスケジュール運転が行われている。 これらの短期連接水系運用計画は、ＬＰ
法、非線形計画法、ＤＰ法などの種々の最適化手法により作成されているが、各種河川管理上の要求から流量、
水位などのパラメータに制約条件が多いため、その作成は必ずしも容易ではない。

【０００３】一方、連接水系の運用に際しては、天候の急変や出水予測の誤差などに起因して貯水池水位が計画値を逸脱することがある。 これによって溢水や発電支障が発生することもあるので、現状では、短期運用計画により作成されたスケジュール運転をそのまま実行することが多く、効率的な運用が行われていなかった。 また、
計画を修正する場合でも、通常では人手により修正を行うが、前述のように各種制約条件が多いため安全で効率的な運転を行うのが非常に困難であり、高度の熟練を必要としていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】電力系統や連接水系を運用するには膨大な専門的知識が必要とされるが、近年では、特にこの種の知識を有する熟練運用者が減少している。 一方、連接水系の運用は、燃料費を必要としない水力発電に直結しており、効率的な運用、特に経済性を考えた場合には非常に重要な業務である。 しかるに、前述したごとく、現状では基本的にスケジュール運転が実行されるため、効率的な運用を行うためには短期運用計画に基づくスケジュール運転が適切に行われているかの診断と、診断結果に応じたスケジュールの修正が不可欠となり、これには高度の熟練が必要とされている。

【０００５】そこで本発明は、電子計算機により、状況に応じた水系動特性シミュレーションを行い、短期運用計画逸脱の有無を診断すると共に、その診断結果に応じて貯水池の水位調整スケジュールを修正しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、複数の貯水池及び発電機を有する連接水系の運用支援方法において、各貯水池の水位上限値・下限値・基準値、基準落差、定格流入量、等価面積、上流からの流下遅れ時間等からなる貯水池パラメータと、各貯水池のガイドベーン開度スケジュール及び水位スケジュールと、現在のガイドベーン開度及び水位とを用いて水系動特性シミュレーションを行い、このシミュレーションにより得られた各貯水池の現在以降の水位と水位スケジュールとを比較して計画逸脱の有無を判定するものである。

【０００７】すなわち、この発明では、まず、電子計算機上に対象とする連接水系の動特性シミュレーションプログラムを実装する。 そして、電子計算機内に種々の貯水池パラメータと、水系制御用の各貯水池の水位スケジュール、発電機のガイドベーン開度スケジュール、現在のガイドベーン開度及び水位等を取り込む。

【０００８】これらの取り込んだデータに基づいて、現在以降の水系動特性シミュレーションを実施し、各貯水池の水位を計算する。 計算された水位が各貯水池の水位スケジュールに適合しているかどうかを診断し、仮りに適合していない場合には、現状の水位スケジュール設定値では溢水や発電故障が発生する恐れがあるため、運用者に向けて計画逸脱の警告を発すると共に、請求項２記載の発明を実行する。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の運用支援方法により計画逸脱と判定され、各貯水池のガイドベーン開度スケジュール及び水位スケジュールの修正が必要であるときに、各貯水池の水位上限値・下限値・
基準値、基準落差、定格流入量、等価面積、上流からの流下遅れ時間等からなる貯水池パラメータと、各貯水池のガイドベーン開度スケジュール及び水位スケジュールと、現在のガイドベーン開度及び水位とを用いて、ファジィ推論周期に等しい時間だけ水系動特性シミュレーションを行い、このシミュレーションにより得られた各貯水池の水位、水位変動、ガイドベーン開度を前件部メンバシップ関数とし、かつ、ガイドベーン開度補正量を後件部メンバシップ関数とするファジィルールに基づきファジィ推論を実行して推論結果としてのガイドベーン開度補正量を得ると共に、この補正量により補正したガイドベーン開度を用いて前記水系動特性シミュレーションを前回の停止時点から再度実行し、上記一連の処理を所定時間繰返し実行して現在以降の修正されたガイドベーン開度スケジュール及び水位スケジュールを得るものである。

【００１０】すなわち、請求項１記載の発明による診断の結果、水位スケジュールを修正した方が良い場合には、ファジィ推論を使用した運用者への支援を実行する。 このファジィ推論の実行は次のように行われる。

【００１１】システムに入力された各貯水池パラメータや現在の状態を初期状態として、水系動特性シミュレーションを予め設定したファジィ推論周期に等しい時間だけ実行し、この時点でファジィ推論を行う。 ファジィ推論は、各貯水池ごとに用意した水位、水位変動、ガイドベーン開度などを前件部メンバシップ関数とし、ガイドベーン開度補正量を後件部メンバシップ関数とするファジィルールに基づいて実行される。 この結果、ファジィ推論を行った時点での水位、水位変動、ガイドベーン開度等に基づく推論結果として、ガイドベーン開度補正量が得られる。

【００１２】次に、再度、水系動特性シミュレーションを実行する（このシミュレーションは前回停止時点からスタートする）。 この時、ガイドベーン開度を、先のファジィ推論により得られたガイドベーン開度補正量により補正したものに設定してシミュレーションを行う。 この一連の処理を予め設定したシミュレーション時間について繰返し実行することにより、その結果として、ファジィ推論による現在以降のガイドベーン開度スケジュール、水位スケジュールを得ることができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、請求項１記載の発明の実施形態を図１、図２を参照しつつ説明する。 まず、図２はこの実施形態が適用される連接水系のモデルであり、上流域から下流域までの間にｎ個の貯水池及びｋ個の発電機が存在するものとする。 請求項１記載の発明の実施形態では、この連接水系モデルを対象として、以下に述べる図１の手順で処理を行う。

【０００】（１）貯水池パラメータの設定（Ｓ１１） 適用する連接水系の貯水池パラメータを設定する。 このパラメータは、一度設定が終了すれば変更があった場合にのみ設定し直せばよい。 貯水池パラメータとしては、
水系動特性シミュレーションプログラムに必要なパラメータとし、一例を挙げると、各貯水池の水位上限値・下限値・基準値、基準落差、定格流入値、等価面積、上流からの流下遅れ時間などがある。

【００１４】（２）各貯水池のガイドベーン開度スケジュールの入力（Ｓ１２） 各貯水池ごとのガイドベーン開度スケジュールを計算機に取り込む。

【００１５】（３）各貯水池の水位スケジュールの入力（Ｓ１３） 各貯水池ごとの水位スケジュールを計算機に取り込む。

【００１６】（４）貯水池現在状態の入力（Ｓ１４） 貯水池の現在状態を計算機に取り込む。 取り込むデータとしては、現在のガイドベーン開度、現在の水位などがある。

【００１７】（５）水系動特性シミュレーション（Ｓ１
５） 前述までの処理により、水系動特性シミュレーションに必要なパラメータが入手できているので、これらのデータに基づいて水系動特性シミュレーションを実施する。
実施した結果として、各貯水池の現在以降の水位を出力する。

【００１８】（６）計画逸脱の診断（Ｓ１６）及び警告（Ｓ１７） 上記（５）のシミュレーションにより得られた各貯水池の現在以降の水位と水位スケジュールとを比較し（Ｓ１
６）、現在以降の水位が予め設定された許容値を超えている場合には、今後、計画を逸脱するおそれがあるため異常（計画逸脱）と判断し、計算機の出力装置、例えばＣＲＴディスプレイや音声出力装置等により、運用者に計画逸脱を警告する（Ｓ１７）。 また、現在以降の水位が許容値以内であれば正常と判断してこの処理を終了し、次の動作タイミングまで処理待ち状態とする。

【００１９】次に、請求項２記載の発明の実施形態を図３、図４を参照しつつ説明する。 図１におけるステップＳ１６の診断結果により計画逸脱と判定され、ガイドベーン開度スケジュール、水位スケジュールを修正した方が良い場合には、ファジィ推論を使用した運用者への支援を実行する。 このファジィ推論を行う場合の基本的な考え方は次のとおりである。

【００２０】すなわち、水系動特性シミュレーションを実行しながら、一定周期ごとにファジィ推論を実行し、
そこで得られた結果を以後のシミュレーションに反映させるために、ガイドベーン開度を補正してシミュレーションを続行する。 また、次の推論周期でファジィ推論を行い、ガイドベーン開度の補正及びシミュレーションを行っていく。

【００２１】以下、この実施形態の処理を図３、図４を参照しつつ説明する。 （１）水系動特性シミュレーション（Ｓ２１） 請求項１の発明の実施形態で用いた各パラメータを使用して、水系動特性シミュレーションを行う。 このシミュレーションは、その開始からファジィ推論周期に等しい時間だけ行うものとする。 例えば、ファジィ推論周期が６０秒であれば、ここでは開始から６０秒間のシミュレーションを行う。

【００２２】（２）ファジィ推論（Ｓ２２） 上記（１）により、０秒から６０秒までのシミュレーション結果により得られた各貯水池の水位、水位変動、ガイドベーン開度をファジィ推論の入力として、ＭＡＸ−
ＭＩＮ重心法などによるファジィ推論を行う。 このファジィ推論は、各貯水池ごとに用意した水位、水位変動、
ガイドベーン開度などのメンバシップ関数を前件部とし、後件部としてガイドベーン開度補正量のメンバシップ関数を表現するようなファジィルールに基づいて実行される。 この結果、ファジィ推論を行った時点での水位、水位変動、ガイドベーン開度などに基づいた推論結果として、ガイドベーン開度補正量を得ることができる。

【００２３】以下に、ファジィルールの例を示す。 このファジィルールは、貯水池ごとに２７個用意されている。 ・ルール１：ＩＦ 水位が低い。 ＡＮＤ 水位変動が増加である。 ＡＮＤ ガイドベーン開度が大きい。 ＴＨＥＮ ガイドベーン開度をやや小さくする。 ・ルール２：ＩＦ 水位が目標値に近い。 ＡＮＤ 水位変動が増加である。 ＡＮＤ ガイドベーン開度が大きい。 ＴＨＥＮ ガイドベーン開度をそのままとする（補正しない）。 ・ルール３：ＩＦ 水位が高い。 ＡＮＤ 水位変動が増加である。 ＡＮＤ ガイドベーン開度が大きい。 ＴＨＥＮ ガイドベーン開度をやや大きくする。

【００２４】ここで、各入力（条件部）に対しては次のファジィ集合が設定されている。 ・水位：「高い」，「目標値に近い」，「低い」 ・水位変動：「増加」，「ほぼ一定」，「減少」 ・ガイドベーン開度：「大」，「中」，「小」 また、出力（実行部）に対しては次のファジィ集合が設定されている。 ・ガイドベーン開度補正量（操作量）：「大きくする」，「やや大きくする」，「小さくする」，「やや小さくする」

【００２５】図４は前件部メンバシップ関数及び後件部メンバシップ関数の例であり、三角形または台形により定義されている。 Ａに示す水位のメンバシップ関数において、横軸は水位の基準値に対する比率を、Ｂに示す水位変動のメンバシップ関数において、横軸は前制御周期時の水位と現在水位との比率（％）を、また、Ｃに示すガイドベーン開度及びＤに示すガイドベーン開度補正量のメンバシップ関数において、横軸は１．０を１００
（％）としたときのガイドベーン開度（０〜１）及びガイドベーン開度補正量を、各々表わしている。

【００２６】（３）ガイドベーン開度補正（Ｓ２３） 上記ファジィ推論の結果で得られたガイドベーン開度補正量を用いて、水系動特性シミュレーションにより使用するガイドベーン開度を補正する。 従って、これ以降は、ファジィ推論に基づき補正されたガイドベーン開度のもとでのシミュレーションを行うことができる。

【００２７】（４）水系動特性シミュレーション（Ｓ２
４） 次に、再度、水系動特性シミュレーションを実行する（前回停止時点からスタートする。つまり、先に示した例では、６１秒時点からスタートする）。 これにより、
ファジィ推論によってガイドベーン開度が制御された場合のシミュレーションが実行されることになる。

【００２８】上記一連の処理（２），（３），（４）を予め決定したシミュレーション時間について実行し、その結果として、ファジィ推論により現在以降のガイドベーン開度スケジュール、水位スケジュールを得ることができる。

【００２９】

【発明の効果】請求項１及び２記載の発明によれば、水位スケジュールの計画逸脱を的確に診断し、必要に応じてその修正を自動的に行うことにより連接水系の効率的な運用支援が可能になる。 なお、３つの貯水池から構成される連接水系に対して、良好なシミュレーション結果を得ている。 周知のように、ファジィ推論は、あいまいな情報処理を実現できるところに特徴があり、運用支援のためのルールも、水位が高ければガイドベーン開度を少し大きくするというような言語的表現を用いて運用知識をプログラム化できるため、推論過程を見ることで推論過程の説明も行うことができる。

【００３０】スケジュール修正のためのプログラムを他の手法によって実現する場合、細かな制御規則を数値的に表現する必要があるため、非常に困難である。 例えば、制御規則が、水位が４．５ｍから５ｍの間ならばガイドベーン開度を０．１大きくする、５ｍから５．５ｍ
の間ならばガイドベーン開度を０．２大きくするといったものになるため、これらの条件の閾値付近（水位５ｍ
付近）では、僅かな水位の違いで水系動特性に大きな影響を与えることになり、水位変動が大きくなってしまうおそれがある。 これに対し、請求２記載の発明のようにファジィ推論を利用すれば、ルールを言語的に表現できるため、結果として安定した水位調整が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１記載の発明の実施形態を示すフローチャートである。

【図２】本発明の実施形態が適用される連接水系のモデルを示す図である。

【図３】請求項２記載の発明の実施形態を示すフローチャートである。

【図４】請求項２記載の発明の実施形態におけるメンバシップ関数を示す図である。