JP2003030621A - Generated hydraulic power prediction method for run-of- river type dam and neural network therefor - Google Patents

Generated hydraulic power prediction method for run-of- river type dam and neural network therefor

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JP2003030621A
JP2003030621A JP2001214113A JP2001214113A JP2003030621A JP 2003030621 A JP2003030621 A JP 2003030621A JP 2001214113 A JP2001214113 A JP 2001214113A JP 2001214113 A JP2001214113 A JP 2001214113A JP 2003030621 A JP2003030621 A JP 2003030621A
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    • Y04S10/50Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To highly accurately predict the generated power of a run-of-river type dam. SOLUTION: In the power plant of the run-of-river type dam, since a water storage function for preventing the flood of a downstream area is not originally provided differently from a normal dam, flow rate prediction for flood prevention is not required to begin with. Thus, without tentatively predicting a flow rate, the generated power is directly predicted. That is, the output of a neural network is defined as power generator output (power generator output difference, in this example).

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ニューラルネット
ワークを用いて自流式ダムの水力発電量を予測する手法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method of predicting hydroelectric power generation of a self-propelled dam using a neural network.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダムにおける水力発電量や流入量の予測
は、経済性と安全性の観点から行われている。将来流れ
込む流量を正確に予測できれば、無効放流を減らし、発
電量を増やすことができるばかりでなく、大雨時には下
流域の洪水の防止が可能となるからである。
2. Description of the Related Art Prediction of the amount of hydroelectric power generation and the amount of inflow in a dam is made from the viewpoint of economy and safety. This is because if the flow rate that will flow into the future can be accurately predicted, not only will it be possible to reduce the amount of ineffective discharge and increase the amount of power generated, but it will also be possible to prevent floods in the downstream region during heavy rainfall.

【0003】発電量の予測方法としては、発電量を直接
予測する方法と、流入量を予測した後、この予測流入量
を発電量に換算して予測する方法が考えられるが、実際
には、後者の方法が用いられているのみである。その理
由は、安全性の観点に重点をおいて運用することが多
く、大雨時の下流域での洪水防止が主目的であるためで
ある。よって、発電量の予測は、直接発電量を予測する
のではなく、予測流入量を水力発電機のQP特性(発電
流量−発電量特性)に当てはめて換算していた。これ
は、流入量の予測精度が発電量の予測精度に直結するこ
とを意味する。
As a method of predicting the amount of power generation, there are a method of directly predicting the amount of power generation and a method of predicting the inflow amount and then converting the predicted inflow amount into the amount of power generation for prediction. Only the latter method is used. The reason is that the operation is often focused on safety, and the main purpose is to prevent flooding in the downstream region during heavy rainfall. Therefore, the prediction of the power generation amount is performed by applying the predicted inflow amount to the QP characteristic (power generation flow rate-power generation amount characteristic) of the hydroelectric generator, rather than directly predicting the power generation amount. This means that the prediction accuracy of the inflow amount is directly connected to the prediction accuracy of the power generation amount.

【0004】尚、発電流量とは、流入量中、発電機に流
れ込む流量のことである(流入量が多い場合、その一部
は直接放流する)。一般に、流入量の予測は、上流域の
雨量と、上流河川の流量と、過去数時間程度のダムへの
流入量の実績値を用いて予測される。将来の流入量とこ
れらのデータの間には非常に強い非線形があるため、予
測が難しい。例えば、降雨量が同じでも、地面の湿潤度
により、流量が大きく異なる。また、河川の流速は、流
量が多いときには非常に早くなる。
The power generation flow rate is a flow rate that flows into the generator during the inflow amount (when the inflow amount is large, a part of the flow amount is directly discharged). Generally, the inflow is predicted by using the rainfall in the upstream area, the flow rate of the upstream river, and the actual value of the inflow to the dam in the past several hours. There is a very strong non-linearity between future inflows and these data, making them difficult to predict. For example, even if the amount of rainfall is the same, the flow rate varies greatly depending on the wetness of the ground. Moreover, the flow velocity of the river becomes very fast when the flow rate is high.

【0005】流量予測は、非常に難しい為、一般的な回
帰式では高精度予測は難しい。通常は、タンクモデルか
貯留関数法が用いられ、降雨時の流量が増え始めたとき
から流量がピークに達するころ(流量が比較的多い部
分)の予測精度が最良になるように調整する(流入量が
少ない部分から多い部分まで全てのデータに対して高精
度に予測することはできないため)。また、近年では、
ニューラルネットワークを用いた予測手法も実用化され
ている。ニューラルネットワークは、データを与えて学
習させるだけで、比較的容易に予測モデルが構築できる
ので、開発費用が安く、比較的予測精度が高い手法とし
て注目されている。
Since it is very difficult to predict the flow rate, it is difficult to accurately predict the flow rate by using a general regression equation. Normally, the tank model or the storage function method is used, and adjustment is performed so that the prediction accuracy is best when the flow rate reaches a peak when the flow rate starts to increase during rainfall (where the flow rate is relatively high). (Because it is not possible to predict with high accuracy for all data from a small amount to a large amount). In recent years,
A prediction method using a neural network has also been put into practical use. A neural network has attracted attention as a method with relatively low prediction cost and relatively high prediction accuracy because a prediction model can be constructed relatively easily by simply giving data and learning.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ここで、自流式ダムと
は、貯水のためのゲートがなく、流入した水をそのまま
下流に流すダムである。放流制御が行えない為、通常
は、下流域の洪水防止の必要性が低い最上流位置に建設
される。
Here, the self-flow dam is a dam that has no gate for storing water and flows the inflowing water as it is downstream. Since discharge control is not possible, it is usually constructed at the uppermost stream position where flood protection in the downstream area is low.

【0007】自流式ダムにおける水力発電量の予測は、
経済性の観点から非常に有効である。例えば、発電量の
予測精度が高ければ、火力発電等のエネルギー消費量を
節約することが可能である。
Prediction of hydroelectric power generation in a self-propelled dam is
It is very effective from the economical point of view. For example, if the prediction accuracy of the power generation amount is high, it is possible to save the energy consumption amount such as thermal power generation.

【0008】自流式ダムに設置される水力発電機は、一
般に、その河川の流量に応じてその規模が決定される。
つまり、流量が少ない河川に大規模すぎる発電機を導入
するのは、導入費用の面で無駄が多くなり、逆に流量の
多い河川に小規模な発電機を導入するのは、水資源の無
駄が多いことになる。一般に、年間の数分の1の期間に
おいて、水力発電機が最大出力を出すように設計される
(日本の河川では、洪水流量には至らない程度の降雨で
も、簡単に水力発電機の出力が最大になる)。
The size of the hydroelectric generator installed in the self-propelled dam is generally determined according to the flow rate of the river.
In other words, introducing too large a generator in a river with a low flow is wasteful in terms of installation cost, and conversely introducing a small generator in a river with a large flow is a waste of water resources. There will be many. Generally, hydropower generators are designed to provide maximum output during a fraction of the year (in rivers in Japan, the output of hydropower generators can easily be reduced even when rainfall does not reach flood discharge). Maximum).

【0009】自流式ダムにおける水力発電量の予測にお
いては、比較的流入量が少ないとき(発電機が最大出力
で飽和する前までの、流量に応じて発電量が変化する範
囲)の予測精度が重要となる(流入量が多い部分では、
発電機出力が飽和するため、流入量予測精度の誤差は問
題にならない)。また、自流式発電所は、下流域の洪水
防止の為の貯水機能がもともとない為、洪水防止のため
の流量予測はそもそも不要である。
In predicting the amount of hydroelectric power generation in a self-propelled dam, the prediction accuracy when the amount of inflow is comparatively small (the range in which the amount of power generation changes according to the flow rate before the generator saturates at maximum output) It becomes important (in the part with a large inflow,
Since the generator output saturates, the error in the inflow prediction accuracy does not matter). In addition, the run-of-river power plant does not originally have a water storage function to prevent flooding in the downstream region, so it is not necessary to predict the flow rate to prevent flooding in the first place.

【0010】従来技術であるタンクモデルや貯留関数法
では、流量の多い部分から低い部分まで精度良く予測す
ることはできないので、流量の増え始めからピークに達
するまでの予測(通常のダムでは、洪水防止等の安全性
に関して重要な部分)が最良になるように設計される。
流入量が少ない部分の予測精度が高くなるように調整す
ることも不可能ではないが、これらの手法はダム流域1
つ1つの特性に合わせて個別に設計(パラメータ調整)
する必要があるので、いずれにしても開発費用/導入費
用が高いという問題があった。
Since the conventional tank model and the storage function method cannot accurately predict from a portion with a large flow rate to a portion with a low flow rate, the prediction from the beginning of the increase in the flow rate to the peak (in a normal dam, flood It is designed so that the important part regarding safety such as prevention) is the best.
It is not impossible to adjust so that the prediction accuracy of the part with a small inflow is high, but these methods are
Individually designed according to each characteristic (parameter adjustment)
However, there is a problem that the development cost / introduction cost is high in any case.

【0011】一方、ニューラルネットワークを用いる手
法では、入出力データを与えるだけで、ニューラルネッ
トワークが自動的に学習するので、比較的容易に予測モ
デルが構築できる。また、その予測精度も、一般的に、
タンクモデルや貯留関数法よりも高い。
On the other hand, in the method using the neural network, the prediction model can be constructed relatively easily because the neural network automatically learns only by giving input / output data. Also, its prediction accuracy is generally
Higher than tank model and storage function method.

【0012】しかしながら、前述のように、自流式ダム
における水力発電では、洪水流量に至るよりずっと前に
発電機出力が最大で飽和する為、洪水防止用に設計され
た従来の流量予測モデルでは、高精度な発電量の予測は
期待できない。このことは、ニューラルネットワークに
よる流量予測モデルでも同様である。ニューラルネット
ワークは、学習データ全ての学習誤差の総和を小さくす
るように学習する為、洪水時のデータを含めて学習する
と、自流式発電所の発電予測に最も大事な「発電量が変
化する範囲」(発電機出力が最大で飽和するまでの範
囲;洪水時等に比べると比較的流入量が少ない範囲)の
学習精度が犠牲になることがある。
However, as described above, in hydroelectric power generation in a self-propelled dam, since the generator output reaches maximum saturation long before the flood flow rate is reached, the conventional flow rate prediction model designed for flood prevention is Highly accurate forecast of power generation cannot be expected. This also applies to the flow rate prediction model using a neural network. Since the neural network learns so as to reduce the total learning error of all the learning data, learning including the data at the time of flood is the most important "range in which the amount of power generation changes" for predicting the power generation of a run-of-river power plant. Learning accuracy may be sacrificed (range where the generator output is maximally saturated; range where the inflow is relatively small compared to when a flood occurs).

【0013】「発電量が変化する範囲」のデータだけを
用いて学習すれば、「発電量が変化する範囲」について
は高精度な発電量の予測が期待できる。しかしながら、
ニューラルネットワークは、学習範囲外のデータに対し
てはどのような出力をするか分からない、という欠点が
ある。この為、例えば大雨時であるにも係わらず“発電
量は少ない”と予測する可能性がある。
If learning is performed using only the data in the "range in which the amount of power generation changes", highly accurate prediction of the amount of power generation in the "range in which the amount of power generation changes" can be expected. However,
Neural networks have the disadvantage that they do not know what kind of output will be given to data outside the learning range. Therefore, for example, there is a possibility that “the amount of power generation is small” may be predicted even during heavy rain.

【0014】結局、従来は、自流式ダムに関しても、通
常のダムと同様に、ニューラルネットワーク出力を「流
入量」としていた為、自流式ダムの発電量予測において
重要な「発電量が変化する範囲」(流入量の比較的少な
い部分)の予測精度を向上させるのに限界があった。
After all, as for conventional self-propelled dams, the output of the neural network is used as the "inflow amount" as in the case of normal dams. There was a limit to improving the prediction accuracy of (the part where the inflow is relatively small).

【0015】本発明の課題は、自流式ダムの発電量を高
精度に予測できるニューラルネットワーク、発電量予測
方法を提供することである。
An object of the present invention is to provide a neural network and a power generation amount prediction method capable of highly accurately predicting the power generation amount of a self-propelled dam.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
ニューラルネットワークを用いた自流式ダムの水力発電
量予測方法であって、該ニューラルネットワークの出力
を水力発電量とし、直接的に水力発電量を予測する。
The invention according to claim 1 is
A method for predicting a hydroelectric power generation amount of a self-propelled dam using a neural network, wherein the output of the neural network is used as the hydroelectric power generation amount, and the hydroelectric power generation amount is directly predicted.

【0017】請求項2記載の発明は、自流式ダムの水力
発電量を予測するために用いられるニューラルネットワ
ークであって、出力を水力発電量とし、直接的に水力発
電量を予測する構成とした。
The invention according to claim 2 is a neural network used for predicting the hydroelectric power generation amount of a self-propelled dam, wherein the output is the hydroelectric power generation amount and the hydroelectric power generation amount is directly predicted. .

【0018】自流式ダムの発電所では、通常のダムとは
異なり、下流域の洪水防止の為の貯水機能がもともとな
い為、洪水防止のための流量予測はそもそも不要であ
る。これより、上記請求項1、請求項2の発明では、自
流式ダム用に特化し、一旦流量を予測することなく、直
接的に発電量を予測するようにしたことで、自流式ダム
の発電量を高精度に予測できるようにした。この効果
は、実験により確認されている。
Unlike a normal dam, a power plant of a self-propelled dam does not originally have a water storage function for flood prevention in the downstream region, and therefore a flow rate prediction for flood prevention is unnecessary in the first place. Therefore, according to the inventions of claims 1 and 2, the power generation of the self-propelled dam can be performed by specializing for the self-propelled dam and directly predicting the power generation amount without temporarily predicting the flow rate. The quantity can be predicted with high accuracy. This effect has been confirmed by experiments.

【0019】また、前記ニューラルネットワークへの入
力データは、上流域の降雨量、河川流量、ダムへの流入
量、気温、過去の発電量実績値等を用いればよいが、特
に、例えば請求項3記載の発明のように、これらの差分
データを用いる場合には、より高精度な発電量予測が行
えることが期待できるようになる。
Further, as the input data to the neural network, the rainfall amount in the upstream region, the river flow rate, the inflow amount to the dam, the temperature, the past power generation amount actual value, etc. may be used. When these difference data are used as in the described invention, it can be expected that the power generation amount can be predicted with higher accuracy.

【0020】また、入力データとして気温を用いる場合
には、特に春のシーズンにおいて、「雪解け水」により
流入量増加にも対応した、より高精度な予測を行うこと
が可能となる。
Further, when the temperature is used as the input data, it becomes possible to make a more accurate prediction corresponding to the increase of the inflow amount by "snow melting water" especially in the spring season.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態について説明する。本発明は、自流式ダムに
おける発電量予測精度を向上させる為に、自流式ダムの
発電量予測に特化し、ニューラルネットワークの出力を
“発電量”とし、発電機出力を直接予測するようにした
ことに特徴がある。ニューラルネットワークの入力は、
上流域の降雨量、河川流量、ダムへの流入量、気温、過
去の発電量実績値等であるが、これらの差分データを用
いるほうが、より高精度な予測が可能になる。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In order to improve the accuracy of power generation prediction in a self-propelled dam, the present invention specializes in predicting the power generation of a self-propelled dam, uses the output of a neural network as "power generation", and directly predicts the generator output. It is characterized by this. The input of the neural network is
It is the amount of rainfall in the upstream area, the amount of river flow, the amount of inflow to the dam, the temperature, the past actual amount of power generation, etc. However, it is possible to make more accurate predictions by using these difference data.

【0022】このように、ニューラルネットワークの出
力を発電機出力(発電量)にすることで、学習データと
して過去の洪水時のデータを含むデータを用いても、適
切な予測が可能となる。
In this way, by setting the output of the neural network to the generator output (power generation amount), it is possible to make an appropriate prediction even when using data including past flood data as learning data.

【0023】まず、最初に、本発明により高精度予測が
可能になる原理について説明する。図1に、降雨量、流
入量、発電量の対応関係の一例を示す。上述してあるよ
うに、自流式ダムの水力発電量予測において特に重要な
のは「発電量が変化する範囲」であり、これは図1に示
す例では降雨量11が‘5’〜‘25’の範囲である
(発電量13が‘15’で最大出力(飽和)となるの
で)。自流式ダムの発電量予測においては、この範囲の
予測精度向上が最も重要である。
First, the principle of the present invention that enables highly accurate prediction will be described. FIG. 1 shows an example of the correspondence relationship between the rainfall amount, the inflow amount, and the power generation amount. As described above, what is particularly important in predicting the hydroelectric power generation amount of a self-propelled dam is the “range in which the power generation amount changes”. In the example shown in FIG. 1, the rainfall amount 11 is between “5” and “25”. It is within the range (since the power generation amount 13 is '15', the maximum output (saturation) is reached). In predicting the power generation amount of a self-propelled dam, improving the prediction accuracy in this range is the most important.

【0024】図1の例では、流入量12は、降雨量11
が‘0’〜‘40’の範囲で常に変化しており、特に降
雨量11が‘25’以上になると流入量12の変化量が
大きくなっていく。通常のダム(自流式ダムではないダ
ム)では、洪水予測に重点をおく為、特にこの降雨量1
1が‘25’以上の部分の流入量12の予測が重要であ
った。一方、発電量13は、降雨量11が‘5’〜‘2
5’の範囲では変化しているが、降雨量11が‘25’
以上では飽和する(最大出力‘15’に達する)。
In the example of FIG. 1, the inflow amount 12 is the rainfall amount 11
Always changes in the range of "0" to "40", and especially when the rainfall 11 becomes "25" or more, the amount of change in the inflow 12 increases. For normal dams (dams that are not run-of-river dams), this rainfall amount 1
It was important to predict the inflow rate 12 in the part where 1 is 25 or more. On the other hand, as for the power generation amount 13, the rainfall amount 11 is “5” to “2”.
Although it has changed in the 5'range, the rainfall 11 is '25'
Above, it saturates (the maximum output reaches '15').

【0025】図1の降雨量を入力データとしてニューラ
ルネットワークに学習させると、従来のように出力を
「流入量」としたニューラルネットワークでは、流入量
12が‘0’〜‘85’までの全ての状態を学習する。
このため、発電量予測に直接関係のない範囲、すなわち
流入量12が‘50’〜‘85’の範囲における予測誤
差までも小さくしようとするために、流入量12が‘1
0’〜‘50’の範囲における予測誤差が小さくなると
は限らないし、限界もある。
When the neural network is trained with the rainfall amount shown in FIG. 1 as input data, in the conventional neural network in which the output is the "inflow amount", the inflow amount 12 is all "0" to "85". Learn the state.
Therefore, in order to reduce even the prediction error in the range that is not directly related to the power generation amount prediction, that is, in the range where the inflow amount 12 is '50' to '85', the inflow amount 12 is '1'.
The prediction error in the range of 0'to '50' does not always become small, and there is a limit.

【0026】一方、降雨量11が‘5’〜‘25’の範
囲のデータだけで学習させることで、この範囲の学習誤
差は確実に小さくすることは可能であるが、降雨量11
が‘5’〜‘25’以外(学習範囲外)のデータに対し
ては、どのような出力をするのか保証できない、という
欠点がある。
On the other hand, it is possible to surely reduce the learning error in this range by learning only the data of the rainfall amount 11 in the range of '5' to '25', but the rainfall amount 11
However, there is a drawback in that it is not possible to guarantee what kind of output is performed for data other than "5" to "25" (outside the learning range).

【0027】本例のようにニューラルネットワーク出力
を「発電量」とした場合には、上記と同様に降雨量11
が‘0’〜‘40’の範囲のデータを学習させている
が、(「流入量」とは異なり)「発電量」では、降雨量
11が‘0’〜‘5’の範囲、降雨量11が‘25’〜
‘40’の範囲に対応する発電量データは、飽和状態
(図の例の値は各々‘0’‘15’)となっている。ニ
ューラルネットワークは、飽和領域の学習については、
原理上学習誤差が出づらくなっている為(ニューラルネ
ットワークは、シグモイド関数と呼ばれる飽和関数を、
ニューロンの応答関数に使用している為、飽和状態の学
習は容易である)、降雨量11が‘5’〜‘25’の範
囲を集中して学習することが可能である(学習回数は他
の範囲と同じであっても、学習に対する影響度合いが大
きい)。また、降雨量11が‘5’〜‘25’の範囲以
外のデータに対しても学習しているため、当該範囲外の
データに対しておかしな出力をする可能性は極めて低く
なる。
When the output of the neural network is "power generation amount" as in this example, the rainfall amount 11
Is learning the data in the range of '0' to '40', but (in contrast to the "inflow amount"), the amount of rainfall 11 is in the range of '0' to '5', the rainfall amount. 11 is '25'
The power generation amount data corresponding to the range of “40” is in a saturated state (the values in the example in the figure are “0” 15 ”). Neural networks, for learning saturated regions,
Since learning error is difficult to appear in principle (the neural network uses a saturation function called sigmoid function,
Since it is used for the response function of the neuron, the learning of the saturated state is easy), and it is possible to concentrate the learning in the range of the rainfall amount 11 from '5' to '25' (the learning frequency is different). Even if the range is the same, it has a great effect on learning). Further, since the rainfall 11 has also learned for data outside the range of "5" to "25", the possibility of strange output for data outside the range is extremely low.

【0028】上述した原理が正しいことを実証した、簡
単な実験結果について以下に説明する。この実験では、
以下の(1)、(2)のように、図1に示す降雨量11
を入力データとし、出力を各々「流入量(予測値)」
(従来)、「発電量(予測値)」(本例)とした2つの
ニューラルネットワークについて、以下、実際の実験に
よる学習結果(予測精度)について説明する。 (1) (入力,出力)=(降雨量,流入量) ・・・従来 (2) (入力,出力)=(降雨量,発電量) ・・・本例 学習条件は、(1)、(2)とも、図2に示すように、
学習回数が1万回、入力層/中間層/出力層のユニット
数は各々1個である。簡単な例であるのでニューラルネ
ットワーク構造は特に図示しない。また、教師データ
は、各々、図1に示す流入量12、発電量13のデータ
を用いる。
A simple experimental result demonstrating that the above principle is correct will be described below. In this experiment,
As shown in (1) and (2) below, the rainfall amount 11 shown in FIG.
Is the input data, and the output is the "inflow rate (predicted value)"
The learning result (prediction accuracy) of an actual experiment will be described below for two neural networks (conventional) and "power generation amount (predicted value)" (this example). (1) (Input, output) = (Amount of rainfall, amount of inflow) ... Conventional (2) (Input, output) = (Amount of rainfall, amount of power generation) ... Learning conditions for this example are (1), ( 2), as shown in FIG.
The number of times of learning is 10,000, and the number of units in the input layer / intermediate layer / output layer is one each. The neural network structure is not particularly shown because it is a simple example. As the teacher data, the data of the inflow amount 12 and the power generation amount 13 shown in FIG. 1 are used, respectively.

【0029】図3に、上記2つのニューラルネットワー
クの学習結果(予測結果)を示す。ここでは、「発電量
が変化する部分」(自流式ダムの発電量予測において重
要な部分)、つまり降雨量11が‘5’〜‘25’の範
囲について評価する。この評価は、図3に示す「絶対
値」23、「絶対値」26(各々、「誤差」22、「誤
差」25の絶対値)の各々の平均で判断する。但し、こ
の例では、降雨量11が‘5’に関しては、発電量(実
績値)13が‘0’である為、誤差率の算出ができない
ので、評価対象からはずした。
FIG. 3 shows learning results (prediction results) of the above two neural networks. Here, "a part where the amount of power generation changes" (a part important in predicting the amount of power generation of a self-propelled dam), that is, a range where the rainfall amount 11 is "5" to "25" is evaluated. This evaluation is made by averaging each of the “absolute value” 23 and the “absolute value” 26 (absolute values of “error” 22 and “error” 25) shown in FIG. However, in this example, when the rainfall amount 11 is "5", the error rate cannot be calculated because the power generation amount (actual value) 13 is "0", and therefore it is excluded from the evaluation targets.

【0030】図3に示すように、従来のように流入量の
予測値21をニューラルネットワーク出力とする場合に
は、誤差の「絶対値」23の平均は9.88(%)とな
っている。一方、本例にように発電量の予測値24をニ
ューラルネットワーク出力とする場合には、誤差の「絶
対値」26の平均は4.95(%)である。
As shown in FIG. 3, when the predicted value 21 of the inflow amount is used as the output of the neural network as in the conventional case, the average of the "absolute value" 23 of the error is 9.88 (%). . On the other hand, when the predicted value 24 of the power generation amount is used as the neural network output as in this example, the average of the “absolute value” 26 of the error is 4.95 (%).

【0031】このように、本例によるニューラルネット
ワークを用いた場合の予測誤差は、従来に比べて約半分
となっており、ニューラルネットワークの出力を「発電
量」にするだけで、従来に比べて良好な結果を示すこと
が確認されている。
As described above, the prediction error in the case of using the neural network according to this example is about half that in the conventional case, and the output of the neural network is set to "the amount of power generation". It has been confirmed to show good results.

【0032】尚、誤差は、各々、(予測値−実績値)/
実績値により求める。また、尚、図3では予測流入量と
予測発電量とを比較しているが、上述してある通り、従
来では、予測流入量を水力発電機のQP特性に当てはめ
て発電量を予測しているので、当然、予測流入量の誤差
は発電量の予測誤差に直結する。
The error is (predicted value-actual value) /
Calculate based on actual values. Although the predicted inflow amount and the predicted power generation amount are compared in FIG. 3, as described above, conventionally, the predicted inflow amount is applied to the QP characteristics of the hydropower generator to predict the power generation amount. Therefore, of course, the error of the predicted inflow is directly linked to the error of the predicted power generation.

【0033】上述したように、本例によれば、ニューラ
ルネットワークの出力を「発電量」にするだけで、予測
精度を大幅に向上させることができた。また、従来の水
力発電量の予測方法は、まずダムへの流入量を予測し、
次にこの予測流入量を予測発電量に換算していた。つま
り、2段階の処理が必要であった。本例のニューラルネ
ットワークでは、直接的に発電量を予測するので、処理
が簡素化され、処理時間が短縮できる。
As described above, according to this example, the prediction accuracy could be greatly improved by simply setting the output of the neural network to "the amount of power generation". In addition, the conventional method for predicting the amount of hydroelectric power generation is to first predict the inflow to the dam,
Next, this predicted inflow was converted into predicted power generation. That is, two-step processing was required. In the neural network of this example, since the power generation amount is directly predicted, the processing is simplified and the processing time can be shortened.

【0034】以下、本例によるニューラルネットワーク
構造の例を幾つか示しながら、実際の実験結果により、
予測精度が向上したことが確認されていることを示す。
まず、以下、図4、図5を参照して、本例によるニュー
ラルネットワークを用いて実際に発電量予測を行った例
(その1)について説明する。
Below, while showing some examples of the neural network structure according to this example, the actual experimental results show that
It is confirmed that the prediction accuracy is improved.
First, with reference to FIGS. 4 and 5, an example (part 1) in which the power generation amount is actually predicted using the neural network according to the present example will be described.

【0035】まず、図4(a)には、本例によるニュー
ラルネットワークの入力データ/出力データを示す。図
示の通り、入力データとしては、過去数時間分の降雨量
の差分データと発電機出力(実績値)の差分データとを
用いる。また、出力データは、1時間先〜3時間先まで
の発電機出力(予測値)差分である。尚、“発電機出
力”は“発電量”と同じ意味である。
First, FIG. 4A shows input data / output data of the neural network according to this example. As shown in the figure, as input data, difference data of rainfall amounts for the past several hours and difference data of generator output (actual value) are used. The output data is the generator output (predicted value) difference from 1 hour ahead to 3 hours ahead. Note that "generator output" has the same meaning as "power generation amount".

【0036】尚、この例では、入力データとして差分デ
ータ(降雨量差分、発電機出力(実績値)差分)を用い
ているが、これに限るわけではない。過去数時間分の降
雨量と発電機出力(実績値)とを用いるようにしてもよ
い。この場合は、当然、出力データは、1時間先〜3時
間先までの発電機出力(予測値)となる。但し、差分デ
ータを用いたほうが、より高精度や発電量予測が行える
ようになることが期待できる。入力データとして差分デ
ータを用いる手法は、既に、本出願人が例えば特開平1
0−260718号公報「ダムにおける水量予測方法」
等で提案済みである。
In this example, difference data (rainfall difference, generator output (actual value) difference) is used as input data, but the present invention is not limited to this. The rainfall amount and the generator output (actual value) for the past several hours may be used. In this case, naturally, the output data is the generator output (predicted value) from 1 hour to 3 hours. However, it can be expected that the use of the difference data will make it possible to predict the power generation amount with higher accuracy. The method of using difference data as input data has already been disclosed by the present applicant, for example, in Japanese Patent Laid-Open No.
0-260718 Publication "Water amount prediction method in dam"
Have already been proposed.

【0037】また、図4(b)には学習条件を示す。こ
の例では、学習回数は10万回とし、入力層のユニット
数は22個、中間層のユニット数は1個、出力層のユニ
ット数は3個である。
Learning conditions are shown in FIG. 4 (b). In this example, the number of times of learning is 100,000, the number of units in the input layer is 22, the number of units in the intermediate layer is 1, and the number of units in the output layer is 3.

【0038】尚、学習方法は、本例では、本出願の出願
人が以前に提案している特願2000−71001「ニ
ューラルネットワークの最適化学習方法」に記載の学習
方法を採用しているが、これに限るわけではない。尚、
この学習方法には、中間層の素子数を少なくする働きが
あり、それ故、学習中に中間層の素子数が減らされてい
き、学習終了時には図4(b)に示すように中間層素子
数は1個になっているが、これは一例に過ぎない。
As the learning method, in this example, the learning method described in Japanese Patent Application No. 2000-71001 “Neural network optimization learning method” previously proposed by the applicant of the present application is adopted. , But not limited to this. still,
This learning method has a function of reducing the number of elements in the intermediate layer. Therefore, the number of elements in the intermediate layer is reduced during learning, and at the end of learning, as shown in FIG. The number is one, but this is only an example.

【0039】図4(c)には、上記条件によるニューラ
ルネットワークの一例を示す。この例では、入力層の2
2個のユニットの中で、19個は降雨量差分データ入力
用とし、3個は発電機出力(実績値)差分データ入力用
とする。勿論、これは、一例に過ぎない。降雨量差分デ
ータは、現在時刻の降雨量を基準として、過去の1時間
(1h)前、2h前、・・・19h前の各々の時刻の降
雨量との差分値を用いる。発電機出力(実績値)差分デ
ータについても同様であり、現在時刻の発電機出力(実
績値)を基準として、過去の1時間(1h)前、2h
前、3h前の各々の時刻の発電機出力(実績値)との差
分値を用いる。出力層の3個のユニットは、各々、1時
間(1h)先/2h先/3h先の発電機出力(予測値)
差分値を出力する。これも、現在時刻の発電機出力(実
績値)と、1時間(1h)先/2h先/3h先の発電機
出力(予測値)との差分値が出力される。
FIG. 4C shows an example of the neural network under the above conditions. In this example, the input layer 2
Of the two units, 19 units are for inputting rainfall difference data, and 3 units are for inputting generator output (actual value) difference data. Of course, this is just one example. As the rainfall amount difference data, a difference value with the rainfall amount at each time point in the past 1 hour (1 h), 2 h ago, ... 19 h ago is used based on the rainfall amount at the current time. The same applies to the generator output (actual value) difference data, which is based on the generator output (actual value) at the current time, one hour before (1h) in the past, and 2h.
The difference value with the generator output (actual value) at each time before and 3 hours before is used. Each of the three units in the output layer has a generator output (predicted value) one hour ahead (1h) / 2h ahead / 3h ahead
Output the difference value. Also in this case, the difference value between the generator output (actual value) at the current time and the generator output (predicted value) 1 hour (1h) ahead / 2h ahead / 3h ahead is output.

【0040】上記ニューラルネットワークを用いて発電
機出力(予測値)差分を出力させた値と、実際の1h先
/2h先/3h先の発電機出力との誤差の絶対値を求
め、その平均値を求めた結果を、図5(a)に示す。図
示の通り、誤差の絶対値の平均値(ここでは、絶対値平
均誤差と呼ぶ)は、1時間先予測〜3時間先予測まで何
れも良好な結果が得られ、特に1時間先予測では1%未
満であり、非常に良好な結果が得られた。
The absolute value of the difference between the value obtained by outputting the generator output (predicted value) difference using the above neural network and the actual generator output 1h ahead / 2h ahead / 3h ahead is calculated, and the average value thereof is calculated. The result obtained is shown in FIG. As shown in the figure, the average value of the absolute values of the errors (herein referred to as the absolute value average error) gives good results from 1 hour ahead prediction to 3 hours ahead prediction, and particularly 1 hour ahead prediction %, Which is a very good result.

【0041】また、図5(b)には、781時間程度の
長期間に渡って随時1時間先の発電量予測を行い続けた
結果と、実際の各々の1時間後の発電量とをグラフにし
て示す。
FIG. 5 (b) is a graph showing the result of continuing to predict the amount of power generation one hour ahead of time for a long period of about 781 hours, and the actual amount of power generation after one hour. I will show you.

【0042】図示の通り、両者はほとんど重なり合って
おり、これを見ても誤差が判別できないほど良好な結果
である。次に、以下、図6、図7を参照して、本例によ
るニューラルネットワークを用いて実際に発電量予測を
行った例(その2)について説明する。
As shown in the figure, the two are almost overlapped with each other, and the result is so good that the error cannot be discriminated by looking at this. Next, with reference to FIGS. 6 and 7, an example (part 2) in which the power generation amount is actually predicted using the neural network according to the present example will be described.

【0043】この例では、入力データとしては、過去数
時間分の降雨量の差分データと発電機出力(実績値)の
差分データに加えて、気温の差分データを用いる。ここ
で、気温を入力因子として採用することの意味について
説明する。
In this example, as the input data, in addition to the difference data of the rainfall amount for the past several hours and the difference data of the generator output (actual value), the difference data of the temperature is used. Here, the meaning of adopting the temperature as an input factor will be described.

【0044】入力データとして気温を用いるのは、
“春”に予測を行う場合に特に有効である。つまり、自
流式ダムの上流域に雪が積もっている場合、気温が上昇
するにつれて、所謂「雪解け水」により、流入量が増加
する傾向がある。よって、気温を入力因子の1つとする
ことで、「雪解け水」により流入量増加にも対応した、
より高精度な予測を行うことが可能となる。
The temperature used as input data is
This is especially effective when making predictions in "spring." That is, when snow is accumulated in the upstream region of the self-propelled dam, the inflow amount tends to increase due to so-called “melting water” as the temperature rises. Therefore, by using the temperature as one of the input factors, we were able to respond to the increase in inflow by "snow melting water".
It is possible to make a more accurate prediction.

【0045】なお、入力データとしては、上述したもの
以外にも、上流域の降雨量、河川流量等(更に、その差
分データ)を用いるようにしてもよい。図6に、本例に
よるニューラルネットワーク構造の一例を示す。
In addition to the above-mentioned data, the amount of rainfall in the upstream region, the flow rate of the river, etc. (and the difference data thereof) may be used as the input data. FIG. 6 shows an example of the neural network structure according to this example.

【0046】図示の例では、入力層のユニット数は22
個であり、各ユニットには、1h前、2h前、・・・、
10h前の降雨量差分データ、1h前、2h前、・・
・、6h前の発電機出力(実績値)差分データ、1h
前、2h前、・・・、6h前の気温差分データが入力さ
れる。中間層のユニット数は、上記と同様に、学習途中
でユニット数が削減されていった結果、1個になってい
る。出力層のユニット数は、この例では1個とし、1時
間先の発電機出力(予測値)差分値を出力する。
In the illustrated example, the number of units in the input layer is 22.
1h before, 2h before ...
Rainfall difference data before 10h, before 1h, before 2h, ...
., 6h before generator output (actual value) difference data, 1h
The temperature difference data before 2h, ..., 6h before is input. Similar to the above, the number of units in the intermediate layer is one as a result of the reduction in the number of units during learning. In this example, the number of units in the output layer is one, and the generator output (predicted value) difference value one hour ahead is output.

【0047】このニューラルネットワークを用いて実際
に予測を行った結果、図7(a)に示すように、1時間
先予測については絶対値平均誤差が0.85%となって
おり、非常に良好な結果が得られている。
As a result of actual prediction using this neural network, as shown in FIG. 7A, the one-hour ahead prediction has an absolute value average error of 0.85%, which is very good. Good results have been obtained.

【0048】また、図7(b)には、313時間程度の
期間中、随時1時間先の発電量予測を行った結果と、実
際の各々の1時間後の発電量と、気温との関係をグラフ
にして示す。図示の例では、60時間付近と280時間
付近において、発電量が若干増加している。この60時
間付近と280時間付近の気温を参照すると、比較的長
い時間高い気温が続いていることが確認でき、気温が発
電量に若干影響を与えることが分かる。但し、同図には
12月に予測を行った例を示しており、上記の通り、気
温の影響が最も大きいのは“春”であるので、“春”に
予測を行えば、気温が発電量に与える影響がより大きく
なることは確実である。
FIG. 7 (b) shows the relationship between the result of the prediction of the amount of power generation one hour ahead of time during the period of about 313 hours, the actual amount of power generation after one hour, and the temperature. Is shown as a graph. In the illustrated example, the power generation amount slightly increases near 60 hours and around 280 hours. By referring to the temperatures around 60 hours and around 280 hours, it can be confirmed that the high temperature continues for a relatively long time, and it can be seen that the temperature slightly affects the power generation amount. However, the same figure shows an example of forecasting in December. As mentioned above, "spring" has the greatest effect of temperature. It is certain that the impact on quantity will be greater.

【0049】図8は、上述したニューラルネットワーク
を用いた、自流式ダムの発電量予測手法の実現形態の一
例である情報処理装置のハードウェア構成図である。
尚、この情報処理装置は、例えば、系統制御所、給電指
令所、ダム管理所、水力発電所等に設置される。また、
この情報処理装置は、例えば後述するネットワーク接続
装置36等により、何等かの通信線を介して、上流域に
設置される降雨計、上流河川の流量を計測する流量計、
ダムへの流入量を計測する流量計、気温を測定する温度
計、発電機等からデータを取得できる構成となってい
る。
FIG. 8 is a hardware configuration diagram of an information processing apparatus which is an example of an implementation mode of a method for predicting the power generation amount of a self-propelled dam using the above-mentioned neural network.
It should be noted that this information processing apparatus is installed, for example, in a system control station, a power supply command station, a dam management station, a hydroelectric power station, or the like. Also,
This information processing apparatus is, for example, a network connection device 36, which will be described later, through some communication line, a rain gauge installed in the upstream region, a flow meter for measuring the flow rate of the upstream river,
It is configured so that data can be acquired from a flow meter that measures the flow rate into the dam, a thermometer that measures the temperature, and a generator.

【0050】同図に示す情報処理装置30は、CPU3
1、記憶装置32、入力装置33、出力装置34、媒体
駆動装置35、ネットワーク接続装置36等を有し、こ
れらがバス37に接続された構成となっている。同図に
示す構成は一例であり、これに限るものではない。
The information processing apparatus 30 shown in FIG.
1, a storage device 32, an input device 33, an output device 34, a medium drive device 35, a network connection device 36, etc., and these are connected to a bus 37. The configuration shown in the figure is an example, and the present invention is not limited to this.

【0051】CPU31は、当該情報処理装置30全体
を制御する中央処理装置であり、後述する記憶装置32
等に格納されるデータ/プログラムに基づいて各種処理
を実行する。
The CPU 31 is a central processing unit that controls the entire information processing apparatus 30, and a storage device 32 described later.
Various processes are executed based on the data / program stored in the etc.

【0052】記憶装置32は、例えばHDDや、ROM
/RAM/フラッシュメモリ等のメモリであり、ニュー
ラルネットワークのデータベース構造(入力層/中間層
/出力層素子の数、重みの大きさ、入力データ、出力デ
ータ等)が格納される。また、各種処理をCPU31で
実行させるプログラムを格納している。
The storage device 32 is, for example, an HDD or a ROM.
/ RAM / memory such as flash memory, which stores a database structure of the neural network (number of input layer / intermediate layer / output layer elements, weight size, input data, output data, etc.). It also stores a program that causes the CPU 31 to execute various processes.

【0053】入力装置33は、例えば、キーボード、マ
ウス等である。出力装置34は、ディスプレイ等であ
り、上述したニューラルネットワークの演算結果等を表
示する。
The input device 33 is, for example, a keyboard, a mouse or the like. The output device 34 is a display or the like, and displays the calculation result of the neural network described above and the like.

【0054】媒体駆動装置35は、可搬記憶媒体38に
記憶されているプログラム/データ等を読み出す。可搬
記憶媒体38は、例えば、FD(フロッピーディスク)
38a、CD−ROM38b、その他、DVD、光磁気
ディスク等である。上記記憶装置32に格納されるプロ
グラム/データは、可搬記憶媒体38に記憶されている
ものであってもよい。すなわち、上述した各種処理は、
この可搬記憶媒体38に記憶されているプログラム/デ
ータ等を、媒体駆動装置35を介して情報処理装置30
側にロードして実行するものであってもよい。
The medium driving device 35 reads out programs / data and the like stored in the portable storage medium 38. The portable storage medium 38 is, for example, an FD (floppy disk).
38a, CD-ROM 38b, DVD, magneto-optical disk and the like. The program / data stored in the storage device 32 may be stored in the portable storage medium 38. That is, the various processes described above are
The programs / data and the like stored in the portable storage medium 38 are processed by the information processing device 30 via the medium driving device 35.
It may be loaded on the side and executed.

【0055】また、ネットワーク接続装置36は、イン
ターネット等のネットワーク(不図示)に接続して、外
部の情報処理装置等とプログラム/データ等の送受信を
可能にする構成としてもよい。上記プログラム/データ
は、ネットワーク接続装置36により接続しているネッ
トワークを介して、外部の情報提供者側の装置の記憶装
置に記憶されているプログラム/データをダウンロード
するものであってもよい。
Further, the network connection device 36 may be configured to connect to a network (not shown) such as the Internet to enable transmission / reception of programs / data etc. to / from an external information processing device etc. The program / data may be one that downloads the program / data stored in the storage device of the device on the external information provider side via the network connected by the network connection device 36.

【0056】本発明は、上記プログラム/データを格納
した記憶媒体(可搬記憶媒体38等)自体として構成す
ることもできるし、プログラム自体として構成すること
もできる。
The present invention can be configured as a storage medium (portable storage medium 38 or the like) storing the above program / data itself, or as a program itself.

【0057】[0057]

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
ニューラルネットワーク、これを用いた予測手法によれ
ば、自流式ダム用に特化し、ニューラルネットワーク出
力を「発電量」とすることで、予測精度が高く且つ開発
費が安くて済む。
As described above in detail, according to the neural network of the present invention and the prediction method using the neural network, the neural network output is made to be "power generation amount" by specializing for the self-current dam. , High prediction accuracy and low development cost.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】降雨量、流入量、発電量の対応関係の一例を示
FIG. 1 shows an example of the correspondence between rainfall, inflow, and power generation.

【図2】単純な例における学習条件を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing learning conditions in a simple example.

【図3】従来と本例のニューラルネットワークによる学
習結果を比較して示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing comparison of learning results by a neural network of a conventional example and a neural network of the present example.

【図4】(a)〜(c)は、本例によるニューラルネッ
トワークを用いて実際に発電量予測を行った例(その
1)について説明する為の図である。
4A to 4C are diagrams for explaining an example (part 1) in which the power generation amount is actually predicted using the neural network according to the present example.

【図5】(a)、(b)は、予測結果を示す図である。5A and 5B are diagrams showing prediction results.

【図6】本例によるニューラルネットワークを用いて実
際に発電量予測を行った例(その2)について説明する
為の図である。
FIG. 6 is a diagram for explaining an example (part 2) in which the power generation amount is actually predicted using the neural network according to the present example.

【図7】(a)、(b)は、予測結果を示す図である。7A and 7B are diagrams showing prediction results.

【図8】本例のニューラルネットワークを用いた、自流
式ダムの発電量予測手法の一実現形態である情報処理装
置のハードウェア構成図である。
FIG. 8 is a hardware configuration diagram of an information processing apparatus, which is one embodiment of a method for predicting the power generation amount of a self-propelled dam using the neural network of the present example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 降雨量 12 流入量 13 発電量 21 流入量(予測値) 22 誤差 23 (誤差の)絶対値 24 発電量(予測値) 25 誤差 26 (誤差の)絶対値 30 情報処理装置 31 CPU 32 記憶装置 33 入力装置 34 出力装置 35 媒体駆動装置 36 ネットワーク接続装置 37 バス 38 可搬記憶媒体 38a FD(フロッピーディスク) 38b CD−ROM 11 rainfall 12 Inflow 13 Power generation 21 Inflow (predicted value) 22 Error 23 Absolute value (of error) 24 Electricity generation (predicted value) 25 error 26 Absolute value (of error) 30 Information processing equipment 31 CPU 32 storage 33 Input device 34 Output device 35 medium drive 36 Network connection device 37 bus 38 Portable storage medium 38a FD (floppy disk) 38b CD-ROM

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ニューラルネットワークを用いた自流式
ダムの水力発電量予測方法であって、 該ニューラルネットワークの出力を水力発電量とし、直
接的に水力発電量を予測することを特徴とする自流式ダ
ムの水力発電量予測方法。
1. A method for predicting hydroelectric power generation of a self-propelled dam using a neural network, wherein the output of the neural network is used as the hydroelectric power generation amount, and the hydroelectric power generation amount is directly predicted. Method for predicting hydroelectric power generation of dams.
【請求項2】 自流式ダムの水力発電量を予測するため
に用いられるニューラルネットワークであって、 出力を水力発電量とし、直接的に水力発電量を予測する
構成としたことを特徴とするニューラルネットワーク。
2. A neural network used for predicting the hydroelectric power generation amount of a self-propelled dam, characterized in that the output is the hydroelectric power generation amount and the hydroelectric power generation amount is directly predicted. network.
【請求項3】 前記ニューラルネットワークへの入力デ
ータは、上流域の降雨量、河川流量、ダムへの流入量、
気温、過去の発電量実績値の少なくとも何れか1つ以上
の差分データであることを特徴とする請求項2記載のニ
ューラルネットワーク。
3. The input data to the neural network includes rainfall in the upstream area, river flow rate, inflow rate to the dam,
The neural network according to claim 2, wherein the differential data is at least one of the temperature and the past power generation amount actual value.
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