JP2011053970A - System and method for supporting water storage facility operation and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貯水施設運用支援システム、貯水施設運用支援方法およびプログラムに関する。 The present invention relates to a water storage facility operation support system, a water storage facility operation support method, and a program.
水力発電を効率的に行うために、コンピュータによる運用支援システムが用いられている。例えば、特許文献1では、1日の放水水量に基づいて自動計算した発電機運転計画及び水位計画や、過去の発電機運転計画及び水位計画の実績データなどを表示し、必要に応じて修正を受け付けて発電運用計画を作成している。
In order to efficiently perform hydropower generation, a computer-based operation support system is used. For example, in
しかしながら、特許文献1に記載の装置では、貯水池における1日の放水水量や実績に応じて水位を計画しているものの、無効放流量については何ら着目していない。
本発明は、このような背景を鑑みてなされたものであり、無効放流を減らすことができるように貯水施設の運用を支援するシステム、方法及びプログラムを提供することを目的とする。
However, in the apparatus described in
The present invention has been made in view of such a background, and an object thereof is to provide a system, a method, and a program for supporting the operation of a water storage facility so that invalid discharge can be reduced.
上記課題を解決するための本発明のうち主たる発明は、水力発電のための貯水施設の運用を支援するシステムであって、所定の運用期間を構成する単位期間における前記貯水施設への流入量および前記単位期間の開始時点における水位に対応付けて、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位として最適なものを記憶する最適水位記憶部と、前記運用期間に含まれる各前記単位期間について、前記流入量の予測値を取得する予測流入量取得部と、前記運用期間の最初の前記単位期間の開始時点における水位の入力を受け付ける開始水位入力部と、前記各単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位に対応する前記最適な水位である計画水位を前記最適水位記憶部から取得する計画水位取得部と、前記各単位期間についての前記計画水位を記憶する計画水位記憶部と、前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間における前記流入量および前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位に基づいて、前記水力発電のために用いられずに放流される無効放流量を算出するためのモデルを記憶するモデル記憶部と、前記運用期間の最後の前記単位期間から、前記運用期間の最初の前記単位期間までの各前記単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位、前記単位期間についての前記流入量の予測値、および前記読みだした最適水位を前記モデルに適用して求められる前記無効放流量が所定の閾値を下回るように前記計画水位を減算する最適水位調整部と、を備えることとする。 A main invention of the present invention for solving the above problems is a system for supporting the operation of a water storage facility for hydroelectric power generation, wherein the inflow amount to the water storage facility in a unit period constituting a predetermined operation period and In association with the water level at the start time of the unit period, an optimum water level storage unit that stores the optimum water level at the start time of the next unit period of the unit period, and each unit period included in the operation period A predicted inflow amount acquiring unit that acquires a predicted value of the inflow amount, a start water level input unit that receives an input of a water level at the start time of the first unit period of the operation period, and for each unit period, the unit period A plan water level acquisition unit that acquires the optimal water level corresponding to the water level at the start of the water level from the optimal water level storage unit, and each unit period. Based on the planned water level storage unit for storing the planned water level, the water level of the water storage facility at the start of the unit period, the inflow in the unit period, and the water level at the start of the unit period next to the unit period A model storage unit for storing a model for calculating an ineffective flow rate that is discharged without being used for the hydropower generation, and from the last unit period of the operation period, the first unit of the operation period For each unit period up to a period, the water level at the start of the unit period, the predicted value of the inflow amount for the unit period, and the ineffective discharge flow rate obtained by applying the read optimum water level to the model And an optimum water level adjustment unit that subtracts the planned water level so that the value falls below a predetermined threshold.
本発明の貯水施設運用支援システムによれば、最適化された貯水施設の計画水位を、無効放流量が少なくなるように調節することができる。無効放流量が多くなると貯水施設より下流の地域に増水等が発生するおそれがあるため、無効放流量が少なくなるように計画水位を調節することにより、貯水施設より下流の地域における安全を確保し、河川などの保安業務の負荷を軽減することができる。 According to the water storage facility operation support system of the present invention, it is possible to adjust the planned water level of the optimized water storage facility so that the ineffective flow rate is reduced. As the amount of ineffective discharge increases, water may increase in the area downstream of the water storage facility. , Can reduce the burden of security operations such as rivers.
また、本発明の貯水施設運用支援システムでは、前記最適水位調整部は、前記最後の単位期間から前記最初の単位期間までの各前記単位期間について、前記無効放流量が前記閾値を下回るまで、前記単位期間の開始時点における水位を所定の単位量ずつ減算して前記無効放流量を算出するようにしてもよい。 Further, in the water storage facility operation support system of the present invention, the optimum water level adjustment unit, for each of the unit periods from the last unit period to the first unit period, until the invalid discharge flow is below the threshold, The invalid discharge rate may be calculated by subtracting the water level at the start of the unit period by a predetermined unit amount.
貯水施設運用支援システムは、前記貯水施設において水力発電に利用する水量である取水量の最大値である最大取水量、前記取水量の最小値である最小取水量および維持流量を含む、前記貯水施設の諸元を記憶する諸元記憶部を備え、前記モデル記憶部に記憶されているモデルは、水位をH、貯水量をV、前記貯水施設において貯水量を水位に変換するための定数をa、時点tから時点t+1までの間に増加する貯水量の差である貯水量差をΔVt、前記維持流量をS0、流入量をR、前記取水量をQ、前記最小取水量をQmin、前記最大取水量をQmax、前記無効放流量をSとして、式
および
により表されることとしてもよい。
The water storage facility operation support system includes the maximum water intake amount that is the maximum amount of water intake that is the amount of water used for hydropower generation in the water storage facility, the minimum water intake amount that is the minimum value of the water intake amount, and the maintenance flow rate. The model stored in the model storage unit has a constant for converting the water level to H, the water storage amount to V, and the storage facility to convert the water storage amount to a water level. , ΔV t , the maintenance flow rate is
and
It is good also as being represented by.
また、本発明の貯水施設運用支援システムでは、前記モデル記憶部は、前記無効放流量を算出するためのモデルである第1のモデルに加えて、前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位、前記単位期間における前記流入量に基づいて、前記水力発電により前記単位期間に発電される電力量を算出するための第2のモデルを記憶しており、前記各単位期間における前記貯水施設への流入量の発生確率の分布を求めるための確率分布を取得する確率分布取得部と、前記運用期間における単位期間m(m=1,...,n)のそれぞれについて、単位期間mの開始時点における水位をHm、単位期間における流入量をRmとし、HmおよびHm+1を変化させ、変化させたHmおよびHm+1の各組合せにつき、Rmを変化させ、Hm、Hm+1、Rmを前記モデルに適用して前記電力量を算出し、前記確率分布から求められるRmの発生確率を前記電力量に乗じた値を算出していき、各Rmについて算出した前記発生確率を前記電力量に乗じた値を合計して、HmおよびHm+1に応じた前記電力量の期待値E(Hm,Hm+1)を算出し、単位期間m(m=1,...,n)のそれぞれについて、Hmを変化させ、変化させた各Hmにつき、Hi(i=m,...,n)の組合せのうち、全てのiについてのE(Hi,Hi+1)の合計が最大となるものに含まれるHm+1を、前記Hmに対応する前記最適水位として決定し、m、Hm、および前記決定した最適水位を対応付けて前記最適水位記憶部に登録する最適水位決定部と、を備えることとしてもよい。 Further, in the water storage facility operation support system of the present invention, the model storage unit includes a water level of the water storage facility at the start time of the unit period in addition to the first model that is a model for calculating the invalid discharge flow rate. Storing a second model for calculating the amount of electric power generated in the unit period by the hydroelectric generation based on the water level at the start of the unit period next to the unit period and the inflow amount in the unit period A probability distribution obtaining unit for obtaining a probability distribution for obtaining a distribution of the probability of occurrence of inflow into the water storage facility in each unit period, and a unit period m (m = 1,...) In the operation period. , N), the water level at the start of the unit period m is Hm, the inflow in the unit period is Rm, Hm and Hm + 1 are changed, and the changed Hm and For each combination of Hm + 1, Rm is changed, Hm, Hm + 1, Rm are applied to the model to calculate the amount of power, and a value obtained by multiplying the amount of power by the occurrence probability of Rm obtained from the probability distribution is calculated. Then, the value obtained by multiplying the electric energy by the occurrence probability calculated for each Rm is totaled to calculate an expected value E (Hm, Hm + 1) of the electric energy according to Hm and Hm + 1, and a unit period m For each of (m = 1,..., N), Hm is changed, and for each changed Hm, E for all i of the combinations of Hi (i = m,..., N). Hm + 1 included in the maximum sum of (Hi, Hi + 1) is determined as the optimum water level corresponding to the Hm, and m, Hm, and the determined optimum water level are associated with each other in the optimum water level storage unit. Optimal to register A position determination unit may further include a.
また、本発明の他の態様は、水力発電のための貯水施設の運用を支援する方法であって、コンピュータが、所定の運用期間を構成する単位期間における前記貯水施設への流入量および前記単位期間の開始時点における水位に対応付けて、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位として最適なものをメモリに記憶し、前記運用期間に含まれる各前記単位期間について、前記流入量の予測値を取得し、前記運用期間の最初の前記単位期間の開始時点における水位の入力を受け付け、前記各単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位に対応する前記最適な水位である計画水位を前記メモリから取得し、前記各単位期間についての前記計画水位を前記メモリに記憶し、前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間における前記流入量および前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位に基づいて、前記水力発電のために用いられずに放流される無効放流量を算出するためのモデルを前記メモリに記憶し、前記運用期間の最後の前記単位期間から、前記運用期間の最初の前記単位期間までの各前記単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位、前記単位期間についての前記流入量の予測値、および前記読みだした最適水位を前記モデルに適用して求められる前記無効放流量が所定の閾値を下回るように前記計画水位を減算することとする。 Another aspect of the present invention is a method for supporting the operation of a water storage facility for hydroelectric power generation, wherein a computer has an inflow amount to the water storage facility and a unit during a unit period constituting a predetermined operation period. In association with the water level at the start time of the period, the optimum water level at the start time of the next unit period of the unit period is stored in the memory, and the inflow amount of each unit period included in the operation period is stored. Obtaining a predicted value, receiving an input of a water level at the start of the first unit period of the operation period, and for each unit period, a plan water level that is the optimum water level corresponding to the water level at the start of the unit period From the memory, storing the planned water level for each unit period in the memory, and the water level of the water storage facility at the start of the unit period Based on the inflow amount in the unit period and the water level at the start of the unit period next to the unit period, a model for calculating an ineffective discharge flow discharged without being used for the hydroelectric power generation is used in the memory. For each unit period from the last unit period of the operation period to the first unit period of the operation period, the water level at the start of the unit period, the inflow amount for the unit period It is assumed that the planned water level is subtracted so that the predicted discharge amount and the read optimum water level are applied to the model so that the invalid discharge flow rate is lower than a predetermined threshold value.
また、本発明の他の態様は、水力発電のための貯水施設の運用を支援するためのプログラムであって、コンピュータに、所定の運用期間を構成する単位期間における前記貯水施設への流入量および前記単位期間の開始時点における水位に対応付けて、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位として最適なものをメモリに記憶するステップと、前記運用期間に含まれる各前記単位期間について、前記流入量の予測値を取得するステップと、前記運用期間の最初の前記単位期間の開始時点における水位の入力を受け付けるステップと、前記各単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位に対応する前記最適な水位である計画水位を前記メモリから取得するステップと、前記各単位期間についての前記計画水位を前記メモリに記憶するステップと、前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間における前記流入量および前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位に基づいて、前記水力発電のために用いられずに放流される無効放流量を算出するためのモデルを前記メモリに記憶するステップと、前記運用期間の最後の前記単位期間から、前記運用期間の最初の前記単位期間までの各前記単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位、前記単位期間についての前記流入量の予測値、および前記読みだした最適水位を前記モデルに適用して求められる前記無効放流量が所定の閾値を下回るように前記計画水位を減算するステップと、を実行させることとする。 Another aspect of the present invention is a program for supporting the operation of a water storage facility for hydroelectric power generation, wherein the computer has an inflow amount to the water storage facility in a unit period constituting a predetermined operation period, and Corresponding to the water level at the start time of the unit period, storing the optimum water level as the water level at the start time of the next unit period in the memory, and for each unit period included in the operation period, A step of obtaining a predicted value of the inflow amount, a step of receiving an input of a water level at a start time of the first unit period of the operation period, and for each unit period, corresponding to a water level at a start time of the unit period. Obtaining a plan water level, which is the optimum water level, from the memory; and the plan water level for each unit period in the memo For the hydroelectric power generation based on the water level of the water storage facility at the start time of the unit period, the inflow amount in the unit period, and the water level at the start time of the next unit period of the unit period. Storing in the memory a model for calculating an ineffective flow rate that is discharged without being used, and each unit from the last unit period of the operation period to the first unit period of the operation period For the period, the water level at the start of the unit period, the predicted value of the inflow for the unit period, and the reactive discharge obtained by applying the read optimum water level to the model is below a predetermined threshold. Thus, the step of subtracting the planned water level is executed.
その他本願が開示する課題やその解決方法については、発明の実施形態の欄および図面により明らかにされる。 Other problems and solutions to be disclosed by the present application will be made clear by the embodiments of the present invention and the drawings.
本発明によれば、無効放流を減らすことができる。 According to the present invention, ineffective discharge can be reduced.
==システム構成==
以下、本発明の一実施形態に係る貯水施設の運用支援システム30について説明する。本実施形態の運用支援システム30は、ダムなどの貯水施設における水位を適切に運用するための支援を行う。 本実施形態の運用支援システム30では、発電電力量の期待値を最大化する水位を最適な水位としてデータベースに記憶しておき、運用時に、発電に用いられない放流(無効放流)を最小化するように水位計画の調整を行うようにしている。具体的には、運用支援システム30は、長期の運用計画の対象となる期間(以下、長期運用期間という。本実施形態では1年とする。)における発電電力量が最大となるように、中期の運用計画の対象となる期間(以下、中期運用期間という。本実施形態では、1ヶ月とする。)ごとの最適な水位についてのシミュレーションを行い、その後、中期運用期間における最適な水位を求める。なお、以下の説明において、貯水施設における水位は、所定の単位量(例えば、1メートルや5メートルなどである。以下、単位水位という。)ごとの離散値であるものとする。長期運用期間における発電電力量が最大となるような中期運用期間での水位は、確率論的動的計画法(Stochastic Dynamic Programming; SDP)により求める。
== System configuration ==
Hereinafter, a water storage facility
図1は、運用支援システム30のハードウェア構成を示す図である。同図に示すように、運用計画システム30は、CPU301、メモリ302、記憶装置303、通信インタフェース304、入力装置305、および出力装置306を備えている。記憶装置303は、各種のデータやプログラムを記憶する、例えば、ハードディスクドライブやフラッシュメモリ、CD−ROMドライブなどである。CPU301は、記憶装置303に記憶されているプログラムをメモリ302に読み出して実行することにより各種の機能を実現する。通信インタフェース304は、通信ネットワークに接続するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)に接続するためのアダプタや、公衆電話回線網に接続するためのモデム、無線通信を行うための通信器などである。入力装置305は、データの入力を受け付ける、例えば、キーボードやマウス、タッチパネル、マイクロフォンなどである。出力装置306は、データを出力する、例えば、ディスプレイやプリンタ、スピーカなどである。
FIG. 1 is a diagram illustrating a hardware configuration of the
図2は、運用計画システム30のソフトウェア構成を示す図である。同図に示すように、運用計画システム30は、諸元入力部311、流入量分布取得部312、中期計画部313、予測流入量取得部315、無効放流調整部317、諸元記憶部331、モデル記憶部332、最適水位データベース333、計画水位データベース334を備えている。なお、諸元入力部311、流入量分布取得部312、中期計画部313、予測流入量取得部315、および無効放流調整部317は、運用計画システム30が備えるCPU201が、記憶装置303に記憶されているプログラムをメモリ302に読み出して実行することにより実現される。また、諸元記憶部331、最適水位データベース333、および計画水位データベース334は、運用計画システム30が備えるメモリ302や記憶装置303が提供する記憶領域として実現される。なお、諸元記憶部331、モデル記憶部332、および最適水位データベース333は、運用計画システム30とは異なるデータベースサーバが管理し、運用計画システム30がそのデータベースサーバにアクセスするようにしてもよい。
FIG. 2 is a diagram illustrating a software configuration of the
諸元記憶部331は、貯水施設、河川、発電設備などの各種の諸元の設定値を含む情報(以下、諸元情報という。)を記憶する。
The
諸元入力部311は、諸元情報の入力を受け付け、受け付けた諸元情報を諸元記憶部331に登録する。諸元入力部311は、例えば、キーボードやマウスなどの入力装置305から諸元情報の各項目の入力を受け付けるようにしてもよいし、例えば、電力会社のホストコンピュータにアクセスして諸元情報を取得するようにしてもよい。
The
なお、諸元入力部311は予め、貯水施設に係る諸元として、水位の最高値(最高運用水位;以下、Hmaxと表記する。単位はmである。)、および水位の最低値(最低運用水位;以下、Hminと表記する。単位はmである。)の入力を受け付け、受け付けた最高運用水位を含む諸元情報と、最低運用水位を含む諸元情報とを作成して諸元記憶部331に登録し、河川に係る諸元として、維持流量(以下、S0と表記する。単位はm3/sである。)の入力を受け付け、受け付けた維持流量を含む諸元情報を作成して諸元記憶部331に登録し、発電設備に係る諸元として、発電に利用する可能な最大の水量(最大取水量;以下、Qmaxと表記する。単位はm3/sである。)、発電に利用可能な最低の水量(最小取水量;以下、Qminと表記する。単位はm3/sである。)、発電した後に放水する高さ(放水位;以下、Houtと表記する。単位はmである。)、および損失落差(以下、Hlosと表記する。単位はmである。)の入力を受け付けて、受け付けた最大取水量を含む諸元情報、最小取水量を含む諸元情報、放水位を含む諸元情報、および損失落差を含む諸元情報を作成して諸元記憶部331に登録しているものとする。
In addition, the
最適水位データベース333は、月と、当該月の開始時点における水位と、当該月における流入量とに対応する、最適な中期運用期間後の水位を記憶する。
The optimum
計画水位データベース334は、所定の計画期間における、各月の最適な水位(以下、計画水位という。)を記憶する。計画水位データベース334に記憶される水位は、最適水位データベース333から読み出されたものであり、実際の貯水施設の運用前に登録されることを想定する。図3は、計画水位データベース334の構成例を示す図である。同図に示すように、開始月、終了月および開始水位に対応付けて、各月の水位が登録される。開始月は、ある計画期間における最初の月であり、終了月は、計画期間の最後の月である。開始水位は、開始月の月初における水位である。
The planned
流入量分布取得部312は、流入量の発生確率分布(以下、流入量分布という。)を取得する。本実施形態では、流入量分布取得部312は、ユーザから流入量分布の入力を受け付けるものとする。なお、流入量分布は、例えば、次のようにして求めるようにしてもよい。すなわち、過去30年間の月毎の流入量の実績値の平均値(以下、実績流入量という。)をメモリ302や記憶装置303に記憶しておく。流入量Rが取り得る最小値(以下、最小流入量といい、Rminと表す。)から、流入量Rが取り得る最大値(以下、最大流入量といい、Rmaxと表す。)までの所定の単位量(以下、単位流入量という。)ごとの流入量について、当該流入量の±単位流入量/2の実績流入量をカウントし、カウントした数を30で割った商を流入量の発生確率として算出するようにする。
The inflow amount
中期計画部313は、中期運用期間ごとの最適な水位の計画を作成する。中期計画部313は、流入量分布と、後述するモデル記憶部332に記憶されている統計モデルとを用いて、確率論的動的計画法により最適な水位の計画を作成して、最適水位データベース333に登録する。また、中期計画部313は、最適水位データベース333に登録されている水位に基づいて、計画水位を計画水位データベース334に登録する。なお、中期計画部313による処理の詳細については後述する。
The medium-
予測流入量取得部315は、各日についての流入量Rの予測値(予測流入量)を取得する。予測流入量取得部315は、例えば、キーボードやマウスなどのから、予測流入量の入力を受け付けるようにすることができる。また、予測流入量取得部315は、例えば、流入量の予測を行う他のコンピュータにアクセスして予測流入量を取得するようにしてもよいし、実績流入量をメモリ302や記憶装置303に記憶しておいて、例えば、前年同月同曜日などの実績流入量を予測流入量としてもよい。また、実績流入量を用いたシミュレーションにより予測流入量を算出するようにしてもよい。モデル記憶部332には、以下のモデルB1〜B10が記憶されている。
The predicted inflow
モデルB1は、貯水量Vに基づいて運用水位Hを算出するためのもの(水位算出モデル)であり、次式により表される。なお、aは貯水施設に固有の定数である。
モデルB2は、最高運用水位Hmaxに基づいて貯水量の上限(以下、上限貯水量といい、Vmaxと表記する。)を算出するためのものであり、次式により表される。
モデルB3は、最低運用水位Hminに基づいて貯水量の下限(以下、下限貯水量といい、Vminと表記する。)を算出するためのものであり、次式により表される。
Model B1 is for calculating the operational water level H based on the water storage amount V (water level calculation model), and is represented by the following equation. Note that a is a constant specific to the water storage facility.
The model B2 is for calculating the upper limit of the water storage amount (hereinafter referred to as the upper limit water storage amount and expressed as V max ) based on the maximum operational water level Hmax , and is represented by the following equation.
Model B3 is for calculating the lower limit of the water storage amount (hereinafter referred to as the lower limit water storage amount and expressed as V min ) based on the minimum operating water level Hmin , and is represented by the following equation.
モデルB4は、1日の0時から24時(すなわち次の日の0時)の貯水量に基づいて、単位期間の開始時点から終了時点までの貯水量の差(以下、貯水量差といい、ΔVと表記する。)を算出するものであり、ある日付tの0時における貯水量をVtとして、次式により表される。
モデルB5は、流入量Rから維持流量S0および貯水量差ΔVを引いた水量(R0)を算出するためのものであり、次式により表される。
Model B4 is based on the amount of stored water from 0:00 to 24:00 on the first day (that is, 0:00 on the next day). , And expressed as ΔV), and is expressed by the following equation, where V t is the amount of water stored at 0:00 on a certain date t.
The model B5 is for calculating a water amount (R0) obtained by subtracting the maintenance flow rate S0 and the water storage amount difference ΔV from the inflow amount R, and is represented by the following equation.
モデルB6は、最小取水量Qmin、最大取水量Qmax、最低運転出力Q0minおよびR0に基づいて、取水量Qを決定するためのもの(取水量算出モデル)であり、次式により表される。
すなわち、R0が、最小取水量Qmin以上であり、かつ、最大取水量Qmax以下である場合には、R0が取水量Qとなり、R0が最小取水量Qminよりも小さい場合には最小取水量Qminが取水量Qとなり、R0が最大取水量よりも大きい場合には最大取水量Qmaxが取水量Qとなる。ただし、R0が最低運転出力Q0minよりも小さい場合は、取水量Qは0となる。
The model B6 is for determining the water intake Q based on the minimum water intake Q min , the maximum water intake Q max , the minimum operation output Q0 min and R0 (water intake calculation model), and is expressed by the following equation. The
That, R0 is, and the minimum intake quantity Q min or more, and equal to or less than the maximum intake amount Q max is, R0 is intake amount Q, and the minimum intake if R0 is smaller than the minimum intake quantity Q min The amount Q min becomes the water intake amount Q, and when R0 is larger than the maximum water intake amount, the maximum water intake amount Q max becomes the water intake amount Q. However, when R0 is smaller than the minimum operation output Q0 min , the water intake Q is 0.
モデルB7は、R0および取水量Qに基づいて、1日に貯水施設において放流される水量(以下、普通放流量または無効放流量といい、Sと表記する。)を算出するためのものであり、次式により表される。
モデルB8は、1日の終了時点における運用水位、放水位Houtおよび損失落差Hlosに基づいて、有効落差hnを算出するためのものであり、日付tの0時における運用水位をHtとし、水位を海抜高さに変換するための所定の定数をbとして、次式により表される。
モデルB9は、取水量Qおよび有効落差hnに基づいて1日に発電される発電電力Pnを算出するためのものであり、発電の変換効率に係る係数をc、重力加速度をgとして、次式により表される。
モデルB10は、発電電力Pnに基づいて1日に発電される発電電力量Enを算出するためのもの(電力量算出モデル)であり、次式により表される。
The model B7 is for calculating the amount of water discharged in the water storage facility on the day (hereinafter referred to as normal discharge flow or invalid discharge flow, expressed as S) based on R0 and the water intake amount Q. Is expressed by the following equation.
Model B8 is for calculating the effective head hn based on the operating water level at the end of the day, the discharge water level H out and the loss head H los , and the operating water level at 0:00 on date t is H t. , Where b is a predetermined constant for converting the water level to the sea level, and is expressed by the following equation.
The model B9 is for calculating the generated power Pn generated on the basis of the water intake amount Q and the effective head hn, where c is a coefficient relating to the conversion efficiency of power generation and g is a gravitational acceleration. Is represented by
Model B10 is for calculating the amount of generated power En generated per day based on the generated power Pn (power amount calculation model), and is represented by the following equation.
==最適水位の登録処理==
中期計画部313は、発電電力量の期待値が最大になるような水位を決定し、最適水位データベース333に登録する。図4は、最適水位の登録処理の流れを示す図である。なお、図4の例では、長期運用期間はn個の中期運用期間により構成されているものとしている。つまり、本実施形態では、n=12である。
== Optimal water level registration process ==
The medium-
中期計画部313は、計算処理のステージを示すSTに0を設定する(S3601)。中期計画部313は、STをインクリメントし(S3602)、n月からm月までの発電電力量の累計値(以下、累計発電電力量という。)をFmとして、水位Hが取りうる全ての値、すなわちHminからHmaxまでの単位水位ごとの値と、流入量Rが取りうる全ての値、すなわちRminからRmaxまでの単位流入量ごとの値とについて、当該ステージ、水位H、および流入量Rに対応する、n+1(13)月の累計発電電力量Fn+1(ST,H,R)を0に設定する(S3603)。中期計画部313は、mにn(12)を設定する(S3604)。
The medium-
中期計画部313は、m月の水位Hmに最低水位Hminを設定し(S3605)、m月の流入量Rmに最低流入量Rminを設定する(S3606)。流入量分布取得部312は、翌月m+1の流入量Rm+1が取り得る全ての値について、m月の流入量がRmであった場合の条件付き確率P(Rm+1|Rm)を取得する(S3607)。中期計画部313は、流入量Rm+1を変化させて合計した、m+1月までの累計発電電力量Fm+1の期待値の合計ΣP(Rm+1|Rm)Fm+1(ST,Hm+1,Rm+1)と、m月の水位Hm、その翌月の水位Hm+1、およびm月の流入量Rmに基づいて算出されるm月における発電電力量B(Hm,Rm,Hm+1)とを足した値(以下、算出累積値という。)、すなわちB(Hm,Rm,Hm+1)+ΣP(Rm+1|Rm)Fm+1(ST,Hm+1,Rm+1)が最大となるHm+1を決定し、最大の算出累積値をFm(ST,Hm,Rm)とする(S3608)。
The medium-
中期計画部313は、流入量Rmに単位流入量を加算し(S3609)、Rmが最大流入量Rmaxを越えていなければ(S3610:NO)、ステップS3607からの処理を繰り返し、越えていれば(S3610:YES)、Hmに単位水位を加算する(S3611)。中期計画部313は、Hmが最高運用水位Hmaxを越えていなければ(S3612:NO)、ステップS3606からの処理を繰り返し、越えていれば(S3612:YES)、mをデクリメントする(S3613)。
中期計画部313は、mが1より大きければ(S3614:NO)、ステップS3605からの処理を繰り返す。中期計画部313は、mが1になれば(S3614:YES)、当該ステージにおける年間の累計発電電力量、すなわち、n(12)月から1月までの累計発電電力量F1(ST,Hm,Rm)を合計した値F1(ST)と、直前のステージにおける年間の累計発電電力量F1(ST−1,Hm,Rm)を合計した値F1(ST−1)とを算出し、F1(ST)からF1(ST−1)を減じた値をF1(ST−1)で割った値の絶対値が所定の閾値を下回っているか否かにより、上記処理による累計発電電力量が定常化したか否かを判定する(S3615)。累計発電電力量が定常化した場合(S3615:YES)、中期計画部313は、全てのm、Hm、Rmの組み合わせについて、m、Hm、Rmに対応付けて、当該ステージのステップS3608で決定したHm+1を最適化データベース333に登録する(S3616)。
If m is greater than 1 (S3614: NO), medium-
以上のようにして、最適な水位の組み合わせが最適水位データベース333に登録される。
As described above, the optimum water level combination is registered in the optimum
==計画水位の登録処理==
図5は、中期計画部313による計画水位の登録処理の流れを説明する図である。
中期計画部313は、計画期間の最初の月(開始月)の入力を受け付けてtsとし(S4001)、計画期間の最後の月(終了月)の入力を受け付けてteとする(S4002)。また、中期計画部313は、開始月の月初における水位の入力を受け付けてHtsとする(S4003)。
== Plan water level registration process ==
FIG. 5 is a diagram for explaining the flow of registration processing of the planned water level by the medium-
The medium-
次に、予測流入量取得部315は、開始月tsから終了月teまでの各月の流入量Rの予測値を取得する(S4004)。中期計画部313は、図6に示す計画水位の登録処理を行う(S4005)。すなわち、中期計画部313は、tsをmとして(S4201)、最適水位データベース333に記憶されている、翌月m+1月の水位を読み出して、読みだした水位をHm+1とする(S4202)。そして、mをインクリントする(S4203)。mがteよりも後になった場合には(S4204)、処理を終了する。
Next, the predicted inflow
中期計画部313は、変数mに開始月tsを設定し(S4006)、開始月tsから終了月teの差をnとし(S4007)、HmおよびRmを上述した各種モデルに適用してR0および取水量Qを算出し、算出したR0および取水量QをモデルB7に適用して、無効放流量Sを算出し(S4008)、Sが0でなければ(S4009:NO)、図7に示す計画水位の調整処理を行う(S4010)。
The medium-
中期計画部313は、変数tにmを設定し(S4401)、tがtsと等しくなれば(S4402:YES)、処理を終了する。
The medium-
一方、tがtsと等しくなければ(S4402:NO)、tにおける水位Htが、最低運用水位Hminよりも小さくなければ(S4403:NO)、Htから単位水位を引いた上で(S4404)、HmおよびRmを上述した各種モデルに適用してR0および取水量Qを算出し、算出したR0および取水量QをモデルB7に適用して、無効放流量Sを算出し(S4405)、Sが0にならなければ(S4406:NO)、ステップS4403からの処理を繰り返す。 On the other hand, not equal t is a ts (S4402: NO), the water level Ht at t is not less than the minimum operating level H min (S4403: NO), in terms of minus units level from H t (S4404) , H m and R m are applied to the various models described above to calculate R0 and water intake Q, and the calculated R0 and water intake Q are applied to model B7 to calculate an invalid discharge S (S4405). If S does not become 0 (S4406: NO), the processing from step S4403 is repeated.
無効放流量Sが0になった場合(S4406:YES)には、中期計画部313は、tをデクリメントし(S4407)、RtおよびHtを上述した各種のモデルに適用して、R0および取水量QをモデルB7に適用して、無効放流量Sを算出してR0および取水量Qを算出し、算出したR0および取水量QをモデルB7に適用して、無効放流量Sを算出し(S4408)。中期計画部313は、無効放流量Sが0になれば(S4409:YES)、処理を終了する。
When the invalid discharge flow rate S becomes 0 (S4406: YES), the medium-
中期計画部313は、mをインクリメントし(S4011)、mがnを越えていなければ(S4012:NO)、ステップS4008からの処理を繰り返し、mがnを越えていれば(S4012:YES)、HtsからHte+1までを計画水位記憶部235に登録する(S4013)。
The medium-
本実施形態の運用計画システム30によれば、将来の流入量の予測値を用いて、長期運用期間における発電電力量の期待値を大きくする、中期運用期間の開始時点および終了時点の水位の組合せを求めることができる。したがって、貯水施設の運用者は、中期運用期間の開始時点に、最適水位データベース333を参考にして、その時点での水位に対応する1ヶ月後の水位を目標の水位として貯水施設を運用することにより、1年間の発電電力量を大きくすることが可能となる。よって、貯水施設の運用者の経験が浅い場合であっても容易に最適な水位に調整することができる。
According to the
また、本実施形態の運用計画システム30によれば、貯水施設の運用者の勘と経験によって水位を計画する場合に比べ、客観的なデータに基づいて、水位の計画を策定することができる。また、本実施形態の運用計画システム30では、確率論的動的計画法を用いることにより、将来の流入量の予測値を確率分布として求めた場合でも、貯水施設における発電電力量の期待値を大きくする最適な水位の計画を容易に導出することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の運用計画システム30によれば、最適化された貯水施設の計画水位を、無効放流が最小(本実施形態では「0」)になるように調整することができる。無効放流が多くなると貯水施設の下流地域に増水等が発生するおそれがあるため、無効放流量が少なくなるように計画水位を調整することにより、下流地域における安全を確保することができるとともに、保安業務等の増加を抑制することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の運用計画システム30では、事前に発電電力量の期待値が最大となるように水位を最適化しておき、運用時に無効放流を最小化するように調整を行った上で貯水施設の運用を行うことができる。流入量などの予測値は、予測日が近いほど予測精度が高くなることが知られており、運用時に調整を行うことで確実に下流地域の安全を確保することができる。一方で、水位の最適化を事前に行っておくことにより、運用時にはその最適化された水位を読み出すのみで水位の計画を立てることができるので、運用時点における手間が軽減される。
Further, in the
なお、本実施形態では、運用計画システム30は、1台のコンピュータにより実現されるものとしたが、複数台のコンピュータにより実現するようにすることもできる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態の運用計画システム30では、長期運用期間は1年であり、中期運用期間は1ヶ月であるものとしたが、これに限らず、任意の長さを設定することができる。例えば、長期運用期間を半年や3ヶ月などとしてもよいし、中期運用期間を3ヶ月や旬(10日)、1週間としてもよい。
In the
以上、本実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に、本発明にはその等価物も含まれる。 Although the present embodiment has been described above, the above embodiment is intended to facilitate understanding of the present invention and is not intended to limit the present invention. The present invention can be changed and improved without departing from the gist thereof, and the present invention includes equivalents thereof.
30 運用計画システム
301 CPU
302 メモリ
303 記憶装置
304 通信インタフェース
305 入力装置
306 出力装置
311 諸元入力部
312 流入量分布取得部
313 中期計画部
315 予測流入量取得部
331 諸元記憶部
332 モデル記憶部
333 最適水位データベース
334 計画水位データベース
30
302
Claims (6)
所定の運用期間を構成する単位期間における前記貯水施設への流入量および前記単位期間の開始時点における水位に対応付けて、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位として最適なものを記憶する最適水位記憶部と、
前記運用期間に含まれる各前記単位期間について、前記流入量の予測値を取得する予測流入量取得部と、
前記運用期間の最初の前記単位期間の開始時点における水位の入力を受け付ける開始水位入力部と、
前記各単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位に対応する前記最適な水位である計画水位を前記最適水位記憶部から取得する計画水位取得部と、
前記各単位期間についての前記計画水位を記憶する計画水位記憶部と、
前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間における前記流入量および前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位に基づいて、前記水力発電のために用いられずに放流される無効放流量を算出するためのモデルを記憶するモデル記憶部と、
前記運用期間の最後の前記単位期間から、前記運用期間の最初の前記単位期間までの各前記単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位、前記単位期間についての前記流入量の予測値、および前記読みだした最適水位を前記モデルに適用して求められる前記無効放流量が所定の閾値を下回るように前記計画水位を減算する最適水位調整部と、
を備えることを特徴とする貯水施設運用支援システム。 A system for supporting the operation of a water storage facility for hydroelectric power generation,
The optimum water level at the start time of the next unit period after the unit period is stored in association with the inflow amount to the water storage facility in the unit period constituting the predetermined operation period and the water level at the start time of the unit period. An optimal water level storage unit,
For each unit period included in the operation period, a predicted inflow amount acquisition unit that acquires a predicted value of the inflow amount;
A start water level input unit for receiving an input of a water level at the start time of the first unit period of the operation period;
For each unit period, a planned water level acquisition unit that acquires a planned water level that is the optimal water level corresponding to the water level at the start time of the unit period from the optimal water level storage unit;
A planned water level storage unit for storing the planned water level for each unit period;
Based on the water level of the water storage facility at the start of the unit period, the inflow in the unit period, and the water level at the start of the unit period next to the unit period, the water is discharged without being used for the hydropower generation. A model storage unit for storing a model for calculating an ineffective discharge flow rate;
For each unit period from the last unit period of the operation period to the first unit period of the operation period, a water level at the start of the unit period, a predicted value of the inflow amount for the unit period, and An optimal water level adjustment unit that subtracts the planned water level so that the ineffective discharge obtained by applying the read optimal water level to the model is below a predetermined threshold;
A water storage facility operation support system characterized by comprising:
前記最適水位調整部は、前記最後の単位期間から前記最初の単位期間までの各前記単位期間について、前記無効放流量が前記閾値を下回るまで、前記単位期間の開始時点における水位を所定の単位量ずつ減算して前記無効放流量を算出すること、
を特徴とする貯水施設運用支援システム。 The water storage facility operation support system according to claim 1,
The optimum water level adjustment unit is configured to determine a water level at a start time of the unit period for each unit period from the last unit period to the first unit period until the invalid discharge rate is lower than the threshold. Subtracting each step to calculate the invalid discharge flow rate,
Water storage facility operation support system characterized by
前記貯水施設において水力発電に利用する水量である取水量の最大値である最大取水量、前記取水量の最小値である最小取水量および維持流量を含む、前記貯水施設の諸元を記憶する諸元記憶部を備え、
前記モデル記憶部に記憶されているモデルは、水位をH、貯水量をV、前記貯水施設において貯水量を水位に変換するための定数をa、時点tから時点t+1までの間に増加する貯水量の差である貯水量差をΔVt、前記維持流量をS0、流入量をR、前記取水量をQ、前記最小取水量をQmin、前記最大取水量をQmax、前記無効放流量をSとして、式
および
により表されること、
を特徴とする貯水施設運用支援システム。 The water storage facility operation support system according to claim 1,
Various items for storing the specifications of the water storage facility, including the maximum water intake amount that is the maximum amount of water intake that is the amount of water used for hydropower generation in the water storage facility, the minimum water intake amount that is the minimum value of the water intake amount, and the maintenance flow rate. With a former storage
The model stored in the model storage unit includes a water level H, a water storage amount V, a constant for converting the water storage amount to a water level in the water storage facility, and a water storage that increases between time t and time t + 1. ΔV t , the maintenance flow rate is S 0, the inflow amount is R, the intake amount is Q, the minimum intake amount is Q min , the maximum intake amount is Q max , and the invalid discharge amount is S is the formula
and
Represented by
Water storage facility operation support system characterized by
前記モデル記憶部は、前記無効放流量を算出するためのモデルである第1のモデルに加えて、前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位、前記単位期間における前記流入量に基づいて、前記水力発電により前記単位期間に発電される電力量を算出するための第2のモデルを記憶しており、
前記各単位期間における前記貯水施設への流入量の発生確率の分布を求めるための確率分布を取得する確率分布取得部と、
前記運用期間における単位期間m(m=1,...,n)のそれぞれについて、単位期間mの開始時点における水位をHm、単位期間における流入量をRmとし、HmおよびHm+1を変化させ、変化させたHmおよびHm+1の各組合せにつき、Rmを変化させ、Hm、Hm+1、Rmを前記モデルに適用して前記電力量を算出し、前記確率分布から求められるRmの発生確率を前記電力量に乗じた値を算出していき、各Rmについて算出した前記発生確率を前記電力量に乗じた値を合計して、HmおよびHm+1に応じた前記電力量の期待値F(Hm,Hm+1)を算出し、単位期間m(m=1,...,n)のそれぞれについて、Hmを変化させ、変化させた各Hmにつき、Hi(i=m,...,n)の組合せのうち、全てのiについてのF(Hi,Hi+1)の合計が最大となるものに含まれるHm+1を、前記Hmに対応する前記最適水位として決定し、m、Hm、および前記決定した最適水位を対応付けて前記最適水位記憶部に登録する最適水位決定部と、
を備えることを特徴とする貯水施設運用支援システム。 The water storage facility operation support system according to claim 1,
In addition to the first model, which is a model for calculating the ineffective flow rate, the model storage unit includes a water level of the water storage facility at the start time of the unit period, a start time of the unit period next to the unit period A second model for calculating the amount of electric power generated in the unit period by the hydroelectric power generation based on the water level in the unit period and the inflow amount in the unit period,
A probability distribution obtaining unit for obtaining a probability distribution for obtaining a distribution of occurrence probability of the inflow amount to the water storage facility in each unit period;
For each of the unit periods m (m = 1,..., N) in the operation period, the water level at the start of the unit period m is Hm, the inflow in the unit period is Rm, and Hm and Hm + 1 are changed and changed. For each combination of Hm and Hm + 1, Rm is changed, Hm, Hm + 1, and Rm are applied to the model to calculate the electric energy, and the electric energy is multiplied by the occurrence probability of Rm obtained from the probability distribution. The expected value F (Hm, Hm + 1) of the electric energy corresponding to Hm and Hm + 1 is calculated by summing the values obtained by multiplying the electric energy by the occurrence probability calculated for each Rm. For each unit period m (m = 1,..., N), Hm is changed, and for each changed Hm, all combinations of Hi (i = m,..., N) are selected. i Hm + 1 included in the largest sum of F (Hi, Hi + 1) is determined as the optimum water level corresponding to the Hm, and the optimum water level is associated with m, Hm, and the determined optimum water level. An optimum water level determination unit to be registered in the storage unit;
A water storage facility operation support system characterized by comprising:
コンピュータが、
所定の運用期間を構成する単位期間における前記貯水施設への流入量および前記単位期間の開始時点における水位に対応付けて、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位として最適なものをメモリに記憶し、
前記運用期間に含まれる各前記単位期間について、前記流入量の予測値を取得し、
前記運用期間の最初の前記単位期間の開始時点における水位の入力を受け付け、
前記各単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位に対応する前記最適な水位である計画水位を前記メモリから取得し、
前記各単位期間についての前記計画水位を前記メモリに記憶し、
前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間における前記流入量および前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位に基づいて、前記水力発電のために用いられずに放流される無効放流量を算出するためのモデルを前記メモリに記憶し、
前記運用期間の最後の前記単位期間から、前記運用期間の最初の前記単位期間までの各前記単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位、前記単位期間についての前記流入量の予測値、および前記読みだした最適水位を前記モデルに適用して求められる前記無効放流量が所定の閾値を下回るように前記計画水位を減算すること、
を特徴とする貯水施設運用支援方法。 A method for supporting the operation of a water storage facility for hydropower generation,
Computer
A memory that is optimal as a water level at the start time of the next unit period after the unit period is associated with the inflow amount to the water storage facility in the unit period constituting the predetermined operation period and the water level at the start time of the unit period. Remember
For each unit period included in the operation period, obtain a predicted value of the inflow amount,
Accepts the input of the water level at the start of the unit period at the beginning of the operation period;
For each unit period, obtain the planned water level that is the optimal water level corresponding to the water level at the start of the unit period from the memory,
Storing the planned water level for each unit period in the memory;
Based on the water level of the water storage facility at the start of the unit period, the inflow in the unit period, and the water level at the start of the unit period next to the unit period, the water is discharged without being used for the hydropower generation. A model for calculating an invalid discharge flow is stored in the memory;
For each unit period from the last unit period of the operation period to the first unit period of the operation period, a water level at the start of the unit period, a predicted value of the inflow amount for the unit period, and Subtracting the planned water level so that the ineffective discharge obtained by applying the read optimum water level to the model is below a predetermined threshold;
Water storage facility operation support method characterized by
コンピュータに、
所定の運用期間を構成する単位期間における前記貯水施設への流入量および前記単位期間の開始時点における水位に対応付けて、前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位として最適なものをメモリに記憶するステップと、
前記運用期間に含まれる各前記単位期間について、前記流入量の予測値を取得するステップと、
前記運用期間の最初の前記単位期間の開始時点における水位の入力を受け付けるステップと、
前記各単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位に対応する前記最適な水位である計画水位を前記メモリから取得するステップと、
前記各単位期間についての前記計画水位を前記メモリに記憶するステップと、
前記単位期間の開始時点における前記貯水施設の水位、前記単位期間における前記流入量および前記単位期間の次の単位期間の開始時点における水位に基づいて、前記水力発電のために用いられずに放流される無効放流量を算出するためのモデルを前記メモリに記憶するステップと、
前記運用期間の最後の前記単位期間から、前記運用期間の最初の前記単位期間までの各前記単位期間について、前記単位期間の開始時点における水位、前記単位期間についての前記流入量の予測値、および前記読みだした最適水位を前記モデルに適用して求められる前記無効放流量が所定の閾値を下回るように前記計画水位を減算するステップと、
を実行させるためのプログラム。 A program for supporting the operation of a water storage facility for hydropower generation,
On the computer,
A memory that is optimal as a water level at the start time of the next unit period after the unit period is associated with the inflow amount to the water storage facility in the unit period constituting the predetermined operation period and the water level at the start time of the unit period. The step of storing in
Obtaining a predicted value of the inflow amount for each unit period included in the operation period;
Receiving a water level input at the start of the unit period at the beginning of the operation period;
For each unit period, obtaining a planned water level that is the optimal water level corresponding to the water level at the start of the unit period from the memory;
Storing the planned water level for each unit period in the memory;
Based on the water level of the water storage facility at the start of the unit period, the inflow in the unit period, and the water level at the start of the unit period next to the unit period, the water is discharged without being used for the hydropower generation. Storing in the memory a model for calculating an invalid discharge flow rate;
For each unit period from the last unit period of the operation period to the first unit period of the operation period, a water level at the start of the unit period, a predicted value of the inflow amount for the unit period, and Subtracting the planned water level so that the reactive discharge obtained by applying the read optimum water level to the model falls below a predetermined threshold;
A program for running
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