JP2012014622A - 水力発電所の水位管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】非定常時に必要な天気情報と河川の上流情報をデータ採取手段で入手してシミュレーションを行い、結果を運転員に分かり易くガイダンスして運転員の負担の軽減を図り、非定常時に熟練運転員に頼らなくても運用することを可能にする。
【解決手段】データ蓄積処理手段８１に、貯水池水位情報１１、放流ゲート開度情報１２、水車発電機出力情報１３、天気情報７１および河川上流水位７２の各データを取り込み、蓄積する。非定時用シミュレーション演算手段８２により、所定時間内に一定時間刻み毎に得られた予測貯水値水位５４ａ、予測発電機出力５８、予測ゲート開度指令値５３ａを全て出力する。データ重合せ処理手段は、各データを重ね合せ処理して履歴データ８３として出力する。非定常時用ガイダンス処理手段８４は、これらのデータをグラフィック演算処理して非定常時用ガイダンス表示データ８６としてヒューマンインターフェース部４２で表示する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、水力発電所の水位管理システムに関する。

水力発電所では、運転員が河川の状況(貯水池への流入水量や貯水池水位等)を踏まえて効率的な発電を行うように、水車発電機の運転／停止や出力調整を行うとともに貯水池の水位を調整するために必要に応じて放水用のゲートを制御することもある。このための情報としては、流入する河川の上流地点の水位、雨量、積雪量などを常時計測することが望ましい。

このためには、これらの情報を取得するための計測装置を複数地点に設置するとともに、設置地点からの情報を伝送する伝送装置および伝送路の設置が必要となる。また、上流地点の水位、雨量、積雪量などを計測する計測装置、計測した情報すなわち、上流情報を送るための伝送装置などの機器を常時動作させるための電源を確保する必要もあり、上流情報を常時取り込むためには、非常に費用が掛かるため、簡素化した水力発電所の貯水池水位管理システムの開発が望まれている。

なお、水力発電所の水位管理またはシミュレーション演算に関連する特許文献としては下記のものもある。

特開２０００−１８０２４６号公報 特開平９−２３５７２０号公報 特開２００７−１３８５４９号公報 特開２００５−３３６９３７号公報 特開２００９−１８１４３６号公報 特開２００６−２２８０３０号公報

河川の状況は季節等の環境状態により刻々と変化し、想定した通常運転(定常時)時でも運転員が様々な判断を行う必要がある。さらに、台風の接近時等のように相当量の降雨量が予測あるいは観測される場合には流量、水位等が刻々と変化するので、定常運転時の感覚でゲート開度を行うことができない。このような状況下においても水力発電所の効率的な水位管理を行うためには、刻々と変化する複雑な情報を総合的に判断するための深い知識が運転員に要求される。このことは、運転員の精神的負担が大きくなるばかりでなく、場合によっては熟練運転員を適所に配置するという管理体制の見直しも必要となる。

そこで本発明は、定常時および非定常時に必要な河川の上流情報を簡便なデータ採取手段で入手してシミュレーションを行うとともに、そのシミュレーションの結果を運転員に分かり易くガイダンスして運転員の負担の軽減を図るとともに、特に、非定常時に熟練運転員に頼らなくても運用することが可能な水力発電所の水位管理システムを提供することを目的とする。

実施形態１によれば、データ蓄積処理手段に、貯水池水位情報、放流ゲート開度情報、水車発電機出力情報に加えて天気情報および河川の上流水位の各データを取り込み、これらの各データに日付・時間を付加してパッケージ化し、履歴データとして蓄積する。さらに、非定時用シミュレーション演算手段に設けた第１の繰返し演算手段により、河川の上流水位データを取り込み上流水位データに所定の着水遅れ時間処理して求めたダム流入量から前記放流ゲート開度情報に基づいて算出された前記ゲート放流量と、前記水車発電機出力情報に基づいて算出された水車放流量とを減算して流量差の体積を求め、当該流量差の体積と前記貯水池水位情報に基づいて算出された貯水値容量との加算により得られた予測貯水値容量を既知の容量−水位特性に基づいて予測貯水値水位を求めてその都度記憶させ、この流量差の体積演算から記憶までの一連の処理を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測貯水値水位を出力し、第２の繰返し演算手段により、水車放流量を既知の水車放流量−発電機出力特性に基づいて予測発電機出力を求めてその都度記憶させ、この演算を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測発電機出力を出力し、第３の繰返し演算手段によりゲート放流量を既知のゲート放流量−ゲート開度特性に基づいて予測ゲート開度指令値を求めてその都度記憶し、この演算を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測ゲート開度指令値を出力する。そして、非定常時用ガイダンス処理手段により、予測貯水値水位、予測発電機出力、予測ゲート開度指令値および履歴データを取り込んでグラフィック演算処理し、その演算結果を運転員への非定常時用ガイダンス表示データとして出力し、この非定常時用ガイダンス表示データをヒューマンインターフェース部の表示部で表示する。

本発明の実施形態１に係わる水力発電所の水位管理システムの構成図。 実施形態１の定常時用水位管理システムに採用されるシミュレーション演算手段およびガイダンス処理手段の一例を示す詳細構成図。 実施形態１の定常時用水位管理システムによる運転員へのガイダンス表示例を示す図。 実施形態１の非定常時用水位管理システムの一例を示す詳細構成図。 （ａ）乃至（ｄ）は実施形態１の非定常時用シミュレーション演算手段の内部特性カーブの例を示す図。 （ａ）乃至（ｃ）は実施形態１の非定常時用シミュレーション演算手段の繰返し演算部における処理の流れを示すフローチャート。 実施形態１および４の非定常時用水位管理システムによる運転員へのガイダンス表示例を示す図。 本発明の実施形態２に係わる水力発電所の水位管理システムの構成図。 （ａ）および（ｂ）は実施形態２および実施形態３の非定常時用水位管理システムによるデータ採取手段を示す図。 本発明の実施形態３に係わる水力発電所の水位管理システムの構成図。 本発明の実施形態４に係わる水力発電所の水位管理システムの構成図。

以下、本発明に係る水力発電所の水位管理システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一手段・同一構成要素には同一符号を付けて、重複する部分の説明は適宜省略するものとする。

［実施形態１］
図１乃至図７を参照して実施形態１に係る水力発電所の水位管理システムについて説明する。
まず、図１を参照して説明する。

本実施形態に係る水力発電所の水位管理システムは、河川の流量が比較的安定している場合に運用される定常時用水位管理システム１００と、台風等で河川の流量が急激に増加する可能性がある非定常時の場合に運用される非定常時用水位管理システム１０１とから構成されている。

これら定常時用水位管理システム１００および非定常時用水位管理システム１０１は、ともにプロセスコンピュータや、ワークステーション等のコンピュータシステムによって構成されており、水力発電所の貯水池の水位を管理する上で必要な各種の演算を実行するためのプログラムを予めメモリに格納しておき、演算手段がこのプログラムに基づいて各種入力データ、途中の演算結果データおよび予め設定されている設定値等を用いて水位管理システムにとって必要な演算を実行し、演算結果を表示データとして表示部に出力することができるように構成されている。

まず、定常時用水位管理システム１００についてその概要を説明する。
定常時用水位管理システム１００は、以下のように構成されている。

貯水池に設置されている図示しない水位計によって検出されたのち所定のサンプリング周期で伝送装置や伝送路により伝送されてきた貯水池水位１１と既知の貯水池容量特性を用いて貯水池容量３１を算出する貯水池容量演算手段２１と、前記貯水池水位１１と所定のサンプリング周期で伝送されてきた貯水池のゲート開度１２と既知のゲート放流量特性を用いてゲート放流量３２を算出するゲート放流量演算手段２２と、図示しない水車発電機の出力端子に設置されている電力検出器で検出されたのち所定のサンプリング周期で伝送装置や伝送路により伝送されてきた水車発電機出力１３と既知の水車放流量特性から水車放流量３３を算出する水車放流量演算手段２３と、前記ゲート放流量３２および水車放流量３３を加算して総合放流量３４を算出する加算演算部３５と、前述したそれぞれの演算結果である貯水池容量３１、ゲート放流量３２および総合放流量３４を用いて予め設定した時間後の予測総合放流量５２、予測ゲート開度指令値５３および予測貯水池水位５４をそれぞれ算出する定常時用シミュレーション演算手段５１と、これら算出された予測値５２、５３、５４、前記貯水池容量３１、総合放流量３４、貯水池水位１１、ゲート開度１２および水車発電機出力１３を入力してグラフィック処理を行い、その演算処理結果を定常時用ガイダンス表示データ５６として出力する定常時用ガイダンス処理手段５５とから構成されている。そして、ガイダンス表示データ５６は後述する切替処理部６５に入力されるようになっている。

次に、図２を参照して前述した定常時用シミュレーション演算手段５１および定常時用ガイダンス処理手段５５の詳細構成の一例を説明する。

図２において、定常時用シミュレーション演算手段５１は、所定のサンプリング周期で送られてくる貯水池容量情報３１、ゲート放流量３２および総合放流量３４を時系列的に入力し、これらの入力情報をそれぞれメモリＭ１、Ｍ２、Ｍ３で所定サンプリング時刻分だけ記憶するようにしている。

そして、演算部Ｃ１では最新のサンプリング値（貯水池容量情報（現在値））と、メモリＭ１に記憶されている所定サンプリング時刻前のサンプリング値（貯水池容量メモリ（前回値））との差分から「貯水池容量変化率」を演算し、また、演算部Ｃ２では最新のサンプリング値（総合放流量情報（現在値））と、メモリＭ２に記憶されている所定サンプリング時刻前のサンプリング値（総合放流量情報メモリ（前回値））との差分から「総合放流量変化率」を演算し、さらに、演算部Ｃ３では最新のサンプリング値（ゲート放流量情報（現在値））と、メモリＭ３に記憶されている所定サンプリング時刻前のサンプリング値（ゲート放流量情報メモリ（前回値））との差分から「ゲート放流量変化率」を演算する。

次に、演算部Ｃ１で求められた「貯水池容量変化率」を、時間設定部Ｔで予め設定されている一定時間（固定時間）ｔｃ分だけ積分して予測貯水池容量Ｐ１を求め、また、演算部Ｃ２で求められた「総合放流量変化率」を、前記一定時間（固定時間）ｔｃ分だけ積分し、かつ、リミット値である最大放流量を超えないようにして予測総合放流量Ｐ２を求め、さらに、演算部Ｃ３で求められた「ゲート放流量変化率」を、前記一定時間（固定時間）ｔｃ分だけ積分して予測ゲート放流量Ｐ３を求める。

そして、演算部Ｃ４で前記予測貯水池容量Ｐ１と既知の貯水池容量特性とを用いて、リミット値である「最大貯水容量」を超えないように予測貯水池水位５４を演算し出力する。予測総合放流量Ｐ２はそのまま予測総合放流量５２として出力する。そして、演算部Ｃ５で予測ゲート放流量Ｐ３と既知のゲート特性（水理公式）と予測貯水池水位５４とを用いて、リミット値である「最大ゲート開度」を超えないように予測ゲート開度指令値５３を演算し出力する。

定常時用ガイダンス処理手段５５は、内部構成を図示していないが、入力した信号をビジュアル化して表示するためのグラフィック演算処理手段を備えており、定常時用シミュレーション演算手段５１から出力された３つの予測値（予測貯水池水位５４、予測総合放流量５２および予測ゲート開度指令値５３の３項目）を入力するほか、前記貯水池水位情報１１、ゲート開度情報１２、水車発電機出力情報１３、シミュレーション演算部５１に入力された貯水池容量３１および総合放流量３４を入力してグラフィック演算処理し、その処理結果を定常時用ガイダンス表示データ５６として出力する。

この定常時用ガイダンス表示データ５６は切替処理部６５の一方の入力端子に入力される。この切替処理部６５は、他方の入力端子に後述する非定常時用ガイダンス処理手段８４から出力される非定常時用ガイダンス表示データ８６を入力するように構成しており、運転員からの選択指令６１に基づいて、定常時用ガイダンス処理手段５５から出力される定常時用ガイダンス表示データ５６あるいは非定常時用ガイダンス処理手段８４から出力される非定常時用ガイダンス表示データ８６のいずれかを選択し、ヒューマンインターフェース部４２（別称「運転員による監視・手動操作部４２」）に出力するように構成されている。

このヒューマンインターフェース部４２には表示部４２Ｄと、押しボタンスイッチやタッチスイッチまたは捻回形スイッチ等の各種スイッチ、スイッチのオン／オフ状態を表示する表示器や表示灯等を装備した手動操作部４２Ｍとを備えている。

運転員が選択指令６１によって定常時の運用を選択している場合、定常時水位管理システム１００から出力された定常時用ガイダンス表示データ５６が切替処理部６５を経てヒューマンインターフェース部４２の表示部４２Ｄに入力され、この表示部４２Ｄにおいて入力信号を例えば図３に示すような２次元座標で表示する。運転員は表示部４２Ｄに表示されたガイダンス内容を目視確認することによって手動操作部４２Ｍを操作し、貯水池ダムのゲート制御を行うことが可能になる。

図３は、代表例として、（ａ）貯水池水位の現在値および一定時間後の予測貯水池水位、（ｂ）貯水池ダムのゲート開度の現在値および一定時間後の予測ゲート開度、および（ｃ）総合放流量の現在値および一定時間後の予測値を示している。

なお、本実施形態におけるビジュアル化とは、図３に示すようなグラフ表示のための処理のほか、例えば、貯水池の断面を模式的に示した図に現在水位と予測水位とを重ねて表示する処理等も含まれる。

次に、図１に戻って非定常時用水位管理システム１０１の概要について説明する。
非定常時用水位管理システム１０１は、構成要素を大別すると、データ蓄積処理手段８１と、非定常時用シミュレーション演算手段８２と、非定常時用ガイダンス処理手段８４と、切替処理部６５とに分かれている。

まず、データ蓄積処理手段８１や非定常時用シミュレーション演算手段８２に取り込まれるデータの採取手段から説明する。

データ採取手段（Ａ）６２は、気象情報自動配信サービスとか天気情報無料配信サービス、あるいはローカル地区の天気情報配信サービスを利用することによって、それらの配信サービスからほぼ一定周期で送られてくる天気、温度、湿度、降水量等の天気情報７１を採取する手段であり、水力発電所に通常設置されている天気、温度、湿度、降水量等に関する天気情報用計測装置とか、その天気情報用計測装置で計測した天気情報７１を伝送するための伝送装置、伝送路およびそれらの電源設備は備えていない。そして、このデータ採取手段（Ａ）６２により採取された天気情報７１のデータは、データ蓄積処理部８１に取り込まれるようになっている。

データ採取手段（Ｂ）６３は、前記データ採取手段Ａ６２と同様に外部からほぼ一定周期で送られてくる上流水位に関する上流水位情報７２を採取する手段であり、水力発電所に通常設置されている水位計とか、その水位計で計測した上流水位情報７２を伝送するための伝送装置、伝送路およびそれらの電源設備は備えていない。このデータ採取手段（Ｂ）６３により採取された上流水位７２のデータは、データ蓄積処理部８１および後述する非定常時用シミュレーション演算手段８２にそれぞれ取り込まれるようになっている。

次に、データ蓄積処理部８１について説明する。
データ蓄積処理部８１は、前述のデータ採取手段（Ａ）６２およびデータ採取手段（Ｂ）６３から入力した天気情報７１のデータおよび上流水位情報７２のデータと、前述の定常時用水位管理システム１００に入力されている貯水池水位情報１１、ゲート開度情報１２および水車発電機出力情報１３と、日付・時間に関する情報（日付・時間情報という）６０とを取り込み、天気情報７１のデータおよび上流水位情報７２のデータ、貯水池水位情報１１、ゲート開度情報１２および水車発電機出力情報１３に対して、それぞれ日付・時間情報６０を付加して蓄積データ８５として蓄積し、そして、データ出力要求を受けると、この蓄積データ８５を出力するように構成されている。

次に、非定常時用シミュレーション演算手段８２について説明する。
非定常時用シミュレーション演算手段８２は、データ採取手段（Ｂ）６３により採取された上流水位情報７２、前述した定常時用水位管理システム１００に入力されている貯水池水位情報１１、ゲート開度情報１２、水車発電機出力情報１３、貯水池容量３１、ゲート放流量３２、水車放流量３３および前記データ蓄積処理８１からの蓄積データ８５を取り込んで演算処理することにより、予測ゲート開度指令値５３ａ、予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８および履歴データ８３をそれぞれ出力するように構成されている。

次に、非定常時用ガイダンス処理手段８４について説明する。
非定常時用ガイダンス処理手段８４は、非定常時用シミュレーション演算手段８２から出力された予測ゲート開度指令値５３ａ、予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８および履歴データ８３を取り込んでグラフィック演算処理し、その処理結果を運転員への非定常時ガイダンスの表示データ８６として出力する。

非定常時ガイダンスの表示データ８６は、前述したように切替処理部６５の他方の入力端子に入力されるので、切替処理部６５に非定常時の運用指令６１が出ると、ヒューマンインターフェース部４２の表示部４２Ｄに入力され、ここでビジュアル表示される。この非定常時ガイダンスの表示データ８６の表示例については後述する。

なお、図１のシステム構成図では、非定常時用水位管理システム１０１に天気情報７１および上流水位７２の双方のデータを導入しているが、天気情報７１または上流水位７２のデータ採取が困難であるとか、データ採取の費用が高額である場合にはいずれか一方のデータのみを採取するようにしてもよい。

次に、図４を参照して前述したデータ蓄積処理手段８１および非定常時用シミュレーション演算手段８２の詳細構成の一例について説明する。

データ蓄積処理８１は、採取データをパッケージ化するためのパッケージ化処理手段Ｓ１、このパッケージ化されたデータを保存するデータ保存処理Ｓ２および保存されているデータの中から類似のデータを検索する類似データ検索処理Ｓ３を備えている。

このうちパッケージ化処理手段Ｓ１は、データ採取手段（Ａ）６２により天気情報７１、データ採取手段（Ｂ）６３により上流水位７２、貯水池水位１１、ゲート開度１２および水車発電機出力１３および日付・時間データ６０を入力し、天気情報７１、上流水位７２、貯水池水位１１、ゲート開度１２および水車発電機出力１３に日付・時間６０を付加して１つにパッケージ化されたデータに編集する。このパッケージ化されたデータはデータ保存処理Ｓ２にて処理されて蓄積される。

また、類似データ検索処理Ｓ３は、天気情報７１を検索キーワードとした検索要求１０２をデータ保存処理手段Ｓ２に出力し、データ保存処理手段Ｓ２に保存されているデータから類似データを検索し、この検索によって類似データが見つかった場合、類似データを見つけた時点を起点にして、その前後数時間の指定時間内のデータを履歴データ１０３として取り出し、取り出した履歴データ１０３を非定常時用シミュレーション演算手段８２に蓄積データ８５として出力する。

次に、非定常時用シミュレーション演算手段８２について一例を説明する。
非定常時用シミュレーション演算手段８２は、前記データ採取手段（Ｂ）６３にて取込んでいる上流水位７２を「水位−流量特性」演算手段Ｄ３(特性カーブについては図５（ａ）参照)に入力し、この特性に基づいて計測地点の河川の流量１１０を算出する。この算出された流量１１０は、計測した上流水位の測定地点から貯水池に着水するまでに要した時間（着水時間）後にダムへ流入するので、着水時間遅れ処理手段Ｄ４にて一定時間メモリし、着水時間分だけ前（過去）の流量１１０を現在のダム流入量１１１として後述する繰返し演算部１２０内の流量差積算処理手段Ｄ８に出力される。

なお、ここでは貯水池に流れ込んでいる河川が１つの場合を例にしたが、貯水池に流れ込んでいる河川が複数存在する場合は、それぞれの河川の水位情報から流量１１０を算出し、その流量１１０が貯水池まで届く着水時間を各々処理し、流入タイミングを合わせて流量の総和をダム流入量として出力する必要がある。

次に、切替処理手段Ｄ５は、前記定常時用水位管理システム１００から取り込んだゲート放流量３２と、予め非定常時用シミュレーション演算手段８２内に設定されているゲート放流量運転パターン設定Ｄ１とを入力し、運転員が指定した切替操作指令Ｄ２１（なお、前述した定常時／非定常時の運用状態指令６１とは別のタイミングで発せられる）に基づいて指定された入力信号によって切替処理され、指定された方の入力信号を選択してゲート放流量１１４として出力する。

同様に切替処理手段Ｄ６は、前記定常時用水位管理システム１００から取り込んだ水車放流量３３と、水車放流量運転パターン設定Ｄ２とを入力し、運転員が指定した切替操作指令Ｄ２１に基づいて指定された入力信号によって切替処理され、指定された方の入力信号を選択して水車放流量１１５として出力する。

なお、ゲート放流量運転パターン設定Ｄ１はゲート開度で設定し「ゲート開度−流量特性」を使用してゲート放流量を算出するようにしても良い。また、水車放流量運転パターン設定Ｄ２は発電機出力で設定し「Ｐ−Ｑ特性」を使用し水車放流量を算出するようにしても良い。以上のようにして算出されたダム流入量１１１、ゲート放流量１１４および水車放流量１１５を繰返し演算部１２０内の流量差積算処理手段Ｄ８に取込む。

この流量差積算処理手段Ｄ８は、一定時間刻みに予測時間設定手段Ｄ７で設定した時間分の流量差｛ダム流入量１１１−流出量（ゲート放流量＋水車放流量）を算出し、流量差の体積１１２として出力する。流量差の体積１１２の算出式は次のとおりである。
流量差の体積＝∫｛流入量−（ゲート放流量＋水車放流量）｝dt

このようにして算出した流量差の体積１１２と、前述の定常時用水位管理システム１００から取込んだ貯水池容量３１とを加算演算部Ｄ１１にて加算して予測貯水池容量１１３を算出し、この予測貯水池容量１１３を「容量−水位特性部」Ｄ１２(特性カーブについては図５（ｂ）参照)に入力し、この特性に基づいて予測貯水池水位１１６を算出し、その都度予測貯水池水位テーブルＤ１３に格納（記憶）する。この流量差の体積演算から予測貯水池水位テーブルＤ１３に格納するまでの一連の処理を一定時間刻みで所定時間到達まで繰返し実施し、所定時間に到達すると前記一定時間刻み毎に予測貯水池水位テーブルＤ１３に格納された予測貯水値水位を全て出力する。

なお、流量差積算処理手段Ｄ８による流量差の体積１１２の算出から予測貯水池水位１１６を予測貯水池水位テーブルＤ１３に格納するまでの一連の処理を一定時間刻みで所定時間到達まで繰返すことを便宜上、第１の繰返し演算という。

そして、前記水車放流量１１５を既知の水車放流量−発電機出力特性Ｄ１４(特性カーブについては図５（ｃ）参照)に入力し、この特性に基づいて予測発電機出力を求めてその都度予測発電機出力テーブルＤ１５に格納し、この演算から格納までの一連の処理を一定時間刻みで所定時間まで繰返し実施し、所定時間後に前記一定時間刻み毎に得られた予測発電機出力を出力する。

なお、水車放流量１１５を既知の水車放流量−発電機出力特性Ｄ１４に基づいて予測発電機出力１１７を求めてその都度予測発電機出力テーブルＤ１５に格納（記憶）させ、この演算を一定時間刻みで所定時間到達まで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測発電機出力を出力することを便宜上、第２の繰返し演算という。

さらに、前記ゲート放流量１１４を既知のゲート放流量−ゲート開度特性Ｄ１６(特性カーブについては図５（ｄ）参照)に入力し、この特性に基づいて予測ゲート開度指令値を求めてその都度予測ゲート開度指令値テーブルＤ１７に格納し、この演算から格納までの一連の処理を一定時間刻みで所定時間まで繰返し実施し、所定時間後に前記一定時間刻み毎に得られた予測ゲート開度指令値を出力する。

なお、ゲート放流量を既知のゲート放流量−ゲート開度特性に基づいて予測ゲート開度指令値を求めてその都度格納（記憶）し、この演算を一定時間刻みで所定時間到達まで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測ゲート開度指令値を出力することを便宜上、第３の繰返し演算という。

図６（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、以上説明した繰返し演算部１２０における一定時間刻みの繰り返し処理（第１の繰返し演算〜第３の繰返し演算）の流れを示すフローチャートである。

図６では、予測時間設定手段Ｄ７の設定時間（Ｔ）を例えば１時間、演算周期を１０分とそれぞれ設定して１時間の間に繰返し処理を６回行う例を示す。

図６（ａ）は、第１の繰返し演算に対応する、予測貯水池水位算出のフローチャートであり、流量差演算Ｄ８にて流量差の体積１１２を算出したあと、加算演算部Ｄ１１にて、予測貯水池容量１１３を算出する。そして、次に予測貯水池容量１１３を「容量−水位特性」Ｄ１２に入力し、この特性に基づいて予測貯水池水位１１６を算出し、算出した予測貯水池水位１１６を予測貯水池水位テーブルＤ１３に格納する。この流量差演算Ｄ８から予測貯水池水位１１６の予測貯水池水位テーブルＤ１３への格納までの一連の処理を繰返し６回行われると、予測貯水池テーブルＤ１３に格納された全ての予測貯水池水位５４ａのデータが出力される。しかし、繰返し回数が６回に満たない場合、６回になるまで繰返す。

図６（ｂ）は、第２の繰返し演算に対応する、予測発電機出力算出のフローチャートであり、水車放流量１１５を繰返し部１２０内の「水車放流量−発電機出力特性部」Ｄ１４(図５（ｃ）参照)に入力し、この特性に基づいて予測発電機出力１１７を算出し、この算出した予測発電機出力１１７を予測発電機出力テーブルＤ１５に格納する。この一連の処理を予測時間設定手段Ｄ７にて設定した時間Ｔになるまで繰返し６回行われると、予測発電機出力テーブルＤ１５に格納された全ての予測発電機出力５８のデータが出力される。しかし、繰返し回数が６回に満たない場合、６回になるまで繰返す。

図６（ｃ）は、第３の繰返し演算に対応する、予測ゲート開度算出のフローチャートであり、ゲート放流量１１４を繰返し部１２０内の「ゲート放流量−ゲート開度特性部」Ｄ１６(図５（ｄ）参照)に入力し、この特性に基づいて予測ゲート開度１１８を算出し、この算出した予測ゲート開度１１８を予測ゲート開度テーブルＤ１７に格納する。この一連の処理を予測時間設定手段Ｄ７にて設定した時間Ｔになるまで繰返し６回行われると、予測ゲート開度テーブルＤ１７に格納された全ての予測ゲート開度指令値５３ａのデータが出力される。しかし、繰返し回数が６回に満たない場合、６回になるまで繰返す。

次に、データ重合せ処理手段Ｄ２０について説明する。
このデータ重合せ処理手段Ｄ２０は、データ採取手段（Ｂ）６３から入力された上流水位７２と、貯水池水位１１、ゲート開度１２、水車発電機出力１３、さらに繰返し演算部１２０から出力された３つの信号（予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８および予測ゲート開度指令値５３ａ）と、データ蓄積処理手段８１の類似データ検索手段Ｓ３から取込んだ蓄積データ８５である前記履歴データ１０３を用いて、表示用の重合せ処理を行い、処理結果を一つまたは複数の重合せデータ８３として出力する。

上述した非定常時用シミュレーション演算手段８２から出力された予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８、予測ゲート開度指令値５３ａおよび重合せデータ８３は、運転員への非定常時用ガイダンス処理手段８４に入力され、ここで演算処理されて非定常時用ガイダンス表示データ８６として出力される。

なお、データ重合せ処理手段Ｄ２０を設けず、上流水位７２、貯水池水位１１、ゲート開度１２、水車発電機出力１３、データ蓄積処理手段８１の類似データ検索手段Ｓ３から取込んだ蓄積データ８５である前記履歴データ１０３を、個々に非定常時用ガイダンス処理手段８４に出力し、個々に表示するようにしてもよい。

この非定常時用ガイダンス処理手段８４は、前述した定常時用ガイダンス処理手段５５と同様に、入力信号をビジュアル化するためのグラフィック演算処理手段を備えており、非定常時用シミュレーション演算手段８２から出力された３つの予測値（予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８および予測ゲート開度指令値５３ａの３項目）と、一つまたは複数の重合せデータ８３を入力してグラフィック演算処理し、その処理結果を非定常時用ガイダンス表示データ８６として出力する。

なお、非定常時用ガイダンス処理手段８４は、一つまたは複数の重合せデータ８３の代わりに上流水位７２、貯水池水位１１、ゲート開度１２、水車発電機出力１３、データ蓄積処理手段８１の類似データ検索手段Ｓ３から取込んだ蓄積データ８５である前記履歴データ１０３を個々に入力しても良い。

この非定常時用ガイダンス表示データ８６は切替処理部６５の他方の入力端子に入力される。前述したようにこの切替処理部６５は、運転員からの選択指令６１に基づいて定常時用ガイダンス処理手段５５から出力される定常時用ガイダンス表示データ５６か、非定常時用ガイダンス処理手段８４から出力される非定常時用ガイダンス表示データ８６かのいずれかを選択してヒューマンインターフェース部４２に出力されるので、切替処理部６５で選択された表示データは表示部４２Ｄで表示される。

表示部４２Ｄには、定常時用ガイダンス表示データ５６が選択されているときは前述した図３に示す定常時の貯水値水位、ゲート開度、総合放流量等の内容が２次元座標で表示される。一方、非定常時用ガイダンス表示データ８６が選択されているときは、予測貯水値水位５４ａ、予測発電機出力５８、予測ゲート開度指令値５３ａがそれぞれ図３と同様に単独で２次元座標で表示される。

なお、表示部４２Ｄは、履歴データ８３も入力しているので、天気情報を検索キーワードとして検索された過去の類似データを併せて表示することができる。例えば、図７は予測ゲート開度指令値５３ａ、予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８と履歴データとを重ね合わせて表示したもので、予測データと履歴データとの比較をビジュアル的に確認することが可能になっている。

運転員は、定常時あるいは非定常時のいずれの運用状態であっても、この表示部４２Ｄに表示された情報を目視確認することによって、手動操作部４２Ｍのスイッチを操作し、ダムゲートの開度を制御できる。

以上述べたように、本実施形態１によれば、定常時の場合、定常時用水位管理システム１００に設けたガイダンス処理手段５５で定常時の予測貯水池水位、予測総合放流量または予測ゲート開度指令値等をグラフィック演算処理した結果をヒューマンインターフェース部４２の表示部４２Ｄで表示するようにしたので、運転員は、ヒューマンインターフェース部の表示部４２Ｄに表示されたガイダンス情報を目視するだけで、現状の貯水池容量と総合放流量から今後予想される貯水池水位状態等を総合的に確認することが可能となり、複雑な情報を総合的に判断するための運転マニュアルや高度のスキルが無くても効率的な水位管理を行うためのゲート制御指令値を判断し、ヒューマンインターフェース部４２の手動操作部４２Ｍによりゲート制御４３を行うことが可能となる。

また、台風接近等の非定常時の場合、非定常時用水位管理システム１０１は、常設の天気情報用計測装置、水位計、伝送装置、伝送路およびそれらの電源を確保する必要の無い安価な方法で天気情報、上流水位をデータ収集し、定常時用水位管理システム１００のデータも有効に使用して蓄積データを構築し、運転員が状況に応じて類似の蓄積データも確認可能にすることにより、非定常時においても定常時と同様に河川の状況に応じた運用を行う必要がある運転員へ有効なサポート情報を提示する水位管理システムを安価に提供することができる。

これにより、運転員の負担・負荷を軽減させる効果がある。また、運転に必要な経験やスキルが今までより低くとも対応可能となるためベテランを運転員として確保する必要が無くなり人員配置・人材確保などの観点でも楽になる。これによる人件費低減も間接的な効果が期待できる。

また、データ蓄積を継続的に実施することで、特に台風接近等の非定常時の際、過去の類似の状況を精度よく参照することが可能となる。

［実施形態２］
図８を参照して実施形態２について説明する。
本実施形態２が前述の実施形態１と比較して相違する点は、非定常時用水位管理システム１０１に取り込む天気情報７１を採取するデータ採取手段（Ａ）６２を、インターネットを使った採取手段６２−１に置き替えたことにあり、その他については実施形態１のシステム構成図１と同じなので同一手段・同一部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図８において、本実施形態２で採用する非定常時用水位管理システム１０１は、インターネット(気象情報自動配信サービス、天気情報無料配信サービスなど、無料又は低価格で入手できるサービスにて入手する方法、又はローカル地区の天気情報の有料配信サービス)を使った採取手段６２−１により採取された天気情報７１(天気、温度、湿度、降水量)を非定常時用水位管理システム１０１のデータ蓄積手段８１に取り込む処理を行う。

ここで、インターネットを使った採取手段６２−１は、内蔵するパソコンを特定のインターネットに接続することによって当該サイトから天気情報７１を採取し、その採取した天気情報７１をデータ蓄積手段８１に取込むまでの処理を人手によらずに自動的に行うか、あるいは天気情報７１を、地域の協力者等の運転員以外の人間の人手を介して取り込む手段を実行するものであり、以下にその一例を説明する。

インターネットを使った採取手段６２−１によって採取した天気情報７１を、人手を介さずにデータ蓄積手段８１に自動的に取り込む場合は、当該採取手段６２−１に内蔵されたパソコン等のコンピュータをデータ蓄積手段８１に接続しておき、予め定めた時刻になるとパソコンを自動的に天気情報７１の提供サイト（例えば、気象情報自動配信サービスサイト、天気情報無料配信サービスサイト、又はローカル地区の有料の天気情報配信サービスサイト等）に接続する処理（Ａ−ｉ）と、接続された当該サイトが提供する天気情報に関する表示データをテキスト形式で保存する処理（Ａ−ii）と、この保存されたテキストデータにフィルタリングを掛けて必要な天気情報を取り出す処理（Ａ−iii）と、この取り出した天気情報７１をデータ蓄積手段８１にて取込むためのデータフォーマットに変換を行い、テキストファイル又はＣＳＶファイルなどのインポートができるファイル形態にて保存する処理（Ａ−iv）と、この保存されたデータのエリアが状変したことにより最新ファイルをデータ蓄積手段８１にインポートする処理（Ａ−ｖ）と、を連続して実行するように構成されている。

なお、インターネットから採取した天気情報７１を自動的にデータ蓄積手段８１に取込むことが困難な場合は、インターネットから入手した天気情報７１を、水位管理システムに連動したインターネットのサイトにあるインターネット入力画面（図９（ａ）参照）より、手入力にてデータを入力し、入力された天気情報７１を非定常時用水位管理システム１０１に取り込む。また、インターネットの使用が困難な場合は、テレビ、ラジオの情報から天気情報７１のデータを入手し、入手したデータを手入力にて決められたフォーマットで作成されたデータファイル（図９（ｂ）参照）を作成し、データ蓄積手段８１に取込むように構成する。

以上述べた本実施形態２によれば、前述した実施形態１の奏する作用効果に加えて、インターネットにより採取した天気情報７１をデータ蓄積手段８１に取込むまでの一連の処理を自動的に行う手段、または地域の協力者等運転員以外の人間の人手を介して取込む手段を実行することにより、運転員の作業を減らし、負担を掛けないようにすることができるので、より安価に天気情報７１のデータを採取することができる。

また、データ収集する際にインターネット画面入力を行う場合は、インターネットに接続できるところであれば、発電所以外でもデータ採取の作業が可能となり、運転員以外の人に依頼している場合でも、運転員を介さずにデータ保存を行うことができ運転員の負荷を軽減させる効果もある。

［実施形態３］
図１０を参照して実施形態３について説明する。
本実施形態３が前述した実施形態２と比較して相違する点は、非定常時用水位管理システム１０１に取り込む上流水位７２のデータを採取するデータ採取手段（Ｂ）６３を、人手を使った採取手段６３−１に置き替えた点にあり、その他については実施形態２のシステム構成図８と同じなので、同一手段・同一部分には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１０において、本実施形態３の非定常時用水位管理システム１０１は、「人手を使った採取手段」６３−１により、上流水位７２のデータを入手し、取り込む処理を行う。

ここで、上流水位７２のデータ採取を行うには運転員以外の人間の人手を借りることになる。例えば、地域のボランティア、あるいは非ボランティアである地域住民等の運転員以外の人間に対して上流水位７２のデータの採取作業を依頼する。

上流水位７２のデータを具体的に入手する方法としては、河川情報を提供しているインターネットのサイト（例えば、国土交通省（国土地理院）等のサイト、水位情報や河川情報を配信しているローカル地区のサイト、又は有料にて水位情報や河川情報を配信しているサイト等）から上流水位７２のデータを入手するとか、運転員以外の人間が発電所の河川上流の計測ポイントに測定用の水位標(量水標)を設置して目視にて上流水位７２を直接測定し入手する。

入手した上流水位７２は、非定常時用水位管理システム１０１に連動したインターネットのサイトにあるインターネット入力画面(前述の図９（ａ）参照)から、手入力にてデータを入力する。これにより、入力された上流水位７２は非定常時用水位管理システム１０１の入力情報としてデータ採取される。

なお、インターネットの使用が困難な場合は、入手したデータを手入力にて決められたフォーマットで作成されたデータファイル(前述の図９（ｂ）参照)を作成する。作成されたデータファイルは、テキストファイル又はＣＳＶファイルなどの、インポート機能が適用できるファイル形態とし、そのデータファイルを水位管理システムにインポートすることで非定常時用水位管理システム１０１の情報としてデータを採取することができる。

本実施形態３は、データ採取手段（Ｂ）６３−１にて人手を使って上流水位７２を採取し、入力処理すること以外は実施形態２と同じなので、他の説明は省略する。

以上述べたように、本実施形態３によれば、前述した実施形態２の奏する作用効果に加えて、上流水位７２のデータの採取を運転員以外の人間の人手を使ってデータ採取するようにしたので、上流水位の情報採取手段を安価に構成することができる。

［実施形態４］
図１１を参照して実施形態４について説明する。
本実施形態４が前述した実施形態３と比較して相違する点は、非定常時用水位管理システム１０１の非定常時用ガイダンス処理手段８４を、非定常時用ガイダンス処理手段８４−１に置き替えた点にあり、その他については実施形態３のシステム構成図１０と同じなので、同一手段、部には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図１１において、本実施形態４の非定常時用水位管理システム１０１は、非定常時用シミュレーション演算手段８２より出力された、予測発電機出力５８、予測ゲート開度指令値５３ａ、予測貯水池水位５４ａおよび履歴データ８３を入力し、演算結果である非定常時用ガイダンス８６を出力する点は、実施形態３と同じである。しかし、本実施形態４ではこれに加え、グラフィック演算処理手段により求められた非定常時用ガイダンス８６をビジュアル化表示するための表示部（図示せず）を非定常時用ガイダンス処理手段８４内に備えるようにした点で異なる。
これ以外については、実施形態３と同じなので、説明を省略する。

本実施形態４では、非定常時用水位管理システム１０１内の非定常時用ガイダンス処理手段８４−１に設けた表示部（図示せず）で、予測ゲート開度指令値５３ａ、予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８に関して時間の経過により予測値の変化が確認できるように２次元座標で表示させ、併せて、天気情報を検索キーワードとして検索された過去の類似データも表示し、且つ入力された予測ゲート開度指令値５３ａ、予測貯水池水位５４ａ、予測発電機出力５８を重ね合わせて表示する画面(前述の図７参照)で、履歴データとの比較をビジュアル的に確認することを可能にしている。

以上述べたように、本実施形態４によれば、前述した実施形態１乃至３の奏する作用効果に加えて、非定常時用ガイダンス表示データをヒューマンインターフェース部４２だけではなく、非定常時用水位管理システム１０１内の非定常時用ガイダンス処理手段８４−１でも表示することができる。これにより、有効なサポート情報が提供でき、運転員の負担・負荷を軽減させることができる。

１１…貯水池水位、１２…ゲート開度、１３…水車発電機出力、２１…貯水池容量演算、２２…ゲート放流量演算、２３…水車放流量演算、３１…貯水池容量、３２…ゲート放流量、３３…水車放流量、３４…総合放流量、３５…加算演算、４２…ヒューマンインターフェース部（運転員による監視・手動操作部）、４２Ｄ…表示部、４２Ｍ…手動操作部、４３…ゲート制御手段、５１…定常時用シミュレーション演算手段、５２…予測総合法流量、５３…予測ゲート開度指令値、５３ａ…予測ゲート開度指令値、５４…予測貯水池水位、５４ａ…予測貯水池水位、５５…定常時用ガイダンス処理手段、５８…予測発電機出力、６１…定常時／非定常時用運用の状態、６２…データ採取手段（Ａ）、６３…データ採取手段（Ｂ）、６５…切替処理部、７１…天気情報、７２…上流水位、８１…データ蓄積処理手段、８２…非定常時用シミュレーション演算手段、８３…履歴データ、８４…非定常時用ガイダンス処理手段、８５…蓄積データ、１００…定常時用水位管理システム、１０１…非定常時用水位管理システム、１０２…検索要求、１０３…履歴データ。

Claims (5)

1. 貯水池水位情報、放流ゲート開度情報、水車発電機出力情報に加えて天気情報および河川の上流水位の各データを取り込み、これらの各データに日付・時間を付加してパッケージ化し、履歴データとして蓄積するデータ蓄積処理手段と、
   前記河川の上流水位データを取り込み前記上流水位データに所定の着水遅れ時間処理して求めたダム流入量から前記放流ゲート開度情報に基づいて算出された前記ゲート放流量と、前記水車発電機出力情報に基づいて算出された水車放流量とを減算して流量差の体積を求め、当該流量差の体積と前記貯水池水位情報に基づいて算出された貯水値容量との加算により得られた予測貯水値容量を既知の容量−水位特性に基づいて予測貯水値水位を求めてその都度記憶させ、この流量差の体積演算から記憶までの一連の処理を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測貯水値水位を出力する第１の繰返し演算手段と、
   前記水車放流量を既知の水車放流量−発電機出力特性に基づいて予測発電機出力を求めてその都度記憶させ、この演算を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測発電機出力を出力する第２の繰返し演算手段と、
   前記ゲート放流量を既知のゲート放流量−ゲート開度特性に基づいて予測ゲート開度指令値を求めてその都度記憶し、この演算を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測ゲート開度指令値を出力する第３の繰返し演算手段と、
   前記予測貯水値水位、予測発電機出力、予測ゲート開度指令値および履歴データを取り込んでグラフィック演算処理し、その演算結果を運転員への非定常時用ガイダンス表示データとして出力する非定常時用ガイダンス処理手段と、
   前記非定常時用ガイダンス表示データを表示し、ゲート制御を行うためのヒューマンインターフェース部と、
   を備えたことを特徴とする水力発電所の水位管理システム。
2. 貯水池水位情報、放流ゲート開度情報および水車発電機出力情報のうち、貯水池水位情報と既知の貯水池容量特性とにより貯水池容量を算出する演算手段と、
   前記ゲート開度情報と既知のゲート放流量特性とによりゲート放流量を算出する演算手段と、
   前記水車発電機出力情報と水車放流特性とから水車放流量を算出する演算手段と、
   前記各演算手段により算出された貯水池容量と、ゲート放流量と、当該ゲート放流量および前記水車放流量を加算して得られる総合放流量とを入力し、予め定めた時間後の予測総合放流量、予測ゲート開度指令値および予測貯水池水位をそれぞれ算出する定常時用シミュレーション演算手段と、
   前記シミュレーション演算手段による演算結果、前記貯水池水位情報、前記ゲート開度情報、前記水車発電機出力情報、前記貯水池容量および前記総合放流量を入力してビジュアル化するためのグラフィック演算処理し、ガイダンス情報として出力する定常時用ガイダンス処理手段と、
   前記貯水池水位情報、放流ゲート開度情報、水車発電機出力情報に加えて天気情報および河川の上流水位の各データを取り込み、これらの各データに日付・時間を付加してパッケージ化し、履歴データとして蓄積するデータ蓄積処理手段と、
   前記河川の上流水位データを取り込み前記上流水位データに所定の着水遅れ時間処理して求めたダム流入量から前記放流ゲート開度情報に基づいて算出された前記ゲート放流量と、前記水車発電機出力情報に基づいて算出された水車放流量とを減算して流量差の体積を求め、当該流量差の体積と前記貯水池水位情報に基づいて算出された貯水値容量との加算により得られた予測貯水値容量を既知の容量−水位特性に基づいて予測貯水値水位を求めてその都度記憶させ、この流量差の体積演算から記憶までの一連の処理を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測貯水値水位を出力する第１の繰返し演算手段と、
   前記水車放流量を既知の水車放流量−発電機出力特性に基づいて予測発電機出力を求めてその都度記憶させ、この演算を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測発電機出力を出力する第２の繰返し演算手段と、
   前記ゲート放流量を既知のゲート放流量−ゲート開度特性に基づいて予測ゲート開度指令値を求めてその都度記憶し、この演算を一定時間刻みで所定時間に到達するまで繰返し実施し、所定時間到達後に前記記憶されている一定時間刻み毎に得られた予測ゲート開度指令値を出力する第３の繰返し演算手段と、
   前記予測貯水値水位、予測発電機出力、予測ゲート開度指令値および履歴データを取り込んでグラフィック演算処理し、その演算結果を運転員への非定常時用ガイダンス表示データとして出力する非定常時用ガイダンス処理手段と、
   運用指令に基づいて選択された前記非常時用ガイダンス表示データまたは前記常時用ガイダンス表示データを表示し、ゲート制御を行うためのヒューマンインターフェース部とから成る水力発電所の水位管理システム。
3. 前記天気情報および河川の上流水位データの双方または何れか一方のデータをインターネット上のサイトの配信サービスを利用して採取し、前記データ蓄積手段に自動的に取り込むことを特徴とする請求項１または２記載の水力発電所の水位管理システム。
4. 前記天気情報および河川の上流水位データの双方または何れか一方のデータをインターネット上のサイトまたはテレビ放送、ラジオ放送から採取して前記インターネット上のサイトに作成した所定の入力画面または所定のデータファイルを作成して採取することを特徴とする請求項１または２記載の水力発電所の水位管理システム。
5. 前記各繰返し演算手段に取り込むゲート放流量および水車放流量を、それぞれゲート運転パターン設定値および水車放流量運転パターン設定値に切替える切替手段を付加したことを特徴とする請求項１または２記載の水力発電所の水位管理システム。

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