JP2012193585A - 配水圧制御システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】配水管網1とポンプ8,9,10の間に設置された吐出圧力計測器2が計測する吐出圧と、配水先の水道管と当該配水管網1との間に設置された末端圧計測器3が計測する末端圧と、配水管網1とポンプ8,9,10との間に設置された流量計測器4が計測する流量とに基いて、所定のレベルのモデル化誤差による影響を反映させた当該配水管網1の管路抵抗モデルを生成する管路抵抗モデル生成部102と、管路抵抗モデルと予め配水圧制御システムが有する配水流量パターンとに基いて、配水管網1の中で生じる水圧の圧力損失量を算出する圧力損失計算部104と、末端圧の目標値を受信し、圧力損失量と末端圧の目標値とに基いて、目標吐出圧を計算する目標吐出圧計算部105と、目標吐出圧を達成するようポンプ8,9,10の回転数を制御する回転数制御部107とを有する。
【選択図】図1
Description
配水管網とポンプの間に設置された吐出圧力計測器が計測する吐出圧と、配水管網から水の供給を受ける配水先の水道管と当該配水管網との間に設置された末端圧計測器が計測する末端圧と、配水管網とポンプとの間に設置された流量計測器が計測する流量とに基いて、所定のレベルのモデル化誤差による影響を反映させた当該配水管網の管路抵抗モデルを生成する管路抵抗モデル生成部と、
管路抵抗モデルと予め配水圧制御システムが有する配水流量パターンとに基いて、配水管網の中で生じる水圧の圧力損失量を算出する圧力損失計算部と、
末端圧の目標値を受信し、圧力損失量と末端圧の目標値とに基いて、目標吐出圧を計算する目標吐出圧計算部と、
目標吐出圧を達成するようポンプの回転数を制御する回転数制御部とを有する。
ここに、
P:吐出圧(m)
Pe:末端圧(m)
h:吐出圧測定点の標高(m)−末端圧測定点の標高(m)
k:定数
Q:配水流量(m3/s)
α:定数(1.85や2.0の値を活用)
hは既知の実数であり管路抵抗同定手段102を構成する計算機のメモリに予め設定されている。P、Pe、Qの時系列データはDB101内に存在するので、管路抵抗同定手段102は式(1)を用いた最小2乗法により定数kを推定(算出)できる。ここでは、αも未知パラメータとして、kと共に推定することもできる。αを算出する場合は、管路抵抗同定手段102は式(1)の両辺の対数を計算した上で最小二乗法を適用する。
次に、圧力損失計算手段104では、次式に基づいて圧力損失Hを計算する。
目標吐出圧計算手段105では、目標末端圧Pe0の入力を受け付けて、これに圧力損失を加算し、目標吐出圧P0を次の式で算出する。
吐出圧制御手段106、及び、回転数制御手段107では、算出された目標吐出圧が、計測吐出圧に一致するよう各ホンプへの信号によりポンプ回転数を制御する。まず吐出圧制御手段106は、目標回転数N0を決定する。図6は、配水圧制御装置100がその記憶装置内に有しているポンプの性能特性データを図示したホンプの性能曲線を表すものであり、縦軸が流量Q、横軸が揚程Hとなっている。ポンプ1台運転、2台運転、3台運転の場合の性能曲線が描かれている。これを数式で表現すると次のようになる。
ここで、H:揚程、Q:流量、N:ポンプ回転数、f:性能曲線を表現する関数、i:1,2,3の定数でポンプ運転台数に相当する。
Q1≦Qf<Q2の時、2台運転 (6)
Q2≦Qf の時、3台運転
(5)式を回転数について解いて次式を得る。
この式を利用して目標回転数N0は、次式で計算する。
ここで、P0:目標吐出圧、Qf:予測需要、N0:ポンプ目標回転数
次にポンプ回転数制御手段107では、計測回転数が目標回転数に一致するようポンプへの信号を制御する。 次に、図4に基づいて、以上のべた圧力制御装置の処理フローを説明する。この処理は、例えば、5分周期で実行されるようになっている。制御周期は配水圧制御装置への設定により、長くしたり短くしたりと任意の長さに設定することが可能である。制御周期を長くすると制御性能が劣化するが、短くすると演算負荷が大きくなるので、両者のトレードオフのバランスが取れる周期が設定されることが望ましい。尚、図4に示す処理は配水圧制御装置100によって実行される。
あるいは、 (9)
|q2(t)−q2(t−0.1)|>ある閾値
これらの条件は、消化栓流量の発生や、その停止の瞬間を判定するものである。
これらの判定条件が満たされる限り、配水圧制御装置100は100msの周期で、図4の配水圧制御処理を実行する。これにより、火災などの突発的な需要の発生や需要の消失時に手適応して末端圧の急速な低下や上昇を防止できる。
ステップ1001では、臨時処理判定手段805が消化栓流量の変化量Δq1、Δq2を次式に基づき計算する。
Δq2=|q2(t)−q2(t−0.1)| (11)
ステップ1002では、臨時処理判定手段805がこれらの変化量が予め定められた所定の閾値以上かどうかを判定する。所定の閾値未満なら処理終了、所定の閾値以上ならステップ1003に進む。ステップ1003では臨時処理判定手段805が図4に示す配水圧制御処理を起動する。但し、需要予測401は実行されない。需要パターンデータに代わり、需要予測手段103は流量センサ4から最新の流量計測値を取得しこの値をQfとする。そして以降各手段はこのQfに基いて、各種状態量を計算する。
なお本実施例は、消化栓が2つある場合を示しているが、3個以上の場合も、同様の処理で対応可能である。
ここに、P:吐出圧(m)
Pe:末端圧(m)
h:吐出圧測定点の標高(m)−末端圧測定点の標高(m)
k:定数
Q:消化栓流量を除いた配水流量(本来の需要)(m3/s)
q:消化栓流量(m3/s)
消火栓流量変数qを本来の需要Qとは別に設けることで、モデルの精緻化を図っている。
+(m20+2・σm2)q2
(13)
図13に、消火栓流量などの需要急変に対応する制御処理のフローを示す。ステップ1001、1002の処理は、図10のステップ1001,1002の処理と同様であり臨時処理判定手段805によって実行される。
101DB
102管路抵抗モデル同定手段
103需要予測手段
104圧力損失計算手段
105目標吐出圧計算手段
106吐出圧制御手段
107回転数制御手段
Claims (6)
- 配水地からポンプを介して配水管網へ水を配水する際の当該ポンプから当該配水管網への配水圧を制御する配水圧制御システムであって、
前記配水管網と前記ポンプの間に設置された吐出圧力計測器が計測する吐出圧と、前記配水管網から水の供給を受ける配水先の水道管と当該配水管網との間に設置された末端圧計測器が計測する末端圧と、前記配水管網と前記ポンプとの間に設置された流量計測器が計測する流量とに基いて、所定のレベルのモデル化誤差による影響を反映させた当該配水管網の管路抵抗モデルを生成する管路抵抗モデル生成部と、
前記管路抵抗モデルと予め配水圧制御システムが有する配水流量パターンとに基いて、前記配水管網の中で生じる水圧の圧力損失量を算出する圧力損失計算部と、
末端圧の目標値を受信し、前記圧力損失量と末端圧の目標値とに基いて、目標吐出圧を計算する目標吐出圧計算部と、
前記目標吐出圧を達成するよう前記ポンプの回転数を制御する回転数制御部とを有することを特徴とする配水圧制御システム。 - 請求項1記載の配水圧制御システムであって、
前記管路抵抗モデル生成部は、前記吐出圧と前記末端圧と前記流量とに基いて、最小二乗法により最小二乗法により生じる標準誤差を反映させた管路抵抗モデルを生成することを特徴とする配水圧制御システム。 - 請求項1記載の配水圧制御システムであって、
所定の周期毎に前記圧力損計算部が圧力損失量を計算し、前記目標吐出圧計算部が目標吐出圧を計算し、前記回転数制御部がポンプの回転数を制御することを特徴とする配水圧制御システム。 - 請求項3記載の配水圧制御システムであって、
更に、前記配水管網の所定の位置に設置された流量計測器が計測した流量に基いて、当該流量が所定の条件を満たすか否かを判定し、当該流量が所定の条件を満たす場合には、前記周期に関わらず、前記圧力損計算部に前記管路抵抗モデルと前記配水管網と前記ポンプとの間に設置された流量計測器が計測する流量に基いて圧力損失量を計算させ、前記目標吐出圧計算部に目標吐出圧を計算させ、前記回転数制御部にポンプの回転数を制御させる臨時処理部を有することを特徴とする配水圧制御システム。 - 請求項3記載の配水制御システムであって、
更に、前記配水管網の所定の位置に設置された流量計測器が計測した流量に基いて、当該流量が所定の条件を満たす場合には、
前記管路抵抗モデル生成部に、前記所定の位置に設置された流量計測器が計測した流量と、前記配水管網と前記ポンプとの間に設置された流量計測器が計測する流量と、前記吐出圧と、前記末端圧とに基いて管路抵抗モデルを生成を生成させ、
前記周期に関わらず、前記圧力損失計算部に当該管路抵抗モデルと前記配水管網と前記ポンプとの間に設置された流量計測器が計測する流量とに基いて圧力損失量を計算させ、前記目標吐出圧計算部に目標吐出圧を計算させ、前記回転数制御部にポンプの回転数を制御させる臨時処理部を有することを特徴とする配水圧制御システム。 - 請求項4乃至5記載の配水圧制御システムであって、流量計測器が設置される前記配水管網の所定の位置とは、前記配水管網に設置されている消火栓への配水口であることを特徴とする配水圧制御システム。
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