JP2015064649A - ダムゲート制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】制御の遅れを抑制しつつダムゲートの開度を適切な値に制御すること。
【解決手段】ダムゲート３を制御するゲート制御装置１０は、ダム水位を測定する水位測定部１１と、水位測定部が測定したダム水位Ｈとダムゲートとの離間距離Ｇに基づいて、ダムゲートの目標開度ＤＴを設定する目標開度設定部１２と、目標開度設定部により設定される目標開度に基づいてダムゲートを駆動する駆動制御部１３と、ダムゲートが目標開度に到達する予定時刻におけるダム水位を予想する予想水位算出部１４とを備える。目標開度設定部は、予想水位算出部で算出した予想ダム水位とダムゲートとの離間距離に基づいてダムゲートの目標開度を補正する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダムゲート制御システムに関する。

ダムでは、ダムゲート下端を水面下に位置させるオリフィスゲート制御と、ダムゲート下端を水面から離れた上方に位置させるフリーフロー制御とを実行する。フリーフロー制御では、ダムゲートを水面上に引き上げているため、放流量は制限されない。従来技術では、ダム水位とダムゲートの下端との距離に応じてダムゲートの開度を制御するようになっている（特許文献１）。

特開昭５７−１１４９１１号公報

従来技術では、ダムゲートの開度をダム水位とダムゲート下端との距離を予め保持しており、ダム水位に応じてゲート開度を制御するが、ダムゲートは重いため、その移動には時間がかかる。従来技術では、ダムゲートが目標の開度に達するまでに時間がかかるため、ダム水位が急激に変化するような場合には、制御遅れが生じる可能性がある。

例えば、ダム水位が急激に減少した場合には、予め決定された値よりもダム水位とダムゲート下端との距離が大きくなる。逆に、ダム水位が急激に増加した場合には、予め決定した値よりもダム水位とダムゲート下端との距離が小さくなる。

本発明は、上記の課題に着目してなされたもので、その目的は、制御の遅れを抑制しつつ適切にダムゲートの開度を制御できるようにしたダムゲート制御システムを提供することにある。本発明の他の目的は、ダムゲートが目標開度に達する時刻でのダム水位を予想し、その予想ダム水位に応じて目標開度を補正できるようにしたダムゲート制御システムを提供することにある。

上記課題を解決すべく、本発明に従うダムゲート制御システムは、ダム水位を測定する水位測定部と、水位測定部が測定したダム水位とダムゲートとの離間距離に基づいて、ダムゲートの目標開度を設定する目標開度設定部と、目標開度設定部により設定される目標開度に基づいてダムゲートを駆動する駆動制御部と、駆動制御部によりダムゲートが目標開度設定部で設定される目標開度に到達する予定時刻におけるダム水位を予想する予想水位算出部と、を備え、目標開度設定部は、所定の場合に、予想水位算出部で算出した予想ダム水位とダムゲートとの離間距離に基づいてダムゲートの目標開度を補正する。

本発明によれば、最初に算出した目標開度にダムゲートが到達する予定時刻におけるダム水位を予想し、その予想ダム水位とダムゲートとの離間距離に基づいて目標開度を補正することができるため、制御遅れの発生を抑制し、精度の高い制御を実現できる。

ダムゲート制御システムの全体構成図。 ダムゲートが目標開度に向けて変位する様子を示す説明図。 ダムゲートの開度を制御する処理を示すフローチャート。 第２実施例に係り、複数のダムゲートの開閉順序を水流に対する設置位置に応じて変える様子を示す説明図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。本実施形態では、後述のように、重いダムゲートの駆動には比較的時間を要する一方、ダムの制御対象である水位は急激に変化しうるというダムに特有の技術的性質に着目し、フリーフロー制御時のダムゲートの目標開度を適切に設定する。

図１は、ダムゲート制御システムの全体構成を示す。ダム１は、例えばダム本体２と、ダム本体２の上方に開閉可能に設けられる一つまたは複数のダムゲート３と、ダムゲート制御システムとしてのゲート制御装置１０とを備える。以下、ダムゲートをゲートと略記する場合がある。

ゲート制御装置１０は、例えば、マイクロコンピュータシステム、または、シーケンサやリレーなどを含む電気回路として構成される。ゲート制御装置１０は、例えば、水位測定部１１、目標開度設定部１２、駆動制御部１３、予想水位算出部１４、開閉順序管理部１５を備える。

水位測定部１１は、ダム水位Ｈをリアルタイムで検出する。ダム水位Ｈは、ダム本体２の頂部から水面までの高さとして定義される。目標開度設定部１２は、ゲート３の下端とダム水位Ｈ（水面）との間の距離に基づいて、ゲート３の目標開度を算出し、駆動制御部１３に設定する。目標開度Ｄは、ダム本体２の頂部からゲート３の下端までの距離として定義される。

駆動制御部１３は、例えば駆動モータ４などを制御することで、ゲート３の開門および閉門を制御する。予想水位算出部１４は、ゲート３の開度が目標開度設定部１２により設定される目標開度に到達する予定時刻におけるダム水位を予想する。予想されたダム水位を予想水位と呼ぶ。

目標開度設定部１２は、予想水位算出部１４で算出された予想水位と現時刻でのゲート３の下端との間の距離に基づいて、ゲート３の目標開度を補正（修正）する。目標開度設定部１２は、補正した目標開度を駆動制御部１３に設定（再設定）する。

図１に示すように、例えば、或る時刻ｔにおけるダム水位をＨとする。ゲート制御装置１０は、ゲート３の下端とダム水位Ｈとの離間距離Ｇを所定値（後述する下限値Ｇ１、または上限値Ｇ２）に設定すべく、駆動制御部１３および駆動モータ４を介して、ゲート３を目標開度まで引き上げたとする。ゲート３は、駆動モータ４等により速度Ｖで上昇していき、目標開度に達すると停止する。目標開度に到達したときのゲートを符号３Ａ１として示す。

ゲート３Ａ１が目標開度に達したときの時刻ｔ１に、ダム水位がＨからＨ１（＝Ｈ＋ΔＨ）に増加すると仮定する。もしもその場合、ゲート３Ａ１の下端は、ダム水位Ｈ１との間に必要な距離を確保できていない。ゲート３Ａ１が上昇している間に、水面がΔＨ上昇したため、その上昇分ΔＨだけゲート開度が不足する。

そこで、本実施例では、現時刻ｔでのダム水位Ｈに基づいて算出した目標開度を、ゲート３が目標開度に達するであろう予定時刻ｔ１での予想水位Ｈ１に基づいて補正し、駆動制御部１３に設定する。図１では、補正後のゲートの位置を符号３Ａ２で示す。これにより、自然環境の変動でダム水位が急激に変化した場合でも、ゲート３の開度を適切な値に制御することができる。

図２は、目標開度の下限値Ｇ１、上限値Ｇ２を模式的に示す説明図である。図２では、２つのゲート３（１）、３（２）のみ示すが、図４で後述するように３個以上のゲート３を備える構成でもよい。また、特に区別しない場合、ゲート３と呼ぶ。

図２（ａ）は目標開度の下限値Ｇ１を示す。図２（ａ）の左側に示すように、或る時刻において、ゲート３の下端と水面Ｈ（ダム水位）との間の距離Ｇが所定の下限値Ｇ１よりも小さいと仮定する（Ｇ＜Ｇ１）。この場合、ゲート制御装置１０は、図２（ａ）の右側に示すように、ゲート３を下限値Ｇ１まで上昇させる。

図２（ｂ）は目標開度の上限値Ｇ２を示す。図２（ｂ）の左側に示すように、或る時刻において、ゲート３の下端と水面Ｈとの間の距離Ｇが所定の上限値Ｇ２よりも大きいと仮定する（Ｇ＞Ｇ２）。この場合、ゲート制御装置１０は、図２（ｂ）に示すように、ゲート３を上限値Ｇ２まで上昇させる。

上述の下限値Ｇ１は、ゲート３の下端とダム水位との間の距離Ｇが下限値Ｇ１になるまで、ゲート３を上昇させるための閾値である。従って、下限値Ｇ１は、ゲートを上昇させるか判定するための値（ゲート上昇判定値）と呼ぶことができる。同様に、上限値Ｇ２は、ゲート３の下端とダム水位との間の距離が上限値Ｇ２になるまで、ゲート３を下降させるための閾値である。従って、上限値Ｇ２は、ゲート３を下降させるか判定するための値（ゲート下降判定値）と呼ぶことができる。

図３を用いてゲート３の開度を制御する処理を説明する。本処理は、ゲート制御装置１０により所定周期で実行される。

ゲート制御装置１０は、今回の処理が初回の処理であるか判定する（Ｓ１０）。初回の処理であると判定すると（Ｓ１０：ＹＥＳ）、ゲート制御装置１０は、各ゲート３の下端が同一位置に揃うように制御する（Ｓ１１）。ゲート制御装置１０は、ゲート３の停止位置が揃っていない場合、ダム水位Ｈに所定値αを加えた値よりも大きく、かつ最も近い値を停止位置（ゲート開度Ｄ）とする。ゲート制御装置１０は、各ゲート３の停止位置がステップＳ１１で決定したゲート開度となるように、駆動制御部１３を介して駆動モータ４に制御信号を出力する（Ｓ２３）。

以上で初回の処理が終わり、各ゲート３の位置が揃う。そして、所定の時間が経過すると、ゲート制御装置１０は図３に示す処理を再び実行する。

今回の処理は初回の処理ではないため（Ｓ１０：ＮＯ）、ゲート制御装置１０は、現在のゲート開度Ｄと現在のダム水位Ｈとの差（＝ゲート下端とダム本体２の上流側所定位置の水面との距離Ｇ）が下限値Ｇ１よりも小さいか判定する（Ｓ１２）。

ゲート制御装置１０は、ゲート３の下端とダム水位との間の距離Ｇが下限値Ｇ１よりも小さいと判定すると（Ｓ１２：ＹＥＳ）、各ダムゲート３の開度が下限値Ｇ１となるように目標開度ＤＴを設定する（Ｓ１３）。その後、ゲート制御装置１０は、所定時間経過後のダム水面の予想水位を算出する（Ｓ１７）。

ところで、ゲート制御装置１０は、現在のゲート開度と現在のダム水位Ｈとの距離Ｇが下限値Ｇ１よりも小さくないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、現在の距離Ｇが上限値Ｇ２よりも大きいか判定する（Ｓ１４）。ゲート制御装置１０は、現在の距離Ｇが上限値Ｇ２よりも大きいと判定すると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、各ダムゲート３の開度が上限値Ｇ１となるように目標開度ＤＴを設定し（Ｓ１５）、予想水位を算出する（Ｓ１７）。

現在の距離ＧがＧ２より大きくない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、つまり、各ゲート３の下端とダム水位Ｈとの間の現在の距離Ｇが、下限値Ｇ１と上限値Ｇ２の間に収まる場合（Ｓ１２：ＮＯ、かつＳ１４：ＮＯ）、ゲート制御装置１０は、現在の距離Ｇを目標開度として設定する（Ｓ１６）。現在値Ｇがそのまま目標開度ＧＴになるため、駆動制御部１３は制御信号を駆動モータ４に出力する必要はなく、そのまま待機する。

本実施例では、ゲート３の下端とダム水位との現在の距離Ｇに基づいて目標開度ＤＴをいったん算出した後で、予想水位Ｓを算出し、予想水位Ｓに基づいて目標開度ＤＴを修正する。

予想水位Ｓの算出方法の例を説明する。ダム水位の変化速度Ｈｖは、現在のダム水位をＨ、Ｎ分前に測定したダム水位をＨＮとした場合、数１に示す式から求められる。

ゲート開度が現在値Ｄから目標開度ＤＴに到達するまでに要する所要時間Ｔは、ゲート３の移動速度Ｖと移動量（ＤＴ−Ｄ）とから下記数２で求めることができる。

ゲート制御装置１０は、数１と数２から所要時間Ｔ経過後の予想水位Ｓを、下記数３で求める（Ｓ１７）。

ゲート制御装置１０は、現在のゲートの開度Ｄと、ゲート３が目標開度ＤＴに達するのに要する所要時間Ｔが経過したときの予想水位Ｓとを用いて、ゲート３の目標開度ＤＴを算出し直す。

ゲート制御装置１０は、所定の所要時間Ｔの経過後におけるゲート３の下端とダム水位との間の距離Ｇ（＝Ｄ−Ｓ）が下限値Ｇ１よりも小さくなるか判定する（Ｓ１８）。ゲート制御装置１０は、所要時間Ｔ経過後の距離Ｇが下限値Ｇ１よりも小さくなると判定すると（Ｓ１８：ＹＥＳ）、所要時間Ｔの経過後に下限値Ｇ１となるよう目標開度ＤＴを設定する（Ｓ１９）。

ゲート制御装置１０は、所要時間Ｔの経過後において距離Ｇが下限値Ｇ１よりも小さくないと判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、所要時間Ｔ経過後に距離Ｇが上限値Ｇ２よりも大きくなるか判定する（Ｓ２０）。ゲート制御装置１０は、所要時間Ｔ経過後に、距離Ｇが上限値Ｇ２よりも大きくなると判定すると（Ｓ２０：ＹＥＳ）、所要時間Ｔの経過後に各ダムゲート３の開度が上限値Ｇ１となるよう目標開度ＤＴを設定する（Ｓ２１）。

ゲート制御装置１０は、所要時間Ｔの経過後において、距離Ｇが下限値Ｇ１と上限値Ｇ２の間に収まると判定した場合（Ｓ１８：ＮＯ、かつＳ２０：ＮＯ）、現在値Ｇを目標開度ＤＴ設定する（Ｓ２２）。つまり、ゲート制御装置１０は特に何もせずに、現状を維持する。

ゲート制御装置１０は、ステップＳ１１、Ｓ１９、Ｓ２１のいずれかで設定される目標開度ＤＴを実現すべく、駆動制御部１３を介して駆動モータ４を制御し、ゲート３の開度を制御する（Ｓ２３）。

このように構成される本実施例によればフリーフロー制御時において、ゲート３が最初に算出した目標開度に到達するのに要する時間を考慮して、目標開度を修正することができる。従って、制御遅れの発生を抑制し、高い精度でゲート３の開度を制御することができる。

図２を用いて第２実施例を説明する。本実施例では、ゲート３毎に制御タイミングを変更したり（図２（ａ））、または、下限値Ｇ１および上限値Ｇ２の値を変更したりする場合を説明する。

図２（ａ）に示す例は、ゲートの水流に対する位置に応じて、目標開度への到達時刻（または移動速度）を変化させる場合である。閉門時には、水流の側部に位置するゲート３（１）と３（２）は、水流の中央部に位置するゲート３（２）よりも早く目標開度に到達するように、移動開始時刻を早めるか、または移動速度を上げるかする。これにより、閉門時には、水流の側部に位置するゲート３（１）、３（２）から先に閉まり、それに遅れて中央部のゲート３（２）が閉まる。これにより、ダム１に加わる水流の力を軽減し、ダム１の寿命を長くすることができる。

図２（ｂ）に示すように、ゲートの水流に対する位置に応じて目標開度を変更する構成としてもよい。例えば、水流の中央部に位置するゲート３（２）に関する所定の離間距離Ｇ１ｃ（Ｇ２ｃ）を、水流の側部に位置するゲート３（１）、３（３）の所定の離間距離Ｇ１ｓ（Ｇ２ｓ）よりも大きく設定してもよい。ゲート毎の開閉順序や移動速度の違いは、開閉順序管理部１５に設定しておくことができる。

このように構成される本実施例も第１実施例と同様の作用効果を奏する。さらに、本実施例では、ゲートの水流に対する設置位置に応じて、目標開度に到達するまでの所要時間や速度を変えたり、目標開度を算出する齋のパラメータとなる離間距離の値を変更したりするため、ダム１の強度低下を防止しつつ、適切にフリーフロー制御時のゲート開度を制御できる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されない。当業者であれば、本発明の範囲内で、種々の追加や変更等を行うことができる。例えば、ローラーゲートに代えて、扇状のゲートを回動させるテンターゲートにも適用することができる。

１：ダム、２：ダム本体、３：ダムゲート、４：駆動モータ、１０：ゲート制御装置、１１：水位測定部、１２：目標開度設定部、１３：駆動制御部、１４：予想水位算出部、１５：開閉順序管理部

Claims (3)

1. ダムゲートを制御するシステムであって、
   ダム水位を測定する水位測定部と、
   前記水位測定部が測定したダム水位とダムゲートとの離間距離に基づいて、前記ダムゲートの目標開度を設定する目標開度設定部と、
   前記目標開度設定部により設定される目標開度に基づいて前記ダムゲートを駆動する駆動制御部と、
   前記駆動制御部により前記ダムゲートが前記目標開度設定部で設定される前記目標開度に到達する予定時刻におけるダム水位を予想する予想水位算出部と、
   を備え、
   前記目標開度設定部は、所定の場合に、前記予想水位算出部で算出した前記予想ダム水位と前記ダムゲートとの離間距離に基づいて前記ダムゲートの目標開度を補正する、
   ダムゲート制御システム。
2. 前記所定の場合とは、前記目標開度設定部が前記ダムゲートをゲート開度の下限まで上昇させると判定した場合、または、前記目標開度設定部が前記ダムゲートをゲート開度の上限まで下降させると判定した場合のいずれかの場合である、
   請求項１に記載のダムゲート制御システム。
3. 前記駆動制御部は、前記ダムゲートを閉門方向に駆動する場合、水流の側部に位置するダムゲートが前記水流の中央部に位置するダムゲートよりも先に目標開度に到達するように制御し、前記ダムゲートを開門方向に駆動する場合、前記水流の中央部に位置するダムゲートが前記水流の側部に位置するダムゲートよりも先に目標開度に到達するように制御する、請求項２に記載のダムゲート制御システム。

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