JP2564001B2 - 水位調整装置 - Google Patents
水位調整装置Info
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- JP2564001B2 JP2564001B2 JP1071838A JP7183889A JP2564001B2 JP 2564001 B2 JP2564001 B2 JP 2564001B2 JP 1071838 A JP1071838 A JP 1071838A JP 7183889 A JP7183889 A JP 7183889A JP 2564001 B2 JP2564001 B2 JP 2564001B2
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- water
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/20—Hydro energy
Landscapes
- Control Of Water Turbines (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、水力発電における上水槽の水位変動に対
して、安全な発電機出力の調整制御を実現できるファジ
ィ推論機能を有する水位調整装置に関する。
して、安全な発電機出力の調整制御を実現できるファジ
ィ推論機能を有する水位調整装置に関する。
一般に、水位調整装置は、上水槽水位を一定に保つよ
うに上水槽に流入する自然水量に応じてガイドベーン開
度を加減して、発電機の出力を調整する装置であり、こ
の種の水位調整装置としては、第３図に示すものが知ら
れている。第３図において、参照符号10は水位調整装置
であり、水位調整装置10は水位設定器12、PI演算部14、
水位調定率演算部16等から構成される。20は水位検出器
からの上水槽水位、22は調速機の負荷制限器、24はガイ
ドベーン開度、26は流出水量である。
うに上水槽に流入する自然水量に応じてガイドベーン開
度を加減して、発電機の出力を調整する装置であり、こ
の種の水位調整装置としては、第３図に示すものが知ら
れている。第３図において、参照符号10は水位調整装置
であり、水位調整装置10は水位設定器12、PI演算部14、
水位調定率演算部16等から構成される。20は水位検出器
からの上水槽水位、22は調速機の負荷制限器、24はガイ
ドベーン開度、26は流出水量である。
このように構成される従来の水位調整装置による水位
の調整は、次のように行われる。水位調整装置10は、水
位検出器により実際に得られた検出値である上水槽水位
20を入力とし、この検出値と水位設定器12に予め設定さ
れた上水槽の水位設定値との比較を行って水位偏差を求
め、水位偏差の大きさに応じた比例−積分（PI）演算を
PI演算部14にて行い、水位偏差が零になるように負荷制
限器22に対する調整量を出力する。負荷制限器22は、こ
の調整量に従ってガイドベーン開度24を制御する。ガイ
ドベーン開度24の加減により、流出水量26が変化する。
遅れ時間を伴いながら流出水量26に従って変動する上水
槽水位20は、上水槽の水位検出器（図示されない）にて
検出される。なお、ガイドベーン開度24が加減制御され
て、上水槽水位20の変動が生じるまでには時間遅れが存
在し、この水位変動の遅れによる負荷制限器22の調整量
の行き過ぎを防止するため、水位調整装置10内の水位調
定率演算部16において水位調定率を求め、負荷制限器22
の位置の変更による見掛上の水位変化分を補正信号とし
て上水槽水位20の検出値に加算している。
の調整は、次のように行われる。水位調整装置10は、水
位検出器により実際に得られた検出値である上水槽水位
20を入力とし、この検出値と水位設定器12に予め設定さ
れた上水槽の水位設定値との比較を行って水位偏差を求
め、水位偏差の大きさに応じた比例−積分（PI）演算を
PI演算部14にて行い、水位偏差が零になるように負荷制
限器22に対する調整量を出力する。負荷制限器22は、こ
の調整量に従ってガイドベーン開度24を制御する。ガイ
ドベーン開度24の加減により、流出水量26が変化する。
遅れ時間を伴いながら流出水量26に従って変動する上水
槽水位20は、上水槽の水位検出器（図示されない）にて
検出される。なお、ガイドベーン開度24が加減制御され
て、上水槽水位20の変動が生じるまでには時間遅れが存
在し、この水位変動の遅れによる負荷制限器22の調整量
の行き過ぎを防止するため、水位調整装置10内の水位調
定率演算部16において水位調定率を求め、負荷制限器22
の位置の変更による見掛上の水位変化分を補正信号とし
て上水槽水位20の検出値に加算している。
しかしながら、前述した水位調整装置によれば、水位
変動の調整は、上水槽の実際の水位と水位設定器におけ
る設定水位との差である水位偏差の大きさに応じたPI演
算を行って負荷制限器の調整量を決定しているため、発
電機運転台数の変更など、非線形な要素を含む水位変動
に対する調整は困難であった。
変動の調整は、上水槽の実際の水位と水位設定器におけ
る設定水位との差である水位偏差の大きさに応じたPI演
算を行って負荷制限器の調整量を決定しているため、発
電機運転台数の変更など、非線形な要素を含む水位変動
に対する調整は困難であった。
また、従来の水位調整装置には、負荷調整器の位置を
変更した際、見掛上の水位が変化する補正信号を水位調
停率演算部により演算して上水槽水位検出値に加えてい
るが、補正信号を得るためのこの水位調定率が適切でな
いと、発電機出力が周期的に変動するという問題点があ
った。
変更した際、見掛上の水位が変化する補正信号を水位調
停率演算部により演算して上水槽水位検出値に加えてい
るが、補正信号を得るためのこの水位調定率が適切でな
いと、発電機出力が周期的に変動するという問題点があ
った。
そこで、本発明の目的は、非線形性を持つ水位変動に
対して安定な調整制御を実現すると共に、調整演算に必
要な各種パラメータの決定を簡略化できる水位調整装置
を提供することにある。
対して安定な調整制御を実現すると共に、調整演算に必
要な各種パラメータの決定を簡略化できる水位調整装置
を提供することにある。
本発明に係る水位調整装置は、マイクロプロセッサを
使用し上水槽の水位に応じて水力発電の発電機出力を制
御するディジタル形シーケンス制御装置からなる水位調
整装置において、 水位および発電機出力のアナログ量をファジィ・ルー
ルで扱う命題毎に定義される確率関数であるメンバシッ
プ関数によりあいまいな値に変換するファジィ推論部
と、このファジィ推論部で変換された前記あいまいな値
をファジィ制御に使用する制御ルールに従い、メンバシ
ップ関数を参照して推論することにより上水槽に流入す
る自然水量を制限する負荷制限器のガイドベーン開度を
加減する調整量を決定する論理制御部とを備えることを
特徴とする。
使用し上水槽の水位に応じて水力発電の発電機出力を制
御するディジタル形シーケンス制御装置からなる水位調
整装置において、 水位および発電機出力のアナログ量をファジィ・ルー
ルで扱う命題毎に定義される確率関数であるメンバシッ
プ関数によりあいまいな値に変換するファジィ推論部
と、このファジィ推論部で変換された前記あいまいな値
をファジィ制御に使用する制御ルールに従い、メンバシ
ップ関数を参照して推論することにより上水槽に流入す
る自然水量を制限する負荷制限器のガイドベーン開度を
加減する調整量を決定する論理制御部とを備えることを
特徴とする。
本発明に係る水位調整装置によれば、ファジィ推論部
は、水位や発電機出力などのアナログ量を、ファジィ・
ルールで扱う命題毎に定義される確率関数であるメンバ
シップ関数により「半分くらい」、「大きい」、「小さ
い」などのあいまいな値に変換し、論理制御部は変換さ
れた各あいまいな値をもとに、ファジィ制御に使用する
制御ルールに従い、メンバシップ関数を参照して入力量
がルールを満足する度合いを計算した結果を合成した
後、各ルールの後件部を比べてその最大値を取り新しい
メンバシップ関数を作る演算、すなわちmax演算を行
い、そして、このメンバシップ関数の重心計算を行って
推論結果（重心値）を得、この推論結果による水位調整
制御を行う。これにより、水位調整制御が本来有してい
る調整量の「あいまいさ」を水位調整装置に取り込むこ
とができ、スムーズな制御を実現することが可能とな
る。
は、水位や発電機出力などのアナログ量を、ファジィ・
ルールで扱う命題毎に定義される確率関数であるメンバ
シップ関数により「半分くらい」、「大きい」、「小さ
い」などのあいまいな値に変換し、論理制御部は変換さ
れた各あいまいな値をもとに、ファジィ制御に使用する
制御ルールに従い、メンバシップ関数を参照して入力量
がルールを満足する度合いを計算した結果を合成した
後、各ルールの後件部を比べてその最大値を取り新しい
メンバシップ関数を作る演算、すなわちmax演算を行
い、そして、このメンバシップ関数の重心計算を行って
推論結果（重心値）を得、この推論結果による水位調整
制御を行う。これにより、水位調整制御が本来有してい
る調整量の「あいまいさ」を水位調整装置に取り込むこ
とができ、スムーズな制御を実現することが可能とな
る。
次に、本発明に係る水位調整装置の実施例につき、添
付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
付図面を参照しながら以下詳細に説明する。
第１図は、本発明の一実施例を示す水位調整装置の制
御ブロック図である。なお、説明の便宜上、第３図に示
す従来例と同一の構成部分には同一の参照符号を付して
説明する。すなわち、第１図において、参照符号30は水
位調整装置を示し、水位調整装置30は制御規則各種設定
値部32とファジィ推論部34とから構成される。水位調整
装置30には、水位検出器からの上水槽水位20が入力さ
れ、ファジィ推論結果による負荷制限器22のガイドベー
ンに対する調整量が出力される。負荷制限器22の出力
は、ガイドベーン開度24の加減を制御すると共に水位調
整装置30のファジィ推論部にフィールドバックされる。
ガイドベーン開度24の加減により流出水量26が変化す
る。遅れ時間を伴いながら流出水量26に従って変動する
上水槽水位20は、上水槽の水位検出器にて検出される。
御ブロック図である。なお、説明の便宜上、第３図に示
す従来例と同一の構成部分には同一の参照符号を付して
説明する。すなわち、第１図において、参照符号30は水
位調整装置を示し、水位調整装置30は制御規則各種設定
値部32とファジィ推論部34とから構成される。水位調整
装置30には、水位検出器からの上水槽水位20が入力さ
れ、ファジィ推論結果による負荷制限器22のガイドベー
ンに対する調整量が出力される。負荷制限器22の出力
は、ガイドベーン開度24の加減を制御すると共に水位調
整装置30のファジィ推論部にフィールドバックされる。
ガイドベーン開度24の加減により流出水量26が変化す
る。遅れ時間を伴いながら流出水量26に従って変動する
上水槽水位20は、上水槽の水位検出器にて検出される。
ここで、本発明に係るファジィ推論機能を備える水位
調整装置30について説明する。大きく別けて、次の２つ
の機能を有する。
調整装置30について説明する。大きく別けて、次の２つ
の機能を有する。
水位や発電機出力などのアナログ量を、ファジィ・
ルールで扱う命題毎に定義される確率関数であるメンバ
シップ関数により「半分くらい」、「大きい」、「小さ
い」などのあいまいな値に変換するファジィ推論機能。
ルールで扱う命題毎に定義される確率関数であるメンバ
シップ関数により「半分くらい」、「大きい」、「小さ
い」などのあいまいな値に変換するファジィ推論機能。
で変換したあいまいな値の条件をもとに、ファジ
ィ制御に使用する制御ルールに従い、メンバシップ関数
を参照して入力量がルールを満足する度合いを計算した
結果を合成した後、各ルールの後件部を比べてその最大
値を取り新しいメンバシップ関数を作る演算、すなわち
max演算を行い、そして、このメンバシップ関数の重心
計算を行って推論結果（重心値）を得、この推論結果に
より負荷制限器のガイドベーンに対する調整量を決定す
る論理制御機能。
ィ制御に使用する制御ルールに従い、メンバシップ関数
を参照して入力量がルールを満足する度合いを計算した
結果を合成した後、各ルールの後件部を比べてその最大
値を取り新しいメンバシップ関数を作る演算、すなわち
max演算を行い、そして、このメンバシップ関数の重心
計算を行って推論結果（重心値）を得、この推論結果に
より負荷制限器のガイドベーンに対する調整量を決定す
る論理制御機能。
上記のファジィ推論機能では、従来のような、例え
ば、「水位が現在7.53mで、これは設定値7.20mよりも33
cm高い」といった数値計算を行うかわりに、「水位は設
定値よりもかなり高い」といった大づかみの概念をとら
えることができる。
ば、「水位が現在7.53mで、これは設定値7.20mよりも33
cm高い」といった数値計算を行うかわりに、「水位は設
定値よりもかなり高い」といった大づかみの概念をとら
えることができる。
また、上記の論理制御機能により、例えば、「水位
が設定値よりも高ければ、発電機出力を増加する。」と
いう制御ルールをソフトウェア化することが可能にな
る。このようなファジィ推論と論理制御とを組み合わせ
て、水位調整のための発電機出力手順を第２図に示す本
発明に係る装置のハードウェア構成例のように、シーケ
ンス制御装置のプログラムとしてファジィ演算装置に取
り込んでおく。なお、シーケンス制御装置の能力にゆと
りがある場合は、ファジィ演算装置をシーケンス制御装
置の一部としてソフトウェアに組み込むことができる。
この水位調整装置はファジィ推論を使用する制御である
ため、従来の２値的な制御あるいは決定を行っていたシ
ステムに比べて、中間的なあいまいな状態を使用でき、
このことからフレキシブルでダイナミックな制御が可能
になり、過去に経験したことがない状況に遭遇しても、
妥当な結論を推定して制御することも可能である。
が設定値よりも高ければ、発電機出力を増加する。」と
いう制御ルールをソフトウェア化することが可能にな
る。このようなファジィ推論と論理制御とを組み合わせ
て、水位調整のための発電機出力手順を第２図に示す本
発明に係る装置のハードウェア構成例のように、シーケ
ンス制御装置のプログラムとしてファジィ演算装置に取
り込んでおく。なお、シーケンス制御装置の能力にゆと
りがある場合は、ファジィ演算装置をシーケンス制御装
置の一部としてソフトウェアに組み込むことができる。
この水位調整装置はファジィ推論を使用する制御である
ため、従来の２値的な制御あるいは決定を行っていたシ
ステムに比べて、中間的なあいまいな状態を使用でき、
このことからフレキシブルでダイナミックな制御が可能
になり、過去に経験したことがない状況に遭遇しても、
妥当な結論を推定して制御することも可能である。
本実施例におけるファジィ制御に使用する制御ルール
は、次のようになる。
は、次のようになる。
（１）水位が設定値にほぼ等しく、水位の変動が少ない
ならば、負荷制限器22の調節は必要がない。そうでなけ
れば、次のように負荷制限器22を制御する。
ならば、負荷制限器22の調節は必要がない。そうでなけ
れば、次のように負荷制限器22を制御する。
（２）水位が水位設定値より小さければ、負荷制限器22
の設定を下げる。
の設定を下げる。
（３）水位が水位設定値より大きければ、負荷制限器22
の設定を上げる。
の設定を上げる。
（４）水位が水位設定値からかなり離れているときは、
負荷制限器22の設定を連続的に変化させる。
負荷制限器22の設定を連続的に変化させる。
（５）水位が水位設定値にある程度近づいたときは、負
荷制限器22の設定を少しずつ断続的に変化させる。
荷制限器22の設定を少しずつ断続的に変化させる。
（６）複数の発電機により運転を切換えるときは、水位
が一時的に大きく変動しても、調整制御を追随させな
い。
が一時的に大きく変動しても、調整制御を追随させな
い。
（７）制御信号を与えたにもかかわらず、水位の変化が
いつまでも得られない場合は、負荷制限器22あるいは水
位検出器21の故障と判断して、制御出力をロックすると
共に、運転員に異常を知らせる。
いつまでも得られない場合は、負荷制限器22あるいは水
位検出器21の故障と判断して、制御出力をロックすると
共に、運転員に異常を知らせる。
従って、変換したあいまいな値を、ファジィ制御に使
用する上記制御ルールに従い、メンバシップ関数を参照
して入力量がルールを満足する度合いを計算後、その結
果を合成し、各ルールの後件部を比べてその最大値を取
り新しいメンバシップ関数を作る演算、すなわちmax演
算を行った後、このメンバシップ関数の重心計算を行っ
て推論結果（重心値）を得、この推論結果により負荷制
限器のガイドベーンに対する調整量を決定すればよい。
用する上記制御ルールに従い、メンバシップ関数を参照
して入力量がルールを満足する度合いを計算後、その結
果を合成し、各ルールの後件部を比べてその最大値を取
り新しいメンバシップ関数を作る演算、すなわちmax演
算を行った後、このメンバシップ関数の重心計算を行っ
て推論結果（重心値）を得、この推論結果により負荷制
限器のガイドベーンに対する調整量を決定すればよい。
なお、第２図は、ファジィ推論を使用した水位調整装
置30のハードウェア構成例を示す図であり、参照符号31
はアナログ／ディジタル変換器（A/D）、33はディジタ
ル・シーケンス制御装置、35はファジィ演算装置、37は
離散的出力インターフェース（DO）、21は上水槽水位を
検出する水位検出器、23は水車の調速装置（GOV）、40
はCRTディスプレイ，キーボード，プリンタなどからな
るマン・マシンインターフェースである。
置30のハードウェア構成例を示す図であり、参照符号31
はアナログ／ディジタル変換器（A/D）、33はディジタ
ル・シーケンス制御装置、35はファジィ演算装置、37は
離散的出力インターフェース（DO）、21は上水槽水位を
検出する水位検出器、23は水車の調速装置（GOV）、40
はCRTディスプレイ，キーボード，プリンタなどからな
るマン・マシンインターフェースである。
前述した実施例から明らかなように、本発明の水位調
整装置によれば、ファジィ推論を応用したことにより、
水位調整制御が本来持っている調整量の「あいまいさ」
を、そのままソフトウェアとして取り込むことができる
ため、熟練した運転員が手動で行っているようなスムー
ズな制御を実現することができ、水力発電所において流
入する水を有効に利用することができる。
整装置によれば、ファジィ推論を応用したことにより、
水位調整制御が本来持っている調整量の「あいまいさ」
を、そのままソフトウェアとして取り込むことができる
ため、熟練した運転員が手動で行っているようなスムー
ズな制御を実現することができ、水力発電所において流
入する水を有効に利用することができる。
また、不感帯や調定率などの整定値を従来のように厳
密に決める必要がなく、調整演算に必要な各種パラメー
タの決定を簡略化できる利点をも有する。
密に決める必要がなく、調整演算に必要な各種パラメー
タの決定を簡略化できる利点をも有する。
以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本
発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神
を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得る
ことは勿論である。
発明は前記実施例に限定されることなく、本発明の精神
を逸脱しない範囲内において種々の設計変更をなし得る
ことは勿論である。
第１図は本発明に係るファジィ推論を使用する水位調整
装置の一実施例を示すブロック図、第２図は本発明に係
るファジィ推論を使用した水位調整装置のハードウェア
構成例を示すブロック図、第３図は従来の水位調整装置
を示すブロック図である。 10……水位調整装置 12……水位設定値 14……PI演算部 16……水位調定率演算部 20……上水槽水位 21……水位検出器 22……負荷制限器 23……水車の調整装置 24……ガイドベーン開度 26……流出水量 30……水位調整装置 31……アナログ／ディジタル変換器 32……制御規則各種設定値部 33……ディジタル・シーケンス制御装置 34……ファジィ推論部 35……ファジィ演算装置 37……離散的出力インターフェース 40……マン・マシンインターフェース
装置の一実施例を示すブロック図、第２図は本発明に係
るファジィ推論を使用した水位調整装置のハードウェア
構成例を示すブロック図、第３図は従来の水位調整装置
を示すブロック図である。 10……水位調整装置 12……水位設定値 14……PI演算部 16……水位調定率演算部 20……上水槽水位 21……水位検出器 22……負荷制限器 23……水車の調整装置 24……ガイドベーン開度 26……流出水量 30……水位調整装置 31……アナログ／ディジタル変換器 32……制御規則各種設定値部 33……ディジタル・シーケンス制御装置 34……ファジィ推論部 35……ファジィ演算装置 37……離散的出力インターフェース 40……マン・マシンインターフェース
Claims (1)
- 【請求項１】マイクロプロセッサを使用し上水槽の水位
に応じて水力発電の発電機出力を制御するディジタル形
シーケンス制御装置からなる水位調整装置において、 水位および発電機出力のアナログ量をファジィ・ルール
で扱う命題毎に定義される確率関数であるメンバシップ
関数によりあいまいな値に変換するファジィ推論部と、
このファジィ推論部で変換された前記あいまいな値をフ
ァジィ制御に使用する制御ルールに従い、メンバシップ
関数を参照して推論することにより上水槽に流入する自
然水量を制限する負荷制限器のガイドベーン開度を加減
する調整量を決定する論理制御部とを備えることを特徴
とする水位調整装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1071838A JP2564001B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 水位調整装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1071838A JP2564001B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 水位調整装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02252977A JPH02252977A (ja) | 1990-10-11 |
| JP2564001B2 true JP2564001B2 (ja) | 1996-12-18 |
Family
ID=13472083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1071838A Expired - Lifetime JP2564001B2 (ja) | 1989-03-27 | 1989-03-27 | 水位調整装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2564001B2 (ja) |
-
1989
- 1989-03-27 JP JP1071838A patent/JP2564001B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02252977A (ja) | 1990-10-11 |
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