JPS5816205B2 - ダム制御方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はダム制御方式、特にその水位の制御方式Ｑこ
関するものである。

一般に、ダムや堰貯水池（以下、単にダムと云う）の貯
留量制御装置は、ダムの放流ゲート付近に設置した水位
計により測定された水位測定値Ｈにもとづいて、ゲート
制御装置が目標放流量およびその目標放流量を実現する
ゲート開度を求め、ゲート駆動部に開閉指令を与えるご
とく構成されている。

ところで、貯留量および水位を目標値に保つには、流入
量と放流量の偏差による水位変化を正確に捉えてゲート
の開閉を指示しなくてはならない。

しかしながら、従来の制御方式においては、水位計が、
流入量と放流量の偏差による水位変化だけでなく、ゲー
トの開閉や、流入量の急変に伴う水面の過渡的な乱れ（
水位ノイズと呼ぶ）も区別なく検知してしまう。

そのため、水位振動を助長し、制御バンチングを起こす
ことがあり安全面で問題があった。

この発明は、ダム制御の本来の目的が唯単に水位を目標
値に保つこと自体ではなく、貯留水量を目標値に保つこ
とにあると云う点に着眼してなされたものであって、そ
の目的とするところは、流入量と放流量の偏差による水
位変化と、過渡的な水位ノイズを区別し、水位ノイズを
含まない水位を一推定しその値（水位推定値）をゲート
制御装置に出力することにより、安定したダム制御を実
現する制御方式を提供せんとするものである。

この発明の特徴とするところは、ダムの貯留水量に対応
した水位の推定値を算出し、実際の水位をその推定値に
従って制御するものにおいて、ある時点ｋＮこおける前
記推定値が、その時点により所定の時間間隔以前の時点
（ｋ−１）でのダムの流入水量と放流水量から算出され
た値を、その算出値と前記時点ｋにおいて測定された水
位の実測値との偏差により修正することによって求めら
れることにある。

ここで、前記の貯留水量に対応した水位とは、振動やノ
イズによる水位変動に対する単なる「平均値的」水位を
意味するのではなく、水面こう配や振動、ノイズ等のな
い平衡状態において、ある時点での瞬時貯留水量のみに
依存して決まる水位（従って常に水平な水位）を意味す
るものである３以下、図を参照して説明する。

第１図は、この発明の一実施例を示す。

図において、１はダムを示し、その貯留水はゲート２よ
り放流される。

貯留水の水面３は、前述したごとき種々の原因により、
図示のごとく変動している６したがって、ゲート２の近
辺に設けられた水位計４が測定する水位Ｈは常に変動し
、その変動成分には種々のものが含まれている。

５はフィルタを示し、その詳細は後述するが、前記のご
とく種々の変動成分を含む実測水位Ｈから水位ノイズ等
を区別して、その時点での貯留水量に対応した水位の推
定値りを出力する。

６はゲート制御装置で、水位推定値りに基づき放流量Ｑ
Ｏを算出するとともに、その放流量ＱＯを実現するゲー
ト２の開度を求めてゲート駆動装置７に与える。

ゲート２はゲート駆動装置７によって開閉される。

さて、フィルタ５は水位推定手段５１、流入量推定手段
５２および推定誤差修正ゲイン設定手段５３より構成さ
れる。

各手段の動作は次のごとくである。

まず水位推定手段５１は流入量ＱＩ、放出量ＱＯを入力
し、次の関係から貯留水量に対応した水位の推定値りを
求める。

ここに、 ｈｋ：に時点での貯留水量に対応した水位推定値 Ａ：ダムのたん水面積 ＱＩｋ−１（ｋｌ）時点での流入量 ＱＱｋ−，： （ｋ−１）時点での放流量ΔＴ：フィル
タリング時間間隔（（に一１）時点からに時点までの時
間間隔） Ｋｋ：に時点での推定誤差修正ゲイン Ｈｋ：に時点での水位実測値 上記（１）式から明らかな通り、水位推定手段５１にお
いては、（１）式中の第１項および第２項の関係から基
本となるに時点での水位推定値を求め、に第３項の関係
により、前記基本水位推定値とその時点で測定された水
位Ｈｋとから求才る値ζこよって修正を加えている。

なお、修正ゲインＫｋはに時点までの推定誤差の２乗平
均を最小とするごとき修正係数であって、設定手段５３
によりフィルタリング時点毎に時々刻々求められる。

流入量ＱＩは、当該ダムのすぐ上流のダムの放流量が当
該ダムの流入量となるごとく、実測値が得られる場合に
はその値を使用することができる。

もし、それが得られないときは、第１図の実施例のごと
く、流入量推定手段５２により、次のようにして求める
ことができる。

まず、（ｋ−１）時点における流入量の瞬時値（Ｉｉｋ
−１は次式によって表わされる。

通常、水位測定の最小単位は１ｃｒＩＬ程度であり、そ
れ以下での測定は極めて困難であるためたん水面積Ａが
大きい場合には、ｑｉの値を平滑しないと値が大きく変
動する。

そこで、過去ｍ個のフィルタリング時点の流入量瞬時値
ｑｉを平均する。

このようにして得られたｑｉを使用すれば、次のように
してに時点での流入量推定値ＱＩｋを求めることができ
る。

上記（２）〜（４）式から明らかなごとく、ｋ時点まで
の水位推定値ｈｋが得られた段階で、ｋ時点での流入量
推定値ＱＩｋが得られる。

したがって、（１）式によって（ｋ＋１）時点の水位ｈ
ｋ＋１を推定する時点では、そのために必要なＱＩｋが
求まっていることになり、以下逐次計算が可能になる。

なお、放流量ＱＯについては、通常、ゲート開度、ゲー
ト幅および実際の水位Ｈとの関係がゲートの形式側に明
らかにされており（土木学会編「水理公式集」（昭和４
６年版）第２７６頁〜第２８７頁参照）、その関係式を
利用し、ゲート制御装置６によって算出された値を使用
している。

次に、第２〜５図を参照して、この発明による効果を説
明する。

図は、いずれもシュミレーションテストの結果を示すも
のである。

まず、第２図と第３図は水位制御の目標値とすべき水位
推定値りと実際の水位Ｈとの時間に対する変動状況を示
すものである。

このうち、第２図はこの発明による場合を示し、第３図
は水位推定値りを３０秒間隔で測定された過去１０個の
実際の水位Ｈの平均値から求めるようにした移動平均法
による場合を示すものである。

図から明らかなごとく、Ａの部分のごとく、水位が大き
く変化を続けている間は、この発明による第２図の場合
の方が第３図における場合よりも遅れなく水位推定値ら
が実際の水位Ｈの変動に追従している。

また、Ｂの部分のごとく水位の大きな変化がおさまった
状態においては、第２図の水位推定値りが実際の水位Ｈ
の小刻みの変動にもかかわらず比較的安定しているのに
対し、第３図における水位推定値りは実際の水位Ｈの変
動の影響を大きく受けている。

いずれの場合も、この発明の制御方式による制御の安定
性示優れていることを示している。

第４図および第５図は同じ流入量変化に対する放流量の
変化を示す。

このうち、第４図はこの発明による場合を示し、第５図
は実際の水位Ｈの変化をそのままψ−ト制御に帰還した
場合を示すものである。

図から明らかなように、第５図における放流量は、第４
図の場合に比較して、急激かつ大幅に変動している。

このような放流量の変動は水位の変動に輪を掛ける結果
となり、ついには、貯留水量としてはそれ程までに至っ
てないにもかかわらず、オーバーフローをおこすことに
なる。

以上説明したごとく、この発明によれば安定なダム制御
を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す図、第２図および第
３図は水位推定値りと実際の水位Ｈの変動状況を示す図
であって、第２図はこの発明による場合、第３図は従来
方式のひとつによる場合を示す図、第４図および第５図
は同じ流入量変化に対する放流量の変化を示す図で、第
４図はこの発明による場合、第５図はこの発明を適用し
ない場合を示す図である。 図において、１はダムあるいは堰貯水池、２はゲート、
３は水面、４は水位計、５はフィルタ、５１は水位推定
手段、５２は流入量推定手段、５３は推定誤差修正ゲイ
ン設定手段、６はゲート制御装置、７はゲート駆動部を
示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ダムの貯留水量に対応した水位の推定値を算出し、
   実際の水位をその推定値に従って制御するものにおいて
   、ある時点ｋにおける前記推定値が、その時点により所
   定の時間間隔以前の時点（ｋ−＋）でのダムの流入水量
   と放流水量から算出された値を、その算出値と前記時点
   ｋにおいて測定された水位の実測値との偏差により修正
   することによって求められることを特徴とするダム制御
   方式。