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JPS6132683B2 - - Google Patents
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JPS6132683B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6132683B2
JPS6132683B2 JP9586775A JP9586775A JPS6132683B2 JP S6132683 B2 JPS6132683 B2 JP S6132683B2 JP 9586775 A JP9586775 A JP 9586775A JP 9586775 A JP9586775 A JP 9586775A JP S6132683 B2 JPS6132683 B2 JP S6132683B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
pumps
pump
water
time period
operation plan
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP9586775A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5220402A (en
Inventor
Kuniaki Matsumoto
Shigeyuki Shimauchi
Masahiko Kashiwagi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP9586775A priority Critical patent/JPS5220402A/en
Publication of JPS5220402A publication Critical patent/JPS5220402A/en
Publication of JPS6132683B2 publication Critical patent/JPS6132683B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Control Of Positive-Displacement Pumps (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、ポンプの台数制御を持つ対象全てに
利用できる。たとえば、上水道、下水道、潅漑、
排水などのポンプ設備に使用できる。 ポンプ台数により流量制御を行なう場合、シー
ケンス制御が簡単で経済的であるが、制御が不連
続であるため、次のような方法が採られている。 一つは、貯水池水位による方法で、水位に応じ
てポンプの運転台数を増減して流量制御を行なう
方法である。台数切替は、ポンプの台数分だけ設
けた水位の上限、下限設定にてポンプを起動、停
止させる。これを第1図に示す。なお、同図で1
00,101,102は1号、2号、3号のポン
プ停止水位であり、100′,101′,102′
は1号、2号、3号のポンプ起動水位である。 他の方法は、起動頻度をできるだけ少なくし、
運転効率を向上させることを目的として、予め予
測した負荷流量カーブに応じて揚水ポンプを増減
するプログラム制御方式がある。これを第2図に
示す。この方式では、プログラム制御による揚水
量と実際の負荷流量のずれを、貯水池の容量で吸
収する。 これらの方式は、マイナーに見れば、貯水池の
容量を有効に利用しながら切替頻度を少なくする
ように工夫されてはいるが、水系全体から眺めた
場合、かならずしも最適運転とは言えない。 従来のフイードバツク制御方式では、システム
の規模が大きくなり、また、ポンプ施設が全体の
施設の中の一つの要点として設置されている場
合、システム全体が円滑に運転されない恐れがあ
る。このため、フイードバツク制御と異なる予測
制御、すなわち、運用計画に基ずく台数制御が必
要になつてきた。 今回発明した台数制御の運用計画は、ポンプの
負荷、貯水池の貯水量などの時間変化に対して台
数をどのように切替えて運転すれば最適であるか
を決定する。この場合、最適とは、ポンプの切替
頻度を最少にすることや、貯水池の貯水量を最大
にすることや、ポンプの運転コストを最小にする
ことである。 本発明の目的は、これらの運転方式を時と場合
によつて、操作員が自由に選択でき、これらの目
的に応じた運転を実現できる制御方法を提供する
ことである。 本発明を説明するため、代表的な水系図を第3
図に示す。同図は、水系の8割までを占める代表
モデルである。取水口には取水上限があり、取水
口〜揚水井間の用水路には流下遅れがある。この
モデルは、農業潅漑を例に示したものであるが、
このまま上水道や下水道にも適用できる。上水道
の場合は、揚水井が着水井となり、貯水池は浄水
場内の池と考えることができる。下水道の場合
は、用水路は下水道管梁であり、貯水池は下水場
内の池と考えることができる。 水系におけるポンプ運転は、貯水池を溢れさせ
ることなく、また負荷に対して供給不足にならな
い制御をすることが本来の目的であるが、更に水
系全体の配分計画を立て、これに基づく運転がで
きれば、水系全体の運転が平滑化され、より望ま
しいものとなる。 第3図の代表モデルを例に、ポンプの台数切替
頻度を最少にする問題を考える。図中の記号を使
つて数式化する。 (1) 制約式 (a) 平衡式 (i) 用水路流下遅れ式 (ii) 揚水井平衡式 (iii) 貯水池平衡式 (b) 施設能力上下限式 (i) 取水制限 (ii) ポンプ揚水量制限 ただし、C={0、P1、P2、………、P
j、………、PN} (iii) 貯水制限 (c) 目的関数 ペナルテイ表によつて与える(後述す
る)。ここで、ペナルテイとはポンプ切換に
よるマイナス要因を負のコストとして導入
し、コスト最小化をはかるものである。ただ
し、iは時間帯を表わす記号、1Xiは取水口
取水量、1Yiは揚水井受水量、2Xiはポンプ揚
水量、1biは貯水池貯水量、1Liは揚水井下流
負荷量、2Liは貯水池下流負荷量、K1は用水
路の流下遅れ比例配分係数、δは流下遅れの
時間帯を表わす添字、Pjはポンプj台運転
時の単位時間当りの揚水量、CはPjの集
合、Pは集合Cの中から選択された揚水量、
iは取水口取水上限、は貯水池容量
である。 以上の式から、負荷の累積曲線を用いた台数決
定法を発明した。まず、ポンプの運転可能領域を
求める。(3)式のiをi=1〜Tまで動かし両辺を
加算すると、 ただし、1b0は池の初期貯水量、Tは任意の時
間帯である。(6)式のiをi=Tとおき、この式に
上式を代入すると、 上式は、初期貯水量にポンプの累積揚水量を加
えた値が、常に累積負荷と、累積負荷に貯水池容
量を加えた値の範囲内になければならないことを
示している。これを図で示すと第4図のようにな
る。図において、揚水量2Xiの累積曲線(曲線
3)は、貯水池下流負荷2Liの累積曲線(曲線
1)と曲線1に貯水池容量を上乗せした曲線
(曲線2)の範囲内になければならない。任意時
刻の曲線3と曲線1の差は、その時刻の貯水量を
表わしている。曲線3は、曲線1を下回ると負荷
を賄ない切れず、曲線2を上回ると貯水池を溢れ
させることを意味している。 第4図において、曲線3の傾きはポンプ運転台
数により決定されるので、曲線1と曲線2で囲ま
れる範囲内でも、急激な負荷のある場合は、全ポ
ンプを運転しても負荷を賄い切れなくなることが
ある。このため、曲線3が入り込めない領域を除
いて実行可能領域を見つける必要がある。以下、
これについて説明する。 第3図において、取水口での各時間帯の取水上
iから、用水路の流下遅れを考慮して揚水
井での受水流量1yiの各時間帯の上限値を求め、
これから揚水井下流の各時間帯の負荷1Liを差し
引くと、ポンプの各時間帯の揚水可能水量Qi
求まる。以上より、Qiは、 P≦Qi …(10) である。 i時間帯の実行可能領域上限曲線の値は、i−
1時間帯の実行可能領域上限値にi時間帯の揚水
可能量を加えた値と、i時間帯の曲線2の値を比
較し、その小さい方の値とする。ただし、時刻0
の実行可能領域上限値は初期貯水量である。ゆえ
に、任意のi時間帯の実行可能領域上限は、 ただし、UBiは、i時間帯の実行可能領域上限
曲線の値、UTiはi時間帯の曲線2の値である。 i時間帯の実行可能領域下限曲線の値は、i+
1時間帯の下限値からi+1時間帯の揚水可能水
量を引いた値と、i時間帯の曲線1の値と、貯水
池初期水量の3値の中の最大の値とする。ただ
し、最終時間帯の実行可能領域下限曲線の値は、
最終時間帯の曲線1の値である。ゆえに、任意の
i時間帯の実行可能領域下限は、 LBT=LTT LBi=max{LBi+1−Qi+1、LTi1bp} …(12) ただし、LBiは、i時間帯の実行可能領域下限
曲線の値、LTiはi時間帯の曲線1の値、Tは最
終時間帯を表わす。 以上のようにして、第4図の実行可能領域(斜
線を施こしていない部分)を決定することができ
る。運転台数は、この領域内で揚水量の累積曲線
(曲線3)の切替回数が最少になるように決定す
れば良い。 実行可能領域内でポンプ台数を決定するための
手法として、DP法にペナルテイを導入したPDP
法を発明した。第4図に示す実行可能領域を、単
位時間Δxと単位累積流量Δyで格子状に分割
し、これらの格子点のうち前段の任意の点と次段
の任意の点を結ぶ線の巾の実行可能な線をパスと
呼ぶ。台数切替最少化の問題は、これらのパスの
うち、始点(i=1)から終点(i=T)までを
通して切替回数の最少となるものを決定する。こ
の場合、パスそのものに評価点がなく、隣接する
2本のパスの遷移状態によつて、あらかじめ決め
られた評価点が与えられる。この遷移状態の評価
にPDP法を用いる。 PDP法を第5図を用いて説明する。第5図にお
けるN0は点(x0、y0)に到る初期台数である。x0
段からx1段へのパスは、あらかじめ1台運転が指
定されているとする。これらの初期条件で各ノー
ドの評価点は、 g(x0、y0)=0 g(x1、y1)=g(x0、y0)+P(N0、1)
…(13) g(x2、y1)=g(x1、y1)+P(1、0)
…(14) g(x2、y2)=g(x1、y1)+P(1、1)
…(15) g(x2、y3)=g(x1、y1)+P(1、2)
…(16) で与えられる。ここで、g(x、y)は点(x、
y)の評価点、P(i、j)はポンプi台稼動か
らj台稼動に変更した事に対するペナルテイ、
N0は前日最終時間帯稼動ポンプ台数である。
The present invention can be used for any object that requires control of the number of pumps. For example, water supply, sewerage, irrigation,
Can be used for pump equipment such as drainage. When controlling the flow rate based on the number of pumps, sequence control is simple and economical, but since the control is discontinuous, the following method has been adopted. One is a method based on the reservoir water level, in which the flow rate is controlled by increasing or decreasing the number of pumps in operation according to the water level. To switch the number of pumps, start and stop the pumps by setting the upper and lower water level limits for the number of pumps. This is shown in FIG. In addition, in the same figure, 1
00, 101, 102 are the stop water levels of pumps 1, 2, and 3, and 100', 101', 102'
is the starting water level of pumps No. 1, No. 2, and No. 3. Another method is to start as infrequently as possible,
For the purpose of improving operational efficiency, there is a program control method that increases or decreases the number of water pumps according to a pre-predicted load flow curve. This is shown in FIG. In this method, the discrepancy between the amount of water pumped under program control and the actual load flow rate is absorbed by the capacity of the reservoir. From a minor point of view, these systems are devised to reduce the frequency of switching while making effective use of the capacity of the reservoir, but when viewed from the perspective of the water system as a whole, they cannot necessarily be said to be optimal operation. In the conventional feedback control method, the scale of the system becomes large, and if the pump facility is installed as one key point in the entire facility, there is a risk that the entire system may not operate smoothly. For this reason, predictive control different from feedback control, that is, number control based on an operation plan, has become necessary. The newly invented operation plan for controlling the number of pumps determines how to optimally switch the number of pumps in response to changes in pump load, reservoir water storage, etc. over time. In this case, optimization means minimizing the switching frequency of the pump, maximizing the storage capacity of the reservoir, and minimizing the operating cost of the pump. An object of the present invention is to provide a control method that allows an operator to freely select one of these operating methods depending on the time and situation and realizes an operation that suits these purposes. To explain the present invention, a typical water system diagram is shown in Figure 3.
As shown in the figure. The figure shows a representative model that accounts for up to 80% of water systems. There is a water intake limit at the water intake, and there is a flow delay in the irrigation canal between the water intake and the pumping well. This model uses agricultural irrigation as an example;
It can also be applied to water supply and sewerage systems. In the case of water supply, the pumping well is the receiving well, and the reservoir can be thought of as a pond within the water treatment plant. In the case of sewage systems, irrigation canals can be thought of as sewage pipe beams, and reservoirs can be thought of as ponds within sewage plants. The original purpose of pump operation in a water system is to control the reservoir so that it does not overflow or the supply does not become insufficient for the load, but if you can create a distribution plan for the entire water system and operate based on this, The operation of the entire water system becomes smoother and more desirable. Using the representative model shown in FIG. 3 as an example, consider the problem of minimizing the frequency of switching the number of pumps. Express it into a formula using the symbols in the diagram. (1) Constraint equation (a) Equilibrium equation (i) Irrigation canal flow delay equation (ii) Pumping well balance equation (iii) Reservoir equilibrium equation (b) Facility capacity upper and lower limit formula (i) Water intake limit (ii) Pumping volume limitation However, C={0, P 1 , P 2 , ......, P
j ,……,P N } (iii) Water storage limit (c) Objective function Given by a penalty table (described later). Here, the penalty is to introduce a negative factor due to pump switching as a negative cost, and to minimize the cost. However, i is the symbol representing the time period, 1 X i is the water intake amount at the water intake, 1 Y i is the water intake amount at the pumping well, 2 X i is the pumping amount, 1 b i is the reservoir water storage amount, and 1 L i is the pumping well water amount. 2 L i is the downstream load of the reservoir, K 1 is the flow delay proportional distribution coefficient of the irrigation canal, δ is the subscript indicating the time period of the flow delay, P j is the pumped water amount per unit time when pump j is operated , C is the set of P j , P is the pumped water amount selected from the set C,
1 i is the upper limit of water intake at the water intake, and 1 is the reservoir capacity. Based on the above formula, we invented a method for determining the number of vehicles using the cumulative load curve. First, find the operable range of the pump. If we move i in equation (3) from i=1 to T and add both sides, we get However, 1 b 0 is the initial water storage volume of the pond, and T is an arbitrary time period. Setting i in equation (6) as i=T and substituting the above equation into this equation, we get The above formula shows that the initial water storage volume plus the cumulative pumping volume of the pump must always be within the range of the cumulative load and the cumulative load plus the reservoir capacity. This is illustrated in Figure 4. In the figure, the cumulative curve (curve 3 ) of the pumped water 2 Must be. The difference between curve 3 and curve 1 at a given time represents the amount of water stored at that time. Curve 3 means that if it falls below curve 1, it will not be able to cover the load, and if it exceeds curve 2, the reservoir will overflow. In Figure 4, the slope of curve 3 is determined by the number of pumps in operation, so even within the range surrounded by curves 1 and 2, if there is a sudden load, the load cannot be covered even if all pumps are operated. It may disappear. Therefore, it is necessary to find a feasible region excluding the region into which curve 3 cannot fit. below,
This will be explained. In Figure 3, from the upper limit of water intake 1 i for each time period at the water intake, the upper limit value for each time period of the water intake flow rate 1 y i at the pumping well is calculated by taking into account the flow delay of the irrigation canal.
By subtracting the load 1 L i in each time period downstream of the pumping well from this, the amount of water Q i that the pump can pump in each time period is determined. From the above, Q i is P≦Q i (10). The value of the feasible region upper limit curve for time period i is i-
The value obtained by adding the pumpable water amount for the i time period to the upper limit of the feasible area for one time period is compared with the value of curve 2 for the i time period, and the smaller value is taken. However, time 0
The upper limit of the feasible region is the initial water storage amount. Therefore, the upper limit of the feasible area for any i time period is However, UB i is the value of the feasible area upper limit curve for the i time period, and UT i is the value of the curve 2 for the i time period. The value of the lower limit curve of the feasible area for time period i is i+
The maximum value of the three values is the value obtained by subtracting the pumpable water amount for the i+1 time period from the lower limit value for the 1 hour period, the value of curve 1 for the i time period, and the initial water amount of the reservoir. However, the value of the lower bound curve of the feasible area in the final time period is
This is the value of curve 1 in the final time period. Therefore, the lower limit of the feasible region for any i time period is LB T = LT T LB i = max {LB i+1 −Q i+1 , LT i , 1 b p }...(12) However, LB i is , the value of the lower limit curve of the feasible region for the i time period, LT i is the value of the curve 1 for the i time period, and T represents the final time period. In the manner described above, the executable region (the part not shaded) in FIG. 4 can be determined. The number of operating units may be determined so that the number of times the cumulative water pumping amount curve (curve 3) changes is minimized within this region. PDP, which introduces a penalty to the DP method as a method for determining the number of pumps within the feasible region
invented the law. Divide the feasible region shown in Fig. 4 into a grid by unit time Δx and unit cumulative flow rate Δy, and calculate the width of the line connecting any point in the previous stage and any point in the next stage among these grid points. A possible line is called a path. The problem of minimizing the number of devices switching is to determine the path that minimizes the number of switchings from the starting point (i=1) to the ending point (i=T) among these paths. In this case, the path itself does not have an evaluation point, but a predetermined evaluation point is given depending on the transition state of two adjacent paths. The PDP method is used to evaluate this transition state. The PDP method will be explained using FIG. N 0 in FIG. 5 is the initial number of units that reach the point (x 0 , y 0 ). x 0
It is assumed that one-unit operation is specified in advance for the path from stage to stage x1 . The evaluation score of each node under these initial conditions is g(x 0 , y 0 )=0 g(x 1 , y 1 )=g(x 0 ,y 0 )+P(N 0 , 1)
...(13) g (x 2 , y 1 ) = g (x 1 , y 1 ) + P (1, 0)
...(14) g (x 2 , y 2 ) = g (x 1 , y 1 ) + P (1, 1)
...(15) g (x 2 , y 3 ) = g (x 1 , y 1 ) + P (1, 2)
...(16) is given by. Here, g(x, y) is the point (x,
y) evaluation point, P(i, j) is the penalty for changing from pump i operation to j pump operation,
N 0 is the number of pumps operating in the last hour of the previous day.

【表】 ここで、第1表に示すペナルテイ表を用いて、
P(i、j)の評価点を与える。 一般に、ポンプ一台当りの揚水量(ポンプ特性
と呼ぶ)は、運転台数を増すと摩擦損失により、
1台当りの揚水量が減少するため、非線形特性を
示す。この様子を第6a図に示す。この非線形特
性のまま、第4図の実行可能領域を、単位時間Δ
xと各台数当りの揚水量Δyで格子状に分割し、
PDP法を適用しようとすると、時間の推移ととも
に格子点がねずみ算式に増え、メモリーの増大を
招く。そこで、実用面から第6b図のように線形
法する。線形化方の詳細は、本出願人が先に出願
した特願昭49−9374に示されているので、ここで
は説明を省略する。図中のAbは格子間距離(メ
ツシユ)の値である。 ポンプ特性をメツシユ量Abによつて線形化し
たため、各時間の格子点は、初期貯水量を基準に
してメツシユ量の倍数を加えた値で、しかも各時
間の実行可能領域の範囲内にある点である。この
点をメツシユ点と呼ぶ。ここで、ポンプ特性線形
化でメツシユ点に区切つた際、メツシユ点の中に
不使用点(ダミー点)が生じるため、これらの点
は評価を行なわない(第6b図参照)。 各メツシユ点の評価は、次の手順で行なう。 (1) 各時間帯のメツシユ点を算出する。 (2) 各メツシユ点について、前の時間帯のメツシ
ユ点から到達するパスの有無を判定し、ダミー
点以外のメツシユ点を決定する。これをノード
と呼ぶ。これは、評価しようとするメツシユ点
のY座評と、前の時間帯のノードのY座標の差
が揚水可能水量の範囲内のポンプ特性Pj(=
0、P1、P2、………、Pj、………、PN)のい
ずれかと一致すれば、前段のノードからのパス
が存在し、そのメツシユ点はノードとなる。 (3) 到達するパスのある場合は、そのノードの評
価点(累積ペナルテイ)を計算し、そのパスの
始点(前段のノード)と終点(次段のノード)
のノード番号、そのときの運転台数、および評
価点を記憶する。ただし、複数のノードから到
達するパスが存在する場合は、各パス毎の評価
点を計算し、最も評価点の良いものを、そのノ
ードへの最適パスとする。 (4) 到達するパスが1本もない場合は、そのメツ
シユ点はダミー点であるため、次のメツシユ点
へ移る。 (5) (2)〜(4)の手順を初期時間帯から最終時間帯ま
で計算する。 以上の手順を第7図を用いて説明する。図の例
では、i時間帯のメツシユ点のうちおよびへ
はi−1時間帯のノードからのパスがあり、この
2点がi時間帯のノードとなる。へはノードA
およびBから到達できるが、各パスによるノード
の評価点は、台数切替の頻度を最少化するため
第2表のペナルテイを用いると次のようになる。
[Table] Here, using the penalty table shown in Table 1,
Give an evaluation score for P(i,j). In general, the amount of water pumped per pump (called pump characteristics) increases due to friction loss as the number of pumps in operation increases.
Since the amount of water pumped per unit decreases, it exhibits nonlinear characteristics. This situation is shown in FIG. 6a. Keeping this nonlinear characteristic as it is, the feasible region in Figure 4 can be changed to unit time Δ
Divide into a grid shape by x and pumped water amount Δy per number of units,
If you try to apply the PDP method, the number of grid points will increase like a mouse over time, resulting in an increase in memory. Therefore, from a practical point of view, a linear method is used as shown in FIG. 6b. The details of the linearization method are shown in Japanese Patent Application No. 49-9374 filed earlier by the present applicant, so the explanation will be omitted here. A b in the figure is the value of the interlattice distance (mesh). Since the pump characteristics are linearized by the mesh amount A b , the grid point for each time is a value obtained by adding a multiple of the mesh amount based on the initial water storage amount, and is within the feasible region for each time. It is a point. This point is called the mesh point. Here, when the pump characteristics are linearized into mesh points, unused points (dummy points) occur among the mesh points, so these points are not evaluated (see FIG. 6b). The evaluation of each mesh point is performed according to the following procedure. (1) Calculate mesh points for each time period. (2) For each mesh point, determine whether there is a path reaching from the mesh point in the previous time period, and determine mesh points other than the dummy points. This is called a node. This means that the pump characteristic P j (=
0, P 1 , P 2 , . . . , P j , . (3) If there is a path to reach, calculate the evaluation point (cumulative penalty) for that node, and calculate the starting point (previous node) and ending point (next node) of the path.
The node number, the number of vehicles in operation at that time, and the evaluation score are stored. However, if there are paths reaching from multiple nodes, the evaluation score for each path is calculated, and the one with the highest evaluation score is determined as the optimal path to that node. (4) If no path is reached, the mesh point is a dummy point, so move to the next mesh point. (5) Calculate steps (2) to (4) from the initial time period to the final time period. The above procedure will be explained using FIG. 7. In the illustrated example, there are paths from nodes in the i-1 time period to and among the mesh points in the i time period, and these two points become nodes in the i time period. to node A
and B, but the evaluation points of the nodes according to each path are as follows, using the penalties shown in Table 2 in order to minimize the frequency of switching the number of nodes.

【表】 Aよりのパスによる評価 f()=f(A)+P(1、1)=10+0=10
…(17) Bよりのパスによる評価 f()=f(B)+P(1、0)=8+1=9
…(18) ゆえに、へのパスはB→で、評価点は9と
なる。に関しても同様の計算を行なえば、パス
はB→で評価点は8を得る。 以上、ポンプ切替頻度最少化について、PDP法
を説明したが、このペナルテイ表を変更すること
により、その目的を変更することができる。第2
表は、切替頻度最少化のペナルテイ表であつた
が、この表は、ポンプ台数の切替幅に比例させて
ペナルテイを与えている。第3表に貯水池貯水量
最大化のペナルテイ表を示す。
[Table] Evaluation by path from A f()=f(A)+P(1,1)=10+0=10
...(17) Evaluation by path from B f()=f(B)+P(1,0)=8+1=9
...(18) Therefore, the path to is B→, and the evaluation point is 9. If the same calculation is performed for , the pass will be B → and the evaluation score will be 8. The PDP method has been described above for minimizing the frequency of pump switching, but the purpose can be changed by changing this penalty table. Second
The table was a penalty table for minimizing switching frequency, but this table gives penalties in proportion to the switching width of the number of pumps. Table 3 shows the penalty table for maximizing reservoir water storage capacity.

【表】 この表は、貯水池に水を貯めるため、池への揚
水量を大きくするように、切替後のポンプ台数の
少なさに比例させてペナルテイを与えている。第
4表は、運転費用最小化+切替頻度最少化のペナ
ルテイ表である。
[Table] This table gives penalties in proportion to the small number of pumps after switching to increase the amount of water pumped into the pond in order to store water in the reservoir. Table 4 is a penalty table for minimizing operating costs and minimizing switching frequency.

【表】 表は、ポンプの運転費用を最小にするため、切
替後の運転台数の多さに比例させてペナルテイを
与えた。ただし、このままでは、ポンプ台数がき
るだけ0台になろうとして、実行可能領域の下限
に沿つて0台と1台の間をハンチングするため、
第2表の切替頻度最少化のペナルテイ表を加算し
た。 ポンプ運転台数変更の際、ポンプの使用実績評
価(各ポンプの累積運転プ時間、切替ひん度)が
均一化するように、ポンプの切替を行なう。 ポンプの使用実績は、 E(i)=K1・T(i)+k2・N(i)…(19) ただし、E(i):ポンプの使用実績評価値 T(i):ポンプiの累積運転時間 N(i):ポンプiの切替頻度 k1、k2:係数 により評価し、運転台数を増す場合は運転してい
ないポンプの中でE(i)が最小のものを起動
し、運転台数を減らす場合は、運転中のポンプで
E(i)最大のものを停止するという方式によつ
て、ポンプの使用実績の均一化を図ることができ
る。 第8図に、本発明の1実施例を示す。ポンプ特
性入力装置1に、外部からマニユアルにて、各台
数毎のポンプ揚水量を入力する(第6a図参
照)。この入力情報をもとに、ポンプ特性線形装
置2(詳細は特願昭49−9374)にて、このポンプ
特性を線形化特性に近似する(第6b図参照)。
次に、貯水池出側の負荷予測を、運用計画を立て
たい時間分(たとえば、24時間先)だけ予測装置
3にて行なう。この予測結果をもとに、実行可能
領域計算装置4を用いて、第4図のごときポンプ
の実行可能領域を求める。このとき、貯水池の初
期貯水量とポンプの初期運転台数を、初期条件入
力装置5にて入力する。装置4にて求められた実
行可能領域内で、ポンプ台数を決定するため、各
時間帯のノード評価を、ノード評価装置6にて行
なう。この装置は、i=1〜T段(最終段)まで
の最適ルートを探索するため、任意の段数の全ノ
ードの評価点を与える。このとき、評価を行なう
ための目的関数は、ペナルテイ表作成装置7に
て、それぞれの目的に応じたペナルテイ表が作成
されているため、この表を参照しながら行なわれ
る。なお、目的は外部からマニユアルにて与えら
れる。装置6で計算された任意の段数の全ノード
の評価点のうち、この段までの最適ルートを最適
運転台数決定装置8で決定する。この決定法は、
第7図で示した方法による。また、この装置8で
は、段数が全て終了したかどうかを判定する。も
し終了していなければ、装置6にもどり再びノー
ド評価を行なう。他方、全段数が終了したなら
ば、i=1〜T段(最終段)までの最適ルート
(各時間にそれぞれポンプを何台運転するか)を
決定し、その情報をポンプ使用均一化装置9と表
示装置10へ出力する。均一化装置9では、各ポ
ンプの累積運転時間と切替頻度が均一になるよう
に、各ポンプ11に、それぞれ運転指令を出す。
この運転状況は、運転実績記憶装置12に記憶さ
れ、ポンプ使用均一化装置9の次段の入力情報を
与える。 以上説明したように従来のポンプ台数制御は、
池水位によるフイードバツク制御がその主流を占
めていたが、本発明により、負荷の累積曲線と貯
水池の貯水容量とで決まる運転侯補領域中でポン
プ台数をどのように切換えて運転すれば最適であ
るかを示す最適運転経路を決定するという運用計
画に基づく予測制御が可能となつた。需要予測に
基づく予測制御により、水系全体を円滑に運用す
ることができるようになつた。なお、各段数の最
適台数を決定する方法として、PDP法の他、
BBM法(Brach and Bound Method)、Heuristic
法などが代替案として考えられる。これら2方法
は、かならずしも最適を保証できないが、実用面
から見れば十分であると思われる。 BBM法は分枝限定法と呼ばれ、例えば、オペ
レーシヨンズリサーチ 18巻 第24号 1970年1
月、2月(Operations Research vol 18、
No.24、1970;1、2)に紹介されているエル・
ジー・ミツテン(L.G.Mitten)の論文に述べられ
ている。この方法をポンプの最適運転制御に適用
する場合は、ポンプの最適台数運転解が含まれる
領域を枝分れさせて、各々の部分領域でのルート
探索評価値を目安にして、より有利と思われる部
分領域を探してゆき、最終的に全ルートの探索を
おこなう。 また、Heuristic法は発見的探索法ともいわれ
数学的に体系化された厳密な理論によらず、人間
の直観力を利用して近似的な最適解を求めるもの
である。
[Table] In order to minimize pump operating costs, the table gives penalties in proportion to the number of pumps in operation after switching. However, if this continues, the number of pumps will try to reduce to 0 as much as possible, and will hunt between 0 and 1 along the lower limit of the feasible region.
The penalty table for minimizing switching frequency in Table 2 has been added. When changing the number of pumps in operation, the pumps are switched so that the pump usage performance evaluation (cumulative operating time of each pump, switching frequency) is equalized. The usage history of the pump is E(i)=K 1・T(i)+k 2・N(i)…(19) However, E(i): Pump usage performance evaluation value T(i): Pump i’s usage history Cumulative operating time N(i): Switching frequency of pump i k 1 , k 2 : Evaluated by coefficient, and when increasing the number of pumps in operation, start the one with the smallest E(i) among the pumps that are not in operation, When reducing the number of pumps in operation, it is possible to equalize the usage history of the pumps by stopping the pump in operation with the maximum E(i). FIG. 8 shows one embodiment of the present invention. The amount of pumped water for each number of pumps is input manually from the outside into the pump characteristic input device 1 (see Fig. 6a). Based on this input information, this pump characteristic is approximated to a linearized characteristic by the pump characteristic linearizer 2 (see Japanese Patent Application No. 49-9374 for details) (see Fig. 6b).
Next, the forecasting device 3 predicts the load on the outlet side of the reservoir for a period of time (for example, 24 hours in advance) for which an operation plan is desired. Based on this prediction result, the feasible region of the pump as shown in FIG. 4 is determined using the feasible region calculating device 4. At this time, the initial water storage amount of the reservoir and the initial number of operating pumps are input using the initial condition input device 5. In order to determine the number of pumps within the feasible range determined by the device 4, the node evaluation device 6 performs node evaluation for each time period. This device provides evaluation points for all nodes in an arbitrary number of stages in order to search for an optimal route from i=1 to T stage (final stage). At this time, since a penalty table corresponding to each objective is created by the penalty table creation device 7, the objective function for evaluation is performed while referring to this table. Note that the purpose is manually given from the outside. Among the evaluation points of all the nodes of the arbitrary number of stages calculated by the device 6, the optimum route to this stage is determined by the optimum number of operating units determining device 8. This determination method is
According to the method shown in FIG. The device 8 also determines whether all stages have been completed. If it has not been completed, the process returns to device 6 and performs node evaluation again. On the other hand, once all the stages have been completed, the optimal route (how many pumps to operate each time) from i=1 to T stage (final stage) is determined, and the information is sent to the pump usage equalization device 9. is output to the display device 10. The equalization device 9 issues operating instructions to each pump 11 so that the cumulative operating time and switching frequency of each pump are equalized.
This operating status is stored in the operating record storage device 12 and provides input information to the pump usage equalization device 9 at the next stage. As explained above, conventional pump number control is
Feedback control based on pond water level has been the mainstream, but with the present invention, it is possible to determine how to optimally switch the number of pumps for operation within the operational range determined by the cumulative load curve and the water storage capacity of the reservoir. It has become possible to perform predictive control based on an operation plan that determines the optimal driving route. Predictive control based on demand forecasts has made it possible to operate the entire water system smoothly. In addition to the PDP method, there are other methods to determine the optimal number of units for each stage.
BBM method (Brach and Bound Method), Heuristic
Laws may be considered as an alternative. Although these two methods cannot necessarily guarantee optimum results, they are considered to be sufficient from a practical standpoint. The BBM method is called the branch and bound method, for example, Operations Research Vol. 18 No. 24 1970 1
Month, February (Operations Research vol 18,
No.24, 1970; 1, 2)
This is described in a paper by LGMitten. When applying this method to the optimal operation control of pumps, the region that includes the optimal number of pump operation solutions is branched out, and the route search evaluation value in each subregion is used as a guide to find the route that is considered more advantageous. Search for partial areas that can be used, and finally search for the entire route. The Heuristic method is also called a heuristic search method, and it uses human intuition to find an approximate optimal solution, without relying on a mathematically systematized, rigorous theory.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、貯水池水位による台数制御図。第2
図は、プログラム制御による台数制御数。第3図
は、水系の代表モデル図。第4図は、ポンプ運転
実行可能領域図。第5図は、PDP法による台数決
定例図。第6図は、ポンプ運転台数と線形化図。
第7図は、ノード評価例図。第8図は、ポンプ台
数制御装置図である。
Figure 1 is a diagram showing how the number of units is controlled depending on the water level of the reservoir. Second
The figure shows the number of units controlled by program control. Figure 3 is a representative model diagram of a water system. FIG. 4 is a diagram showing a region in which pump operation is possible. Figure 5 is an example of determining the number of units using the PDP method. Figure 6 shows the number of pumps in operation and linearization.
FIG. 7 is an example diagram of node evaluation. FIG. 8 is a diagram of a pump number control device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 所定の期間における流体貯留手段の出口側に
おける負荷の予測をおこなうステツプと、該予測
された負荷を累積した累積負荷曲線に上記貯留手
段の容量を加算した上限曲線との間に設定した運
転台数が最適となる最適経路を決定するステツプ
とからなることを特徴とする運用計画に基づく複
数台のポンプ制御方法。 2 上記運転候補領域は上記累積負荷曲線と上限
曲線とで囲まれた領域から上記貯留手段の初期貯
留量とポンプ初期運転台数及び各ポンプの処理可
能量とから決定される運転不可能部分を除いた領
域であることを特徴とする第1項の運用計画に基
づく複数台のポンプ制御方法。 3 上記最適経路を決定するステツプはポンプ切
換による運転経路の変更に応じて所定のペナルテ
イを付与する演算を含むことを特徴とする第1項
または第2項の運用計画に基づく複数台のポンプ
制御方法。 4 上記演算はダイナミツク・プログラミング法
にもとづく演算であることを特徴とする第1項乃
至第3項いづれか1項の運用計画に基づく複数台
のポンプ制御方法。 5 上記切換は決定された経路にたいする各ポン
プの運転時間と切換頻度が平均化されるように出
される運転指令によりおこなうことを特徴とする
第1項乃至第4項いづれか1項の運用計画に基づ
く複数台のポンプ制御方法。
[Scope of Claims] 1. A step of predicting the load on the outlet side of the fluid storage means for a predetermined period, and an upper limit curve obtained by adding the capacity of the storage means to a cumulative load curve obtained by accumulating the predicted loads. 1. A method for controlling a plurality of pumps based on an operation plan, comprising the step of determining an optimal route that optimizes the number of pumps set in between. 2. The operation candidate area is the area surrounded by the cumulative load curve and the upper limit curve, excluding the unoperable portion determined from the initial storage amount of the storage means, the initial number of pumps in operation, and the processable amount of each pump. 1. A method for controlling a plurality of pumps based on an operation plan as set forth in item 1, characterized in that the area is a controlled area. 3. Control of a plurality of pumps based on the operation plan as set forth in item 1 or 2, wherein the step of determining the optimal route includes a calculation that applies a predetermined penalty in response to a change in the operating route due to pump switching. Method. 4. A method for controlling a plurality of pumps based on an operation plan according to any one of items 1 to 3, wherein the calculation is based on a dynamic programming method. 5. Based on the operation plan set forth in any one of paragraphs 1 to 4, wherein the switching is performed by an operation command issued so that the operating time and switching frequency of each pump for the determined route are averaged. How to control multiple pumps.
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