Regulering - Energi Norge

energinorge.no

Regulering - Energi Norge

Moderne regulering og optimaliseringinnen vannkraftBjørn.Glemmestad@hit.noHøgskolen i TelemarkPTK Gardermoen, 8-9 mars 2011


Innhold• Hva menes med moderne regulering• Et lite sidesprang til en annen bransje• Prinsipp for modellbasert prediktiv (MPC) regulering• Simulert eksempel fra frekvensregulering i Svartisen• Simulert eksempel fra Kragerøvassdraget• Oppsummering og veien videre2www.green-trust.org/hydro.htm


To begreper: Regulering og optimaliseringRegulering• Holde variable på/nær ønsketverdi– Undertrykke forstyrrelser– Følge endringer i ønsket verdiOptimalisering• Gjøre noe så ’bra’ som mulig– Forbedringer, prosess/drift– Matematisk max(f(x))– Ofte maksimalisere profitt etcBegrensningDårlig regulering God reguleringOptimalisering3


Hva menes med moderne regulering?• Klassisk regulering– Tilbakekobling, reagerer førstnår det er et avvik– PID (Proporsjonal-, Integral-,Derivat – virkning)rye-PIDu• Moderne regulering– Bruker matematisk modell for åoppnå best mulig regulering– Kan regulere flere ting samtidig– Kan reagere før det blir et avvik4


Et sidesprang til en annen bransje…• Olje/petrokjemi– Modellbasert prediktivregulering (MPC) utviklet avbransjen selv (Exxon, Shell etc)på 1970-tallet– 1990-tallet: sterk vekst ianvendelser, populært årapportere antall anvendelser.Ulineær MPC– 2000 -… MPC har blitt standard!(i tillegg til PID)• MPC spres til andre bransjer5


Prinsipp for modellprediktiv regulering (MPC)Regulertvariabel (y)SettpunktPrediksjonshorisontModell brukes til å predikterefremtidig respons• MPC beregner pådrag somminimaliserer fremtidigreguleringsavvik ogpådragsbruk (innenprediksjonshorisonten)• Beregningen repeteres ognytt pådrag påtrykkesprosessen ganske ofte.Pådrag (u)MPC beregner pådragsom gir god respons.FortidNåFremtidTid6


Eksempel, frekvensregulering Svartisen• Samarbeid HiT/Skagerak• Spesiell utforming avvannvei gir trykkstøt• Frekvensregulering iøydriftLast reduseres 10%D. Winkler, 2010Svingen, Lurås, Rhich. 20097


Svartisen, resultat fra simulering1.031.021.011Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-reguleringMPCMPC, 20% modellfeil0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2001.0041.0021Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-reguleringMPCMPC, 20% modellfeil0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2008


Svartisen, resultat fra simulering1.031.02Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-regulering1.0110 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Relativ frekvens som funksjon av tid [s]1.004PI-regulering1.00210 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2009


Svartisen, resultat fra simulering1.031.021.01Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-reguleringMPC10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2001.0041.002Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-reguleringMPC10 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20010


Svartisen, resultat fra simulering1.031.021.011Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-reguleringMPCMPC, 20% modellfeil0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 2001.0041.0021Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-reguleringMPCMPC, 20% modellfeil0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20011


Svartisen, resultat fra simulering• MPC serlovende ut!• Mye mindrefrekvensavvik• Mye mindreoscillasjoner1.031.021.0111.00021.0001Relativ frekvens som funksjon av tid [s]PI-reguleringMPCMPC, 20% modellfeil0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200Relativ frekvens som funksjon av tid [s]10.99990.99980 20 40 60 80 100 120 140 160 180 20012


Eksempel, Kragerøvassdraget• PågåendemasteroppgaveHiT/Skagerak• MPC til flomhåndering– Holde vannstand– Maksimaliserekraftproduksjon– Vannstandsmåler tilmodellkorreksjon• Både manuell ogautomatisk styring61605958Nivå [m] som funksjon av tid [t]570 50 100 150 2000.40.30.20.1Lukeåpning som funksjon av tid [t]00 50 100 150 20013


Eksempel, Kragerøvassdraget• PågåendemasteroppgaveHiT/Skagerak• MPC til flomhåndering– Holde vannstand– Maksimaliserekraftproduksjon– Vannstandsmåler tilmodellkorreksjon• Både manuell ogautomatisk styring626160590 50 100 150 200 250 300 350 400 45010.51000500Mye større tilsig enn forventetNivå som funksjon av tid [t]Lukeåpning som funksjon av tid [t]00 50 100 150 200 250 300 350 400 450Innstrøm [m3/s] som funksjon av tid [t]Langsomt synkende settpunkt00 50 100 150 200 250 300 350 400 450 50014


Oppsummering• MPC har potensial til bedre regulering enn PID• To eksempler:• Frekvensregulering, Svartisen• Flomhåndtering, Kragerøvassdraget• MPC trolig godt egnet til koordinering av flereaggregater, vern av vannvei etc.• Utfordringer å innføre ny teknologi, men…Verden går fremover, det gjelder å henge med!

More magazines by this user
Similar magazines