Optimal Control of TES System by Using Nonlinear Model Predictive Control

WE-utvinningsprosess (industriell spillvarme) gjenbruker varmeenergi som ellers ville gått tapt for å sikre og forbedre ressursbevaring og avfall, samt for å redusere kostnader. Under slike omstendigheter kan et termisk energilagringssystem (TES) brukes til å lagre WE, med den hensikt å møte fremtidige topp energibehov. Med tilstedeværelsen av TES-tanker har ytelsen til enkle termiske energisystemer økt betraktelig. For å realisere betydelig energisparing og kostnadsreduksjon implementeres en av de viktigste optimale driftsstrategiene, ikke-lineær modell prediktiv kontroll (NMPC). Stabiliteten og ytelsen til NMPC avhenger sterkt av modellens nøyaktighet som brukes i optimaliseringen. Imidlertid er det i mange praktiske anvendelsesdomener en usikkerhet som blant annet misforhold mellom plantemodeller, noe som kan påvirke robustheten betraktelig. Som en konvensjonell metode fungerer standard NMPC godt uten å ta hensyn til usikkerhet, som for eksempel uoverensstemmelse av plantemodeller. Imidlertid, etter å ha tatt hensyn til usikkerhet, tilbyr standard NMPC liten robusthet mot den, der energiforsyning og etterspørselsprofil kan variere betydelig fra de spådde profilene. For å avvise usikkerhet betydelig, implementeres en av de mer robuste versjonene av NMPC-er, scenariobasert multitrinns NMPC, der utviklingen av usikkerheter er modellert som et forplantet scenario-tre langs prediksjonshorisonten. Den numeriske metoden for å løse optimale kontrollproblemer i denne oppgaven er valgt som direkte samlingsmetode. Da er NLP-problemet definert i CasADi-rammeverket og løst av IPOPT i MATLAB-programmeringsmiljøet. Simuleringsundersøkelser er utført for tre større og et mindre tilfelle, nemlig optimal kontroll av et enkelt TES-system ved standard NMPC med og uten direkte solvarme uten plantemodellfeil, optimal kontroll av et enkelt TES-system med multitrinns NMPC og optimal kontroll av et enkelt termisk energisystem ved standard NMPC uten lagringstank uten plantemodellfeil