توسعه کاربرد مدل کنترل پیش بین برای بهبود مدل های شبیه سازی- بهینه‌سازی در مدیریت سامانه های انتقال آب: مطالعه موردی خط انتقال آب زرینه‌رود به تبریز

این مقاله به بررسی استفاده از روش کنترل پیش‌بین به‌منظور بهبود مدیریت حجم آب ذخیره‌شده در مخازن خطوط انتقال آب می‌پردازد. کنترل پیش‌بین از مدل‌های کنترل مدرن است که به دلیل عملکرد مناسب آن نسبت به تغییرات ناگهانی مدل، در سامانه‌های مهندسی مورد توجه قرار گرفته‌است. از قابلیت‌های اصلی کنترل پیش‌بین، مدل‌سازی پیش‌بین سیستم در تابع بهینه‌سازی است، این ویژگی باعث می‌شود کنترل‌کننده با آگاهی از شرایط سیستم در بازه‌های آتی، ورودی مناسب برای رسیدن به خروجی مطلوب را تنظیم کند. در این تحقیق با استفاده از الگوریتم کنترل پیش‌بین و در نظر گرفتن محدودیت ظرفیت پمپاژ ایستگاه‌ها و مخازن، یک کنترل‌کننده بهینه برای خط انتقال آب زرینه‌رود طراحی شد. این خط به طول 180 کیلومتر، شامل 24 انشعاب بوده و بزرگ‌ترین خط انتقال آب خاورمیانه است. در این تحقیق، کنترل‌کننده برای خط انتقال به‌صورت تابعی دو هدفه، حفظ حجم ایمن آب ذخیره‌شده در مخازن و کاهش نوسان جریان در ایستگاه‌های پمپاژ طراحی گردید. نتایج حاصل از اعمال روش کنترل پیش‌بین با داده‌های اپراتوری و همچنین روشی دیگر به نام روش کنترلی انتگرالی درجه دوم خطی مقایسه شد. بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، الگوریتم کنترل پیش‌بین به‌خوبی توانست ضمن عملکرد بهتر نسبت به داده‌های اپراتوری و روش کنترلی انتگرالی درجه دوم خطی، قیود موجود در سامانه را ارضا کرده و نوسان پمپاژ را %22 کاهش دهد. همچنین حجم آب ذخیره‌شده مخازن را با کمترین انحراف در مجاورت حجم مطلوب حفظ کند. از طرفی الگوریتم پیشنهادی موجب می‌شود، نیاز به پمپاژ آب برای رسیدن به میزان تخصیص %8 از طریق بهینه‌سازی کاهش یابد.

Utilization of Model Predictive Control to Improve Optimization – Simulation Models for Managing Water Transfer Systems: Case Study of Zarinehrood Water Transfer Line to Tabriz

This paper studies the performance of model predictive control in improving the management of reservoirs in water transfer line. Model Predictive Control is an optimal modern control which due to its proper function against sudden disturbances has been developed for engineering control problems. One of the main capabilities of the predictive control algorithm is the prediction modeling of the system in optimization function. In this research with using a predictive control algorithm while applying the constraints regarding reservoir and pump stations capacity, an optimal controller is designed for the Zarinehrood transfer line to Tabriz. This network contains a total pipe length of 180 kms with 24 branches which is known as the largest transfer line in the Middle East. In this research the designed controller have been solved for the two objective functions, maintaining the safety water in the reservoirs and reducing the fluctuations in the pump stations. To evaluate the predictive control algorithm performance, the results of the MPC were compared with operator data and another control method called linear quadratic integral control . The obtained results show that the predictive control has been able to perform better than operator data and linear quadratic integral control. While yields high capability to satisfy all constraints while fluctuations in pumping stations have been decreased about 22% and the water in the reservoir tanks maintain the lowest error in the vicinity of the desired volume.The total amount of pumped water over the length of the transmission line has been decreased by 8%.