Συντάχθηκε 15-03-2017 08:04
από Esthir Gelasaki
Email συντάκτη: egelasaki<στο>tuc.gr
Ενημερώθηκε:
-
Ιδιότητα: υπάλληλος.
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
ΠΕΤΡΟΥ ΑΣΜΑΡΓΙΑΝΝΑΚΗ
με θέμα
Βέλτιστος Έλεγχος για την Διαχείριση Δικτύου Νερού,Βασισμένος σε Γενετικό Αλγόριθμο
Operational Optimal Control of a Water Distribution Network Based On Genetic Algorithm
Εξεταστική Επιτροπή
Καθηγητής Γεώργιος Σταυρακάκης (επιβλέπων)
Καθηγητής Μιχαήλ Ζερβάκης
Δρ. Ελευθερία Σεργάκη
Περίληψη
Παρά την ευρεία έρευνα, ο σχεδιασμός των δικτύων διανομής νερού δεν πραγματοποιείται με τη χρήση τεχνικών βελτιστοποίησης. Ο κύριος λόγος γι’ αυτό το συμπέρασμα είναι ότι ο σχεδιασμός των δικτύων διανομής αντιμετωπίζεται ως επί το πλείστων, ως πρόβλημα ελαχιστοποίησης κόστους. Μια άλλη παράμετρος λόγω της οποίας επιλέγεται ο παραδοσιακός τρόπος μοντελοποίησης είναι το γεγονός ότι οι υπάρχοντες αλγόριθμοι βελτιστοποίησης δεν παρουσιάζονται σε φιλικά προς τον χρήστη πακέτα όπως θα έπρεπε.
Σε αυτή την εργασία ασχολούμαστε με τη βελτιστοποίηση του χρονοδιαγράμματος λειτουργίας των αντλιών σε συστήματα διανομής νερού. Οι στόχοι και οι πιθανές εφαρμογές της μεθόδου που παρουσιάζεται είναι σημαντικοί και έχουν όλοι τους σκοπό την επίλυση ενός συγκεκριμένου αλλά ρεαλιστικού προβλήματος.
Ένας γενετικός ελεγκτής για ενός μεσαίου μεγέθους αντλιοστασίου νερού αναπτύσεται, προκειμένου να βελτιστοποιηθεί το σχέδιο λειτουργίας του συστήματος ως προς την ελάχιστη κατανάλωση ενέργειας. Ο γενετικός αλγόριθμος «GA optimizer», χρησιμοποιείται για να αποφασιστεί το χρονοδιάγραμμα λειτουργίας των αντλιών, λαμβάνοντας υπόψη την κατανάλωση ρεύματος. Τα άνω και κάτω όρια της στάθμης του νερού στην δεξαμενή περιορίζονται από τον γενετικό αλγόριθμο.
Το πρόγραμμα MATLAB και οι βιβλιοθήκες Simscape χρησιμοποιούνται για την κατασκευή ενός πλήρους και λεπτομερέστατου μοντέλου σε περιβάλλον Simulink. Το σύστημα αποτελείται από έξι αντλίες, οι οποίες τροφοδοτούνται από μια πηγή και μεταφέρουν το νερό σε μια ενδιάμεση δεξαμενή μέσω του αγωγού και στη συνέχεια στους καταναλωτές. Το μοντέλο αυτό υπόκειται σε επεξεργασία πολλές φορές για να προσομοιώσει, ελέγξει και επικυρώσει τη συμπεριφορά του συστήματος. Το αντλιοστάσιο του Βλητέ στην περιοχή των Χανίων λαμβάνεται ως υπόθεση εργασίας. Για να βελτιστοποιήσουμε το σχέδιο λειτουργίας του συστήματος, το μοντέλο μας χρησιμοποιείται για να σχεδιάσουμε μια προκαταρκτική στρατηγική ελέγχου, η οποία χρησιμοποιείται αργότερα για να αντιμετωπιστεί το πρόβλημα βελτιστοποίησης. Ο σταθερής ταχύτητας προγραμματισμός των αντλιών εμφανίζεται πιο αποδοτικός. Η βελτιστοποίηση έχει δοκιμαστεί και έδωσε αποδεκτά αποτελέσματα.
Τέλος, η υπόθεση εργασίας μας έχει δοκιμαστεί μέσα σε 24 ώρες χρονικό ορίζοντα και έιχε ως αποτέλεσμα ένα αποδεκτό σχέδιο λειτουργίας. Λεπτομερείς εκτυπώσεις και διαγράμματα δημιουργούνται με τη χρήση του MATLAΒ, έτσι ώστε να εξηγηθεί τι συμβαίνει σε όλα τα επίπεδα του έργου σε αυτή τη διατριβή. Όλες οι αναλυτικές πληροφορίες σχετικά με τη λειτουργία αυτού του αντλιοστάσιου είναι απο τον ΟΑΚ ΑΕ.
Λέξεις κλειδιά: Γενετικοί αλγόριθμοι, βελτιστοποίηση χρονοδιαγράμματος αντλιών, ειδική κατανάλωση ενέργειας, συστήματα διανομής νερού
Abstract
Despite wide research, design of water distribution networks is not realized using optimization techniques. The main reason for this assumption is that the design of water distribution networks is evaluated mostly, as a least cost optimization problem. Another parameter for preferring the traditional modelling practice is that, existing optimization algorithms are not presented to the user as friendly as it should be.
In this thesis we deal with the pump schedule optimization of water distribution systems. The aims and the possible applications of the presented method are significant and all of them are intended to solve a particular but realistic problem.
A genetic controller for a midscale water pumping station is developed in order to optimize the operation plan of the system for minimum energy consumption. A genetic algorithm, GA optimizer, is used to decide the operation plan of the pumps taking into account power consumption. Upper and lower limits of the water level in the tank is constrained by the GA.
The MATLAB Simscape blocks is used to build a full detailed model in a Simulink environment. The system consists of six pumps fed by a tank and deliver water to a buffer tank through the pipeline. This model is being processed many times to simulate, check and validate the behaviour of the system. Chania Vlite’s Pumping Station is taken as a case study. To optimize the operation plan of the system, the detailed model is used to design a preliminary control strategy which is used later to set the optimization problem. Fixed speed pump scheduling is found more efficient. The optimizer is tested and gave explainable results.
Finally, the case study is tested within 24 hour time horizon and an accepted operation plan has resulted. Detailed plots and charts are generated using MATLAB to explain what is going on through all the levels of work in this thesis. All detailed information about the operation of this pump station is from OAK AE.
Keywords: Genetic algorithms, pump schedule optimization, specific energy consumption, water distribution systems
Τόπος: Λ - Κτίριο Επιστημών/ΗΜΜΥ, 2041
Έναρξη: 16/03/2017 13:00
Λήξη: 16/03/2017 14:00
