طراحي الگوريتم تقسيم بار در يك ايستگاه كمپرسوري با روش كنترل كننده پيش بين و بهينه يابي آني در مواجه با تقاضاي متغير

Design of load sharing algorithm in a compression station by MPC method and real-time optimization in response to variable demand

براي انتقال گاز طبيعي از منابع توليدكننده به مصرف كننده از خطوط انتقال گاز استفاده مي شود. طويل شدن خطوط انتقال سبب كاهش فشار گاز مي شود. ايستگاه هاي تقويت فشار گاز جهت جبران افت فشار در مسير انتقال در نظر گرفته مي شوند. در اين ايستگاه ها معمولا چندين واحد كمپرسوري جهت تسهيم جريان گاز ورودي، به صورت موازي كار مي كنند. هدف مطالعه حاضر بررسي روش تقسيم بار ميان كمپرسورهاي موازي به صورت بهينه با توجه به ظرفيت هر كمپرسور مي باشد. در اين مقاله يك الگوريتم تقسيم بار با استفاده از كنترل كننده پيش بين مبتني بر مدل (MPC) جهت دستيابي به عملكرد پايدار و كارآمد در ايستگاه تقويت فشار پيشنهاد مي شود. در اين الگوريتم از بهينه يابي آني با يك روش اصلاح كننده تطبيقي در هنگام مواجه با يك تقاضاي متغير از جانب مصرف كننده استفاده مي شود. بهينه يابي با توجه به ظرفيت هر كمپرسور و با استفاده از منحني بازده تقريبي انجام مي شود. بدين ترتيب، مختصات نقاط كاري بهينه براي هر كمپرسور بدست آورده مي شود. الگوريتم پيشنهادي در نرم افزار متلب بر روي ديناميك كمپرسورهاي گريز از مركز با آرايش موازي پياده سازي مي شود. نتايج حاصل نشان مي دهد كه تقسيم بار با استفاده از روش پيشنهادي عملكرد بسيار بهتري نسبت به روش هاي قديمي نظير تقسيم بار به صورت برابر دارد كه سبب كاركرد بهينه هر كمپرسور و در نتيجه ذخيره سازي و صرفه جويي گاز طبيعي مي گردد.

To transport the natural gas from the producer sources to the consumers, gas pipelines are used. The extension of the pipelines reduces gas pressure and compression stations are considered to compensate for the loss of pressure in the transport path. At these stations, several compressor units usually work in parallel to share the gas inlet flow. The purpose of the present study is to investigate the load distribution method between parallel compressors in an optimal manner according to the capacity of each compressor. In this paper, a load sharing algorithm is proposed with the help of a model-based predictive controller (MPC) to achieve a stable and efficient operation at the compression station. In this algorithm, real-time optimization is used by an adaptive modifier method when faced with a variable demand from the consumer. The optimization is done according to the capacity of each compressor and using the approximated efficiency curve. In this way, the coordinates of the optimal working points for each compressor are obtained. The proposed algorithm is implemented in MATLAB software on the dynamics of centrifugal compressors in parallel arrangement. The results show that the load distribution using the proposed method has a much better performance than the old methods such as equal load balancing. This method results in the optimal operation of each compressor and thus storing and saving the natural gas.