Estratégias de Controle Preditivo Estocástico e Tolerante a Falhas aplicadas a Campos Solares

Abstract

Este documento relata os trabalhos desenvolvidos pelo autor em seu projeto de fim de curso em controle preditivo de plantas heliotérmicas, na busca da maximização da produção de energia com o cumprimento de restrições de projeto. No decorrer do relatório são descritas as características de campos solares de energia concentradas (CSP), apresentando modelo matemáticos para a simulação e controle destas plantas. As formulações de controle propostas são de caráter não linear, onde foi feito um estudo para a escolha da melhor estratégia aplicada na planta em questão. Devido a intermitência da energia solar, juntamente com sua alta variabilidade, foram propostas também técnicas de controle preditivo estocástico para garantir uma margem de segurança em unidades CSP, cumprindo as restrições operacionais necessárias para um bom funcionamento deste tipo de planta. Foram propostos também controladores tolerante a falhas para lidar com o problema da perda de eficiência dos captadores de energia solar, algo muito comum em campos solares de alta potência, sendo necessário nestes casos um controlador mais sofisticado que leva em conta a variação do sistema no tempo. Um dos maiores problemas em campos solares consiste no não conhecimento do comportamento futuro da radiação solar, o que faz com as técnicas desenvolvidas para gestão de energia nestas plantas seja muito conservador. Para tratar disso o autor propôs métodos de predição de irradiância solar na busca de um melhor desempenho das técnicas propostas neste documento. Os resultados das técnicas implementadas foram validados via simulação, utilizando modelos matemáticos de plantas solares validados na literatura juntamente dados reais das pertubações que dominam estes sistemas, apresentando resultados satisfatórios quando comparadas com o estado da arte.

This document describes the work done by the author during his graduation project

in predictive control applied in heliothermic plants, searching for maximization of en- ergy production and compliance with project constraints. The document describes the

characteristics of concentrated solar power plants (CSP), showing mathematical models for simulating and controlling these plants. The control formulations proposed in this document are non-linear, and it was made an study over which of the strategies used is best suited for this work’s plant. Due to the intermitence of solar energy, together with its high variability, it was proposed stochastic control techniques for handling constraints with a safety margin for CSP. It was also proposed fault tolerant control formulation for handling the problem with the loss of eficience in solar colectors, an commom problem in solar plants, were in this cases a more sophisticated contoller is needed for a good performance. One of the greatest challenges in dealing with solar power is not knowing the future behavior of the solar radiation, making the control strategies for handling energy in these plantas very conservative. In order to address this problem it was proposed the use of solar irradiance prediction models, in the search of enhancing the performance of the control techiniques proposed in this work. The results of the control strategies developed in this document were validated through simulation, using well-know mathematical models for solar plants and real data for the disturbances that dominate this systems, which showed good results when compared with the state-of-art.