Modellansatz zur Koordinierung zukünftiger Steuerungsmaßnahmen in einem Talsperren-Verbundsystem

336-347

Artikel aus einer Zeitschrift

200204748

Schlagwörter: Talsperrensteuerung, Verbundbewirtschaftung, Modellbasierte prädiktive Regelung, Multikriterielle Optimierung, Entscheidungsfindung
Die optimale Bewirtschaftung von Talsperren-Verbundsystemen stellt aufgrund ihrer Dimension und den zum Teil widersprüchlichen Bewirtschaftungszielen eine besondere Herausforderung dar. Darüber hinaus ist aufgrund des schwankenden natürlichen Wasserdargebots und -nachfrage ein stetiger Anpassungsprozess erforderlich. Die in diesem Artikel angewendete Methode basiert auf dem Konzept der modellbasierten prädiktiven Regelung (MPC) und ermöglicht mit einem eingebetteten Optimierungsverfahren die vorausschauende Planung der zukünftigen Talsperrenabgaben in einem Verbundsystem. Das Verfahren orientiert sich dabei an den prognostizierten
Randbedingungen hinsichtlich der hydrologischen Situation und des Wasserbedarfs anhand von Vorhersagedaten. Vor dem Hintergrund der Echtzeitbewirtschaftung und der damit verbundenen Sicherstellung kurzfristiger Bewirtschaftungsziele werden praxisrelevante Optimierungsszenarien vorgestellt, um die Vorteile einer koordinierten Steuerung der Talsperren hervorzuheben. Die Entscheidungsfindung beruht auf der Definition eines multikriteriellen Optimierungsproblems und unterschiedlich gewichteter Teilziele. Für die Bewertung des Optimierungsmodells und der aus den Bewirtschaftungszielen abgeleiteten Zielfunktion werden unter
anderem einheitliche Wertemaßstäbe und Gütekriterien herangezogen, um die Vergleichbarkeit der Lösungsalternativen und Modellergebnisse
zu erleichtern.
Optimal reservoir system management is particularly challenging because of the dimension of large water systems and conflicting management objectives. Additionally, such systems require a continuous adjustment process due to fluctuating natural water supply and demand. The method presented in this study is based on Model Predictive Control (MPC) and allows an anticipatory planning of the outflows in a reservoir system with the help of an embedded optimization procedure. This process relies on prognosed framework conditions for the hydrological situation and water demand on the basis of forecast data. Against the background of real-time reservoir
system management and the associated ensuring the achievement of short-term management goals, practice-relevant optimization scenarios are presented to point out the advantages of a coordinated control of the reservoirs. Decision-making is based on the definition of a multi-objective optimization problem and differently weighted subgoals. Consistent standard values and quality criteria are used to assess the optimization model and the target function derived from the management objectives as well as to facilitate comparability of alternative solutions and model results.
Keywords: reservoir operation, reservoir system management, model predictive control, multi-objective optimization, decision making