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Type: Dissertação
Title: Performance analysis of deterministic, min-max and multi-stage NMPC applied to a subsea gas compression system
Author(s)/Inventor(s): Ivo, Otávio Fonseca
Advisor: Secchi, Argimiro Resende
Co-advisor: Souza Junior, Maurício Bezerra de
Abstract: Recentemente, tecnologias subsea têm se tornado mais con áveis. Novos projetos foram elaborados e, nos próximos anos, um grande volume de investimentos é esperado na área. No entanto, instalações subsea têm se tornado cada vez mais complexas e controladores capazes de tomar decisões de forma inteligente são necessários para redução de custos e aumento da con abilidade. No entanto, devido à presença de incertezas em operações subsea, novos controladores capazes de operar em um ambiente incerto devem ser desenvolvidos. No Mar do Norte, uma tecnologia promissora de compressão subsea de gás começou recentemente a operar. No campo de Asgard, o projeto do sistema de compressão foi baseado em instalações topside. Devido a isso, estratégias anti-surge são necessárias para que o sistema possa operar sem maiores problemas frente à presença de perturbações e incertezas. Caso a operação entre em surge, o sistema de compressão pode ser afetado ocasionando a quebra do compressor. Devido a isso, foram avaliados o desempenho e a robustez de um sistema de compressão subsea quando controlado por um NMPC determinístico, o ine min-max e multi-estágio. Indicadores que levam em consideração o desempenho do controle de set-point, violação de restrições, produção de gás, consumo energético e e ciência na produção foram utilizados para avaliação dos controladores. O NMPC determinístico foi a solução mais e ciente, no entanto violações nas restrições foram detectadas. Apesar do controlador min-max conseguir impedir que restrições sejam violadas, ele teve um desempenho conservativo. Já o controlador NMPC multiestágio também conseguiu lidar com a restrição do processo, apresentando um desempenho menos conservativo que a solução NMPC o ine min-max.
Abstract: In recent years, subsea technologies have become more reliable. New projects emerged and an increase of investment in the area is expected in the following years. However, subsea installations are becoming more complex and smart decision making controllers are necessary to reduce operational costs and increase process reliability. Besides, the presence of uncertainties makes the development of controllers that can handle operation in an uncertain environment imperative. A prominent subsea technology is the subsea compression, which has been recently delivered in the North Sea. Åsgard eld compression system design was based on topside design. Therefore, surge avoidance strategy is necessary in order to operate without major issues in presence of disturbances and uncertainties. If surge occurs, compression system operation is strongly a ected, leading even to compressors breakage. Thus, in this work, Nonlinear Model Predictive Controls (NMPC), such as deterministic, o ine min-max and multi-stage were employed to a subsea compression system to evaluate controllers performance and closed-loop robustness in an environment with unknown disturbances a ecting upstream pressure. For performance assessment, indicators that consider set-point tracking, constraint violation, gas production, energy consumption, and production e ciency were employed. Deterministic NMPC was the most e cient controller, but constraint violation was detected. Although o ine min-max operation managed to handle constraint violation, it proved to be overly conservative. Multi-stage NMPC controller was able to also handle constraint violation, while being less conservative than o ine min-max NMPC.
Keywords: Controle de vários estágios
Controle robusto
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA QUIMICA
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química
Production unit: Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Oct-2018
Publisher country: Brasil
Language: eng
Right access: Acesso Aberto
Appears in Collections:Engenharia Química

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