Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/11422/6003
Type: Tese
Title: Aplicação de controle preditivo não linear multivariável com otimizador à operação transiente de turbina a gás
Author(s)/Inventor(s): Pires, Thiago da Silva
Advisor: Colaço, Marcelo José
Co-advisor: Cruz, Manuel Ernani de Carvalho
Abstract: Aplica e investiga uma estratégia de controle preditivo não linear multivariável como um meio de evitar a operação insegura ou inadequada de uma turbina a gás. Nesta pesquisa, o controlador é utilizado para manter a velocidade de rotação constante correspondente à frequência do sistema elétrico, quando das variações de carga. Adicionalmente, caso a turbina opere em ciclo combinado, a temperatura na descarga da turbina deve ser mantida no valor ajustado, a fim de preservar a qualidade do vapor gerado. O controle é obtido pela manipulação da vazão de combustível na câmara de combustão e do posicionamento das pás diretoras móveis do compressor. O comportamento dinâmico não linear de uma turbina a gás com configuração industrial é modelado com auxílio de um simulador de processos especialista, o qual resolve as equações de conservação de massa e energia, de estado e da dinâmica de eixo, sendo dispensável a obtenção dos modelos físico e termodinâmico de forma explícita. Além do controle de rotação e de temperatura, o controlador é aplicado como otimizador da vazão mássica de combustível fornecida à câmara de combustão e do nível de emissões de poluentes. O processo de otimização intrínseco à estratégia de controle preditivo é solucionado e verificado através da implementação de três algoritmos evolucionários e um de busca direta. A estratégia de controle proposta é aplicada com sucesso à operação da turbina a gás simulada para cenários de rejeição de carga e cumpre o seu objetivo na redução do consumo de combustível e de emissões de poluentes.
Abstract: Apply and to investigate a multivariable nonlinear modelbased predictive control strategy to avoid unsafe or inappropriate operation of a gas turbine. In this research, the controller maintains the rotational speed of the compressor constant in accordance with the grid frequency, during load changes. Additionally, in case the gas turbine is installed in a combined heat and power cycle, the discharge temperature must track a reference, to ensure the quality of the generated steam. The control is achieved by manipulation of the fuel flow in the combustion chamber and by adjusting the position of the variable inlet guide vanes of the compressor. The nonlinear dynamic behavior of a gas turbine with an industrial configuration is modeled with the aid of a first principle process simulator, which solves the mass and energy balances and the equations of state and shaft transient. In addition to speed and temperature control, the control strategy is applied to minimize fuel consumption and pollutant emissions. The inherent optimization process of the controller is solved and verified by means of three evolutionary algorithms and one direct search method. The proposed controller is successfully applied to the simulated gas turbine for load fall and load rejection scenarios and the strategy fulfills its goals in reducing fuel consumption and pollutants emissions.
Keywords: Controle preditivo
Turbinas a gás
Análise não linear de estruturas
Subject CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA MECANICA::FENOMENOS DE TRANSPORTE::DINAMICA DOS GASES
Program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica
Department : Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia
Publisher: Universidade Federal do Rio de Janeiro
Issue Date: Sep-2017
Publisher country: Brasil
Language: por
Right access: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/11422/6003
Appears in Collections:Engenharia Mecânica

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