Modelat i control predictiu en xarxes d'aigua potable. Aplicació al cas de la xarxa d'abastiment de Barcelona

Abstract

El present projecte de fi de carrera versa sobre l'aplicació del control òptim-predictiu en xarxes d'aigua potable. Concretament es descriu l'aplicació de la metodologia MPC, basada en un model dinàmic de la xarxa, que prediu el comportament del sistema, i que permet al controlador trobar una estratègia de cotrol òptima, que permeti satisfer de la millor manera possible les necessitats presents i futures de l'operació de la xarxa. Per aquest motiu es discuteix una estratègia de modelat que permeti representar adequadament tots els elements d'una xarxa d'aigua potable, així com la representació dels diferents requeriments d'operació. Aquests requeriments, relacionats amb la gestió del recurs i de la xarxa, han de ser optimitzats per garantir que el servei s'ajusta el màxim possible a les necessitats dels usuaris. Concretament es busca la minimització dels costos econòmics, destinats a l'operació diària de la xarxa, la maximització de la seguretat en la xarxa, que permeti evitar una ruptura del subministre, i per últim la minimització de fluctuacions en el cabal a través de la xarxa, que permeti evitar una disfunció en alguns dels elements. Tot això garantint sempre la satisfacció de la demanda d'aigua per part dels usuaris. Es discuteix també la normalització d'aquests tres requeriments, que permet fitar i igualar la seva evolució, de manera que puguin ser considerats i optimitzats conjuntament. Cal doncs tenir en compte el caràcter lineal o quadràtic dels diferents factors, així com la seva sintonització o importància relativa dins de la funció global a optimitzar. La bondat d'aquest mètode es posa a prova en la xarxa d'aigua potable de l'àrea matropolitana de Barcelona, utilitzant un model que representa amb completesa i precisió la xarxa a nivell de transport. Es descriuen les particularitats de la xarxa i la manera com s'adapta el procediment al model de la mateixa. Finalment s'extreuen els resultats que permeten veure com els diferents requeriments d'operació són optimitzats al llarg d'una gestió típica, primer de forma separada i després de forma conjunta, fent un especial èmfasi en la sintonització. S'estudia també com evoluciona l'operació si es varia el valor d'algunes constants típiques del sistema i les seves repercussiona pràctiques. Per últim es discuteixen algunes de les futures evolucions i millores del mètode que haurien de permetre, en un futur no gaire llunyà, el seu funcionament en línia amb el sistema real.