Damien Picard, KUL, Gebruikerscommissie, REGELAARMODELLEN VOOR MPC

Transcriptie

1 Damien Picard, KUL, Gebruikerscommissie, REGELAARMODELLEN VOOR MPC

2 Inhoud Inleiding Herinnering: wat was nog MPC? MPC mss niet meer zo ver! Waarom MPC nog niet (echt) in de markt? Technieken voor regelaarmodellen Waarom nodig? Waarom linear? Black box / grey box / white box Nieuwe (geautomatiseerde) methode Belang van accurate regelaarmodellen Volledige toolchain Besluit

3 Inleiding Wat was nog MPC? PID vs MPC PID MPC [E.F Camacho and C. Bordons] [ D.E. Seborg, T.F. Edgar, D.A. Mellichamp, Process Dynamics and Control, tweede editie, John Wiley Sons, New York, 2004 ]

4 Inleiding Weervoorspellingen Wat was nog MPC? Gebouw+ HVAC model Optimalizatie

5 Wat was nog MPC? Inleiding Optimale regelaar Optimaliseert comfort, temperatuur, energie, kost, Gebruik voorspellingen van: Weer Gedrag van gebouw Interne warmte productie: bezetting, apparaten,

6 Inleiding MPC mss niet meer zo ver! 1. Technisch A. Goedkope sensoren (bv: 0.5 voor digital temperatuursensor (DS18B20) op Aliexpress). B. Regelbare pompen en valven C. Goedkope computer (bv: 5 voor Raspberry Pi), server en opslag capaciteit. D. Veel open source software: volttron, mysql/mongodb, python, E. Internet of things

7 Inleiding MPC mss niet meer zo ver! 2. Publicaties rond MPC in gebouwen in 2015 a. 100 publicaties in Energy and Buildings b. 50 in Applied Energy

8 Inleiding MPC mss niet meer zo ver! 3. Bedrijven Predictive energy optimization In Australia and USA 10 25% energie besparing (tot 40% tijdens piekvraag) Werkt met 15 bedrijven die gebouwen ontwerpen / regelen (waaronder Siemens). Sinds 2010 (of vroeger)

9 Inleiding MPC mss niet meer zo ver! 3. Bedrijven Team van 40 personen Grote projecten 5 jaar payback time

10 Inleiding MPC mss niet meer zo ver! 3. Bedrijven QCoefficient

11 Inleiding MPC mss niet meer zo ver! 3. Bedrijven

12 Inleiding MPC mss niet meer zo ver! 4. Toenemende HVAC complexiteit Hydraulische schema van Ter Potterie

13 Inleiding Waarom MPC nog niet (echt) in de markt? Weervoorspellingen Gebouw+ HVAC model Optimalizatie

14 Technieken voor regelaarmodellen Waarom nodig? Waarom lineair? Nodig voor voorspellende regeling: 1. gebouwen zijn dynamisch, nl hun huidige toestanden (temperatuur, ) hangen van de initiele toestand + alle inputs van het verleden. 2. Discomfort probleem op voorhand oplossen Lineair voor eenvoud optimalizatie.

15 Technieken voor regelaarmodellen Black box / grey box / white box

16 Technieken voor regelaarmodellen Black box / grey box / white box

17 Technieken voor regelaarmodellen Nieuwe (geautomatiseerde) methode linearize IDEAS Model Inputs & precomputed linearized IDEAS.txt SSM.mat ~700 states ~ 250 inputs 12 outputs Picard, D., Jorissen, F., Helsen, L., Methodology for Obtaining Linear State Space Building Energy Simulation Models, 11 th international Modelica Conference, 2015, Paris.

18 Technieken voor regelaarmodellen Nieuwe (geautomatiseerde) methode Picard, D., Jorissen, F., Helsen, L., Methodology for Obtaining Linear State Space Building Energy Simulation Models, 11 th international Modelica Conference, 2015, Paris.

19 Belang van accurate regelaarmodellen White box Ideale grey box Grey box

20 Belang van accurate regelaarmodellen Nieuwe methode LinMod shows discomfort of only 12 Kh/y/zone Discomfort caused by model mismatch (especially ventilation) Energy use of LinMod = 41% of IS Mod and 7% of IE Mod IS Mod overestimates temperature too much cooling Picard, D., Sourbron, M., Jorissen, F., Vana, Z., Cigler, J., Ferkl, L., Helsen, L. (2016). Comparison of Model Predictive Control Performance Using Grey Box and White Box Controller Models of a Multi zone Office Building. International High Performance Buildings Conference. International High Performance Buildings Conference. West Lafayette, July 2016 (art.nr. 3484).

21 Volledige toolchain 1. Maak model in Modelica 2. Stel een lineair HVAC op 3. Voeg beperkingen en kostfunctie aan model 4. Linearizeer om een SSM te krijgen Nu MPC regelaarmodel beschikbaar 5. Nieuwe MPC blok (in C++) in Modelica die gebouw regelt. (Koppeling met CPLEX en CasADI). (Jorissen, F., Helsen, L. (2016). Towards an Automated Tool Chain for MPC in Multi zone Buildings. International High Performance Buildings Conference. International High Performance Buildings Conference. Purdue, July 2016 (art.nr. 3483)) jaar kan in 3 5 uren gesimuleerd worden.

22 Besluit MPC technisch haalbaar MPC al aanwezig in de markt Bottleneck: goede regelaarmodel Nieuw white box methode opgesteld Resultaten veel better dan grey box model maar tijd intensiver. Nood aan test in echte gebouwen

23 Bedankt!