Koordinierte Staustufenbewirtschaftung

Um an der Mosel gute Bedingungen für den kommerziellen Gütertransport per Schiff zu garantieren, regulieren entlang des Flussverlaufs zwischen Trier und Koblenz 9 Staustufen abschnittsweise den Wasserstand. Um die mit Jahreszeit und Wetter stark schwankende Wasserführung der Mosel auszugleichen und gleichzeitig für eine leichte und sichere Schifffahrt konstante Wasserpegel bereitzustellen, sind die Staustufen mit verfahrbaren Wehren ausgestattet. Der so einstellbare Abfluss in die nächste Staustufe ermöglicht es einer automatischen Steuerung den Pegel in der davorliegenden Stauhaltung auf einem vorgegebenen Wert, dem Stauziel, zu halten. Bei steigender Wasserführung muss das Stauziel angepasst werden. Zusätzlich ist ein möglichst gleichmäßiger Abfluss in die nächste Stauhaltung anzustreben, um Zuflussstörungen nicht zu verstärken, sondern mit dem Stauvolumen der Stufe zu dämpfen oder gänzlich zu schlucken.

Am ISYS wird hierzu in Kooperation mit der Bundesanstalt für Wasserbau ein Ansatz für eine koordinierende Steuerung mehrerer Staustufen entwickelt. Dabei wird die bereits vorhandene dezentrale Struktur mit bewährten lokalen Pegelreglern an jeder Staustufe beibehalten. Ergänzt werden die lokalen Regler um eine modellbasierte Vorsteuerung, die sowohl Zuflusstörungen kompensiert als auch Stauzielwechsel automatisch entsprechend einem vorgegebenen Verlauf durchführen kann. Dadurch wird der lokale Regler entlastet. Zusätzlich kann durch eine zentrale Instanz das Stauziel jeder Staustufe innerhalb eines engen Tolleranzbandes dynamisch bewegt werden, um mit den Staukapizäten der einzelnen Staustufen Zuflussschwankungen gezielt auszugleichen und geplante Stauzielwechsel mit möglichst geringen Abflussschwankungen koordiniert durchzuführen.

Bundesanstalt für Wasserbau, Bereich Wasserbau

• F. Simons, J. Kasper, K.-U. Amann, E. Arnold, O. Sawodny & C. Thorenz, “On migrating to advanced model predictive control strategies at the Moselle River”, 13th International conference on Hydroinformatics HIC2018, Palermo, Italy, 2018, doi:10.29007/22rd
• Amann, K.-U.; Arnold, E.;Sawodny, O., "Online real-time scheduled model predictive feedforward control for impounded river reaches applied to the Moselle river", 12th Conference on Automation Science and Engineering (CASE), Fort Worth, TX (USA), 2016.
• Amann, K.-U.; Arnold, E.;Sawodny, O., "Comparison of model-based feed-forward control strategies for impounded rivers", European Control Conference (ECC), 1361-1366, Strasbourg, France, 2014.
• Amann, K.-U.; Arnold, E.; Sawodny, O., "An inversion based model-predictive feed-forward discharge controller for impounded rivers", 2013 8th International Workshop on Multidimensional Systems (nDS13), 9-11 Sept. 2013, URL.