Im Fokus der Arbeit steht die optimale Steuerung drehzahlregelbarer Abwasserpumpen. Diese Art von Problemen ist durch einen nichtkonvexen Steuerbereich charakterisiert, da die Pumpe, wenn in Betrieb, nur in einem gewissen Drehzahlbereich arbeiten darf, der den Nullpunkt nicht enthält. Schaltvorgänge können mithilfe einer binären Steuerfunktion modelliert werden und führen beim Einsatz direkter Verfahren auf gemischt-ganzzahlige nichtlineare Optimierungsprobleme. Die optimale Steuerung für eine gegebene Zulauffunktion wird dann durch die Formulierung und Lösung mehrerer Ersatzprobleme bestimmt und kann zur Echtzeitsteuerung der Pumpe verwendet werden. Abweichungen des tatsächlichen Abwasseraufkommens werden durch eine entwickelte Anpassungsstrategie berücksichtigt. Diese Steuerung ist einer einfachen regalbasierten Steuerstrategie bis zu einer Abweichung von 20% von prognostiziertem zu realem Abwasserzulauf vorzuziehen. Beide Steuerstrategien schöpfen das Energieeinsparpotential nahezu vollständig aus. In Praxistests konnten Einsparungen von bis zu einem Drittel gegenüber den Standardsteuerungsverfahren ohne Drehzahlregelung realisiert werden. Dabei wurden keine negativen Auswirkungen, wie z.B. eine erhöhte Bildung von Ablagerungen in der Druckrohrleitung oder eine Verstopfung des Pumpenlaufrades, festgestellt.
The focus of this work is the optimal control of speed-controlled sewage pumps. This type of problems is characterized by a nonconvex control set. In fact, the considered pumps, when activated, can only operate within a fixed speed range away from zero. Switching between rest and activation is modeled by a binary control function, which leads to mixed-integer nonlinear optimization problems when direct methods are applied. For a given inflow, the optimal control is determined via the formulation and solution of several auxiliary problems. The results can be used for real-time control of a pump. Deviations of the inflow are allowed for by a control adjustment procedure. This approach is preferable, opposed to simple rule-based control, up to a level of 20% of deviation between predicted and real inflow. Both studied pragmatical control strategies nearly entirely exhaust the potential energy savings. In practical tests, the savings reached up to one third of the original consumption, before speed optimization was applied. No adverse effects - as e.g. increased sedimentation in the pipe, reduced life time, or congestion of the impeller of the pump - could be noticed.