The thesis deals with both scheme and its implementation of water-level metering apparatus. This data are send wireless into 500 m distant station. Potential ways of solution are gradually studied and final design suggested. Detailed implementation methods are described in the following section. Ultrasonic sensors are employed for level measurement and controlling element is processor ATmega162, data are transmitted by transceiver RC1280HP. Apparatus is suggested with a view to the lowest power consumption considering it will be supplied only with a accumulator. Solving of accepting station is not a part of the thesis. Functional tested sample is understated in the execution section.

Beschlossen 2015 im Gesetzesentwurf zur Digitalisierung der Energiewende (s. BMWi (2015a)) sollen verstärkt Smart Meter ausgerollt werden. Diese digitalen Stromzähler bestehen aus einem digitalen Zählwerk sowie einer Kommunikationseinheit, welche eine sichere und standardisierte Kommunikation ermöglichen soll. Die Smart Meter erfassen und veranschaulichen den aktuellen Verbrauch und können zusätzlich sogar simultan die momentane Erzeugung von Energie, z. B. durch eine Solaranlage, erfassen. Durch die ständige Erfassung des aktuellen Energieverbrauchs, verbunden mit der Übermittlungsfunktion an den EVU, kann dem Kunden unmittelbar sein aktueller Verbrauch aufgezeigt werden – eine wesentliche Grundlage für Transparenz im Verbrauch, Datenauswertungen und Startpunkt für Verbrauchsoptimierungen (vgl. BMWi (2015b); Fox (2010), S. 408). [... aus Punkt 1.2]

Hydraulic systems represent a crucial part of the drivetrain of mobile machines. The most important drivers of current developments, increasing energy efficiency and productivity, are leading to certain trends in technology. On a subsystem level, working hydraulics are utilizing effects by improving control functions and by maximum usage of energy recovery potential. Independent metering and displacement control, partly in combination with hybrid concepts, are the dominating approaches. Traction drives gain advantage from optimized power split transmissions, which consequently are being used in a growing number of applications. On the level of components, increase of efficiency and dynamics as well as power density are important trends. Altogether, design of systems and components is more and more based on modular concepts. In this sense, among others, sensors and control elements are being integrated to actuators; electric and hydraulic technology is being merged. In order to achieve maximum efficiency and performance of the entire machine, control of hydraulics has to include the whole drivetrain and the entire mobile machine in its application. In modern words, mobile hydraulic systems are a part of cyber physical systems.

Traffic jams are the cause of approximately 25 billion euro of annual expenses of the state of Germany [14, 26]. In addition to these monetary damages they also have a negative effect on the quality of life for man and nature. They are, for example, the source of a non-negligible part of the 2.4 billion traffic accidents with damage of property or persons registered annually [13]. Circa 14 % of crashes result from previous mishaps [8, 26]. Almost all of them cause further jam formation and therefore a vicious circle which is in danger of closing around. Especially jams being created from spontaneous, non-periodic incidents involve a high risk of ending in a gridlock and thereby disrupt a whole traffic system. Because these disturbances are unpredictable and unpreventable, their duration and impact can merely be reduced by an effective incident management through the systematic, planned and coordinated use of institutional, technical and natural resources. The self-healing-network-strategy by Lämmer [19] and Rausch [27] is one example of such a countermeasure against jam formation in urban road networks. It prevents gridlocks at intersections by means of traffic lights and the combination of two effective mechanisms. Extended off-times prevent the inflow into oversaturated sections and so the expansion of tailbacks onto upstream intersections. Extended green periods of alternative directions of travel motivate drivers to avoid disturbed sectors and thus additionally allow a better exploitation of available free capacities. The development and successful establishment of this method could make the use of ramp metering in urban networks - which is regulating the inflow of oversaturated areas by reducing or skipping green times as well - invalid. To answer this question the presented master’s thesis aims at comparing both inflow-regulating control concepts. However, it is not the ambition to proof that one method is worse than the other, but to contribute to an ideal combination of both instead - with the intention to eliminate deficits on either side. Therefore both concepts will be reviewed in a first step and subsequently the contribution of additional effects against gridlock creation through the symbiosis of the two traffic light controls is analysed. Furthermore, several suggestions for the development of an efficient ramp metering logic are introduced to configure this combination to be more beneficial. / Verkehrsstaus verursachen dem deutschen Staat jährlich rund 25 Milliarden Euro Unkosten [14, 26]. Neben diesen monetären Schäden wirken sie sich jedoch auch negativ auf die Lebensqualität von Mensch und Umwelt aus. Sie sind beispielsweise die Ursache für einen nicht unerheblichen Anteil der circa 2,4 Milliarden jährlich registrierten Unfälle mit Sach- oder Personenschaden [13]. Rund 14 % der Unglücksfälle gehen dabei als Folgeerscheinung eines vorherigen Unfalls hervor [8, 26]. Nahezu alle führen eine weitere Staubildung herbei und somit einen Teufelskreis, der sich zu schließen droht. Besonders aus spontanen, nicht wiederkehrenden Störfällen entstandene Staubildung birgt eine hohes Risiko, in einem Gridlock zu enden und damit ein gesamtes innerstädtisches Verkehrssystem zum Erliegen zu bringen. Da diese Störfälle unvorhersehbar und unvermeidbar sind, kann ihrer Dauer und ihrem Einfluss lediglich ein effizientes Störfallmanagement durch systematischen, gezielten und koordinierten Gebrauch institutioneller, technischer und natürlicher Ressourcen entgegenwirken. Beispiel für eine solche Gegenmaßnahme zur Staubildung in urbanen Netzen ist das selbstorganisierte Störfallmanagement nach Lämmer [19] und Rausch [27]. Mithilfe von LSA und der Kombination zweier effektiver Wirkungsmechanismen werden Gridlocks an Knotenpunkten unterbunden. Verlängerte Sperrzeiten verhindern den Zufluss in übersättigte Streckenabschnitte und damit die Ausbreitung von Rückstaus auf vorgelagerte Kreuzungen. Erweiterte Freigabezeiten der alternativen Fahrtrichtungen regen wiederum eine Umgehung des gestörten Abschnitts an und ermöglichen somit zusätzlich die bessere Ausschöpfung vorhandener freier Kapazitäten. Durch die Entwicklung und den erfolgreichen Einsatz der genannten Maßnahme könnte der Gebrauch von Pförtnerampeln (PA), welche den Zufluss in übersättigte Bereiche ebenfalls regulieren, indem sie Grünzeiten verkürzen oder aussetzen, hinfällig werden. Um diese Frage zu klären, widmet sich die vorliegende Masterarbeit dem Vergleich der beiden zuflussregulierenden Steuerungskonzepte. Ziel ist jedoch nicht, zu beweisen, dass eine Maßnahme schlechter ist als die andere, sondern vielmehr einen Beitrag zu einer optimalen Kombination der Vorzüge beider Herangehensweisen zu leisten und somit die auf beiden Seiten vorhandenen Defizite zu beseitigen. Dafür werden zunächst beide Konzepte auf ihre Effizienz hin überprüft und im Anschluss analysiert, inwiefern die Symbiose beider LSA-Steuerungen in einem Netzwerk zusätzliche Effekte gegen die Gridlockentstehung bewirkt. Außerdem werden verschiedene Vorschläge zur Entwicklung einer effizienteren Steuerlogik für Pförtneranlagen eingebracht, um diese Kombination noch vorteilhafter zu gestalten.

A participação da fonte solar fotovoltaica na matriz elétrica cresce de forma exponencial ao redor de todo o globo, tanto na modalidade centralizada quanto de forma distribuída. Essa inserção massiva tem relação direta com inúmeras políticas de incentivo aplicadas às fontes renováveis, motivadas pelas discussões sobre mudança do clima e pelos acordos para redução da emissão de gases de efeito estufa.Tais políticas são suportadas por subsídios governamentais, que dependem dos impostos e tributos pagos pela população, ou por encargos nas tarifas de energia elétrica, com impacto direto para o consumidor e para a competitividade econômica do país. Apesar de ainda incipiente no Brasil, a fonte solar fotovoltaica tem apresentado queda expressiva nos preços praticados em leilões, além de ter ultrapassado seus primeiros 700 MW instalados de forma distribuída no início de 2019, principalmente em residências e comércios. Este trabalho busca avaliar qual o impacto, para a receita das distribuidoras e para a tarifa dos consumidores, da inserção da fonte solar fotovoltaica na geração distribuída, impulsionada pelo sistema de compensação net metering. As projeções feitas neste estudo apontam para uma capacidade instalada próxima de 15 GW, no ano de 2030, em pouco mais de 2,2 milhões de residências, comércios e indústrias. Esse nível de inserção poderá causar perda de receita acumulada para as distribuidoras em torno de R$ 5 bilhões, até 2030. Para os consumidores, o efeito acumulado dos reajustes tarifários pode superar 10%, dependendo da área de concessão avaliada. Isso demonstra que o sistema de compensação net metering deve ser continuamente revisto, a fim de dar os estímulos corretos para a inserção da geração distribuída, sem, contudo, penalizar as empresas do setor e os demais consumidores. / The participation of the solar photovoltaic source in the electric matrix grows exponentially around the globe, both centrally and in distributed form. This massive insertion is directly related to numerous incentive policies applied to renewable sources, motivated by the discussions on climate change and agreements to reduce greenhouse gas emissions. Such policies are supported by government subsidies, which depend on the taxes paid by the population, or by charges on electricity tariffs, with a direct impact on the consumer and on the economic competitiveness of the country. Although still incipient in Brazil, the solar photovoltaic source has shown a significant drop in prices at auctions, in addition to having exceeded its first 700 MW installed in a distributed form at the beginning of 2019, mainly in residences and trade. This work aims to evaluate the impact of the utilities revenue and the consumers\' tariff due to the insertion of solar photovoltaic power in distributed generation, driven by the net metering compensation system. The projections made in this study point to an installed capacity of about 15 GW in 2030 in just over 2.2 million houses, businesses and industries. This level of insertion could cause accumulated revenue losses to utilities around R$ 5 billion by 2030. For consumers, the accumulated effect of tariff adjustments may exceed 10%, depending on the concession area evaluated. This demonstrates that the net metering compensation system must be continually revised in order to give the correct incentives for the insertion of distributed generation, without, however, penalizing the companies of the sector and other consumers.

Nos modernos centros de operação dos Sistemas Elétricos de Potência (SEP), as variáveis de estado estimadas, ao invés das medidas, constituem a base de dados para as ações de controle e operação em tempo real. Desta forma, o processo de estimação de estado é de fundamental importância para operação dos SEP. O sucesso do processo de estimação de estado depende do sistema de medição disponível, isto é, do número, tipo e localização dos medidores e das Unidades Terminais Remotas (UTRs), instalados no SEP. Desenvolveu-se, neste trabalho, uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado. A metodologia baseia-se em Algoritmos Evolutivos (AEs) e na estrutura da matriz H \'delta\'. Pela análise da estrutura dessa matriz, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz Jacobiana, a metodologia desenvolvida possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis (SMC), considerando a possibilidade de o sistema possuir diferentes topologias. Neste trabalho, um sistema de medição é considerado confiável se for observável e não possuir medidas críticas, conjunto crítico de medidas e UTRs críticas. Um AE foi desenvolvido para obtenção do melhor SMC, com custo mínimo de investimento. Essa abordagem utiliza uma função de fitness que mede o custo da instalação de medidores e UTRs para obtenção de um determinado SMC. Uma vantagem relevante da metodologia desenvolvida é a sua estratégia para a obtenção de SMCs. Uma codificação indireta do cromossomo, representando uma ordem preferencial de instalação de medidores, combinada com as propriedades da matriz H \'delta\', garante ao AE a geração somente de soluções viáveis, ou seja, SMCs. Para comprovar a eficiência da metodologia desenvolvida, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14, 30 e 118 barras do IEEE, bem como o sistema de 61 barras da Eletropaulo. / In modern operating control centers, the estimated state variables, instead of the measured state variables, constitute the database used to set up power systems real-time control actions. Consequently, the state estimation process is essential for power system real-time operation. The success of the state estimation process depends on the available metering systems, that is, on the topological distribution of the established meters and Remote Terminal Units (RTUs) on the system. A methodology for metering system planning for state estimation purposes was developed in this work. The methodology is based on both Evolutionary Algorithms (EAs) and on the analysis of the called H \'delta\' matrix. By analyzing the structure of this matrix, which is obtained via a triangular factorization of the Jacobian matrix, the developed methodology can determine reliable metering systems (RMS), under many different topology scenarios. In this work a metering system is considered as reliable if it is observable and has no critical measurements, critical sets neither critical RTUs. An EA was developed to find the best RMS with minimal investment cost. The developed EA uses a fitness function that measures the installation cost of meters and RTUs from a given RMS. One relevant advantage of the developed methodology is its strategy to obtain RMS. An indirect chromosome encoding representing a preferential order of meters installation combined with properties of the H \'delta\' matrix guarantees the proposed EA generates only feasible solutions, i.e. RMSs. In order to validate the developed methodology, several tests were executed considering the IEEE 6, 14, 30 and 118 bus systems, as well as the real system with 61 buses from Eletropaulo.

Esta dissertação trata do problema de projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado em sistemas elétricos de potência. São dois os objetivos principais desta dissertação. O primeiro é o desenvolvimento e implementação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que fazem uso de medidas convencionais obtidas pelo sistema SCADA e de medidas fasoriais sincronizadas. Haja vista a existência de medidas redundantes que apresentam a característica de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do estimador por mínimos quadrados ponderados, definidas em (BENEDITO et al., 2013) como medidas com elevado índice UI, o segundo objetivo desta dissertação é o desenvolvimento e implantação, em computador, de uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição confiáveis que, além de considerar os critérios técnicos de confiabilidade para efeito de estimação de estado, considere também o índice UI das medidas. A metodologia possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis formados por medidas com índice UI baixo. Para o desenvolvimento das metodologias propostas são utilizados como base algoritmo evolutivo monobjetivo e o método para projeto de sistemas de medição que faz uso da chamada matriz HΔT, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz jacobiana transposta do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados. / This thesis focuses on the problem of metering system planning for state estimation purposes and has two main objectives. The first one is to develop a methodology for metering system planning that allows the project of reliable metering systems considering both conventional and synchronized phasor measurements. Because of the existence of redundant measurements that have the characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares estimator, called in (BENEDITO et al., 2013) as measurements with high Undetectability Index (UI), the second objective of this thesis is to develop a methodology, for metering system planning, that allow the project of reliable metering systems formed by measurements with UI lower than a pre-specified value. The background to develop the proposed methodologies are evolutionary algorithms and the method to metering system planning based on the analysis of the HΔt matrix, that is obtained from the triangular factorization of the transpose Jacobian matrix of the weighted least squares estimator.

Os medidores de energia elétrica estão deixando de ser simples instrumentos de aplicação dedicada para se tomarem instrumentos extremamente funcionais. Desde a sua invenção, os medidores vêm sofrendo alterações de acordo com os recursos tecnológicos da época e as exigências de mercado. Atualmente, os processadores digitais de sinais têm sido amplamente empregados nesta área, permitindo a integração de uma série de funções em um único equipamento, além da implementação de algoritmos mais complexos. Estas funções geralmente incluem o cálculo de uma variedade de parâmetros elétricos, comunicação remota, integração com sistemas digitais e outras. Este trabalho apresenta um estudo e o desenvolvimento de um medidor de energia elétrica baseado no processador digital de sinais DSP56002 da Motorola. Entre as funções que são incorporadas ao medidor, destaca-se o monitoramento da qualidade da energia elétrica, visto que esta será uma tendência futura. / Electric energy meters have been changing from simple instruments for dedicated applications to very functional ones. Since their invention, the meters has changed accordingly to the technology resources and market requirements. Nowadays, the digital signal processors have been widely employed in this area, allowing a huge amount of functions to be integrated into only one instrument, besides of the implementation of more complex algorithms. Such functions usually include evaluation of many electrical parameters, remote communication, connection to digital systems and others. This work is about a study and a development of an electric energy meter based on the digital signal processor DSP56002 by Motorola. Among the functions that are incorporated to the meter, it points out the monitoring of electric power quality, once it will be a future trend.

Nos modernos centros de operação dos Sistemas Elétricos de Potência (SEP), as variáveis de estado estimadas, ao invés das medidas, constituem a base de dados para as ações de controle e operação em tempo real. Desta forma, o processo de estimação de estado é de fundamental importância para operação dos SEP. O sucesso do processo de estimação de estado depende do sistema de medição disponível, isto é, do número, tipo e localização dos medidores e das Unidades Terminais Remotas (UTRs), instalados no SEP. Desenvolveu-se, neste trabalho, uma metodologia para projeto e fortalecimento de sistemas de medição, para efeito de estimação de estado. A metodologia baseia-se em Algoritmos Evolutivos (AEs) e na estrutura da matriz H \'delta\'. Pela análise da estrutura dessa matriz, que é obtida via um processo de fatoração triangular da matriz Jacobiana, a metodologia desenvolvida possibilita a obtenção de sistemas de medição confiáveis (SMC), considerando a possibilidade de o sistema possuir diferentes topologias. Neste trabalho, um sistema de medição é considerado confiável se for observável e não possuir medidas críticas, conjunto crítico de medidas e UTRs críticas. Um AE foi desenvolvido para obtenção do melhor SMC, com custo mínimo de investimento. Essa abordagem utiliza uma função de fitness que mede o custo da instalação de medidores e UTRs para obtenção de um determinado SMC. Uma vantagem relevante da metodologia desenvolvida é a sua estratégia para a obtenção de SMCs. Uma codificação indireta do cromossomo, representando uma ordem preferencial de instalação de medidores, combinada com as propriedades da matriz H \'delta\', garante ao AE a geração somente de soluções viáveis, ou seja, SMCs. Para comprovar a eficiência da metodologia desenvolvida, vários testes foram realizados, utilizando os sistemas de 6, 14, 30 e 118 barras do IEEE, bem como o sistema de 61 barras da Eletropaulo. / In modern operating control centers, the estimated state variables, instead of the measured state variables, constitute the database used to set up power systems real-time control actions. Consequently, the state estimation process is essential for power system real-time operation. The success of the state estimation process depends on the available metering systems, that is, on the topological distribution of the established meters and Remote Terminal Units (RTUs) on the system. A methodology for metering system planning for state estimation purposes was developed in this work. The methodology is based on both Evolutionary Algorithms (EAs) and on the analysis of the called H \'delta\' matrix. By analyzing the structure of this matrix, which is obtained via a triangular factorization of the Jacobian matrix, the developed methodology can determine reliable metering systems (RMS), under many different topology scenarios. In this work a metering system is considered as reliable if it is observable and has no critical measurements, critical sets neither critical RTUs. An EA was developed to find the best RMS with minimal investment cost. The developed EA uses a fitness function that measures the installation cost of meters and RTUs from a given RMS. One relevant advantage of the developed methodology is its strategy to obtain RMS. An indirect chromosome encoding representing a preferential order of meters installation combined with properties of the H \'delta\' matrix guarantees the proposed EA generates only feasible solutions, i.e. RMSs. In order to validate the developed methodology, several tests were executed considering the IEEE 6, 14, 30 and 118 bus systems, as well as the real system with 61 buses from Eletropaulo.

Os medidores de energia elétrica estão deixando de ser simples instrumentos de aplicação dedicada para se tomarem instrumentos extremamente funcionais. Desde a sua invenção, os medidores vêm sofrendo alterações de acordo com os recursos tecnológicos da época e as exigências de mercado. Atualmente, os processadores digitais de sinais têm sido amplamente empregados nesta área, permitindo a integração de uma série de funções em um único equipamento, além da implementação de algoritmos mais complexos. Estas funções geralmente incluem o cálculo de uma variedade de parâmetros elétricos, comunicação remota, integração com sistemas digitais e outras. Este trabalho apresenta um estudo e o desenvolvimento de um medidor de energia elétrica baseado no processador digital de sinais DSP56002 da Motorola. Entre as funções que são incorporadas ao medidor, destaca-se o monitoramento da qualidade da energia elétrica, visto que esta será uma tendência futura. / Electric energy meters have been changing from simple instruments for dedicated applications to very functional ones. Since their invention, the meters has changed accordingly to the technology resources and market requirements. Nowadays, the digital signal processors have been widely employed in this area, allowing a huge amount of functions to be integrated into only one instrument, besides of the implementation of more complex algorithms. Such functions usually include evaluation of many electrical parameters, remote communication, connection to digital systems and others. This work is about a study and a development of an electric energy meter based on the digital signal processor DSP56002 by Motorola. Among the functions that are incorporated to the meter, it points out the monitoring of electric power quality, once it will be a future trend.