ARAÚJO, F. F. V. Modelo hidráulico baseado no método das características e algoritmos genéticos para otimização da operação de redes de abastecimento de água e de estações de bombeamento. 2010. 191 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos) – Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. / Submitted by João silva (jpauloqxb@gmail.com) on 2016-05-09T18:48:09Z No. of bitstreams: 1 2010_tese_ffvaraújo.pdf: 1264301 bytes, checksum: f3a8571a6e9f7e7edd8aed6bafd930d1 (MD5) / Approved for entry into archive by Marlene Sousa (mmarlene@ufc.br) on 2016-05-09T19:10:23Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2010_tese_ffvaraújo.pdf: 1264301 bytes, checksum: f3a8571a6e9f7e7edd8aed6bafd930d1 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-09T19:10:23Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2010_tese_ffvaraújo.pdf: 1264301 bytes, checksum: f3a8571a6e9f7e7edd8aed6bafd930d1 (MD5) Previous issue date: 2010-05-14 / A hydraulic model was developed for simulation of water supply networks using the Method of Characteristics (MOC), introducing new features to the CALHIDREDMT model, proposed by Righetto (1994). The model uses the concept of pseudo-transient, using a fictitious value for the wave celerity. Simulations were performed in networks equipped with reservoirs, tanks, pump stations and boosters, considering both steady-state situations, as well as extended-periods (24 hours), including real cases and generic examples. The obtained results were compared to simulations performed in the model EPANET and to field experiments (pressure data measured with a manometer). Convergence issues and the performance of the solution technique were analyzed in the boundary elements for different network configurations. In addition, the hydraulic model was coupled into a Genetic Algorithms (GA) routine. The Genetic Algorithm routine presents an objective function that considers the minimization of the energetic costs associated with pump stations and it includes ways to penalize undesired issues in the operation, like high values of pressure and velocity, surplus of pump station maneuvers and violation of tank capacity limits. Analyses were performed considering variations in the taxation formulas, penalization criterions and GA parameters to evaluate the influence of these issues in the objective function and the routine processing time. The model presented a satisfactory performance and flexibility. It can be used as an analytical tool for applications involving water distribution networks in real time. / Foi desenvolvido um modelo hidráulico, implementado na linguagem de programação Delphi, para simulação de redes de abastecimento de água, que utiliza o Método das Características (MOC), introduzindo novas capacidades ao modelo CALHIDREDMT de Righetto (1994). O modelo se baseia no conceito de pseudo-transiente, utilizando um valor fictício para a celeridade da onda no MOC. Foram realizadas simulações em redes equipadas com reservatórios de nível fixo e variável (tanques), estações elevatórias e boosters, considerando situações estáticas e de período estendido (24 horas), para casos reais e exemplos genéricos de redes. Os resultados do modelo desenvolvido foram comparados às simulações realizadas no modelo EPANET e com dados de pressão medidos em manômetro instalado para experimento de campo. Foram avaliados aspectos de convergência do MOC nos elementos de fronteira e o desempenho dessa técnica de solução para diferentes configurações de rede. Além disso, o modelo hidráulico foi acoplado a uma rotina de otimização baseada em Algoritmos Genéticos (AG). A rotina de otimização apresenta uma função objetivo formulada para minimização dos custos energéticos nas estações elevatórias, considerando a penalização de aspectos indesejados da operação, como pressões e velocidades elevadas, excesso de manobras nas bombas e violação de limites em tanques. Foram realizadas análises quanto às formas de tarifação e variação dos parâmetros do AG, avaliando a influência desses aspectos sobre o valor da função objetivo e o tempo de processamento. Foi possível concluir que o modelo apresenta desempenho satisfatório e bastante flexibilidade, tendo potencial para aplicações em operação de redes pressurizadas de distribuição em tempo real.

O presente trabalho apresenta uma avaliação de otimização de um sistema complexo de adução de água tratada, em tempo real, com Algoritmos Genéticos (AG’s), associado a um sistema SCADA e a um modelo de simulação hidráulica de rede (Epanet 2.0). Foram utilizados registros históricos de consumos de água, considerados como previsão perfeita. O estudo de caso foi feito em uma parte do Sistema Adutor Metropolitano (SAM) de São Paulo para minimizar uma função multiobjetivo (custos de energia e restrições operacionais). Foram analisados seis cenários com diversas combinações de pesos, tamanhos da população, número de gerações e probabilidades de cruzamento e mutação. As estratégias de operação obtidas permitiram reduções de até 22% na potência consumida e uma redução expressiva do custo de energia pela redução dos bombeamentos nos horários de tarifas mais elevadas. / This work presentss an evaluation of optimization of real time operation of a complex water supply system. Genetic Algorithm associated with a SCADA system and a network hydraulic simulation model was applied. Observed historic consumptions were used as a perfect water demand forecast model. Case study is the optimization of a multiobjective function (energy cost and operational restrictions) subsystem of Water Mains System of São Paulo Metropolitan Region. Six representative combinations of population size, number of generations , crossover and mutation probabilities were analyzed, Operational schedule of pumping and valve controls led to reductions in power consumptions up to 22% and expressive lower operational costs due to reductions of pumping in eenrgy peak times.

O presente trabalho apresenta uma avaliação de otimização de um sistema complexo de adução de água tratada, em tempo real, com Algoritmos Genéticos (AG’s), associado a um sistema SCADA e a um modelo de simulação hidráulica de rede (Epanet 2.0). Foram utilizados registros históricos de consumos de água, considerados como previsão perfeita. O estudo de caso foi feito em uma parte do Sistema Adutor Metropolitano (SAM) de São Paulo para minimizar uma função multiobjetivo (custos de energia e restrições operacionais). Foram analisados seis cenários com diversas combinações de pesos, tamanhos da população, número de gerações e probabilidades de cruzamento e mutação. As estratégias de operação obtidas permitiram reduções de até 22% na potência consumida e uma redução expressiva do custo de energia pela redução dos bombeamentos nos horários de tarifas mais elevadas. / This work presentss an evaluation of optimization of real time operation of a complex water supply system. Genetic Algorithm associated with a SCADA system and a network hydraulic simulation model was applied. Observed historic consumptions were used as a perfect water demand forecast model. Case study is the optimization of a multiobjective function (energy cost and operational restrictions) subsystem of Water Mains System of São Paulo Metropolitan Region. Six representative combinations of population size, number of generations , crossover and mutation probabilities were analyzed, Operational schedule of pumping and valve controls led to reductions in power consumptions up to 22% and expressive lower operational costs due to reductions of pumping in eenrgy peak times.

Submitted by Nathália Faria da Silva (nathaliafsilva.ufv@gmail.com) on 2017-07-28T12:33:09Z No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 661799 bytes, checksum: 7e4107528984320d098463a9f68c3881 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-28T12:33:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.PDF: 661799 bytes, checksum: 7e4107528984320d098463a9f68c3881 (MD5) Previous issue date: 2001-02-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho, foi desenvolvida e implementada em software uma metodologia para obter as coordenadas de pontos sobre cerca de 4500 curvas características de bombas centrífugas, a partir de suas imagens digitalizadas. Foram determinados modelos de equações analíticas para representar, de forma precisa e generalizada, as curvas características de bombas centrífugas. As curvas de altura manométrica e de potência, em função, da vazão, foram representadas por polinômios com graus até sete. Cada curva de isorendimento foi representada por uma ou mais curvas Bézier cúbicas e a superfície de rendimento hidráulico foi modelada de forma precisa e irrestrita, utilizando-se o método de interpolação de Hardy. O funcionamento de bombas associadas em série e em paralelo foi analisado sob o aspecto analítico e a determinação da curva da associação pode ser feita com os algoritmos propostos para cada caso. Para simular o ponto de trabalho de bombas operando em pequenas redes de condutos, desenvolveu-se um algoritmo baseado na solução de um sistema de equações não linear utilizando o método de Newton. / In this study, a generic methodology was developed and implemented in software in order to obtain the point coordinates upon approximately 4500 characteristic curves of centrifugal pumps from their images digitalized by scanner. A number of analytic equation models were determined to general and accurately represent the characteristic curves of the centrifugal pumps. The manometric height curves and the power curves, as a function of flow rate, were represented by polynomials with degrees up to seven. Each isoefficiency curve was represented by one or more Béziers cubic curves and the hydraulic efficiency surface was unrestricted and precisely modeled, by using the Hardy's interpolation method. The operation of pumps associated in series and parallel were analytically analyzed and the determination of the association curve might be made with the algorithms proposed for each case. To simulate the operation point of the pumps working in small conduct nets, an algorithm was developed based on solution of a non-linear equation system by using the Newton's method.

The smart grid will enable a revolution in the way we manage and relates to the distribution networks through intelligent applications. For many of these applications, it is understood that one of the primary activities to provide real time operation is to be aware of the electric state of the network by monitoring and using remote measurements. This thesis addresses the topic of state estimation proposing the use of methods that best fit the requirements of smart distribution networks. In a first moment it is understood that the monitoring will not be satisfactorily comprehensive, and then there will need to merge real measures with not real measures obtained through historical data and direct methods such as calculating the power flow. Another important requirement of these methods is to combine great complexity and large number of buses of the distribution network to a satisfactory response time that allows real-time monitoring. Thus this thesis uses an approach that enables multiprocessing of algorithms like Power Flow and State Estimation in order to get faster response times in multiprocessor environments, which now are quite common. In the case of State Estimator has been proposed a Multi-area estimator associated to an algorithm for massive division of the networks which allows to drastically reduce the complexity of the algorithm without compromising the accuracy of the estimator solution. Nevertheless, other concepts related to state estimation, but adapted to the context of smart grids are also addressed as the detection of errors in measurements, topology errors and to the ideal location of meters, which may have important influence on the accuracy of the obtained result. The ASW software - Analysis of Distribution Systems Web was developed to implement the proposed methodologies. The software is a totally working prototype, already tested on a real distribution networks and have demonstrated good results and potential for managing a distribution system in an smart way. / As redes elétricas inteligentes permitirão uma revolução na forma como se gerencia e se relaciona com as redes de distribuição, através de aplicações inteligentes. Para diversas destas aplicações, entende-se que uma das atividades primordiais para proporcionar a operação em tempo real é ter conhecimento do estado elétrico da rede através do monitoramento e do uso de medidas remotas. A presente tese aborda o tema de estimação de estado propondo o uso de métodos que melhor se adaptam aos requisitos das redes de distribuição inteligentes. Num primeiro momento entende-se que o monitoramento não será satisfatoriamente abrangente, então haverá a necessidade de mesclar medidas remotas reais com outras pseudo-medidas obtidas através de dados históricos e métodos diretos como o cálculo do Fluxo de Potência. Outro requisito importante destes métodos é conseguir conciliar a grande complexidade e o elevado número de nós das redes de distribuição a um tempo de resposta satisfatório que permita o monitoramento em tempo real. Desta forma a presente tese utiliza uma abordagem que permite o multiprocessamento dos algoritmos de Fluxo de Potência e Estimação de Estado de forma a obter um menor tempo de resposta em ambientes multiprocessados, que são bastante comuns atualmente. No caso do Estimador de Estados, foi proposto um estimador multi-área associado a um algoritmo de divisão maciça das redes, que permite reduzir drasticamente a complexidade do algoritmo sem comprometer a precisão da solução. Todavia, outros conceitos relacionados à estimação de estado, porém adaptados ao contexto de redes de distribuição inteligentes também são abordados como a detecção de erros em medidas, erros de topologia e a localização ideal de medidores, os quais podem ter importante influência na precisão do resultado obtido. O software ASW Análise de Sistemas de Distribuição Web foi desenvolvido para implementação das metodologias propostas. O Software ainda se encontra sob a forma de um protótipo, contudo já se apresenta funcional em redes de distribuição reais e demonstrando bons resultados e potencialidades para o gerenciamento de um sistema de distribuição inteligente.