Os ensaios laboratoriais para avaliação técnica ou estudo de material de irrigação envolvem a medição de diversas grandezas, bem como o monitoramento e controle das condições de ensaio. Qualquer sistema de medição e controle naturalmente apresenta instabilidades que podem afetar a qualidade dos resultados de ensaio, implicando em aumento da incerteza no processo de medição. A implementação do Controle Estatístico de Qualidade pode ser promissora para detecção de causas externas de variação, avaliação da variação máxima permitida aos dados de um processo e discriminação das principais componentes de variabilidade de um sistema de medição. Nesse sentido, considerando a hipótese de possibilidade de aprimoramento da qualidade dos resultados de ensaios, a presente pesquisa teve por objetivo utilizar técnicas de controle estatístico de qualidade e análise de sistemas de medição para avaliar o grau de adequação de bancadas de ensaio de emissores de microirrigação, aperfeiçoar os sistemas de medição e controle adotados nas bancadas e diagnosticar a porcentagem de contribuição dos fatores inerentes aos sistemas de medição e controle na variabilidade total das medidas de vazão em ensaios de uniformidade. A pesquisa foi conduzida no Laboratório de Ensaios de Material de Irrigação (LEMI/INCTEI/ ESALQ/USP). Foram elaborados gráficos de controle de Shewhart, média móvel exponencialmente ponderada (MMEP), além de índices de capacidade para o processo de medição da pressão de ensaio, monitoramento de temperatura da água e vazão, consideradas como as variáveis características da qualidade para ensaios de determinação das curvas de vazão em função da pressão de entrada e uniformidade de vazão de emissores de microaspersão e gotejamento. Além disso, realizou-se estudo de repetitividade e reprodutibilidade (Gage RR) do sistema de medição da vazão, para o qual foram utilizadas 10 repetições, sob três turnos de trabalho (manhã, tarde e noite), com 13 emissores na bancada de microaspersão e 25 emissores na bancada de gotejamento. Não houve influência do turno de trabalho nas medidas de vazão obtidas e o aprimoramento do processo de ajuste da pressão de ensaio pela implantação de um controlador proporcional integrativo-derivativo (PID) ao ensaio de microaspersores foi suficientemente detectado pela aplicação dos gráficos de controle. A pressão e temperatura da água se mantiveram estáveis durante cada ensaio, e não foram identificadas causas não aleatórias de variabilidade na rotina de ensaios. O processo de controle e medição da pressão, para as duas bancadas, foi classificado como\"excelente\" quanto ao desempenho e capacidade de se manter entre os limites de especificação e centralização em relação ao valor de referência (alvo desejado). Como esperado, a variabilidade entre emissores foi a componente de maior contribuição na variância total da vazão, correspondendo a 95,47% e 96,77% para microaspersão e gotejamento, respectivamente. A repetitividade e reprodutibilidade do sistema de medição de vazão (Gage RR) foi \"aceitável\" para as duas bancadas, com as respectivas contribuições de 4,53% e 3,23%, em relação à variância total, associados às incertezas do Gage RR. / Laboratory tests for technical evaluation or irrigation material testing involve the measurement of various greatnesses, as well as monitoring and control of test conditions. Any measurement and control system naturally presents instabilities that can affect the quality of the test results, resulting in increased measurement uncertainty. The implementation of the Statistical Quality Control may be promising for detecting causes of variation non-random, evaluation of the tolerance permitted to data of the process and breakdown of the main variability components of a measuring system. In this sense, considering the hypothesis of possibility of improving the quality of test results, the present study aimed at using statistical quality control techniques and measurement systems analysis to assess the reliability of test benches of microirrigation emitters, improve measurement and control systems adopted in the benches and to diagnose percentage of contribution of the factors inherent in the measurement and control systems in the total variability of flow measurements on uniformity tests. The research was carried in Laboratório de Ensaios de Material de Irrigação (LEMI/INCTEI/ ESALQ/USP). Shewhart control charts were developed, exponentially weighted moving average (EWMA), and capability index for the process of measuring the test pressure, temperature monitoring of water and flow, regarded as the quality variables for determination the flow curves as a function of inlet pressure and uniformity of flow for microsprinkler emitters and drip. In addition, it was made study of repeatability and reproducibility (Gage RR) of flow measurement system for which were used 10 repetitions in three work shifts (morning, afternoon and evening), with 13 emitters in the microsprinkler\'s bench and 25 emitters in the drip bench. There wasn\'t influence of the work shift in the obtained measures for flow and the improvement of the adjustment process of the test pressure for the implementation of the integrative-derivative proportional controller (PID) to microsprinklers test was sufficiently detected by control charts. The pressure and water of temperature remained stable during the tests and weren\'t identified non-random causes of variability in routine tests. The process control and measurement of pressure was classified \"excellent\" to performance and capability to remain in the range of specification and centralization in relation to the reference value (desired target), to the two benches. As expected, the variability between emitters was the greater contribution component in the total variance of flow, corresponding to 95.47% and 96.77% for microsprinkler and drip, respectively. The repeatability and reproducibility for flow measurement system (Gage RR) was \"acceptable\" for the two benches, with the contributions respective of 4.53% and 3.23% relative to the total variance, associated with uncertainties of Gage RR.

O problema de projeto de sistemas de medição, para efeito de Estimação de Estado em Sistemas Elétricos de Potência, é um problema de otimização multiobjetivo, combinatório, que exige a investigação de um grande número de possíveis soluções. Dessa forma, metaheurísticas vêm sendo empregadas para sua solução. Entretanto, a maioria delas trata o problema de forma mono-objetivo e as poucas que consideram uma formulação multiobjetivo, não contemplam todos os requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um Sistema de Medição Confiável (SMC) (observabilidade e ausência de Medidas Críticas, Conjuntos Críticos de Medidas, Unidades Terminais Remotas Críticas e Unidades de Medição Fasoriais Críticas). Propõe-se, nesta tese, uma formulação multiobjetivo para o problema de projeto de sistemas de medição de uma forma mais ampla, considerando todas requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um SMC. Propõe-se, ainda, o desenvolvimento e implantação, em computador, de um método para tratamento desse problema, considerando o trade-off entre os requisitos de desempenho e o custo, fazendo uso do conceito de Fronteira de Pareto. O método possibilita, em uma única execução, a obtenção de quatro tipos de sistemas de medição, a partir da análise de soluções não dominadas. O método permite o projeto de sistemas de medição novos e o aprimoramento de sistemas de medição já existentes, considerando a existência apenas de medidas convencionais SCADA, apenas de Medidas Fasoriais Sincronizadas ou a existência dos dois tipos de medidas. O método proposto faz uso de um Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo e do procedimento de obtenção e análise da matriz HΔ. Esse procedimento permite a realização de uma Busca Local, minimizando o custo para atendimento de cada um dos requisitos de desempenho mencionados acima. Simulações são realizadas utilizando dados dos sistemas de 6, 14, 30, 118 e 300 barras do IEEE, bem como do sistema de 61 barras da Eletropaulo, de forma a ilustrar, testar e validar o método proposto. Alguns dos resultados dessas simulações são comparados com resultados obtidos por outros métodos encontrados na literatura. / Metering system planning for power system state estimation is a multi-objective, combinatorial optimization problem that may require the investigation of many possible solutions. As a consequence, meta-heuristics have been employed to solve the problem. However in the majority of them the multi-objective problem is converted in a mono-objective problem and those few considering a multi-objective formulation do not consider all the performance requirements that must be attended in order to obtain a Reliable Metering System (RMS) (system observability and absence of Critical Measurements, Critical Sets, Critical Remote Terminal Units and Critical Phasor Measurement Units). This thesis proposes a multi-objective formulation for the metering system planning problem in a wide way, that is, considering all the performance requirements that must be attended to obtain a RMS. This thesis also proposes the development and implementation, in computer, of a method to solve the metering system planning problem, considering the trade-off between the two conflicting objectives of the problem (minimizing cost while maximizing the performance requirements) making use of the concept of Pareto Frontier. The method allows, in only one execution, the project of four types of metering systems, from the analysis of non-dominated solutions. The method enable the design of new metering systems as well as the improvement of existing ones, considering the existence of only conventional SCADA measurements, or only synchronized phasor measurements or the existence of both types of measurements. The proposed method combines a multi-objective evolutionary algorithm based on subpopulation tables with the properties of the so-called HΔ matrix. The subpopulations tables adequately model several metering system performance requirements enabling a better exploration of the solution space. On the other hand, the properties of the HΔ matrix enable a local search that improves the evolutionary process and minimizes the computational effort. Simulations results with IEEE 6, 14, 30, 118 and 300-bus test systems and with a 61-bus system of Eletropaulo illustrate the efficiency of the proposed method. Some of the results of these simulations will be compared with those published in literature.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2015-06-19T15:40:42Z No. of bitstreams: 1 Eduardo Augusto Martins.pdf: 5700123 bytes, checksum: 4789112a51c3fa9b5a888aa5987298e9 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-06-19T15:40:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Eduardo Augusto Martins.pdf: 5700123 bytes, checksum: 4789112a51c3fa9b5a888aa5987298e9 (MD5) Previous issue date: 2013 / Nenhuma / Sistemas centralizados de medição de energia são atualmente uma escolha para automatizar redes e garantir o funcionamento do complexo sistema de distribuidoras de energia elétrica. Atualmente, estes sistemas compõem as chamadas smart grids, redes inteligentes de geração, transmissão e distribuição de energia, dotadas de dispositivos de comunicação de dados, possibilitando a aplicação de sistemas distribuídos, com base na troca de informações entre equipamentos, formando uma nova rede, também de alta complexidade, para interligação e controle de dados. No Brasil, um trabalho inédito vem sendo desenvolvido na criação deste tipo de rede: a utilização de uma infraestrutura avançada de medição, baseada em sistemas de medição centralizada, alocadas em áreas de grandes concentrações urbanas, com objetivos de diminuição, ou até mesmo eliminação de perdas comerciais de distribuição de energia, emerge como novidade na aplicação de redes inteligentes de distribuição de energia elétrica no país. Este trabalho tem por objetivo a descrição do desenvolvimento de uma solução computacional, baseada em um método de busca metaheurística conhecido como Simulated Annealing para apoio à formulação de projetos de redes otimizadas de infraestrutura avançada de medição que utilizam equipamentos de sistemas de medição centralizados em uma rede de distribuição de energia elétrica, garantindo máxima cobertura da rede, atendimento a todos os clientes geograficamente localizados na região de projeto, minimizando custos de instalação dos sistemas. Na busca deste objetivo, este trabalho apresenta a redução do problema de otimização para o Problema do Recobrimento, a construção do modelo matemático, a implementação computacional e as aplicações na forma de simulações e resultados. A metodologia proposta, aplicada ao sistema computacional como forma de simulação, permite uma análise muito rápida e dinâmica de topologias de rede a serem projetadas para utilização em projetos de redes de comunicações, onde se utilizam sistemas de medição centralizados. O sistema computacional permite a alteração das características de simulação e das características das redes, dependendo das restrições impostas pela área geográfica em estudo. A estratégia apresenta bons resultados na formação de topologias de redes de comunicação para sistemas de medição centralizada, bem como otimização na utilização de equipamentos, reduzindo custos de instalação na rede. / Centralized systems of energy measurement are actually a choice for automating networks and ensure the operation of the complex system of electricity distribution. Currently, these systems comprise the so-called smart grid generation, transmission and distribution of energy, equipped with data communication devices, enabling the implementation of distributed systems, based on the exchange of information between devices, forming a new network, of high complexity, and for interconnection data control. In Brazil, a new work is being developed for creating this type of network: the use of an advanced infrastructure for measurement, centralized measurement systems allocation in areas of large urban concentrations, with goals of reducing, or even eliminating, commercial losses of power distribution, that emerges as a novelty in applying smart grid distribution of electricity in the country. This work aims at describing the development of a computational solution, based on a metaheuristic search method known as Simulated Annealing to support the design of optimized network for advanced metering infrastructure using equipment measurement systems on a centralized network of power distribution, ensuring maximum coverage, service to all customers geographically located in the area and minimizing installation costs of the systems. In pursuit of this goal, the work presents the reduction of the optimization problem to the covering problem, the mathematical model construction, computational implementation and application in the form of simulations and results. The methodology applied to the computing system like a simulation, allows an very fast and dynamic analysis of the network topologies to be designed for use in projects where communication networks are used in centralized measurement systems. The computing system allows modification of simulation features and characteristics of networks, depending on the constraints imposed by the geographical area under consideration. The strategy presents good results in the formation of network topologies communication systems for centralized measurement and optimizing the use of equipment, reducing installation costs in the network.

O problema de projeto de sistemas de medição, para efeito de Estimação de Estado em Sistemas Elétricos de Potência, é um problema de otimização multiobjetivo, combinatório, que exige a investigação de um grande número de possíveis soluções. Dessa forma, metaheurísticas vêm sendo empregadas para sua solução. Entretanto, a maioria delas trata o problema de forma mono-objetivo e as poucas que consideram uma formulação multiobjetivo, não contemplam todos os requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um Sistema de Medição Confiável (SMC) (observabilidade e ausência de Medidas Críticas, Conjuntos Críticos de Medidas, Unidades Terminais Remotas Críticas e Unidades de Medição Fasoriais Críticas). Propõe-se, nesta tese, uma formulação multiobjetivo para o problema de projeto de sistemas de medição de uma forma mais ampla, considerando todas requisitos de desempenho que devem ser atendidos para obtenção de um SMC. Propõe-se, ainda, o desenvolvimento e implantação, em computador, de um método para tratamento desse problema, considerando o trade-off entre os requisitos de desempenho e o custo, fazendo uso do conceito de Fronteira de Pareto. O método possibilita, em uma única execução, a obtenção de quatro tipos de sistemas de medição, a partir da análise de soluções não dominadas. O método permite o projeto de sistemas de medição novos e o aprimoramento de sistemas de medição já existentes, considerando a existência apenas de medidas convencionais SCADA, apenas de Medidas Fasoriais Sincronizadas ou a existência dos dois tipos de medidas. O método proposto faz uso de um Algoritmo Evolutivo Multiobjetivo e do procedimento de obtenção e análise da matriz HΔ. Esse procedimento permite a realização de uma Busca Local, minimizando o custo para atendimento de cada um dos requisitos de desempenho mencionados acima. Simulações são realizadas utilizando dados dos sistemas de 6, 14, 30, 118 e 300 barras do IEEE, bem como do sistema de 61 barras da Eletropaulo, de forma a ilustrar, testar e validar o método proposto. Alguns dos resultados dessas simulações são comparados com resultados obtidos por outros métodos encontrados na literatura. / Metering system planning for power system state estimation is a multi-objective, combinatorial optimization problem that may require the investigation of many possible solutions. As a consequence, meta-heuristics have been employed to solve the problem. However in the majority of them the multi-objective problem is converted in a mono-objective problem and those few considering a multi-objective formulation do not consider all the performance requirements that must be attended in order to obtain a Reliable Metering System (RMS) (system observability and absence of Critical Measurements, Critical Sets, Critical Remote Terminal Units and Critical Phasor Measurement Units). This thesis proposes a multi-objective formulation for the metering system planning problem in a wide way, that is, considering all the performance requirements that must be attended to obtain a RMS. This thesis also proposes the development and implementation, in computer, of a method to solve the metering system planning problem, considering the trade-off between the two conflicting objectives of the problem (minimizing cost while maximizing the performance requirements) making use of the concept of Pareto Frontier. The method allows, in only one execution, the project of four types of metering systems, from the analysis of non-dominated solutions. The method enable the design of new metering systems as well as the improvement of existing ones, considering the existence of only conventional SCADA measurements, or only synchronized phasor measurements or the existence of both types of measurements. The proposed method combines a multi-objective evolutionary algorithm based on subpopulation tables with the properties of the so-called HΔ matrix. The subpopulations tables adequately model several metering system performance requirements enabling a better exploration of the solution space. On the other hand, the properties of the HΔ matrix enable a local search that improves the evolutionary process and minimizes the computational effort. Simulations results with IEEE 6, 14, 30, 118 and 300-bus test systems and with a 61-bus system of Eletropaulo illustrate the efficiency of the proposed method. Some of the results of these simulations will be compared with those published in literature.

A partir de uma análise geométrica, do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados, propõe-se, neste trabalho, um índice para classificação das medidas de acordo com as suas características de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do processo de estimação de estado, por mínimos quadrados ponderados. O índice proposto foi denominado Índice de Não-Detecção de Erros, ou apenas UI (Undetectability Index). As medidas com maiores UI são aquelas cujos erros grosseiros (EGs) são mais difíceis de serem detectados através de métodos que fazem uso da análise dos resíduos. Isto porque os erros dessas medidas são, de certa forma, \"mascarados\", isto é, não são refletidos nos resíduos das mesmas. Nesse sentido, a medida crítica é o caso limite de medidas cujos erros são mascarados, isto é, possui UI infinito e seu resíduo é igual a zero, independente de a mesma ter ou não EG. Para obtenção dos índices UI das medidas, desenvolveu-se um algoritmo simples e de fácil implementação. Tomando por base o índice UI, propõe-se, também, uma metodologia para processamento de EGs e dois algoritmos para projeto ou fortalecimento de sistemas de medição. Esses algoritmos possibilitam a obtenção de sistemas de medição confiáveis (observáveis e isentos de medidas críticas e de conjuntos críticas de medidas), de baixo custo e formados por medidas com índices UI menores que um valor pré-estabelecido. Para validar o índice UI e as suas aplicações propostas neste trabalho, realizaram-se diversas simulações computacionais nos sistemas de 14 e 30 barras do IEEE, tendo sido satisfatórios todos os resultados obtidos. / The present thesis proposes an index, called Undetectability Index (UI), to classify the measurements according to their characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares state estimation process from a geometric analysis of this estimator. Gross errors in measurements with higher UIs are very difficult to be detected by methods based on the residual analysis, as the errors in those measurements are \"masked\", i.e., they are not reflected in the residuals. In this sense, critical measurements are the limit case of measurements that mask errors, that is, they have infinite UI and their residuals are always zero independently of their having or not gross errors. Based on the UI a methodology for gross error processing and two algorithms for metering system planning are also proposed in this thesis. These algorithms enable the obtaining of reliable measurement systems (observable and free from critical measurements and critical sets of measurements) with low investment and containing only measurements with UIs lower than a pre-established value. Several simulation results (with IEEE 14-bus and 30-bus systems) have validated the UI and its application.

A partir de uma análise geométrica, do estimador de estado por mínimos quadrados ponderados, propõe-se, neste trabalho, um índice para classificação das medidas de acordo com as suas características de não refletirem grande parcela de seus erros nos resíduos do processo de estimação de estado, por mínimos quadrados ponderados. O índice proposto foi denominado Índice de Não-Detecção de Erros, ou apenas UI (Undetectability Index). As medidas com maiores UI são aquelas cujos erros grosseiros (EGs) são mais difíceis de serem detectados através de métodos que fazem uso da análise dos resíduos. Isto porque os erros dessas medidas são, de certa forma, \"mascarados\", isto é, não são refletidos nos resíduos das mesmas. Nesse sentido, a medida crítica é o caso limite de medidas cujos erros são mascarados, isto é, possui UI infinito e seu resíduo é igual a zero, independente de a mesma ter ou não EG. Para obtenção dos índices UI das medidas, desenvolveu-se um algoritmo simples e de fácil implementação. Tomando por base o índice UI, propõe-se, também, uma metodologia para processamento de EGs e dois algoritmos para projeto ou fortalecimento de sistemas de medição. Esses algoritmos possibilitam a obtenção de sistemas de medição confiáveis (observáveis e isentos de medidas críticas e de conjuntos críticas de medidas), de baixo custo e formados por medidas com índices UI menores que um valor pré-estabelecido. Para validar o índice UI e as suas aplicações propostas neste trabalho, realizaram-se diversas simulações computacionais nos sistemas de 14 e 30 barras do IEEE, tendo sido satisfatórios todos os resultados obtidos. / The present thesis proposes an index, called Undetectability Index (UI), to classify the measurements according to their characteristics of not reflecting their errors into the residuals of the weighted least squares state estimation process from a geometric analysis of this estimator. Gross errors in measurements with higher UIs are very difficult to be detected by methods based on the residual analysis, as the errors in those measurements are \"masked\", i.e., they are not reflected in the residuals. In this sense, critical measurements are the limit case of measurements that mask errors, that is, they have infinite UI and their residuals are always zero independently of their having or not gross errors. Based on the UI a methodology for gross error processing and two algorithms for metering system planning are also proposed in this thesis. These algorithms enable the obtaining of reliable measurement systems (observable and free from critical measurements and critical sets of measurements) with low investment and containing only measurements with UIs lower than a pre-established value. Several simulation results (with IEEE 14-bus and 30-bus systems) have validated the UI and its application.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Marcio Mendes Cerqueira.pdf: 4042726 bytes, checksum: a65c6a7174271eecc553e3a5b0ceb33a (MD5) Previous issue date: 2010-02-05 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Motivated by the necessity of efficient algorithms, it s presented the development of a methodology for the design and analysis of state observers in open and closed loops that are dedicated to monitoring and control of dynamic systems. The development of observers are based on OE models, description in state space and Kalman filter. The models are evaluated for temperature control of a aluminum cube that is inside of a sterilizer oven. In addition to the models assessment in terms of its ability to represent behavior of plants, these models also evaluated for the design of discrete linear quadric regulator DLQR that are tuned by genetic algorithms. The monitoring models are evaluated for open and closed loops structures that are represented by algorithms in terms of difference equations, these algorithms are seen as software core for the indirect measurement systems. / Motivado pela necessidade de algoritmos eficientes, apresenta-se o desenvolvimento de uma metodologia para projeto e análise de observadores de estado em malhas aberta e fechada que são dedicados a monitoração e controle de sistemas dinâmicos. O desenvolvimento dos observadores estão fundamentados em modelos OE, descrição no espaço de estados e filtro de Kalman. Os modelos são avaliados para o controle da temperatura de um cubo de alumínio que encontra-se no interior de uma estufa. Além das avaliações dos modelos em termos de sua habilidade em representar comportamento de plantas, estes são também avaliados para o projeto do regulador linear quadrático discreto (RQLD) que são sintonizados por algoritmos genéticos. Aplicação dos modelos para monitoração é avaliada nas estruturas das malhas aberta e fechada que são representadas por algoritmos em da equação à diferença, tendo em vistas o desenvolvimento de núcleos de software para os sistemas de medição indireta.