abstract: With increased usage of green energy, the number of photovoltaic arrays used in power generation is increasing rapidly. Many of the arrays are located at remote locations where faults that occur within the array often go unnoticed and unattended for large periods of time. Technicians sent to rectify the faults have to spend a large amount of time determining the location of the fault manually. Automated monitoring systems are needed to obtain the information about the performance of the array and detect faults. Such systems must monitor the DC side of the array in addition to the AC side to identify non catastrophic faults. This thesis focuses on two of the requirements for DC side monitoring of an automated PV array monitoring system. The first part of the thesis quantifies the advantages of obtaining higher resolution data from a PV array on detection of faults. Data for the monitoring system can be gathered for the array as a whole or from additional places within the array such as individual modules and end of strings. The fault detection rate and the false positive rates are compared for array level, string level and module level PV data. Monte Carlo simulations are performed using PV array models developed in Simulink and MATLAB for fault and no fault cases. The second part describes a graphical user interface (GUI) that can be used to visualize the PV array for module level monitoring system information. A demonstration GUI is built in MATLAB using data obtained from a PV array test facility in Tempe, AZ. Visualizations are implemented to display information about the array as a whole or individual modules and locate faults in the array. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2012

O monitoramento de vibração de máquinas rotativas é de grande interesse da indústria, uma vez que se tem a possibilidade de detectar, com certa antecedência, problemas relacionados à condição de funcionamento do equipamento, possibilitando reparos, ajustes ou consertos e, assim, minimizando custos no caso de falhas graves ou paradas inesperadas. Neste trabalho é feita a adequação de uma bancada de testes para estudo de técnicas de detecção de falhas em rolamentos de esferas por análise de vibração. O objetivo é o de localizar falhas em rolamentos utilizando o monitoramento dos sinais das vibrações (aceleração) no mancal que suporta o rolamento de teste e o posterior processamento com o auxílio de alguma técnica de detecção. Neste trabalho a técnica do envelope foi escolhida. A bancada, assim desenvolvida, permite a retirada e colocação dos rolamentos em estudo de maneira simples e rápida, permitindo a execução de diversos testes com rapidez. A investigação da detecção de falhas em rolamentos é feita comparando-se rolamentos em condições normais com rolamentos que têm um defeito induzido. Inicialmente é apresentada a descrição das origens e formas de propagação das falhas em elementos de rolamentos e também as formas como estas falhas são induzidas em locais específicos de cada rolamento. Uma breve revisão sobre métodos de detecção de falhas no domínio do tempo e da frequência é feita. Ênfase é dada ao método do envelope que faz uso da transformada de Hilbert (Hilbert Transform) conjuntamente com a transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform). Em seguida, descreve-se como foram geradas as falhas e separados os grupos de teste, também é descrito como os ensaios foram executados com os danos induzidos em local pré-determinado no rolamento. Os resultados obtidos possibilitaram identificar as origens das falhas induzidas tanto na pista externa quanto na interna dos rolamentos analisando os sinais de vibração do mancal onde está montado o rolamento em teste com o pós-processamento dos mesmos com a técnica investigada. Os testes simulam as condições extremas encontradas em sistemas rotativos de equipamentos industriais através da imposição de cargas verticais ao rolamento. Este estudo de detecção das falhas em rolamentos propiciou uma melhor compreensão e análise do processo de falha nestes componentes. / The vibration monitoring of rotating machines is of great interest to industries since it has the ability to detect, in advance, problems related to the operational condition of the equipment, enabling fixing, adjustments or repair, and thus, minimizing the cost in case of faults or unexpected downtime. In this work, the study of the adequacy of a test bench for detecting faults in ball bearings by vibration analysis techniques is developed. It aims at locating faults in ball bearings using vibration monitoring signals (acceleration) in the journal bearings that support this elements and further processing with the aid of some detection technique. In this work the envelope technique was chosen. The developed test bench thus allows the removal and placement of the bearings in a simple and fast way allowing running quickly several tests. The investigation of detecting faults in ball bearings is made by comparing the bearings under normal conditions with bearings which have an induced defect. First of all is presented a description of the origins and forms of propagation of faults in bearing elements and also the ways in which these failures are induced in specific locations of each bearing. A brief review of methods for detecting faults in the time and frequency domain is made. Emphasis is given to the Envelope Method which uses the Hilbert Transform with the Fast Fourier Transform. Then it is described how the tests were accomplished with the induced damage in predetermined sites in the bearing. The results obtained allowed to identify the origins of the induced bearing failures in both outer and inner races just by reading the vibration signals and post-processing them with the investigated technique. The tests take care to simulate conditions close to those found in actual rotatory systems of industrial equipment by imposing vertical loads to the bearing. This study in detecting flaws in balls bearings provided a better understanding of the analysis failure process in these components.

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Les activités industrielles peuvent induire des risques de nature diverse, voire conduire à des événements catastrophiques. De façon à réduire ces risques à des niveaux acceptables, à en limiter les coûts aussi bien humains, matériels que financiers et à respecter la réglementation, il est crucial d’en prévenir la survenue (prévention) et à identifier des situations anormales en fonction d’informations récupérées sur le terrain. Ceci nécessite de résoudre deux points essentiels : détecter l’anomalie et faire un diagnostic, d’où l’importance des modèles de bon comportement qui modélisent des systèmes physique réels et les méthodes associées permettant d’effectuer la surveillance en continu. L’approche la plus utilisée dans la communauté FDI est l’approche structurelle qui consiste à construire des relations de redondance analytique (RRA). Le principe de l’approche structurelle est de prendre en compte seulement l’existence des relations entre les variables induites par les équations du modèle. En basant sur cette approche, ma thèse consiste à trouver une réponse qui satisfait un triple objectif :1. Extraire les relations valides à partir du modèle de bon comportement d'un système afin de prendre en compte l'évolution du système en éliminant les relations et des mesures invalides ayant pour but d'effectuer le diagnostic en ligne2. Construire, en utilisant une analyse symbolique couplée avec la théorie des graphes, les relations de redondance analytique symboliques (RRAS) pour la détection des défauts dans le système.3. Evaluer ces RRAS en utilisant le calcul par intervalle, an de prendre en compte les incertitudes présents dans les mesures, lors des tests de cohérence. / Large-scale complex process plants are safety-critical systems where the real-time diagnosis is very important. In a model based systems engineering approach, the structured development process from the concept to the production to the operation phase is organized around a coherent model of the system. This model contains, in particular, relations about the behavior of the system that could have been used for simulation in the design phase. The objective of this work is to use this information to design automatically on-line diagnosis algorithms using the hybrid dynamical information part and sensor measurements of the system model. In this thesis, the proposed approach allows:To extract the valid relations of system behavior to take into account system evolution by eliminating invalid constraints and measurements for establishing an on-line diagnosisTo build, using symbolic analysis and graph path search, analytical redundancy relations for the various system configurationsTo evaluate these ARRs in using set valued computations (interval arithmetic) to take into account model and measurements uncertainties

O monitoramento de vibração de máquinas rotativas é de grande interesse da indústria, uma vez que se tem a possibilidade de detectar, com certa antecedência, problemas relacionados à condição de funcionamento do equipamento, possibilitando reparos, ajustes ou consertos e, assim, minimizando custos no caso de falhas graves ou paradas inesperadas. Neste trabalho é feita a adequação de uma bancada de testes para estudo de técnicas de detecção de falhas em rolamentos de esferas por análise de vibração. O objetivo é o de localizar falhas em rolamentos utilizando o monitoramento dos sinais das vibrações (aceleração) no mancal que suporta o rolamento de teste e o posterior processamento com o auxílio de alguma técnica de detecção. Neste trabalho a técnica do envelope foi escolhida. A bancada, assim desenvolvida, permite a retirada e colocação dos rolamentos em estudo de maneira simples e rápida, permitindo a execução de diversos testes com rapidez. A investigação da detecção de falhas em rolamentos é feita comparando-se rolamentos em condições normais com rolamentos que têm um defeito induzido. Inicialmente é apresentada a descrição das origens e formas de propagação das falhas em elementos de rolamentos e também as formas como estas falhas são induzidas em locais específicos de cada rolamento. Uma breve revisão sobre métodos de detecção de falhas no domínio do tempo e da frequência é feita. Ênfase é dada ao método do envelope que faz uso da transformada de Hilbert (Hilbert Transform) conjuntamente com a transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform). Em seguida, descreve-se como foram geradas as falhas e separados os grupos de teste, também é descrito como os ensaios foram executados com os danos induzidos em local pré-determinado no rolamento. Os resultados obtidos possibilitaram identificar as origens das falhas induzidas tanto na pista externa quanto na interna dos rolamentos analisando os sinais de vibração do mancal onde está montado o rolamento em teste com o pós-processamento dos mesmos com a técnica investigada. Os testes simulam as condições extremas encontradas em sistemas rotativos de equipamentos industriais através da imposição de cargas verticais ao rolamento. Este estudo de detecção das falhas em rolamentos propiciou uma melhor compreensão e análise do processo de falha nestes componentes. / The vibration monitoring of rotating machines is of great interest to industries since it has the ability to detect, in advance, problems related to the operational condition of the equipment, enabling fixing, adjustments or repair, and thus, minimizing the cost in case of faults or unexpected downtime. In this work, the study of the adequacy of a test bench for detecting faults in ball bearings by vibration analysis techniques is developed. It aims at locating faults in ball bearings using vibration monitoring signals (acceleration) in the journal bearings that support this elements and further processing with the aid of some detection technique. In this work the envelope technique was chosen. The developed test bench thus allows the removal and placement of the bearings in a simple and fast way allowing running quickly several tests. The investigation of detecting faults in ball bearings is made by comparing the bearings under normal conditions with bearings which have an induced defect. First of all is presented a description of the origins and forms of propagation of faults in bearing elements and also the ways in which these failures are induced in specific locations of each bearing. A brief review of methods for detecting faults in the time and frequency domain is made. Emphasis is given to the Envelope Method which uses the Hilbert Transform with the Fast Fourier Transform. Then it is described how the tests were accomplished with the induced damage in predetermined sites in the bearing. The results obtained allowed to identify the origins of the induced bearing failures in both outer and inner races just by reading the vibration signals and post-processing them with the investigated technique. The tests take care to simulate conditions close to those found in actual rotatory systems of industrial equipment by imposing vertical loads to the bearing. This study in detecting flaws in balls bearings provided a better understanding of the analysis failure process in these components.

A demanda crescente na complexidade, eficiência e confiabilidade nos sistemas industriais modernos têm estimulado os estudos da teoria de controle aplicada no desenvolvimento de sistemas de Monitoração e Detecção de Falhas. Neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia inédita de Monitoração e Detecção de Falhas através do algoritmo GMDH e Redes Neurais Artificiais (RNA) que foi aplicada ao reator de pesquisas do IPEN, IEA-R1. O desenvolvimento deste trabalho foi dividido em duas etapas: sendo a primeira etapa dedicada ao pré-processamento das informações, realizada através do algoritmo GMDH; e a segunda o processamento das informações através de RNA. O algoritmo GMDH foi utilizado de duas maneiras diferentes: primeiramente, o algoritmo GMDH foi utilizado para gerar uma melhor estimativa da base de dados, tendo como resultado uma matriz denominada matriz_z, que foi utilizada no treinamento das RNA. Logo após, o GMDH foi utilizado no estudo das variáveis mais relevantes, sendo estas variáveis utilizadas no processamento das informações. Para realizar as simulações computacionais, foram propostos cinco modelos: Modelo 1 (Modelo Teórico) e Modelos 2, 3, 4 e 5 (Dados de operação do reator). Após a realização de um estudo exaustivo dedicado a Monitoração, iniciou-se a etapa de Detecção de Falhas em sensores, onde foram simuladas falhas na base de dados dos sensores. Para tanto as leituras dos sensores tiveram um acréscimo dos seguintes valores: 5%, 10%, 15% e 20%. Os resultados obtidos utilizando o algoritmo GMDH na escolha das melhores variáveis de entrada para as RNA foram melhores do que aqueles obtidos utilizando apenas RNA, o que viabiliza o uso da nova metodologia de Monitoração e Detecção de Falhas em sensores apresentada. / The increasing demand in the complexity, efficiency and reliability in modern industrial systems stimulated studies on control theory applied to the development of Monitoring and Fault Detection system. In this work a new Monitoring and Fault Detection methodology was developed using GMDH (Group Method of Data Handling) algorithm and Artificial Neural Networks (ANNs) which was applied to the IEA-R1 research reactor at IPEN. The Monitoring and Fault Detection system was developed in two parts: the first was dedicated to preprocess information, using GMDH algorithm; and the second part to the process information using ANNs. The GMDH algorithm was used in two different ways: firstly, the GMDH algorithm was used to generate a better database estimated, called matrix_z, which was used to train the ANNs. After that, the GMDH was used to study the best set of variables to be used to train the ANNs, resulting in a best monitoring variable estimative. The methodology was developed and tested using five different models: one Theoretical Model and four Models using different sets of reactor variables. After an exhausting study dedicated to the sensors Monitoring, the Fault Detection in sensors was developed by simulating faults in the sensors database using values of 5%, 10%, 15% and 20% in these sensors database. The results obtained using GMDH algorithm in the choice of the best input variables to the ANNs were better than that using only ANNs, thus making possible the use of these methods in the implementation of a new Monitoring and Fault Detection methodology applied in sensors.

O monitoramento de vibração de máquinas rotativas é de grande interesse da indústria, uma vez que se tem a possibilidade de detectar, com certa antecedência, problemas relacionados à condição de funcionamento do equipamento, possibilitando reparos, ajustes ou consertos e, assim, minimizando custos no caso de falhas graves ou paradas inesperadas. Neste trabalho é feita a adequação de uma bancada de testes para estudo de técnicas de detecção de falhas em rolamentos de esferas por análise de vibração. O objetivo é o de localizar falhas em rolamentos utilizando o monitoramento dos sinais das vibrações (aceleração) no mancal que suporta o rolamento de teste e o posterior processamento com o auxílio de alguma técnica de detecção. Neste trabalho a técnica do envelope foi escolhida. A bancada, assim desenvolvida, permite a retirada e colocação dos rolamentos em estudo de maneira simples e rápida, permitindo a execução de diversos testes com rapidez. A investigação da detecção de falhas em rolamentos é feita comparando-se rolamentos em condições normais com rolamentos que têm um defeito induzido. Inicialmente é apresentada a descrição das origens e formas de propagação das falhas em elementos de rolamentos e também as formas como estas falhas são induzidas em locais específicos de cada rolamento. Uma breve revisão sobre métodos de detecção de falhas no domínio do tempo e da frequência é feita. Ênfase é dada ao método do envelope que faz uso da transformada de Hilbert (Hilbert Transform) conjuntamente com a transformada Rápida de Fourier (Fast Fourier Transform). Em seguida, descreve-se como foram geradas as falhas e separados os grupos de teste, também é descrito como os ensaios foram executados com os danos induzidos em local pré-determinado no rolamento. Os resultados obtidos possibilitaram identificar as origens das falhas induzidas tanto na pista externa quanto na interna dos rolamentos analisando os sinais de vibração do mancal onde está montado o rolamento em teste com o pós-processamento dos mesmos com a técnica investigada. Os testes simulam as condições extremas encontradas em sistemas rotativos de equipamentos industriais através da imposição de cargas verticais ao rolamento. Este estudo de detecção das falhas em rolamentos propiciou uma melhor compreensão e análise do processo de falha nestes componentes. / The vibration monitoring of rotating machines is of great interest to industries since it has the ability to detect, in advance, problems related to the operational condition of the equipment, enabling fixing, adjustments or repair, and thus, minimizing the cost in case of faults or unexpected downtime. In this work, the study of the adequacy of a test bench for detecting faults in ball bearings by vibration analysis techniques is developed. It aims at locating faults in ball bearings using vibration monitoring signals (acceleration) in the journal bearings that support this elements and further processing with the aid of some detection technique. In this work the envelope technique was chosen. The developed test bench thus allows the removal and placement of the bearings in a simple and fast way allowing running quickly several tests. The investigation of detecting faults in ball bearings is made by comparing the bearings under normal conditions with bearings which have an induced defect. First of all is presented a description of the origins and forms of propagation of faults in bearing elements and also the ways in which these failures are induced in specific locations of each bearing. A brief review of methods for detecting faults in the time and frequency domain is made. Emphasis is given to the Envelope Method which uses the Hilbert Transform with the Fast Fourier Transform. Then it is described how the tests were accomplished with the induced damage in predetermined sites in the bearing. The results obtained allowed to identify the origins of the induced bearing failures in both outer and inner races just by reading the vibration signals and post-processing them with the investigated technique. The tests take care to simulate conditions close to those found in actual rotatory systems of industrial equipment by imposing vertical loads to the bearing. This study in detecting flaws in balls bearings provided a better understanding of the analysis failure process in these components.

Orientador: Leonardo de Souza Mendes / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-11T06:08:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Breda_GeanDavis_D.pdf: 1331471 bytes, checksum: 2da1c624e2979dd429fa334b961a9280 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: O presente trabalho concentra-se na área de detecção de falhas em sistemas de comunicações utilizando como base de informações arquivos de bilhetes contidos nas centrais. Estes arquivos, na grande maioria dos casos, são utilizados pelas operadoras de telecomunicação apenas para fins de cobrança dos usuários. A tese apresenta algoritmos para detecção de falhas e conseqüente geração de alarmes. Os algoritmos são analisados e classificados conforme o seu desempenho. O objetivo central da detecção de falhas com uma maior eficiência é diminuir as deficiências na qualidade de serviço do sistema, reduzindo as perdas econômicas e melhorando a satisfação dos clientes. Indicadores de mercado apontam que de 3% a 15% do faturamento das empresas de Telecom são perdidos por falhas na rede. Os algoritmos buscam maneiras eficientes de detectar falhas nos elementos de um sistema de comunicação / Abstract: The present work is focused in the area of fault detection in communications systems using billing tickets archives as base of information. In most of the cases, these archives are used by the telecommunication carriers only for billing purposes. The thesis presents algorithms for fault detection and consequence alarms generation. The algorithms are analyzed and classified according to their performance. The main objective of the fault detection with a bigger efficiency is to diminish the deficiencies in system¿s QoS, reducing economic losses and improving customers satisfaction. Market indicators show that from 3% to 15% of Telecommunication companies gains are lost for system failures. The algorithms search efficient ways to detect faults in the elements of a communication system / Doutorado / Telecomunicações e Telemática / Doutor em Engenharia Elétrica

Identificar e localizar faltas em alimentadores de distribuição representa um passo importante para a melhoria da qualidade de energia, pois proporciona impactos diretos sobre o tempo de inspeção. Na verdade, a duração da inspeção implica consideravelmente no intervalo em que os consumidores estão sem energia elétrica, quando ocorre uma interrupção não programada. O objetivo deste trabalho é fornecer um sistema de detecção automática de curtos-circuitos, permitindo aos profissionais das companhias de distribuição acompanhar e monitorar de maneira on-line a ocorrência de possíveis faltas e transitórios eletromagnéticos observados na rede primária de distribuição. A abordagem de detecção utiliza um sistema híbrido que combina ferramentas inteligentes e convencionais para identificar e localizar faltas em redes primárias. Os resultados que foram compilados demonstram grande potencialidade de aplicação da proposta em sistemas de distribuição. / Efficient faults identification and location in power distribution lines constitute an important step for power quality improvement, since they provide direct impacts on the inspection time. In fact, the duration of inspection implies directly in the time interval where consumers are without power, considering here the occurrence of a non-programmed interruption. The objective of this work is to provide an automated fault detection system, allowing to the power companies engineers to online track and monitor the possible occurrence of faults and electromagnetic transients observed in the primary network for the distribution circuits. The detection approach uses a hybrid system, which combines a set of intelligent and conventional tools to identify and locate faults in the primary networks. Validation results show great application potential in distribution systems.

Delivering fault free code is the clear goal of each devel- oper, however the best method to achieve this aim is still an open question. Despite that several approaches have been proposed in literature there exists no overall best way. One possible solution proposed recently is to combine static source code analysis with the discipline of machine learn- ing. An approach in this direction has been defined within this work, implemented as a prototype and validated subse- quently. It shows a possible translation of a piece of source code into a machine learning algorithm’s input and further- more its suitability for the task of fault detection. In the context of the present work two prototypes have been de- veloped to show the feasibility of the presented idea. The output they generated on open source projects has been collected and used to train and rank various machine learn- ing classifiers in terms of accuracy, false positive and false negative rates. The best among them have subsequently been validated again on an open source project. Out of the first study at least 6 classifiers including “MultiLayerPer- ceptron”, “Ibk” and “ADABoost” on a “BFTree” could convince. All except the latter, which failed completely, could be validated in the second study. Despite that the it is only a prototype, it shows the suitability of some machine learning algorithms for static source code analysis.