Localización de faltas en sistemas de distribución de energía eléctrica usando métodos basados en el modelo y métodos basados en el conocimiento

La calidad de energía eléctrica incluye la calidad del suministro y la calidad de la atención al cliente. La calidad del suministro a su vez se considera que la conforman dos partes, la forma de onda y la continuidad. En esta tesis se aborda la continuidad del suministro a través de la localización de faltas. Este problema se encuentra relativamente resuelto en los sistemas de transmisión, donde por las características homogéneas de la línea, la medición en ambos terminales y la disponibilidad de diversos equipos, se puede localizar el sitio de falta con una precisión relativamente alta. En sistemas de distribución, sin embargo, la localización de faltas es un problema complejo y aún no resuelto. La complejidad es debida principalmente a la presencia de conductores no homogéneos, cargas intermedias, derivaciones laterales y desbalances en el sistema y la carga. Además, normalmente, en estos sistemas sólo se cuenta con medidas en la subestación, y un modelo simplificado del circuito. Los principales esfuerzos en la localización han estado orientados al desarrollo de métodos que utilicen el fundamental de la tensión y de la corriente en la subestación, para estimar la reactancia hasta la falta. Como la obtención de la reactancia permite cuantificar la distancia al sitio de falta a partir del uso del modelo, el Método se considera Basado en el Modelo (MBM). Sin embargo, algunas de sus desventajas están asociadas a la necesidad de un buen modelo del sistema y a la posibilidad de localizar varios sitios donde puede haber ocurrido la falta, esto es, se puede presentar múltiple estimación del sitio de falta. Como aporte, en esta tesis se presenta un análisis y prueba comparativa entre varios de los MBM frecuentemente referenciados. Adicionalmente se complementa la solución con métodos que utilizan otro tipo de información, como la obtenida de las bases históricas de faltas con registros de tensión y corriente medidos en la subestación (no se limita solamente al fundamental). Como herramienta de extracción de información de estos registros, se utilizan y prueban dos técnicas de clasificación (LAMDA y SVM). Éstas relacionan las características obtenidas de la señal, con la zona bajo falta y se denominan en este documento como Métodos de Clasificación Basados en el Conocimiento (MCBC). La información que usan los MCBC se obtiene de los registros de tensión y de corriente medidos en la subestación de distribución, antes, durante y después de la falta. Los registros se procesan para obtener los siguientes descriptores: a) la magnitud de la variación de tensión ( dV ), b) la variación de la magnitud de corriente ( dI ), c) la variación de la potencia ( dS ), d) la reactancia de falta ( Xf ), e) la frecuencia del transitorio ( f ), y f) el valor propio máximo de la matriz de correlación de corrientes (Sv), cada uno de los cuales ha sido seleccionado por facilitar la localización de la falta. A partir de estos descriptores, se proponen diferentes conjuntos de entrenamiento y validación de los MCBC, y mediante una metodología que muestra la posibilidad de hallar relaciones entre estos conjuntos y las zonas en las cuales se presenta la falta, se seleccionan los de mejor comportamiento. Los resultados de aplicación, demuestran que con la combinación de los MCBC con los MBM, se puede reducir el problema de la múltiple estimación del sitio de falta. El MCBC determina la zona de falta, mientras que el MBM encuentra la distancia desde el punto de medida hasta la falta, la integración en un esquema híbrido toma las mejores características de cada método. En este documento, lo que se conoce como híbrido es la combinación de los MBM y los MCBC, de una forma complementaria. Finalmente y para comprobar los aportes de esta tesis, se propone y prueba un esquema de integración híbrida para localización de faltas en dos sistemas de distribución diferentes. Tanto los métodos que usan los parámetros del sistema y se fundamentan en la estimación de la impedancia (MBM), como aquellos que usan como información los descriptores y se fundamentan en técnicas de clasificación (MCBC), muestran su validez para resolver el problema de localización de faltas. Ambas metodologías propuestas tienen ventajas y desventajas, pero según la teoría de integración de métodos presentada, se alcanza una alta complementariedad, que permite la formulación de híbridos que mejoran los resultados, reduciendo o evitando el problema de la múltiple estimación de la falta.

Ruolo ecologico di Ficopomatus enigmaticus (Polychaetae: Serpulidae) nelle lagune dell’Oristanese.

Gli agglomerati calcarei costruiti dalla specie invasiva Ficopomatus enigmaticus, polichete serpulide, possono influenzare i sistemi lagunari e produrre effetti negativi per la pesca e alterazioni nell’ambiente. Le lagune di Corru S’Ittiri (CI), San Giovanni-Marceddì (GM) e Santa Giusta (SG) sono state studiate al fine di definire le condizioni ecologiche che favoriscono le formazione delle costruzioni biogeniche di F. enigmaticus. In questo lavoro sono riportati i risultati preliminari, osservati in ogni laguna, sulle caratteristiche del sedimento (granulometria, sostanza organica e carbonati) e della comunità macrozoobentonica (abbondanza, biomassa e diversità), in due condizioni contrastanti: presenza e assenza dei reef, in due tempi di campionamento (maggio e ottobre 2012). I campioni di sedimento sono stati prelevati esclusivamente nel primo tempo di campionamento. La granulometria dei sedimenti era differente nelle tre lagune: CI e SG si sono rivelate più sabbiose, mentre GM era più fangosa. Sono stati osservati diversi valori nei contenuti di sostanza organica e carbonati senza rivelarsi significativamente diversi. Nel primo tempo di campionamento l’abbondanza di zoobentos varia tra le zone di presenza (P) e le zone di assenza (A) dei reef; in CI l’abbondanza è maggiore in P rispetto ad A, mentre in GM e SG invece è maggiore in A rispetto a P. La stessa situazione si verifica nel secondo tempo di campionamento. La biomassa, al tempo uno, è risultata maggiore nelle zone P rispetto alle zone A in CI e SG; in GM le zone A la biomassa è risultata maggiore rispetto a P. Nel secondo tempo di campionamento i valori risultano maggiori in P rispetto ad A in CI e GM; valori maggiori in A rispetto a P si sono riscontrati in SG. Importante da evidenziare la presenza di un altro costruttore di barriere, Hudroides dianthus, con abbondanze superiori rispetto a quelle di F. enigmaticus in particolare in CI e SG. Sono stati anche trovati diversi individui di Musculista sonhousia in CI e GM. M. senhousia è noto come specie invasiva in molte lagune del Mediterraneo ed è stato recentemente individuato nella zone di Oristano. Questo lavoro ha dimostrato come le caratteristiche dei sedimenti lagunari, la struttura della comunità macrozoobentonica, così come la natura e l’abbondanza delle specie costruttrici di reef può variare tra le lagune e le diverse zone delle lagune. È importante indagare sulle condizioni chimico-fisiche e idrodinamiche delle singole lagune per capire cosa influenza il reale sviluppo dei reef dei biocostruttori.

Implementazione di interfaccia grafica per la progettazione concettuale dei dirigibili

Nella seguente tesi si è cercato di sviluppare uno strumento per aiutare il progettista nella impostazione del progetto concettuale dei dirigibili, sia tradizionali, che da alta quota con propulsione elettrica e pannelli fotovoltaici. In particolare, a partire dalle specifiche di missione è possibile avere in modo veloce una stima del volume di un dirigibile ed una stima dei pesi dei vari componenti. Inoltre, l’ambiente grafico permette di calcolare in modo semplice i momenti di inerzia del corpo e di visualizzare in modo semplice e senza l’utilizzo di un sistema CAD un’anteprima tridimensionale del modello.

Studio ed ottimizzazione di un piccolo motore Diesel per aereo senza pilota

Studio di un motore Diesel due tempi veloce per utilizzo su aereo senza pilota (UAV).

Studio e ottimizzazione di un piccolo propulsore Diesel common rail, sovralimentato per un drone

Studio e ottimizzazione di un piccolo propulsore Diesel di piccola potenza common rail, sovralimentato per un drone.

Studio e ottimizzazione per un sistema di sovralimentazione di un motore Wankel per alte quote

Tramite GT-POWER è stato simulato il comportamento di un motore Wankel per UAV. Dopo avere realizzato il modello del motore aspirato si sono svolte le prime simulazioni e si è individuato il turbocompressore più adatto. Completato il modello con turbocompressore si sono svolte altre simulazioni individuando la quota di ristabilimento (critical altitude) alle condizioni ISA+0, ISA+25 e ISA-50. Infine si è calcolata la potenza erogata dal motore sovralimentato alla quota di 10000 metri s.l.m.

Studio e ottimizzazione di un propulsore Diesel applicato a un drone

Progettazione di un motore Diesel 2 tempi sulla base commerciale di un TM100Kb a benzina di derivazione karting. Il motore è capace di 5kW di potenza ad un peso contenuto. La progettazione è orientata agli aspetti sia termodinamici che dinamici. Si effettua una serie di verifiche per capire l'efficienza e l'uso di componenti originali.

Analisi preliminare di missione per lanci aviotrasportati di microsatelliti

Il presente lavoro di tesi si propone di analizzare e dimensionare una missione in orbita bassa per due microsatelliti di osservazione terrestre. I microsatelliti si stanno attualmente diffondendo su larga scala, grazie principalmente ai vantaggi economici garantiti dal fatto di lavorare con masse ridotte. Parallelamente alla diffusione dei microsatelliti, stanno nascendo numerosi progetti per lo sviluppo di sistemi di aviolancio, che consentono di attuare i vantaggi dei microsatelliti anche nella fase più dispendiosa della missione, cioè la messa in orbita. Vengono, inizialmente, introdotti i sistemi coinvolti nella missione, cioè l’aviolanciatore Pegasus XL, due microsatelliti del peso di 100 kg ciascuno, e un motore elettrico ad effetto Hall per ciascun satellite, usato per il trasferimento orbitale. Si introducono poi brevemente le equazioni del moto del razzo e alcuni cenni di meccanica celeste, specialmente quello che riguarda la definizione dei parametri orbitali. Segue la vera e propria analisi di missione, divisa in due parti: la prima relativa alla fase di aviolancio, con l’obbiettivo di stabilire se effettivamente il lanciatore è in grado di portare il payload prestabilito nell’orbita circolare di parcheggio, e di dimensionare alcune variabili di volo, quali l’angolo di traiettoria iniziale e i due tempi di coasting dovuti allo sgancio degli stadi del razzo; la seconda parte verte invece sull’analisi della missione in orbita, specialmente sul trasferimento a bassa spinta dall’orbita di partenza a quella target, tramite il motore ad effetto Hall. Anche in questo caso si vuole verificare se le prestazioni del motore elettrico sono adeguate al tipo di missione.

Parametric combustion modeling for ethanol-gasoline fuelled spark ignition engines

Ethanol-gasoline fuel blends are increasingly being used in spark ignition (SI) engines due to continued growth in renewable fuels as part of a growing renewable portfolio standard (RPS). This leads to the need for a simple and accurate ethanol-gasoline blends combustion model that is applicable to one-dimensional engine simulation. A parametric combustion model has been developed, integrated into an engine simulation tool, and validated using SI engine experimental data. The parametric combustion model was built inside a user compound in GT-Power. In this model, selected burn durations were computed using correlations as functions of physically based non-dimensional groups that have been developed using the experimental engine database over a wide range of ethanol-gasoline blends, engine geometries, and operating conditions. A coefficient of variance (COV) of gross indicated mean effective pressure (IMEP) correlation was also added to the parametric combustion model. This correlation enables the cycle combustion variation modeling as a function of engine geometry and operating conditions. The computed burn durations were then used to fit single and double Wiebe functions. The single-Wiebe parametric combustion compound used the least squares method to compute the single-Wiebe parameters, while the double-Wiebe parametric combustion compound used an analytical solution to compute the double-Wiebe parameters. These compounds were then integrated into the engine model in GT-Power through the multi-Wiebe combustion template in which the values of Wiebe parameters (single-Wiebe or double-Wiebe) were sensed via RLT-dependence. The parametric combustion models were validated by overlaying the simulated pressure trace from GT-Power on to experimentally measured pressure traces. A thermodynamic engine model was also developed to study the effect of fuel blends, engine geometries and operating conditions on both the burn durations and COV of gross IMEP simulation results.

IMPROVING STARTABILITY AND REDUCING EMISSIONS IN FLEXFUEL SPARK IGNITION DIRECT INJECTION VARIABLE CAM TIMING ENGINE

Experimental work and analysis was done to investigate engine startup robustness and emissions of a flex-fuel spark ignition (SI) direct injection (DI) engine. The vaporization and other characteristics of ethanol fuel blends present a challenge at engine startup. Strategies to reduce the enrichment requirements for the first engine startup cycle and emissions for the second and third fired cycle at 25°C ± 1°C engine and intake air temperature were investigated. Research work was conducted on a single cylinder SIDI engine with gasoline and E85 fuels, to study the effect on first fired cycle of engine startup. Piston configurations that included a compression ratio change (11 vs 15.5) and piston geometry change (flattop vs bowl) were tested, along with changes in intake cam timing (95,110,125) and fuel pressure (0.4 MPa vs 3 MPa). The goal was to replicate the engine speed, manifold pressure, fuel pressure and testing temperature from an engine startup trace for investigating the first fired cycle for the engine. Results showed bowl piston was able to enable lower equivalence ratio engine starts with gasoline fuel, while also showing lower IMEP at the same equivalence ratio compared to flat top piston. With E85, bowl piston showed reduced IMEP as compression ratio increased at the same equivalence ratio. A preference for constant intake valve timing across fuels seemed to indicate that flattop piston might be a good flex-fuel piston. Significant improvements were seen with higher CR bowl piston with high fuel pressure starts, but showed no improvement with low fuel pressures. Simulation work was conducted to analyze initial three cycles of engine startup in GT-POWER for the same set of hardware used in the experimentations. A steady state validated model was modified for startup conditions. The results of which allowed an understanding of the relative residual levels and IMEP at the test points in the cam phasing space. This allowed selecting additional test points that enable use of higher residual levels, eliminating those with smaller trapped mass incapable of producing required IMEP for proper engine turnover. The second phase of experimental testing results for 2nd and 3rd startup cycle revealed both E10 and E85 prefer the same SOI of 240°bTDC at second and third startup cycle for the flat top piston and high injection pressures. E85 fuel optimal cam timing for startup showed that it tolerates more residuals compared to E10 fuel. Higher internal residuals drives down the Ø requirement for both fuels up to their combustion stability limit, this is thought to be direct benefit to vaporization due to increased cycle start temperature. Benefits are shown for an advance IMOP and retarded EMOP strategy at engine startup. Overall the amount of residuals preferred by an engine for E10 fuel at startup is thought to be constant across engine speed, thus could enable easier selection of optimized cam positions across the startup speeds.

Benefici del long route EGR sulla riduzione dei consumi: studio di fattibilità su motore diesel automobilistico

L'EGR (Exhaust Gas Recirculation) è una tecnica comunemente sfruttata per la riduzione delle emissioni. In questo studio sono stati investigati i benefici, in termini di fuel economy, prodotti dall'aggiunta di un circuito EGR long route su un motore diesel per applicazioni automobilistiche dotato di sistema short route. L'indagine è stata svolta su di un modello motore su software GT-Power, adeguatamente calibrato e validato sui dati da piano quotato. Simulazioni sono state svolte al fine di valutare gli effetti del solo LP-EGR sul motore, per poi considerare un funzionamento combinato dai due sistemi di ricircolo (dual loop). Le maggiori portate che per il sistema long route interessano la turbina determinano un incremento nelle contropressioni. Ciò ha portato a considerare la possibilità di modificare il sistema turbo. Il layout originario comprendeva una turbina a geometria fissa (FGT), a cui ne sono stati affiancati due ulteriori con turbina a geometria variabile (VGT). I risultati sono stati analizzati vincolando la produzione di inquinanti ai valori registrati nei punti di calibrazione relativi al layout originale del motore. Effettivo risparmio di combustibile non è stato riscontrato nell'allestimento con turbina FGT a causa delle elevate contropressioni, mentre con turbine VGT è stata registrata una effettiva fuel economy grazie al sistema LP-EGR senza alcun deterioramento nelle emissioni di NOx e PM. I benefici riscontrati con il LP-EGR sono da attribure ad un incremento del rendimento indicato dovuto alla riduzione delle perdite per scambio termico a seguito di una minore temperatura caratterizzante i gas ricircolati.

Fat and thin adaptive HMM filters for vision based detection of moving targets

Computer vision is an attractive solution for uninhabited aerial vehicle (UAV) collision avoidance, due to the low weight, size and power requirements of hardware. A two-stage paradigm has emerged in the literature for detection and tracking of dim targets in images, comprising of spatial preprocessing, followed by temporal filtering. In this paper, we investigate a hidden Markov model (HMM) based temporal filtering approach. Specifically, we propose an adaptive HMM filter, in which the variance of model parameters is refined as the quality of the target estimate improves. Filters with high variance (fat filters) are used for target acquisition, and filters with low variance (thin filters) are used for target tracking. The adaptive filter is tested in simulation and with real data (video of a collision-course aircraft). Our test results demonstrate that our adaptive filtering approach has improved tracking performance, and provides an estimate of target heading not present in previous HMM filtering approaches.

A mathematical model for intermittent microwave convective (IMCD) drying of food materials

Intermittent microwave convective drying (IMCD) is an advanced technology that improves both energy efficiency and food quality in drying. Modelling of IMCD is essential to understand the physics of this advanced drying process and to optimize the microwave power level and intermittency during drying. However, there is still a lack of modelling studies dedicated to IMCD. In this study, a mathematical model for IMCD was developed and validated with experimental data. The model showed that the interior temperature of the material was higher than the surface in IMCD, and that the temperatures fluctuated and redistributed due to the intermittency of the microwave power. This redistribution of temperature could significantly contribute to the improvement of product quality during IMCD. Limitations when using Lambert's Law for microwave heat generation were identified and discussed.

The Problem of Implementation and its Relation to the Philosophy of Cognitive Science

According to certain arguments, computation is observer-relative either in the sense that many physical systems implement many computations (Hilary Putnam), or in the sense that almost all physical systems implement all computations (John Searle). If sound, these arguments have a potentially devastating consequence for the computational theory of mind: if arbitrary physical systems can be seen to implement arbitrary computations, the notion of computation seems to lose all explanatory power as far as brains and minds are concerned. David Chalmers and B. Jack Copeland have attempted to counter these relativist arguments by placing certain constraints on the definition of implementation. In this thesis, I examine their proposals and find both wanting in some respects. During the course of this examination, I give a formal definition of the class of combinatorial-state automata , upon which Chalmers s account of implementation is based. I show that this definition implies two theorems (one an observation due to Curtis Brown) concerning the computational power of combinatorial-state automata, theorems which speak against founding the theory of implementation upon this formalism. Toward the end of the thesis, I sketch a definition of the implementation of Turing machines in dynamical systems, and offer this as an alternative to Chalmers s and Copeland s accounts of implementation. I demonstrate that the definition does not imply Searle s claim for the universal implementation of computations. However, the definition may support claims that are weaker than Searle s, yet still troubling to the computationalist. There remains a kernel of relativity in implementation at any rate, since the interpretation of physical systems seems itself to be an observer-relative matter, to some degree at least. This observation helps clarify the role the notion of computation can play in cognitive science. Specifically, I will argue that the notion should be conceived as an instrumental rather than as a fundamental or foundational one.

Active vibration suppression of beams with discrete actuators using optimal dynamic inversion

Most of the structural elements like beams, cables etc. are flexible and should be modeled as distributed parameter systems (DPS) to represent the reality better. For large structures, the usual approach of 'modal representation' is not an accurate representation. Moreover, for excessive vibrations (possibly due to strong wind, earthquake etc.), external power source (controller) is needed to suppress it, as the natural damping of these structures is usually small. In this paper, we propose to use a recently developed optinial dynamic inversion technique to design a set of discrete controllers for this purpose. We assume that the control force to the structure is applied through finite number of actuators, which are located at predefined locations in the spatial domain. The method used in this paper determines control forces directly from the partial differential equation (PDE) model of the system. The formulation has better practical significance, both because it leads to a closed form solution of the controller (hence avoids computational issues) as well as because a set of discrete actuators along the spatial domain can be implemented with relative ease (as compared to a continuous actuator).