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.

Las implicaciones políticas de la relación China-América Latina: el Consenso Asiático como red de poder global y el caso brasileño (Tema Central)

This paper analyzes the People’s Republic of China economic and political ascendance in the 21st century, focusing on the evolution of its sui géneris economic development model and its significance for the relationship between China and the developing countries of the peripheral ‘Global South.’ The objective of this article is to analyze the relationship between China and Latin America in the 21st century, characterizing it as a new Center-periphery global power network based on trade and investment, which is often referred to as the ‘Asian Consensus’. The article will give special attention to the Brazilian case.

Caminhos que estruturam cidades: redes técnicas de transporte sobre trilhos e a conformação intra-urbana de Natal

The railroad, from 1870 and on, becomes an usual complaining in the press s and politician elite s speeches, especially because of Natal s geographic isolation. The implantation of two railroads in the capital territory Estrada de Ferro de Natal a Nova Cruz, afterwards part of Great Western Railway Company network, and Estrada de Ferro Central do Rio Grande do Norte had serious implications in the urban environment. While railroad s structures were already consolidated, other transportation mechanisms were being implanted in the first decades of the 20th century, such as trams lines, which, by the way, was a transport modal that also used rails as a dislocation meaning. Considering these questions, we may ask: how come railroads and tramways demands, roads and buildings had influenced the internal organization of Natal? We work with the general hypothesis that the influence of technical networks, composed by tramways and railroads, over Natal s urban space happened in a diversified way, sometimes consolidating social aspects in certain areas, sometimes improving the occupation of others. The impact over the city s territory also happens in a diversified way between the buildings/railroad s complexes and the pathways. The different scale of the train in comparison to the trams velocity, size, noise level, flow, among others is also a cause to the different consequences in urban environment. The main objective of this work is to understand the role of circulation technical networks in the construction process of urban space in Natal, as a way to contribute to the urban historiography about the subject. The time frame adopted, between 1881 and 1937, marks the time path of railroads and tramways in Rio Grande do Norte: 1881 is the year of railroad s first section inauguration from Natal to São José do Mipibu as well of the railroad complex in the Republic Square in Natal; the year of 1937 marks the beginning of tramways declination process in the city. At this time railroads and tramways had to face more intensively the competition of motor vehicles. The theory reference adopted is based on concepts and analysis of authors, such as Flávio Villaça and Roberto Lobato Corrêa references to the concepts of urban structure , localization and accessibility and Gabriel Dupuy to explain the concept of urban technical networks . These references reveal the conflict of different realities in the urban universe interests and values which is an important factor about the construction of urban space. The information sources used were from two distinctive natures: primary, journals of the time studied and official government reports, and secondary, based on other works about the subject. It was also used by this study iconographic source, especially images from the data base of the research group História da Cidade, do Território e do Urbanismo .

Provendo soluções de comunicação em ambientes industriais inóspitos via PLC - um estudo de caso aplicado a uma empilhadeira de bauxita da refinaria da Alunorte

Este trabalho tem como principal objetivo fazer um estudo sobre um sistema comunicação de dados, utilizando-se a rede elétrica existente entre equipamentos, como meio físico em um ambiente industrial inóspito. Nesse caso, foi implementado um piloto em uma refinaria de alumina, localizada em Barcarena no estado do Pará, em uma máquina móvel de empilhamento de bauxita, que possuía um sistema de comunicação de dados via rádio, no qual ocorriam muitas falhas de comunicação devido às interferências eletromagnéticas, RFI, etc. prejudicando o processo de produção da refinaria. Como alternativa, apresentar-se-á uma tecnologia menos susceptível a problema da interferência que permite melhorar o desempenho do sistema de comunicação entre equipamentos. Trata-se da tecnologia PLC - Power Line Communication- que é full-duplex e utiliza modulação OFDM, o que reduz o efeito indesejável de interferências. Na conclusão, foram feitos comentários pertinentes aos resultados obtidos e os esperados acerca da confiabilidade da tecnologia, bem como sua utilização para futuras aplicações, nas diversas áreas onde a mesma pode ser utilizada.

A produção de sentidos sobre incluir - excluir

A inclusão escolar é uma modalidade de ensino definida pelo discurso educacional como uma nova postura na escola regular no que se refere às ações que favoreçam a interação social e práticas heterogêneas que atendam às necessidades educacionais especiais de pessoas com “deficiência”. Este estudo situa esse movimento como uma construção social, negociada nas relações entre pessoas e que dão condições de possibilidade ao seu aparecimento, compreendendo as circunstâncias de sua constituição. Objetiva, por meio das práticas discursivas, compreender a noção de inclusão que professoras da educação básica de duas escolas públicas fazem circular em seus discursos engendrados em suas práticas pedagógicas do professor. Considera também as ressonâncias do encontro do discurso dessas professoras, suas contradições e rupturas com o discurso dos documentos públicos oficiais. Adota uma postura crítica e questionadora sobre as institucionalizações que se naturalizam no cotidiano, buscando nas práticas discursivas e produção de sentidos a possibilidade de compreender as maneiras pelas quais as pessoas instituem certas noções, versões que explicam o mundo e se posicionam em relações sociais produzindo acontecimentos no cotidiano. A investigação foi realizada em duas escolas públicas que atuam com o ensino fundamental e, em cada uma delas, foi realizada uma Roda de Conversa com quatro professoras que tinham em suas classes “pessoas portadoras de necessidades educacionais especiais”. Todo o conteúdo discursivo foi analisado usando como estratégia Mapas Dialógicos, que permitem visualizar a interanimação dialógica, o fluxo da conversação, a singularidade da produção de sentidos sobre a inclusão/exclusão nas escolas analisadas, evidenciando os efeitos do processo de implantação da educação inclusiva. Nos discursos das professoras, diferentemente do discurso oficial explicitado em documentos que define a inclusão escolar como uma modalidade educacional que busca avanços acadêmicos e a apropriação de conhecimentos, foi percebido que incluir significa, essencialmente, acolher a criança “portadora de necessidades educacionais especiais” socializando-a com as crianças ditas “normais”, estabelecem, assim, um outro objetivo para essas crianças na escola substituindo a meta de escolarizar. Esse sentido parece ser apontado como a única alternativa diante da dificuldade de assegurar competências acadêmicas, se inscrevendo como um discurso de reparação, que busca expiar uma dívida histórica pelos danos causados pela exclusão social. E ainda nesse posicionamento, o lugar da escola é questionado, pois se não desenvolve competências e habilidades necessárias para o desenvolvimento tanto maturacional como acadêmico das crianças “especiais”, não cumpre sua função social de educar, não realiza a inclusão. Dizem que na vida essas crianças aprendem e desenvolvem-se. Entende-se que a escola não é a vida, ou é a vida enclausurada. Concluem com isso que a escola mais exclui do que inclui. Dessa forma, a pesquisa apontou que a prática da educação inclusiva pode ser compreendida como negociações em redes de saberes e poderes que põem a funcionar as políticas públicas e propostas pedagógicas, como mecanismos de controle social.

A NS-2 simulation model for DNP3 protocol over IEEE 802.15.4 wireless protocol toward low cost simulation of Smart Grid applications

Faced with an imminent restructuring of the electric power system, over the past few years many countries have invested in a new paradigm known as Smart Grid. This paradigm targets optimization and automation of electric power network, using advanced information and communication technologies. Among the main communication protocols for Smart Grids we have the DNP3 protocol, which provides secure data transmission with moderate rates. The IEEE 802.15.4 is another communication protocol also widely used in Smart Grid, especially in the so-called Home Area Network (HAN). Thus, many applications of Smart Grid depends on the interaction of these two protocols. This paper proposes modeling, in the traditional network simulator NS-2, the integration of DNP3 protocol and the IEEE 802.15.4 wireless standard for low cost simulations of Smart Grid applications.

Tecniche di progettazione tollerante alle variazioni per circuiti digitali in tecnologie nanometriche

The digital electronic market development is founded on the continuous reduction of the transistors size, to reduce area, power, cost and increase the computational performance of integrated circuits. This trend, known as technology scaling, is approaching the nanometer size. The lithographic process in the manufacturing stage is increasing its uncertainty with the scaling down of the transistors size, resulting in a larger parameter variation in future technology generations. Furthermore, the exponential relationship between the leakage current and the threshold voltage, is limiting the threshold and supply voltages scaling, increasing the power density and creating local thermal issues, such as hot spots, thermal runaway and thermal cycles. In addiction, the introduction of new materials and the smaller devices dimension are reducing transistors robustness, that combined with high temperature and frequently thermal cycles, are speeding up wear out processes. Those effects are no longer addressable only at the process level. Consequently the deep sub-micron devices will require solutions which will imply several design levels, as system and logic, and new approaches called Design For Manufacturability (DFM) and Design For Reliability. The purpose of the above approaches is to bring in the early design stages the awareness of the device reliability and manufacturability, in order to introduce logic and system able to cope with the yield and reliability loss. The ITRS roadmap suggests the following research steps to integrate the design for manufacturability and reliability in the standard CAD automated design flow: i) The implementation of new analysis algorithms able to predict the system thermal behavior with the impact to the power and speed performances. ii) High level wear out models able to predict the mean time to failure of the system (MTTF). iii) Statistical performance analysis able to predict the impact of the process variation, both random and systematic. The new analysis tools have to be developed beside new logic and system strategies to cope with the future challenges, as for instance: i) Thermal management strategy that increase the reliability and life time of the devices acting to some tunable parameter,such as supply voltage or body bias. ii) Error detection logic able to interact with compensation techniques as Adaptive Supply Voltage ASV, Adaptive Body Bias ABB and error recovering, in order to increase yield and reliability. iii) architectures that are fundamentally resistant to variability, including locally asynchronous designs, redundancy, and error correcting signal encodings (ECC). The literature already features works addressing the prediction of the MTTF, papers focusing on thermal management in the general purpose chip, and publications on statistical performance analysis. In my Phd research activity, I investigated the need for thermal management in future embedded low-power Network On Chip (NoC) devices.I developed a thermal analysis library, that has been integrated in a NoC cycle accurate simulator and in a FPGA based NoC simulator. The results have shown that an accurate layout distribution can avoid the onset of hot-spot in a NoC chip. Furthermore the application of thermal management can reduce temperature and number of thermal cycles, increasing the systemreliability. Therefore the thesis advocates the need to integrate a thermal analysis in the first design stages for embedded NoC design. Later on, I focused my research in the development of statistical process variation analysis tool that is able to address both random and systematic variations. The tool was used to analyze the impact of self-timed asynchronous logic stages in an embedded microprocessor. As results we confirmed the capability of self-timed logic to increase the manufacturability and reliability. Furthermore we used the tool to investigate the suitability of low-swing techniques in the NoC system communication under process variations. In this case We discovered the superior robustness to systematic process variation of low-swing links, which shows a good response to compensation technique as ASV and ABB. Hence low-swing is a good alternative to the standard CMOS communication for power, speed, reliability and manufacturability. In summary my work proves the advantage of integrating a statistical process variation analysis tool in the first stages of the design flow.

Construcción y funcionamiento de una red de poder ego-centrada : La correspondencia de Juan Manuel de Rosas con los jueces de paz de la campaña bonaerense (1829-1852)

En este artículo, nos proponemos analizar la construcción y el funcionamiento de una red de poder ego-centrada, la de Juan Manuel de Rosas, durante el período de su primer (1829-1832) y segundo gobierno (1835-1852), a través de la correspondencia que mantuvo con los jueces de paz de la campaña bonaerense a través de sus edecanes. Esto nos pone, fundamentalmente, en contacto con el tema de la comunicación, la circulación de la información y la construcción de un espacio de relación política.

Biocombustibles en Argentina, Brasil y Colombia : Avances y limitaciones

Los biocombustibles introducen espacios agrícolas en la producción energética. Luego modifican la gobernanza de las redes energéticas y de los territorios productivos. Las principales críticas a los biocombustibles se dirigen a su producción a partir de cultivos tradicionales, pero interesa preguntarse también sobre la sostenibilidad de su producción a partir de cultivos alternativos, que no competirían con los cultivos alimentarios, puesto que se ubicarían en regiones agrícolas marginales. El texto trata sobre las producciones de biocombustibles de los países de América del Sur, en sus contextos internacionales, nacionales y locales. Se profundiza la mirada sobre Argentina, Brasil y Colombia, líderes continentales en el sector. Se analizan la evolución del mercado energético, los actores involucrados y las políticas implementadas. A otra escala, se plantea la puesta en marcha de las cadenas de biocombustibles alternativos.

Construcción y funcionamiento de una red de poder ego-centrada : La correspondencia de Juan Manuel de Rosas con los jueces de paz de la campaña bonaerense (1829-1852)

En este artículo, nos proponemos analizar la construcción y el funcionamiento de una red de poder ego-centrada, la de Juan Manuel de Rosas, durante el período de su primer (1829-1832) y segundo gobierno (1835-1852), a través de la correspondencia que mantuvo con los jueces de paz de la campaña bonaerense a través de sus edecanes. Esto nos pone, fundamentalmente, en contacto con el tema de la comunicación, la circulación de la información y la construcción de un espacio de relación política.

Biocombustibles en Argentina, Brasil y Colombia : Avances y limitaciones

Los biocombustibles introducen espacios agrícolas en la producción energética. Luego modifican la gobernanza de las redes energéticas y de los territorios productivos. Las principales críticas a los biocombustibles se dirigen a su producción a partir de cultivos tradicionales, pero interesa preguntarse también sobre la sostenibilidad de su producción a partir de cultivos alternativos, que no competirían con los cultivos alimentarios, puesto que se ubicarían en regiones agrícolas marginales. El texto trata sobre las producciones de biocombustibles de los países de América del Sur, en sus contextos internacionales, nacionales y locales. Se profundiza la mirada sobre Argentina, Brasil y Colombia, líderes continentales en el sector. Se analizan la evolución del mercado energético, los actores involucrados y las políticas implementadas. A otra escala, se plantea la puesta en marcha de las cadenas de biocombustibles alternativos.

Construcción y funcionamiento de una red de poder ego-centrada : La correspondencia de Juan Manuel de Rosas con los jueces de paz de la campaña bonaerense (1829-1852)

En este artículo, nos proponemos analizar la construcción y el funcionamiento de una red de poder ego-centrada, la de Juan Manuel de Rosas, durante el período de su primer (1829-1832) y segundo gobierno (1835-1852), a través de la correspondencia que mantuvo con los jueces de paz de la campaña bonaerense a través de sus edecanes. Esto nos pone, fundamentalmente, en contacto con el tema de la comunicación, la circulación de la información y la construcción de un espacio de relación política.

Biocombustibles en Argentina, Brasil y Colombia : Avances y limitaciones

Los biocombustibles introducen espacios agrícolas en la producción energética. Luego modifican la gobernanza de las redes energéticas y de los territorios productivos. Las principales críticas a los biocombustibles se dirigen a su producción a partir de cultivos tradicionales, pero interesa preguntarse también sobre la sostenibilidad de su producción a partir de cultivos alternativos, que no competirían con los cultivos alimentarios, puesto que se ubicarían en regiones agrícolas marginales. El texto trata sobre las producciones de biocombustibles de los países de América del Sur, en sus contextos internacionales, nacionales y locales. Se profundiza la mirada sobre Argentina, Brasil y Colombia, líderes continentales en el sector. Se analizan la evolución del mercado energético, los actores involucrados y las políticas implementadas. A otra escala, se plantea la puesta en marcha de las cadenas de biocombustibles alternativos.

Time domain passivity control for delayed teleoperation

La telepesencia combina diferentes modalidades sensoriales, incluyendo, entre otras, la visual y la del tacto, para producir una sensación de presencia remota en el operador. Un elemento clave en la implementación de sistemas de telepresencia para permitir una telemanipulación del entorno remoto es el retorno de fuerza. Durante una telemanipulación, la energía mecánica es transferida entre el operador humano y el entorno remoto. En general, la energía es una propiedad de los objetos físicos, fundamental en su mutual interacción. En esta interacción, la energía se puede transmitir entre los objetos, puede cambiar de forma pero no puede crearse ni destruirse. En esta tesis, se aplica este principio fundamental para derivar un nuevo método de control bilateral que permite el diseño de sistemas de teleoperación estables para cualquier arquitectura concebible. El razonamiento parte del hecho de que la energía mecánica insertada por el operador humano en el sistema debe transferirse hacia el entorno remoto y viceversa. Tal como se verá, el uso de la energía como variable de control permite un tratamiento más general del sistema que el control convencional basado en variables específicas del sistema. Mediante el concepto de Red de Potencia de Retardo Temporal (RPRT), el problema de definir los flujos de energía en un sistema de teleoperación es solucionado con independencia de la arquitectura de comunicación. Como se verá, los retardos temporales son la principal causa de generación de energía virtual. Este hecho se observa con retardos a partir de 1 milisegundo. Esta energía virtual es añadida al sistema de forma intrínseca y representa la causa principal de inestabilidad. Se demuestra que las RPRTs son transportadoras de la energía deseada intercambiada entre maestro y esclavo pero a la vez generadoras de energía virtual debido al retardo temporal. Una vez estas redes son identificadas, el método de Control de Pasividad en el Dominio Temporal para RPRTs se propone como mecanismo de control para asegurar la pasividad del sistema, y as__ la estabilidad. El método se basa en el simple hecho de que esta energía virtual debido al retardo debe transformarse en disipación. As__ el sistema se aproxima al sistema deseado, donde solo la energía insertada desde un extremo es transferida hacia el otro. El sistema resultante presenta dos cualidades: por un lado la estabilidad del sistema queda garantizada con independencia de la arquitectura del sistema y del canal de comunicación; por el otro, el rendimiento es maximizado en términos de fidelidad de transmisión energética. Los métodos propuestos se sustentan con sistemas experimentales con diferentes arquitecturas de control y retardos entre 2 y 900 ms. La tesis concluye con un experimento que incluye una comunicación espacial basada en el satélite geoestacionario ASTRA. ABSTRACT Telepresence combines different sensorial modalities, including vision and touch, to produce a feeling of being present in a remote location. The key element to successfully implement a telepresence system and thus to allow telemanipulation of a remote environment is force feedback. In a telemanipulation, mechanical energy must convey from the human operator to the manipulated object found in the remote environment. In general, energy is a property of all physical objects, fundamental to their mutual interactions in which the energy can be transferred among the objects and can change form but cannot be created or destroyed. In this thesis, we exploit this fundamental principle to derive a novel bilateral control mechanism that allows designing stable teleoperation systems with any conceivable communication architecture. The rationale starts from the fact that the mechanical energy injected by a human operator into the system must be conveyed to the remote environment and Vice Versa. As will be seen, setting energy as the control variable allows a more general treatment of the controlled system in contrast to the more conventional control of specific systems variables. Through the Time Delay Power Network (TDPN) concept, the issue of defining the energy flows involved in a teleoperation system is solved with independence of the communication architecture. In particular, communication time delays are found to be a source of virtual energy. This fact is observed with delays starting from 1 millisecond. Since this energy is added, the resulting teleoperation system can be non-passive and thus become unstable. The Time Delay Power Networks are found to be carriers of the desired exchanged energy but also generators of virtual energy due to the time delay. Once these networks are identified, the Time Domain Passivity Control approach for TDPNs is proposed as a control mechanism to ensure system passivity and therefore, system stability. The proposed method is based on the simple fact that this intrinsically added energy due to the communication must be transformed into dissipation. Then the system becomes closer to the ambitioned one, where only the energy injected from one end of the system is conveyed to the other one. The resulting system presents two benefits: On one hand, system stability is guaranteed through passivity independently from the chosen control architecture and communication channel; on the other, performance is maximized in terms of energy transfer faithfulness. The proposed methods are sustained with a set of experimental implementations using different control architectures and communication delays ranging from 2 to 900 milliseconds. An experiment that includes a communication Space link based on the geostationary satellite ASTRA concludes this thesis.

Optimización multiobjetivo inteligente del dimensionamiento energético en sistemas ferroviarios señalizados y en plataformas software de tiempo real

La capacidad de transporte es uno de los baremos fundamentales para evaluar la progresión que puede llegar a tener un área económica y social. Es un sector de elevada importancia para la sociedad actual. Englobado en los distintos tipos de transporte, uno de los medios de transporte que se encuentra más en alza en la actualidad, es el ferroviario. Tanto para movilidad de pasajeros como para mercancías, el tren se ha convertido en un medio de transporte muy útil. Se encuentra dentro de las ciudades, entre ciudades con un radio pequeño entre ellas e incluso cada vez más, gracias a la alta velocidad, entre ciudades con gran distancia entre ellas. Esta Tesis pretende ayudar en el diseño de una de las etapas más importantes de los Proyectos de instalación de un sistema ferroviario: el sistema eléctrico de tracción. La fase de diseño de un sistema eléctrico de tracción ferroviaria se enfrenta a muchas dudas que deben ser resueltas con precisión. Del éxito de esta fase dependerá la capacidad de afrontar las demandas de energía de la explotación ferroviaria. También se debe atender a los costes de instalación y de operación, tanto costes directos como indirectos. Con la Metodología que se presenta en esta Tesis se ofrecerá al diseñador la opción de manejar un sistema experto que como soluciones le plantee un conjunto de escenarios de sistemas eléctricos correctos, comprobados por resolución de modelos de ecuaciones. Correctos desde el punto de vista de validez de distintos parámetros eléctrico, como de costes presupuestarios e impacto de costes indirectos. Por tanto, el diseñador al haber hecho uso de esta Metodología, tendría en un espacio de tiempo relativamente corto, un conjunto de soluciones factibles con las que poder elegir cuál convendría más según sus intereses finales. Esta Tesis se ha desarrollado en una vía de investigación integrada dentro del Centro de Investigaciones Ferroviarias CITEF-UPM. Entre otros proyectos y vías de investigación, en CITEF se ha venido trabajando en estudios de validación y dimensionamiento de sistemas eléctricos ferroviarios con diversos y variados clientes y sistemas ferroviarios. A lo largo de los proyectos realizados, el interés siempre ha girado mayoritariamente sobre los siguientes parámetros del sistema eléctrico: - Calcular número y posición de subestaciones de tracción. Potencia de cada subestación. - Tipo de catenaria a lo largo del recorrido. Conductores que componen la catenaria. Características. - Calcular número y posición de autotransformadores para sistemas funcionando en alterna bitensión o 2x25kV. - Posición Zonas Neutras. - Validación según normativa de: o Caídas de tensión en la línea o Tensiones máximas en el retorno de la línea o Sobrecalentamiento de conductores o Sobrecalentamiento de los transformadores de las subestaciones de tracción La idea es que las soluciones aportadas por la Metodología sugieran escenarios donde de estos parámetros estén dentro de los límites que marca la normativa. Tener la posibilidad de tener un repositorio de posibles escenarios donde los parámetros y elementos eléctricos estén calculados como correctos, aporta un avance en tiempos y en pruebas, que mejoraría ostensiblemente el proceso habitual de diseño para los sistemas eléctricos ferroviarios. Los costes directos referidos a elementos como subestaciones de tracción, autotransformadores, zonas neutras, ocupan un gran volumen dentro del presupuesto de un sistema ferroviario. En esta Tesis se ha querido profundizar también en el efecto de los costes indirectos provocados en la instalación y operación de sistemas eléctricos. Aquellos derivados del impacto medioambiental, los costes que se generan al mantener los equipos eléctricos y la instalación de la catenaria, los costes que implican la conexión entre las subestaciones de tracción con la red general o de distribución y por último, los costes de instalación propios de cada elemento compondrían los costes indirectos que, según experiencia, se han pensado relevantes para ejercer un cierto control sobre ellos. La Metodología cubrirá la posibilidad de que los diseños eléctricos propuestos tengan en cuenta variaciones de coste inasumibles o directamente, proponer en igualdad de condiciones de parámetros eléctricos, los más baratos en función de los costes comentados. Analizando los costes directos e indirectos, se ha pensado dividir su impacto entre los que se computan en la instalación y los que suceden posteriormente, durante la operación de la línea ferroviaria. Estos costes normalmente suelen ser contrapuestos, cuánto mejor es uno peor suele ser el otro y viceversa, por lo que hace falta un sistema que trate ambos objetivos por separado. Para conseguir los objetivos comentados, se ha construido la Metodología sobre tres pilares básicos: - Simulador ferroviario Hamlet: Este simulador integra módulos para construir esquemas de vías ferroviarios completos; módulo de simulación mecánica y de la tracción de material rodante; módulo de señalización ferroviaria; módulo de sistema eléctrico. Software realizado en C++ y Matlab. - Análisis y estudio de cómo focalizar los distintos posibles escenarios eléctricos, para que puedan ser examinados rápidamente. Pico de demanda máxima de potencia por el tráfico ferroviario. - Algoritmos de optimización: A partir de un estudio de los posibles algoritmos adaptables a un sistema tan complejo como el que se plantea, se decidió que los algoritmos genéticos serían los elegidos. Se han escogido 3 algoritmos genéticos, permitiendo recabar información acerca del comportamiento y resultados de cada uno de ellos. Los elegidos por motivos de tiempos de respuesta, multiobjetividad, facilidad de adaptación y buena y amplia aplicación en proyectos de ingeniería fueron: NSGA-II, AMGA-II y ɛ-MOEA. - Diseño de funciones y modelo preparado para trabajar con los costes directos e indirectos y las restricciones básicas que los escenarios eléctricos no deberían violar. Estas restricciones vigilan el comportamiento eléctrico y la estabilidad presupuestaria. Las pruebas realizadas utilizando el sistema han tratado o bien de copiar situaciones que se puedan dar en la realidad o directamente sistemas y problemas reales. Esto ha proporcionado además de la posibilidad de validar la Metodología, también se ha posibilitado la comparación entre los algoritmos genéticos, comparar sistemas eléctricos escogidos con los reales y llegar a conclusiones muy satisfactorias. La Metodología sugiere una vía de trabajo muy interesante, tanto por los resultados ya obtenidos como por las oportunidades que puede llegar a crear con la evolución de la misma. Esta Tesis se ha desarrollado con esta idea, por lo que se espera pueda servir como otro factor para trabajar con la validación y diseño de sistemas eléctricos ferroviarios. ABSTRACT Transport capacity is one of the critical points to evaluate the progress than a specific social and economical area is able to reach. This is a sector of high significance for the actual society. Included inside the most common types of transport, one of the means of transport which is elevating its use nowadays is the railway. Such as for passenger transport of weight movements, the train is being consolidated like a very useful mean of transport. Railways are installed in many geography areas. Everyone know train in cities, or connecting cities inside a surrounding area or even more often, taking into account the high-speed, there are railways infrastructure between cities separated with a long distance. This Ph.D work aims to help in the process to design one of the most essential steps in Installation Projects belonging to a railway system: Power Supply System. Design step of the railway power supply, usually confronts to several doubts and uncertainties, which must be solved with high accuracy. Capacity to supply power to the railway traffic depends on the success of this step. On the other hand is very important to manage the direct and indirect costs derived from Installation and Operation. With the Methodology is presented in this Thesis, it will be offered to the designer the possibility to handle an expert system that finally will fill a set of possible solutions. These solutions must be ready to work properly in the railway system, and they were tested using complex equation models. This Thesis has been developed through a research way, integrated inside Citef (Railway Research Centre of Technical University of Madrid). Among other projects and research ways, in Citef has been working in several validation studies and dimensioning of railway power supplies. It is been working by a large range of clients and railways systems. Along the accomplished Projects, the main goal has been rounded mostly about the next list of parameters of the electrical system: - Calculating number and location of traction substations. Power of each substation. - Type of Overhead contact line or catenary through the railway line. The wires which set up the catenary. Main Characteristics. - Calculating number and position of autotransformers for systems working in alternating current bi-voltage of called 2x25 kV. - Location of Neutral Zones. - Validating upon regulation of: o Drop voltages along the line o Maximum return voltages in the line o Overheating/overcurrent of the wires of the catenary o Avoiding overheating in the transformers of the traction substations. Main objective is that the solutions given by the Methodology, could be suggest scenarios where all of these parameters from above, would be between the limits established in the regulation. Having the choice to achieve a repository of possible good scenarios, where the parameters and electrical elements will be assigned like ready to work, that gives a great advance in terms of times and avoiding several tests. All of this would improve evidently the regular railway electrical systems process design. Direct costs referred to elements like traction substations, autotransformers, neutral zones, usually take up a great volume inside the general budget in railway systems. In this Thesis has been thought to bear in mind another kind of costs related to railway systems, also called indirect costs. These could be enveloped by those enmarked during installation and operation of electrical systems. Those derived from environmental impact; costs generated during the maintenance of the electrical elements and catenary; costs involved in the connection between traction substations and general electric grid; finally costs linked with the own installation of the whole electrical elements needed for the correct performance of the railway system. These are integrated inside the set has been collected taking into account own experience and research works. They are relevant to be controlled for our Methodology, just in case for the designers of this type of systems. The Methodology will cover the possibility that the final proposed power supply systems will be hold non-acceptable variations of costs, comparing with initial expected budgets, or directly assuming a threshold of budget for electrical elements in actual scenario, and achieving the cheapest in terms of commented costs from above. Analyzing direct and indirect costs, has been thought to divide their impact between two main categories. First one will be inside the Installation and the other category will comply with the costs often happens during Railway Operation time. These costs normally are opposed, that means when one is better the other turn into worse, in costs meaning. For this reason is necessary treating both objectives separately, in order to evaluate correctly the impact of each one into the final system. The objectives detailed before build the Methodology under three basic pillars: - Railway simulator Hamlet: This software has modules to configure many railway type of lines; mechanical and traction module to simulate the movement of rolling stock; signaling module; power supply module. This software has been developed using C++ and Matlab R13a - Previously has been mandatory to study how would be possible to work properly with a great number of feasible electrical systems. The target comprised the quick examination of these set of scenarios in terms of time. This point is talking about Maximum power demand peaks by railway operation plans. - Optimization algorithms. A railway infrastructure is a very complex system. At the beginning it was necessary to search about techniques and optimization algorithms, which could be adaptable to this complex system. Finally three genetic multiobjective algorithms were the chosen. Final decision was taken attending to reasons such as time complexity, able to multiobjective, easy to integrate in our problem and with a large application in engineering tasks. They are: NSGA-II, AMGA-II and ɛ-MOEA. - Designing objectives functions and equation model ready to work with the direct and indirect costs. The basic restrictions are not able to avoid, like budgetary or electrical, connected hardly with the recommended performance of elements, catenary and safety in a electrical railway systems. The battery of tests launched to the Methodology has been designed to be as real as possible. In fact, due to our work in Citef and with real Projects, has been integrated and configured three real railway lines, in order to evaluate correctly the final results collected by the Methodology. Another topic of our tests has been the comparison between the performances of the three algorithms chosen. Final step has been the comparison again with different possible good solutions, it means power supply system designs, provided by the Methodology, testing the validity of them. Once this work has been finished, the conclusions have been very satisfactory. Therefore this Thesis suggest a very interesting way of research and work, in terms of the results obtained and for the future opportunities can be created with the evolution of this. This Thesis has been developed with this idea in mind, so is expected this work could adhere another factor to work in the difficult task of validation and design of railway power supply systems.