Automatic diagnosis of voltage disturbances in power distribution networks

This thesis proposes a framework for identifying the root-cause of a voltage disturbance, as well as, its source location (upstream/downstream) from the monitoring place. The framework works with three-phase voltage and current waveforms collected in radial distribution networks without distributed generation. Real-world and synthetic waveforms are used to test it. The framework involves features that are conceived based on electrical principles, and assuming some hypothesis on the analyzed phenomena. Features considered are based on waveforms and timestamp information. Multivariate analysis of variance and rule induction algorithms are applied to assess the amount of meaningful information explained by each feature, according to the root-cause of the disturbance and its source location. The obtained classification rates show that the proposed framework could be used for automatic diagnosis of voltage disturbances collected in radial distribution networks. Furthermore, the diagnostic results can be subsequently used for supporting power network operation, maintenance and planning.

Response of the benthic macroinvertebrate community to a point source in La Tordera stream (Catalonia, NE Spain)

Vam monitoritzar paràmetres físics i químics, macroinvertebrats bentònics, clorofil·la a, productors primaris i matèria orgànica durant un any (2001-2002) per examinar els efectes d'una font puntual sobre la composició taxonòmica, la estructura de la comunitat, l'organització funcional, la utilització de l'habitat i la estoquiometria al riu la Tordera (Catalunya). Aigües avall de la font puntual, concentració de nutrients, cabal i conductivitat eren majors que al tram d'aigües amunt, mentre que oxigen dissolt era menor. La densitat de macroinvertebrats era més elevada al tram d'aigües avall però la biomassa era similar als dos trams. La riquesa taxonòmica al tram de dalt era un 20% més alt que al tram de baix. Els anàlisis d'ordenació separen clarament els dos trams en el primer eix, mentre que els dos trams presentaven una pauta temporal similar en el segon eix. La similaritat entre els dos trams en composició taxonòmica, densitats i biomasses després de les crescudes d'abril i maig de 2002, indiquen que les pertorbacions del cabal poden actuar com a un mecanisme de reinici de la comunitat bentònica i jugar un paper important per a la restauració d'ecosistemes fluvials. Els dos trams presentaven una biomassa de perifiton, plantes vasculars, CPOM i FPOM similars, mentre que clorofil·la a, algues filamentoses, molses i SPOM eren majors al tram d'aigües avall. La densitat relativa de trituradors era menor sota la font puntual mentre que col·lectors i filtradors van ser afavorits. La biomassa relativa de trituradors també era menor sota la font puntual, però la biomassa de col·lectors i depredadors va augmentar. Les relacions entre densitat de grups tròfics i els seus recursos eren rarament significatives. La relació s'explicava millor amb la biomassa de macroinvertebrats. Els dos trams compartien la mateixa relació per raspadors, col·lectors i filtradors però no per trituradors i depredadors. La densitat i la biomassa de macroinvertebrats es trobaven positivament correlacionades amb la quantitat de recursos tròfics i la complexitat d'habitat, mentre que la riquesa taxonòmica es trobava negativament relacionada amb paràmetres hidràulics. La influència dels substrats inorgànics prenia menor rellevància per a la distribució dels macroinvertebrats. Els anàlisis d'ordenació mostren com les variables del microhabitat de major rellevància eren CPOM, clorofil·la a, algues filamentoses i velocitat. La cobertura de sorra només era significativa per al tram d'aigües amunt i les molses, al d'aigües avall. El número de correlacions significatives entre macroinvertebrats i les variables del microhabitat era més elevat per al tram de dalt que per al de baix, bàsicament per diferències en composició taxonòmica. La biomassa de macroinvertebrats va aportar una informació semblant a la obtinguda per la densitat. Perifiton i molses tenien uns continguts de nutrients similars en els dos trams. Els %C i %N d'algues filamentoses també eren similars en els dos trams però el %P sota la font puntual era el doble que al tram de dalt. Les relacions estoquiomètriques en CPOM, FPOM i SPOM eren considerablement menors sota la font puntual. Els continguts elementals i relacions van ser molt variables entre taxons de macroinvertebrats però no van resultar significativament diferents entre els dos trams. Dípters, tricòpters i efemeròpters presentaven una estoquiometria similar, mentre que el C i el N eren inferiors en moluscs i el P en coleòpters. Els depredadors presentaven un contingut en C i N més elevat que la resta de grups tròfics, mentre que el P era major en els filtradors. Els desequilibris elementals entre consumidors i recursos eren menors en el tram d'aigües avall. A la tardor i l'hivern la major font de nutrients va ser la BOM mentre que a la primavera i a l'estiu va ser el perifiton.

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.

Multi-objective optimization scheme for static and dynamic multicast flows

Muchas de las nuevas aplicaciones emergentes de Internet tales como TV sobre Internet, Radio sobre Internet,Video Streamming multi-punto, entre otras, necesitan los siguientes requerimientos de recursos: ancho de banda consumido, retardo extremo-a-extremo, tasa de paquetes perdidos, etc. Por lo anterior, es necesario formular una propuesta que especifique y provea para este tipo de aplicaciones los recursos necesarios para su buen funcionamiento. En esta tesis, proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo a través del uso de diferentes árboles de distribución para muchos flujos multicast. En este caso, estamos usando la aproximación de múltiples caminos para cada nodo egreso y de esta forma obtener la aproximación de múltiples árboles y a través de esta forma crear diferentes árboles multicast. Sin embargo, nuestra propuesta resuelve la fracción de la división del tráfico a través de múltiples árboles. La propuesta puede ser aplicada en redes MPLS estableciendo rutas explícitas en eventos multicast. En primera instancia, el objetivo es combinar los siguientes objetivos ponderados dentro de una métrica agregada: máxima utilización de los enlaces, cantidad de saltos, el ancho de banda total consumido y el retardo total extremo-a-extremo. Nosotros hemos formulado esta función multi-objetivo (modelo MHDB-S) y los resultados obtenidos muestran que varios objetivos ponderados son reducidos y la máxima utilización de los enlaces es minimizada. El problema es NP-duro, por lo tanto, un algoritmo es propuesto para optimizar los diferentes objetivos. El comportamiento que obtuvimos usando este algoritmo es similar al que obtuvimos con el modelo. Normalmente, durante la transmisión multicast los nodos egresos pueden salir o entrar del árbol y por esta razón en esta tesis proponemos un esquema de ingeniería de tráfico multi-objetivo usando diferentes árboles para grupos multicast dinámicos. (en el cual los nodos egresos pueden cambiar durante el tiempo de vida de la conexión). Si un árbol multicast es recomputado desde el principio, esto podría consumir un tiempo considerable de CPU y además todas las comuicaciones que están usando el árbol multicast serán temporalmente interrumpida. Para aliviar estos inconvenientes, proponemos un modelo de optimización (modelo dinámico MHDB-D) que utilice los árboles multicast previamente computados (modelo estático MHDB-S) adicionando nuevos nodos egreso. Usando el método de la suma ponderada para resolver el modelo analítico, no necesariamente es correcto, porque es posible tener un espacio de solución no convexo y por esta razón algunas soluciones pueden no ser encontradas. Adicionalmente, otros tipos de objetivos fueron encontrados en diferentes trabajos de investigación. Por las razones mencionadas anteriormente, un nuevo modelo llamado GMM es propuesto y para dar solución a este problema un nuevo algoritmo usando Algoritmos Evolutivos Multi-Objetivos es propuesto. Este algoritmo esta inspirado por el algoritmo Strength Pareto Evolutionary Algorithm (SPEA). Para dar una solución al caso dinámico con este modelo generalizado, nosotros hemos propuesto un nuevo modelo dinámico y una solución computacional usando Breadth First Search (BFS) probabilístico. Finalmente, para evaluar nuestro esquema de optimización propuesto, ejecutamos diferentes pruebas y simulaciones. Las principales contribuciones de esta tesis son la taxonomía, los modelos de optimización multi-objetivo para los casos estático y dinámico en transmisiones multicast (MHDB-S y MHDB-D), los algoritmos para dar solución computacional a los modelos. Finalmente, los modelos generalizados también para los casos estático y dinámico (GMM y GMM Dinámico) y las propuestas computacionales para dar slución usando MOEA y BFS probabilístico.

Low cost eye tracking for human-machine interfacing

One of the main challenges for developers of new human-computer interfaces is to provide a more natural way of interacting with computer systems, avoiding excessive use of hand and finger movements. In this way, also a valuable alternative communication pathway is provided to people suffering from motor disabilities. This paper describes the construction of a low cost eye tracker using a fixed head setup. Therefore a webcam, laptop and an infrared lighting source were used together with a simple frame to fix the head of the user. Furthermore, detailed information on the various image processing techniques used for filtering the centre of the pupil and different methods to calculate the point of gaze are discussed. An overall accuracy of 1.5 degrees was obtained while keeping the hardware cost of the device below 100 euros.

Memory and power : two movements

The institutions that work with the preservation and diffusion of cultural heritage - be them archive, libraries, museums, art galleries or cultural centres - present a certain discourse about reality. To understand this discourse, composed by sound and silence, by fullness and emptiness, by presence and absence, by remembrance and forgetting, an operation is implied, not only with the enunciation of speech and its gaps, but also the comprehension of that which causes to speak, of who is speaking and of the point whence one speaks. Preservation and destruction, or, in another way, conservation and loss, walk hand in hand in the arteries of life. As suggested by Nietzsche (1999, p.273), it is impossible to live without loss, it is entirely impossible to live avoiding destruction to play its game and drive the dynamics of life on. However, by means of a kind of tautological argument, one often justifies preservation by the imminence of loss and memory by the threat of forgetting. Thus, one ceases to consider that the game and the rules of the game between forgetting and memory are not fed by themselves and that preservation and destruction are not opposed in a deadly duel, but instead they complement one another and are always at the service of subjects that build themselves and are built through social practices. To indicate that memories and forgettings can be sown and cultivated corroborates the importance of working towards the denaturalisation of these concepts and towards the understanding that they result from a construction process also involving other forces, such as: power. Power is a sower, a promoter of memories and forgettings.

The point source method for inverse scattering in the time domain

Many recent inverse scattering techniques have been designed for single frequency scattered fields in the frequency domain. In practice, however, the data is collected in the time domain. Frequency domain inverse scattering algorithms obviously apply to time-harmonic scattering, or nearly time-harmonic scattering, through application of the Fourier transform. Fourier transform techniques can also be applied to non-time-harmonic scattering from pulses. Our goal here is twofold: first, to establish conditions on the time-dependent waves that provide a correspondence between time domain and frequency domain inverse scattering via Fourier transforms without recourse to the conventional limiting amplitude principle; secondly, we apply the analysis in the first part of this work toward the extension of a particular scattering technique, namely the point source method, to scattering from the requisite pulses. Numerical examples illustrate the method and suggest that reconstructions from admissible pulses deliver superior reconstructions compared to straight averaging of multi-frequency data. Copyright (C) 2006 John Wiley & Sons, Ltd.

The point-source method for 3D reconstructions for the Helmholtz and Maxwell equations

We use the point-source method (PSM) to reconstruct a scattered field from its associated far field pattern. The reconstruction scheme is described and numerical results are presented for three-dimensional acoustic and electromagnetic scattering problems. We give new proofs of the algorithms, based on the Green and Stratton-Chu formulae, which are more general than with the former use of the reciprocity relation. This allows us to handle the case of limited aperture data and arbitrary incident fields. Both for 3D acoustics and electromagnetics, numerical reconstructions of the field for different settings and with noisy data are shown. For shape reconstruction in acoustics, we develop an appropriate strategy to identify areas with good reconstruction quality and combine different such regions into one joint function. Then, we show how shapes of unknown sound-soft scatterers are found as level curves of the total reconstructed field.

Systolic random number generation for genetic algorithms

A parallel hardware random number generator for use with a VLSI genetic algorithm processing device is proposed. The design uses an systolic array of mixed congruential random number generators. The generators are constantly reseeded with the outputs of the proceeding generators to avoid significant biasing of the randomness of the array which would result in longer times for the algorithm to converge to a solution. 1 Introduction In recent years there has been a growing interest in developing hardware genetic algorithm devices [1, 2, 3]. A genetic algorithm (GA) is a stochastic search and optimization technique which attempts to capture the power of natural selection by evolving a population of candidate solutions by a process of selection and reproduction [4]. In keeping with the evolutionary analogy, the solutions are called chromosomes with each chromosome containing a number of genes. Chromosomes are commonly simple binary strings, the bits being the genes.

Point estimates and confidence regions for sequential trials involving selection

A number of authors have proposed clinical trial designs involving the comparison of several experimental treatments with a control treatment in two or more stages. At the end of the first stage, the most promising experimental treatment is selected, and all other experimental treatments are dropped from the trial. Provided it is good enough, the selected experimental treatment is then compared with the control treatment in one or more subsequent stages. The analysis of data from such a trial is problematic because of the treatment selection and the possibility of stopping at interim analyses. These aspects lead to bias in the maximum-likelihood estimate of the advantage of the selected experimental treatment over the control and to inaccurate coverage for the associated confidence interval. In this paper, we evaluate the bias of the maximum-likelihood estimate and propose a bias-adjusted estimate. We also propose an approach to the construction of a confidence region for the vector of advantages of the experimental treatments over the control based on an ordering of the sample space. These regions are shown to have accurate coverage, although they are also shown to be necessarily unbounded. Confidence intervals for the advantage of the selected treatment are obtained from the confidence regions and are shown to have more accurate coverage than the standard confidence interval based upon the maximum-likelihood estimate and its asymptotic standard error.

Asymptotic normality in mixtures of power series distributions

The problem of estimating the individual probabilities of a discrete distribution is considered. The true distribution of the independent observations is a mixture of a family of power series distributions. First, we ensure identifiability of the mixing distribution assuming mild conditions. Next, the mixing distribution is estimated by non-parametric maximum likelihood and an estimator for individual probabilities is obtained from the corresponding marginal mixture density. We establish asymptotic normality for the estimator of individual probabilities by showing that, under certain conditions, the difference between this estimator and the empirical proportions is asymptotically negligible. Our framework includes Poisson, negative binomial and logarithmic series as well as binomial mixture models. Simulations highlight the benefit in achieving normality when using the proposed marginal mixture density approach instead of the empirical one, especially for small sample sizes and/or when interest is in the tail areas. A real data example is given to illustrate the use of the methodology.

A practical approach to a multi-level analysis with a sparse binary outcome within a large surgical trial

Objectives: To assess the potential source of variation that surgeon may add to patient outcome in a clinical trial of surgical procedures. Methods: Two large (n = 1380) parallel multicentre randomized surgical trials were undertaken to compare laparoscopically assisted hysterectomy with conventional methods of abdominal and vaginal hysterectomy; involving 43 surgeons. The primary end point of the trial was the occurrence of at least one major complication. Patients were nested within surgeons giving the data set a hierarchical structure. A total of 10% of patients had at least one major complication, that is, a sparse binary outcome variable. A linear mixed logistic regression model (with logit link function) was used to model the probability of a major complication, with surgeon fitted as a random effect. Models were fitted using the method of maximum likelihood in SAS((R)). Results: There were many convergence problems. These were resolved using a variety of approaches including; treating all effects as fixed for the initial model building; modelling the variance of a parameter on a logarithmic scale and centring of continuous covariates. The initial model building process indicated no significant 'type of operation' across surgeon interaction effect in either trial, the 'type of operation' term was highly significant in the abdominal trial, and the 'surgeon' term was not significant in either trial. Conclusions: The analysis did not find a surgeon effect but it is difficult to conclude that there was not a difference between surgeons. The statistical test may have lacked sufficient power, the variance estimates were small with large standard errors, indicating that the precision of the variance estimates may be questionable.

Eye-tracking for avatar eye-gaze and interactional analysis in immersive collaborative virtual environments

Participants' eye-gaze is generally not captured or represented in immersive collaborative virtual environment (ICVE) systems. We present EyeCVE. which uses mobile eye-trackers to drive the gaze of each participant's virtual avatar, thus supporting remote mutual eye-contact and awareness of others' gaze in a perceptually unfragmented shared virtual workspace. We detail trials in which participants took part in three-way conferences between remote CAVE (TM) systems linked via EyeCVE. Eye-tracking data was recorded and used to evaluate interaction, confirming; the system's support for the use of gaze as a communicational and management resource in multiparty conversational scenarios. We point toward subsequent investigation of eye-tracking in ICVEs for enhanced remote social-interaction and analysis.

Examining random number generators used in stochastic iteration algorithms

This paper investigates random number generators in stochastic iteration algorithms that require infinite uniform sequences. We take a simple model of the general transport equation and solve it with the application of a linear congruential generator, the Mersenne twister, the mother-of-all generators, and a true random number generator based on quantum effects. With this simple model we show that for reasonably contractive operators the theoretically not infinite-uniform sequences perform also well. Finally, we demonstrate the power of stochastic iteration for the solution of the light transport problem.

Finding the point on Bezier Curves with the normal vector passing an external point

Two algorithms for finding the point on non-rational/rational Bezier curves of which the normal vector passes through a given external point are presented. The algorithms are based on Bezier curves generation algorithms of de Casteljau's algorithm for non-rational Bezier curve or Farin's recursion for rational Bezier curve, respectively. Orthogonal projections from the external point are used to guide the directional search used in the proposed iterative algorithms. Using Lyapunov's method, it is shown that each algorithm is able to converge to a local minimum for each case of non-rational/rational Bezier curves. It is also shown that on convergence the distance between the point on curves to the external point reaches a local minimum for both approaches. Illustrative examples are included to demonstrate the effectiveness of the proposed approaches.