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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.3.2014.tde-29122014-164019
Document
Author
Full name
Paulo Thiago Fracasso
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Reali Costa, Anna Helena (President)
Cruz, José Jaime da
Cugnasca, Carlos Eduardo
Haddad, Jamil
Silva, Valdinei Freire da
Title in Portuguese
Redução de gastos com energia elétrica em sistemas de distribuição de água utilizando processos decisórios de Markov.
Keywords in Portuguese
Energia elétrica (Gastos; Redução)
Método MDP
Abstract in Portuguese
Os sistemas de distribuição de água são parte fundamental de qualquer cidade e seus custos, principalmente com energia elétrica, constituem gastos significativos às companhias de saneamento. A operação ótima, em termos energético, pode proporcionar, além da otimização das despesas, reduções significativas de perda de água, prevenir intervenções corretivas na rede e aumentar a robustez do sistema de distribuição. Assim, esta tese apresenta a modelagem do problema de redução de gastos com energia elétrica em sistemas de distribuição de água utilizando Processos Decisórios de Markov cuja função de transição de estado está associada a incertezas decorrentes do modelo hidráulico, da curva de demanda, do truncamento do algoritmo de cálculo e da discretização das variáveis de estado. São apresentados três experimentos para verificar a modelagem proposta: a) com um sistema de distribuição simplificado e modelo hidráulico explícito; b) comparativo entre três diferentes técnicas utilizando simulador hidráulico; e c) comparativo entre um sistema real, com controle baseado em nível, e o mesmo sistema simulado, porém, utilizando controlador MDP. Os resultados dos experimentos demonstram que este sistema de controle é eficaz na redução das despesas com energia elétrica e aumento na robustez dos sistemas de distribuição de água. Além disso, também são respeitadas as restrições operacionais destes sistemas, garantindo a integridade das tubulações e eliminando a possibilidade de interrupções no fornecimento de água.
Title in English
Reduction of energy expenses in water distribution systems using Markov decision processes.
Keywords in English
Electricity (Expenses; Reduction)
Method MDP
Abstract in English
Water distribution systems are the fundamental part of any city and their costs, mainly with energy, constitute a significant expenditure for water utility companies. The optimal operation, in energetic terms, can provide, in addition to optimization of expenditure, significant savings in water losses, prevent wear and tear and increase the distribution system soundness. Thus, this thesis presents the modeling of the problem of reducing energy expenses in water distribution systems using Markov Decision Processes whose state transition function is associated with uncertainty arising out of hydraulic model, demand curve, truncation in the calculation algorithm and the state variables discretization. Three experiments are presented to verify the proposed modeling: a) with a streamlined distribution system and explicit hydraulic model; b) comparing three different techniques using hydraulic simulator; and c) comparison between a real system, based on level control, and the same simulated system, however, using MDP controller. The experiment results demonstrate that this technique is effective to reduces electricity expenses and to increases the reliability of the system. Moreover, it respects system operational restrictions, to ensure minimizing the risk of pipe rupture and to avoid water outages.
 
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Publishing Date
2015-01-09
 
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  • FRACASSO, Paulo Thiago, SILVA, B. C., e COSTA, Anna Helena Reali. Calibração de medidores de vazão utilizando um controlador PID neural. In CBA 2010 XVIII Congresso Brasileiro de Automática, Bonito, MS, 2010. Anais do XVIII Congresso Brasileiro de Automática. : SBA, 2010.
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