Ingeniería

Paz, complejidad e ingeniería

Integrative Agent as Energy Supplier of Distributed Energy Resources at The Distribution Level

Resumen Contexto: Se ha observado el desarrollo incipiente del proceso de integración de los Recursos Energéticos Distribuidos (DER) en los mercados eléctricos a nivel de distribución. Método: Se propuso la participación de los DER mediante un agente integrador. Dicho agente integrador permite que los DER participen como oferentes de energía para el operador de red y/o para el mercado energético a nivel de distribución. Se han propuesto diagramas de secuencia y formulaciones matemáticas para la fijación del precio de la energía apoyándose en un caso de estudio. Resultados: Los resultados obtenidos muestran la viabilidad de que el agente integrador pueda participar como oferente de energía electrica para la red de distribucion. Conclusiones: Se señala como la utilización de aplicaciones de computación en la nube posibilitan el acceso de usuarios con DER a la información sobre los recursos del agente en general y el estado de demandas que tiene la red. Los esquemas de tarificación propuestas dinamizan la participación de los DER a través del agente integrador como oferente de energía.

Abstract Context: It has been observed the incipient development of the integration of Distributed Energy Resources (DER) in electricity markets at the distribution level. Method: DER participation by an integrator agent is proposed. The integrator agent allows DER to participate as suppliers of energy to the network operator and / or the energy market at the distribution level. Sequence diagrams and mathematical formulas were proposed, for fixing the price of energy by relying on a case study. Results: The results show the feasibility of the integrator agent to participate as a supplier of electricity to the distribution network. Conclusions: Applications using cloud computing allow users to access information on the DER agent resources in general and to the state of the network demands. Pricing schemes proposed allow DER participation through the integrating agent as a supplier of energy.

Application of Analytical Uncertainty Costs of Solar, Wind and Electric Vehicles in Optimal Power Dispatch

Resumen Contexto: Actualmente las fuentes de energía renovables están jugando un importante rol para contrarrestar el impacto ambiental de las fuentes de energía tradicional. Por esto, los operadores del sistema deben contar con herramientas de análisis que le permitan incorporar estas nuevas formas de energía. En los sistemas eléctricos de potencia que incorporan recursos renovables y vehículos eléctricos, se in troduce incertidumbre debido a la estocasticidad de los recursos primarios y los patrones de conducción de los vehículos. Método: Para las incertidumbres señaladas, se proponen costos de incertidumbre que incorporan la variabilidad de potencia inyectada de las principales fuentes de energía renovable (solar y eólica) y la potencia consumida (vehículos eléctricos). La variabilidad es considerada mediante las distribuciones de probabilidad de las fuentes primarias de la energía renovable (irradiación solar y velocidad del viento). Resultados: El principal resultado de esta investigación es la aplicación de los costos analíticos de incertidumbre. De esta manera es posible modificar la función de costos de un despacho económico tradicional. Adicionalmente se propone solucionar el problema con un método de optimización heurística de despacho (óptimo de potencia activa-reactiva. Finalmente, se realiza una comparación con el costo de operación del sistema sin la incorporación de energías renovables. Conclusiones: El modelo propuesto en este artículo constituye una posible alternativa de toma de decisiones que los operadores de los sistemas de potencia pueden considerar en la operación del sistema que es capaz de considerar las incertidumbres de las fuentes primarias de la energía renovable. Para ello se supone conocida la distribución de probabilidad del pronóstico de la fuente primaria. Como oportunidad de extensión de este estudio se destaca su aplicabilidad a horizontes de tiempo dinámicos, contemplando las restricciones propias de la comisión de unidades.

Abstract Context: Currently, renewable energy sources are playing an important role in counteracting the environmental impact of traditional energy sources. For this reason, system operators must have analytical tools that allow them to incorporate these new forms of energy. In electrical power systems, when incorporating renewable resources such as photovoltaic solar generation, wind power generation or electric vehicles, uncertainty is introduced due to the stochasticity of primary resources. Method: Uncertainty costs are proposed that incorporate the injected power variability of the main sources of renewable energy (solar and wind) and the consumed power (electric vehicles). Variability is considered by the probability distributions of the primary sources of renewable energy (solar irradiation and wind speed). Results: The main result of this research is the application of analytical costs of uncertainty. In this way it is possible to modify the cost function of a traditional economic dispatch. Additionally, it is proposed to solve the problem with a heuristic optimization method of economic dispatch of active-reactive power. Finally, a comparison is made with the operating cost of the system without the incorporation of renewable energies. Conclusions: The proposed model in this article is a potential decision-making tool that power system operators may consider in the operation of the system. The tool is capable of considering the uncertainties of the primary sources of renewable energy. The probability distribution of the primary source forecast is assumed to be known. An opportunity in order to extend the model is to study its applicability to dynamic time horizons, contemplating the constraints of the unit commitment problem.

Filters Design Method Based on Networks of Transmission Lines for a Single-Phase Topology with BPL Technology

Resumen Contexto: Para el diseno del modelo de filtro que presente el canal establecido por la carga de una topología monofásica, se transforman las líneas de transmisión de parámetros distribuidos a parámetros concentrados. Cada línea del backbone asimila la matriz de parámetros de transmisión y su transformacion en parámetros de admitancia, representada en un modelo de dos puertos. Metodo: Con la topología monofásica energizada a frecuencias entre 1,8 MHz y 30 MHz sistema con tecnología BPL (Broadband Power Line) se obtienen tensiones y funciones de transferencia de los canales. A las funciones de transferencia, se le aplican técnicas de síntesis de redes, para obtener la red del filtro asociado al canal. Resultados: La operación del filtro en el canal de la carga mas alejada de la fuente BPL, se valida por transferencia máxima de potencia, reemplazando la carga por el filtro, para comprobar resultados similares de relación señal a ruido y capacidad de canal. Conclusiones: Al reemplazar la carga por el filtro el comportamiento del canal es similar, porque el filtro asume la impedancia media. Como trabajo futuro se sugiere utilizar parámetros validados de conductores eléctricos dentro de la normatividad colombiana, para estandarizar las topologías monofásicas hogareñas por distancia y numero de nodos, sujetas al modelo de filtro asociado al canal mas largo, para establecer patrones respecto a: atenuación, capacidad de canal y relación sedal a ruido.

Abstract Context: For the design of the filter model that presents the channel established by the load of a single-phase topology, the transmission lines of distributed parameters are transformed to concentrated parameters. Each line of the backbone assimilates the transmission parameter matrix and its transformation into admittance parameters, both represented within a two-port model. Method: With the single-phase topology energized at frequencies between 1,8 MHz and 30 MHz a system with BPL (Broadband Power Line) technology tensions and transfer functions of the channels are obtained. Techniques of networks synthesis are applied to the transfer functions, to obtain the filter network associated to the channel. Results: The operation of the filter in the channel of the load farthest from the source BPL, is validated by maximum transfer of power, replacing the load by the filter, to verify similar results of Signal to Noise ratio and Capacity of Channel. Conclusions: When the load is replaced by the filter, the behavior of the channel is similar, because the filter assumes the average impedance. As future work are suggested to use validated parameters of electrical conductors within the Colombian normativity to standardize the single-phase topology by distance and number of nodes, subject to the filter model associated to the longest channel to establish patterns respect to: attenuation, capacity of channel and signal to noise ratio.

Acoustic and Language Modeling for Speech Recognition of a Spanish Dialect from the Cucuta Colombian Region

Resumen Contexto: El reconocimiento automático del habla requiere el desarrollo de modelos de lenguaje y modelos acusticos para los diferentes dialectos que existen. El objeto de esta investigacion es el entrenamiento de un modelo acustico, un modelo de lenguaje estadístico y un modelo de lenguaje gramatical para el idioma espahol, específicamente para el dialecto de la ciudad de San Jose de Ctucuta, Colombia, que pueda ser utilizado en un sistema de control por comandos. Lo anterior motivado por las deficiencias que presentan los modelos existentes para el idioma espadol, en el reconocimiento de la frecuencia fundamental y contenido espectral, el acento, la pronunciacioí n, el tono o simplemente al modelo de lenguaje de la variante dialectica de esta region. Metodo: Este proyecto utiliza el sistema embebido Raspberry Pi B+ con el sistema operativo Raspbian que es una distribucion de Linux y los softwares de codigo abierto CMU-Cambridge Statistical Language Modeling toolkit de la Universidad de Cambridge y CMU Sphinx de la Universidad Carnegie Mellon; los cuales se basan en los modelos ocultos de Markov para el caí lculo de los paraí metros de voz. Ademas, se utilizaron 1913 audios grabados por locutores de la ciudad de San Jose de Cicuta y el departamento de Norte de Santander para el entrenamiento y las pruebas del sistema de reconocimiento automaítico del habla. Resultados: Se obtuvo un modelo de lenguaje que consiste de dos archivos, uno de modelo de lenguaje estadístico (. lm), y uno de modelo gramatical (. jsgf). En relación con la parte acústica se entrenaron dos modelos, uno de ellos con una versión mejorada que obtuvo una tasa de acierto en el reconocimiento de comandos del 100 % en los datos de entrenamiento y de 83 % en las pruebas de audio. Por último, se elaboró un manual para la creación de los modelos acústicos y de lenguaje con el software CMU Sphinx. Conclusiones: El número de participantes en el proceso de entrenamiento de los modelos acústicos y de lenguaje influye significativamente en la calidad del procesamiento de voz del reconocedor. A fin de obtener una mejor respuesta del sistema de Reconocimiento Automático del Habla es importante usar un diccionario largo para la etapa de entrenamiento y un diccionario corto con las palabras de comando para la implementación del sistema. Teniendo en cuenta que en las pruebas de reconocimiento se obtuvo una tasa de éxito mayor al 80 % es posible usar los modelos creados en el desarrollo de un sistema de Reconocimiento Automático del Habla para una aplicación orientada a la asistencia de personas con discapacidad visual o incapacidad de movimiento

Abstract Context: Automatic speech recognition requires the development of language and acoustic models for different existing dialects. The purpose of this research is the training of an acoustic model, a statistical language model and a grammar language model for the Spanish language, specifically for the dialect of the city of San Jose de Cucuta, Colombia, that can be used in a command control system. Existing models for the Spanish language have problems in the recognition of the fundamental frequency and the spectral content, the accent, pronunciation, tone or simply the language model for Cucuta’s dialect. Method: In this project, we used Raspberry Pi B+ embedded system with Raspbian operating system which is a Linux distribution and two open source software, namely CMU-Cambridge Statistical Language Modeling Toolkit from the University of Cambridge and CMU Sphinx from Carnegie Mellon University; these software are based on Hidden Markov Models for the calculation of voice parameters. Besides, we used 1913 recorded audios with the voice of people from San Jose de Cucuta and Norte de Santander department. These audios were used for training and testing the automatic speech recognition system. Results: We obtained a language model that consists of two files, one is the statistical language model (.lm), and the other is the jsgf grammar model (.jsgf). Regarding the acoustic component, two models were trained, one of them with an improved version which had a 100% accuracy rate in the training results and 83 % accuracy rate in the audio tests for command recognition. Finally, we elaborated a manual for the creation of acoustic and language models with CMU Sphinx software. Conclusions: The number of participants in the training process of the language and acoustic models has a significant influence on the quality of the voice processing of the recognizer. The use of a large dictionary for the training process and a short dictionary with the command words for the implementation is important to get a better response of the automatic speech recognition system. Considering the accuracy rate above 80 % in the voice recognition tests, the proposed models are suitable for applications oriented to the assistance of visual or motion impairment people.

Automatic Classification of Public Investment Megaprojects in Colombia from a Technical, Organizational and Environmental approach

Resumen Contexto: Se considera el marco técnico, organizacional y ambiental (TOE, por sus siglas en ingles) para el análisis de proyectos de gran escala como contexto para el desarrollo de clasificadores de avance de megaproyectos, según las necesidades del Departamento Nacional de Planeación, Colombia. Método: Se establecen algunas características para la clasificación del avance de proyectos de inversión pública, tomadas del marco TOE; a partir de estas, se construye una base de datos que se utiliza para entrenar dos clasificadores del avance de los proyectos reportados en la plataforma de seguimiento de proyectos de inversión del departamento de planeación nacional. Se empleo la información de cerca de 3200 proyectos registrados entre el 2008 y 2012, correspondientes a cuatro sectores económicos (medio ambiente y desarrollo sostenible, minas y energía, salud y protección social y transporte). La base de datos fue depurada siguiendo un enfoque analítico y cuantitativo. Se empleo el 70 % de los datos para entrenamiento y el 30 % para validación. Resultados: Se obtienen algunos modelos con tasas de clasificación superiores al 70 %, lo que valida la elección de características a partir del análisis del marco TOE. Conclusiones: Este trabajo es un punto de partida para la configuración de una herramienta que pueda ser usada por el departamento nacional de planeación en la evaluación a priori del retraso de megaproyectos de inversión pública.

Abstract Context: The TOE (Technical, Organizational, and Environmental) framework for the analysis of large scale projects is considered as the basis for the development of megaproject progress classification in accordance with the needs of the national planning agency in Colombia. Method: Classification of a megaproject progress is supported in the selection of several features taken from the TOE. These feature set is used to configure a database from the projects registered in the project-surveillance platform of the national planning agency in Colombia. The database is used to train two classification models. Information about 3200 projects from 2008 to 2012 was used, covering four economic sectors (Environment and sustainable development, Energy and mining, Health and social care and transportation). Debugging of the database was carried out by an analytic and quantitative approach. Model training and validation were computed with 70 % and 30 % of data respectively. Results: Obtained models have similar performances beyond 70 % in precision and agree in relevant input features. Conclusions: This work is a starting point to develop an automatic tool that can be used by the national planning agency of Colombia in the a-priori evaluation of delays in public investment Megaprojects.

Images Encryption Algorithm Using the Lorenz’s Chaotic Attractor

Resumen Contexto: Con el creciente volumen de information generada en tiempo real, nuevos mecanismos son necesarios para garantizar su seguridad, evitando el acceso a personas no autorizadas. Los metodos convencionales de criptografia no son apropiados para imagenes por su debilidad a ataques estadisticos, debido a la fuerte correlation entre pixeles adyacentes y el analisis de los histogramas de gamas de colores, lo que puede ayudar a identificarlos dentro de la imagen; con este objetivo en mente, se propone un algoritmo para el cifrado de imafgenes utilizando atractores caof ticos . Metodo: La sincronizacion caotica se utiliza para la gestion de la clave, la etapa de difusion se realiza mediante secuencias ergof dicas generadas a partir de la soluciof n numefrica del atractor de Lorenz y la etapa de permutaciofn se realiza con la tefcnica de lfinea de onda. Resultados: Se probof el algoritmo propuesto utilizando un conjunto de imafgenes en escala de grises, obteniendo un desempeno adecuado en seguridad y velocidad, la correlation de pixeles es casi nula y la entropia es similar a la presentada en trabajos recientes con el mismo enfoque. Conclusiones: Los metodos caoticos son una buena alternativa para mejorar los niveles de seguridad en la criptografia de imagenes debido a sus propiedades de imprevisibilidad y sensibilidad a las condiciones iniciales. Para trabajos futuros el enfoque presentado podria aplicarse a la encriptacion de imafgenes a color y utilizando diferentes atractores caof ticos.

Abstract Context: With the increasing volumes of information generated in real time, novel mechanisms area needed to ensure security so as to prevent access to unauthorized people. The conventional encryption methods are not appropriate for images, because they are prone to statistical attacks due to the strong correlation between adjacent pixels and the analysis of color gamut histograms, which can help to identify them within the image; with this aim in mind, in this paper an algorithm for image encryption using chaotic attractors is proposed. Method: Chaotic synchronization is used for the key management, the diffusion stage is made by means of ergodic sequences generated from the numerical solution of the Lorenz’s attractor and the permutation stage is accomplished with the wave line technique. Results: The proposed algorithm was tested using a set of gray-scale images obtaining suitable performance in segurity and speed, the pixel correlation is almost null and the entropy is similar to that presented in recent works with the same approach. Conclusions: Chaotic methods are an alternative to improve the security levels in the cryptography of images due to their properties of unpredictability and sensitivity to the initial conditions. For future work the approach presented could be applied to the encryption of color images and using different chaotic attractors.