Topological Observability Analysis in Water Distribution Systems

Abstract

The aim of observability analysis (OA) is to determine if a given measurement setting is sufficient to compute the current status of a water distribution network. There are several approaches in the technical literature for making such an analysis. With all of them, there is an assumption that the lie of the land of the network in terms of the status of its pumps and/or valves is known. This paper omits this assumption and introduces the concept of topological observability analysis (TOA), which aims to determine not only if it would be possible to compute the hydraulic state of a network from the available measurement set (ordinary OA), but also if the status of pumps and valves would be observable as well. Additionally, a method is proposed that modifies the standard measurement Jacobian matrix by incorporating either equations and/or unknowns depending on the available information for each specific pump or valve. The rest of the analysis can be undertaken using any of the existing methods for OA in the literature. An illustrative example is presented by way of illustration to show the potential of TOA, which would certainly enhance online monitoring systems.

El objetivo del análisis de observabilidad (OA) es determinar si una configuración de medición dada es suficiente para calcular el estado actual de una red de distribución de agua. Existen varios enfoques en la literatura técnica para realizar dicho análisis. Todos ellos parten del supuesto de que se conoce el estado de la red en términos del estado de sus bombas y/o válvulas. En este trabajo se omite esta suposición y se introduce el concepto de análisis de observabilidad topológica (TOA), cuyo objetivo es determinar no sólo si sería posible calcular el estado hidráulico de una red a partir del conjunto de medidas disponible (OA ordinario), sino también si el estado de las bombas y válvulas también sería observable. Además, se propone un método que modifica la matriz jacobiana de medición estándar incorporando ecuaciones y/o incógnitas en función de la información disponible para cada bomba o válvula específica. El resto del análisis puede realizarse utilizando cualquiera de los métodos existentes para OA en la bibliografía. Se presenta un ejemplo ilustrativo a modo de ejemplo para mostrar el potencial de TOA, que sin duda mejoraría los sistemas de monitorización en línea.