abstract: The electric transmission grid is conventionally treated as a fixed asset and is operated around a single topology. Though several instances of switching transmission lines for corrective mechaism, congestion management, and minimization of losses can be found in literature, the idea of co-optimizing transmission with generation dispatch has not been widely investigated. Network topology optimization exploits the redundancies that are an integral part of the network to allow for improvement in dispatch efficiency. Although, the concept of a dispatchable network initially appears counterintuitive questioning the wisdom of switching transmission lines on a more regu-lar basis, results obtained in the previous research on transmission switching with a Direct Current Optimal Power Flow (DCOPF) show significant cost reductions. This thesis on network topology optimization with ACOPF emphasizes the need for additional research in this area. It examines the performance of network topology optimization in an Alternating Current (AC) setting and its impact on various parameters like active power loss and voltages that are ignored in the DC setting. An ACOPF model, with binary variables representing the status of transmission lines incorporated into the formulation, is written in AMPL, a mathematical programming language and this optimization problem is solved using the solver KNITRO. ACOPF is a non-convex, nonlinear optimization problem, making it a very hard problem to solve. The introduction of bi-nary variables makes ACOPF a mixed integer nonlinear programming problem, further increasing the complexity of the optimization problem. An iterative method of opening each transmission line individually before choosing the best solution has been proposed as a purely investigative approach to studying the impact of transmission switching with ACOPF. Economic savings of up to 6% achieved using this approach indicate the potential of this concept. In addition, a heuristic has been proposed to improve the computational efficiency of network topology optimization. This research also makes a comparative analysis between transmission switching in a DC setting and switching in an AC setting. Results presented in this thesis indicate significant economic savings achieved by controlled topology optimization, thereby reconfirming the need for further examination of this idea. / Dissertation/Thesis / M.S. Electrical Engineering 2011

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Resumo: Neste trabalho, o modelo matemático do problema de fluxo de potência ótimo básico não linear é analisado e manipulado algebricamente para obter um modelo de programação convexa, do tipo cônico de segunda ordem. O conceito de envelopes convexos é apresentado para tratar a não linearidade e não convexidade da restrição trigonométrica inversa que surge ao escrever o modelo de FPO como um modelo cônico. Aplicando duas proposições apresentadas neste trabalho a restrição trigonométrica é resolvida em um pré-processamento por um solver de otimalidade local, neste caso o KNITRO, que enumera todas as possibilidades dos pontos de KKT para obter os envelopes convexos e tornar o modelo de FPO totalmente convexo. O modelo é implementado no AMPL e é resolvido com solvers de otimalidade global com sistemas testes da literatura, nesta tese usam-se os sistemas testes IEEE 14, 30, 57 e 118 barras. Os resultados obtidos são validados comparando-os com resultados fornecidos pelo Matpower, que é um simulador para FPO. Como contribuição desta tese, o modelo convexo de FPO obtido é utilizado como exemplo de aplicações no problema de despacho ótimo de potência ativa e reativa, considerando competições via programação binível. São apresentados dois modelos biníveis e dois modelos uníveis. O modelo iterativo convexo utiliza-se do modelo proposto de FPO convexo e as não linearidades são convexificadas fazendo uso dos envelopes de McCormick. O conceito de dualidade forte é empregado afim de obter um mod... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work, the basic nonlinear mathematical model for the optimal power flow (OPF) problem is analyzed and manipulated algebraically in order to obtain a second-order conic convex programming model. The concept of convex envelopes is presented to deal with the nonlinearity and nonconvexity of the inverse trigonometric constraint that arises when transforming the nonconvex OPF model into an equivalent conic model. By applying two propositions presented in this work, the trigonometric constraint is solved in a pre-processing stage by a local optimization solver, in this case, the KNITRO solver, which considers all the possibilities of the KKT points to obtain the convex envelopes and find a completely convex OPF model, is used. The model is implemented in AMPL and is solved via global optimization solvers while to show the effectiveness of the model several IEEE systems such as the IEEE 14-, 30-, 57-, and 118-bus systems are used. The obtained results are validated by comparing them with the results provided by Matpower, which is an OPF solver. As a contribution of this thesis, the obtained convex OPF model is used as an application in the active and reactive optimal power dispatch problem, considering competition via bilevel programming. Two bilevel models and two single-level models are presented. The convex iterative model uses the proposed convex OPF model, and the nonlinearities are convexified using McCormick envelopes. The concept of strong duality is employed to obta... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Prof. Dr. Edmarcio Antonio Belati / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2016. / A inclusão de fontes de geração distribuída (GD) em sistemas elétricos vem crescendo nos últimos anos motivando o uso de fontes de energia alternativas renováveis ao mesmo tempo em que tem aumentado a demanda de energia global. Uma das fontes que tem crescido nos últimos anos ao nível mundial é a energia eólica. Frente à possibilidade de uma situação de escassez de energia elétrica, o aumento no custo da eletricidade e a busca constante das companhias por ter uma operação econômica do sistema elétrico, o estudo do desempenho ótimo da rede é apresentado como um tema importante para os centros de operação das companhias de energia elétrica. Desta forma, os Sistemas Elétricos de Potência (SEP) necessitam de ferramentas rápidas de análise para auxiliar os agentes na tomada de decisões surgindo assim o interesse em desenvolver ferramentas de análise que permitam aos operadores da rede tomarem decisões rápidas em relação às possíveis eventualidades ou variações no comportamento do sistema. O objetivo principal deste trabalho é aplicar análise de sensibilidade de segunda ordem (ASSO) nos sistemas de distribuição com geração eólica para obter um possível ponto de operação ótima de forma rápida após ocorrerem perturbações tanto na geração eólica quanto na carga do sistema. Para tanto foi modelado um Fluxo de Potência Ótimo (FPO) com as características do sistema e com o objetivo de minimizar as perdas de potência ativa, caracterizando assim o caso base (CB) e posteriormente aplicou-se a ASSO à solução encontrada no CB de forma a obter uma resposta rápida e econômica. Vale destacar que para validação da metodologia proposta buscou-se aplica-lo em sistemas de distribuição de energia elétrica. / The inclusion of distributed generation sources (DG) in electrical systems has been growing in recent years encouraging the use of alternative renewable energy sources at the same time it has increased the global energy demand. One of the sources that has grown in recent years worldwide is wind energy. Facing the possibility of energy shortage situation, the increase in the cost of electricity and the constant pursuit of companies to have an economic operation of the electrical system, the study of the network optimal performance is presented as a major issue for the operation centers of electricity companies. Thus, the Electric Power System (EPS) need fast analysis tools to assist agents in decision-making thus resulting interest in developing analysis tools that allow network operators to make quick decisions in relation to the possible eventualities or variations in system behavior. The main objective of this work is to apply analysis of second-order sensitivity (ASOS) in distribution systems with wind generation for an approximate point of optimal operation fastest as possible after disturbances occur both in wind generation, as the system load. For Optimal Power Flow (OPF) with the system's features and with the objective of minimize the loss of active power much was modeled, characterizing the base case (BC) and then applying the ASOS the solution obtained in BC in order to get a quick answer and economic. Note that to validate the proposed methodology we sought to apply it in electric power distribution systems.

Neste trabalho propomos uma abordagem para a resolução do problema de fluxo de potência ótimo. Para isso, foram obtidos dados teóricos, a partir de um levantamento bibliográfico, que explicitaram os métodos de penalidade, de barreira, de Newton-Lagrangiano, da função Lagrangiana aumentada e dual-Lagrangiano. Nesta abordagem, as restrições de igualdade são tratadas pelo método de Newton, as restrições canalizadas, de tensão e tap, pelo método da função barreira logarítmica, e as restrições de desigualdade e demais restrições canalizadas, pelo método da função Lagrangiana aumentada. A motivação para este estudo foi a necessidade de manter as variáveis - tensão e tap - dentro de seus limites. Os resultados numéricos apresentados evidenciam o potencial desta metodologia para a resolução de problemas de programação não-linear e, em particular, do problema de fluxo de potência ótimo. / A new approach to solving the optimal power flow problem is proposed in this study. The first step in developing this method was to obtain theoretical material from bibliographic survey, which described in detail the penalty method, the barrier method, Newton\'s method, the augmented Lagrangian method end the dual-Lagrangian method. In the new approach, equality constraints are handled by Newton\'s method, the voltage end tap box inequality constraints by the logarithmic barrier method and the inequality constraints and the other box inequality constraints by the augmented Lagrangian method. The motivation for this research was the necessity to keep the voltage and tap variables within their limits. The numerical results demonstrate the potential of this methodology for the solution of nonlinear problems and, in particular, of the optimal power flow problem.

Orientador: Prof. Dr. Júlio Carlos Teixeira / Tese (doutorado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Energia, 2017. / Neste trabalho, foi proposto um novo método para analisar o efeito da intermitência do vento em sistemas elétricos de potência. O método estocástico proposto baseia-se no fluxo de potência ótimo e em técnicas de análise de sensibilidade. Essas técnicas são aplicadas em uma ferramenta computacional capaz de alocar a energia intermitente com uma técnica de busca exaustiva com baixo tempo de computação. A metodologia foi aplicada nos sistemas de distribuição de 34 e 70 barras. Os resultados foram comparados com a alocação de energia fixa considerando a potência média associada a três condições distintas: à velocidade média do vento; ao fator de capacidade do gerador e à potência máxima do gerador. Estes resultados mostraram que um método estocástico que considera cada valor da velocidade do vento é necessário para determinar o barramento correto para alocar energia eólica intermitente. / In this work, a new method for analyzing the effect of the wind intermittency in electric power systems is proposed. The proposed stochastic method is based on the optimal power flow and sensitivity analysis techniques. These techniques are applied on a computational tool capable of allocating the intermittent energy with an exhaustive search technique with low computation time. The methodology was applied in the distribution systems of 34 and 70 buses. The results are compared with fixed power allocation considering the mean power of three different conditions: the average wind speed; the generator capacity factor and the maximum generator power. They showed that a stochastic method that considers each value of wind speed is necessary to determine the correct bus to allocate intermittent wind power.

Orientadores: Secundino Soares Filho, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T00:05:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thomaz_Adriano_D.pdf: 640435 bytes, checksum: e4748f37d3fbffa8b75b855a68672400 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O método de pontos interiores primal-dual é desenvolvido para o problema de fluxo de potência ótimo corrente alternada ativo e reativo. Adotou-se a representação das tensões através de coordenadas cartesianas uma vez que neste modelo a hessiana do problema é constante e a expansão em Taylor é exata para o termo de ordem dois. Antes da aplicação do método, o número de variáveis do problema é reduzido, não alterando a estrutura esparsa do problema. A matriz resultante é simétrica em estrutura e essa característica é explorada de forma eficiente reduzindo o esforço computacional por iteração. A implementação fornece um ponto de partida, uma solução inicial para ser utilizada como base e referência para futuros aprimoramentos e estudos. Permite inclusão de novos estudos de limites operacionais e físicos, particulares de cada sistema, sem a necessidade de mudanças estruturais. O desenvolvimento propõe novas idéias com técnicas de resolução já conhecidas. Os resultados dos experimentos computacionais, utilizando sistemas de teste IEEE e um sistema real brasileiro, são apresentados / Abstract: The primal dual interior point methods are developed to the AC active and reactive optimal power flow problem. The representation of the complex bus-voltages through cartesian coordinates is adopted, once the Hessian is constant and the Taylor expansion is accurate for the second order term. Before the application of the method, the number of variables of the problem is reduced. This reduction does not modify the sparse pattern of the problem. The final matrix is symmetric in structure and this feature can be exploited reducing the computational effort per iteration. The implementation gives a start point, an initial solution that can be used as a base and reference for future improvements and studies. It also allows including new studies of physical and operational limits, for each system, without the necessity of structural changes. This development proposes new ideas using solution technics already known. The computacional experiments results presented are performed for IEEE test systems and a real Brazilian system / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador : Anesio dos Santos Junior / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T23:25:26Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_EsdrasPenedode_D.pdf: 1776464 bytes, checksum: 0190f59fa01ca49b0518113d289152c6 (MD5) Previous issue date: 2004 / Doutorado / Automação / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Edilaine Martins Soler / Resumo: Neste trabalho, o problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo problema é modelado como um problema de Programação Não Linear Inteira Mista que tem como objetivo minimizar as perdas de potência ativa nas linhas de transmissão de energia elétrica e satisfazer as restrições físicas e operacionais do Sistema Elétrico de Potência. Afim de solucionar o problema, propõem-se três abordagens heurísticas de solução, denominadas de heurística de factibilidade, heurística de melhoria de solução e gap de integralidade como restrição de igualdade. As duas primeiras abordagens são baseadas na minimização do gap de integralidade das variáveis discretas. A heurística de factibilidade objetiva encontrar uma solução factível para o problema por meio de uma busca local. Já a heurística de melhoria de solução objetiva encontrar soluções factíveis melhores a cada iteração até que não seja mais possível, por meio de uma restrição de corte de nível da função objetivo. A terceira abordagem considera a função gap de integralidade como uma restrição do problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo contínuo. Em todas as abordagens, o problema de Fluxo de Potência Ótimo Reativo original é transformado em um problema contínuo resolvido pelo método de pontos interiores com filtro disponibilizado no solver Interior Point OPTimizer em interface com o software General Algebraic Modeling System. Testes numéricos com os sistemas elétricos IEEE 14, 30, 118 e 300 barras e PEGASE 1354 barras são realizados para comp... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: In this work, the Reactive Optimal Power Flow problem is modeled as a Mixed-IntegerNon-Linear Programming problem and aims to minimize the active power losses throughoutthe transmission system, while satisfying the physical and technical constraints of thePower System. In order to solve the problem, three heuristics approaches are proposed,namely feasibility and solution improvement heuristics. The first and the second proposedheuristics are based on the minimization of the integrality gap of the discrete variables. Thefeasibility heuristic aims to find a feasible solution to the problem through a local search.The solution improvement heuristic aims to find better feasible solution iteratively until itis no longer possible, by adding level cuts in the objective function. The third approachconsiders the proposed integrality gap function as a new constraint of the continuousReactive Optimal Power Flow problem. In both approaches, the original Reactive OptimalPower Flow problem is modeled as a continuous problem and solved by the interior pointmethod with filter implemented in the Interior Point OPTimizer solver under the GeneralAlgebraic Modeling System interface. Numerical tests with the IEEE 14-, 30-, 118 and300-bus and the PEGASE 1354-bus electrical power systems are performed to show theefficiency of the proposed approaches. The numerical results indicate that the proposedapproaches showed to be competitive when compared to exact methods published in theliterature. / Doutor

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Geraldo Roberto Martins da Costa / Banca: Antônio César Baleeiro Alves / Resumo: Esta pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional para a solução do problema de Fluxo de Potência Ótimo Multimercado (FPOM). O problema de fluxo de potência ótimo mutimercado é decomposto em vários subproblemas, uma para cada, submercado que compõe o sistema de potência interconectado. O modelo de decomposição utilizado permite resolver o problema de FPO considerando-se os modelos de mercado desverticalizados e centralizados e os desverticalizados e descentralizados. Neste contexto, a pesquisa desenvolvida considera o novo esquema de funcionamento dos mercados de energia elétrica, no qual é vi freqüentemente desejável preservar a autonomia de cada um dos submercados que compõem o sistema de potência multimercado. O problema de FPO proposto é modelado como um problema de otimização não-linear inteiro misto, com variáveis de controle contínuas e discretas e têm ênfase no despacho econômico da geração de potência ativa e nos ajustes dos controles de tensão. Além disso, este modelo de FPO trata os subproblemas ativo e reativo simultaneamente. Para a sua solução é apresentado um algoritmo evolutivo multiobjetivo, baseado no NSGA (Nondominated Sorting Genetic Algorithm), pois características do problema abordado dificultam a sua solução através das técnicas baseadas em programação matemática e justificam a escolha da metaheurística multiobjetivo. / Abstract: This research is aimed at developing a computational tool for the solution of the Multimarket Optimal Power Flow (MOPF) problem. The multimarket optimal power flow problem is decomposed in various subproblems, one for each submarket that is part of the interconnected power system. The decomposition model used here allows solving the OPF problem considering the deregulated and centralized, and the deregulated and decentralized market models. In this context, the developed research takes into account the new functioning scheme of the electric power markets, viii where it is frequently desirable to preserve the autonomy of each one of those submarkets that compose the multimarket power system. The proposed OPF problem is modeled as a mixed integer non-linear optimization problem with continuous and discrete control variables, emphasizing the economic dispatch of the active power generation and the voltage control adjustments. In addition, this model of OPF deals simultaneously with the active and reactive subproblems. For its solution, a multiobjective evolutionary algorithm based on the NSGA (Nondominated Sorting Genetic Algorithm) is presented. The characteristics of the problem make difficult the utilization of techniques based on mathematical programming, justifying the adoption of a multiobjective metaheuristic. / Doutor

Yes / In this paper, a stochastic method for active distribution networks planning within a distribution market environment considering multi-configuration of wind turbines is proposed. Multi-configuration multi-scenario market-based optimal power flow is used to maximize the social welfare considering uncertainties related to wind speed and load demand and different operational status of wind turbines (multiple-wind turbine configurations). Scenario-based approach is used to model the abovementioned uncertainties. The method evaluates the impact of multiple-wind turbine configurations and active network management schemes on the amount of wind power that can be injected into the grid, the distribution locational marginal prices throughout the network and on the social welfare. The effectiveness of the proposed method is demonstrated with 16-bus UK generic distribution system. It was shown that multi-wind turbine configurations under active network management schemes, including coordinated voltage control and adaptive power factor control, can increase the amount of wind power that can be injected into the grid; therefore, the distribution locational marginal prices reduce throughout the network significantly.