A receita operacional de uma empresa de geração predominantemente hidrelétrica é composta de duas parcelas: a comercialização de seus contratos de energia e a liquidação na Câmara de Comercialização de Energia (CCEE). A parcela de receita de contratos é previsível, mas a receita proveniente da liquidação da CCEE é de difícil mensuração porque depende das alocações do Mecanismo de Realocação de Energia (MRE) e do Preço de Liquidação das Diferenças (PLD). O trabalho apresenta os conceitos gerais dos componentes que influenciam a receita do mercado de curto prazo e um modelo para sazonalização da energia assegurada que é um dos fatores determinantes para a alocação de MRE e para a liquidação das diferenças. O modelo foi detalhado e implementado em uma ferramenta computacional utilizando Algorítmos Genéticos para a minimização da perda esperada e do risco com a sazonalização. / The operating revenue of power generation companies has two different components: revenues arising from power purchase agreements and from spot market, managed by the Câmara de Comercialização de Energia - CCEE The income of contracts is predictable, but there are a lot of difficulties to do prognosis with the spot market revenue component, because it depends on both the Energy Reallocation Mechanism (MRE) and the spot price (PLD). This text presents the influences of some components in spot market incomes and a model to alocate the assured energy along the year since this is the main factor influencing the MRE and the spot market revenues. The model was formulated and implemented in a computational tool using Genetic Algorithms (AG) to minimize the expected losses and the sazonal risk.

Este trabalho tem por meta focalizar a adaptação necessária na metodologia de planejamento atual, norteada segundo uma ótica determinística e conservadora, afim de permitir a elaboração de Programas de Obras de Transmissão/Subtransmissão, condicionados por limitações de teto no montante de investimento a curto e médio prazos. Para tanto, como tema central, busca-se desenvolver uma base conceitual e metodológica, para permitir uma exploração maximizada das possibilidades de carregamento de equipamentos e instalações do sistema de transmissão, contemplando a especificação das ferramentas computacionais necessárias para dar consequência prática à proposta. Considerando o potencial de análise proporcionado por métodos e técnicas de natureza probabilística, aplicados ao planejamento de Sistemas Elétricos, a espinha dorsal da evolução metodológica delineada no texto repousa sobre a avaliação de confiabilidade global e quantificação de riscos operativos. O texto foi estruturado em 8 capítulos onde, a partir de um capítulo introdutório, enfoca-se sequencialmente os temas: * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Transformadores de Potência. * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Linhas aéreas de Transmissão. * Impacto das Restrições Financeiras no planejamento e possibilidade de atuação a nível técnico para administrar o conflito entre qualidade de serviço e recursos limitados. * Conceitos e Metodologias para relaxação dos Critérios limitantes para o carregamento máximo de componentes do sistema, em ambiente de severas restrições financeiras, no horizonte de curto prazo. * Resultados obtidos em aplicações concretas a situações do Setor Elétrico, visando caracterizar o alcance do ferramental preconizado nos capítulos anteriores. * Critérios e Procedimentos para Padronização de Subestações e Linhas de Transmissão , coerentes com os conceitos de maximização de carregamento introduzidos nos dois primeiros capítulos. Ao final do texto, incluiu-se um capítulo de \"Conclusões\", com o objetivo de sumarizar os aspectos mais relevantes abordados no texto, assim como indicar linhas de ação e novos desenvolvimentos, necessários para permitir a efetivação prática da metodologia proposta. / An important problem posed to power system planners in developing countries is now becoming commonplace, even in developed countries, and concerns on how to fit an expansion plan into a tight budget, with the least reduction in reliability levels. This problem is known as power system planning under financial constraints and a series of methods is now available to deal with it. So, this work addresses the necessary adjustments in order to permit the Transmission / Sub-transmission Expansion Program establishment when there are investments constraints in a medium/short term range. The main emphasis is on the development of a methodological and conceptual framework, aiming at a maximizes exploration of the loading capability of transformers and transmission lines of the power network. In this context, a new methodological framework for transmission system planning in a financial constrained environment is presented. The proposed approach combines transmission projects priority evaluation and ranking as well as criteria flexibilization, being particularly suitable for short-term planning. The problem to be faced is to operate the system after a project postponement, while the service quality is kept so adequate as it is possible. One of the main issues to be focused is the transmission system uprating since a maximized equipment utilization can contribute to avoid a more significant restriction to the costumers. Therefore, a detailed description of the models for transmission lines and transformers loading limits assessment is presented, with emphasis on the main concepts and the application of probabilistic tools to circumvent the inherent conservatism of deterministic methods. A summary of the contents is presented in what follows: * Concepts and Methodology for Transformers loading maximization. * Concepts and Methodology for Transmission Lines loading maximization. * Financial Restrictions impacts on Expansion Planning Process and the possibilities to manager the conflict between service quality and investment constraints. * Concepts and Methodologies to the relaxation of Criteria that limits the loading capability of transmission lines, aiming at short term Planning under severe financial restrictions, * Obtained results in concrete applications of the proposed methodology and computational tools to Brazilian Electric Power System. * Methods and Criteria to standardization of Substations and Transmission Lines, according the main issues formerly introduced. * Conclusion and Future Research.

This thesis presents the development of a time series model and associated algorithms capable of generating synthetic time-series datasets representing the hourly-averaged wind-speed field across the Country – as represented by a set of 20 points. This field is of interest as the energy resource available to wind generators connected to the Great Britain (GB) electricity networks. A wind power output dataset was also generated for an example distribution of wind generation capacities. The datasets generated are suitable for use in sequential Monte Carlo simulations of the GB electricity system – either the present system or future scenarios, potentially with full consideration of network constraints. Accurate representation of the spatio-temporal behaviours of renewable resources are an essential aspect of such simulations, along with their relationship to demand, with rarely occurring extreme events of particular interest. Therefore, variability in the resource occurring on all timescales – from turbulence to climatic shifts between decades must be represented. The synthetic data are time-stamped with time of the day and day of the year, so care was taken to ensure that all relevant deterministic and stochastic patterns are accurately reproduced. A major component of the research project was identification of the optimum level of complexity for various aspects of the model structure, and the associated computational expense of generating the series, particularly given the high dimensionality of the problem. The final choice of wind speed model was 2-factor-VGARMA-APARCH, along with several deterministic transformations.

A receita operacional de uma empresa de geração predominantemente hidrelétrica é composta de duas parcelas: a comercialização de seus contratos de energia e a liquidação na Câmara de Comercialização de Energia (CCEE). A parcela de receita de contratos é previsível, mas a receita proveniente da liquidação da CCEE é de difícil mensuração porque depende das alocações do Mecanismo de Realocação de Energia (MRE) e do Preço de Liquidação das Diferenças (PLD). O trabalho apresenta os conceitos gerais dos componentes que influenciam a receita do mercado de curto prazo e um modelo para sazonalização da energia assegurada que é um dos fatores determinantes para a alocação de MRE e para a liquidação das diferenças. O modelo foi detalhado e implementado em uma ferramenta computacional utilizando Algorítmos Genéticos para a minimização da perda esperada e do risco com a sazonalização. / The operating revenue of power generation companies has two different components: revenues arising from power purchase agreements and from spot market, managed by the Câmara de Comercialização de Energia - CCEE The income of contracts is predictable, but there are a lot of difficulties to do prognosis with the spot market revenue component, because it depends on both the Energy Reallocation Mechanism (MRE) and the spot price (PLD). This text presents the influences of some components in spot market incomes and a model to alocate the assured energy along the year since this is the main factor influencing the MRE and the spot market revenues. The model was formulated and implemented in a computational tool using Genetic Algorithms (AG) to minimize the expected losses and the sazonal risk.

Este trabalho analisou os leilões de comercialização de energia elétrica no ambiente de contratação regulada no Brasil, realizados entre 2005 e 2011, com o objetivo de propor aperfeiçoamentos em sua metodologia. Para tanto, foram estudadas três linhas de pesquisa: teoria de leilões, internalização (adicionais) de custos não privados (externalidades) e organização de mercados de capacidade. Após a análise dos 21 leilões de novos empreendimentos realizados no período, conclui-se que o desenho do leilão com fase discriminatória final é adequado aos objetivos de modicidade tarifária, mas que também permite melhoras. As fraquezas da sistemática atual identificadas foram: metodologia de contratação termelétrica por disponibilidade, com viés das fontes de maior custo variável unitário, adoção de preço-teto nem sempre adequado, dificuldade em mitigar o exercício de poder de mercado da Eletrobras nos leilões de energia existente e licitação pelo custo econômico privado. De forma a aprimorar os leilões, as seguintes ações foram sugeridas: realização de uma etapa adicional e prévia ao desenho de leilão híbrido atual visando contornar a problemática de estabelecimento de preço-teto adequado; utilização de adicionais ao lance do leilão para internalizar os custos de transmissão não recolhidos pelo gerador; substituição do mecanismo de contratação termelétrica pelo modelo Colombiano de opções; condução de leilões de energia nova e existente em conjunto, e segmentação de produtos no leilão pela ótica da demanda com possibilidade de lances em pacotes. Com a adoção destas propostas entende-se que o valor negociado nos leilões de comercialização de energia elétrica refletirão melhor o custo social dos projetos, aumentando a eficiência dos certames. / This study analyzes the regulated electricity procurement auctions conducted between 2005 and 2011 in Brazil, in order to propose improvements in its methodology. Thus, it was reviewed three research areas: auctions design, internalization of externalities, and capacity markets. After analyzing the 21 new energy auctions that period, it is concluded the auction design with a second discriminatory bid is appropriate to the aims at achieving as low as possible prices, however there is room for improvement. Identified weaknesses are: (1) thermal availability capacity hiring method biased in favor of energy sources with higher variable costs; (2) inadequate price cap, unable to mitigate Eletrobras market power in existing power auctions, (3) and bidding by private economic cost. So, it is suggested the following actions to improve the efficiency of energy auctions: (a) carrying out an additional step prior to the current hybrid auction design in order to solve the problem of establishing appropriate ceiling price; (b) use of additional to internalize transmission costs not paid by generator; (c) replacement of the bid mechanism used for thermal power plants to Colombian options model; (d) driving new and existing energy auctions together, and (e) segment auctions products by the demand side with the possibility of bidding in packages. In adopting these proposals it is expected the value traded in the electricity procurement auction conducted in Brazil will better reflect the social cost of projects and so improving its efficiency.

Made available in DSpace on 2017-07-10T16:41:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissert Marcelo Brandt.pdf: 2755186 bytes, checksum: 04398250477fd1d25f8397f78a8137de (MD5) Previous issue date: 2016-06-27 / In this Master`s Dissertation is presented the development of a specialized heuristic algorithm for planning the expansion of distribution systems. This new heuristic algorithm has the constructive character, because in each iteration goes to search for a new solution to the problem. The algorithm used in this work does not use an objective function with the system bus data and system line data to find a new solution. Another advantage of this algorithm is the technique used to find the final topology, the specialized heuristic algorithm uses destructive technique for finding the final topology, on which, for each iteration, one line that is present in the current system configuration, is removed. To select the line to be removed, the algorithm used a subroutine of a power flow calculation by the Newton Raphson method, and the results obtained are used to compose the sensitivity indicators. Which the established indicators, the algorithm checks violation load service, and if there is no violation, the line is removed from the system and proceeds to the next iteration . This process is performed to find a final topology for the problem with the commitment to find a good solution. The algorithm was used to solve the problem considering testing system known in the specialized literature and the results which were obtained show that the algorithm is robust and fast to determine the final topology for the system. / Neste presente trabalho é apresentado o desenvolvimento de um algoritmo heurístico especializado para o planejamento da expansão de sistemas de distribuição. Este novo algoritmo heurístico possui a característica construtiva, pois a cada iteração vai à busca de uma nova solução para o problema. O algoritmo que é apresentado neste trabalho não utiliza uma função objetivo com as suas restrições para resolver o problema de otimização e sim utiliza parâmetros estabelecidos com os dados de barra e de linha do sistema para encontrar a nova solução. Outro diferencial desse algoritmo é a técnica utilizada para encontrar a topologia final, o algoritmo heurístico especializado utiliza uma técnica destrutiva, ou seja, pressupõe-se que as linhas candidatas à adição no sistema estejam construídas e em cada iteração é proposta a retirada de uma destas linhas do sistema. Para a escolha da linha a ser retirada, o algoritmo utiliza uma sub-rotina de cálculo de fluxo de potência, pelo método Newton Raphson, e os resultados obtidos são utilizados para compor os indicadores de sensibilidade. Com os indicadores estabelecidos é feita a verificação de violação de atendimento de demanda, caso não haja nenhuma violação a linha é retirada do sistema e procede-se para a próxima iteração. Esse processo é executado até se encontrar uma topologia final radial para o problema com o compromisso de encontrar uma solução de boa qualidade. Foram realizados testes computacionais considerando sistemas testes conhecidos através da literatura especializada e os resultados mostram que o algoritmo é robusto e rápido para a determinação da topologia final da rede.

abstract: Photovoltaic (PV) power generation has the potential to cause a significant impact on power system reliability since its total installed capacity is projected to increase at a significant rate. PV generation can be described as an intermittent and variable resource because its production is influenced by ever-changing environmental conditions. The study in this dissertation focuses on the influence of PV generation on trans-mission system reliability. This is a concern because PV generation output is integrated into present power systems at various voltage levels and may significantly affect the power flow patterns. This dissertation applies a probabilistic power flow (PPF) algorithm to evaluate the influence of PV generation uncertainty on transmission system perfor-mance. A cumulant-based PPF algorithm suitable for large systems is used. Correlation among adjacent PV resources is considered. Three types of approximation expansions based on cumulants namely Gram-Charlier expansion, Edgeworth expansion and Cor-nish-Fisher expansion are compared, and their properties, advantages and deficiencies are discussed. Additionally, a novel probabilistic model of PV generation is developed to obtain the probability density function (PDF) of the PV generation production based on environmental conditions. Besides, this dissertation proposes a novel PPF algorithm considering the conven-tional generation dispatching operation to balance PV generation uncertainties. It is pru-dent to include generation dispatch in the PPF algorithm since the dispatching strategy compensates for PV generation injections and influences the uncertainty results. Fur-thermore, this dissertation also proposes a probabilistic optimal power dispatching strat-egy which considers uncertainty problems in the economic dispatch and optimizes the expected value of the total cost with the overload probability as a constraint. The proposed PPF algorithm with the three expansions is compared with Monte Carlo simulations (MCS) with results for a 2497-bus representation of the Arizona area of the Western Electricity Coordinating Council (WECC) system. The PDFs of the bus voltages, line flows and slack bus production are computed, and are used to identify the confidence interval, the over limit probability and the expected over limit time of the ob-jective variables. The proposed algorithm is of significant relevance to the operating and planning studies of the transmission systems with PV generation installed. / Dissertation/Thesis / Ph.D. Electrical Engineering 2012

Este trabalho tem por meta focalizar a adaptação necessária na metodologia de planejamento atual, norteada segundo uma ótica determinística e conservadora, afim de permitir a elaboração de Programas de Obras de Transmissão/Subtransmissão, condicionados por limitações de teto no montante de investimento a curto e médio prazos. Para tanto, como tema central, busca-se desenvolver uma base conceitual e metodológica, para permitir uma exploração maximizada das possibilidades de carregamento de equipamentos e instalações do sistema de transmissão, contemplando a especificação das ferramentas computacionais necessárias para dar consequência prática à proposta. Considerando o potencial de análise proporcionado por métodos e técnicas de natureza probabilística, aplicados ao planejamento de Sistemas Elétricos, a espinha dorsal da evolução metodológica delineada no texto repousa sobre a avaliação de confiabilidade global e quantificação de riscos operativos. O texto foi estruturado em 8 capítulos onde, a partir de um capítulo introdutório, enfoca-se sequencialmente os temas: * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Transformadores de Potência. * Conceitos e Metodologias para Maximização do Carregamento de Linhas aéreas de Transmissão. * Impacto das Restrições Financeiras no planejamento e possibilidade de atuação a nível técnico para administrar o conflito entre qualidade de serviço e recursos limitados. * Conceitos e Metodologias para relaxação dos Critérios limitantes para o carregamento máximo de componentes do sistema, em ambiente de severas restrições financeiras, no horizonte de curto prazo. * Resultados obtidos em aplicações concretas a situações do Setor Elétrico, visando caracterizar o alcance do ferramental preconizado nos capítulos anteriores. * Critérios e Procedimentos para Padronização de Subestações e Linhas de Transmissão , coerentes com os conceitos de maximização de carregamento introduzidos nos dois primeiros capítulos. Ao final do texto, incluiu-se um capítulo de \"Conclusões\", com o objetivo de sumarizar os aspectos mais relevantes abordados no texto, assim como indicar linhas de ação e novos desenvolvimentos, necessários para permitir a efetivação prática da metodologia proposta. / An important problem posed to power system planners in developing countries is now becoming commonplace, even in developed countries, and concerns on how to fit an expansion plan into a tight budget, with the least reduction in reliability levels. This problem is known as power system planning under financial constraints and a series of methods is now available to deal with it. So, this work addresses the necessary adjustments in order to permit the Transmission / Sub-transmission Expansion Program establishment when there are investments constraints in a medium/short term range. The main emphasis is on the development of a methodological and conceptual framework, aiming at a maximizes exploration of the loading capability of transformers and transmission lines of the power network. In this context, a new methodological framework for transmission system planning in a financial constrained environment is presented. The proposed approach combines transmission projects priority evaluation and ranking as well as criteria flexibilization, being particularly suitable for short-term planning. The problem to be faced is to operate the system after a project postponement, while the service quality is kept so adequate as it is possible. One of the main issues to be focused is the transmission system uprating since a maximized equipment utilization can contribute to avoid a more significant restriction to the costumers. Therefore, a detailed description of the models for transmission lines and transformers loading limits assessment is presented, with emphasis on the main concepts and the application of probabilistic tools to circumvent the inherent conservatism of deterministic methods. A summary of the contents is presented in what follows: * Concepts and Methodology for Transformers loading maximization. * Concepts and Methodology for Transmission Lines loading maximization. * Financial Restrictions impacts on Expansion Planning Process and the possibilities to manager the conflict between service quality and investment constraints. * Concepts and Methodologies to the relaxation of Criteria that limits the loading capability of transmission lines, aiming at short term Planning under severe financial restrictions, * Obtained results in concrete applications of the proposed methodology and computational tools to Brazilian Electric Power System. * Methods and Criteria to standardization of Substations and Transmission Lines, according the main issues formerly introduced. * Conclusion and Future Research.

The thesis aims to introduce an efficient resource development strategy in electric utility long term planning under uncertainty considerations. In recent years, electric utilities have recognized the concepts of robustness, flexibility, and risk exposure, to be considered in their resource development strategy. The concept of robustness means to develop resource plans that can perform well for most, if not all futures, while flexibility is to allow inexpensive changes to be made if the future conditions deviate from the base assumptions. A risk exposure concept is used to quantify the risk hazards in planning alternatives for different kinds of future conditions. This study focuses on two technical issues identified to be important to the process of efficient resource development: decision-making analysis considering robustness and flexibility, and decision-making analysis considering risk exposure. The technique combines probabilistic methods and tradeoff analysis, thereby producing a decision set analysis concept to determine robustness that includes flexibility measures. In addition, risk impact analysis is incorporated to identify the risk exposure in planning alternatives. Contributions of the work are summarized as follows. First, an efficient resource development framework for planning under uncertainty is developed that combines features of utility function, tradeoff analysis, and the analytical hierarchy process, incorporating a performance evaluation approach. Second, the multi-attribute risk-impact analysis method is investigated to handle the risk hazards exposed in power system resource planning. Third, the penetration levels of wind and photovoltaic generation technologies into the total generation system mix, with their constraints, are determined using the decision-making model. The results from two case studies show the benefits of the proposed framework by offering the decision makers various options for lower cost, lower emission, better reliability, and higher efficiency plans. / Ph. D.

O sistema elétrico brasileiro utiliza o custo do déficit como parâmetro no seu planejamento da expansão e operação para indicar o custo econômico da escassez de energia elétrica para a sociedade. Para o desenvolvimento de um método confiável de cálculo deste parâmetro, é importante compreender a dependência do suprimento de energia nos diversos setores econômicos. Este trabalho apresenta e discute a percepção das empresas do setor de telecomunicações dos impactos resultantes de restrições no fornecimento de energia elétrica. O trabalho foi desenvolvido em duas etapas: revisão da literatura referente aos métodos utilizados para o cálculo do custo do déficit no modelo brasileiro e na experiência internacional e, em seguida, pesquisa empírica com realização de estudos de casos em duas empresas de telecomunicações. As informações obtidas mostram que, no setor de serviços de telecomunicações, qualquer nível de interrupção ou restrição de energia tem impacto econômico para as empresas. Tendo em vista o caráter de serviço essencial para a população, as empresas investem em estruturas de contingenciamento que mitigam os riscos em caso de pequenas restrições ou interrupções curtas de energia. Indisponibilidade de energia acima da capacidade de contingenciamento prevista pelas empresas requer investimentos adicionais e implica em aumento dos custos operacionais para redução dos riscos de falhas na prestação dos serviços e suas consequentes sanções regulatórias. Em relação aos métodos para o cálculo do custo do déficit, concluiu-se que, baseado nas análises dos casos estudados, no perfil de consumo de energia e nas características de negócio do setor de telecomunicações, para pesquisas diretas ao consumidor, o método de preferência revelada é o mais adequado para este setor econômico e possivelmente outros com as mesmas características. Neste método o custo da insuficiência de energia é inferido através das decisões de investimento feitas pelo consumidor em equipamentos de contingência, tais como geradores de reserva. / The Brazilian electricity system uses the deficit cost as a parameter in its planning processes to indicate the economic cost for the society of electricity shortages. In developing a reliable method of calculating this parameter, it is important to understand the dependence of different economic sectors on the energy supply. This work presents and discusses the telecommunication companies\' perception of the impacts resulting from restrictions to the power supply. It was developed in two stages: a literature review on the methods used to calculate the deficit cost in Brazil and other countries, followed by an empirical research with case studies in two telecommunication companies. The research showed that for the telecommunication service providers, any level of power interruption or restriction has an economic impact. In view of the essential nature of the service to the population, companies invest in contingency structures to mitigate the risks for small power restrictions and short interruptions. Providing mitigation measures for larger levels of power shortage would require additional investments and result in higher operational costs, in order to decrease the risk of service interruption and consequent regulatory sanctions. Regarding the deficit cost calculation method, it is shown, based on the case studies analysis, the power consumption profile, and the business characteristics, that for consumer surveys, the revealed preference method is most suitable for the telecommunications economic sector, and possibly for other similar ones. In this method, the power shortage cost is inferred from the investment decisions made by the company in power contingency equipment, such as backup generators.