[pt] Este trabalho tem por objetivo apresentar um sistema integrado para otimização de forma de estruturas planas que tenham comportamento elasto-plástico. A metodologia implementada propõe uma alternativa à forma conservadora com que tradicionalmente as estruturas têm sido otimizadas, ou seja, admitindo-se que as mesmas possuam comportamento linear elástico. O sistema computacional é denominado integrado pois reúne diversos módulos distintos para o tratamento do problema, como modelagem geométrica, geração de malhas de elementos finitos, análise não-linear da resposta da estrutura, análise de sensibilidade,programação matemática e otimização de estruturas. A geometria do contorno da estrutura plana é definida por meio de curvas (paramétricas)B-splines cúbicas. Estas, por sua vez, são determinadas em função de um conjunto de pontos de interpolação (pontos-chave) e condições de contorno em seus vértices extremos. A correta definição da geometria da estrutura é responsável pelo sucesso do processo de otimização. A resposta da estrutura às solicitações do carregamento externo é avaliada pelo método dos elementos finitos. Para isso, é necessário que o domínio da estrutura seja discretizado. No presente trabalho foi empregado um gerador automático de malhas não estruturadas de elementos finitos isoparamétricos. A configuração de equilíbrio da estrutura é obtida através de um procedimento iterativo/incremental envolvendo o método de Newton-Raphson. Localmente, o equilíbrio é satisfeito pela aplicação de um algoritmo implícito de integração de tensões nos pontos que violarem o critério de plastificação do material. A matriz tangente de rigidez é atualizada a cada iteração da análise e é obtida de forma consistente com o algoritmo de integração das tensões, preservando as características de convergência quadrática assintótica inerentes ao método de Newton- Raphson. No procedimento iterativo de otimização é empregado um algoritmo de programac¸ ão quadrática recursiva que requer a avaliação dos gradientes da função-objetivo e restrições. Para tal, foi implementado um método semi-analítico para a determinação das sensibilidades da resposta estrutural envolvidas nas expressôes dos gradientes citados. O método leva em consideração os efeitos da plastificação ocorrida durante o carregamento da estrutura e é dito -exato- por apresentar imprecisões apenas nos casos em que a magnitude da perturbação da variável é muito pequena, não podendo ser representada corretamente pelo hardware. Os exemplos analisados mostram que a consideração do comportamento elastoplástico da estrutura na otimização de sua forma leva a configurações mais eficientes do que aquelas obtidas admitindo-se a relação linear elástica entre deformações e tensões. / [en] The main goal of this work is to present an integrated system for the optimization of plane structures with elastoplastic behavior. The methodology proposes an alternative for the conservative way in which structures traditionally have been optimized, i.e., that they present linear elastic behavior. The computational system is said to be integrated because it congregates distinct modules for the solution of the problem, such as geometric modelling, finite element mesh generation, non-linear structural response analysis, sensitivity analysis, mathematical programming and optimization of structures. The geometry of the plane structure`s boundary is defined by cubic (parametric) B-splines curves. Those, in turn, are determined by a set of interpolation points (key points) and boundary constraints at their ends. The correct definition of the structure`s geometry is responsible for the success of the optimization process.The structural response to the applied loading is evaluated by the finite element method. For that, the domain of the structure must be discretized. In the present work, an automatic unstructured mesh generator of isoparametric finite elements has been used. The equilibrium layout of the structure is obtained by an iterative/incremental procedure using the standard Newton-Raphson method. Locally, the equilibrium is satisfied by applying an implicit stress return mapping algorithm at points which violate the yield criterion of the material. The tangent stiffness matrix is updated at each analysis iteration and it is obtained in a way which is consistent with the return mapping algorithm, so that the asymptotic quadratic rate of convergence of the Newton-Raphson method is preserved. The use of a quadratic recursive programming algorithm in the optimization procedure involves the gradient evaluation of the objective function and constraints. For that, a semi-analytical method for the calculation of the response sensitivities, which appear in the gradient expressions, has been implemented. The technique takes into account the plastic effects which take place during the loading of the structure and is considered - exact- up to round-off errors, which occurs when the magnitude of the perturbation is so small that the hardware cannot accurately represent it.The examples presented demonstrate that the consideration of the elastoplastic behavior of the material during the optimization process leads to structural layouts which are more efficient than of those obtained under the assumption of linear elastic relationship between strains and stresses. / [es] Este trabajo tiene por objetivo presentar un sistema integrado para otimización de forma de extructuras planas que tengan comportamiento elástico-plástico. LA metodología implementada propone una alternativa a la forma conservadora con que tradicionalmente las extructuras han sido optimizadas, o sea, admitiendo que las poseen um comportamiento lineal-elástico. EL sistema computacional se denomina integrado pues reúne diversos módulos para el tratamiento del problema, como modelage geométrica, generación de mallas de elementos finitos, análisis no lineal de la respuesta de la extructura, análisis de sensibilidad,programación matemática y otimización de extructuras. LA geometría del contorno de la extructura plana es definida por medio de curvas (paramétricas)B splines cúbicas. Estas, por su vez, son determinadas en función de un conjunto de puntos de interpolación (puntos claves) y condiciones de contorno en sus vértices extremos. La definición correta de la geometría de la extructura es responsable por el éxito del proceso de otimización. La respuesta de la extructura a las solicitudes de carga externa se evalúa por el método de los elementos finitos. Para esto, es necesario que el dominio de la extructura sea discretizado. En este trabajo se utiliza un generador automático de mallas no extructuradas de elementos finitos isoparamétricos. La configuración de equilíbrio de la extructura se obtiene a través de un procedimiento iterativo/incremental que envuelve el método de Newton Raphson. Localmente, el equilíbrio es satisfecho por la aplicación de un algoritmo implícito de integración de tensiones en los puntos que violen el critério de plastificación del material. La matriz tangente de rigidez se actualiza a cada iteración del análisis y se obtiene de forma consistente con el algoritmo de integración de las tensiones, preservando las características de convergencia cuadrática asintótica inherentes al método de Newton Raphson. En el procedimiento iterativo de otimización se utiliza un algoritmo de programación cuadrática recursiva que requiere la evaluación de los gradientes de la función objetivo y restricciones. Para tal, se implementó un método semi analítico para la determinación de las sensibilidades de la respuesta extructural envolvidas en las expresóes de los gradientes citados. EL método lleva en consideración el hecho de que la plastificación que ocurre durante la carga de la extructura y se dice exacta por presentar imprecisiones apenas en los casos en que la magnitud de la perturbación de la variable es muy pequeña, no puede ser representada correctamente por el hardware. Los ejemplos analizados muestran que la consideración del comportamiento elástico-plástico de la extructura en la otimización de su forma lleva la configuraciones más eficientes de que aquellas obtenidas admitiendo la relación lineal elástica entre deformaciones y tensiones.

[pt] Este trabalho consiste no desenvolvimento e implementação de um sistema computacional integrado para Modelagem Geo- étrica, Geração de Malhas, Análise Numérica, Auto- Adaptação do tipo h e Otimização de Forma e Espessura em Cascas. O Modelo Geométrico adotado consiste em representar a superfície por meio de B-Splines Racionais Recortadas, admitindo variação de espessura segundo as mesmas funções que descrevem a superfície. Para a utilização nos módulos de Auto-Adaptação e Otimização, Geradores de Malhas Não-Estruturadas sobre superfícies paramétricas foram empregados. Com base em um gerador de malhas triangulares que utiliza a técnica de avanço de Fronteira, dois geradores de malhas quadrilaterais foram desenvolvidos. Os elementos finitos empregados são baseados nas hipóteses de Reissner-Mindlin e no conceito de degeneração de sólidos. São considerados os elementos tradicionais, baseados puramente em deslocamentos, bem como elementos de formulação mais robusta, com base em campos assumidos de deformação. Um procedimento para Auto-Adaptação de Malhas do tipo foi desenvolvido para o Modelo Geométrico e para os elementos considerados. As malhas obtidas a partir de níveis de erro prescritos permitem aos modelos a obtenção de suas taxas de convergência mesmo em problemas com singularidades e efeitos de fronteira. A Análise de Sensibilidade, ferramenta essencial nos procedimentos de Otimização, é feita com a utilização do Método Semi-Analítico, considerando as características especiais dos elementos de casca. Foi desenvolvida para elementos degenerados de casca uma versão do Método Semi- Analítico que elimina sua imprecisão eventual, através da diferenciação exata das componentes de deslocamento de corpo rígido. Para os elementos baseados puramente em deslocamentos, o Método Analítico também foi desenvolvido. Os módulos de Otimização de Forma e Espessura trabalham sobre diversas possibilidades de definição das variáveis de projeto e com diferentes algoritmos de Programação Matemá tica. Permitem também a Otimização de Forma com consideração de Auto-Adaptatividade para obter as malhas durante o processo de mudança de forma. Devido à interconexão entre os diversos módulos e com o objetivo de facilitar a comunicação e a implementação dos mesmos, o sistema computacional foi completamente desenvolvido utilizando técnicas de Programação Orientada para Objetos. / [en] The purpose of this thesis is the development of an integrated computational system for Geometric Modelling, Unstructured Mesh Generation, Numerical Analysis, Adaptivity and Shape Optimization of Shells.The Geometric Model is composed of Non-Uniform Rational B-Spline Surfaces (NURBS), further modified by trimming loops described in the parametric plane. Smooth thickness variations may be modelled by means of the same functions that describe the surface geometry.For Unstructured Mesh Generation, two algorithms were implemented for quadrilateral elements and one for triangles. The triangular Mesh Generator is based on the Advancing Front Technique applied to parametric surfaces. The quadrilateral Mesh Generators employ the indirect approach for converting the triangular meshes to pure quadrilateral ones. The Finite Element formulation is based on the degenerated isoparametric approach. Pure displacement based elements, as well as assumed strain robust shell elements, are employed in the Analysis, Adaptivity and Optimization modules. A procedure for h-Adaptive Mesh Refinement was developed for the shell models. For this purpose an Error Estimator scheme, based upon a Zienkiewicz-Zhu Patch Recovery Technique, adapted to handle curved shell surfaces, was employed. The adaptive procedure allows the convergence rates of the Finite Element Model to be maintained even in the presence of singularities and boundary layers.For the Sensitivity Evaluation, the well- known Semi-Analytical Method is employed and adapted for the degenerated solid shell element approach. In order to solve the inaccuracy problems inherent to the application of the method for certain types of structures, the recent Refined Semi- Analytical Method, is extended for degenerated shell elements. For the pure displacement-based elements, the Analytical Method is also developed. The Shape and Thickness Optimization modules work with a wide variety of design variable descriptions, different mathematical Programming algorithms, Sensitivity schemes and Finite Element Models. The possibility of h-Adaptive Mesh refinement in conjunction with Shape Optimization is also considered in this stage. In order to ease up code expansion, communication and data exchange between the modules,the computational system was fully developed employing Object-Oriented Programming techniques.

[pt] O crescimento da produção diária de petróleo e os elevados custos envolvidos na logística de petróleo, mais precisamente na logística upstream, pela sua complexidade, e em particular, na logística de produção e ainda, somando-se a atual queda do preço do barril, resultam que os impactos econômicos que as falhas no processo logístico podem causar, tornam-se cada vez mais relevantes. Neste contexto, foi desenvolvido um modelo de programação linear que promove a otimização da operação de alivio de plataformas conjugada à programação da janela de atendimento das diversas embarcações a fim de não haja necessidade de interromper a produção de nenhuma plataforma e que todas as demandas sejam cumpridas. Em qualquer circunstância o método utilizado busca a minimização dos custos operacionais através da redução das distancias percorridas e do número de navios afretados. O modelo matemático foi aplicado em um estudo de caso composto por três cenários distintos. O resultado obtido fundamenta a tomada de decisão que definirá o numero de navios aliviadores a serem afretados durante um determinado período. / [en] The growth of daily oil production and the high costs involved in oil logistics, specifically the upstream logistics and the production logistics itself, adding to the current downturn in oil prices, are becoming increasingly relevant considering the major economic impacts caused by eventual failure in logistics processes. In this context, a linear programming model was developed. It provides the optimization of offloading platforms operation coupled to the service window of various vessels, so there is no need to interrupt the production of any of those platforms, allowing that all demands are met. In any case, this method seeks to minimize operational costs by reducing the distances traveled and the number of chartered vessels. The mathematical model was applied in a case study consisting of three different scenarios. The result obtained allows effective decision making that will define the number of shuttle tankers to be chartered for a certain period of time.

[pt] A manutenção tem relevante participação estratégica em uma companhia, fundamental para o sucesso das organizações, a atuação deste setor envolve a redução do tempo de máquinas paradas, contribuindo com a eficiência do processo e diminuição dos custos operacionais. A intervenção preventiva é um importante tipo de manutenção, seu propósito é diminuir as falhas fundamentada em um planejamento com intervalos definidos de tempo, no entanto, determinar o melhor período não é uma atividade trivial. O intuito deste trabalho é utilizar dos conceitos de programação matemática para formular um modelo que auxilie na definição de um cronograma de manutenção preventiva, visando encontrar o melhor intervalo de tempo para intervenção na máquina baseado em informações de custos, tempo de atendimento e capacidade de mão de obra. O modelo matemático foi aplicado ao ambiente ferroviário com a finalidade de certificar a viabilidade de utilização dos métodos de Pesquisa Operacional, os resultados obtidos comprovaram se tratar de uma boa ferramenta para aplicação. Frente ao modelo atual, o cronograma de manutenção preventiva desenvolvido neste trabalho proporcionou uma economia de 40 por cento para a companhia, além do aumento médio de 30 por cento de disponibilidade a cada trimestre das máquinas de modelo Socadora. / [en] Maintenance has a relevant strategic role in a company, fundamental to the success of organizations, the performance of this sector involves reducing the time of machine downtime, contributing to the efficiency of the process and reduction of operating costs. Preventive intervention is an important type of maintenance, its purpose is to reduce failures based on planning with defined time intervals, however, determining the best period is not a trivial activity. The purpose of this work is to use mathematical programming concepts to formulate a model that helps define a preventive maintenance schedule, aiming to find the best time interval for machine intervention based on cost information, service time and hand capacity. of work. The mathematical model was applied to the railway environment in order to certify the feasibility of using Operational Research methods, the results obtained proved to be a good tool for application. Compared to the current model, the preventive maintenance schedule developed in this work provided savings of 40 percent for the company, in addition to an average increase of 30 percent in availability each quarter of Socadora model machines.

[pt] Compreensão de dados, codificação digital da fala, telecomunicações via celular, correção de erros de transmissão, são algumas das aplicações práticas do estudo dos códigos de cobertura, um importante ramo da área da matemática denominada teoria dos códigos. Neste trabalho são abordados dois problemas de códigos de cobertura: o problema clássico de códigos de cobertura e o recente problema denominado de códigos curtos de cobertura. Apresenta-se uma aplicação da metaeurística Busca Tabu Reativa, uma importante variação da Busca Tabu clássica, para os problemas citados. Além disto, apresenta-se uma nova técnica heurística para resolução de problemas de otimização combinatória denominada Heurística de Melhoria via Geração de Colunas (HMGC), juntamente com uma aplicação da mesma aos problemas em questão. A HMGC combina a geração atrasada de colunas, técnica usada na resolução de problemas com um grande número de variáveis de decisão (colunas), e heurísticas de busca local. É feita uma comparação dos resultados obtidos pela Busca Tabu Reativa, a Busca Tabu sem o mecanismo de reação e a HMGC, de forma a avaliar a qualidade das heurísticas apresentadas. / [en] Data compression, speech coding, móbile telecommunications and error-corretion are some of the practical apllications of the covering codes study, an important field of coding theory. This work addresses two problems of covering codes: the classic code covering problem and the recent short code covering problem. It presents an application of Reactive Tabu Search (RTS) metaheuristic for the problems cited, the RTS is an important variation of the classic Tabu Search. Moreover, it presents a new heuristic technique for solving combinatorial optimization problems named Column Generation Improbement Heuristic (CGIH). It also presents an application of CGIH for the covering codes problems. The CGIH combines the delayed column generation, technique used to solve problems with a large number of decision variables (columns), and local search heuristics. A comparison of results obtained by the Reactive Tabu Search, the Tabu Search without the reaction mechanism and the CGIH is also presented in order to assess the effectivenss of the presented heuristics.

[pt] A volatilidade inerente ao mercado de fretes marítimos e as incertezas relacionadas à demanda de transportes prevista contribuem para a complexidade do problema de dimensionamento da frota. Este trabalho aborda o problema da renovação da frota marítima de uma empresa brasileira do setor de óleo e gás, para o transporte, em viagens de cabotagem e longo curso, de derivados de petróleo. Para tal, é apresentado um modelo estocástico de programação inteira-mista de dois estágios para capaz de gerar indicações de contratos de afretamento a serem realizados considerando incertezas nos níveis de mercado de fretes e na previsão de volume movimentado. O modelo é capaz de fornecer composições de frota capazes de atender as especificações do problema, contudo, para os casos analisados, a avaliação das soluções obtidas ao se considerar a incerteza mostrou potencial de ganho pouco significativo em comparação com uma modelagem similar considerando valores esperados dos parâmetros. Este trabalho evidencia uma situação em que é útil a avaliação das soluções Wait-and-See (WS) e Expected Value of Expected Solution (EEV), menos demandantes computacionalmente, para calcular o potencial ganho da solução do modelo estocástico. / [en] The inherent volatility in the maritime freight market and the uncertainties related to the expected transport demand contribute to the complexity of the fleet size and mix problem. This work addresses the problem of the maritime fleet renewal of a Brazilian oil and gas company, for the transportation, in cabotage and international voyages, of oil products. To this end, we present a two-stage stochastic mixed-integer programming model capable of giving recommendations of which chartering contracts to be performed, considering uncertainties in freight market levels and in the forecasted volume movement. The model is able to provide fleet compositions capable of meeting the problem specifications, however, in the evaluated cases, little gain potential was observed by comparing the stochastic solutions to solutions considering expected parameter values. This work highlights a situation in which the evaluation of the computationally less demanding Waitand-See (WS) and Expected Value of Expected Solution (EEV) solutions is useful to calculate the potential gain of the stochastic model solution.

[pt] A otimização topológica tem como objetivo encontrar a distribuição mais eficiente de material em um domínio especificado sem violar as restrições de projeto definidas pelo usuário. Quando aplicada a estruturas contínuas, a otimização topológica é geralmente realizada por meio de métodos de densidade, conhecidos na literatura técnica. Neste trabalho, daremos ênfase à aplicação de sua formulação discreta, na qual um determinado domínio é discretizado na forma de uma estrutura base, ou seja, uma distribuição espacial finita de nós conectados entre si por meio de barras de treliça. O método de estrutura base fornece uma aproximação para as estruturas de Michell, que são compostas por um número infinito de barras, por meio de um número reduzido de elementos de treliça. O problema de determinar a estrutura final com peso mínimo, para um único caso de carregamento, considerando um comportamento linear elástico do material e restrições de tensão, pode ser formulado como um problema de programação linear. O objetivo deste trabalho é fornecer uma implementação escalável para o problema de otimização de treliças com peso mínimo, considerando domínios com geometrias arbitrárias. O método remove os elementos que são desnecessários, partindo de uma treliça cujo grau de conectividade é definido pelo usuário, mantendo-se fixos os pontos nodais. Propomos uma implementação escalável do método de estrutura base, utilizando um algoritmo de pontos interiores eficiente e robusto, em um ambiente de computação paralela (envolvendo unidades de processamento gráfico ou GPUs). Os resultados apresentados, em estruturas bi e tridimensionais com milhões de barras, ilustram a viabilidade e a eficiência computacional da implementação proposta. / [en] Topology optimization aims to find the most efficient material distribution in a specified domain without violating user-defined design constraints. When applied to continuum structures, topology optimization is usually performed by means of the well-known density methods. In this work we focus on the application of its discrete formulation where a given domain is discretized into a ground structure, i.e., a finite spatial distribution of nodes connected using truss members. The ground structure method provides an approximation to optimal Michell-type structures, composed of an infinite number of members, by using a reduced number of truss members. The optimal least weight truss for a single load case, under linear elastic conditions, subjected to stress constraints can be posed as a linear programming problem. The aim of this work is to provide a scalable implementation for the optimization of least weight trusses embedded in any domain geometry. The method removes unnecessary members from a truss that has a user-defined degree of connectivity while keeping the nodal locations fixed. We discuss in detail the scalable implementation of the ground structure method using an efficient and robust interior point algorithm within a parallel computing environment (involving Graphics Processing Units or GPUs). The capabilities of the proposed implementation is illustrated by means of large scale applications on practical problems with millions of members in both 2D and 3D structures.

[pt] O planejamento e controle de portfolios de projeto é uma tarefa desafiadora. Eles estão sujeitos a múltiplos riscos, restrições de recursos, relações de precedências e penalidades por atrasos de projetos. É fundamental desenvolver estratégias efetivas de alocação dos recursos disponíveis de forma a garantir que estes projetos sejam concluídos dentro dos limites de tempo e custo. Um fator crucial que deve ser levado em consideração ao tomar estas decisões é o gerenciamento das incertezas associadas a execução dos projetos. Neste contexto, este trabalho propõe uma metodologia baseada em otimização robusta para planejamento e controle de portfolios de projeto sob incerteza. Este método combina modelos e algoritmos desenvolvidos para diferentes problemas de alocação de recursos para os quais foi aplicada a mesma abordagem de otimização robusta. Nela, a incerteza é modelada como um adversário capaz de materializar a combinação de riscos de pior caso que maximiza o impacto no(s) projeto(s) para qualquer plano de alocação de recursos. Nos problemas estudados o tomador de decisão tem então que determinar a alocação ótima de recursos que minimiza um objetivo particular assumindo que a combinação de riscos de pior caso irá se materializar. A abordagem também provê um mecanismo para controle do grau de conservadorismo das soluções robustas. Para cada problema modelado, uma estratégia de solução é desenvolvida através de um esquema de reformulação que parte de uma formulação Min-Max compacta e termina em um algoritmo de geração de cortes. Diversos experimentos computacionais foram executados, provendo importantes conclusões que direcionaram o desenvolvimento da metodologia de controle e planejamento de portfolios. A importância de se desenvolver planos de alocação de recursos de forma integrada no contexto de tomada de decisão em portfolios de projetos e a falta de efetividade do método tradicional de análise de caminhos críticos no contexto de cenários de pior caso para as durações das atividades, são importantes exemplos das conclusões obtidas pelos experimentos. A aplicação da metodologia foi demonstrada em um caso de estudo que contempla um portfolio para construção de duas refinarias. O referido exemplo demonstrou o potencial do uso prático dos métodos propostos neste trabalho. / [en] Planning and controlling complex project portfolios is a challenging task. These portfolios are subject to a number of potential risk sources coupled with resource constraints, intricate precedence relationships, and penalties for project delays. For this reason, it is fundamental that optimal strategies for the allocation of the available resources are constantly adopted by the decision makers to ensure that their projects are completed within limits of time and cost. Moreover, the uncertainty that affects these projects has to be taken into account for effective resource allocation decisions. Within this context, this work proposes a robust optimization-based methodology for planning and controlling project portfolios under uncertainty. The method combines models and algorithms for multiple resource allocation problems under the same robust optimization framework. In this approach, the uncertainty environment is modeled as an adversary that selects the worst-case combination of risks for any decision maker s actions. Subsequently, the main goal of the decision maker is to determine optimal resource allocation plans for minimizing a particular objective subject to the assumption that the adversary s worst-combination of risks will materialize. The approach also provides a way to control the degree of conservatism of the solutions. For each studied problem, a solution strategy is developed through a reformulation scheme from a compact min-max formulation to a cut-generation algorithm. Several computational experiments are conducted, providing key insights that drive the design of the referred portfolio planning and control methodology. The ineffectiveness of traditional critical path analysis under worst-case realizations of uncertain activities durations and the importance of taking integrated resource allocation decisions in the context of project portfolios, are examples of the key findings of the experiments. The application of the methodology is demonstrated in a case study of a portfolio aimed at the construction of two refineries. This example presents the capabilities of the developed techniques in a practical context.

[pt] Nesta dissertação será proposta uma metodologia que contabiliza o risco de inadimplência no mercado, decorrentes de débitos não pagos à câmara de comercialização de energia elétrica (CCEE) nas estratégias de contratação de geradores renováveis. As incertezas relacionadas à geração e ao preço de curto prazo são consideradas através da simulação de cenários exógenos ao modelo como habitual em otimização estocástica. A otimização robusta é empregada através de conjuntos de incerteza poliédricos a fim de modelar a inadimplência do mercado. Dessa maneira, a metodologia proposta se baseia em um modelo matemático híbrido, robusto e estocástico. De forma mais objetiva, um modelo de dois níveis é proposto com tantos problemas de segundo nível quanto o número de cenários considerados para a produção renovável. No primeiro nível, as decisões de contratação são feitas. Em seguida, para cada cenário de geração, o problema de segundo nível encontra a pior inadimplência com base na carteira de contratos encontrados pelo primeiro nível. Para resolver o problema, o modelo de dois níveis é reescrito como um problema linear equivalente de um único nível. O perfil de risco do agente é definido por meio do conhecido valor condicional em risco (conditional value-a-risk), uma medida coerente de risco. Para ilustrar a eficácia do modelo de contratação, são realizados estudos de casos com dados realistas do sistema de energia brasileiro. / [en] In this dissertation we propose a new methodology to account for the market default risk, arising from debts not paid to the market clearing house, in the renewable generators contracting strategy. Renewable generation and spot price uncertainties are considered through exogenous simulated scenarios as customary in stochastic optimization. Robust optimization with polyhedral uncertainty sets is employed to account for the market default. Thus, the proposed methodology is based on a hybrid robust and stochastic mathematical program. More objectively, a bi-level model is proposed with as many second-level problems as the number of scenarios considered for the renewable production. In the first level, contracting decisions are made. Then, for each generation scenario, a second-level problem finds the worst-case default based on the portfolio of contracts found by the first level. To solve the problem, the bi-level model is rewritten as a single-level equivalent linear problem. The agent s risk profile is defined by means of the well-known conditional value-at-risk coherent risk measure. To illustrate the effectiveness of the contracting model, case studies are performed with realistic data from the Brazilian power system.

[pt] O objetivo desta dissertação é desenvolver uma metodologia para oferta estratégia de uma empresa geradora em ambiente de mercado com múltiplas usinas hidrelétricas, levando em consideração múltiplos estágios e a incerteza nas afluências, e ilustrar a aplicação da mesma em sistemas realistas. Mostra-se inicialmente que o problema de oferta estratégica pode ser formulado como uma recursão de programação dinâmica estocástica (PDE), onde as variáveis de estado são os níveis de armazenamento dos reservatórios no início de cada estágio e as afluências observadas nos estágios anteriores. Entretanto, a dificuldade computacional dos algoritmos de PDE restringe sua aplicação a sistemas com poucos reservatórios, limitando bastante a aplicação da técnica a sistemas realistas. Assim, a abordagem proposta nesta dissertação é estender a metodologia de programação dinâmica dual estocástica (PDDE), até então aplicada a problemas de minimização de custos, ao problema de otimização da oferta. Isto é feito através de dois passos principais: (i) Uso de uma estratégia de oferta por quantidade somente (análogo a um modelo de Cournot em problemas de equilíbrio econômico) e (ii) a recursão de PDDE, que por ser baseada numa aproximação por hiperplanos requer que o problema seja convexo, o que não ocorre necessariamente no caso da oferta estratégica. A abordagem proposta consiste em aproximar a cada estágio a função de benefício futuro (FBF) por sua envoltória côncava (concave hull). Com isso, a técnica de PDDE pode ser aplicada para resolver o problema de ofertas multi- estágio e estocástico de uma empresa hidroelétrica com múltiplas usinas. Exemplos e estudos de caso serão ilustrados com os sistemas reais da Romênia e El Salvador, ilustrando a aplicabilidade da metodologia proposta em estudos e análises de poder de mercado. / [en] The objective of this work is to present a methodology for the strategic bidding (or bid-based) problem of a hydropower based company, taking into account multiple hydro plants, time-coupling, multiple inflow scenarios and illustrate its application for real case studies. It is initially show that the bid-based dispatch for a hydro plant can be formulated as a stochastic dynamic programming (SDP) recursion scheme, where the state variables are the storage levels and the past inflows. As widely known, the computational effort of the SDP algorithms restricts its applications for systems with just a few reservoirs, which is not the case of the real world systems. Therefore, the approach proposed in this thesis is to extend the stochastic dual dynamic programming (SDDP) scheme, usually applied to cost minimization problems, to the strategic bidding problem. This is done through two main steps: (i) use of a quantity-only bidding scheme (similar to the Cournot model of economic equilibria); (ii) SDDP recursion, which is based on a linear approximation by piecewise linear segments and thus requires that the underlying problem to be convex. This is not necessarily observed in the strategic bidding problem. Thus, the proposed approach consists in approximating, at each stage, the future benefit function (FBF) by its concave hull, which then assures that the SDDP scheme can be applied to solve the multi-stage and stochastic strategic bidding problem of a company with a portfolio of several hydro plants. The proposed approach is illustrated with examples and case studies from real hydro systems from Rumania and El Savador, where market power analysis will be presented.