[pt] No modelo econômico tradicional, o sistema elétrico podia ser constituído por empresas verticalizadas, isto é, os serviços de geração, transmissão e distribuição podiam ser providos por uma mesma empresa. Nesta estrutura, serviços como reserva de potência, suporte de reativos, reserva de transmissão, ou seja, os chamados Serviços Ancilares à operação do sistema elétrico, não eram computados com custos específicos a serem restituídos, já que os mesmos encontravam-se agregados ao preço da energia elétrica. No novo modelo econômico, onde cada empresa presta um tipo de serviço, é crescente a importância da caracterização de cada Serviço Ancilar. Definidos os prestadores do serviço e usuários, torna-se explícita a necessidade de uma estrutura de mercado para aquisição e revenda do Serviço Ancilar. Este trabalho propõe um mecanismo de mercado para compra e venda de Serviços de Reserva de Potência Operativa por intermédio de um agente de mercado sem fins lucrativos. Este é baseado no mecanismo praticado pelo California Independent System Operator e, devidamente adaptado, pode ser aplicado ao sistema elétrico brasileiro. As principais adaptações são: i) o ajuste da venda para permitir uma distribuição justa da vantagem econômica obtida com a compra considerando os mercados interdependentes, e ii) o ajuste da venda para que os compradores somente das reservas R1 e R2 afetem os preços de R1 e R2, e não os preços de R3 e R4. / [en] In the previous structure of the Brazilian power sector, the economic model was such that the same company could provide generation, transmission and distribution services. In this model, services such as power reserve, reactive power support and transmission reserve, i.e., the so-called Ancillary Services to the operation of the electric system, were not considered explicitly. Therefore, no specific costs had to be paid as they were aggregated to the final energy price. In the new structure of the power sector, where each company provides a different type of service, the distinction of each Ancillary Service becomes a very important issue to the energy business. Once defined the service providers and users, it is evident the need of a market structure for selling and buying the service. This work suggests a market mechanism for selling and buying the Power Operative Reserve Service through a non-profit market agent. This proposal is based on the California`s Independent System Operator mechanism and, if properly adapted, can be applied to the Brazilian Power System. The main adaptations are: i) the adjustments of the sale price to allow a fair distribution of the economic advantage gotten with the purchase considering the interdependent markets, and ii) the adjustments of the sale price for the purchasers of only R1 and R2 reserves to affect only the prices of R1 and R2 and not the prices of R3 and R4. / [es] En el modelo económico tradicional, el sistema eléctrico podía ser constituido por empresas verticalizadas, es decir, los servicios de generación, transmisión y distribuición podían pertenecer a una misma empresa. En esta extructura, servicios como reserva de potencia, soporte de reactivos, reserva de transmisión, o sea, los llamados Servicios Auxiliares a la operación del sistema eléctrico, no eran calculados con costos específicos que serían restituidos, ya que éstos se encontraban agregados al precio de la energía eléctrica. En el nuevo modelo económico, donde cada empresa presta un tipo de servicio, cresce la importáncia de la caracterización de cada Servicio Auxiliar. Una vez definidos los prestadores del servicio y los usuarios, se necesita de una extructura de mercado para adquisición y revenda del Servicio Auxiliar. Este trabajo propone un mecanismo de mercado para compra y venda de Servicios de Reserva de Potencia Operativas por intermedio de un agente de mercado sen fines lucractivos. Este es basado en el mecanismo praticado por el California Independent Systen Operator y, debidamente adaptado, puede ser aplicado al sistema eléctrico brasilero. Las principales adaptaciones son: i) ajuste de la venda para permitir una distribuición justa de la ventaja económica obtenida con la compra considerando los mercados interdependientes, y ii) el ajuste de la venda para que los compradores solamente de las reservas R1 y R2 afecten los precios de R1 y R2, y no los precios de R3 y R4.

[pt] A reserva de potência operativa é a parcela da geração responsável por assegurar a confiabilidade dos sistemas elétricos na ocorrência de contingências dos equipamentos, bem como erros na previsão de carga e geração. A crescente penetração de fontes renováveis variáveis nas redes elétricas, como as fontes eólica e solar fotovoltaica, vem agregando ainda mais incertezas no planejamento, na programação da operação e na própria operação. Sendo assim, a metodologia para o cálculo da reserva potência operativa deverá acompanhar as transformações do sistema, sendo necessária a representação das incertezas e a consideração das taxas de falhas dos equipamentos, para o adequado dimensionamento. Um sobredimensionamento da reserva incorre em elevado custo ao consumidor, enquanto um subdimensionamento, expõe o sistema a riscos. Dadas as características estocásticas do sistema, a utilização de métodos probabilísticos se apresenta como mais apropriada para o dimensionamento da reserva operativa. Nesta dissertação, o principal objetivo é aplicar a simulação Monte Carlo para estimar os índices de confiabilidade para o sistema elétrico brasileiro. Os desvios da previsão de carga e geração eólica são representados através de distribuições obtidas a partir de dados históricos. As gerações das usinas hidrelétricas e termelétricas adotadas são baseadas no resultado do modelo de otimização energética, utilizado na programação diária da operação do sistema elétrico brasileiro. São realizados diversos testes com intuito de avaliar os impactos nos índices de confiabilidade do sistema elétrico brasileiro. / [en] The operating power reserve is the share of generation responsible for ensuring the reliability of electrical systems in the event of equipment contingencies, as well as errors in load and generation forecasting. The increasing penetration of variable renewable sources in electrical grids, such as wind and solar photovoltaic sources, has been adding even more uncertainty to planning, operation scheduling and the operation itself. Therefore, the method for calculating the operating power reserve should follow the transformations of the system, requiring the representation of uncertainties and consideration of equipment failure rates for adequate sizing. Oversizing the operating reserve incurs high costs to the consumer, while undersizing exposes the system to risks. Given the stochastic characteristics of the system, the use of probabilistic methods is more appropriate for sizing the operating reserve. In this dissertation, the main objective is to apply Monte Carlo simulation to estimate reliability indices for the Brazilian electrical system. Deviations from the wind load and generation forecast are represented by distributions obtained from historical data. The power generations of the adopted hydroelectric and thermoelectric plants are based on the results of the energy optimization model, used in the daily programming of the Brazilian electrical system operation. Several tests are carried out in order to evaluate the impacts on the reliability indices of the Brazilian electrical system.

[pt] Este trabalho apresenta metodologias para definir a remuneração dos geradores que provêem serviços ancilares em função do benefício proporcionado ao sistema. São analisados os serviços ancilares de suporte de potência reativa e reserva de potência. Para o serviço ancilar de suporte de potência reativa, o valor do benefício proporcionado pelos geradores é obtido por meio do custo evitado de alocação de novas fontes de potência reativa. Já para o serviço ancilar de reserva de potência, o benefício é calculado a partir da redução observada no valor esperado de energia não suprida, multiplicada pelo custo unitário de interrupção do sistema de potência. O valor de benefício proporcionado por cada serviço ancilar é determinado por meio de um algoritmo de pontos interiores em um problema de fluxo de potência ótimo. A remuneração que cabe a cada gerador é definida por meio do emprego do método de repartição de custos de Aumann-Shapley, oriundo da Teoria dos Jogos Cooperativos. A aplicação deste método garante que a repartição do benefício entre os geradores seja realizada de forma justa e eficiente. As metodologias propostas para são ilustradas em dois sistemas de potência distintos: o sistema IEEE-RTS e o sistema Sul-Sudeste Brasileiro. Os resultados obtidos são discutidos e a eficácia da metodologia é analisada. / [en] This work presents methodologies to define the remuneration of the generators that provide ancillary services to the power system as a function of the benefit provided to the system. In this work the ancillary services considered are the reactive power supply and the generation reserve. To the ancillary service of reactive power supply, the benefit provided by the generators is calculated by the avoided cost of new reactive power sources. The benefit provided by the ancillary service of generation reserve is calculated as the reduction on the expected energy not supplied, multiplied by the interruption cost of the power system. An optimum power flow is used to determine the benefit provided by each ancillary service. The remuneration of each generator is defined through the cost allocation method of Aumann-Shapley, which belongs to the Cooperative Game Theory. The Aumann-Shapley method guarantees that the payment partition among the generators is fair and efficient. The proposed methodology is applied to the IEEE-RTS power system and the Brazilian South-Southwest power system. The numerical results are discussed and the efficiency of the methodology is analyzed.

[pt] Com a modificação estrutural do setor de produção, transmissão e distribuição de energia elétrica em vários países do mundo, inclusive no Brasil, serviços caracterizados como ancilares, que sempre foram oferecidos de forma integrada com o fornecimento de energia elétrica, sem que fossem remunerados especificamente, devem hoje ser tratados e remunerados de forma independente. A necessidade de otimizar custos, em função dos novos ambientes comerciais, muitas vezes competitivos, tem feito com que os agentes geradores vejam o fornecimento de reserva de potência operativa e a regulação de freqüência como novas oportunidades de prestação de serviços. Com isto, novos custos e responsabilidades foram criadas, o que reforça a necessidade de remuneração desses serviços ancilares. Devem-se valorizar os benefícios por eles agregados ao sistema elétrico, representados pelo aumento da confiabilidade e da qualidade da energia. Assim, questões que merecem ser tratadas cuidadosamente são a determinação dos preços a serem pagos pelos consumidores pelos serviços, a determinação correta da participação de cada agente e a necessidade de mecanismos justos de distribuição dos recursos financeiros recebidos por estes serviços entre os agentes que realmente os forneceram. Neste trabalho desenvolve-se uma estrutura de remuneração dos serviços de reservas operativas e regulação de freqüência, baseada no benefício por eles determinado, premiando-se a eficiência e permitindo-se a recuperação dos custos incorridos. Através de estudos de casos com dados reais verifica-se a consistência da proposta de remuneração, comparando os seus resultados com valores já praticados, e analisando o seu impacto sobre as atuais tarifas de energia elétrica. / [en] Nowadays, with the structural modification of the electric energy industry around the world, including in Brazil, services characterised as ancillary, that always were offered bundled with energy supply, without specific remuneration, should be dealt with independently. The need for cost optimisation, caused by the new commercial environment, sometimes competitive, has made the generating agents to understand operating reserves and frequency regulation as a new opportunity of providing services. Furthermore, new costs and obligations have been created, thus reinforcing the need for these ancillary services to be remunerated. It is necessary to recognise the benefits aggregated to the electric system by ancillary services, represented by improvement of reliability and energy quality. In this way, issues that deserve to be carefully treated are i) the prices to be paid by consumers, ii) the participation of each agent that really provided the service, and iii) the fairness of the mechanism for distribution of the financial resources among the providers. In this work it is developed a structure for the remuneration of operating reserves and frequency regulation, based on the benefit of this services, awarding efficiency and allowing the recuperation of incurred costs. Through study-cases with actual data, it is verified the consistency of the proposal, by comparing its results with values in practice, and by analysing its impact over current electric energy tariffs.

[pt] Centros de operação ao redor do mundo têm verificado o aumento da complexidade ao longo dos anos, principalmente pela grande quantidade de novas informações que devem ser consideradas. No sistema elétrico brasileiro não é diferente, impactado pela participação cada vez mais ativa de fontes renováveis, como eólicas e fotovoltaicas, além de elos de corrente contínua. Seguindo uma tendência global, a consideração de valores de inércia sincronizada para a avaliação do desempenho da frequência e de fluxos sistêmicos se faz necessária, configurando-se como uma nova informação a ser exposta à operação em tempo real. Visando garantir mais segurança e confiabilidade ao ambiente de tempo real, o presente trabalho tem como objetivo traduzir os estudos realizados pela equipe de planejamento do ONS para a operação, através de um sistema capaz de monitorar parâmetros como a inércia sincronizada, reserva de potência operativa e outras informações associadas, ampliando a consciência situacional dos usuários. Além disso, o sistema deve promover simulações de contingências severas que possam provocar atuações de esquemas de corte de carga e indicar ações que possam ser realizadas para mitigar o problema. / [en] Operation centers around the world have verified an increase of the complexity throughout the years, mostly due to huge amounts of new information that must be considered. The Brazilian electric system is no different, impacted by the increasingly active participation of renewable sources, such as wind and photovoltaic, as well as direct current links. Following a global trend, the consideration of values of synchronous inertia for the evaluation of the performance of the frequency is necessary, configuring as a new information to be exposed to real-time operation. With the purpose of guaranteeing more safety and reliability to the real-time environment, this work has the goal of translating the studies carried out by the ONS planning team to the operation, through a system capable of monitoring parameters such as synchronous inertia, operating reserve and other associated informations, increasing users situational awareness. Besides that, the system must promote simulations of severe contingencies that may trigger load shedding schemes and indicate actions that can be taken to soften the problem.