[pt] As constantes mudanças no mercado levaram a um redirecionamento do foco empresarial para o consumidor final. Assim, as formas tradicionais de distribuição que empurravam a produção para o mercado, passaram a ser substituídas por novas formas onde o abastecimento é puxado pela necessidade de mercado. Entre estas novas formas de distribuição apresenta-se o sistema Cross Docking. Nesta dissertação, esse sistema será apresentado, buscando compreender sua estrutura e seus objetivos. O Cross Docking opera transferindo a mercadoria diretamente da área de recebimento para a área de embarque, sem armazená-la, buscando com isso oferecer melhores serviços e manter a oferta constante de produtos. Além disso, a pesquisa tem como objetivo identificar as vantagens e desvantagens do seu uso e os obstáculos de implementação. Será realizada também uma pesquisa de campo, onde uma observação simples da realidade terá como base a Empresa Brasileira de Correios e Telégrafos - ECT. Esta análise se deve ao fato da ECT operar de acordo com a filosofia do sistema Cross Docking, ou seja, as encomendas urgentes fluem pelo centro de distribuição, sendo imediatamente transferidas para as docas de expedição, sem paradas. Dessa forma, a pesquisa busca realizar um diagnóstico da distribuição utilizando-se como referência a ECT. Para essa empresa são avaliados tanto o seu desempenho operacional como a execução dos seus serviços de encomendas expressas, com base nos dois índices de performance utilizados pela própria empresa: produtividade e qualidade (nível de serviço). / [en] The frequent changes in the market turned any company`s focus to the final consumer. So, the ordinary distribution techniques, which usually pushed the production to the market, has being replaced by new techniques, where the product supplies are pulled by the market needs. One of these new ways of distribution is the Cross Docking system. This master`s thesis will present this system, in order to understand its structure and its aims. The Cross Docking concept immediately transfers the merchandise received at the point of reception, to the point of delivery, with the minimum time in between. So, this system can offer better service levels and keep a constant supply of products. In addition, this research has the purpose of identifying the main advantages and disadvantages derived from the use of this system and the main obstacles for its implementation. It will also make a field research, which will have the Empresa Brasileira de Correios e Telégrafos - ECT - as a basis for a simple observation of the reality. That is because the ECT operates with the same philosophy of the Cross Docking system, in which orders do not stay inside the Distribution Center but are immediately transferred to the outbound docks. So, this research has the purpose of diagnosing the distribution system, using the express services of ECT as the field research case study and the performance indexes such as, productivity and service level.

[pt] O aumento do consumo de energia elétrica leva os sistemas de distribuição a operar próximo do seu limite, podendo ocorrer situações de máximo fluxo de potência ativa e reativa nos ramos, ou seja, problemas de estabilidade de tensão. A mudança da topologia da rede permite encontrar uma configuração em que os índices de estabilidade de tensão estão distantes do ponto de máximo carregamento do sistema, reduzir as perdas técnicas e tornar a distribuição de carga nos alimentadores mais uniforme. Contudo, o número de possibilidades de chaveamento cresce com o aumento da dimensão da rede elétrica e a busca pela solução ótima requer esforço computacional elevado. O uso do algoritmo heurístico de Busca Tabu permite direcionar a busca por novas configurações de qualidade, armazenando suas características e proibindo a adição e/ou remoção de atributos por um período, evitando que a busca termine em um valor mínimo (máximo) local. Os resultados das análises em diferentes níveis de carregamento, que representam a operação do sistema radial de distribuição com carga leve, pesada e crítica, mostram que o algoritmo de Busca Tabu adotado neste trabalho consegue maximizar a margem de potência da barra crítica do sistema, levando o ponto de operação original à uma distância maior do ponto de máximo carregamento do sistema, na região normal de operação e minimizando as perdas técnicas. Com isso, evita-se que o sistema opere no ponto de máximo carregamento ou, na pior das hipóteses, na região anormal de operação, onde as ações de controle têm efeito oposto ao esperado. / [en] The increase of the consumption of electric energy takes the distribution systems to operate next to its limits, which might cause situation of maximum active and reactive power flow in the branches, that is, problems of voltage stability. The change of the topology of the network allows to find a configuration where de voltage stability indexes are far from de maximum loading point, improve voltage profile, reduce power losses and load balancing. However, the number of possible switching grows with the dimension of network and searching for optimal solution requires high computational effort. Using Tabu Search heuristics allows guiding the search for new configuration of high quality, being storing its characteristics and forbidding the addition and/or removal of attributes for a period, avoiding that the search finishes in a local minimum (maximum) value. The results in different loading levels, that represent the operation of radial distribution system with normal, weighed and critical load, show that the Tabu Search algorithm maximizes the voltage stability margin, leading the original operation point to a new one that is far from the maximum loading point, in the normal region of operation. With this, it is prevented that the system operates next to the maximum loading point or, in the worse case, in the abnormal region of operation, where the actions of control have opposing effect to the waited one.

[pt] A Geração Distribuída (GD) tem modificado profundamente a estrutura clássica dos sistemas elétricos. No Brasil, o modelo tarifário adotado pela regulação atual, denominado Sistema de Compensação de Energia, estabelece que a energia injetada pela GD na rede da distribuidora desconta integralmente a energia consumida, com todas suas componentes tarifárias. Em voga, a discussão para novas regras a respeito das formas de remuneração e valoração da GD envolve por um lado as distribuidoras, que alegam que o atual mecanismo de compensação não remunera adequadamente o uso do sistema de distribuição e, por outro lado, consumidores que optam pela GD, pontuam seus benefícios à sociedade e defendem o atual modelo. Neste sentido, é proposta nesta tese de doutorado uma nova metodologia de quantificação e alocação de benefícios e custos da GD em sistemas de distribuição, que gere um sinal tarifário capaz de traduzir os efeitos da sua localização e presença na rede. A concepção básica abrange a identificação, contabilidade e partilha do que são denominadas na metodologia proposta como funções, que representam características tarifáveis e consideradas adequadas na averiguação da remuneração da GD. Neste trabalho, as funções que serão avaliadas representam o impacto da GD no uso, nas perdas, no pico de carga e na confiabilidade da rede de distribuição. A alocação entre os geradores é realizada utilizando-se o Valor Shapley da Teoria de Jogos Cooperativos. Para aplicação da metodologia proposta, dois sistemas testes e um sistema real de distribuição são utilizados e os resultados obtidos são amplamente discutidos. / [en] Distributed Generation (DG) has deeply changed the classical structure of electrical power systems. In Brazil, the tariff model adopted by the current regulation, called the Energy Compensation System, establishes that the energy injected by DG into the distribution grid fully discounts the energy consumed, with all its tariff components. In vogue, the discussion for new rules regarding the forms of remuneration and valuation of DG involves, on the one hand, distributors, who claim that the current compensation mechanism does not adequately remunerate the use of the distribution system, and, on the other hand, consumers who choose for DG, point out its benefits to society and defend the current model. In this sense, this doctoral thesis proposes a new method for quantifying and allocating DG benefits and costs in distribution systems, which generates a tariff signal capable of translating the effects of its location and presence in the network. The basic concept covers the identification, accounting and sharing of what are called in the proposed method as functions, which represent chargeable characteristics and considered adequate in the study of DG remuneration. In this work, the functions that will be evaluated represent the DG impact on the usage, losses, peak load and reliability of the distribution network. The allocation between generators is performed using the Shapley Value of Cooperative Game Theory. In order to apply the proposed method, two test systems and a real distribution system are used and the obtained results are widely discussed.

[pt] Em sistemas de distribuição de energia elétrica, um dos maiores desafios para as distribuidoras é a estimação das perdas técnicas. De acordo com a bibliografia, as perdas elétricas nas redes de distribuição em diferentes países podem variar aproximadamente de 3 porcento e 25 porcento da energia fornecida à rede, o que pode significar grandes impactos nos custos do sistema. Especificamente no Brasil, a adequada avaliação das perdas elétricas fornece informação importante para que o regulador estabeleça as tarifas de distribuição de energia elétrica. Na literatura há diversos métodos para a estimação das perdas técnicas de energia, mas devido à dificuldade na modelagem dos equipamentos do sistema, assim como a falta de informação da energia consumida pelas cargas, as estimações podem acarretar em grandes erros. Para tratar este problema, esta dissertação propõe um novo método baseado em um modelo de carga polinomial modificado para estimar as perdas elétricas, considerando medições de tensão e potência na subestação e, quando disponíveis, medições de tensão e potência demandadas pelas cargas. A contribuição principal do método proposto é o uso da informação da topologia da rede e a correlação entre a potência consumida pelas cargas e as grandezas medidas na subestação. Para detalhar e analisar o desempenho do método proposto são utilizados três sistemas elétricos. Os resultados das estimações são comparados com os resultados obtidos por outros métodos de referência encontradas na literatura e em aplicações práticas. / [en] In electrical distribution systems, one of the greatest challenges for utilities is the estimation of technical losses. According to the literature, energy losses throughout the world s electric distribution networks may vary from country to country approximately between 3 percent and 25 percent of the electricity provided, which may cause great impacts on the electrical system costs. Specifically in Brazil, the appropriate evaluation of the energy losses provides valuable information for the regulator to establish the energy distribution tariffs. In literature, there are different ways for estimating energy losses, but due to the difficulty for modeling precisely the equipment of the system, as well as the lack of information regarding the energy consumed of each load, the energy losses estimation may lead to huge errors. To deal with this problem, it is proposed a new method based on a modified load model, taking into account the measurements of voltages and power at the substation and, when available, the measurements of voltages and power demanded by loads with meters installed. The main contribution of the proposed method is the use of the network information and the correlation between the power consumed by the loads and the voltage and power supplied by the substation. In order to detail and analyze the performance of the proposed method, three electric systems are used. The results of the estimations given by the proposed method are compared to those obtained with other methods found in literature and in practical applications.

[pt] O cálculo do fluxo de potência em uma rede elétrica consiste em determinar o estado da rede, os fluxos e perdas elétricas nas linhas e as perdas internas totais no sistema. Nesse tipo de problema, a modelagem do sistema é estática e a rede é representada por um conjunto de equações e inequações algébricas. Diferentes métodos de solução foram propostos na literatura para realizar cálculos de fluxo de potência. No entanto, para redes de distribuição, esses métodos devem ser capazes de modelar, com detalhes suficientes, algumas características únicas desses sistemas, como sua estrutura quase radial, a natureza desequilibrada das cargas e a inserção de geradores distribuídos. Além disso, a modelagem do padrão de consumo nos sistemas de distribuição é mais complexa e os parâmetros das linhas são mais difíceis de serem obtidos, quando comparados com o sistema de transmissão. Portanto, a aplicação de métodos tradicionais para cálculos de fluxo de potência em redes de distribuição pode levar a soluções divergentes. Nesse contexto, o presente trabalho propõe uma nova abordagem para cálculos de fluxo de potência em sistemas de distribuição, baseada em Machine Learning. Os modelos propostos utilizam Redes Neurais Artificiais (RNAs) para prever as perdas ativas internas de uma rede de distribuição e os fluxos de potência nas fronteiras com o sistema de transmissão. Simulações numéricas demonstram o desempenho eficiente da abordagem proposta, além de suas vantagens computacionais em relação aos softwares normalmente utilizados nesse tipo de estudo pois, uma vez treinadas, as RNAs podem aproximar, de modo extremamente rápido, cálculos de fluxo de potência, já que apenas operações matriciais são realizadas. Além disso, o trabalho apresenta uma aplicação da metodologia proposta: as previsões, obtidas pela RNA, para os fluxos nas fronteiras com a rede de transmissão foram utilizadas para gerar contratos ótimos de demanda para um sistema de distribuição real no Brasil. / [en] The power flow calculation on an electric network consists of determining the network s state, power flows and electrical losses on the lines, and total losses on the feeder. In this type of problem, the system s modeling is static, and the network is represented by a set of algebraic equations and inequations. Different solution methods were proposed in the literature to perform power flow calculations. However, for distribution networks, these methods must be able to model, with sufficient details, some unique features of these systems, such as their near radial structure, the unbalanced nature of the loads, and distributed generators insertion. Besides that, modeling the consumption pattern in distribution systems is more complex, and the line parameters are more difficult to be obtained when compared to the transmission system. Hence, applying traditional methods for power flow calculations in distribution networks may lead to divergent solutions. Within this context, this work proposes a new approach for power flow calculations in distribution systems based on Machine Learning. The proposed models use Artificial Neural Networks (ANNs) to predict the active internal losses of a distribution network and the power flows at the borders with the transmission system. Numerical simulations demonstrate the effective performance of the proposed approach, as well as its computational advantages over benchmark software programs since, once trained, ANNs can approximate power flow calculations extremely fast, as only matrix operations are needed. Moreover, the work presents an application of the ANN methodology proposed: predictions of the flows at the borders with the transmission network were used to generate optimal demand contracts for a real distribution system in Brazil.

[pt] O objetivo desta pesquisa é classificar o perfil de pagamento dos consumidores não-residenciais de energia elétrica, considerando conhecimento armazenado em base de dados de distribuidoras de energia elétrica. A motivação para desenvolvê-la surgiu da necessidade das distribuidoras por um modelo de suporte a formulação de estratégias capazes de reduzir o grau inadimplência. A metodologia proposta consiste em um sistema inteligente híbrido composto por módulos intercomunicativos que usam conhecimentos armazenados em base de dados para segmentar consumidores e, então, atingir o objetivo proposto. O sistema inicia-se com o módulo neural, que aloca as unidades consumidoras em grupos conforme similaridades (valor fatura, consumo, demanda medida/demanda contratada, intensidade energética e peso da conta no orçamento), em sequência, o módulo bayesiano, estabelece um escore entre 0 e 1 que permite predizer o perfil de pagamento das unidades considerando os grupos gerados e os atributos categóricos (atividade econômica, estrutura tarifária, mesorregião, natureza jurídica e porte empresarial) que caracterizam essas unidades. Os resultados revelaram que o sistema proposto estabelece razoável taxa de acerto na classificação do perfil de consumidores e, portanto, constitui uma importante ferramenta de suporte a formulação de estratégias para combate à inadimplência. Conclui-se que, o sistema híbrido proposto apresenta caráter generalista podendo ser adaptado e implementado em outros mercados. / [en] The objective of this research is to classify the non-residential electricity customer payment profiles regarding the knowledge stored in electricity distribution utilities databases. The motivation for development of the work from the need of electricity distribution by a support model to formulate strategies for tackling non-payment and late payment. The proposed methodology consists of a hybrid intelligent system constituted by intercommunicating modules that use knowledge stored in database to customer segmentation and then achieve the proposed objective. The system begins with the neural module, which allocates the consuming units in groups according to similarities (bill amount, consumption, measured demand/contracted demand, energy intensity and share of the electricity bill in the customer s income), in sequence, the Bayesian module establishes a score between 0 and 1 that allows to predict what payment profile of the units considering the generated groups and categorical attributes (business activity, tariff type, business size, mesoregion and company s legal form) that characterize these units. The results showed that the proposed system provides a reasonable success rate when classifying customer profiles and thus constitutes an important tool in the formulation of strategies for tackling non-payment and late payment. In conclusion, the hybrid system proposed here is a generalist one and could usefully be adapted and implemented in other markets.

[pt] Os novos elementos conectados nos sistemas de distribuição de energia elétrica aumentam a complexidade do planejamento e operação destas redes. Os benefícios da implementação de técnicas clássicas, como Conservation Voltage Reduction (CVR), combinadas com uma operação coordenada dos recursos energéticos distribuídos, podem contribuir para o aumento de eficiência nos sistemas de distribuição de energia elétrica e reduzir o consumo de energia. Na técnica CVR, as tensões são reduzidas objetivando redução de picos de demanda e consumo de energia. Este trabalho propõe um modelo de otimização para o planejamento da operação do dia seguinte nos sistemas de distribuição de energia elétrica, considerando sistemas desequilibrados e com penetração de geração distribuída (GD) fotovoltaica. A técnica CVR será aplicada em uma abordagem determinística, estocástica e robusta, considerando a incerteza nos seus parâmetros e, consequente, na modelagem de carga. O modelo de otimização proposto considera a atuação de elementos de controle tradicionais, como transformador On Load Tap Changers (OLTC) na subestação e bancos de capacitores (BC), além de elementos modernos, como inversores fotovoltaicos inteligentes, para minimização do consumo de energia observado na subestação. O problema, fundamentalmente de programação não-linear inteira mista, é transformado em um problema de programação linear de natureza contínua. Os resultados são avaliados no sistema teste IEEE 123-barras para as diferentes estratégias modeladas. A economia de energia obtida foi significativa nas abordagens propostas, mas o modelo de otimização robusta se mostrou mais adequado para reduzir os riscos de violação de tensão. / [en] The new elements connected in electrical distribution systems increase the complexity of grids planning and operating. The benefits of classical techniques, such as Conservation Voltage Reduction (CVR), combined with a coordinated operation of distributed energy resources, can contribute to increasing efficiency and reducing energy consumption of the distribution systems. In the CVR technique, voltages are reduced in order to reduce peak demand and energy consumption. This paper proposes an optimization model for the day-ahead operation planning of unbalanced distribution systems with photovoltaic distributed generation (DG) penetration. The CVR technique will be applied in deterministic, stochastic and robust approach, considering the uncertainty in its parameters and consequently, in the load modeling. The proposed optimization model considers the operation of traditional control elements, such as On Load Tap Changers (OLTC) at substation and capacitor banks (CB), in addition to modern elements, such as intelligent photovoltaic inverters, to minimize the energy consumption at the substation. The problem, originally of mixed-integer nonlinear programming, is transformed into a continuous linear programming problem. The results are evaluated in the IEEE123-bus test system for the different optimization approaches. The energy savings obtained were significant in all the proposed approaches, but the robust optimization model proved to be more adequate since it reduces the risk of voltage violations.

[pt] Os incêndios florestais podem ser uma fonte de vulnerabilidade para sistemas de potência. Esses eventos podem afetar especialmente a operação de sistemas de distribuição, interrompendo o fornecimento de energia, aumentando os custos, e diminuindo a confiabilidade. Nesta dissertação, é considerada a relação entre as decisões operativas e a probabilidade de falha nas linhas sob o contexto de queimadas. Este tipo de estudo ainda não foi devidamente avaliado pelo meio acadêmico. Ao não reconhecer este aspecto, o funcionamento dos sistemas de potência pode estar sendo prejudicado. A modelagem adequada dessa dependência poderia reduzir a incidência de queimadas e perda de carga. Considerando este aspecto, um problema de otimização distributivamente robusto de dois estágios com incerteza endógena foi desenvolvido para considerar a operação multiperíodo de sistemas de distribuição. O primeiro estágio determina a topologia da rede e os investimentos nas linhas, e o segundo estágio avalia o custo operacional esperado no pior caso. Nessa estrutura, a incerteza é modelada de forma dependente das decisões do modelo, onde as probabilidades de falha da linha são em função do fluxo de potência das próprias linhas. Um método iterativo é proposto para resolver este modelo e uma análise fora da amostra é desenvolvida para validação através de diferentes estudos. Os resultados mostraram que, ao negligenciar a dependência da incerteza, uma maior perda de carga e um maior custo operacional são esperados. Ao considerar esta nova abordagem, a confiabilidade da rede pode ser melhorada e as consequências dos incêndios podem ser mitigadas com ações mais econômicas. / [en] Wildfires can be a source of vulnerability for power systems operations. These events can especially affect the operation of distribution systems. They can interrupt energy supply, increase costs, and decrease grid resilience. Numerous approaches can be executed to prevent them. In this dissertation, it is considered the relationship between operative actions and the probability of wildfire disruption. This type of study has not been properly evaluated in technical and scientific literature. By not recognizing this aspect, the operation of power systems may be impaired. Properly modeling this dependency could lower wildfire disruption and loss of load. Considering this, a two-stage distributionally robust optimization problem with decision-dependent uncertainty is developed to consider distribution system multiperiod operation. The first stage determines the optimal switching actions and line investments, and the second stage evaluates the worst-case expected operation cost. It is designed a decision-dependent uncertainty framework where the line failure probabilities are a function (dependent) of its power flow levels. An iterative method is proposed to solve this model and an out-of-sample analysis is developed to validate it through different case studies. Results showed that, by neglecting the uncertainty dependency on operative decisions, there could be a higher expected loss of load and a higher operational cost. By considering this new approach when operating power lines, the grid s resilience could be improved and wildfire consequences can be mitigated with less costly actions.

[pt] Após a incidência de inúmeros colapsos de tensão em sistemas elétricos de potência por todo o mundo, a segurança de tensão tornou-se um assunto de extrema importância. O fenômeno de estabilidade de tensão deve-se à operação do sistema com carregamento elevado e se manifesta pela existência de uma máxima transferência de potência pela rede e ações de controle de tensão tendo efeito oposto ao usual. Com o aumento da inserção de geração distribuída, usualmente conectada à rede de distribuição existente e em tensões mais baixas, a possibilidade de ocorrência do fenômeno precisa ser investigada. É demonstrada a possibilidade de ocorrência em barras com geradores ou compensadores síncronos, onde a máxima potência gerada poderia estar limitada e o controle de tensão poderia ter o efeito oposto ao esperado. É apresentado o ferramental utilizado na avaliação das condições de estabilidade de tensão composto de índices com significado físico e matemático. Estabeleceu-se um procedimento para realizar simulações nos sistemas-teste IEEE 34 Barras e 70 Barras. É analisado o impacto do gerador nas condições de estabilidade de tensão, no perfil de tensão em regime permanente e nas perdas de potência ativa. Concluiu-se que, nos testes realizados, a injeção de potência ativa pelo gerador foi limitada por tensões fora da faixa permitida e não por problemas de estabilidade de tensão. / [en] After several incidence of voltage collapse in electric power systems around the world, the voltage security has become a matter of utmost importance. The phenomenon of voltage stability is due to the operation of the system with high loading and is manifested by the existence of a maximum power transfer over the network and efforts to control voltage having the opposite effect than usual. With increased integration of distributed generation, usually connected to the existing distribution network at lower voltages, the possibility of occurrence of the phenomenon should be investigated. It is demonstrated the possibility of occurrence in buses of synchronous generators or synchronous condensers, where the maximum generated power could be limited and the voltage control could have the opposite effect. It presented the tools used in assessing the conditions of voltage stability composite indexes with physical and mathematical meaning. I was established a procedure for performing simulations on IEEE 34 bus and 70 bus test systems. It analyzed the impact of the generator under the conditions of voltage stability, voltage profile in the steady state and the power losses. It was concluded that, in tests, the injection of active power from the generator was limited by voltage out of range allowed and not by voltage stability problems.