[pt] Com o uso da teoria das probabilidades consegue-se um método para medida da confiabilidade dos sistemas de potência, bastante preciso. O presente trabalho consubstancia a teoria que envolve o cálculo da confiabilidade de um sistema de geração, o planejamento desse sistema, a programação da manutenção das unidades geradoras - de modo a manter um nível de confiabilidade constante durante um ano - e um programa de computador como ilustração dos métodos apresentados. / [en] The use of probability theory is a tool for a accurate reliability evaluation of power systems. This paper explains the theory envolving, reliability analysis of a generating system, planning of those systems, maintenance scheduling of generating units to maintain a constant reliability level during the year and a computer program to ilustrate all the introduced methods.

[pt] Este trabalho apresenta um método geral e prático, baseado em técnicas de convolução discreta, para avaliar o valor esperado e a variância dos índices de freqüência e duração (FeD) da perda de carga de um sistema de geração. O método proposto modela sem qualquer restrição unidades geradoras com estados operativos de capacidade reduzida simultaneamente com todos possíveis estados de carga. O valor esperado e a variância dos índices de freqüência e duração da perda de carga são calculados, tratando as taxas de transição entre estados de geração e os picos de carga previstos como variáveis aleatórias. Técnicas de agregação são utilizadas para modelar as incertezas das disponibilidades da capacidade de geração das unidades hidráulicas. Sob este aspecto, os índices de confiabilidade são também variáveis aleatórias. A determinação da expansão da capacidade de geração na presença de incertezas é a proposta sob um novo enfoque. Este método avalia limites de confiança ( ou percentis) não só para os índices de perda de carga, mas também para os índices de Freqüência e Duração da falha. Assim, a expansão da capacidade de geração é reutilizada utilizando os percentis dos índices de risco em vez de se utilizar apenas seus valores médios. O método FeD proposto é utilizado para avaliar o impacto das incertezas nos parâmetros dos geradores e da carga, em sistemas típicos da geração, incluindo o Sistema Teste da confiabilidade do IEEE e uma configuração planejada para 1991 do Sistema Sul-Sudeste Brasileiro. / [en] This work presents a practical and general method base on discrete convolution techniques for evaluating the expectation and variance of the frequency and duration (FeD) reliability indices, for a single area system. The proposed method models simultaneously and without any restriction, derated generating capacity generation units with all possible load levels. The expectation and variance of Frequency and duration reability indices are evaluated based on discrete convolution, treating the the generating unit transition rates and forecast peak loads as random variables. Clustering techniques are used to model the incertainties in the output capacities of hydraulic units. Under this interpretation, the reliability indices are also random variables. The generation capacity expansion problem under uncertainties, for a single-area system, is addressed from a new point of view. This method determines confidence limits (or percenties) not only for the loss of load indices but also for the frequency and duration failure indices. The generating capacity expansion is then calculated through risk indices percenties instead of the usual expected values. The proposed FeD method is then used for evaluating the impact of load and generating parameter uncertainties on typical systems including the IEEE Reliability Test System, and the Brazlian South/Southeastern Generating System.

[pt] Este trabalho consiste em se determinar técnicas de modelagem de bacias hidráulicas utilizando o conceito de espaço de estado, e escolha de um dos métodos que seja mais objetivo e prático para aplicação generalizando o estudo de Mendonza [1]. São estudados quatro métodos de obtenção do sistema em espaço de estado que são, método de expansão em frações parciais, programação interativa, modelo controlável e modelo observável. Pela característica de simplicidade de obtenção do modelo, foi escolhido este último que simplifica bastante a aplicação em bacias hidráulicas. Esta teoria é aplicada em seguida a duas bacias hidráulicas para obtenção dos modelos de sistema discretos em espaço de estado e são feitas simulações para as bacias do Rio Peixe e do Rio Grande. Os dados numéricos utilizados neste trabalho são hipotéticos. / [en] This thesis consists in determine moulding techiques of hydraulics basin using the state space representation, and choicing one of the most objective and practical methods for application, generalizing the study of Mendonza [1]. Are studied four methods for obtaining the system in state space which are, partial-fraction expansion method, interative programming, controllable model and observable model. By the simplicity characteristic to obtain the model, was chosen the last one to simplify enough the application in hydraulics basins. This theory is applied in sequence to two hydraulics basins for the obtaining of the models of discrete systems in state space and the simulations were done for the Rio do Peixe and Rio Grande basins. The numerical data used in this thesis are hypothetic.

[pt] A busca de uma maior eficiência na produção de energia elétrica, tem levado vários países a reestruturar seus setores elétricos tradicionalmente sob o controle de governos federais ou estaduais, como na Inglaterra, Espanha, Nova Zelândia, Argentina, Chile, Peru (motivo deste trabalho) e atualmente no Brasil, onde o lucro das empresas privadas esta ligada à eficiência da operação de seus sistemas elétricos. Esta tese apresenta uma alternativa de planejamento da operação ótima e determinação das variáveis duais que podem ser usadas como indicadores para elaborar estruturas tarifarias em sistemas hidrotérmicos, baseado na teoria de grafos, onde, a principal vantagem é a simplicidade e a eficiência: os algoritmos de busca ótima em grafos são cerca de 200 a 300 vezes mais rápidos que os modelos tradicionais de otimização linear e não linear [17]. O modelo de operação do sistema hidrotérmico, considera as restrições hidráulicas, cenários históricos de afluências e projetos de expanção para o horizonte de estudo. / [en] The search for more efficiency in the production of eletrical energy, has led several countries to re- structure their eletric sectors, traditionally under control of federal, or state governments like in England, in /spain, in New Zeland, in argentina, in Chile, in Peru (object of this work), and now in Brasil. In this new structure the profit of the private enterprises ough to go tied to the efficiency of their electric systems. This thesis introduces an alternative form for optimal operation planning, and for determination of dual variables that can be used as indicators for rate-schedule structures in hydrothermal systems based on graph theory. The main advantage are simplicity, and efficiency: the algorithm for optimal search in graph is 200 to 300 times faster than the general purpose methods of linear and non- linear optimization. The operations model of the hydrothermal system considers the hydraulic constraint, historical influx scenarius, and capacity expansion projects within the study horizon.

[pt] Esta tese apresenta uma nova metodologia para a avaliação de índices de freqüência e duração (FeD) em estudos de confiabilidade composta geração e transmissão de sistemas de potência de grande porte. Os índices FeD são obtidos através do método de simulação Monte Carlo não seqüencial. São desenvolvidas duas técnicas de Lagrange associados à análise de desempenho de cada estado são utilizados para identificar a fronteira que separa os estados de falha e sucesso do sistema. A segunda usa os conceitos de probabilidade condicional e coerência do sistema para caracterizar a contribuição de cada componente nos índices de freqüência. A primeira técnica também é utilizada no cálculo de limites superiores destes índices. A aplicação da metodologia é ilustrada através de estudos de casos com três sistemas, de 24, 120 e 500 barras, derivados de sistemas reais. os estudos indicam que ambas as técnicas se constituem em alternativas bastante atraentes para a estimação dos índices FeD. a primeira técnica mostrou-se ser cerca de 30% mais eficiente que a segunda, em termos computacionais. Por outro lado, a segunda técnica é mais flexível e, também, de implementação mais fácil. Viabiliza-se portanto, a aplicação prática de índices de freqüência e duração no planejamento integrado de sistemas geração/transmissão / [en] This thesis presents a new methodology for frequency and duration (FeD) assessment in composite generation and transmission reliability evaluation of large scale power systems. The FeD indices are obtained from a nonsequential Monte Carlo simulation scheme. Two tecniques are developed to estimate the feD indices. In the first, the Lagrange multipliers associated to the adequacy assessment of each state are used to identify the boundary wall between failure and success states. The second approach uses the concept of conditional probability and system coherence to caracterize the contribuition of each component to the frequency indices. Also, the first technique is used to calculate upper bounds of these indices. The methodology is illustrated in case studies with three test systems, with 24, 120 and 500 buses, derived from real systems. The studies indicated that both tecniques are very attractive in estimating the FeD índices. The first approach was about 30% faster than the second one. On the other hand, the second approach is more flexible and easy to implement. The proposed approach allows the pratical utilization of frequency and duration indices in integrates generation/transmission planning studies.

[pt] A avaliação probabilística da confiabilidade de um sistema elétrico de potên-cia visa quantificar, em índices, as estatísticas do risco do mesmo não atender seus clientes em plenitude. Na prática, os critérios determinísticos (e.g., N-1) são ainda os mais empregados. Na literatura, porém, a análise probabilística é uma área ex-tensa de pesquisa, podendo ser dividida em duas vertentes: as baseadas em simula-ção Monte Carlo (SMC) e aquelas fundamentadas na enumeração de estados (EE). Apesar de ser reconhecidamente inferior, a técnica EE é a que se assemelha mais aos critérios determinísticos, e, muito provavelmente por esta razão, possui extensa gama de trabalhos relacionados. Contudo, tais trabalhos apresentam limitações, pois, ou se restringem a sistemas de pequeno porte, ou desconsideram contingências de maior ordem quando abordam sistemas reais (médio-grande porte). De qualquer maneira, existe um grande apego do setor elétrico por técnicas de confiabilidade que se assemelhem às práticas dos operadores e planejadores. Isso motivou o de-senvolvimento de um método baseado em EE, o qual seja capaz de avaliar a confi-abilidade de sistemas de geração e transmissão com desempenho comparável ao da SMC. De forma heterodoxa, os conceitos de amostragem por importância (IS - Im-portance Sampling), uma técnica de redução de variância (VRT - Variance Reduc-tion Techniques) tipicamente empregada na SMC, serviram de inspiração para apri-morar a EE. Assim, o método proposto nesta dissertação é o resultado da combina-ção de uma ferramenta do tipo IS-VRT com técnicas de EE. Para análise e validação do método proposto, são utilizados dois sistemas teste comumente empregados neste tópico de pesquisa, sendo um deles de médio porte e capaz de reproduzir caracterís-ticas típicas de sistemas reais. / [en] The probabilistic reliability assessment of an electric power system aims to quantify, in terms of risk indices, its inability to fully serve its customers. In prac-tice, deterministic criteria (e.g., N-1) are still the most widely used. In the literature, however, probabilistic analysis is an extensive area of research, which can be di-vided into two evaluation categories: those based on Monte Carlo simulation (MCS) and those based on the state enumeration (SE). Despite being admittedly inferior, the SE technique is the one that most closely resembles the deterministic criteria, and, most likely for this reason, has a wide range of technical publications. How-ever, such works have limitations, because they are either restricted to small sys-tems, or they disregard higher contingency orders, when addressing real systems (medium-large). In any case, there is a strong attachment of the electric sector to reliability techniques that are similar to the practices of operators and planners. This motivated the development of a method based on SE, which is capable of assessing the reliability of generation and transmission systems with performance comparable to that of MCS. In a heterodox way, importance sampling (IS) concepts used in variance reduction techniques (VRT), typically employed by MCS, have served as inspiration to improve SE. Thus, the method proposed in this dissertation is the combination result of an IS-VRT type tool with SE techniques. For the analysis and validation of the proposed method, two test systems commonly used in this research topic are used, one of which is medium-sized and capable of reproducing typical characteristics of real systems.