A partir de estudo do histórico da indústria de energia elétrica no Brasil, de revisão de conceitos de Direito Administrativo, teoria geral de concessões de serviços públicos e política de preço aplicada a monopólios naturais, o trabalho apresenta o estudo de caso de duas empresas de fornecimento de energia elétrica privatizadas a partir da regulamentação do art. 175 dispositivos da Constituição Federal de 1988, através da publicação da Lei nº 8.985/1995, conhecida como Lei de Concessões. A Lei em referência possibilitou que serviços de utilidade pública cuja atividade era altamente controlada pelo governo, a exemplo do fornecimento de energia, telecomunicações, entre outros, tivessem sua prestação delegada à iniciativa privada, passando o Estado a exercer apenas as tarefas de fiscalizador e regulador dos serviços, na figura de autarquias de regime especial: as agências reguladoras. As condições da prestação dos serviços públicos, como a forma de reajuste e revisão das tarifas, foram estabelecidas em contratos de concessão assinados entre a União e os novos concessionários. No segmento de distribuição de energia elétrica, entretanto, as condições contratualmente pactuadas para preservação das tarifas não têm sido devidamente observadas, provocando distorções nos mercados das concessionárias, conseqüentemente sobre os seus respectivos consumidores. / ABSTRACT Beginning from the study of the history of Brazils electric energy industry, the review of Administrative rights and obligations concepts, general theory of public utility concessions, to the price policy applied to Natural Monopolies, this Dissertation presents the case study of two electric energy distribution companies, which were privatized by means of Law nº 8.987/1995, know as Law of Concessions, that guides Article nº 175 of the Federal Constitution of 1988. The Law made it possible for public utilities whose activities were highly regulated by the Government, such as the distribution of electric energy, telecommunications, among others, to be granted to the entrepreneurial initiative, where the State would only act as a regulating and inspecting agent, through regulatory agencies. The terms of rendering the service of public utilities, such as tariff policies, were established in concession contracts signed between the Union and the new concessionaires. In the electric energy distribution sector, however, these contractual conditions to establish and preserve tariffs have not been dully observed, causing distortions in the markets served by the concessionaires and consequently on their respective consumers.

Orientador: Luiz Henrique Meyer. / Dissertação (mestrado) - Universidade Regional de Blumenau, Centro de Ciências Tecnológicas, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) - Centro Universitário FEI, São Bernardo do Campo, 2016.

A reconfiguração de sistemas de distribuição de energia elétrica consiste em alterar a topologia das redes através da abertura ou fechamento das chaves de interconexão existentes nos alimentadores de distribuição primários, de forma a otimizar uma determinada função objetivo. Normalmente os objetivos são a minimização de perdas ativas, o isolamento de faltas, o balanceamento de cargas entre alimentadores e/ou a melhoria dos níveis de tensão. Neste trabalho considera-se a minimização da perda ativa total. As dificuldades do problema de reconfiguração de redes de distribuição resultam do tamanho dos sistemas reais, aos quais correspondem um número elevado de variáveis binárias que representam as chaves, e também da relação quadrática existente entre a perda elétrica e a corrente que flui nos elementos da rede. Este trabalho desenvolve algumas novas formulações para o problema de reconfiguração de redes de distribuição, utilizando Programação Não Linear Inteira Mista. Além disso, demonstra-se que a parte contínua de todas as formulações é convexa, o que garante a unicidade da solução ótima para um dado estado das chaves na rede. Esta propriedade permitiu a utilização do Método de Newton na resolução do problema contínuo, com as seguintes vantagens: impossibilidade de o método identificar mínimos locais em vez do mínimo global procurado, e convergência em apenas uma iteração, proporcionada pela natureza quadrática das formulações. As formulações desenvolvidas foram implementadas na forma de programas computacionais. O desempenho das formulações é descrito e analisado através de diversos casos de estudo. / The reconfiguration of electricity distribution systems is concerned with finding the state of switching and protective devices so as to optimize a given objective function, which is usually defined as minimization of total loss, fault isolation, load balancing among feeders, or improvement of voltage profile. In this work, the objective function is defined as the minimization of total active loss. The main difficulties associated with this problem arise from the high number of binary variables that represent the switching and protective devices, as well as the quadratic relationship between electric loss and currents flowing through the network branches. This work develops some new formulations for the distribution system reconfiguration problem, which are then solved through mixed-integer nonlinear programming. In addition, it is shown that the continuous part in all formulations is convex, which guarantees the uniqueness of the optimal solution for a given switch profile. This property allows using the Standard Newton Method for solving the continuous part of the problem, with the following advantages: impossibility of the Newton Method identifying a local minimum instead of the desired global minimum, and convergence in just one iteration owing to the quadratic nature of all formulations. The proposed formulations were implemented as computational programs and their performance was evaluated through various study cases.

Este trabalho aplica a teoria moderna de portfólios para a definição da participação de cada fonte de geração de energia elétrica, em cada região brasileira, para que a demanda por eletricidade do país prevista pela Empresa de Pesquisa Energética para o ano de 2024 seja atendida. As composições das fontes foram analisadas sob a perspectiva dos custos envolvidos no processo de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica, levando em consideração restrições operacionais como potencial de geração das fontes, limites de intercâmbio entre regiões e limites mínimo e máximo de geração de cada fonte em cada região. O risco em relação ao custo foi avaliado sob a ótica do desvio padrão e do conditional value at risk, e as diferenças entre essas duas medidas de risco, quando aplicadas para definição de matrizes energéticas, foram estudadas. Os modelos desenvolvidos foram aplicados sob dois cenários diferentes, sendo um considerando condições normais para a quantidade de oferta de energia, e outro considerando um cenário de stress na oferta de energia da região sudeste/centro-oeste, deste modo a influência das restrições de transmissão na composição da matriz pôde ser avaliada. As soluções obtidas no modelo sob condições normais de oferta foram comparadas com a matriz projetada para o Brasil no Plano Decenal de Expansão de Energia 2024. / This work applies modern portfolio theory for defining the participation of each electricity generation source, in each Brazilian region, in order to meet the electricity demand in the country for the year 2024, according to the Energy Research Company forecasting. The compositions of the sources were assessed under the perspective of the incurred costs during the processes of electricity energy generation, transmission and distribution. The risk associated to the costs were assessed under the light of the standard deviation and the conditional value at risk, and it was studied the differences between these two risk measures when they are applied for energy matrixes definition. The developed models were applied for two different scenarios, the first one considering normal conditions for the amount of electricity offer, and the second considering generation shortfall in the regions Southeast and Midwest, then the effect of transmission constraints was analyzed. The obtained solutions for the normal offer conditions were compared to the Brazilian energy mix projected by the Energy Research Company in the Energy Expansion Planning for 2024.

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Sérgio Azevedo de Oliveira / Banca: Antônio César Baleeiro Alves / Resumo: Neste trabalho é apresentada uma nova maneira de formular e resolver o problema de planejamento da expansão a longo prazo de sistemas de transmissão de energia elétrica. Tradicionalmente, o problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão consiste em encontrar o plano ótimo de expansão que permite que o sistema opere de forma adequada para a demanda futura de um horizonte especificado. Assim, deve-se indicar o número de linhas de transmissão que deve ser construída em cada caminho de expansão. Entretanto, existem linhas na topologia base que não ajudam no adequado funcionamento do sistema e que podem exigir a adição de novas linhas de transmissão produzindo investimentos inadequados. Esse comportamento atípico de um sistema de transmissão acontece devido à Lei de Tensões de Kirchhoff (LTK). Assim, aparecem laços em que uma linha que está no limite de sua capacidade de transmissão impede que outras linhas que se encontram no mesmo laço possam incrementar a transmissão através delas ficando subutilizadas. Sendo assim, a retirada da linha que está operando no limite pode melhorar a capacidade de transmissão do sistema. Este trabalho analisa esse problema e, portanto, apresenta a proposta de resolver o problema de planejamento de forma que seja possível adicionar linhas de transmissão com custos especificados e também que seja possível retirar linhas de transmissão da topologia base com custo zero. Dessa forma, linhas irrelevantes e que dificultam na operação do sistema elétrico e que se encontram na topologia base podem ser retiradas. O problema formulado dessa forma é resolvido usando um algoritmo genético especializado. / Abstract: This work is a new way to formulate and solve the problem of planning for the long-term expansion of transmission systems of power. Traditionally, the problem of transmission expansion planning systems is to find the optimal plan for expansion that allows the operating system adequately to the demands of a future horizon specified. Thus, one should indicate the number of transmission lines that should be built in each path of expansion. Meanwhile, there are lines of the basic topology not help in the proper functioning of the system and may require the addition of new transmission lines producing inadequate investments. This atypical behavior of a system of transmission due to the Kirchhoff's Law for Voltages (LTK). Thus, ties appear in a line that is at the limit of their ability to prevent transmission to other lines that are in the same loop can increase the power flow through getting underutilized. Therefore, the withdrawal of the line that this limit can improve operating in the capacity of the transmission system. This work examines this issue and, therefore, presents a proposal to solve the problem of planning so that we can add lines with transmission costs and also specified that it is possible to draw lines of transmission of topology database with cost. Thus, lines irrelevant and hindering the operation of the electrical system and that are in the topology database can be withdrawn. The problem is formulated thus solved using a specialist genetic algorithm. / Mestre

Orientador: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Neida Maria Patias Volpi / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Resumo: Neste trabalho, propõe-se um algoritmo Branch and Bound não linear para resolver o problema de planejamento e despacho ótimo de fontes de potência reativa em sistemas de energia elétrica. O modelo de planejamento é formulado como um problema de programação não linear inteiro misto, não convexo e de grande porte. Este modelo consiste na minimização dos custos das fontes reativas contínuas e ou discretas que devem ser alocadas no sistema. As restrições consideradas no modelo devem assegurar a qualidade e a confiabilidade do suprimento de energia para os consumidores, mantendo as magnitudes das tensões dentre seus limites pré-estabelecidos, atendendo as demandas de potência ativa e reativa e um conjunto de restrições físicas e operacionais dos equipamentos instalados no sistema tais como: limite nas capacidades de geradores, compensadores síncronos e estáticos e os limites na variação dos "taps" dos transformadores. O aspecto relevante deste trabalho é que o algoritmo proposto resolve diretamente problemas de programação não lineares inteiros misto, resolvendo em cada nó da árvore de Branch and Bound um problema de programação não linear que é o despacho ótimo de fontes reativas, em que as restrições de discretização das variáveis de alocação ou investimento dos bancos de capacitores e indutores são relaxadas. Estes problemas são resolvidos utilizando o método de pontos interiores (MPI) primal-dual preditor-corretor, que geralmente melhora o desempenho do MPI. O algoritmo Branch and Bound não linear proposto possui técnicas eficientes para a escolha do próximo subproblema que deve ser resolvido assim como a variável de separação dos subproblemas e os testes de sondagem. Para contornar os problemas de mínimos locais que são encontrados na resolução dos problemas de programação não linear, os testes de sondagem foram redefinidos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A nonlinear Branch and Bound algorithm to solve the problem of reactive optimal dispatch and planning of electrical power systems is proposed in this work. The planning model is formulated as a nonlinear non convex and large scale programming problem. This model consists of minimizing the costs of the reactive continuous and/or discrete sources that must be allocated on the system. The constraints considered on the model must assure the quality and reliability of supplying energy to the users maintaining the voltage magnitudes within the predefined limits, attending the active and reactive power demand and a set of physical and operational constraints of the installed equipment such as: generator capacity limits, synchronous and static compensators and the tap of the transformers. The emphasis of this work is that the proposed algorithm solves the integer nonlinear problems directly. A nonlinear programming problem is solved in each node of the Branch and Bound tree which is the optimal reactive power dispatch where the constraints that adjust the capacitors and inductors banks are relaxed. These problems are solved using the interior point method (IPM) primaldual predictor corrector, which in general improves the performance of the IPM. The nonlinear Branch and Bound algorithm proposed has efficient techniques to choose the next sub problem that must be solved as well as the separation variable of the sub problems and the sounding tests. To minimize the local minima problem, that are found solving the nonlinear programming problem, the sounding test were redefined adding a predefined percent to the current incumbent, obtaining an additional security margin, where in nonlinear problems not always the objective function value to a posterior problem is greater than the predecessor. Results are presented for test systems as IEEE30, IEEE118 and IEEE300. By simulations... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Orientador: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Delberis Araujo Lima / Resumo: O ambiente competitivo motivado pela liberalização da indústria de fornecimento de energia elétrica muitas vezes conduz à ocorrência de sobrecargas no sistema de transmissão, afetando a segurança e a economia durante a operação dos sistemas de potência. Um novo procedimento para aliviar sobrecargas, proposto na literatura, é o redespacho de reativos. Por outro lado, a conexão de geradores distribuídos nos sistemas de transmissão, equipados com sofisticados controles para o fornecimento de potência reativa, cria a possibilidade de contar com novas fontes de potência reativa nos sistemas elétricos de potência. Neste trabalho, avaliou-se a aplicação do redespacho de reativos como procedimento para o alívio de sobrecargas, considerando a utilização da capacidade de fornecimento de suporte de reativos por parte das unidades de geração distribuída conectadas nas redes de transmissão. Para verificar o potencial que a geração distribuída teria no alívio de sobrecargas foram utilizados modelos de sensibilidade e de programação linear, um algoritmo de fluxo de potência AC convencional com controles de tensão e conceitos de solução da teoria de jogos cooperativos. Simulações, desenvolvidas para estudar os aspectos técnicos e econômicos da utilização destas tecnologias na resolução de sobrecargas, foram efetuadas em cenários que consideraram a inserção de geração distribuída e ocorrências de sobrecargas no sistema teste de 118 barras do IEEE. Os resultados permitem verificar que os suportes reativos fornecidos por geradores distribuídos podem ser empregados tanto no alívio quanto na eliminação de sobrecargas, especialmente quando existe falta de equipamentos com capacidade para controlar o fornecimento de potência reativa nos sistemas de potência / Abstract: The competitive environment defined by the liberalization of the electricity industry sometimes causes overloads on the transmission system, affecting the safety and economy during the operation of power systems. A procedure proposed in the literature for solving this problem is the reactive redispatch. On the other hand the connection of distributed generators equipped with sophisticated controls for the supply of reactive power creates power in electric the possibility power systems.This of having new work sources evaluated the of reactive application of reactive redispatch as a procedure to overloads relief, considering the capacity of distributed generation units connected in transmission networks to provide reactive power suport. To verify the potential of distributed generation to overloads relief a sensitivity model, linear programming, a power flow algorithm and solution concepts of cooperative game theory were used. The simulations developed to study the technical and economic aspects of using these technologies, in overloads relief were carried out in scenarios that consider the connection of distributed generation and the occurrences of overloads in the IEEE 118 test bus system. Results showed that the reactive support provided by distributed generators can be employed both in relief and in the elimination of overload, especially when there is lack of equipment for the control of reactive power in power systems / Mestre

Orientador: André Nunes de Souza / Banca: Pedro da Costa Junior / Banca: Geraldo Francisco Burani / Resumo: O sistema de transmissão é responsável por conectar os geradores de energia aos consumidores de forma segura e confiável sendo necessária sua constante ampliação para conseguir transportar as crescentes quantidades de energia elétrica. Nesta dissertação é realizada uma análise da situação atual e do processo de planejamento da expansão do sistema de transmissão brasileiro, assim como um estudo de caso sobre as modificações necessárias para a conexão da Usina de Belo Monte. Uma ferramenta de otimização da expansão do sistema de transmissão foi desenvolida, utilizando o método de modelagem do fluxo de carga linearizado e os algoritmos genéticos como técnica de solução, tendo como objetivo a simulação do impacto de diferentes cenários no custo da expansão da transmissão. A ferramenta proposta foi utilizada para simular os efeitos da presença de geração distribuída na expansão de um sistema de transmissão fíctício, onde foi constatado uma clara tendência de queda no investimento necessário para expansão do sistema de transmissão em resposta a índices crescentes de geração distribuída / Abstract: The transmission system is responsible for connecting the power generators to consumers safely and reliably. Its constant expansion is necessary to fit the transportation of increasing amounts of electricity. In this dissertation and analysis of the current configuration and the process of planning expansion of the Brazilian transmission system is provided. A tool to optimize the expansion of the transmission system was developed using the the linearized load flow modeling method and genetic algorithms. This tool was created to simulate the impact of different scenarios on the cost of transmission expansion planning. The proposed tool used to simulate the effecs of the presence of distributed generation in the expansion of a fictious transmission system, where it was found a clear downward trend in the total investment required for expansion of the transmission system as a function of the increasing levels of distributed generation / Mestre

Orientador: Leonardo Nepomuceno / Banca: Marcelo Augusto Cicogna / Banca: Edlaine Martins Soler / Resumo: Neste trabalho propõe-se um modelo de leilão multiperíodo para um mercado pool do dia seguinte de sistemas hidrotérmicos, que leve em consideração as restrições intertemporais do sistema termelétrico (e.g. potência máxima disponível e limites de rampa e período mínimo de operação e desligamento) e restrições hidráulicas (e.g. defluência, volume e balanço de água, altura de queda, alturas de montante e jusante do reservatório, limites de rampa de vazão defluente e função de produção). Também foram introduzidas no modelo as restrições de rede de transmissão, tais como o balanço e limites de fluxo de potência e representação das perdas. São descritas as técnicas de linearização das funções de altura de queda líquida, função de produção e função de perdas no sistema de transmissão. O modelo proposto é formulado como um problema de programação linear inteiro-misto, tendo sido resolvido utilizando as plataformas GAMS - CPLEX e IBM ILOG CPLEX Optimization Studio. Os resultados apresentados têm como foco principal a análise do impacto das restrições hidráulicas nos preços de equilíbrio de mercado e no despacho de geração de sistemas hidrotérmicos. Mostra-se que a operação de uma cascata hidráulica para o dia seguinte é orientada com base nas ofertas fornecidas pelas companhias geradoras no mercado de energia. / Abstract: This work presents a brief description of an energy market structure, as well as its agents, economic division and service and time horizon classification. The Brazilian mar-ket, single-period and multiperiod auction are also described, as much as a concise presen-tation of a hydroelectric generation system. It's proposed for a day-ahead pool market, a multiperiod auction for hydrothermal system which takes into account the intertempo-ral constraints from a thermoelectric system (e.g. maximum available power output and ramp rate limits, minimum up and down time) and hydraulic constraints (e.g. defluence, volume and water balance, net head, forebay and tailrace levels of reservoir, water release ramp rate limits and the unit performance curves). It was also associated to the problem the transmission constraints, such as balance and flow power limits and power loss. On account of being a problem with such features, the linearization techniques of the net head, unit performance curves and power loss function are described. The proposed mo-del is based on a mixed integer linear programming problem, which used the GAMS -CPLEX and IBM ILOG CPLEX Optimization Studio to its resolution. Finally there are two reported situations to analyze the impact of the hydraulic constrains on the bidding prices, as well as the in˛uence of the selling prices on the total spillage of the hydroelectric plants. The model is projected for a hydro predominance plant cascade. / Mestre