Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-19T17:29:36Z No. of bitstreams: 1 rafaelsantosrocha.pdf: 980623 bytes, checksum: 82b73ddc57b57ae5da6c345e14f34a15 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T12:28:44Z (GMT) No. of bitstreams: 1 rafaelsantosrocha.pdf: 980623 bytes, checksum: 82b73ddc57b57ae5da6c345e14f34a15 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T12:28:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 rafaelsantosrocha.pdf: 980623 bytes, checksum: 82b73ddc57b57ae5da6c345e14f34a15 (MD5) Previous issue date: 2008-08-15 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O planejamento do setor energético é fundamental para assegurar o suprimento de energia ao menor custo, com o menor risco e com os menores impactos sócio-econômicos e ambientais para a sociedade. Estes fatores assim como a complexidade dos aspectos envolvidos no funcionamento da indústria de produção de energia elétrica explicam a importância do planejamento do setor energético. Atualmente, o sistema elétrico brasileiro é operado de maneira centralizada por agentes reguladores que atuam com grande poder institucional sobre as variáveis do sistema através de decisões que trazem impactos e influenciam fortemente o futuro dos sistemas. O fato de o sistema brasileiro ser predominantemente hidrelétrico faz com que essas decisões, na maioria das vezes, sejam tomadas num ambiente de incertezas e assim necessitam de processos sistemáticos de apoio à decisão, em especial sobre as perspectivas do futuro com relação aos riscos de suprimento de energia. Neste contexto, a energia firme, definida como a máxima capacidade de produção contínua de energia, sem a ocorrência de déficits energéticos, influencia diretamente na remuneração das usinas hidrelétricas e na realização dos contratos de venda de energia elétrica pois é utilizada no cálculo da energia assegurada, que representa o lastro de geração de energia destas usinas no Brasil. Hoje, o cálculo da energia firme de cada usina hidrelétrica do sistema elétrico brasileiro é feito através de modelos de simulação, em particular, os modelos Modelo de Simulação de Usinas Individualizadas (MSUI) desenvolvido pela Eletrobrás e o Modelo de Simulação a Usinas Individualizadas para Subsistemas Hidrotérmicos Interligados (SUISHI-O) desenvolvido pelo Centro de Pesquisas em Energia Elétrica (CEPEL). A topologia das usinas é respeitada e, através de regras heurísticas, é simulada a operação das mesmas, considerando-se a série histórica de vazões desde janeiro de 1931. Este trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma ferramenta computacional destinada ao cálculo da energia firme das usinas hidrelétricas. Para isto, é proposta uma solução, através de um único problema de programação não linear, com a representação das não linearidades inerentes à produtividade das usinas hidrelétricas e a representação individualizada dos reservatórios juntamente com a série histórica de vazões desde o mês de janeiro de 1931. A solução do problema de otimização não linear é obtida através do Método Primal-Dual de Pontos Interiores (MPI). A metodologia proposta foi implementada em linguagem C++, permitindo aplicar o cálculo de energia firme ao Sistema Interligado Nacional Brasileiro (SIN). Será apresentado um estudo de caso abrangendo o Sistema Interligado Nacional (SIN), resultando em um problema com mais de 400 mil variáveis, onde poderá ser observada a importância de se resolver o problema considerando-se as não linearidades em um problema de otimização. Estes resultados foram comparados com os obtidos através do modelo linear do cálculo da energia firme. Resultados adicionais com a entrada de novas usinas no sistema (Estreito Tocantins e Peixe Angical) são avaliados para validar a aplicação da metodologia a sistemas reais. Os resultados obtidos mostram que a metodologia proposta é promissora. Adicionalmente, o sistema computacional desenvolvido é uma ferramenta capaz de receber aperfeiçoamentos e modificações para incorporação de diversas outras funcionalidades relacionadas ao planejamento e operação de sistemas elétricos de potência. / The energy sector planning is fundamental to assure the energy supply at the smallest costs and risks and with the smallest socioeconomic and environmental impacts for the society. These factors as well as the aspects complexity involved in the industry operation of the electrical energy production explain the importance of the energy sector planning. Nowadays, the Brazilian electrical system is operated centralized by regulators agents that acts with great institutional power on the system’s variables through decisions that brings impacts and strongly influence the future of the systems. The fact of the Brazilian system predominantly being hydroelectric does those decisions, in most of the time, to be taken in an uncertain environment and then requires systematic processes of decision support, especially above the future perspectives regarding the energy supply risks. In this context, the firm energy, defined as the maximum continuous capacity of energy production, without the occurrence of energy deficits, influence directly the remuneration of the hydroelectric power stations and the electric power sales contracts because it is used in the evaluation of the assured energy, that represents the energy generation ballast of these plants in Brazil. Today, the firm energy evaluation of each hydroelectric power station of the Brazilian electrical system is accomplished through simulation models, in particular, the MSUI model, developed by Eletrobr´as and the SUISHI-O model, developed by CEPEL. The power stations topology is respected and, through heuristic rules, is simulated its operation, considering the historical flow series since January of 1931. This work has as objective the development of a computacional tool destined to the firm energy evaluation of the hydroelectric power stations. For this, a solution is proposed, through a single nonlinear programming problem, with the representation of the nonlinearities inherent to the hydroelectric power stations productivity and the individualized reservoirs representation together with the historical flow series since January of 1931. The solution of the nonlinear optimization problem is obtained through Primal-Dual Interior Point Method. The proposed methodology was implemented in computational language C++, allowing to apply the firm energy evaluation to the Brazilian Interconnected National System. A study case will be presented extending the Brazilian Interconnected National System, resulting in a problem with more than 400 thousand variables, in wich it will be observed the importance to solve the problem considering the nonlinearities in a unique optimization problem. These results were compared to the obtained ones with the linear model of the firm energy evaluation. Additional results with the entrance of new power stations in the system (Estreito Tocantins and Peixe Angical) are evaluated to validate the methodology appliance to real systems. The obtained results shows that the proposed methodology is promising. Additionally, the developed software is a tool capable to receive improvements and modifications for incorporation of several other functionalities related to the planning and operation of electrical power systems.

[pt] O objetivo desta monografia é investigar a aplicação de distintas metodologias de alocação de energia firme de usinas hidrelétricas através da teoria dos jogos de coalizão. Mostra-se que não existe uma maneira ótima, única, de se fazer esta repartição, mas existem critérios para verificar se uma metodologia de repartição específica apresenta algum aspecto inadequado. Um desses critérios é a justiça. Mostra-se que este critério equivale a pertencer ao chamado núcleo de um jogo cooperativo. O cálculo da energia firme será formulado como um problema de otimização linear e serão investigadas vantagens e desvantagens de distintos métodos de alocação (a benefícios marginais, geração média no período crítico, última adição e nucleolus). Em seguida será desenvolvida uma aplicação do esquema Aumann-Shapley (AS) à repartição da energia firme de usinas hidrelétricas. Demonstra-se que além de robusto em relação aos tamanhos dos recursos e eficiente computacionalmente, este método fornece para o problema do firme uma alocação pertencente ao núcleo e, portanto, atende à condição de justiça. A aplicação do esquema AS será apresentada para o Sistema Brasileiro e serão comparados os resultados obtidos por este método com outros esquemas de alocação adotados no Sistema Hidrelétrico Brasileiro. / [en] The objective of this work is to investigate the application of different methodologies of allocation of firm energy rights among hydro plants using a gametheoretic framework. It is shown that there is not an optimal and unique approach to make this allocation but there are criteria to verify if a given approach presents any inadequate aspect. One of these criteria is the justice, or fairness. It is shown that this criterion is equivalent to the condition of the core of a cooperative game. The calculation of the firm energy will be formulated as a linear program and advantages/disadvantages of different allocation methods (marginal allocation, average production on the dry period, incremental allocation and nucleolus) will be investigated. Next, an application of the Aumann-Shapley (AS) scheme to the problem of allocation of firm energy rights will be developed. It is shown that, besides being robust and computationally efficient, this scheme provides an allocation that belongs to the core of the game and therefore meets the condition of justice. The AS scheme will be applied to the Brazilian system (composed of about 100 hydro plants) and the results obtained will be compared with the allocation schemes currently adopted in the Brazilian system.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-01T11:43:52Z No. of bitstreams: 1 germandavidyagimoromisato.pdf: 4216499 bytes, checksum: a1b6dec404f94fd91a0a919755636775 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:00:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 germandavidyagimoromisato.pdf: 4216499 bytes, checksum: a1b6dec404f94fd91a0a919755636775 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:00:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 germandavidyagimoromisato.pdf: 4216499 bytes, checksum: a1b6dec404f94fd91a0a919755636775 (MD5) Previous issue date: 2012-08-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho tem como objetivo apresentar uma nova metodologia baseada em Programação Dinâmica Dual Determinística (PDDD) para o cálculo da Energia Firme de sistemas energéticos. A Energia Firme tem uma relação direta com os certificados de energia garantida atribuídos às usinas hidráulicas, os quais representam o limite superior para os contratos de energia estabelecidos com os consumidores (distribuidores e consumidores livres). Neste contexto, este trabalho possui uma importância relevante para o cenário atual do Setor Elétrico Brasileiro (SEB). Os resultados são comparados com aqueles obtidos pela metodologia em vigor no SEB, o qual é baseado em métodos heurísticos. / The objective of this work is to introduce a new methodology based in The Deterministic Dual Dynamic Programming (DDDP) to calculate the firm energy of energetic systems. The firm energy is directly related to the guaranteed energy certificates assigned to hydraulic power plants. These energy certificates represent the limits of energy contracts that can be established with consumers (energy distributors and free consumers). In this context, this work has a relevant importance to the current scenario of the Brazilian Electric Sector (BES). The results are compared to those obtained by the BES approved computational model based in heuristic methods.