Neste trabalho será apresentado um algoritmo de pontos interiores para a solução do problema de fluxo de carga ótimo (FCO). A abordagem proposta é o método primai dual barreira logarítmica. As restrições de desigualdade do problema de FCO são transformadas em igualdades pelo uso de variáveis de folga, e estas são incorporadas na função objetivo através da função barreira logarítmica. A esparsidade da matriz Lagrangeana é explorada e o processo de fatoração é feito por elementos e não por submatrizes. Resultados numéricos de testes realizados em sistemas de 3, 14, 30 e 118 barras serão apresentados com o objetivo de mostrar a eficiência do método. / In this thesis an interior point algorithm is presented for the solution of the optimal power flow problem (OPF). The approach proposed here is the logarithmic barrier primal-dual method. The inequality constraints of the optimal power flow problem are transformed into equalities by slack variables that are incorporated into the objective function through the logarithmic barrier function. The sparsity of the Lagrangian matrix is explored and the factorization process is carried out by elements rather than submatrices. Numerical tests results obtained with systems of 3, 14, 30 and 118 buses are presented to show the efficiency of the method.

Orientador: Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-06T01:00:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Probst_RoyWilhelm_M.pdf: 553863 bytes, checksum: a1307892a77da1b88d7536dd9027a4c3 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Os métodos de pontos interiores primais-duais de trajetória central e preditor-corretor são desenvolvidos para o problema de minimização das perdas na geração e transmissão do pré-despacho DC de um sistema de potência hidrotêrmico e a estrutura matricial resultante explorada obtendo uma implementação eficiente. No pré-despacho de sistemas hidrotêrmicos, as usinas hidroelétricas têm uma meta a cumprir em um determinado dia, estabelecida pelo planejamento de longo prazo. As usinas termoelétricas, por sua vez, apresentam restrições de rampa, pois necessitam de um determinado tempo tanto para aumentar quanto para reduzir sua produção de energia. A implementação dos métodos de pontos interiores é testada em estudos de casos com sistemas IEEE / Abstract: The central path and the predictor-corrector primal-dual interior points methods are developed for the generation and transmission losses optimization problem for a DC power flow model in a hydrothermal power system and the resulting matrix structure is exploited leading to an efficient implementation. In short term hydrothermal scheduling, the hydro generating units need to satisfy daily targets, established by long-term scheduling models. The thermal generating units have ramp constraints because they need a certain amount of time to change de level of power delivery. Case studies with the developed interior point implementation for IEEE power systems are presented. / Mestrado / Pesquisa Operacional / Mestre em Matemática Aplicada

Orientador: Aurelio R. Leite Oliveira, Marta Ines Velazco / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-13T08:57:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_Jairda1_D.pdf: 1755258 bytes, checksum: 2ecb493aab3646838f54c2df2012b5d9 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Neste trabalho apresentamos uma nova família de algoritmos para resolver problemas de programação linear. A vantagem desta família de algoritmos é a sua simplicidade, a possibilidade de explorar a esparsidade dos dados do problema original e geralmente possuir raio de convergência inicial rápido. Esta família de algoritmos surgiu da generalização da idéia apresentada por João Gonçalves, Robert Storer e Jacek Gondzio, para desenvolver o algoritmo de ajustamento pelo par ótimo. Este algoritmo foi desenvolvido por sua vez tendo como base o algoritmo de Von Neumann. O algoritmo de Von Neumann possui propriedades interessantes, como simplicidade e convergência inicial rápida, porém, ele não é muito prático para resolver problemas lineares, visto que sua convergência é muito lenta. Do ponto de vista computacional, nossa proposta não é utilizar a família de algoritmos para resolver os problemas de programação linear até encontrar uma solução e sim explorar a sua simplicidade e seu raio de convergência inicial geralmente rápido e usá-la em conjunto com um método primal-dual de pontos interiores infactível, para melhorar a eficiência deste. Experimentos numéricos revelam que ao usar esta família de algoritmos em conjunto com um método primal-dual de pontos interiores infactível melhoramos o seu desempenho na solução de algumas classes de problemas de programação linear de grande porte. / Abstract: In this work, we present a new family of algorithms to solve linear programming problems. The advantage of this family of algorithms relies in its simplicity, the possibility of exploiting the sparsity of the original problem data and usually to have fast initial ratio of convergence. This family of algorithms arose from the generalization of the idea presented by João Gonçalves, Robert Storer and Jacek Gondzio to develop the optimal pair adjustment algorithm. This algorithm was developed in its own turn based on the Von Neumann's algorithm. It has interesting properties, such as simplicity and fast initial convergence, but it is not very practical for solving linear problems, since its convergence is very slow. From the computational point of view, our suggestion is not to use the family of algorithms to solve problems of linear programming until optimality, but to exploit its simplicity and its fast initial ratio of convergence and use it together with a infeasible primal-dual interior point method to improve its efficiency. Numerical experiments show that using this family of algorithms with an infeasible primal-dual interior point method improves its performance in the solution of some classes of large-scale linear programming problems. / Doutorado / Doutor em Matemática Aplicada

Orientador: Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matematica, Estatistica e Computação Cientifica / Made available in DSpace on 2018-08-08T20:42:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carvalho_SilviaMariaSimoesde_M.pdf: 6750487 bytes, checksum: 1f809b8802cfd855d0f605082cce7537 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Neste trabalho os métodos de pontos interiores primal-dual são utilizados para minimizar os custos e perdas na geração e transmissão do pré-despacho de fluxo de potência com corrente contínua (DC) em um sistema hidroelétrico com manobras previamente programadas. É realizado também o estudo da estrutura matricial desse problema e a alteração que ela impõe ao sistema. Uma função desenvolvida em Matlab que controla as manobras é exibida, e é adaptada na implementação de pontos interiores que não considera manobras, previamente desenvolvida. É realizada uma discussão sobre sua eficiência e algumas melhorias são propostas. É importante salientar que do ponto de vista computacional, o esforço por iteração para se resolver um problema com e sem manobras é semelhante, os motivos pelos quais isso ocorre também serão discutido nesse trabalho. Resultados computacionais com sistemas testes da IEEE e sistemas reais brasileiros comprovam esta afirmação / Abstract: In this work, the prima-dual interior point methods are used to minimize the DC predispatch generation and transmission costs on hydroeletric systems with previously scheduled maneuver. A study of the matrix structure is also performed considering the changes that occurs in the system after maneuvering. A function, developed in Matlab that controls the maneuver is shown and is adapted in the implementation of interior point methods already developed for the problem without maneuvers. It is important to stress that the computational effort to solve a problem with maneuver is close to the effort for solving the problem without it, the reason for it will be discussed ih this work. Computer results with test systems of the IEEE and real Brazilian systems reinforce this statement / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestre em Matemática Aplicada

Orientadores: Secundino Soares Filho, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T00:05:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Thomaz_Adriano_D.pdf: 640435 bytes, checksum: e4748f37d3fbffa8b75b855a68672400 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: O método de pontos interiores primal-dual é desenvolvido para o problema de fluxo de potência ótimo corrente alternada ativo e reativo. Adotou-se a representação das tensões através de coordenadas cartesianas uma vez que neste modelo a hessiana do problema é constante e a expansão em Taylor é exata para o termo de ordem dois. Antes da aplicação do método, o número de variáveis do problema é reduzido, não alterando a estrutura esparsa do problema. A matriz resultante é simétrica em estrutura e essa característica é explorada de forma eficiente reduzindo o esforço computacional por iteração. A implementação fornece um ponto de partida, uma solução inicial para ser utilizada como base e referência para futuros aprimoramentos e estudos. Permite inclusão de novos estudos de limites operacionais e físicos, particulares de cada sistema, sem a necessidade de mudanças estruturais. O desenvolvimento propõe novas idéias com técnicas de resolução já conhecidas. Os resultados dos experimentos computacionais, utilizando sistemas de teste IEEE e um sistema real brasileiro, são apresentados / Abstract: The primal dual interior point methods are developed to the AC active and reactive optimal power flow problem. The representation of the complex bus-voltages through cartesian coordinates is adopted, once the Hessian is constant and the Taylor expansion is accurate for the second order term. Before the application of the method, the number of variables of the problem is reduced. This reduction does not modify the sparse pattern of the problem. The final matrix is symmetric in structure and this feature can be exploited reducing the computational effort per iteration. The implementation gives a start point, an initial solution that can be used as a base and reference for future improvements and studies. It also allows including new studies of physical and operational limits, for each system, without the necessity of structural changes. This development proposes new ideas using solution technics already known. The computacional experiments results presented are performed for IEEE test systems and a real Brazilian system / Doutorado / Energia Eletrica / Doutor em Engenharia Elétrica

Neste trabalho a família de métodos de pontos interiores barreira logarítmica é desenvolvida para o problema de regressão pela norma Lp e a estrutura matricial resultante é explorada objetivando uma implementação eficiente. Apresentamos alguns conceitos sobre métodos de pontos interiores necessários para o desenvolvimento do método e descrevemos um método de convergência quadrática previamente conhecido. Uma implementação em Matlab dos métodos de pontos interiores desenvolvidos é comparada com uma implementação do método quadrático existente, obtendo desempenho computacional superior. / In this work the family of logarithmic barrier interior point methods is developed for the norm Lp fitting problem and the resultant matrix structure is exploited in order to have an efficient implementation. We introduce some concepts about interior point methods necessary for the development of the method and describe a previously known quadratic convergent problem. An implementation in Matlab of the interior point methods developed is compared with an implementation of the known quadratic method obtaining better computational performance.

Orientadores: Secundino Soares Filho, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-12T10:09:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Coelho_MaykVieira_M.pdf: 4740036 bytes, checksum: d26ebcd270a5b52dd64b6186dd2720d0 (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Na eventualidade de uma contingência, com a perda de unidades de geração em um sistema de potência, podem ser verificados desequilíbrios no conjunto carga-geração. Nestas situações torna,-se necessário o emprego de medidas corretivas que eliminem estas violações operativas, reconduzindo o sistema a um ponto de operação seguro. Visando obter este nível de segurança, o método de pontos interiores primal-dual é desenvolvido para o problema de minimização das perdas na geração e transmissão do fluxo de potência ótimo CC de um sistema de potência hidrotérmico considerando restrições de reserva de potência operacional. Em outras palavras, o serviço anciliar de reserva será provido por geradores conectados à rede elétrica e sincronizados com o sistema, com objetivo de disponibilizar uma quantidade extra de potência ativa, que pode ser imediatamente utilizada durante uma situação de contingência para restabelecer o equilíbrio no conjunto carga-geração. É feita também uma comparação com o modelo sem tais restrições de reserva. / Abstract: In the eventuality of a contingency, with the loss of units of generation in a power system, unbalances cqn be verified in the group load-generation. In such situations, corrective measuresthat eliminate these operative violations are necessary in order to lead the system to a safe operation point. Seeking to obtain this leveI of safety, the primal-dual interior point method is developed for tlie problem of minimization of the losses in the generation and transmission DC power flow of a hidrotermic power system considering operational reserve restrictions. In other words, the service reselv~ anciliar will be provided by connected generators to the electric network and synchronized with the'. system, with the goal of making available an extra amount of active power, that can be immediately used during a contingency situation to reestablish the balance in the group load-generation. A comparison with the model without such reserve restrictions is aIs o performed. / Mestrado / Energia Eletrica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Carla Taviane Lucke da Silva Ghidini, Aurelio Ribeiro Leite de Oliveira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-26T07:23:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Silva_Marileneda_M.pdf: 942860 bytes, checksum: 97260f526fda7ee0cb3346887580c3fa (MD5) Previous issue date: 2014 / Resumo: Neste trabalho, consideramos o método preditor-corretor, que é uma das variantes mais importantes dos métodos de pontos interiores devido à sua eficiência e convergência rápida. No método preditor-corretor, é preciso resolver dois sistemas lineares a cada iteração para determinar a direção preditora-corretora. A resolução desses sistemas é o passo que requer mais tempo de processamento, devendo, assim, ser realizada de maneira eficiente. Para obter a solução dos sistemas lineares do método preditor-corretor, consideramos dois métodos do subespaço de Krylov: MINRES e GC (método dos gradientes conjugados). Para que esses métodos convirjam mais rapidamente, um precondicionador especialmente desenvolvido para os sistemas lineares oriundos dos métodos de pontos interiores é usado. Experimentos computacionais, em um conjunto variado de problemas de programação linear, foram realizados com o intuito de analisar a eficiência e robustez dos métodos de solução dos sistemas lineares / Abstract: In this work, we consider the predictor-corrector method, which is one of the most important variants of interior point methods due to its efficiency and fast convergence. In the predictor-corrector method, we must solve two linear systems at each iteration to determine the predictor-corrector direction. The solution of these systems is the step that requires more processing time and should therefore be performed efficiently. For the solution of linear systems are two Krylov subspace methods considered: MINRES and CG(the conjugate-gradient method). For these methods a preconditioner specially developed for linear systems arising from interior point methods is used. Computational experiments on a set of linear programming problems were performed in order to analyze the efficiency and robustness of the methods when solving such linear systems / Mestrado / Matematica Aplicada / Mestra em Matemática Aplicada

Orientador: Francisco de Assis Magalhães Gomes Neto / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Matemática, Estatística e Computação Científica / Made available in DSpace on 2018-08-24T00:24:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_AbelSoares_D.pdf: 1465105 bytes, checksum: 2cba750df9607e9cb37b5799b157c850 (MD5) Previous issue date: 2013 / Resumo: Uma maneira de resolver problemas gerais de programação não linear é utilizar estratégias de passos compostos. Essas estratégias normalmente combinam um passo tangente às restrições e um passo normal, alternando entre a diminuição da função objetivo e da norma da infactibilidade. Esse tipo de método exige o controle dos passos ou dos iterandos, para que não se perca o progresso de um vii passo no outro. Apresentaremos uma extensão do método de Controle Dinâmico da Infactibilidade, que utiliza uma estratégia de controle de passos chamado de Cilindros de Confiança. Esse método foi desenvolvido para problemas com restrições apenas de igualdade, e nossa extensão lida com restrições gerais. Mostraremos testes numéricos comparando nosso método com um método do mesmo tipo / Abstract: One way to solve general nonlinear programming problems is the composite-step strategies. These strategies usually combine a step tangent to the constraints and a normal step, alternating between reducing the objective function value and the norm of the infeasibility. This kind of method requires the control of the steps or the iterates, in order to prevent one step from destroying the progress of another. We will present an extension of the Dynamic Control of Infeasibility method, which utilizes a strategy to control the steps known as Trust Cylinders. This method was originally designed for problems with equality contraints only, and our extension will handle general constraints. We'll show numerical experiments comparing our method with another composite-step method / Doutorado / Matematica Aplicada / Doutor em Matemática Aplicada

A new optimization algorithm, which can efficiently solve large-scale constrained non-linear optimization problems and leverage parallel computing, is designed and studied. The new algorithm, referred to herein as LASO or LArge Scale Optimizer, combines the best features of various algorithms to create a computationally efficient algorithm with strong convergence properties. Numerous algorithms were implemented and tested in its creation. Bound-constrained, step-size, and constrained algorithms have been designed that push the state-of-the-art. Along the way, five novel discoveries have been made: (1) a more efficient and robust method for obtaining second order Lagrange multiplier updates in Augmented Lagrangian algorithms, (2) a method for directly identifying the active constraint set at each iteration, (3) a simplified formulation of the penalty parameter sub-problem, (4) an efficient backtracking line-search procedure, (5) a novel hybrid line-search trust-region step-size calculation method. The broader impact of these contributions is that, for the first time, an Augmented Lagrangian algorithm is made to be competitive with state-of-the-art Sequential Quadratic Programming and Interior Point algorithms. The present work concludes by showing the applicability of the LASO algorithm to simulate one step of digital human walking and to accelerate the optimization process using parallel computing.