Submitted by Wagner de Freitas Ciarelli null (wciarelli@gmail.com) on 2017-07-02T13:15:18Z No. of bitstreams: 1 2017_07_01 - Dissertação Wagner Ciarelli_Final.pdf: 2232658 bytes, checksum: 885a606f3526bdd97c7e591dd627c97d (MD5) / Approved for entry into archive by Luiz Galeffi (luizgaleffi@gmail.com) on 2017-07-04T17:23:32Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ciarelli_wf_me_bauru.pdf: 2232658 bytes, checksum: 885a606f3526bdd97c7e591dd627c97d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-07-04T17:23:32Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ciarelli_wf_me_bauru.pdf: 2232658 bytes, checksum: 885a606f3526bdd97c7e591dd627c97d (MD5) Previous issue date: 2017-05-26 / No ambiente regulado, o planejamento da geração de energia é coordenado por um operador do sistema, que procura minimizar os custos da energia gerada e garantir a segurança energética para os consumidores e o atendimento da demanda. Este tipo de planejamento de geração não representa a lei de oferta e procura que ocorre em mercados de energia elétrica. No ambiente de mercado, os agentes apresentam suas ofertas de compra e venda em um ambiente competitivo que promove a livre concorrência. Este trabalho propõe um modelo de planejamento de geração de médio prazo, baseado na concorrência pela geração/consumo, em que empresas geradoras e consumidores fornecem lances em um leilão de energia de médio prazo. O modelo proposto é comparado ao modelo de planejamento centralizado de geração de energia. Os testes realizados no software GAMS, com pacote de solução CPLEX, indicam que o modelo proposto é uma alternativa para promover uma matriz energética mais variada e robusta a variações climáticas, além de manter a concorrência justa tanto para os consumidores quanto para os produtores de energia. / In regulated hydrothermal electricity markets, power generation dispatch is coordinated by an independent system operator, that works to guarantee energy for consumers in the long-term, to meet the demand and to minimize the cost of generation. This type of dispatch does not represents the laws of supply and demand in the electricity market. In the deregulated auction market, the participants present their bids to purchase and sell, without the guarantee of being accepted, promoting free competition. This work presents a bibliographical research on electricity markets and the existing uncertainties of energy planning. Through optimization models, regulated dispatch is compared to an auction model for medium-term planning horizons. The tests performed in the GAMS software, with CPLEX solution package, indicate that the energy auction model is an alternative to promote the variation of the energy matrix, to turn it more robust to climate changes, in addition to maintaining fair competition for both the consumer and the producer.

O planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos de potência tem como objetivo determinar a participação de usinas termoelétricas e hidrelétricas de forma a garantir o suprimento desta energia ao menor custo operacional possível, dentro de restrições técnicas. Alguns fatores tornam a solução desse problema bastante complexa destacando a não linearidade, presente na equação de geração hidráulica; a não separabilidade espacial, devido ao fato da decisão de quanto gerar em uma usina interferir em outra usina do sistema; a separabilidade temporal aditiva, devido a interferência de uma decisão atual em uma decisão futura e, como no caso brasileiro, de grande porte. O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem para o planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência, com Programação Dinâmica, de forma que as usinas hidrelétricas possam ser representadas e otimizadas individualmente, completamente desacopladas. Essa aplicação é possível através da utilização de uma função objetivo modificada, considerando-se não apenas os custos, mas também os dados de afluências das usinas imediatamente a jusante. O modelo proposto, como função objetivo modificada, foi aplicado em cascatas de usinas hidrelétricas brasileiras, cujos resultados puderam ser comparados com os comportamentos ótimos obtidos de forma direta, ou seja, com a otimização de todo o sistema em conjunto. Com base nos resultados obtidos, pôde-se observar o bom comportamento do modelo implementado. / The energetic operation planning in hydrothermal power systems aims to determine the participation of hydroelectric power plants and thermoelectric power plants to ensure the supply of electricity at the lowest operating cost possible, between technical constraints. Some factors make the solution of this problem quite complex highlighting the nonlinearity, present in the equation of hydraulic generation, non-spatial separability, due the fact that the decision of the amount of energy generated in a plant interfere in another plants of the system, the additive time separability, because of the interference from an actual decision on a future decision and, as in the Brazilian case, large. The proposal of this work is to present a new approach to hydrothermal power systems, with Dynamic Programming, so that hydroelectric power plants can be represented and optimized individually, completely decoupled. This application is possible through the use of a modified objective function, considering not only costs but also the inflow data immediately on the downstream plants. The proposed model was applied in a Brazilian cascade of hydroelectric plants, comparing the optimal behavior obtained directly, by optimizing the whole system together and the new technique behavior. Based on the results obtained, we can observe the good results of the implemented model.

O planejamento da operação energética de sistemas hidrotérmicos de potência tem como objetivo determinar a participação de usinas termoelétricas e hidrelétricas de forma a garantir o suprimento desta energia ao menor custo operacional possível, dentro de restrições técnicas. Alguns fatores tornam a solução desse problema bastante complexa destacando a não linearidade, presente na equação de geração hidráulica; a não separabilidade espacial, devido ao fato da decisão de quanto gerar em uma usina interferir em outra usina do sistema; a separabilidade temporal aditiva, devido a interferência de uma decisão atual em uma decisão futura e, como no caso brasileiro, de grande porte. O objetivo deste trabalho é apresentar uma nova abordagem para o planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos de potência, com Programação Dinâmica, de forma que as usinas hidrelétricas possam ser representadas e otimizadas individualmente, completamente desacopladas. Essa aplicação é possível através da utilização de uma função objetivo modificada, considerando-se não apenas os custos, mas também os dados de afluências das usinas imediatamente a jusante. O modelo proposto, como função objetivo modificada, foi aplicado em cascatas de usinas hidrelétricas brasileiras, cujos resultados puderam ser comparados com os comportamentos ótimos obtidos de forma direta, ou seja, com a otimização de todo o sistema em conjunto. Com base nos resultados obtidos, pôde-se observar o bom comportamento do modelo implementado. / The energetic operation planning in hydrothermal power systems aims to determine the participation of hydroelectric power plants and thermoelectric power plants to ensure the supply of electricity at the lowest operating cost possible, between technical constraints. Some factors make the solution of this problem quite complex highlighting the nonlinearity, present in the equation of hydraulic generation, non-spatial separability, due the fact that the decision of the amount of energy generated in a plant interfere in another plants of the system, the additive time separability, because of the interference from an actual decision on a future decision and, as in the Brazilian case, large. The proposal of this work is to present a new approach to hydrothermal power systems, with Dynamic Programming, so that hydroelectric power plants can be represented and optimized individually, completely decoupled. This application is possible through the use of a modified objective function, considering not only costs but also the inflow data immediately on the downstream plants. The proposed model was applied in a Brazilian cascade of hydroelectric plants, comparing the optimal behavior obtained directly, by optimizing the whole system together and the new technique behavior. Based on the results obtained, we can observe the good results of the implemented model.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-05-20T17:31:53Z No. of bitstreams: 1 wellingtoncarlosdaconceicao.pdf: 2412660 bytes, checksum: 31c07135427924fe90166a943adbbdd7 (MD5) / Rejected by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br), reason: Renata, somente a primeira letra de cada palavra chave é que deve ser em maiúsculo. Não corrigi esta para só para me lembrar de te falar. on 2016-07-02T11:26:49Z (GMT) / Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2016-07-04T10:15:18Z No. of bitstreams: 1 wellingtoncarlosdaconceicao.pdf: 2412660 bytes, checksum: 31c07135427924fe90166a943adbbdd7 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2016-07-13T16:11:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 wellingtoncarlosdaconceicao.pdf: 2412660 bytes, checksum: 31c07135427924fe90166a943adbbdd7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-13T16:11:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 wellingtoncarlosdaconceicao.pdf: 2412660 bytes, checksum: 31c07135427924fe90166a943adbbdd7 (MD5) Previous issue date: 2012-08-02 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O presente trabalho apresenta uma metodologia alternativa para o atendimento da restrição associada à vazão mínima obrigatória no problema de planejamento da operação de médio prazo de sistemas hidrotérmicos interligados. Atualmente, a metodologia oficial adotada no Setor Elétrico Brasileiro consiste na utilização de uma variável de folga associada a esta restrição. Neste trabalho é proposta uma estratégia visando manter os reservatórios operando dentro de níveis seguros associada à utilização de uma variável de folga. Para tanto foi criada uma curva de energia armazenável mínima, que fornece a informação sobre os níveis mínimos de armazenamento dos reservatórios equivalentes, de tal forma que os mesmos sejam capazes de suprir as perdas e a vazão mínima obrigatória. As duas metodologias são comparadas e os resultados das simulações mostraram que a formulação proposta leva a uma diminuição no valor esperado de déficit de vazão mínima obrigatória. / This work presents an alternative methodology to meet the constraint associated with mandatory minimum outflow in the problem of long-term operation planning of hydrothermal interconnected systems. Currently, the official methodology adopted in the Brazilian Electric Sector is the use of a slack variable associated with this restriction. This work proposes a strategy to keep the reservoirs operating within safe levels associated with use of a slack variable. For this, is constructed a storable energy curve minimum, providing information about the minimum levels of storage reservoirs equivalent, so that the reservoirs are able to supply the losses and the mandatory minimum outflow. The two methodologies are compared and the simulation results showed that the proposed formulation leads to a decrease in the expected value of deficit minimum flow.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-05-10T12:15:28Z No. of bitstreams: 1 alexandredasilvafernandes.pdf: 3326554 bytes, checksum: f4dfcfe70bde99c5ebe4501f03add83e (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-05-22T15:33:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 alexandredasilvafernandes.pdf: 3326554 bytes, checksum: f4dfcfe70bde99c5ebe4501f03add83e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-22T15:33:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 alexandredasilvafernandes.pdf: 3326554 bytes, checksum: f4dfcfe70bde99c5ebe4501f03add83e (MD5) Previous issue date: 2018-02-20 / O planejamento da operação do Sistema Interligado Nacional constitui-se uma tarefa de alta complexidade, seja pela quantidade acentuada de usinas hidrelétricas e termelétricas distribuídas nos quatro submercados interligados, ou pelas características marcantes da operação das hidrelétricas, no que diz respeito às incertezas dos cenários hidrológicos futuros e aos acoplamentos espacial e temporal. O objetivo deste planejamento é a determinação de uma política ótima de despacho das usinas do sistema de modo a minimizar o valor esperado dos custos operativos no horizonte considerado. Uma importante restrição do problema é o suprimento da demanda de energia elétrica, dado pela diferença entre a carga efetiva de cada submercado e a geração das usinas não simuladas, esta última composta pela energias alternativas (eólica, solar, biomassa), pequenas centrais hidrelétricas, entre outros. Entretanto, a crescente penetração da geração renovável, aliada às incertezas das fontes naturais como eólica e solar (pois dependem de fatores climáticos e por isso são imprevisíveis), contribui com a necessidade de representação da demanda em diversos cenários para um correto despacho das usinas e uma operação do sistema mais confiável. Sabendo que os modelos oficiais atuais tratam apenas as incertezas oriundas dos cenários hidrológicos, devido à dificuldade de implementação e alocação de memória na consideração de outras incertezas na Programação Dinâmica Dual Estocástica, o trabalho desenvolvido nesta dissertação propõe metodologias que incluem os diversos cenários de demanda, além de representar com maior detalhe a geração das hidrelétricas. Além disso, são propostos algoritmos de representação analítica da Função de Custo Imediato em sistemas isolados e com múltiplas áreas na busca por uma redução das dimensões do problema tratado. Finalmente, são realizados testes em sistemas tutorias e os resultados são analisados para avaliar as performances computacionais das metodologias propostas. / The operation schedulling of Brazilian System constitutes a task of high complexity, either due to the large number of hydro and thermal plants distributed in the four interconnected submarkets, or due to the outstanding characteristics of the hydro plants, with respect to the uncertainties in the hydrological scenarios future and due to spatial and temporal couplings. The objective of this planning is the determination of an optimal dispatch policy of plants that minimizes the expected value of the operating costs in the considered horizon. An important constraint is the supply of demand, which is obtained by the difference between the effective load of each submarket and the generation of non-simulated plants, composed of renewable energies (wind, solar, biomass), small hydropower plants, and others. However, the growing penetration of renewable generation, coupled with the uncertainties of natural sources such as wind and solar (because they depend on climatic factors and are therefore unpredictable), contributes to the need to represent demand in different scenarios for a correct dispatch of the plants and a more reliable system operation. Knowing that the current official models deal only with the uncertainties arising from the hydrological scenarios, due to the difficulty of implementation and memory allocation in the consideration of other uncertainties in Stochastic Dual Dynamic Programming, this work proposes methodologies that include the several scenarios demand, besides representing in greater detail the generation of hydroelectric plants. In addition, algorithms are proposed for analytical representation of the Immediate Cost Function in isolated systems with multiple areas in the search for a reduction of the dimensions of the problem. Finally, tests are performed on tutorial systems and the results are analyzed to evaluate the computational performances of the proposed methodologies.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2015-12-16T11:02:24Z No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 6134665 bytes, checksum: 349537ae72f568271488022944942fb6 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2015-12-16T11:20:33Z (GMT) No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 6134665 bytes, checksum: 349537ae72f568271488022944942fb6 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-12-16T11:20:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 talespulinhoramos.pdf: 6134665 bytes, checksum: 349537ae72f568271488022944942fb6 (MD5) Previous issue date: 2015-02-23 / CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / O Sistema Interligado Nacional (SIN) apresenta cerca de 150 usinas hidráulicas e o planejamento de médio prazo contempla entre 5 e 10 anos de estudo, a representação do sistema à usinas individualizadas faz com que a resolução do problema seja muito custoso computacionalmente. Para isso, o sistema é representado a partir de sistemas equivalentes de energia. Existe um trabalho anterior onde foi realizado a flexibilização da modelagem do sistema, denominada modelagem híbrida, em que parte do sistema é representado através de sistemas equivalentes de energia e outra é representada à usinas individualizadas com a produtibilidade constante. Desta forma, consegue-se um maior detalhamento nos estudos de médio prazo mantendo a complexidade do sistema em um nível adequado computacionalmente. Este trabalho apresenta a modelagem híbrida entre sistemas equivalentes de energia e à usinas individualizadas, porém, considerando as não linearidades das usinas hidráulicas. As não linearidades das usinas basicamente se dão em relação a variação do nível do reservatório e da vazão defluente (vazão turbinada acrescida da vazão vertida), o que implica diretamente na geração hidráulica. A proposta consiste em modelar a geração hidráulica das usinas (Função de Produção Hidráulica - FPH), que é uma função analítica não linear e não convexa, por uma função linear por partes convexa que represente adequadamente a função de produção hidráulica analítica. Há um trabalho anterior onde a FPH é aproximada por uma função linear por partes em duas etapas, inicialmente a função é aproximada nas dimensões do armazenamento e do turbinamento e, em uma segunda etapa, é adicionado a contribuição do vertimento. Já neste trabalho, a FPH é aproximada por uma função linear por partes obtida em apenas uma etapa para as três dimensões a partir do algoritmo Convex Hull. Assim, é possível resolver o problema de médio prazo considerando parte do sistema representado de forma equivalente e outra parte de forma individualizada considerando a variação da geração hidráulica em função do volume armazenado, vazão turbinada e vertida (se houver influência no canal de fuga). / The National Interconnected Power System (NIPS) presents around 150 hydraulic plants and the medium term planning contemplates between 5 to 10 years of study, the representation of the system to individualized plants makes the problem impracticable in computing; then the system is represented from equivalent systems of energy. There is an alternative of modeling flexibility of the system named hybrid modeling, in which part of the system is represented through equivalent systems of energy and the other is represented to individualized plants with constant productivity. As a consequence, it is obtained greater detail in the long term studies, maintaining the complexity of the system in an adequate level in computing. This paper presents the hybrid modeling between equivalent systems of energy and individualized plants. However, it considers non-linearities on generation of hydraulic plants. The non-linear characteristic on generation function basically comes from the influence of the reservoir level (head term) and the release term (turbinated outflow added to spilled outflow). The suggestion is to model the hydraulic generation of the plants (Hydraulic Production Function - HPF), which is a non-linear and non-convex analytical function, into a convex piecewise linear function that represents appropriately the function of the analytical hydraulic production. It will be described in detail in this paper the technique used to obtain this piecewise linear function by applying the Convex Hull algorithm to guarantee the convexity of this function. To conclude, it is possible to solve the problem of long term considering part of the system represented by equivalent form and the other part in individualized manner considering the variation of the hydraulic generation in relation to the volume stored, turbaned and spilled outflow.