Este projeto de pesquisa teve o objetivo de desenvolver uma nova abordagem para a resolução do Fluxo de Potência Ótimo. Para isso, foram obtidos dados teóricos, a partir de um levantamento bibliográfico, que explicitaram os conceitos de otimização aplicados ao sistema estático de energia elétrica. A pesquisa fundamentou-se metodologicamente nos métodos: Newton-Langragiano, Penalidade e Função Barreira Logarítmica de Newton Projetada. Os sistemas de equações resultantes das condições de estacionaridade da função Lagrangiana foram resolvidos pelo método de Newton. Na implementação computacional foram utilizadas técnicas de esparsidade. Foram realizadas estudos para validação e a verificação da abordagem proposta nos sistemas de 3, 14, 30 e 118 barras. / This research project had the objective of developing a new approach for the resolution of the Optimum Power Flow. For this purpose, theoretical data were obtained through a bibliographical survey, which explained the optimization concepts applied to the electrical energy static system. The research was based on the methods: Newton-Lagrangian, Penalty and Projected Newton Barrier Function. The systems of equations resulting from the Lagrangian function stationarity conditions were resolved through the Newton\'s method. In the computational implementation, sparsity techniques had been used. Studies had been carried out for the proposed approach validation and verification in the systems of 3, 14, 30 and 118 buses.

Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma nova abordagem para a resolução do problema de planejamento de reativos em sistemas elétricos de potência. Um levantamento bibliográfico para explicitar as diferentes pesquisas realizadas nesta área foi feito. Este trabalho utiliza os multiplicadores de Lagrange obtidos da solução de um fluxo de potência ótimo, via método dos Pontos Interiores, para determinar as barras onde serão alocados reativos. A partir da determinação destas barras, um problema de programação linear para quantificar a potência reativa a ser alocada, é resolvido. Foram realizados estudos para validação e verificação da abordagem proposta nos sistemas WARD & HALE de 6 barras, sistema de 8 barras, sistema IEEE 30 e 118 barras. / The present dissertation proposes the development of a novel approach to the solution of reactive planning problem in electrical power systems. A bibliographical survey to show the different researches developed in this area was done. This study uses langrange multipliers obtained from the optimal power flow solution, through interior point method, to determine the buses where reactive power will be allocated. Starting from the determination of these buses, a linear programming problem is solved to quantify the reactive power to be allocated. Studies were carried ou for the proposed approach validation and verification in the systems Ward & Hale of 6 buses, system of 8 buses, systems IEEE of 30 and 118 buses.

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.

Submitted by Renata Lopes (renatasil82@gmail.com) on 2017-04-20T14:19:59Z No. of bitstreams: 1 marcelosilvaneves.pdf: 962677 bytes, checksum: 134310c582f4e3179b04920d81ae9630 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2017-04-20T15:04:55Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marcelosilvaneves.pdf: 962677 bytes, checksum: 134310c582f4e3179b04920d81ae9630 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-20T15:04:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marcelosilvaneves.pdf: 962677 bytes, checksum: 134310c582f4e3179b04920d81ae9630 (MD5) Previous issue date: 2008-08-22 / CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Neste trabalho é proposta uma nova metodologia para a modelagem estática de carga em Sistemas Elétricos de Potência. A ferramenta proposta visa à estimação dos parâmetros dos modelos exponencial e polinomial (ZIP) relativos às potências ativa e reativa da carga com as variações estáticas de tensão. Estes parâmetros são determinados a partir da análise de um conjunto de medições de potências realizadas sob variações forçadas e sustentadas de tensão, em um determinado ponto de interesse do sistema. A estimação dos parâmetros que compõem a carga é realizada utilizando-se o método dos mínimos quadrados ponderados de estimação estática de estados onde os pesos das medidas são considerados unitários. Adicionalmente a metodologia primal-dual de pontos interiores é utilizada para a inclusão das restrições de canalização impostas pelos modelos da carga. Para verificar a eficácia da metodologia, são realizados estudos a partir de dados de medição obtidos de uma subestação de propriedade da CEMIG, obtendo-se os parâmetros dos modelos polinomial e exponencial. / In this work a new methodology for static load modeling in electric power systems is proposed. The proposed tool aims to make the estimation of the exponential and polynomial (ZIP) load parameters related to active and reactive power as a function of static voltage variations. Those parameters are determined from the analysis of a set of active and reactive power measurements under forced variations of voltages at a given interest point of the electric power system. The load composition parameters are determined using the minimum weighted least square static state estimation technique having unit values for the measurement weights. Additionally, the primal-dual interior point technique was used to solve the problem in order to consider the inclusion of equality and inequality constraints imposed by the load model parameters. In order to very the effectiveness of the proposed methodology, various sets of data measurements were obtained from a substation of the property of CEMIG and the load composition parameters were estimated for both the polynomial and exponential models.

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.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:34Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-08-24Bitstream added on 2014-06-13T18:07:18Z : No. of bitstreams: 1 homem_tpd_me_bauru.pdf: 3557697 bytes, checksum: a1fa6fe9ed118fd4c4f8be6400b6d78f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O Brasil é o maior produtor de cana-de-açúcar do mundo. Mas, existe uma grande preocupação com o sistema de colheita utilizado nesta cultura, pois é prática comum a colheita manual com a pré-queima do palhiço. Autoridades brasileiras têm aprovado leis proibindo a queimada nos canaviais. Entretanto, a colheita mecanizada, com cana-de-açúcar crua, cria novos problemas com a permanência do resíduo no solo. Assim, muitos estudos têm sido propostos para o uso deste resíduo para geração de energia. A maior dificuldade no uso desta biomassa está no custo de coletar e transferir o resíduo, do campo para o centro de processamento. Para análise da viabilidade deste sistema há a necessidade de um estudo do balanço de energia envolvido, devido ao grande número de maquinário utilizado no processo. O objetivo deste trabalho é investigar modelos matemáticos que auxiliem na escolha das variedades de cana-de-açúcar a serem implantadas, de forma a minimizar o custo de coleta da biomassa residual e avaliar o balanço de energia gerado, adicionado restrições sobre a produção de sacarose e limitações da área para plantio e considerando as distâncias entre os talhões e o centro de processamento. Para isto, técnicas de programação linear e inteira 0-1 foram utilizadas. A busca de soluções para problemas de programação inteira com grande número de variáveis e restrições é de difícil resolução, mas os resultados apresentados mostram que a utilização d eum procedimento híbrido envolvendo o método Primal-Dual de Pontos Interiores e o método Branch and Bound promove uma boa performance computacional, apresentando soluções confiáveis. Assim, o uso deste procedimento é viável para o auxílio na seleção de variedades, otimizando o custo do uso da biomassa residual de colheita ou o balanço de geração de energia / It is that Brazil is the world's largest sugar cane producer. But there is great concern about the harvesting system used in this culture, because it is a common practice to burn the straw before the barvest. Brazilian authorities have approved laws prohibiting the burning in the sugar cane fields. However, with mechanized harvesting of sugar cane raw creates new problems with the accumulation of the waste biomass in the ground. Many studies have been proposed to use this waste for energy generation. The greatest difficulty to use this biomass is in the cost of collect and transfer the residues from the field to the the processing center. To analyze the feasibility of this system, it is necessary a study of the involved energy balance, because of the large number of machines in the process. The aim of this study is to investigate mathematical models that help on choosing varieties of sugar cane to be planted, to minimize the cost of collect of residual biomass and to analyze the balance of power generated, adding restrictions on the production on the production of sucrose and limitations on the area for planting and considering the distances among the plots the processing center. To this, techniques of 0-1 integer linear programming were used. The search for solutions to integer programming problems with many variables and constraints its very hard, but the results show that the use of a hybrid procedure involving the Primal-Dual Interior Point method and Branch and Bound method promotes good performance computing, with reliable solutions. Thus, the use of this procedure is feasible to help on select of varieties, optimizing the cost of collect of the waste biomass or the the balance of power generation

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.

Neste trabalho propomos uma abordagem que utiliza o método de barreira modificada/penalidade para a resolução de problemas restritos gerais de otimização. Para isso, foram obtidos dados teóricos, a partir de um levantamento bibliográfico, que explicitaram os métodos primal-dual barreira logarítmica e método de barreira modificada. Nesta abordagem, as restrições de desigualdade canalizadas são tratadas pela função barreira de Frisch modificada, ou por uma extrapolação quadrática e as restrições de igualdade do problema através da função Lagrangiana. A implementação consiste num duplo estágio de aproximação: um ciclo externo, onde o problema restrito é convertido em um problema irrestrito, usando a função Lagrangiana barreira modificada/penalidade; e um ciclo interno, onde o método de Newton é utilizado para a atualização das variáveis primais e duais. É apresentada também uma função barreira clássica extrapolada para a inicialização dos multiplicadores de Lagrange. A eficiência do método foi verificada utilizando um problema teste e em problemas de fluxo de potência ótimo (FPO). / In this paper, we propose an approach that utilizes the penalty/modified barrier method to solve the general constrained problems. On this purpose, theoretical data were obtained, from a bibliographical review, which enlightened the logarithmic barrier primal-dual method and modified barrier method. In this approach, the bound constraints are handled by the modified log-barrier function, or by quadratic extrapolation and the equality constraints of the problem through Lagrangian function. The method, as implemented, consists of a two-stage approach: an outer cycle, where the constrained problem is transformed into unconstrained problem, using penalty/modified barrier Lagrangian function; and an inner cycle, where the Newton\'s method is used for update the primal and dual variables. Also, it is presented a classical barrier extrapolated function for initialization of Lagrange multipliers. The effectiveness of the proposed approach has been examined by solving a test problem and optimal power flow problems (OPF).

Este trabalho propõe o desenvolvimento de uma nova abordagem para a resolução do problema de planejamento de reativos em sistemas elétricos de potência. Um levantamento bibliográfico para explicitar as diferentes pesquisas realizadas nesta área foi feito. Este trabalho utiliza os multiplicadores de Lagrange obtidos da solução de um fluxo de potência ótimo, via método dos Pontos Interiores, para determinar as barras onde serão alocados reativos. A partir da determinação destas barras, um problema de programação linear para quantificar a potência reativa a ser alocada, é resolvido. Foram realizados estudos para validação e verificação da abordagem proposta nos sistemas WARD & HALE de 6 barras, sistema de 8 barras, sistema IEEE 30 e 118 barras. / The present dissertation proposes the development of a novel approach to the solution of reactive planning problem in electrical power systems. A bibliographical survey to show the different researches developed in this area was done. This study uses langrange multipliers obtained from the optimal power flow solution, through interior point method, to determine the buses where reactive power will be allocated. Starting from the determination of these buses, a linear programming problem is solved to quantify the reactive power to be allocated. Studies were carried ou for the proposed approach validation and verification in the systems Ward & Hale of 6 buses, system of 8 buses, systems IEEE of 30 and 118 buses.

Neste trabalho propomos uma abordagem que utiliza o método de barreira modificada/penalidade para a resolução de problemas restritos gerais de otimização. Para isso, foram obtidos dados teóricos, a partir de um levantamento bibliográfico, que explicitaram os métodos primal-dual barreira logarítmica e método de barreira modificada. Nesta abordagem, as restrições de desigualdade canalizadas são tratadas pela função barreira de Frisch modificada, ou por uma extrapolação quadrática e as restrições de igualdade do problema através da função Lagrangiana. A implementação consiste num duplo estágio de aproximação: um ciclo externo, onde o problema restrito é convertido em um problema irrestrito, usando a função Lagrangiana barreira modificada/penalidade; e um ciclo interno, onde o método de Newton é utilizado para a atualização das variáveis primais e duais. É apresentada também uma função barreira clássica extrapolada para a inicialização dos multiplicadores de Lagrange. A eficiência do método foi verificada utilizando um problema teste e em problemas de fluxo de potência ótimo (FPO). / In this paper, we propose an approach that utilizes the penalty/modified barrier method to solve the general constrained problems. On this purpose, theoretical data were obtained, from a bibliographical review, which enlightened the logarithmic barrier primal-dual method and modified barrier method. In this approach, the bound constraints are handled by the modified log-barrier function, or by quadratic extrapolation and the equality constraints of the problem through Lagrangian function. The method, as implemented, consists of a two-stage approach: an outer cycle, where the constrained problem is transformed into unconstrained problem, using penalty/modified barrier Lagrangian function; and an inner cycle, where the Newton\'s method is used for update the primal and dual variables. Also, it is presented a classical barrier extrapolated function for initialization of Lagrange multipliers. The effectiveness of the proposed approach has been examined by solving a test problem and optimal power flow problems (OPF).