Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Resumo: Neste trabalho é realizada uma análise teórica, a formulação conceitual e a implementação computacional de um algoritmo de vizinhança variável aplicado ao problema de planejamento a longo prazo de sistemas de transmissão de energia elétrica. O problema de planejamento de sistemas de transmissão é um problema muito complexo de resolver porque o modelo matemático é um problema de programação não linear inteiro misto. Por outro lado, a metaheurística de vizinhança variável é uma técnica de otimização que provou excelente desempenho na resolução de problemas complexos no campo da pesquisa operacional. Assim, neste trabalho é desenvolvido um algoritmo de vizinhança variável para o problema de planejamento de sistemas de transmissão. Um conceito importante na implementação desse algoritmo é a definição de vizinhança em relação a caminhos e a técnica de redução do tamanho da vizinhança. Testes realizados mostraram um excelente desempenho do algoritmo VNS, encontrando as melhores soluções conhecidas e mostradas na literatura especializada / Abstract: In this work a theoretical analysis is carried through, the conceptual formularization and the computational implementation of an applied algorithm of variable neighborhood to the problem of planning in the long run of systems of transmission of electric energy. The problem of planning of transmission systems is a very complex problem from solve because the mathematical model is a programming problem not linear. On the other hand, the metaheuristic of variable neighborhood is one technique of optimization that proved excellent performance in the resolution of complex problems in the field of the operational research. Thus, in this work is developed an algorithm of variable neighborhood for the problem of planning of transmission systems. An important concept in the implementation of this algorithm is the definition of neighborhood in relation the paths and the technique of reduction of the size of the neighborhood. Tests carried through had shown to an excellent performance of algorithm VNS, finding the best solutions known and shown in specialized literature / Mestre

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Antonio Padilha Feltrin / Banca: Luiz Carlos Pereira da Silva / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Resumo: O Problema de Planejamento da Expansão de Sistemas de Transmissão de Energia Elétrica consiste em se escolher, entre um conjunto pré-definido de circuitos candidatos, aqueles que devem ser incorporados ao sistema de forma a minimizar os custos de investimento e operação ao e atender a demanda de energia futura ao longo de um horizonte de planejamento com confiabilidade, assumindo como conhecido o plano de geração. É considerado um problema muito complexo e difícil por se tratar de um problema não linear inteiro misto, não convexo, multimodal e altamente combinatório. Este problema tem sido solucionado usando técnicas clássicas como Decomposição ao de Benders e Branch and Bound, assim como também algoritmos heurísticos e metaheurísticas obtendo diversos resultados, mais com uma série de problemas como, por exemplo, alto esforço computacional e problemas de convergência. Neste trabalho apresentam-se duas novas técnicas de solução para o problema, a saber, as metaheurísticas Busca em Vizinhança Variável e a Busca Dispersa. A Busca em Vizinhança Variável é uma técnica baseada em trocas de estruturas de vizinhança dentro de um algoritmo de busca local, e a metaheurística Busca Dispersa, um método evolutivo que combina sistematicamente conjuntos de soluções para se obter solucões melhores. Essas técnicas de solução oferecem novas alternativas de solução que oferecem solução aos problemas encontrados com outros métodos, como é um baixo esforço computacional é uma melhor convergência, sendo este o principal aporte do trabalho. Os algoritmos são apresentados sistematicamente, explicando os seus algoritmos e a forma como são adaptados para resolver o problema do planejamento da expansão de sistemas de transmissão considerando-se a modelagem matemática conhecida com o modelo de transporte e o modelo DC. São realizados testes com os sistemas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Electric Energy Transmission Network Expansion Problem consist in choose among a set of pre-defined circuits candidates, who must be incorporated into the system so as to minimize the investment costs and operation and meet the future energy demand over a planning horizon with reliability, assuming the generation plan is known. It is a very complex and difficult problem because it is non linear, non convex, multimodal and highly combinatorial. This problem has been solved using traditional techniques such as Benders decomposition and Branch and Bound, as well as heuristic algorithms and metaheuristics getting different results, but with a series of problems such as high computational effort and convergence problems. This paper tests out two new techniques for solving the problem as are the metaheuristics Variable Neighborhood Search and Scatter Search. The Variable Neighborhood Search is a technique based on trading structures within a neighborhood of a local search algorithm, and the Scatter Search metaheuristic is a method which combines systematically sets of solutions in an evolutionary way to achieve better solutions. These solution techniques offer new alternatives to solve the problems encountered with other methods, such as a low computational effort and better convergence, which is the main contribution of this work. The techniques are presented systematically, explaining their algorithms and the way they are adapted to solve the network expansion planning problem based on the mathematical model known as the transportation model and the DC model. They are tested with the systems Southern Brazilian with 46 buses and the IEEE 24 buses system, results are compared with those obtained with other metaheuristics, obtaining excellent results with a best performance both in processing speed as in computational effort. / Doutor

Orientador: Sergio Azevedo de Oliveira / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Antônio César Baleeiro Alves / Resumo: Neste trabalho propõe-se o desenvolvimento de uma interface gráfica voltada para a resolução do problema de planejamento da expansão das linhas de transmissão, que utiliza-se de programas para a obtenção das soluções ótimas ou de boas soluções. A grande dificuldade encontrada por usuários ao interagir com estes programas, motivou o desenvolvimento de uma aplicação com interface gráfica, a qual disponibiliza ao usuário diversas metodologias para a resolução do problema do planejamento da expansão das linhas de transmissão de energia elétrica. Espera-se que software como este, agregado ao sistema de ensino tradicional que normalmente 'e utilizado num curso de engenharia elétrica, possa fortalecer o processo de aprendizagem do aluno. Assim, o software educacional Transmission Expansion Planning (TEP 1.0) está sendo desenvolvido visando propiciar um ambiente agradável para a realização de simulações e testes e favorecer a aprendizagem dos conceitos que envolvem o problema do planejamento da expansão da transmissão. É possível através deste software fazer simulações para os sistemas: Garver (6 barras/ 15 ramos), Sul brasileiro (46 barras/79 ramos) e Norte-Nordeste brasileiro (87 barras/179 ramos). O software se beneficia de recursos oferecidos por programas que são executados em background, bem como da utilização de meta-heurísticas e do ambiente de processamento de máquinas paralelas virtuais, as quais podem ser selecionadas para realização dos testes em determinado sistema / Abstract: This work proposes the development of a computational tool aimed at solving the problem of the transmission expansion planning, which uses programs in the background to obtain optimal solutions or good solutions. The great difficulty for users to interact with these programs, motivated the development of an application with a graphical interface, which provides the user with various methodologies for solving the problem of expansion planning of transmission lines of electricity. It is expected that software like this, added to the traditional school system which is normally used in electrical engineering courses, can strengthen the process of student learning. Thus, the educational software Transmission Expansion Planning (TEP 1.0) is being developed to provide a pleasant environment for simulations and testing and promote the learning of concepts involving the issue of transmission expansion planning. It is possible using this software to do simulations for the systems: Garver (6 nodes / 15 branches), South Brazilian (46 nodes / 79 branches) and North-Northeast Brazilian (87 nodes / 179 branches). The software takes advantage of capabilities offered by programs that run on background, and using meta-heuristics and the processing environment, parallel virtual machine, which can be selected to test on a system / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:33Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-04-18Bitstream added on 2014-06-13T18:08:30Z : No. of bitstreams: 1 taglialenha_sls_dr_ilha.pdf: 776756 bytes, checksum: ee3e13f4456bb0d2f6f5faaf48d8309f (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O Problema de Planejamento da Expansão de Sistemas de Transmissão de Energia Elétrica consiste em se escolher, entre um conjunto pré-definido de circuitos candidatos, aqueles que devem ser incorporados ao sistema de forma a minimizar os custos de investimento e operação ao e atender a demanda de energia futura ao longo de um horizonte de planejamento com confiabilidade, assumindo como conhecido o plano de geração. É considerado um problema muito complexo e difícil por se tratar de um problema não linear inteiro misto, não convexo, multimodal e altamente combinatório. Este problema tem sido solucionado usando técnicas clássicas como Decomposição ao de Benders e Branch and Bound, assim como também algoritmos heurísticos e metaheurísticas obtendo diversos resultados, mais com uma série de problemas como, por exemplo, alto esforço computacional e problemas de convergência. Neste trabalho apresentam-se duas novas técnicas de solução para o problema, a saber, as metaheurísticas Busca em Vizinhança Variável e a Busca Dispersa. A Busca em Vizinhança Variável é uma técnica baseada em trocas de estruturas de vizinhança dentro de um algoritmo de busca local, e a metaheurística Busca Dispersa, um método evolutivo que combina sistematicamente conjuntos de soluções para se obter solucões melhores. Essas técnicas de solução oferecem novas alternativas de solução que oferecem solução aos problemas encontrados com outros métodos, como é um baixo esforço computacional é uma melhor convergência, sendo este o principal aporte do trabalho. Os algoritmos são apresentados sistematicamente, explicando os seus algoritmos e a forma como são adaptados para resolver o problema do planejamento da expansão de sistemas de transmissão considerando-se a modelagem matemática conhecida com o modelo de transporte e o modelo DC. São realizados testes com os sistemas... / Electric Energy Transmission Network Expansion Problem consist in choose among a set of pre-defined circuits candidates, who must be incorporated into the system so as to minimize the investment costs and operation and meet the future energy demand over a planning horizon with reliability, assuming the generation plan is known. It is a very complex and difficult problem because it is non linear, non convex, multimodal and highly combinatorial. This problem has been solved using traditional techniques such as Benders decomposition and Branch and Bound, as well as heuristic algorithms and metaheuristics getting different results, but with a series of problems such as high computational effort and convergence problems. This paper tests out two new techniques for solving the problem as are the metaheuristics Variable Neighborhood Search and Scatter Search. The Variable Neighborhood Search is a technique based on trading structures within a neighborhood of a local search algorithm, and the Scatter Search metaheuristic is a method which combines systematically sets of solutions in an evolutionary way to achieve better solutions. These solution techniques offer new alternatives to solve the problems encountered with other methods, such as a low computational effort and better convergence, which is the main contribution of this work. The techniques are presented systematically, explaining their algorithms and the way they are adapted to solve the network expansion planning problem based on the mathematical model known as the transportation model and the DC model. They are tested with the systems Southern Brazilian with 46 buses and the IEEE 24 buses system, results are compared with those obtained with other metaheuristics, obtaining excellent results with a best performance both in processing speed as in computational effort.

Resumo: O principal objetivo deste estudo é realizar uma análise de aspectos críticos que surgem na modelagem matemática do problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão a longo prazo, assim como o desenvolvimento de ferramentas computacionais para a prova de novos modelos e metodologias que possam contribuir na solução do problema de planejamento de sistemas de transmissão de energia elétrica considerando as condições dos sistemas modernos de energia elétrica. Com esta metodologia, busca-se obter uma rede de transmissão mais eficiente, e com o menor custo possível, que se adapte as novas exigências produzidas pela introdução da desregulação nos sistemas elétricos. Para isto combinam-se três aspectos: rede futura livre de congestionamento, desplanificação e incerteza na geração e na demanda futura, os quais são manipuladas desde a perspectiva mono-objetivo e multiobjetivo. A possibilidade de eliminar completamente o congestionamento na rede de transmissão é analisada através da inclusão no modelo de todos os cenários de geração factíveis futuros, e não somente alguns cenários como outros estudos. Considerar uma operação sem congestionamento para o futuro está associado a grandes custos de investimento. Para atenuar este grande custo uma opção é incluir a possibilidade de desplanificação e a inclusão dos efeitos das incertezas presentes na geração e na demanda futura no problema de planejamento. O problema de planejamento de sistemas de transmissão é um problema de programação não linear inteira mista (PNLIM) quando é usado o modelo DC. Praticamente todos os algoritmos usados para resolver este problema utilizam uma sub-rotina de programação linear (PL) para resolver problemas de PL resultantes do algoritmo de solucão do problema de planejamento, os quais são denominados... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The main goal for this study is to do an analysis of the critical issues that appear in the mathematical modeling of the transmission system expansion planning problem, when long term is considered. A methodology was developed and a computational tool, to solve the transmission expansion planning in modern electrical systems. With this methodology more efficient electrical networks are obtained, at low investment costs. This is accomplished taking into account three important aspects: open access, or congestion-free planning, uncertainty in demand and generation, and de-planning. The problem is solved using mono-objective and multi-objective methodologies. For this investigation, congestion-free transmission networks should consider all the future and feasible scenarios of generation, unlike some papers, where only a few scenarios are taken in to account. This feature is associated to high investment costs. Lower costs are often obtained by the inclusion of uncertainty in future demand and future generation. The transmission system expansion planning problem is a no-linear integer-mixed programming problem (PNLIM) when the DC model is used. Practically, all the algorithms used in the solution process, for this problem, use one subroutine of linear programming (PL) for solved the PL problems that result during the solution process, in the denominated operative problem. The solution of the PL's is the part of the problem that requires the biggest computational effort, because during the solution process is necessary to solved thousands or millions of PL's, for high size problems. the PNLIM problem is solved through the combination of a meta-heuristic method and a linear programming method. The meta-heuristic method solves the denominated investment problem and the PL the denominated operational problem. The transmission planning problem considering multiples generation scenarios... (Complete abstract click electronic access below) / Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Coorientador: José Roberto Sanches Mantovani / Banca: Carlos Roberto Minussi / Banca: Sérgio Azevedo de Oliveira / Banca: Ariovaldo Verandio Garcia / Banca: Ramón Alfonso Gallego Rendón / Doutor

Orientador: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Anna Diva Plasencia Lotufo / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Eduardo Nobuhiro Asada / Resumo: Nessa pesquisa tem-se por objetivo a análise teórica e a implementação computacional de duas propostas de solução ao problema de planejamento da expansão de sistemas de transmissão de energia elétrica considerando diferentes fatores relacionados com a confiabilidade do sistema e a adoção dos novos modelos de mercados elétricos. É importante notar, que no planejamento básico não são levados em conta esses importantes aspectos. Dessa forma, uma primeira aproximação considera um critério de confiabilidade para expandir o sistema, de forma que ele opere adequadamente no horizonte de planejamento satisfazendo um nível de confiabilidade pré-definido. O índice de confiabilidade utilizado para exigir esse nível de confiabilidade é o LOLE, que corresponde ao número médio de horas/dias em um período dado (normalmente um ano) no qual o pico da carga horária/diária do sistema possivelmente exceder'a a capacidade de geração disponível. O problema de planejamento considerando a confiabilidade é, portanto, formulado como um problema de otimização que minimiza o investimento sujeito ao critério de confiabilidade. O índice de confiabilidade para o sistema de transmissão é calculado para cada configuração, subtraindo o índice de confiabilidade do sistema de geração do sistema composto geração-transmissão (bulk power system ). Para calcular o índice no sistema composto geração transmissão, utiliza-se uma curva de duração de carga efetiva para este sistema. Esta curva acumulada de carga é obtida de um processo de convolução de outras duas curvas que representam a função de distribuição de probabilidade (FDP) das saídas aleatórias dos componentes do sistema e a curva de duração de carga, respectivamente. A avaliação de confiabilidade no sistema de geração é feita usando um método que calcula o índice de confiabilidade por meio dos momentos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: This work aims to the theoretical analysis and computational implementation of two proposals for the transmission expansion planning problem considering several factors such as system reliability and new electricity market structures. It is important to observe, that the basic planning does not consider these issues. Therefore, one first approach considers a reliability criterion to expand the system, so that it operates in adequate conditions in the horizon planning while satisfying pre-defined limits in the reliability index. Transmission system reliability criterion regards to LOLE, which refers to the number of hours/days in a specified period of time (normally one year), in which the hourly/daily peak load possibly will exceed the available generation capacity. So, the planning problem considering reliability is formulated as an optimization problem that minimizes the investment subject to probabilistic reliability criterion. Reliability index for the transmission system is calculated for each configuration by subtraction of generation and bulk power reliability indexes. A composite power system effective load curve is used for reliability analysis of the bulk power system. This accumulate curve is obtained convolving two curves, one of them corresponding to a probability distribution function of the random outages of the system components, and the other one corresponding to the load duration curve. Reliability assessment in the generation system is done using a method that calculates the reliability index through the statistics moments of the frequency distribution of equivalents loads. This curve is obtained by convolving the generation units which are dispached in merit order. The proposed model is solved using the specialized genetic algorithm of Chu-Beasley (AGCB). Detailed results on two test systems are analyzed and discussed. A second approach to the transmission expansion... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor