Orientador: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: Marcos Julio Rider Flores / Banca: Roberto de Souza Salgado / Banca: Ivan Nunes da Silva / Resumo: Nesta pesquisa tem-se por objetivo resolver de forma descentralizada os problemas de despacho e planejamento ótimo de fontes de potência reativa (POVAr) no contexto de sistemas com múltiplas áreas ou regiões interligadas. Na solução descentralizada o problema de otimização é dividido em subproblemas associados a cada área. Os operadores regionais resolvem, coordenadamente, subproblemas de menor dimensão utilizando os dados de rede de suas áreas e informações de fronteira associadas às linhas de interligação. Para conseguir este objetivo, esta pesquisa está dividida em 4 etapas principais: i) formalizar os problemas de planejamento e de despacho ótimo de potência reativa, ii) determinar a viabilidade da aplicação de duas diferentes técnicas de decomposição para resolver o problema de despacho ótimo de potência reativa multi-área, iii) propor várias metodologias para lidar com variáveis discretas no problema de despacho e planejamento ótimo de potência reativa em SEP multi-área, e iv) propor um método de análise multi-área para o problema de planejamento ótimo de reativos sob contingências. Para mostrar o funcionamento e a eficiência das metodologias propostas, vários sistemas multi-áreas são utilizados: o sistema IEEE RTS-96 com 3 e 5 áreas e um sistema interligado conformado por 3 áreas do sistema IEES RTS-96 e duas áreas do sistema IEEE de 118 barras / Abstract: This research has been aimed at solving the decentralized problem of reactive power sources optimal planning (VAr planning) in the context of systems with multiple interconnected areas. In the decentralized solution, the optimization problem is divided into subproblems associated with each area. The regional operators solve, coordinately, smaller subproblems using the network data from their areas and border information associated with the tie-lines. To propose a method to the decentralized VAr planning problem, four basic aspects are covered. First, formalize the problems of planning and optimal dispatch of reactive power. Second, the viability of applying two different decomposition techniques to solve the problem of optimal reactive power dispatch, as well as its convergence properties, are analyzed. Third, several techniques for handling discrete variables in the decentralized VAr planning problem are proposed and tested. Fourth, a decentralized approach to the VAr planning under contingency in multi-area systems is provided. To show the operation and efficiency of the proposed methodologies, several multi-area systems are used: the IEEE RTS-96 system with 3 and 5 areas and an interconnected system formed by three areas of the IEEE RTS-96 and two areas of the IEEE 118 bus system / Doutor

Electric power grids are undergoing major changes mainly driven by integrating high levels of renewable energy, advancing energy storage technologies, and deploying electric vehicles at scale. Along with numerous benefits offered by this grid modernization, technical challenges also arise largely due to variability and uncertainty of renewable energy resourcesas well as the stochastic nature of electric transportation charging demand. This thesis intends to cater the need of such modern power systems by developing a new computationally efficient function space-based distributed solution methodology for continuous-time optimal power flow (OPF) and unit commitment (UC) problems in multiarea power system. This solution methodology serves as the enhanced operation tool to enable continuous-time power exchange between interconnected systems, leveraging the operational flexibility unlocked through higher-fidelity modeling, while preserving data privacy among the participating areas. The core formulation of the proposed methodology is divided into two chapters, addressing the solutions for OPF and UC problems, respectively. Both solution methodology for OPF and UC problems amalgamate the unique properties of variational optimization, function space representation, and appropriate distributed algorithms, alternating direction method of multipliers (ADMM) and analytical target cascading (ATC), respectively to enable continuous-time power exchange between adjacent areas. At first, the centralized multi-area OPF and UC problems are formulated as variational optimization problems with continuous-time load and decision variables (power generation, voltage phase angles, line/ tieline power flows), which is then converted to a conventional optimization problem by projecting the load and decision trajectories into the Bernstein function space. While the OPF is formulated as a Quadratic Programming (QP) with linear and quadratic constraints to represent the transmission network, UC problem includes more involved formulation with consideration for additional energy storage and is modeled as a Multi-Integer Linear Programming (MILP) to incorporate binary commitment variables of the generating units. The next step involves decomposing the centralized formulation to individual sub-problems of individual areas using distributed algorithm- ADMM and ATC, which are selected based on careful analysis of references from related works.The developed solution methodology for OPF and UC problems are then implemented on a synthesized three-area network and the three-area IEEE Reliability Test System (IEEE-RTS) respectively. The numerical results are presented as different cases to highlight the performance of the proposed methods in terms of solution accuracy and achieving optimal decisions on interconnection power exchange such that the energy and ramping needs of areas are met in both OPF and UC problems.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:50Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-06-03Bitstream added on 2014-06-13T18:06:52Z : No. of bitstreams: 1 granadaecheverri_m_dr_ilha.pdf: 1034987 bytes, checksum: 0830ef0e1369761b1aceecd4131f8f78 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / PROPG - Programa de Pós-Graduação / Nesta pesquisa tem-se por objetivo resolver de forma descentralizada os problemas de despacho e planejamento ótimo de fontes de potência reativa (POVAr) no contexto de sistemas com múltiplas áreas ou regiões interligadas. Na solução descentralizada o problema de otimização é dividido em subproblemas associados a cada área. Os operadores regionais resolvem, coordenadamente, subproblemas de menor dimensão utilizando os dados de rede de suas áreas e informações de fronteira associadas às linhas de interligação. Para conseguir este objetivo, esta pesquisa está dividida em 4 etapas principais: i) formalizar os problemas de planejamento e de despacho ótimo de potência reativa, ii) determinar a viabilidade da aplicação de duas diferentes técnicas de decomposição para resolver o problema de despacho ótimo de potência reativa multi-área, iii) propor várias metodologias para lidar com variáveis discretas no problema de despacho e planejamento ótimo de potência reativa em SEP multi-área, e iv) propor um método de análise multi-área para o problema de planejamento ótimo de reativos sob contingências. Para mostrar o funcionamento e a eficiência das metodologias propostas, vários sistemas multi-áreas são utilizados: o sistema IEEE RTS-96 com 3 e 5 áreas e um sistema interligado conformado por 3 áreas do sistema IEES RTS-96 e duas áreas do sistema IEEE de 118 barras / This research has been aimed at solving the decentralized problem of reactive power sources optimal planning (VAr planning) in the context of systems with multiple interconnected areas. In the decentralized solution, the optimization problem is divided into subproblems associated with each area. The regional operators solve, coordinately, smaller subproblems using the network data from their areas and border information associated with the tie-lines. To propose a method to the decentralized VAr planning problem, four basic aspects are covered. First, formalize the problems of planning and optimal dispatch of reactive power. Second, the viability of applying two different decomposition techniques to solve the problem of optimal reactive power dispatch, as well as its convergence properties, are analyzed. Third, several techniques for handling discrete variables in the decentralized VAr planning problem are proposed and tested. Fourth, a decentralized approach to the VAr planning under contingency in multi-area systems is provided. To show the operation and efficiency of the proposed methodologies, several multi-area systems are used: the IEEE RTS-96 system with 3 and 5 areas and an interconnected system formed by three areas of the IEEE RTS-96 and two areas of the IEEE 118 bus system

Orientador: Jose Roberto Sanches Mantovani / Banca: Rubén Augusto Romero Lázaro / Banca: João Bosco Augusto London Junior / Resumo: Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para resolver o problema de planejamento ótimo de reativos em sistemas de potência interconectados multi-áreas, utilizando a técnica de decomposição de Dantzig-Wolfe. O problema original multi-área é separado em subproblemas (um para cada área) e um problema mestre (coordenador). A solução do problema decomposto é baseada na aplicação de programação linear sucessiva para a resolução dos subproblemas de planejamento de reativos de cada área, e o esquema de coordenação é baseado nos custos marginais de potência reativa nas barras de fronteiras. Desta forma, o problema de planejamento do sistema é resolvido usando a estratégia descentralizada por regiões ou por áreas, onde os operadores dos sistemas podem planejar a opera- ção e a expansão de seus sistemas, independentemente das outras áreas, obtendo uma solução ótima coordenada, porém descentralizada de cada área. O objetivo do modelo é proporcionar mecanismos para realizar o planejamento preservando a autonomia e confidencialidade para cada área, garantindo a economia global do sistema multi-área completo. Utilizando-se o modelo matemático e a imple- mentação computacional da metodologia proposta, apresentam-se resultados, análises e discussões de testes efetuados em 3 sistemas de 3 áreas, onde cada uma das áreas é composta por 3 sistemas iguais formados pelos sistemas IEEE30, IEEE118 e IEEE300 / Abstract: In this thesis presents a methodology for solving the optimal reactive power planning problem in inter- conected multi-area electric power systems, using the Dantzig-Wolfe technique. The original multi- area problem is separated into subproblems (one for each area) and a master problem (coordinator). The solution of the decomposed problem is based on the application of sucessive linear programming for solving the reactive planning subproblems in each area, and the coordination scheme is based on the reactive power marginal costs in the border bus. Thus the planning problem system is solved using a descentralized approach by regions or areas, where de transmission system operator in each area can planning the operation and expansion of its system regardless of the other areas, obtaining a optimal solution coordinated by descentralized in each area. The purpose of the mathematical model is to provide mechanism for develope the planning preserving the autonomy and confidentiality for each area, ensuring the economy of the overal multi-area full system. Using the mathematical model and computational implementation of the methodology proposed results are presented analisys and discussion of testes performed on three systems in three areas where each area is composed of three equal systems formed by IEEE30, IEEE118, and IEEE300 bus system / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:22:32Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2011-02-25Bitstream added on 2014-06-13T18:49:30Z : No. of bitstreams: 1 lopezquizhpi_jc_me_ilha.pdf: 769238 bytes, checksum: 591b6116b31bf1d4b2d4b7817c38a698 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho apresenta-se uma metodologia para resolver o problema de planejamento ótimo de reativos em sistemas de potência interconectados multi-áreas, utilizando a técnica de decomposição de Dantzig-Wolfe. O problema original multi-área é separado em subproblemas (um para cada área) e um problema mestre (coordenador). A solução do problema decomposto é baseada na aplicação de programação linear sucessiva para a resolução dos subproblemas de planejamento de reativos de cada área, e o esquema de coordenação é baseado nos custos marginais de potência reativa nas barras de fronteiras. Desta forma, o problema de planejamento do sistema é resolvido usando a estratégia descentralizada por regiões ou por áreas, onde os operadores dos sistemas podem planejar a opera- ção e a expansão de seus sistemas, independentemente das outras áreas, obtendo uma solução ótima coordenada, porém descentralizada de cada área. O objetivo do modelo é proporcionar mecanismos para realizar o planejamento preservando a autonomia e confidencialidade para cada área, garantindo a economia global do sistema multi-área completo. Utilizando-se o modelo matemático e a imple- mentação computacional da metodologia proposta, apresentam-se resultados, análises e discussões de testes efetuados em 3 sistemas de 3 áreas, onde cada uma das áreas é composta por 3 sistemas iguais formados pelos sistemas IEEE30, IEEE118 e IEEE300 / In this thesis presents a methodology for solving the optimal reactive power planning problem in inter- conected multi-area electric power systems, using the Dantzig-Wolfe technique. The original multi- area problem is separated into subproblems (one for each area) and a master problem (coordinator). The solution of the decomposed problem is based on the application of sucessive linear programming for solving the reactive planning subproblems in each area, and the coordination scheme is based on the reactive power marginal costs in the border bus. Thus the planning problem system is solved using a descentralized approach by regions or areas, where de transmission system operator in each area can planning the operation and expansion of its system regardless of the other areas, obtaining a optimal solution coordinated by descentralized in each area. The purpose of the mathematical model is to provide mechanism for develope the planning preserving the autonomy and confidentiality for each area, ensuring the economy of the overal multi-area full system. Using the mathematical model and computational implementation of the methodology proposed results are presented analisys and discussion of testes performed on three systems in three areas where each area is composed of three equal systems formed by IEEE30, IEEE118, and IEEE300 bus system