[pt] Essa tese considera um modelo não linear para se obter previsões de curto prazo de carga de energia elétrica. O modelo combina um modelo de múltiplos regimes auto-regressivo com transição suave com um periódico auto-regressivo criando o modelo de múltiplos regimes periódico com transição suave (STPAR). Um método de construção do modelo é desenvolvido com métodos estatísticos simples e um teste de linearidade contra a hipótese de modelo periódico autoregressivo com transição suave. Outros dois destes foram elaborados para se avaliar o modelo estimado: um teste de Multiplicador de Lagrange (LM) para a hipótese de auto-correlação serial dos resíduos e outro teste LM para a hipótese de não linearidade remanescente. Um experimento de Monte Carlo foi implementado para avaliar a performance dos testes propostos. Estimação por mínimos quadrados não lineares é considerado. Finalmente, dados de carga de energia elétrica do estado de New South Wales na Austrália são apresentados e foram usados como exemplo real. Outros modelos foram utilizados para comparar a performance do modelo. / [en] This thesis considers a non linear approach to obtain short term forecast for electricity load. The model combines a smooth transition autoregressive process with a periodic autoregressive time series model, creating the Smooth Transition Periodic Autoregressive (STPAR) model. A model-building procedure is developed and a linearity test against smooth transition periodic auto-regressive is proposed. Other two tests were created to evaluate the model: a Lagrange multiplier (LM) test for the hypothesis of no error autocorrelation and LM-type test for the hypothesis of no remaining non-linearity. A Monte Carlo experiment was implemented to evaluate the performance of the proposed tests. Estimation by nonlinear least squares is considered. Finally, load data from New South Wales State in Australia`s electricity retail market is presented and will be used as a real example. Other models were used to compare the performance of the proposes model.

[pt] Neste trabalho apresenta-se uma metodologia pelo método dos elementos finitos para a análise estática-dinâmica bi-dimensional de linhas marítimas considerando-se o contato com o leito marinho. Para o cabo considera-se o elemento de dois nós do modelo de viga de Euler-Bernoulli com as grandezas estáticas e dinâmicas referidas a um sistema co- rotacionado. Considera-se a nãolinearidade geométrica associada ao movimento de corpo rígido da estrutura, supondo pequenas deformações. No movimento da linha, são consideradas as influências do peso próprio, empuxo, carregamentos hidrodinâmicos das correntes marinhas, deslocamentos prescritos no ponto superior da linha, forças de inercia e ação de flutuadores. Os efeitos sobre a linha associados ao contato com o fundo marinho são considerados empregando-se a técnica dos multiplicadores de Lagrange. Estes representam o carregamento (forças e momentos) requerido para garantir as restrições geométricas. No modelo não são considerados os efeitos das forças de atrito com o fundo marinho, cuja rigidez é considerada muito superior à do cabo. A matriz de rigidez usual do modelo de vigas é aumentada de forma a acomodar as novas incógnitas resultantes da imposição das condições de contato. Desta forma, condições de contato, separação repetidos (contato variável) e grandes movimentos relativos do cabo com o leito são contemplados pelo modelo. A solução das equações algébricas não-lineares, resultantes da integração temporal passo-a-passo de Newmark, é obtida com a técnica iterativa de Newton Raphson. A metodologia numérica foi implementada e resultados de alguns testes para situações da engenharia offshore são mostrados e comparados com os apresentados por outros autores independentes. / [en] In this work a finite element methodology for two- dimensional static and/or dynamic analysis of maritime risers including contact with the seabed is considered. The line is modeled by a two node beam element based on the Euler- Bernoulli theory with a co-rotational coordinate system, defined from the structure space coordinate nodes, to refer the element equilibrium and motion equations. Geometric non-linear effects are considered, all associated with rigid body motions from the structure, under small strain hypothesis. In the riser motion, the influences of its own weight, buoyancy forces, hydrodynamic loadings due to the maritime currents, the prescribed displacements at the top point line, the inertia forces and the floating action are considered. Effects on the line associated to the seabed contact are considered using Lagrange multipliers. They represent, the required loading (forces and moments) to ensure the cable geometric restrictions. In the model, friction forces effects on the seabed are not considered and the seabed stiffness is taken much greater than the riser s. The beam model stiffness matrix results into an increased matrix to accommodate the new model unknowns reactions, which are represented by the contact forces and moments. Similarly, conditions for variable contact and/or separation, as well as large relative motions between the flexible line and the seabed, are contemplated by the model. Solutions of the resulting nonlinear motion equations are obtained using Newmark s step-by-step time integration procedure with the Newton-Raphson iterative technique, for the numerical solution convergence. The methodology has been implemented and some representative offshore engineering testing analysis results are presented compared to other independently published solutions.

[pt] Esta tese apresenta uma nova metodologia para a avaliação de índices de freqüência e duração (FeD) em estudos de confiabilidade composta geração e transmissão de sistemas de potência de grande porte. Os índices FeD são obtidos através do método de simulação Monte Carlo não seqüencial. São desenvolvidas duas técnicas de Lagrange associados à análise de desempenho de cada estado são utilizados para identificar a fronteira que separa os estados de falha e sucesso do sistema. A segunda usa os conceitos de probabilidade condicional e coerência do sistema para caracterizar a contribuição de cada componente nos índices de freqüência. A primeira técnica também é utilizada no cálculo de limites superiores destes índices. A aplicação da metodologia é ilustrada através de estudos de casos com três sistemas, de 24, 120 e 500 barras, derivados de sistemas reais. os estudos indicam que ambas as técnicas se constituem em alternativas bastante atraentes para a estimação dos índices FeD. a primeira técnica mostrou-se ser cerca de 30% mais eficiente que a segunda, em termos computacionais. Por outro lado, a segunda técnica é mais flexível e, também, de implementação mais fácil. Viabiliza-se portanto, a aplicação prática de índices de freqüência e duração no planejamento integrado de sistemas geração/transmissão / [en] This thesis presents a new methodology for frequency and duration (FeD) assessment in composite generation and transmission reliability evaluation of large scale power systems. The FeD indices are obtained from a nonsequential Monte Carlo simulation scheme. Two tecniques are developed to estimate the feD indices. In the first, the Lagrange multipliers associated to the adequacy assessment of each state are used to identify the boundary wall between failure and success states. The second approach uses the concept of conditional probability and system coherence to caracterize the contribuition of each component to the frequency indices. Also, the first technique is used to calculate upper bounds of these indices. The methodology is illustrated in case studies with three test systems, with 24, 120 and 500 buses, derived from real systems. The studies indicated that both tecniques are very attractive in estimating the FeD índices. The first approach was about 30% faster than the second one. On the other hand, the second approach is more flexible and easy to implement. The proposed approach allows the pratical utilization of frequency and duration indices in integrates generation/transmission planning studies.

[pt] No atual modelo econômico do setor elétrico, é necessário identificar os agentes beneficiados pelos serviços ancilares à transmissão de potência de forma a alocar adequadamente os custos de investimento, de operação e manutenção do equipamento necessário para a prestação do serviço. Entre os serviços ancilares, destaca-se o suporte de potência reativa para a regulação de tensão. Este trabalho apresenta um método baseado nos multiplicadores de Lagrange de um problema de otimização associado ao cálculo das medidas corretivas necessárias para lidar com níveis de tensão inadequados. Dois critérios de otimização são definidos: mínimo corte de carga e mínima alocação de potência reativa. Os multiplicadores de Lagrange definem a responsabilidade de cada barra quando ocorrem violações de tensão no sistema. O método permite não só identificar as barras beneficiadas pelo equipamento de compensação de potência reativa como também alocar os custos entre elas. É priorizada a confiabilidade do sistema, analisando as contingências possíveis e considerando suas respectivas probabilidades de ocorrência. O programa computacional NH2, desenvolvido pelo CEPEL, é a ferramenta básica para o desenvolvimento deste trabalho. O método é aplicado, a título de ilustração, ao sistema IEEE - RTS de 24 barras e ao sistema da Área Rio. Os resultados obtidos são comparados com um método já existente, que define fatores de alocação de custos medindo os benefícios às barras devido ao suporte de potência reativa. Esta comparação, benefício x responsabilidade, e a própria teoria dos dois métodos, mostram que o método proposto identifica mais adequadamente as barras e os respectivos fatores para a repartição dos custos. / [en] It is important to identify the agents that take advantage of the ancillary services for system operation in the nowadays electricity market. The actual economic design requires that the costs of investment, operation and maintenance of the necessary equipment should be properly allocated between these agents. Among the ancillary services, the reactive power support for voltage regulation is quite important. It is presented a method that identifies the buses that take advantage of the reactive power equipment and allocates the costs between each one of them. The power system reliability is taken into account. The analysis considers possible contingencies and their respective probability of occurrence. The computer program NH2, developed by CEPEL, is the main tool for the development of this work. The method is based on the Lagrangian multipliers of an optimal power flow problem (OPF) associated to corrective measures necessary to deal with voltage violations. Two different objective functions are used: minimum load shedding and minimum reactive power injection. The Lagrangian multipliers define the responsibility of each bus when system voltage violations occur. For the purpose of illustration, the method is applied on the 24 bus IEEE Reliability Test System and on Área Rio system. Results are compared with those produced by other existing method that defines cost allocation factors measuring the benefit due the reactive support. This comparison, benefit x responsibility, and the theory used by both methods, show that the proposed method identifies more appropriately the buses and the corresponding factors to allocate the costs.

[pt] Nesta dissertação, estratégias de modelagem são apresentadas envolvendo modelos de séries temporais lineares e não lineares para modelar a série do preço spot no mercado elétrico brasileiro. Foram usados, dentre os lineares, os modelos ARIMA(p,d,q) proposto por Box, Jenkins e Reinsel (1994) e os modelos de regressão dinâmica. Dentre os não lineares, o modelo escolhido foi o STAR desenvolvido, inicialmente, por Chan e Tong (1986) e, posteriormente, por Teräsvista (1994). Para este modelo, testes do tipo Multiplicador de Lagrange foram usados para testar linearidade, bem como para avaliar os modelos estimados. Além disso, foi também utilizada uma proposta para os valores iniciais do algoritmo de otimização, desenvolvido por Franses e Dijk (2000). Estimativas do filtro de Kalman suavizado foram usadas para substituir os valores da série de preço durante o racionamento de energia ocorrido no Brasil. / [en] In this dissertation, modeling strategies are presented involving linear and non-linear time series models to model the spot price of Brazil s electrical energy market. It has been used, among the linear models, the modeling approach of Box, Jenkins and Reinsel (1994) i.e., ARIMA(p,d,q) models, and dynamic regression. Among the non-linear ones, the chosen model was the STAR developed, initially, by Chan and Tong (1986) and, later, by Teräsvirta (1994). For this model, the Lagrange Multipliers test, to measure the degree of non linearity of the series , as well as to evaluate the estimated model was used. Moreover, it was also used a proposal for the initial values of the optimization algorithm, developed by Franses and Dijk (2000). The smoothed Kalman filter estimates were used in order to provide values for the spot price series during the energy shortage period.

Submitted by Geandra Rodrigues (geandrar@gmail.com) on 2018-01-11T16:41:11Z No. of bitstreams: 1 cesaraugustoconopoimaperez.pdf: 4395089 bytes, checksum: 9e33b57e376886bbc7ff8300d693cf87 (MD5) / Approved for entry into archive by Adriana Oliveira (adriana.oliveira@ufjf.edu.br) on 2018-01-22T16:42:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 cesaraugustoconopoimaperez.pdf: 4395089 bytes, checksum: 9e33b57e376886bbc7ff8300d693cf87 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-01-22T16:42:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 cesaraugustoconopoimaperez.pdf: 4395089 bytes, checksum: 9e33b57e376886bbc7ff8300d693cf87 (MD5) Previous issue date: 2017-10-25 / A resposta passiva e ativa de uma célula biológica a um campo elétrico é estudada aplicando um Método de Elementos Finitos Mortar MEFM. A resposta de uma célula é um processo com duas escalas temporais, o primeiro na escala de microsegundos para a polarização da célula e o segundo na escala de milisegundos para a resposta ativa devido a dinâmica complexa das correntes nos canais iônicos da membrana celular. O modelo matemático para descrever a dinâmica da resposta celular é baseado na lei de conservação de corrente elétrica em um meio condutor. Introduzindo uma variável adicional conhecida como multiplicador de Lagrange definido na interface da célula, o problema de valor de fronteira associado a conservação de corrente elétrica é desacoplado do problema de valor inicial associado a responta passiva e ativa da célula. O método proposto permite resolver o problema da distribuição de potencial elétrico em um arranjo geométrico arbitrário de células. Com o objetivo de validar a metodologia apresentada, a convergência espacial do método é numericamente investigada e a solução aproxima e exata que descreve a polarização de uma célula, são comparadas. Finalmente, para demonstrar a efetividade do método, a resposta ativa a um campo elétrico aplicado num arranjo de células de geometria arbitraria é investigada. / The response of passive and active biological cell to applied electric field is investigated with a Mortar Finite Element Method MFEM. Cells response is a process with two different time scales, one in microseconds for the cell polarization and the other in milliseconds for the active response of the cell due to the complex dynamics of the ion-channel current on the cell membrane. The mathematical model to describe the dynamics of the cell response is based on the conservation law of electric current in a conductive medium. By introducing an additional variable known as Lagrange multiplier defined on the cell interface, the boundary value problem associated to the conservation of electric current is decoupled from the initial value problem associated to the passive and active response of the cell. The proposed method allows to solve electric potential distribution in arbitrary cell geometry and arrangements. In order to validate the presented methodology, the h-convergence order of the MFEM is numerically investigated. The numerical and exact solutions describing cell polarization are also compared. Finally, to demonstrate the effectiveness of the method, the active response to an applied electric field in cells clusters and cells with arbitrary geometry are investigated.